JP5931556B2 - ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法に関するものである。

従来、ガスタービンは、ガスタービンの停止時間に応じて予め定められた起動モードに従って、固定されたスケジュールで起動していた。
これに対して、特許文献１には、圧縮機よって取り込まれた空気の物理的特性、圧縮機の物理的特性、燃料の物理的特性、及び燃料供給システムの物理的特性、並びにガスタービンの現時点の動作パラメータに関する動作データに基づいて、空燃比を決定する起動方法が記載されている。特許文献１に記載されている起動方法では、ガスタービンの外囲条件や機器状態に従って、起動スケジュールを臨機応変に変えるので、タービンの起動時間を短縮させることができる。

特開２０１１−１３２９５４号公報

しかしながら、ガスタービンの外囲条件や機器状態に従って、起動スケジュールを変化させると、ガスタービンの運転が不安定になったり、機器の損傷リスクが高まる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安全性を保ちつつ、起動時間を短縮することができる、ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係るガスタービンの制御装置は、空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、燃料を前記圧縮空気によって燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動するタービンを備えたガスタービンの制御装置であって、前記ガスタービンを構成する機器の損傷と前記タービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、前記タービンが可能な最大の回転加速度を決定する回転加速度決定手段と、前記回転加速度決定手段によって決定された前記回転加速度で前記タービンが加速するように前記燃焼器の燃空比を決定する加速燃空比決定手段と、を備える。

本構成によれば、ガスタービンは、空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、燃料を圧縮空気によって燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び燃焼ガスにより駆動するタービンを備える。
タービンが可能な最大の回転加速度は、ガスタービンを構成する機器の損傷とタービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、回転加速度決定手段によって決定される。
タービンの回転加速度が大きいほど、タービンの回転数が予め定められた動作回転数に達する時間、すなわち、ガスタービンの起動時間が短くなる。しかし、タービンの回転加速度によっては、ガスタービンを構成する機器に与える影響が大きくなり、損傷を与える可能性がある。すなわち、第１指標は、タービンの回転加速度が大きくなる場合に生じる機器の損傷の可能性を示した指標である。

そして、加速燃空比決定手段によって、回転加速度決定手段で決定されたタービンの回転加速度でタービンが加速するように燃焼器の燃空比が決定される。
このように、本構成は、ガスタービンを構成する機器の損傷とタービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、タービンが可能な最大の回転加速度が決定されるので、安全性を保ちつつ、起動時間を短縮することができる。

上記第一態様では、前記第１指標が、タービン動翼のケーシングへの接触と前記タービンの回転加速度との関係、前記圧縮機のサージングと前記タービンの回転加速度との関係、及び前記タービンの排気ガス温度と前記タービンの回転加速度との関係の少なくとも何れか一つであることが好ましい。

本構成によれば、タービンの回転加速度が機器へ与える影響を、簡易に回避できる。

上記第一態様では、前記燃焼器によって燃料が安定して燃焼できる、燃料又は空気に関する物理量と燃空比との関係を示した第２指標に基づいて、前記燃焼器を点火させる場合における前記物理量と燃空比とを決定する点火燃空比決定手段を、備えることが好ましい。

本構成によれば、燃焼器によって燃料が安定して燃焼できる、燃料又は空気に関する物理量と燃空比との関係を示した第２指標が予め定められている。そして、点火燃空比決定手段によって、第２指標に基づいて、燃焼器を点火させる場合における、燃料又は空気に関する物理量と燃空比とが決定される。
第２指標とは、すなわち燃料の燃焼によるガスタービンの運転に好ましくない事象の発生の可能性を示した指標である。
これにより、本構成は、より安定した起動を行うことができる。

上記第一態様では、前記第２指標は、逆火及び失火しない領域を示した、燃料と空気の混合気体又は空気の噴出流速と燃空比との関係、及び燃焼振動が生じない領域を示した、全燃料流量に対するパイロット燃料流量の比であるパイロット比と燃空比との関係の少なくとも何れか一つであることが好ましい。

本構成によれば、燃料の燃焼が機器へ与える影響を、簡易に回避できる。

上記第一態様では、前記燃料のパージを行う場合に、サイリスタを使用して制御される電動機によって前記圧縮機を回転させるために、前記サイリスタの出力に応じて前記圧縮機の回転数を決定する回転数決定手段、を備えることが好ましい。

本構成によれば、燃料のパージが行われる場合、圧縮機は、サイリスタを使用して制御される電動機によって回転される。電動機は、例えばタービン及び圧縮機に連結されている発電機である。そして、燃料のパージを行う場合に、回転数決定手段によって、サイリスタの出力に応じて圧縮機の回転数が決定される。サイリスタの出力が大きいほど、圧縮機の回転数も速くでき、パージ時間短縮できる。
従って、本構成は、サイリスタの出力に応じて、パージ時間を最適にすることができる。

本発明の第二態様に係るガスタービンは、空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を前記圧縮空気によって燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、上記記載の制御装置と、を備える。

本発明の第三態様に係るガスタービンの制御方法は、空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、燃料を前記圧縮空気によって燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動するタービンを備えたガスタービンの制御方法であって、前記ガスタービンを構成する機器の損傷と前記タービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、前記タービンが可能な最大の回転加速度を決定する第１工程と、決定した前記回転加速度で前記タービンが加速するように前記燃焼器の燃空比を決定する第２工程と、を含む。

本発明によれば、安全性を保ちつつ、起動時間を短縮することができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るガスタービンの構成図である。 本発明の第１実施形態に係る制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る安全度指標の一例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃焼安定指標の一例を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る点火燃空比の決定の説明に要する図である。 本発明の第３実施形態に係るサイリスタ出力と回転数の関係を示したグラフである。 本発明の第３実施形態に係るパージ回転数とパージ時間との関係を示したグラフである。 本発明の第３実施形態に係るガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係るガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るガスタービン１０の構成図である。

ガスタービン１０は、ターボ機械であるタービン１２及び圧縮機１４、並びに燃焼器１６を備える。

圧縮機１４は、回転軸１８により駆動されることで、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮機１４の入口には、圧縮機１４に導かれる空気の流量を制御する入口案内翼（Inlet Guide Vane：ＩＧＶ）２０が設けられている。

燃焼器１６は、圧縮機１４から車室２２へ導入された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。

タービン１２は、燃焼器１６で発生した燃焼ガスによって回転駆動する。

車室２２と燃焼器１６との間にはバイパス管２４が設けられており、バイパス管２４は、タービン１２の負荷変動により燃焼器１６内の空気が不足する状態になった場合に、燃焼器バイパス弁２６が開かれると車室２２内の空気を燃焼器１６内に導入する流路となる。また、圧縮機１４とタービン１２との間には、圧縮機１４からタービン１２へ冷却用の空気を導入させるための抽気管２８が設けられている。

なお、タービン１２、圧縮機１４、及び発電機３０は、回転軸１８によって連結され、タービン１２に生じる回転駆動力は、回転軸１８によって圧縮機１４及び発電機３０に伝達される。そして、発電機３０は、タービン１２の回転駆動力によって発電する。
なお、発電機３０は、サイリスタを使用して電動機としても用いられ、ガスタービン１０の起動時にタービン１２及び圧縮機１４を回転させる。すなわち、本実施形態に係るガスタービン１０は、タービン１２及び圧縮機１４の起動時の回転数がサイリスタによって制御されることとなる。

また、燃焼器１６には、パイロットノズル３２Ｐ及びメインノズル３２Ｍが設けられている。メインノズル３２Ｍは、パイロットノズル３２Ｐを取り囲むように複数（例えば８本、図示省略）設けられている。パイロットノズル３２Ｐには、圧力調整弁３４Ｐで流量調整弁３６Ｐ前後の差圧が調整され、流量調整弁３６Ｐで流量が調整されたパイロット燃料が供給される。一方、メインノズル３２Ｍには圧力調整弁３４Ｍで流量調整弁３６Ｍ前後の差圧が調整され、流量調整弁３６Ｍで流量が調整されたメイン燃料が供給される。
なお、圧力調整弁３４Ｐと圧力調整弁３４Ｍは、両者を一つにまとめた共通圧力調整方式でも構わない。
そして、燃焼器１６は、パイロットノズル３２Ｐから供給されたパイロット燃料と圧縮空気とを混合させて燃焼させると共に、メインノズル３２Ｍから供給されたメイン燃料と圧縮空気とを混合させて燃焼させる。

さらに、ガスタービン１０は、ガスタービン１０全体の制御を司る制御装置４０を備える。
図２は、本第１実施形態に係るガスタービン１０の起動に関する制御装置４０の機能を示す機能ブロック図である。なお、制御装置４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶装置等から構成されている。そして、図２に示されるパージ回転数決定部４４、点火燃空比決定部４６、回転加速度決定部４８、及び加速燃空比決定部５０の各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶装置である記憶部４２又はＲＡＭに記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

パージ回転数決定部４４は、圧縮機１４を回転させて空気を燃焼器１６に送り、燃料のパージを行うための圧縮機１４の回転数（以下、「パージ回転数」という。）を決定する。パージは、例えば燃焼器１６内に残っている燃料を燃焼器１６外へ空気で吹き飛ばすことであり、ガスタービン１０の起動時における異常燃焼を抑制することができる。

点火燃空比決定部４６は、燃焼器１６を点火させる際の燃空比（以下、「点火燃空比」という。）を決定する。

回転加速度決定部４８は、タービン１２の回転数（回転速度）を予め定められた動作速度（例えば定格速度）に昇速させるための回転加速度を決定する。

加速燃空比決定部５０は、回転加速度決定部４８によって決定された回転加速度でタービン１２が加速するように燃焼器１６の燃空比を決定する。

また、本第１実施形態に係る記憶部４２は、ガスタービン１０を構成する機器の損傷とタービン１２の回転加速度との関係を示した安全度指標を記憶している。タービン１２の回転加速度が大きいほど、タービン１２の回転数が動作回転数に達する時間、すなわち、ガスタービン１０の起動時間が短くなる。しかし、タービン１２の回転数加速度によっては、ガスタービン１０を構成する機器に与える影響が大きくなり、損傷を与える可能性がある。すなわち、安全度指標は、タービン１２の回転加速度が大きくなる場合に生じる機器の損傷の可能性を示した指標である。

図３は、安全度指標の一例を示した図である。

図３（ａ）は、安全度指標を、タービン動翼のケーシングへの接触（以下、「翼接触」という。）とタービン１２の回転加速度との関係で示したグラフである。
翼接触は、ガスタービン１０の起動又は停止において、車室２２側と回転機器（ロータ及びタービン動翼）との非定常な熱伸に起因して、タービン動翼とケーシングとが接触する事象である。
図３（ａ）に示されるように、タービン１２の回転加速度が上昇すると、それに伴い燃焼ガスの温度も高くなるため、翼接触が生じる可能性が高まり、機器安全度は低下する。機器安全度が危険領域以下の回転加速度は、使用に適さない。

図３（ｂ）は、安全度指標を、圧縮機１４のサージング（以下、「圧縮機サージ」という。）とタービン１２の回転加速度との関係で示したグラフである。
圧縮機サージは、圧縮空気が低流量の場合に、圧縮機１４が一種の自励振動を起こし、吐出圧力及び流量が変動する事象である。
図３（ｂ）に示されるように、タービン１２の回転加速度が下降すると、それに伴い、圧縮空気の流量も小さくなるため、圧縮機サージが生じる可能性が高まり、機器安全度は低下する。

図３（ｃ）は、タービン１２の排気ガス温度とタービン１２の回転加速度との関係で示したグラフである。
タービン１２の排気ガス温度が、排気ダクト（不図示）の許容温度を超えると、排気ダクトの損傷を招くこととなる。
図３（ｃ）に示されるように、タービン１２の回転加速度が上昇すると、それに伴い排気ガス温度も高くなるため、排気ダクトが損傷する可能性が高まり、機器安全度は低下する。

図４は、ガスタービン１０を起動させる場合に、制御装置４０によって実行されるガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップ１００では、ターボ機械であるタービン１２及び圧縮機１４を起動する。ここでいう起動とは、停止されているタービン１２及び圧縮機１４に対して、オペレータが起動指令を与えることである。これにより、発電機３０は、電動機としての動作を開始する。

次のステップ１０２では、パージ回転数を決定する。本第１実施形態では、オペレータが選択した圧縮機１４の回転数を、パージ回転数決定部４４がパージ回転数として決定する。

次のステップ１０４では、発電機３０を電動機とすることで、圧縮機１４を加速させる。

次のステップ１０６では、燃焼器１６のパージが完了したか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０８へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０４へ戻る。なお、パージが完了したか否かは、圧縮機１４の回転数がパージ回転数に達したか否か、パージ回転数を所定時間継続したか否か等に基づいて判定する。

ステップ１０８では、燃焼器１６の点火燃空比を決定する。本第１実施形態では、点火燃空比決定部４６が、予め定められた燃空比を点火燃空比として決定する。

次のステップ１１０では、パイロット燃料の流量調整弁３６Ｐ及びメイン燃料の流量調整弁３６Ｍ前後の差圧が所定の値となるように圧力調整弁３４Ｐ及び圧力調整弁３４Ｍを制御すると共に、決定した点火燃空比となるように流量調整弁３６Ｍ及び流量調整弁３６Ｍの開度を制御し、燃料を点火し、燃焼器１６から燃焼ガスを生成する。

次のステップ１１２では、タービン１２の回転加速度を決定する。本第１実施形態では、回転加速度決定部４８が、記憶部４２に記憶されている安全度指標に基づいて、タービン１２が可能な最大の回転加速度を決定する。
具体的には、回転加速度決定部４８は、図３に示される安全度指標に基づいて、翼接触、圧縮機サージ、及び排気ダクトの損傷が生じない、すなわち機器安全度が危険領域に含まれない最大の回転加速度を選択して決定する。

次のステップ１１４では、決定した回転加速度でタービン１２が加速するように、加速燃空比決定部５０が加速燃空比を決定する。

次のステップ１１６では、決定した加速燃空比で燃料を燃焼させ、タービン１２を加速させる。

次のステップ１１８では、タービン１２の速度が動作速度に達したか否かを判定し、否定判定の場合は、ステップ１１６へ戻り、タービン１２を加速し続け、肯定判定の場合は、本処理を終了する。

以上説明したように、本第１実施形態に係るガスタービン１０の制御装置４０は、ガスタービン１０を構成する機器の損傷とタービン１２の回転加速度との関係を示した安全度指標に基づいて、タービン１２が可能な最大の回転加速度を決定する回転加速度決定部４８と、回転加速度決定部４８によって決定された回転加速度でタービンが加速するように燃焼器１４の燃空比を決定する加速燃空比決定部５０と、を備える。これにより、ガスタービン１０は、安全性を保ちつつ、起動時間を短縮することができる。

また、安全度指標は、翼接触とタービン１２の回転加速度との関係、圧縮機サージとタービン１２の回転加速度との関係、及びタービン１２の排気ガス温度とタービン１２の回転加速度との関係とされるので、ガスタービン１０は、タービン１２の回転加速度が機器へ与える影響を、簡易に回避できる。

なお、本第１実施形態では、安全度指標として、翼接触とタービン１２の回転加速度との関係、圧縮機サージとタービン１２の回転加速度との関係、及び排気ガス温度とタービン１２の回転加速度との関係、全てを用いる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、少なくとも何れか一つを用いる形態としてもよい。

また、本第１実施形態では、記憶部４２が安全度指標を予め記憶する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、安全度指標は、ガスタービンの起動毎にシミュレーションによって生成される形態や、ガスタービン１０の外囲条件や停止時間に基づいて適宜修正される形態としてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

なお、本第２実施形態に係るガスタービン１０の構成は、図１，２に示す第１実施形態に係るガスタービン１０の構成と同様であるので説明を省略する。

なお、本第２実施形態に係る記憶部４２は、燃焼器１６によって燃料が安定して燃焼できる、燃料又は空気に関する物理量と燃空比との関係を示した燃焼安定指標を記憶している。すなわち、燃焼安定指標とは、燃料の燃焼によるガスタービン１０の運転に好ましくない事象の発生の可能性を示した指標である。なお、燃料又は空気に関する物理量とは、燃料又は空気の流速や流量等である。

図５は、燃焼安定指標の一例を示した図である。

図５（ａ）は、逆火及び失火しない領域を示した、燃料と空気の混合気体又は空気の噴出流速と燃空比との関係を示したマップ（以下、「マップ１」という。）である。逆火は、フラッシュバックともいわれ、噴出流速が遅いことにより、通常の火炎位置から上流側に火炎が戻り、機器を損傷させる事象である。失火は、噴出流速が速いため、火炎が吹き消える事象である。
図５（ａ）に示されるように、燃空比と噴出流速とのバランスが取れた領域が逆火及び失火を生じない領域となる。

図５（ｂ）は、燃焼振動が生じない領域を示した、全燃料流量に対するパイロット燃料流量の比であるパイロット比と燃空比との関係を示したマップ（以下、「マップ２」という。）である。燃焼振動は、燃焼の不安定化に伴って燃焼器１６内で生じる圧力変動であり、過大な燃料振動は、燃焼器１６及の構成部品の損傷を招く。
図５（ｂ）に示されるように、燃空比とパイロット比とのバランスが取れた領域が燃焼振動を生じない領域となる。

図６は、本第２実施形態に係る制御装置４０によって実行されるガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。なお、図６における図４と同一のステップについては図４と同一の符号を付して、その説明を一部又は全部省略する。

ステップ１０６では、燃焼器１６のパージが完了したか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０８’へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０４へ戻る。

ステップ１０８’では、燃焼器１６の点火燃空比を選択する。本第２実施形態では、点火燃空比決定部４６が、燃焼安定指標に基づいて点火燃空比を選択する。

次のステップ１０９では、点火燃空比が安定領域に位置しているか否かを判定する。例えば、大気温度によって、空気の密度も変化するため、空気の重量流量が変化する。このため、ガスタービン１０の起動毎に、点火燃空比が安定領域に位置しているか否かを判定する必要がある。ステップ１０９において肯定判定の場合は、選択した点火燃空比をガスタービン１０の起動に用いる点火燃空比として決定してステップ１１０へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０８’へ戻り、点火燃空比を選択し直す。

一例として、図７を参照して、本第２実施形態に係る点火燃空比の決定について説明する。

点Ａは、初期運転点であり、マップ２では安定領域に位置するが、図７（ａ）に示されるマップ１では失火領域に位置する。
そこで、運転点をマップ１の安定領域に位置させるために、制御装置４０は、空気流量を減らし、点Ｂに是正する。この場合、圧縮機１４の回転数を低減させると起動時間が延びるため、圧縮機サージが生じない範囲において入口案内翼２０の開度を制御することで、空気流量を調整することが好ましい。

この結果、点Ｂの運転点は、マップ１において安定領域に位置するが、図７（ｂ）に示されるマップ２においては燃焼振動領域に位置することとなる。
そこで、運転点をマップ２の安定領域に位置させるために、空気流量を維持したまま、流量調整弁３６Ｐ，３６Ｍの開度を制御することでパイロット比を低下させて、点Ｃに是正する。

点Ｃの運転点は、マップ１，２共に安定領域に位置するため、制御装置４０は、点Ｃの運転点で燃焼器１６を点火させる。

以上説明したように、本第２実施形態に係るガスタービン１０の制御装置４０は、燃焼器１６によって燃料が安定して燃焼する燃空比を示した燃焼安定指標に基づいて、燃焼器１６を点火させる場合における点火燃空比を決定する点火燃空比決定部４６を備える。従って、本第２実施形態に係るガスタービン１０は、より安定した起動を行うことができる。

燃焼安定指標は、逆火及び失火しない領域を示した、混合気体又は空気の噴出流速と燃空比との関係、及び燃焼振動が生じない領域を示した、パイロット比と燃空比との関係である。従って、本第２実施形態に係るガスタービン１０は、燃料の燃焼が機器へ与える影響を、簡易に回避できる。

なお、本第２実施形態では、安全度指標として、混合気体の噴出流速と燃空比との関係、及びパイロット比と燃空比との関係、両方を用いる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、何れか一つを用いる形態としてもよい。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

なお、本第３実施形態に係るガスタービン１０の構成は、図１，２に示す第１実施形態に係るガスタービン１０の構成と同様であるので説明を省略する。

本第３実施形態に係るガスタービン１０は、起動するために燃料（本第３実施形態では燃焼器１６内に残存する燃焼）のパージを行う。
パージを行う場合、圧縮機１４は、サイリスタによって制御される電動機を用いて回転される。電動機は、上述したように、タービン１２及び圧縮機１４に連結されている発電機３０である。

そして、本第３実施形態に係るパージ回転数決定部４４は、燃焼器１６のパージを行う場合に、サイリスタの出力（以下、「サイリスタ出力」という。）に応じて圧縮機１４の回転数を決定する。サイリスタ出力が大きいほど、圧縮機１４の回転数も速くでき、パージ時間を短縮できる。なお、サイリスタ出力の最大値はガスタービン１０毎に決まっているものである。

図８は、サイリスタ出力と回転数の関係を示したグラフであり、図９は、パージ回転数とパージ時間との関係を示したグラフである。
サイリスタ出力は、（１）式に示されるようにサイリスタの電圧、電流、及び力率の積であり、サイリスタによって制御される電動機のトルクと回転数の積である。
サイリスタ出力(Ｗ)＝電圧×電流×力率＝トルク×回転数 ・・・（１）

図８に示されるように、圧縮機１４は、回転数が上昇するにつれて消費動力が大きくなる。消費動力は、昇速動力と抵抗動力との和である。昇速動力は、慣性と回転加速度によって求められ、抵抗動力は、摩擦抵抗等によって求められる。
サイリスタ出力が大きいほど、より多くの消費動力を賄うことができ、圧縮機１４の回転数をより速くできる。

そして、図９に示されるように、パージを行う場合に、圧縮機１４の回転数が速いほど、パージ時間は短くなる。なお、パージ時間は、パージが行われる機器の容量、すなわち本第３実施形態では燃焼器１６の容量と、圧縮機１４の回転数から求められる風力とから、燃焼器１６内の空気を所定回数（例えば２回）入れ替えるのに要する時間として求められる。

図１０は、本第３実施形態に係る制御装置４０によって実行されるガスタービン起動処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１０における図６と同一のステップについては図６と同一の符号を付して、その説明を一部又は全部省略する。

まず、ステップ１００では、ターボ機械であるタービン１２及び圧縮機１４を起動し、ステップ１０２’へ移行する。

ステップ１０２’では、パージ回転数を決定する。本第３実施形態では、サイリスタ出力に応じた圧縮機１４の回転数をパージ回転数として決定し、ステップ１０４へ移行する。

なお、パージ回転数は、サイリスタ出力に応じて予め決定されていてもよいし、ガスタービン１０の起動毎に算出されてもよい。

図１１は、サイリスタ出力とターボ機械である圧縮機１４とタービン１２の回転数との関係を示したグラフである。
ガスタービン１０が起動すると共に、サイリスタ出力は上昇し、圧縮機１４をパージ回転数に達するまで回転させる。これに伴い、タービン１２もパージ回転数まで回転する。そして、回転数がパージ回転数に達すると、一旦サイリスタ出力は低下するものの、パージが完了し、燃焼器１６が点火されると、再び上昇する。燃焼器１６が点火されてしばらくするまで、タービン１２の回転数の増加をサイリスタ出力によって支援するためである。一例として、燃焼器１６の点火後、タービン１２の回転数が定格回転数の５０％に達するまで、サイリスタ出力による支援が行われ、その後、サイリスタ出力の支援は停止される。そして、タービン１２の回転数が定格回転数に達すると、昇速は終了される。

以上説明したように、本第３実施形態に係るガスタービン１０の制御装置４０は、燃焼器１６のパージを行う場合に、サイリスタを使用して制御される電動機によって圧縮機１４を回転させるために、サイリスタの出力に応じて圧縮機１４の回転数を決定するパージ回転数決定部４４を備える。従って、本第３実施形態に係るガスタービン１０の制御装置４０は、サイリスタの出力に応じて、パージ時間を最適にすることができる。

なお、本第３実施形態では、燃焼器１６をパージさせる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ガスタービンコンバインドサイクル（Gas Turbine Combined Cycle：ＧＴＣＣ）プラントのようにガスタービン１０から排気される排ガスから熱回収する排ガスボイラを備え、燃焼器１６と共に排ガスボイラをパージさせる形態としてもよい。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、ガスタービン１０を起動させる場合に、発電機３０を電動機として用いて圧縮機１４及びタービン１２を加速させる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、起動専用の電動機を備え、ガスタービン１０を起動させる場合に発電機３０を用いずに、該電動機によって圧縮機１４及びタービンを加速させる形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、一つの制御装置４０が一つのガスタービン１０を制御する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、一つの制御装置４０が複数のガスタービン１０を制御する形態としてもよい。この形態の場合、制御装置４０は、各ガスタービン１０毎に対応した安全度指標、燃焼安定指標、サイリスタ出力の値を記憶又は演算し、ガスタービン１０を起動させる場合における、タービン１２の回転加速度、点火燃空比、及びパージ速度をガスタービン１０毎に求める。

また、上記各実施形態で説明したガスタービン起動処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０ ガスタービン
１２ タービン
１４ 圧縮機
１６ 燃焼器
３０ 発電機
４０ 制御装置
４４ パージ回転数決定部
４６ 点火燃空比決定部
４８ 回転加速度決定部
５０ 加速燃空比決定部

Claims (5)

1. 空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、燃料を前記圧縮空気によって燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動するタービンを備えたガスタービンの制御装置であって、
   前記ガスタービンを構成する機器の損傷と前記タービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、前記タービンが可能な最大の回転加速度を決定する回転加速度決定手段と、
   前記回転加速度決定手段によって決定された前記回転加速度で前記タービンが加速するように前記燃焼器の燃空比を決定する加速燃空比決定手段と、
   前記燃焼器によって燃料が安定して燃焼できる、燃料又は空気に関する物理量と燃空比との関係を示した第２指標に基づいて、前記燃焼器を点火させる場合における前記物理量と燃空比とを決定する点火燃空比決定手段と、
   を備え、
   前記第２指標は、逆火及び失火しない領域を示した、燃料と空気の混合気体又は空気の噴出流速と燃空比との関係、及び燃焼振動が生じない領域を示した、全燃料流量に対するパイロット燃料流量の比であるパイロット比と燃空比との関係の少なくとも何れか一つであるガスタービンの制御装置。
2. 前記第１指標は、タービン動翼のケーシングへの接触と前記タービンの回転加速度との関係、前記圧縮機のサージングと前記タービンの回転加速度との関係、及び前記タービンの排気ガス温度と前記タービンの回転加速度との関係の少なくとも何れか一つである請求項１記載のガスタービンの制御装置。
3. 前記燃料のパージを行う場合に、サイリスタを使用して制御される電動機によって前記圧縮機を回転させるために、前記サイリスタの出力に応じて前記圧縮機の回転数を決定する回転数決定手段、を備えた請求項１又は請求項２記載のガスタービンの制御装置。
4. 空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
   燃料を前記圧縮空気によって燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
   前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、
   請求項１から請求項３の何れか１項記載の制御装置と、
   を備えたガスタービン。
5. 空気取込口から取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、燃料を前記圧縮空気によって燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動するタービンを備えたガスタービンの制御方法であって、
   前記ガスタービンを構成する機器の損傷と前記タービンの回転加速度との関係を示した第１指標に基づいて、前記タービンが可能な最大の回転加速度を決定する第１工程と、
   決定した前記回転加速度で前記タービンが加速するように前記燃焼器の燃空比を決定する第２工程と、
   前記燃焼器によって燃料が安定して燃焼できる、燃料又は空気に関する物理量と燃空比との関係を示した第２指標に基づいて、前記燃焼器を点火させる場合における前記物理量と燃空比とを決定する第３工程と、
   を含み、
   前記第２指標は、逆火及び失火しない領域を示した、燃料と空気の混合気体又は空気の噴出流速と燃空比との関係、及び燃焼振動が生じない領域を示した、全燃料流量に対するパイロット燃料流量の比であるパイロット比と燃空比との関係の少なくとも何れか一つであるガスタービンの制御方法。

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