JP7399346B2 - ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法 - Google Patents

Description

本開示は、ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法に関する。
本願は、２０２１年３月１９日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０４５３５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンの燃焼器では、点火栓を用いて燃料の着火が行われる。

特許文献１には、燃焼筒内の位置と燃焼筒外の位置との間で進退可能に設けられた点火栓を備えたガスタービン燃焼器が開示されている。この燃焼器では、燃焼筒内の位置に点火栓があるときに該点火栓で点火火花を発生して、燃焼器に供給された燃料に着火するようになっている。

特開２０００－１８０５１号公報

ところで、上述のように燃焼筒に進退可能に設けられた点火栓では、何らかの要因により点火栓が燃焼筒内の挿入位置（点火位置）まで移動できなくなると、燃料に着火することができず、ガスタービンを適切に起動できなくなる。このような場合に、起動失敗の原因が不明であると、ガスタービンの再起動及び着火失敗を無駄に繰り返してしまう場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、点火栓を含む点火装置の異常を適切に検知可能なガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知システムは、
ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするように構成された診断部と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の燃焼器は、
燃料を噴出するための燃料ノズルと、
前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓を含む点火装置と、
前記点火装置の異常診断をするように構成された上述の異常検知システムと、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上述の燃焼器と、
前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法は、
ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップと、
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、点火栓を含む点火装置の異常を適切に検知可能なガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法が提供される。

一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係る燃焼器の概略構成図である。 一実施形態に係る異常診断システムの概略構成図である。 挿入指令信号及び点火栓の位置を示す信号のタイムチャートの一例である。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。 一実施形態にかかる診断装置による出力結果の一例を示す図である。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（ガスタービンの構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る異常検知システムによる診断対象の燃焼器を含むガスタービンの一例の概略構成図である。図２は、一実施形態に係る異常検知システムによる診断対象の燃焼器の概略構成図である。

図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ８（ロータ軸線Ｃ）を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。

タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路２８を有し、該燃焼ガス通路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。

タービン６では、燃焼ガス通路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８がロータ軸線Ｃを中心に回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。

複数の燃焼器４の少なくとも何れかは、図２に示すように、ケーシング２０（図１参照）の中に設けられる燃焼筒４０と、燃焼筒４０の中にそれぞれ配置される第１ノズル３２（燃料ノズル）及び第２ノズル３６（燃料ノズル）と、点火装置５０と、を含む。

第１ノズル３２及び第２ノズル３６は、それぞれ、燃焼ポート（不図示）からの燃料が供給されるように構成されるとともに、燃焼筒４０内に燃料を噴出するように構成される。第１ノズル３２及び第２ノズル３６の周囲にはスワラ３４，３８が設けられており、圧縮機２（図１参照）からの圧縮空気がスワラ３４，３８を介して燃焼筒４０内に供給されるようになっている。第１ノズル３２及び第２ノズル３６から噴出された燃料と、スワラ３４，３８を介して供給される空気とによって、燃焼筒４０内に燃料と空気の混合気が形成される。

点火装置５０は、第１ノズル３２及び／又は第２ノズル３６から噴出される燃料を含む混合器に着火するように構成される。点火装置５０は、点火栓５２と、点火栓５２を駆動するための駆動部５３と、駆動部５３による点火栓５２の駆動を制御するための制御部７８と、を含む。

点火栓５２は、火花を発生するように構成された先端部５２ａを有する。点火栓５２は、駆動部５３で駆動されることにより、点火栓５２の軸方向に沿って、燃焼筒４０内の挿入位置１０２と、燃焼筒４０から後退した退避位置１０１との間で移動可能になっている。なお、点火栓５２の軸方向は、燃焼筒４０の軸方向（第１ノズル３２又は第２ノズル３６の軸方向と略同一の方向）に交差する方向である。

挿入位置１０２は、少なくとも点火栓５２の先端部５２ａが燃焼筒４０の内部に位置するような点火栓５２の特定の位置である。点火栓５２が挿入位置１０２にあるときに点火栓５２の先端部５２ａに火花が発生され、該火花によって燃焼筒４０内の混合器に着火するようになっている。

典型的には、挿入位置１０２は、点火栓５２が燃焼筒４０の内部に最も挿入された位置である。典型的には、退避位置は、点火栓５２が燃焼筒４０から最も後退した位置である。点火栓５２が退避位置にあるとき、点火栓５２の先端部５２ａは燃焼筒４０の外に位置していてもよい。

駆動部５３は、挿入位置１０２と退避位置１０１との間で点火栓５２を移動させるように構成される。図２に示す例示的な実施形態では、駆動部５３は、空気圧によって点火栓５２を駆動するように構成される。

図２に示す駆動部５３は、点火栓５２の軸方向に沿って延在するシリンダ５８と、点火栓５２に連結されるとともに、シリンダ５８の軸方向に沿ってシリンダ５８内を摺動可能なピストン５４と、を含む。シリンダ５８の内壁面と、ピストン５４とによって、点火栓５２側の第１室６０と、その反対側の第２室６２とが形成される。なお、シリンダ５８は、燃焼器４のケーシング２０等の静止部に支持される。

駆動部５３は、シリンダ５８に供給する空気が貯留される空気源７２と、空気源７２とシリンダ５８との間に設けられる空気ライン７４と、空気ライン７４に設けられる空気バルブ７６と、を含む。空気源７２からの空気が、空気ライン７４を介して、シリンダ５８の第２室６２に供給可能になっているとともに、空気バルブ７６によって第２室６２への空気の供給量を調節可能となっている。

駆動部５３は、シリンダ５８の軸方向にて第１室６０から第２室に向かう方向にピストン５４を付勢する付勢部材５９を含む。図２に示す例示的な実施形態では、付勢部材５９は、第１室６０に設けられたばねである。

制御部７８は、ガスタービン１の着火のタイミングで、点火栓５２を挿入位置１０２に位置させるための挿入指令信号を点火装置５０に送出するように構成される。図２に示す例示的な実施形態では、空気バルブ７６の開度を示す挿入指令信号が制御部７８から空気バルブ７６に送出されるようになっている。

上述の構成を有する点火装置５０は、以下に述べるように動作する。点火栓５２は、通常、退避位置１０１に位置する。点火栓５２が退避位置１０１にある状態で、制御部７８から挿入指令信号が送出されると、挿入指令信号によって空気バルブ７６の開度が調節され、シリンダ５８の第２室６２に、空気源７２からの空気が空気ライン７４を介して供給される。ピストン５４に作用する第２室の空気圧が付勢部材５９の付勢力に打ち勝って、ピストン５４が第２室６２から第１室６０に向かう方向へ動く。なお、このとき、第１室６０内の空気は、不図示の放出部（不図示）を介して外部に放出される。これに伴い、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。

一方、点火栓５２が挿入位置１０２にある状態で、制御部７８からの挿入指令信号の送出が停止されると、空気バルブ７６が閉じられ、空気源７２から第２室６２への空気の供給は停止する。ピストン５４に作用する付勢部材５９の付勢力によって、ピストンが第１室６０から第２室６２に向かう方向へ動く。なお、このとき、第２室６２内の空気は、不図示の放出部（不図示）を介して外部に放出される。これに伴い、点火栓５２が挿入位置１０２から退避位置１０１に移動する。

（異常検知システムの構成）
図３は、一実施形態に係る異常診断システムの概略構成図である。図２及び図３に示すように、異常検知システム１００は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かを検出するためのセンサ７０と、センサ７０の検出結果に基づいて点火装置５０の異常診断をするように構成された診断部８６を含む診断装置８０と、を備えている。

図２に示す例示的な実施形態では、センサ７０は、取付部６６を介してシリンダ５８に支持される。また、センサ７０に対向するように、点火栓５２とともに点火栓５２の軸方向に沿って動く可動部６８が設けられる。図２に示す可動部６８は、点火栓５２の反対側にてピストン５４に連結されるロッド５６に取り付けられる鍔部である。

幾つかの実施形態では、センサ７０は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かのみを検出可能なセンサである。この場合、センサ７０は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるときにのみ、ＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されていてもよい。センサ７０は接触式のセンサ（例えばリミットセンサ）であってもよい。この場合、センサ７０は、センサ７０と可動部６８とが接触したときに、上述のＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。あるいは、センサ７０は、非接触式のセンサ（例えば渦電流式センサ）であってもよい。この場合、センサ７０は、センサ７０と可動部６８とが所定の距離まで近づいたときに、上述のＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。

幾つかの実施形態では、センサ７０は、点火栓５２の移動方向（点火栓５２の軸方向に沿った方向）における点火栓５２の変位量を検出可能なセンサである。この場合、センサ７０は、点火栓５２の軸方向におけるセンサ７０と可動部６８との間の距離Ｌを検出し、検出された距離を示す信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。

診断装置８０は、センサ７０からの点火栓５２の位置にかかる検出結果を示す信号、及び／又は、制御部７８からの挿入指令信号を受け取って処理するように構成される。図３に示すように、診断装置８０は、診断部８６に加え、挿入時間算出部８２、挿入量算出部８４、又は出力部８８の少なくとも１つを備えていてもよい。

挿入時間算出部８２は、センサ７０の検出結果に基づいて、退避位置１０１にある点火栓５２の挿入が開始されてから点火栓５２が挿入位置１０２に到達するまでの挿入時間を算出するように構成される。点火装置５０において、シリンダ５８の固着や空気圧低下等の異常が生じたとき、点火栓５２の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間が長くなる傾向がある。したがって、点火栓５２の挿入時間に基づいて、点火装置５０の異常を検出することができる。

挿入時間算出部８２は、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時刻ｔ１（図４参照）から、センサ７０が挿入位置１０２にあることを示す信号を受け取った時刻ｔ２（図４参照）までの時間の長さＴＩを、上述の挿入時間として算出してもよい。なお、図４は、診断装置８０が受け取る挿入指令信号及び点火栓５２の位置を示す信号のタイムチャートの一例である。点火栓５２の位置を示す信号について、ＯＦＦは点火栓５２が退避位置１０１にあることを示し、ＯＮは点火栓５２が挿入位置１０２にあることを示す。

挿入量算出部８４は、センサ７０の検出結果に基づいて、点火栓５２の挿入量を算出するように構成される。点火装置５０において、シリンダ５８の固着や空気圧低下等の異常が生じたとき、点火栓５２の挿入量が小さくなる傾向がある。したがって、点火栓５２の挿入量に基づいて、点火装置５０の異常を検出することができる。

挿入量算出部８４は、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時点以後のセンサ７０と可動部６８との間の距離Ｌ（図２参照）に基づいて、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時点における上述の距離Ｌと、該距離Ｌの極小値（センサ７０と可動部６８とが最も近づいたときの距離Ｌ）との差分を、点火栓５２の挿入量として算出してもよい。

診断部８６は、挿入時間算出部８２により算出した挿入時間、又は、挿入量算出部８４により算出した挿入量に基づいて、点火装置５０の異常診断するように構成されてもよい。

出力部８８は、診断部８６による診断結果を出力するように構成される。あるいは、出力部８８は、診断部８６によって点火装置５０に異常があると判定されたときに、警報を出力するように構成されてもよい。出力部８８は、診断部８６による診断結果又は上述の警報を視覚情報又は聴覚情報として出力するように構成されたデバイス（ディスプレイ又はスピーカ等）を含んでもよい。

診断装置８０は、プロセッサ（ＣＰＵ等）、記憶装置（メモリデバイス；ＲＡＭ等）、補助記憶部及びインターフェース等を備えた計算機を含む。診断装置８０は、インターフェースを介して、センサ７０及び／又は制御部７８からの信号を受け取るようになっている。プロセッサは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、プロセッサは、記憶装置に展開されるプログラムを処理するように構成される。これにより、上述の各機能部（診断部８６、挿入時間算出部８２、挿入量算出部８４又は出力部８８）の機能が実現される。

診断装置８０での処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装される。プログラムは、補助記憶部に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムは記憶装置に展開される。プロセッサは、記憶装置からプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。

燃焼筒４０に進退可能に設けられた点火栓５２では、何らかの要因（例えば、シリンダ５８における固着や、シリンダ５８への空気圧不足又は空気供給系統の故障等）により点火栓５２が燃焼筒４０内の挿入位置１０２（点火位置）まで移動できなくなると、燃料ノズルから噴出される燃料に着火することができず、ガスタービン１を適切に起動できなくなる。このような場合に、起動失敗の原因が不明であると、ガスタービン１の再起動及び着火失敗を無駄に繰り返してしまう場合がある。

この点、上述のように構成された異常検知システム１００によれば、点火栓５２が燃焼筒４０内の挿入位置１０２にあるか否かをセンサ７０により検出可能であるので、この検出結果に基づき、点火装置５０の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置５０の異常が検知された場合であっても、ガスタービン１の起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービン１の速やかな起動が可能となる。

幾つかの実施形態では、診断部８６は、ガスタービン１の起動中、かつ、燃焼器４における燃料への着火前に、センサ７０の検出結果に基づいて点火装置５０の異常診断をするように構成される。

このように、ガスタービン１の起動中かつ燃焼器４における着火前に点火装置５０の異常診断をすることにより、ガスタービン１の起動ができなかったときにその原因を把握しやすくなる。よって、着火失敗に伴うガスタービン１の無駄な再起動の回数を効果的に低減することができる。

（ガスタービン用燃焼器の異常検知フロー）
以下、点火装置５０を含む燃焼器４の異常検知のフローについて説明する。図５，７，８は、それぞれ、一実施形態に係るガスタービン１用燃焼器４の異常検知方法を示すフローチャートである。なお、以下において、上述の診断装置８０を含む異常検知システム１００を用いて一実施形態に係る燃焼器の異常検知方法を実行する場合について説明するが、幾つかの実施形態では、他の装置を用いて燃焼器の異常検知方法を実行してもよく、あるいは、幾つかの実施形態では、以下に説明する手順の一部又は全部を手動で行ってもよい。

図５に示す実施形態では、センサ７０として、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かのみを検出可能なセンサ、又は、点火栓５２の変位量を検出可能なセンサを用いることができる。

図５に示す実施形態では、まず、ガスタービン１の起動中かつ燃焼器４における着火前に、制御部７８から点火栓５２の挿入指令信号が送出される。このように送出された挿入指令信号は、診断装置８０及び点火装置５０によって受け取られる（Ｓ１０２）。なお、挿入指令信号が送出される直前まで、点火栓５２は退避位置１０１に位置している。

ステップＳ１０２で挿入指令信号を受け取ると、点火装置５０は上述したように作動して、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。点火栓５２が挿入位置１０２にあることをセンサ７０が検出すると、この検出信号が診断装置８０に送られる（Ｓ１０４）。

挿入時間算出部８２は、ステップＳ１０２で受け取った挿入指令信号及びステップＳ１０４で受け取ったセンサ７０からの信号に基づいて、点火栓５２の挿入時間ＴＩ（図４参照）を算出する（Ｓ１０６）。

次に、診断部８６は、ステップＳ１０６で算出された挿入時間ＴＩと閾値とを比較する（Ｓ１０８）。ステップＳ１０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ１０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定する（Ｓ１０９）。一方、ステップＳ１０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ１０８でＹｅｓ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定する（Ｓ１１０）。

次に、出力部８８は、ステップＳ１０８～Ｓ１１０で得られた結果を出力する（Ｓ１１４）。ステップＳ１０８～Ｓ１１０で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ１１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。

上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ１０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ１１０）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。

なお、診断装置８０は、ステップＳ１０６で挿入時間を算出する度に、算出した挿入時間を記憶部（外部記憶装置や内部記憶装置）に蓄積してもよい。出力部８８は、記憶部に蓄積された挿入時間の経時変化を示すグラフ（図６参照）をディスプレイ等の表示部に出力するようにしてもよい。また、出力部８８は、ステップＳ１０６で算出された挿入時間とともに、ステップＳ１０８で用いる閾値ＴＩｔｈ（図６参照）を表示部に出力するようにしてもよい。なお、図６は、一実施形態にかかる出力部８８（診断装置８０）による出力結果の一例を示す図である。

上述のように、過去に算出された挿入時間の時間変化をグラフとして表現することで、挿入実感の変化傾向を容易に把握することができる。したがって、例えば、挿入時間が閾値を超える時期を予測することができ、燃焼器４のメンテナンス等を効率的に行うことができる。

図７に示す実施形態では、センサ７０として、点火栓５２の変位量を検出可能なセンサを用いることができる。

図７に示す実施形態において、ステップＳ２０２では、図５に示す実施形態のステップＳ１０２と同様に、制御部７８からの挿入指令信号を診断装置８０及び点火装置５０が受け取る（Ｓ１０２）。

ステップＳ２０２で挿入指令信号を受け取ると、点火装置５０は上述したように作動して、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。点火栓５２の変位量をセンサ７０が検出すると、この検出信号が診断装置８０に送られる（Ｓ２０４）。

挿入量算出部８４は、ステップＳ２０２で受け取った挿入指令信号及びステップＳ２０４で受け取ったセンサ７０からの信号に基づいて、点火栓５２の挿入量を算出する（Ｓ２０６）。

次に、診断部８６は、ステップＳ２０６で算出された挿入量と閾値とを比較する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０８での比較の結果、挿入量が閾値より異常であるとき（Ｓ２０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定する（Ｓ２０９）。一方、ステップＳ２０８での比較の結果、挿入量が閾値より小さいとき（Ｓ２０８でＹｅｓ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定する（Ｓ２１０）。

次に、出力部８８は、ステップＳ２０８～Ｓ２１０で得られた結果を出力する（Ｓ２１４）。ステップＳ２０８～Ｓ２１０で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ２１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。

上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ２０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ２１０）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。

図８に示す実施形態は、図５に示す実施形態の変形例である。なお、一実施形態では、図７に示す実施形態の同様の変形例を行ってもよい。

図８に示す実施形態では、まず、診断装置８０において、カウンタ（ｉ）に１を設定する（Ｓ３０１）。そして、図５に実施形態におけるステップＳ１０２～Ｓ１０６と同様の手順で、ステップＳ３０２～Ｓ３０６を行い、点火栓５２の挿入時間を算出する。

次に、診断部８６は、ステップＳ３０６で算出された挿入時間ＴＩと閾値とを比較する（Ｓ３０８）。ステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ３０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定し（Ｓ３０９）、次のステップＳ３１４に進む。

一方、ステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ３０８でＹｅｓかつＳ３１０でＹｅｓ）、点火装置５０に異常の可能性があると判定できる。このため、出力部８８により警報を出力するとともに（Ｓ３１６）、カウンタ（ｉ）を加算して（Ｓ３１８）、ステップＳ３０２～Ｓ３０８の手順を繰り返す。

２回目のステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ３０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定し（Ｓ３０９）、次のステップＳ３１４に進む。一方、２回目のステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ３０８でＹｅｓかつＳ３１０でＮＯ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定し（Ｓ３１２）、次のステップＳ３１４に進む。

ステップＳ３１４では、図５におけるステップＳ１１４と同様、出力部８８は、ステップＳ３０８～Ｓ３１２で得られた結果を出力する（Ｓ３１４）。ステップＳ３０８～Ｓ３１２で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ３１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。

上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ３０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ３１２）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。

点火栓５２が適切に動作しない場合であっても、再度同じ動作を試みることで、点火栓５２が適切に動作する場合もある。この点、図８に示す実施形態によれば、点火装置５０に異常有りと一旦判定された場合であっても、再度、センサ７０での検出結果を用いて点火装置５０の異常診断をするようにしたので、点火装置５０の異常判定に伴うガスタービンの起動停止回数又は停止時間を低減することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）用の燃焼器（４）の異常検知システム（１００）は、
ガスタービン用燃焼器の燃焼筒（４０）内の挿入位置（１０２）と、前記燃焼筒から後退した退避位置（１０１）との間で移動可能に設けられた点火栓（５２）が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサ（７０）と、
前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置（５０）の異常診断をするように構成された診断部（８６）と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記異常検知システムは、
前記センサの検出結果に基づいて、前記退避位置にある前記点火栓の挿入が開始されてから前記点火栓が前記挿入位置に到達するまでの挿入時間を算出するように構成された挿入時間算出部（８４）を備え、
前記診断部は、前記挿入時間に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。

本発明者らの知見によれば、点火栓を含む点火装置に異常が生じたとき、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間が長くなる傾向がある。上記（２）の構成によれば、センサの検出結果に基づいて、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間を算出するようにしたので、算出された挿入時間に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記診断部は、前記挿入時間が閾値よりも大きいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成される。

上記（３）の構成によれば、センサの検出結果から算出される挿入時間と閾値との比較に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記異常検知システムは、
前記センサの検出結果に基づいて、前記点火栓の挿入量を算出するように構成された挿入量算出部（８４）を備え、
前記診断部は、前記挿入量に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。

本発明者らの知見によれば、点火栓を含む点火装置に異常が生じたとき、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入量が小さくなる傾向がある。上記（４）の構成によれば、センサの検出結果に基づいて、点火栓の挿入量を算出するようにしたので、算出された挿入量に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記診断部は、前記挿入量が閾値よりも小さいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成される。

上記（５）の構成によれば、センサの検出結果から算出される挿入量と閾値との比較に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記センサは、前記点火栓が前記挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサである。

上記（６）の構成によれば、点火栓が挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサを用いるようにしたので、比較的簡素な構成で、点火装置の異常診断を行うことができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記センサは、前記点火栓の移動方向における前記点火栓の変位量を検出可能なセンサである。

上記（７）の構成によれば、点火栓の変量を検出可能なセンサを用いるようにしたので、点火栓の位置を定量的に知ることができる。これにより、点火装置の状態をより詳細に把握することができ、点火装置の異常診断をより詳細に行うことができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記異常検知システムは、
前記診断部によって前記点火装置に異常があると判定されたときに警報を出力するように構成された出力部（８８）を備え、
前記診断部は、前記警報が出力された後、再度、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。

点火栓が適切に動作しない場合であっても、再度同じ動作を試みることで、点火栓が適切に動作する場合もある。上記（８）の構成によれば、点火装置に異常有りと一旦判定された場合であっても、再度、センサでの検出結果を用いて点火装置の異常診断をするようにしたので、点火装置の異常判定に伴うガスタービンの起動停止回数又は停止時間を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記診断部は、前記燃焼器を含むガスタービンの起動中、かつ、前記燃焼器における着火前に、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。

上記（９）の構成によれば、ガスタービンの起動中かつ燃焼器における着火前に点火装置の異常診断をするようにしたので、ガスタービンの起動ができなかったときにその原因を把握しやすくなる。よって、着火失敗に伴うガスタービンの無駄な再起動の回数を低減することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の燃焼器（４）は、
燃料を噴出するための燃料ノズル（３２，３６）と、
前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓（５２）を含む点火装置（５０）と、
前記点火装置の異常診断をするように構成された上記（１）乃至（９）の何れか一項に記載の異常検知システム（１００）と、
を備える。

上記（１０）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）は、
上記（１０）に記載の燃焼器（４）と、
前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、
を備える。

上記（１１）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態にかかるガスタービン用燃焼器の異常検知方法は、
ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップ（Ｓ１０４，Ｓ２０４，Ｓ３０４）と、
前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップ（Ｓ１０８～Ｓ１１０，Ｓ２０８～Ｓ２１０，Ｓ３０８～Ｓ３１２）と、
を備える。

上記（１２）の方法によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かを検出するようにしたので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２８ 燃焼ガス通路
３０ 排気室
３２ 第１ノズル
３４ スワラ
３６ 第２ノズル
３８ スワラ
４０ 燃焼筒
５０ 点火装置
５２ 点火栓
５２ａ 先端部
５３ 駆動部
５４ ピストン
５６ ロッド
５８ シリンダ
５９ 付勢部材
６０ 第１室
６２ 第２室
６６ 取付部
６８ 可動部
７０ センサ
７２ 空気源
７４ 空気ライン
７６ 空気バルブ
７８ 制御部
８０ 診断装置
８２ 挿入時間算出部
８４ 挿入量算出部
８６ 診断部
８８ 出力部
１００ 異常検知システム
１０１ 退避位置
１０２ 挿入位置
Ｃ ロータ軸線

Claims (12)

1. ガスタービン用の燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサと、
   前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするように構成された診断部と、
   を備え、
   前記点火栓は、前記点火栓の軸方向に沿って延在するシリンダと、前記シリンダの内部を前記軸方向に沿って摺動可能なピストンと、を含む駆動部によって前記軸方向に沿って前記挿入位置と前記退避位置との間を移動されるように構成され、
   前記センサは、前記シリンダに取り付けられるとともに、前記軸方向にて前記点火栓とは反対側にて前記ピストンに連結されるロッドに取り付けられる可動部と前記軸方向にて対向するように設けられる
   ガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
2. 前記センサの検出結果に基づいて、前記退避位置にある前記点火栓の挿入が開始されてから前記点火栓が前記挿入位置に到達するまでの挿入時間を算出するように構成された挿入時間算出部を備え、
   前記診断部は、前記挿入時間に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
   請求項１に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
3. 前記診断部は、前記挿入時間が閾値よりも大きいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成された
   請求項２に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
4. 前記センサの検出結果に基づいて、前記点火栓の挿入量を算出するように構成された挿入量算出部を備え、
   前記診断部は、前記挿入量に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
   請求項１に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
5. 前記診断部は、前記挿入量が閾値よりも小さいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成された
   請求項４に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
6. 前記センサは、前記点火栓が前記挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサである
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
7. 前記センサは、前記点火栓の移動方向における前記点火栓の変位量を検出可能なセンサである
   請求項１乃至６の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
8. 前記診断部によって前記点火装置に異常があると判定されたときに警報を出力するように構成された出力部を備え、
   前記診断部は、前記警報が出力された後、再度、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
9. 前記診断部は、前記燃焼器を含むガスタービンの起動中、かつ、前記燃焼器における着火前に、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
   請求項１乃至８の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
10. 燃料を噴出するための燃料ノズルと、
    前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓を含む点火装置と、
    前記点火装置の異常診断をするように構成された請求項１乃至９の何れか一項に記載の異常検知システムと、
    を備えるガスタービン用の燃焼器。
11. 請求項１０に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
    を備えるガスタービン。
12. ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップと、
    前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップと、
    を備え、
    前記点火栓は、前記点火栓の軸方向に沿って延在するシリンダと、前記シリンダの内部を前記軸方向に沿って摺動可能なピストンと、を含む駆動部によって前記軸方向に沿って前記挿入位置と前記退避位置との間を移動されるように構成され、
    前記検出ステップでは、前記シリンダに取り付けられるとともに、前記軸方向にて前記点火栓とは反対側にて前記ピストンに連結されるロッドに取り付けられる可動部と前記軸方向にて対向するように設けられたセンサを用いて、前記点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する
    ガスタービン用燃焼器の異常検知方法。

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