JPH02291433A - 一体化したブースト・コンプレッサー／ガスタービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料ガスをタービンに供給する前に燃料ガスの
圧力を高めるための燃料ガス・ブースト・コンプレッサ
ーを有するガスタービン用の制御装置に関するものであ
る。より詳細に述べると、燃料ガス・ブースト・コンプ
レッサーを駆動するのに必要な最小のパワーを持つ負荷
需要に応じるような方法で、ガス・ブースト・コンプレ
ッサーおよびガスタービンの結合を制御するための制御
装置に関するものである。

〔発明の背景〕

何年にも渡ってガスタービンに対する開発、改良が行わ
れた結果、増加された体積流、燃焼温度および圧力比を
利用することによりタービン性能が改良された。このた
め、増加した燃料ガス供給圧力が必要となった。現在の
要求は標準的には２７５−３２５ＰＳＩＧ　（平方イン
チ当りのポンド）の範囲であるが、現在の航空機の誘導
エンジンおよび目下開発中の新しい強力な装置に要求さ
れるのは４　０　０−６　０　０　ＰＳ　ＩＧというも
っと高い圧力である。燃料ガス供給圧力要求がふえてき
ているのに反して、適切な圧力での燃料ガス供給の有用
性は減ってきている。これは一つには、電力の発生にお
いてガスタービンが使われる多数の工業および共同発電
用地で入手可能なプロセスガスのような天然ガス以外の
燃料ガスの使用によるものである。これらの燃料はしば
しばまたはある場合には非常に低い気圧で入手可能であ
る。このため、入手可能な燃料ガスを用い、それをガス
タービンに供給する前に、必要な圧力に高めるガス・ブ
ースト・コンプレッサー使用に至った。

燃料ガス・ブースト・コンプレッサーの不可欠な使用に
より、設備の最初の費用に当然コンプレッサーを作動す
るためのかなりの金額が付加される。最初の費用とは、
一サイクル単位に対する装置パワー出力のキロワット当
り１０または１２ドルであり、二重冗長ガス・ブースト
・コンプレッサー装置に対してはキロワット当り２０　
−　２５ドルである．しかし、システムに対する第２の
重要な費用要素はガス・ブースト・コンプレッサーの作
動費用、すなわち燃料ガス・ブースト・コンプレッサー
を駆動するのに必要なパワーの費用である。この吸収さ
れたパワーが正味発電所出力を減らす。本発明は燃料ガ
ス・ブースト・コンプレッサーに対する必要性を除去す
ることはできないが、燃料ガス・ブースト・コンプレッ
サーのパワー消費量を著しく減らすことができる。ガス
・ブースト・コンプレッサーに対する燃料費は例えば次
のように計算される。１２００キロワットの正常なガス
・ブースト・コンプレッサー・パワー要求を有する発電
所において１００万ＢＴＵ　（英国熱量単位）につき４
ドルで、一年当りの作動が８．０００時間と仮定すると
、コンプレッサー・パワーに対する年間等価燃料費は＄
　３４５．　０００となる。たとえガス・ブースト・コ
ンプレッサー燃料消費量が燃料ガス要求のわずか２−３
％であっても、ブースト・コンプレッサー燃料の４０％
に節約できる改良された制御装置のおかげで、年間でか
なりの節約ができる。これは発電所の存続期間を通して
、何百ドルもの節約ができるということである。

〔発明の目的および概要〕

本発明の目的はガス・ブースト・コンプレッサーに対す
るパワー要求が減らされる一体化した燃料ガス・ブース
ト・コンプレッサー／ガスタービン装置のための改良さ
れた制御装置を提供することである。

さらに本発明の目的は、最適な圧力でガスタービンに燃
料ガスを供給すると同時に、燃料ガス・ブースト・コン
プレッサーに対するパワー要求を著しく減らすことであ
る。

本発明の上述およびその他の目的を達成するために、停
止／速度比率または圧力制御バルブおよびガス制御また
は量バルブを通ってガスタービンに燃料ガスを供給する
る前に、燃料ガス圧力を高めるための燃料ガス・ブース
ト・コンプレッサーが燃料ガス・ブースト・コンプレッ
サーおよびガスタービン用の一体化した制御装置内にお
いて提供されている。装置のパワー要求における節約を
行いながらこれらのバルブを通る圧力損失は、ガスター
ビンが動き始めた後、および通常の制御作動の間これら
のバルブが十分に開いた状態にあるよう制御することに
より、最小限に押さえられる。

このように始動後の装置制御は正常な作動状態の間ガス
・ブースト・コンプレッサーの流れ制御を利用しながら
、最小の装置圧力損失作動に移行される。

本発明の上述およびその他の目的、特色および利点は、
添付の図面に示されている通りの本発明の実施例に関す
る以下のより詳細な説明により明らかになるであろう。

〔実施例の詳細な説明〕

第１図には、燃料ガス制御装置の図式が示されている。

これにはガス・ブースト・コンプレッサー２を通って流
れる天然ガス、プロセスガスまたは製油所テイル・ガス
のいずれでよい燃料ガス源１が含まれる。ガス・ブース
ト・コンプレッサー２は燃料ガス線３に燃料ガスを供給
する。燃料ガス綿３はブロック１０として大まかに示さ
れているガスタービンへの制御された流れに対し、２７
５−３２５ＰＳＩＧの範囲を上回る圧力である。ガス・
ブースト・コンプレッサー２により供給される燃料ガス
ｌの圧力は一定の圧力で供給される。

第１図の燃料ガス制御装置はこの圧力を以下で述べるよ
うなタービン速度の機能であるレベルまで落とす。燃料
ガス１は流量計５，濾過器６，停止／速度比率バルブ７
およびガス制御バルブ８を通って流れ、その後ガスター
ビン４のガスタービン集合管１０に運ばれる。燃料ガス
を制御バルブ７および８に供給する前に燃料ガス１の中
に残っている固体汚染物質を取り除くために濾過器６が
使用されている間に、燃料計５は計測を行い、それを通
る燃料の流れに比例した信号を供給する。ガスタービン
４に供給される燃料ガスｌの圧力制御は以下でもっと詳
しく述べられるように、ガスタービン停止／速度比率バ
ルブにより行われる。一方、バルブ７によりガスタービ
ンに供給されるあらかじめ決められた圧力でのガスの実
際の流れはガス制御バルブ８により制御される。ガス制
御バルブ８に供給される燃料ガスはあらかじめ決められ
た一定の圧力レベルであるので、燃料ガスの流れの比率
とガス制御バルブ８の位置またはストロークの間には直
線状の関係が存在する。

燃料ガス線３においてガス・ブースト・コンプレッサー
２の出力に、そして流量計５の前に置かれた圧力変換器
１１は燃料ガス供給圧力信号（Ｐ０）９を流量計算器１
２および一体化した燃料制御装置１３に供給する。熱電
対ｌ４は流量計算器１２に温度信号を供給するために燃
料ガス線３において流量計５の後に配置されている。流
量計算器１２には、差動圧力変換器１６からの圧力損失
信号１５も与えられる。差動圧力変換器１６は流量計５
の圧力損失を示し、その結果、流量計算器１２は燃料ガ
スにおける圧力および温度またはそのいずれかの変化を
考慮しながら、実際量の燃料流れ信号１９を一体化した
燃料制御装置１３に供給する。

比率および位置制御回路２０はバルブの位置を示す停止
／速度比率バルブ７からの信号２２、燃料ガスｖＡ３に
おいてバルブ７の下方に位置する圧力変換器２１からの
圧力信号２５およびタービン速度信号２６を受ける。こ
れらの信号は第１図ではそれぞれＳＲＶ位置，Ｐ２圧力
およびＴＮＨ速度信号として表されている。圧力変換器
２ｌは停止／速度比率バルブの下方に位置する。比率お
よび位置制御回路２７は停止／速度比率バルブ位置に指
令信号２８を供給する。

通気孔３１は制御バルブ７．８両方が閉じられている時
に燃料力′スが出れるよう通気バルブ３２を通って燃料
ガス線３に接続されている。

位置制御回路３４にはガス制御バルブ８の位置および基
準信号である燃料ストローク基準（ＦＳＲ）信号３６を
表す信号３５が供給される。そして位置制御回路３４は
ガス制御バルブ位置信号３５および燃料ストローク基準
信号３６間の差に比例した指令信号３９を供給する。Ｆ
ＳＲ信号の発生および使用については第２図に関連して
以下で述べる。

圧力変換器４０はＧＣＶアウトレット圧力、またはガス
制御バルブ８のアウトレット圧力に応答するＰ３信号４
１を、第２図に詳しく示されている一体化した燃料制御
装置１３に供給する。圧力変換器４４は、タービン燃焼
を維持するために圧縮空気をタービン４に供給する主エ
アコンブレッサーまたは軸流コンプレッサー４５の放出
圧力に応答するＣＤＰ信号４６を供給する。

第１図の燃料ガス流れ制御装置は第２図の一体化した燃
料制御装置に以下の信号を供給する；コンプレッサー放
出圧力（ＣＤＰ）４６．がス制御バルブ・アウトレット
圧力（Ｐ３）４１，ガス制御バルブ位置（ＧＣＶ位置）
３５，燃料の流れ１９，および燃料ガス供給圧力（ｐｏ
　）９。

第２図には、本発明に基づいた一体化したブースト・コ
ンプレッサー／ガスタービン制御装置が示されている。

図面の下半分には、ガス制御バルブ８の制御において必
要とされる燃料ストローク基準（ＦＳＲ）信号３６を発
生するための制御副装置がおおまかに示されている。一
方上半分にはブースト・コンブレッサーの流れ制御設定
置４７を発生するための制御副装置がおおまかに示され
ている。

設定値回路４９は最大負荷５０，予選沢負荷５１，運転
予備電力５２，上げ信号５３および下げ信号５４のよう
な複数の入力信号を受け、そして加算回路５６に供給さ
れるタービン速度を示す基準信号の１００−１０４パー
セントである信号５５を発生するよう調整される。また
、設定置信号５５から引き算された垂下信号５８が加算
回路５６に供給される。ガスタービン４により駆動され
る発電機ｌ７のパワー出力信号（キロワット）６０を濾
過器６１とマルチブライヤ−６２を含む回路に印加する
ことにより、垂下信号５８は発生する。垂下信号は２５
で割られたー装置ごとのパワー出力または発電機１７の
速度、すなわちパワー出力または速度のキロワット／２
５あるいは４％に比例するようにする。その結果、加算
回路５６の出力は正常な状態においてはゼロとなる。

つまり、もし設定値信号５５が１０４％であり、発電機
１７の電力出力が１００％の２５分の１または４％であ
ればタービン速度信号６７と共に第２加算回路６６に印
加される加算回路５６の出力６５は１００％である。

もし回路が１００％信号６５を供給するよう調整され、
タービン速度もまた全負荷に対して１００％であれば、
加算回路６６の出力６８は正常な状態においてはゼロに
なるであろう。作動中、装置が安定した状態で動いてい
る時に、もし設定値信号５５が１０３％まで低められる
と、発電機１７はそのパワー出力をまだ変えていないの
で加算回路５６の出力６５は今１０３−４％または９９
％である。装置の周波数が固定されているため、ガスタ
ービン４はまだ速度が落ちていないので、−１％の誤差
が出、そのため実際にはガスタービン４に供給されてい
る燃料ガスは多すぎると制御装置には伝えられる。する
と、ガスタービン４に供給される燃料ガスを減らすため
にガ゜ス制御バルブ８を閉じ始めるＦＳＲ信号３６が減
らされる。その結果、燃料入力は減らされ、発電機ｌ７
により発生されるパワーは７５％に落とされる。マルチ
プライヤ−６２の出力において４％の７５％は３％であ
るからだ。

マルチプライヤ−６２の３％の出力は加算回路５６に印
加され、調速機ループをバランスのとれた状態にもどし
ながら、１０３％信号５５から引き算される。すなわち
、加算回路５６の出力が１００％．夕一ビン速度が１０
０％，第２加算回路６６により供給される誤差または速
度信号６７はゼロであり、そして積分誤差信号７４は最
小値ゲート７１に印加される。

始動信号７２，加速信号７３，温度信号７５および手動
制御信号７６のようなその他の様々な制御機能信号が最
小値ゲート７１の入力の一部として供給される。しかし
、これらは様々な状態において燃料の流れを制御するた
めの従来の制御機能であり、本発明の一部ではない。最
小値ゲート７１は最小量の燃料ガスの流れを要求するい
かなるものによっても、例えばこれが速度または温度か
どうかにより制御可能にする。このように最小値ゲート
７１には多数の入力が与えられ、そして要求を満たすた
めに最小量の燃料ガスの流れを求める出力を供給する。

最小値ゲート７１の出力信号７８が最大値ゲート８０に
供給される。最大値ゲート８０に対する別の入力は燃料
制御信号７９である。これは燃料流れ信号１９および最
小設定信号８４（１２つの入力を受ける燃料加算回路８
２に応答する最小燃料制御回路８１により供給される。

最小設定信号８４は燃焼器が燃え続けるように、少なく
とも最小の燃料をガスタービン４が確実に受取るように
する。このように最大値ゲー｝８０の出力は最小燃料制
御信号７９および最小バルブ・ゲート７１の出力７９よ
り高い。

本発明の目的および理論原理に対する検討は、この時点
において本発明および以下で述べられている制御ループ
に対する説明の理解に役立つと考える。本発明の主たる
目的は超過した流れはバイパスされたり、ガス・ブース
ト・コンプレッサー放出からコンプレッサーの吸引側部
に再び移動したりしなければならないので、ガス・ブー
スト・コンプレッサー２がガスタービン４により必要と
される流れだけを送り込むようコンプレッサー２を制御
することである。このガスが再び移動する間、同じガス
圧がガス・ブースト・コンプレッサーを通って再び高め
られるので、このような流れにおいてパワーの損失や価
格の増加がある。従って、本発明はガス・ブースト・コ
ンプレッサー（Ｐ０）の放出圧力９を、ガスタービン４
に要求される燃料ガス１を供給するのに必要な最低値に
制御する。この目的は第４図に示されている。

第１図および第４図について述べると、一体化したガス
・ブースト・コンプレッサー装置の特性がｙ軸上に示さ
れた圧力およびＸ軸上に示された速度と定格負荷（パー
セントで）により示されている。スピードは線９０の左
側に、負荷は線９０の右側に示されており、線９０は速
度および負荷の両方に対してＯ％である。第４図の左上
部において、燃料ガス供給圧力Ｐ０または９の正常な範
囲は典型的なガスタービンに対してはおよそ２７５−３
２５ＰＳＩＧであることがわかる。これは負荷が最大で
周囲温度が最小である状況の下で燃料ガス１を得るため
にガスタービン４の燃焼室に要求されるものである。燃
焼室の圧力Ｐ３に燃料ノズルのノズル圧力損失Ｐを加え
たものがガスタービン集合管１０における圧力を示す曲
線に等しい。

ガスタービン集合管の構造に関して述べると、これはガ
スタービンをとり巻く集合管パイプからの短いパイプま
たはピグテール（示されておらず）上で外に向かって伸
びたｌ８の燃料ノズルを持つ。

ガス制御バルブ８は要求される速度，温度および負荷を
維持するのに必要な量の燃料ガス３を集合管に供給する
。

燃料ノズルの特性は固定された開口部のそれであり、そ
の結果、燃料の流れをノズルを通って燃焼室に供給する
のに必要な圧力損失は２乗された関係である。つまり、 Ｐｏ　＝ＣＸｆｌｏｗ” ここでＣは定数である。

言い換えれば、集合管１０における圧力は燃焼室の圧力
にノズル差動圧力を加えたものに等しい。

この関係は第４図の線９０の右の部分に示され゛ている
．燃料ノズル集合管圧力はＸ軸上の負荷をガスタービン
に送り込むのにガス集合管において必要とされる圧力を
示す。

燃料ガス１をガス・ブースト・コンプレッサー２からガ
スタービン集合管１０に送り込むのに必要な圧力は停止
／速度比率バルブ７，ガス制御バルブ８，流量計５およ
び連結パイプ３中の圧力損失を上回るのに必要な圧力で
あり、これが必要とされる最小圧力であろう。

ガスの流れを制御するために必要なガス制御バルブ８お
よび停止／速度比率バルブ７中の圧力損失は可変である
。速度比率バルブ７およびガス制御バルブ８中の圧力損
失は通気孔を最大にするためにバルブを開くことにより
最小に押さえることができる。この状態において、ブー
スト・コンブレッサー２の流れ制御により装置のガスの
流れは制御され、ガス・ブースト・コンプレッサー２を
駆動させるのに必要なパワーは最小となるであろう。そ
してブースト・コンプレッサーはタービンに必要なガス
だけを送り込むであろう。言い換えれば、ブースト・コ
ンプレッサーは十分に開いた状態のバルブに最小の放出
圧力を供給する必要があるということである。この関係
が本発明の中で利用されている。つまり、本発明中では
バルブ中の圧力損失が増すのをさけるため、および処理
量を制御するためにブースト・コンプレッサーを通る流
れを制御することにより、負荷要求を満たすようにガス
・ブースト・コンプレッサー２を通る燃料ガスの流れを
制御するため、制御機能が不要な時に、停止／速度比率
バルブ７は広く開いた状態とるなよう制御される。ブー
スト・コンプレッサーの流れは遠心コンプレッサーのコ
ンプレッサー吸引を絞るか、往復コンプレッサーの有効
なシリンダー容積を変えるか、またはいずれかの型のコ
ンプレッサーの速度を変えることにより経済的に制御で
きる。

しかし、これはガス・ブースト・コンプレッサー２によ
り装置の流れ制御において実際的な問題を引き起こし、
その結果、かなりの量のガスが制御装置の中に貯えられ
るであろう。適切な同期化および負荷の突発損失上の速
度行過ぎ量の防止を許すのに、ガスタービンに要求され
る応答制御を妨げるであろうエネルギーが装置内に貯え
られるのを防ぐために、停止／速度比率バルブ７および
ガス制御バルブ８は通常できるだけガスタービン４に近
付けられる。従って、もし燃料の流れ制御の地点がター
ビン４の近くに配置されたガス制御バルブ８から、ター
ビンから１００フィートも離れた状態であることもあり
うるガス・ブースト・コンプレッサー２にはるばる移動
すると、制御地点とガスタービンの間に貯えられたエネ
ルギーは激しく増えるであろう。

従って、本発明は正常な使用の間に制御ループからガス
制御バルブを効果的に移動するための、そして負荷の損
失、ガスタービンの同期化および応答制御動作が必要と
なるシャフト破損等の緊急事態のような制御作用の下で
、バルブの制御動作を利用する制御装置を提供している
。始動操作の間は必要とされる圧力は低く、ブースト・
コンプレッサーのパワーは第４図で示されているように
節約される。ブースト・コンプレッサーがふさがれた状
態になるのを避けるに適切な最小放出圧力を保つように
ブースト・コンプレッサーの流れを制御し、停止／速度
比率バルブ７およびガス制御バルブ８で装置の流れを制
御することにより、ブ−スト・コンプレッサーのパワー
は実質上の最低値に保たれる。

ガスタービンの使用に際し、ブースト・コンブレッサー
が使われると、流れ設定値はガスタービン上に配置され
たパワー需要により要求される装置の流れ速度によって
決定される。この設定値は信号４７であり、それは最小
Ｐ０制御９３により供給される最小圧力制御信号９２を
最小値ゲート９５の出力９４と比較する第２図における
最大値ゲート９１の出力である。これは過渡状態におい
て、ガスタービン４のフレームアウトまたはブースト・
コンプレッサーのふさがれた差動を引き起こすほど低い
値にブースト・コンプレッサー２の圧力が達するのを防
ぐ。すなわち、ガスタービン燃料制御装置に最小燃料ガ
ス供給圧力を与えるということである。

最小値ゲート９５はガス制御バルブ圧力差分信号９８と
ノズル圧力差分制御信号１００とを比較する。

最小供給圧力制御９３の入力は、ガス・プースト・コン
ブレッサー２のアウトレフト圧力であるガス供給圧力（
ｐｏ　）９を最小所望の圧力設定１（１２と比較する加
算回路１０１により供給される。ガス制御バルブ圧力差
分制御信号９８の入力は加算回路１０４により供給され
る。この加算回路１０４はガス供給圧力Ｐ０信号９、ガ
ス制御バルブ差分を形成するガス制御バルブ・アウトレ
ット圧力信号４１、および場所要求に従って場において
設定されうる基準信号である所望の圧力差分設定信号１
（１５の３つの出力を比較する。ガス制御バルブ圧力差
分制御信号９８はいつも制御状態にあるわけではなく、
主として過渡状態に対して制御状態にある。そして最小
値ゲート９５はブースト・コンプレッサーの流れ制御設
定値４７が流れの停止や流れの反転を引き起こすほど低
くならないようにする。

主制御ループはコンプレッサー放出圧力４６と、ノズル
圧力差分を形成するガス制御バルブ・アウトレット圧力
４１を加算回路１（１９の出力と比較する加算回路１０
７により供給される。再び第４図について述べると、ガ
ス制御バルブ圧力４ｌである燃料ノズル集合管圧力Ｐ３
とコンプレッサー放出圧力４６であるＣＤＰ間の差は、
ガス・ブースト・コンプレッサー２から要求される圧力
ブーストの指示として制御されるよう望まれるものであ
るノズル圧力差分とほとんど同じ形になる。さらにまた
これは、最小供給圧力で正しいガスの流れが確実に供給
されるよう帰還信号として使用されることができる。も
し燃焼室内に圧力センサーが置かれると、それは非常な
高温にさらされるので、燃焼室の圧力を直接計るのはき
わめてむずかしい。そこでこの近似が実際的な解決法と
なる。従って、ＣＤＰ信号４６は．９４５を掛けられた
燃料ノズル・アウトレフト圧力信号として使われる。こ
の係数は燃焼室ライナーの幾何学的配置を含む計算に基
づいている。一方Ｐ，は集合管上方のパイプで、しかし
実際には集合管圧力を示すのに十分なほど接近している
パイプで変換器４０により直接測定される。

従って、調速機によりガスタービン上に配置されたパワ
ー需要を満たすのに必要な燃料の流れの２乗に一致する
ノズル圧力差動を保持するようブースト・コンプレッサ
ーの流れ制御に命令することにより、ブースト・コンプ
レッサーの流れ制御を通して装置の流れを効果的に制御
することが可能である。

第２図に関して述べると、加算回路１０７は機能発生回
路１１５および利得制御１１４を含むマルチプライヤ−
１１３を通って加算回路１（１９に供給される設定値信
号５５に応答する入力を与える加算回路１（１９の出力
と共に、Ｐ　３　＋信号４１およびＣＤＰ信号４６間の
差を比較する。ガスタービン４への燃料の流れを決定す
る信号は調速機の設定値の出力信号、すなわち設定置回
路４９である。これはガスタービン４上に位置する需要
または負荷に比例するので、それは必要な燃料の流れに
比例する。

機能発生回路１１５は必要な定数を制御に供給し、また
非直線性も与える。その結果、必要な燃料ガスがノズル
圧力差分に換算して与えられ、これはノズル圧力差分制
御信号１００に対する設定値または基準である。

制御装置はガス・プースト・コンブレッサー２のパワー
損失を最小限にするために装置の圧力損失を最小限する
よう意図されている。そして上記のように停止／速度比
率バルブ７およびガス制御バルブ８を開くことにより、
本発明に基づいた正常な装置差動の間装置の圧力損失は
最小となるであろう。

加算回路１２２はガス制御バルブ８の位置３５を予決定
開放設定１２３（例えば９５％または９８％）と比較す
る。もしガス制御バルブ位置３５が前もって決められた
設定以下であれば、ゼロ・クランプ１１Ｂ、ランプ機能
１１２を通って、第２位置制御１１９内の積分器により
信号が加算回路１（１９に信号１１１として供給される
。ゼロ・クランプは負信号が加算回路１（１９に達する
のを防ぎ、ランプ機能は信号１１１があまり急速に変化
するのを防ぐ。

加算回路１（１９はマルチプライヤ−１１３の出力であ
る修正された負荷需要信号から信号１１１を引き算する
。これはガスタービンの燃料の流れおよび出力パワーを
減らしながらガス制御バルブ８の位置３５を増すことに
よりガスタービン調速機に応答する流れ需要信号４７を
少し減少させる。同時に、ノズル圧力差分制御信号１０
０はわずかな燃料の流れの減少をノズル圧力差分におけ
る減少として感じ取り、ブースト・コンブレッサー流れ
制御設定値信号４７を新しいガス制御バルブ位置で増加
させる。この過程はガス制御バルブ８の位置３５が予決
定開放設定１２３になるまで続けられる。

ガスタービン４の始動および運転停止操作の間は、ガス
制御バルブ８が過渡状態の下で作動できるよう装置は第
２位置制御１１９の効果を妨げる。

バイアス電圧を付加することにより、全第２位置制御１
１９が制御信号をゼロ・クランプ１１８の領域に追いや
ることができないようにするため、オフセット信号１２
４が加算回路１２２に供給される。オフセット・スイッ
チ１２６が閉じられた時、これは機能発生回路１１５お
よびマルチプライヤ−１１３を通って加算回路１（１９
に供給される負荷需要信号５５から発生した燃料需要信
号の計算を始めないようにゼロ・クランプ１１Ｂにより
妨げられる状態に全第２位置制御１１９を効果的に置く
。主発電機の遮断器（示されておらず）が開いている時
にはいつでも、また発電機１７のメガヮット出力が標準
的に運転予備電力パワー設定として言及されるあらかじ
め決められた量より少ない時にオフセット・スイッチ１
２６は閉られる。上述のように第２位置制御１１９が妨
げられる時にはいつでも、ガス制御バルブ８は従来の方
法で機能する。

簡潔な要約により、本発明の一体化したブースト・コン
ブレッサー／ガスタービン制御装置の作動を幾分簡略化
した形で以下の通り述べる。始動の間、ブースト・コン
プレッサー流れ制御設定置信号４７は最小燃料ガス・ブ
ースト・コンプレッサー放出圧力設定置を保持しており
、一方、停止／速度比率バルブ７とガス制御バルブ８の
両方は始動燃料の流れを保持するために絞られる。これ
はタービン速度信号６７０機能であるガス制御バルブ・
インレットの圧力設定置がガス・ブースト・コンプレッ
サー放出圧力９　（Ｐ．　）を上回るまで続く。この段
階で、停止／速度比率バルブ７は広く開いた位置に積分
し、そして流れの制御は速度および加速度制御に応答す
るガス制御バルブ８を独占的に使用して行われる。ガス
制御バルブ・アウトレットの圧力４１（Ｐ．）が増すの
で、ガス制御バルブ８の圧力損失はガス制御バルブ圧力
損失がガス・ブースト・コンプレッサーの流れ制御設定
置発電機のガス制御バルブ差分圧力設定信号１（１５に
達するまで下がるであろう。この段階で、ガス・ブース
ト・コンプレッサー２からの流れは差分設定信号１（１
５でガス制御バルブ圧力損失９８を維持するため変調さ
れる。燃料の流れ制御はガス制御バルブ８の制御または
支配の下で行われる。

作動のこのモードは装置が前述の最小装置圧力損失作動
に移行されるまで続く。

ガス・ブースト・コンプレッサー２の流れ制御は、加算
回路１０１，１０４および１０７により供給される信号
に対応する装置の３つ異なった操作レベルによって行わ
れる。これらは３つの基本圧力または圧力差分制御ルー
プを供給する。加算回路１０１はガス・ブースト・コン
プレッサー２のアウトレフト圧力に対する最小設定また
は最低値を定める。

つまり始動または過渡状態の間に入力の一つとして値最
小Ｐ０制御９３に供給されるＰｏ９信号と協力して加算
回路１０１により最小最低値が定められるということで
ある。加算回路１０４および１０７は、ブースト・コン
ブレッサー流れ制御器に基準を供給することにより、最
大値ゲート９１が装置の燃料ガスの流れを制御するよう
にするバルブ・ゲート９５に制御信号を送る。加算回路
１０７または１０４のどちらかが、最小最低値により要
求される圧力より大きいブースト・コンプレッサー放出
圧力として増加することが必要とされるがまたは要求さ
れる時、最大値ゲート９１はブースト・コンプレッサー
の流れ制御設定置信号４７の制御が最低値ゲート９５に
向きを変えるようにする。

ガスタービン４は負荷されていので、ガス制御バルブ圧
力差分制御信号９８はノズル圧力差分制御信号１００の
機能がより急速に生じるレベルまで増加し始め、ガス制
御バルブ圧力差分が制御機能を引き受ける。最後に、ノ
ズル圧力差分制御はガスタービン集合管１０の圧力をガ
ス制御バルブ差分圧力制御信号９８より高い流れの比率
に保つためにプ一スト・コンプレッサー２のガスの流れ
を制御し、そして第３図に示されているように機能×２
に比例する信号である修正された負荷需要信号５３に従
って制御を続ける。第３図に関して述べると、ノズル圧
力損失制御器基準ｆ　（ｘ）は４．０　＋〇．２１Ｘ１
．７に等しく、そして定格負荷需要のパーセントに対し
て描かれているようにそれは必要な圧力損失にきわめて
近似して変化することがわかる。

ガス制御バルブ８の最小圧力損失を供給するために、ガ
ス制御バルブは前述の通りむりやり開かれる。そして、
これは加算回路１２２によって要求される最大レベル設
定１２３に対してバルブが開いていないので起る。

可変利得制御バルブを組み込んだ、すなわち本発明の一
体化したブースト・コンプレッサー制御装置を有する燃
料制御装置が完成され、それは従来の一定の圧力よりむ
しろ可変圧力をガス制御バルブ８の前に有する。すなわ
ち、上述されたようにガス制御バルブ・インレット圧力
を保持する停止／速度比率バルブ７を有し、バルブを十
分に開かずに、固定ガス制御バルブ位置３５でガス制御
バルブ８への供給圧力を変えるか、または固定供給圧力
でガス制御バルブ位置を変えることにより制御を行うこ
とができる。本質的に、装置の圧力損失を最小限に押え
、その結果、ブースト・コンプレッサーの負荷圧力およ
びパワーを最小限に押えるためにガス制御バルブ８を可
変利得制御として効果的に利用することにより、装置は
始動の間の可変位置制御である固定圧力から正常な作動
の間の固定位置制御である可変圧力へ移行される。

正常な作動の間に負荷がす早く変化するということはめ
ったにないが、制御装置は突然の負荷の変化に対しても
処理を行わなくてはならない。正常に設定値回路４９に
上げ命令を与えると、ガス制御バルブ８の位置３５は９
５　−　９８％増え、ガスタービン４への燃料ガスの流
れが少し増加する。さらに、負荷需要信号５５は増加し
、これは制御器１００を通して新しい、より高い差分圧
力を保持するために流れを増すことをガスノズル・ブー
スト・コンプレッサーに要求する。そしてこの結果、す
べての装置の圧力、ガスの流れ、そしてタービン出力が
急速に増加する。

負荷の増加に際しての装置の作動の概略は以下の通りで
ある。装置上の負荷需要における増加が同時に起る二つ
の動作により行われる。一番目の動作は第２位置制御１
１９の予決定最大開放設定１２３上のガス制御バルブを
開く正常速度調速機動作である。二番目の動作は、加算
回路１（１９を通ってノズル差分圧力制御信号１００に
供給される基準における増加を引き起こす負荷需要信号
５５に起因する。

負荷需要における減少が起こると、制御基準に基づいた
逆の事柄が連続して起る。

もしすべての負荷が制御不可能な方法で突然取り除かれ
ると、調速機信号７４はガス制御バルブ８に対してず早
く閉じるよう要求する。もし主発電機の遮断器が開かれ
たり、または発電機の出力が運転予備電力以下に下がる
と．オフセット信号１２４により不能とされるランプ１
１２のために負荷需要信号５５は第２位置制御１１９の
応答よりはるかにす早く減らされる。制御装置はガス制
御バルブ８の位置３５が固定されている従来の装置にも
どる。これはすべてのガスタービン４の超過速度を防ぐ
のに十分なほど迅速に起る。このように、突然の負荷拒
絶に対する応答はガスタービン４における燃焼を維持す
るのに必要な最小の流れ設定に対応する設定をガス制御
バルブ８に設ける正常速度制御応答を通して最初に成さ
れる。本発明においては、ガス制御バルブ８の位置は、
ガスタービン４を満足のいく作動状態に保つために常に
速度制御信号６７および温度制御信号７５の支配下にあ
る。これは正常な燃料ガスの流れの制御装置に対する可
変利得チェンジャーとしてプースト・コンブレッサー２
の流れの制御を実行することにより成される。

第４図には上述された装置全体の特性、停止／速度比率
バルブ７、ガス制御バルブ８および燃料ガス・ブースト
・コンプレッサー２により供給される流れの制御動作が
示されている。燃料ガス・ブースト・コンプレッサー人
力パワーにおける節約が太い点曲線と２７５−３２５Ｐ
ＳＩＧの正常な燃料ガス供給圧力Ｐ０の間の範囲により
示されている。′上述のように、一装置につき一年間に
渡るこれらの節約は約＄　３５０，　０００に達する。

本発明は一定の実施例に関連して述べられているが、本
発明の精神および目的からそれない限り、構造、部品の
配置と組合せおよび使用される材料の型に関してきわめ
て多数の変化を加えることができる。特に本発明の記載
は配線によるアナログ回路という言葉で表現されている
が、本発明はソフトウェアーおよびディジタル制御器を
利用して実行することも当然できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいた燃料ガス制御装置の図式であ
る。 第２図は本発明に基づいた一体化した燃料ガス・ブース
ト・コンプレッサー／ガスタービン制御装置の回路構成
図である。 第３図は本発明の作用を説明するのに役立つ燃料ノズル
圧力損失制御特性のグラフである。 第４図は本発明に起因する一体化した燃料ガス・ブース
ト・コンプレッサー／ガスタービン制御特性を示すグラ
フである。 符号の説明 ｌ・・・・・・・燃料ガス ２・−・・・・−ガス・ブースト・コンプレッサー３・
−・・・燃料ガス線　　　　４・・・曲ガスタービン５
−・・・一流量計　　　　　　６−・−・・・一濾過器
７・−・−・・停止／速度比率バルブ ８−・・・・・−ガス制御バルブ ９−・・−・・燃料ガス供給圧力信号 １０・・−・・ガスタービン集合管 １１−・一圧力変換器　　　　１２・・−・・流量計算
器１３−・・・一・一体化した燃料制御装置ｌ４・−・
・・・熱電対　　　　　　１５・−・・・一圧力損失信
号１６・−−−−−・差動圧力変換器　　　１７−・−
・・・・発電機１９・−・一燃料流れ信号 ２０−一−−・・比率および位置制御回路２Ｉ・−・・
一圧力変換器 ２２・・・・・一停止／速度比率バルブ７がらの信号２
５−・−・圧力信号　　　　２６・・−・一タービン速
度信号２７・・・・・・・比率および位置制御回路２８
−・・・・・一指令信号　　　　　３１−・−・・・・
・・・・・・通気孔３２−・一・・・通気バルブ　　　
　３４−・−・・位置制御回路３５−・・・・・・ガス
制御バルブ位置信号３６・一・・・・・燃料ストローク
基準信号３９・・−・一・・指令信号　　　　　４０・
・・−・・・圧力変換器４１・・−・・・・ガス制御バ
ルブ・アウトレット圧力信号４４・一・−・−・圧力変
換器 ４５−・・−・主エアコンブレソサー ４６・・−・−・コンブレッサー放出圧力信号４７−・
・−・プースト・コンブレッサー流れ制御設定値信号４
９・・・・・・設定置回路　　　５０−・・−・最大負
荷５１−・一・・・予選択負荷　　　５２・・・・一・
・運転予備電力５３−・・−・上げ信号　　　　５４・
・−・−・下げ信号５５・−・・・−・設定値信号　　
　５６−・−・加算回路５８−・−・垂下信号　　　　
６０・−・・・−バワー出力信号６１・・−・・・濾波
器　　　　　６２・−・・−・・マルチブライヤ−６５
・・−・−・・加算回路５６の出力　　６６−・・・一
第２加算回路６７−・・一タービン速度信号 ６８−・・・−・加算回路６６の出力　　７ｔ−　・一
最小値ゲート？２−−−−−・・始動信号　　　　　７
３・−・・・一加速信号７４・・・・・−・積分誤差信
号　　　７５・・・・−・温度信号７６・一一一一一一
手動制御信号 ７８・−・−・・最小値ゲー｝７１の出力信号７９・・
−・・・・燃料制御信号　　　８０−・−・一最大値ゲ
ート８ｌ−・・一・・最小燃料制御回路　８２・・−・
・・燃料加算回路８４・・・・・・・最小設定信号　　
　９０・・−・一線９１−・・−・最大値ゲート９２・
一・・・最小圧力制御信号９３−・・・・・最小供給圧
力制御 ９４−・−・一最小値ゲート９５の出力９５・−・・・
〜最小値ゲート ９８・・・・・−ガス制御バルブ圧力差分信号１００・
・・・・−・ノズル圧力差分制御信号１０１・・・−・
一加算回路　　１（１２・−・・・・・最小所望圧力設
定１０４−・・・・・・加算回路　　ｌ（１５−・−・
一差分圧力設定信号１０７・・一・一加算回路　　１（
１９・−・一・加算回路１１１・一・・・・・信号　　
　　１１２−・・・−ランプ機能１１３・・・・一・マ
ルチプライヤ−　　１１４−・・・・一利得制御１１５
−・・・−・機能発生回路１１８−・・・・−・ゼロ・
クランプ −・−・・第２位置制御 ・−・一予決定開放設定 ・−・−・−オフセット信号 ・・・−・・オフセット・スイッチ １２２・−・一加算回路

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料ガスをタービンに供給する前に燃料ガス圧力
   を高めるための燃料ガス・ブースト・コンプレッサーを
   有する一体化したブースト・コンプレッサー／ガス・タ
   ービン制御装置において、前記タービンに供給される前
   記燃料ガスの圧力を制御するための第１バルブ； 前記タービンに供給される前記燃料ガスの量を制御する
   ための第２バルブ；および 前記第１および第２制御バルブの少なくともひとつを正
   常の動作状態において実質的に十分に開いた位置に制御
   するための手段；を有し、 この手段により、前記ガス・ブースト・コンプレッサー
   により送られるように要求される前記燃料ガスの圧力が
   前記正常な動作状態の間最小にされることを特徴とする
   一体化したブースト・コンプレッサー／ガス・タービン
   制御装置。
2. （２）前記第１制御バルブが前記ガスタービンの始動の
   間前記燃料ガスの圧力を制御し、 それにより前記第１制御バルブによる正常なスロットリ
   ングが正常なタービン動作の間に省かれる請求項第１項
   記載の制御装置。
3. （３）前記燃料ガスが前記第１および第２制御バルブを
   順次通過する請求項第２項記載の制御装置。
4. （４）前記第２制御バルブが、実質的に最大負荷および
   最小周囲状態の間に燃料ガスの流れの制御を行う請求項
   第３項記載の制御装置。
5. （５）前記ガスタービンの燃焼の突然の噴出（ｂｌｏｗ
   ｏｕｔ）を防ぐのに最小ガス燃料の流れを維持するため
   に流量計が設けられている請求項第４項記載の制御装置
   。
6. （６）前記ガスタービンが電力発電機を駆動するために
   使われ； 前記発電機のパワー出力に応答する第１信号が供給され
   ； 前記ガスタービンの速度調速機の設定に応答する第２信
   号が供給され； 前記速度調速機に対する一定の、しかし設定可能な垂下
   特性を選択的に与える第３信号を供給するために前記第
   １および第２信号を比較するための手段を有し、 前記第２信号が必要な燃料の流れを供給するために前記
   ガス・ブースト・コンプレッサー制御用基準信号として
   利用される請求項第５項記載の制御装置。
7. （７）前記第２制御バルブを実質的に十分に開いた位置
   に制御するための前記手段が、 反比例する正の積分を行い、前記ブースト・コンプレッ
   サーの流れ制御設定値に影響を与えない出力信号を始動
   の間に要求する第２位置制御装置； あらかじめ決められた最大開放設定に対して前記第２制
   御バルブの位置を比較することができるようオフセット
   電圧を除去するための手段；および 前記第２制御バルブを開くために前記オフセット電圧の
   除去に対して応答する手段； から成る請求項第４項記載の制御装置。
8. （８）前記タービンの始動の間に前記出力信号がオフセ
   ット電圧の作用およびゼロ・クランプ回路を通して前記
   流れの制御設定値に影響を与えないようにする請求項第
   ７項記載の制御装置。
9. （９）前記ガスタービン上の負荷における突然の遷移の
   間、前記第２位置制御の応答速度がランプ回路により減
   じられる請求項第８項記載の制御装置。
10. （１０）前記第２位置制御装置の出力が前記ブースト・
    コンプレッサーに対する流れの制御設定値を発生する回
    路の入力としての負荷需要信号と比較される請求項第９
    項記載の制御装置。
11. （１１）前記第２位置制御が、始動の間前記ゼロ・クラ
    ンプの通路からの制御信号を駆動するためにバイアス電
    圧を付加することにより不能とされる請求項第１０項記
    載の制御装置。
12. （１２）作動される時スイッチが、前記第２位置制御を
    妨げるために前記ゼロ・クランプにより妨げられる負信
    号を供給する請求項第１１項記載の制御装置。
13. （１３）前記スイッチが前記ガスタービンにより駆動さ
    れる発電機のパワー出力があらかじめ決められた量以下
    である時に作動する請求項第１２項記載の制御装置。
14. （１４）前記第２位置制御が妨げられる時はいつも、前
    記タービンへの前記ガスの流れの制御が前記ガス・ブー
    スト・コンプレッサーの流れ制御によって制御される請
    求項第８項記載の制御装置。
15. （１５）前記ガスタービンの始動の間、始動に必要な燃
    料ガスの流れを維持するために、前記第１および第２制
    御バルブが絞られる（スロットルされる）請求項第１４
    項記載の制御装置。
16. （１６）前記第２制御バルブのインレット圧力が前記ガ
    ス・ブースト・コンプレッサーの出力圧力を越えるまで
    前記スロットリングが続く請求項第１５項記載の制御装
    置。
17. （１７）前記インレット圧力の不足により、前記第２制
    御バルブが実質的開いた位置まで積分する請求項第１６
    項記載の制御装置。
18. （１８）前記第２制御バルブが前記実質的に開いた位置
    まで積分後前記第１制御バルブが実質的に十分に開いた
    位置まで積分する請求項第１７項記載の制御装置。
19. （１９）前記第１制御バルブが停止／速度比率バルブで
    ある請求項第１８項記載の制御装置。
20. （２０）前記制御バルブがガス制御バルブである請求項
    第１９項記載の制御装置。
21. （２１）前記第２位置制御への入力信号が加算回路を通
    って供給される請求項第２０項記載の制御装置。
22. （２２）前記比較が第２加算回路の使用を通して供給さ
    れる請求項第１０項記載の制御装置。
23. （２３）前記負荷需要信号が、制御およびマルチプライ
    ヤーに必要な定数を供給する機能回路を通って、前記第
    ２加算回路に供給される請求項第２２項記載の制御装置
    。
24. （２４）前記マルチプライヤーが利得制御を含む請求項
    第２３項記載の制御装置。
25. （２５）始動後前記装置が固定圧力、可変位置制御から
    、可変圧力、固定位置制御に移行する請求項第２項記載
    の制御装置。