JPH03156129A

JPH03156129A - 熱交換器付ガスタービンにおけるタービン入口温度検知装置

Info

Publication number: JPH03156129A
Application number: JP29242289A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kumakura; 弘隆熊倉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-07-04

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、熱交換器付ガスタービンのタービン入口温度
検知装置に関する。

〈従来の技術〉熱交換器付ガスタービンにおいては、コンプレッサによ
り圧縮され熱交換器を通って加熱された空気を燃焼器に
供給して、燃焼器にて燃料調整弁により調量された燃料
を燃焼させ、燃焼ガスをタービンに供給して該タービン
を駆動する一方、タービンを出た燃焼ガスを前記熱交換
器に導（ようにしている。

かかるガスタービンの制御については、特に詳細な説明
は省略するが、燃料調整弁の弁駆動機構に指示する燃料
流量等の演算・制御にあたって、タービン入口温度（燃
焼ガス温度）の検知を必要とする。

しかし、タービンの入口の雰囲気は燃焼ガスで、運転中
は常時約１０００°Ｃあるいはそれ以上の高温にさらさ
れており、このような環境のもとで長期間にわたって特
性変化が少なく、時定数の小さいことが、制御性能上、
タービン入口温度の検出器に要求されるが、これらをす
べて満足する検出器は、一般に高価であり、実用的でな
い。

そこで、実公昭６１−２０２６５号公報に記載の装置で
は、他の測定可能な変数を基にしてタービン入口温度を
推定することとし、燃焼器人口温度（空気温度）と、空
気流量と、燃料流量とを検出し、これらの検出値より、
タービン入口温度（燃焼ガス温度）を推定するようにし
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、このような従来のタービン入口温度検知
装置にあっては、燃焼器入口温度、すなわち、温度分布
の大きい熱交換器の空気側出口温度を検出して、タービ
ン入口温度を推定する方式となっていたため、正確な空
気側出口温度をつかむことができず、結果として正しい
タービン入口温度を推定することができないという問題
点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、より正確に
タービン入口温度を推定することのできるタービン入口
温度検知装置を提供することを目的とする。

〈発明が解決しようとする課題〉このため、本発明は、コンプレッサにより圧縮され熱交
換器により加熱された空気により燃焼器にて燃料調整弁
により調量された燃料を燃焼させ、燃焼ガスをタービン
に供給して該タービンを駆動する一方、タービンを出た
燃焼ガスを前記熱交換器に導くようにした熱交換器付ガ
スタービンにおいて、下記の（ａ）〜（ｇ）の手段を設
けて、タービン入口温度検知装置を構成する。

（ａ）　　空気流量を検出する空気流量検出手段（ｂ）
　　燃料流量を検出する燃料流量検出手段（Ｃ）　　熱
交換器の空気側入口温度を検出する熱交換器空気側入口
温度検出手段（ｄ）　　熱交換器のガス側入口温度を検出する熱交換
器ガス側人口温度検出手段（ｅ）　　熱交換器の空気側温度効率を算出する熱交換
器空気側温度効率算出手段（ｆ）　　熱交換器の空気側入口温度と、ガス側入口温
度と、空気側温度効率とから、熱交換器の空気側出口温
度を推定する熱交換器空気側出口温度推定手段（ｇ）　　空気流量と、燃料流量と、熱交換器の空気側
出口温度とから、タービン入口温度を推定するタービン
入口温度推定手段く作用〉上記の構成においては、タービン入口温度の推定に使用
する空気流量と、燃料流量と、熱交換器の空気側出口温
度のうち、問題となる熱交換器の空気側出口温度を、熱
交換器の空気側入口温度と、ガス側入口温度と、空気側
温度効率とから推定する。

すなわち、熱交換器の空気側温度効率を算出し、これを
用いて、温度分布の少ない熱交換器の空気側入口温度と
ガス側入口温度、とから、熱交換器の空気側出口温度を
推定し、この推定値に基づいて、タービン入口温度を推
定するのである。

〈実施例〉以下に本発明の一実施例を説明する。

先ず第１図に示す熱交換器付ガスタービンの概要を説明
すると、コンプレッサ１は軸２によりタービン３と連結
され、タービン３はまた減速機４を介して発電機等の負
荷５と連結されている。

空気（大気ＡＴ）はコンプレッサ１で圧縮され、熱交換
器６を通って加熱された後、燃焼器７に至る。燃料は燃
料ポンプ８から燃料調整弁９を通って燃焼器７に供給さ
れる。ここで、燃料調整弁９は弁駆動機構１０により駆
動されて燃料流量を調整する。

燃焼器７において空気と燃料とは混合して燃焼せしめら
れる。燃焼ガスはタービン３に入り、仕事をなす。これ
によりタービン３の出力でコンプレッサ１が駆動される
と共に、負荷５が駆動される。タービン３を出た燃焼ガ
スは、熱交換器６を通って排気ＥＸとして排出される。

かかるガスタービンの制御装置は、燃料調整弁９の弁駆
動機構１０の制御回路を包含するもので、特に詳細な説
明は省略するが、弁駆動機構１０に指示する燃料流量等
の演算・制御にあたって、タービン入口温度（燃焼ガス
温度）を知ることが必要である。

このため、検出器としては、燃料流量ＧＦを検出する検
出器１１．軸２の回転数ＮＧ、を検出する検出器１２．
コンプレッサ入口圧力Ｐ、を検出する検出器１３．コン
プレッサ入口温度Ｔ１を検出する検出器１４．コンプレ
ッサ出口圧力（熱交換器空気側入口圧力）Ｐ２を検出す
る検出器１５．コンプレッサ出口温度（熱交換器空気側
人口温度）Ｔ２を検出する検出８１６．熱交換器ガス側
入口温度Ｔ、を検出する検出器１７が設けられ、これら
の信号は第２図の演算回路２０に人力されている。

ここで、検出器１１が燃料流量検出手段に相当し、検出
器１６が熱交換器空気側人口温度検出手段に相当し、検
出器１７が熱交換器ガス側入口温度検出手段に相当する
。尚、空気流量検出手段は、検出器１２、１３．１４．
１５を基に、第２図の演算回路２０内に構成される。

第２図の演算回路２０において、２１は空気流量検出手
段としての演算部であり、Ｎ　Ｇ？＋　　Ｐ　＋　ｒ　
Ｔ’＋　＋Ｐ２から、コンプレッサ実空気流量Ｇ、を演
算する。尚、このコンプレッサ実空気流量Ｇ、は燃焼器
入口空気流量とほぼ等しい。

また、２２は熱交換器空気側温度効率算出手段としての
演算部であり、Ｇｃに基づいて、空気側温度効率η□を
設定する。

また、２３は熱交換器空気側出口温度推定手段としての
演算部であり、Ｔ、、Ｔ、、　　η□から、熱交換器空
気側出口温度Ｔ４を演算する。

また、２４はタービン入口温度推定手段としての演算部
であり、Ｇｃ　、ＧＦ、Ｔａから、タービン入口温度Ｔ
、を演算する。

第３図は第２図のブロック図をさらに詳細に描いたもの
である。

空気流量検出手段としての演算部２１は、コンプレッサ
修正回転数Ｎ、げ＝ＳＱＲ（Ｔ、。／ＴＩ）ＸＮ、アを
演算する部位、圧力比πｃ＝　Ｐ　Ｋ／　Ｐ　＋を演算
する部位、マツプよりコンプレッサ修正流量Ｇ♂＝　ｆ
　（Ｎ、７′、πＣ）を検索する部位、コンプレッサ実
空気流量Ｇｃ＝ＳＱＲ（Ｔｏｏ／ＴＩ）Ｘ（ＰＩ／ＰＯ
Ｏ）×Ｇどを演算する部位からなる。尚、５ＱＲ（Ｘ）
はＸの平方根、Ｔｏ。、Ｐｏ。は定数である。

熱交換器空気側温度効率算出手段としての演算部２２は
、マツプより空気側温度効率η□＝ｆ（ＧＣ”）を検索
する。

熱交換器空気側出口温度推定手段としての演算部２３は
、定常の関係から熱交換器空気側出口の定常状態におけ
る値Ｔ４゜ｔ＝（Ｔｚ　　Ｔ２）Ｘη、十Ｔ２を算出す
る部位と、その定常値を入力として一次遅れ系により過
渡における値を推定する部位とからなる。

タービン入口温度推定手段としての演算部２４は、ター
ビン入口温度Ｔｓ　＝　ｆ　（Ｔ４．ＧＣ，Ｃ；Ｆ）を
演算する。

尚、第４図は第３図のブロック図をフローチャートで示
したものである。

次に作用を説明する。

第５図は熱交換器として一般的に使用される回転蓄熱式
熱交換器の概略構造を示したものであり、また、第６図
は同上の熱交換器の空気側出口の各点における温度分布
を示している。

構造及び温度分布かられかるように、回転蓄熱式熱交換
器においては、ガス側で加熱されたマトリクスコアＭＣ
によって空気を加熱するため、マトリクスコアＭＣがガ
ス側から空気側流路に入り込んだ所は、出口空気温度が
高く、ガス側へ入り込む直前は低くなる。このため、出
口空気温度は大きなバラツキを持ち、時にはこのバラツ
キが５０〜１００°Ｃにもなる。従って、この平均値を
検出すべくそこに検出器を設置しても、エンジンの運転
状態によって真の、平均温度よりも高く計測したり、低
く計測したりしてしまい、真の値を計測することが困難
である。これによって、従来例においてはタービン入口
温度Ｔ、を算出する部分のＴ４がふれるため、そのまま
Ｔ、の予測精度に響いてしまう。

本発明は、このバラツキが大きいＴ４を直接検出するこ
とを避け、バラツキの小さい熱交換器空気側入口温度Ｔ
２と熱交換器ガス側入口温度Ｔ。

と熱交換器の性能予測モデル（２２，２３）とを用い、
安定にＴ４を予測し、タービン入口温度Ｔ、の予測に利
用しようとするものである。

熱交換器空気側人口温度Ｔ２はコンプレッサ出口温度と
同じことになるが、その温度分布はほとんど無い。また
、熱交換器ガス側入口温度Ｔ、も、タービンを出た後に
熱交換器に均一に流入するように流路の曲がりなどによ
り整流されるため、温度分布は小さい。

また、本実施例においては、定常の熱交換器の空気側温
度効率を空気流量の関数として求め、次遅れ系により過
渡の温度効率を表現している。

定常の関係は、空気流量だけの関数で、比較的精度良く
予測可能であり、過渡の表現も一次遅れ系の時定数を空
気流量の関数とすることなどで、精度よく予測可能であ
る。

第７図には他の実施例を示す。

この実施例は、第３図の２２．２３の部分を定常の温度
効率算出部と過渡の修正部とに分けるのではなく、熱交
換器を表す偏微分方程式を直接解く形で、Ｔ４を算出す
るものである。式の形としては複雑になるが、予測モデ
ルとしての精度は高まる。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、熱交換器の空気側
入口温度とガス側入口温度と空気側温度効率とから算出
した熱交換器の空気側出口温度と、空気流量と、燃料流
量とから、タービン入口温度を推定する方式としたため
、実際の熱交換器の空気側出口温度のバラツキに影響さ
れず、安定してタービン入口温度を予測し、制御に用い
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す熱交換器付ガスタービ
ンのシステム図、第２図はタービン入口温度検知装置の
演算回路のブロック図、第３図は第２図の詳細図、第４
図はフローチャート、第５図（Ａ）、（Ｂ）は回転蓄熱
式熱交換器の概略構造を示す図、第６図は熱交換器の空
気側出口温度の各点における温度分布を示す図、第７図
は他の実施例を示す図である。１・・・コンプレッサ　　３・・・タービン　　５・・
・負荷　　６・・・熱交換器　　７・・・燃焼器　　９
・・・燃料調整弁　　１１・・・検出器（燃料流量検出
手段）１６・・・検出器（熱交換器空気側入口温度検出
手段）１７・・・検出器（熱交換器ガス側入口温度検出
手段）２０・・・演算回路　　２１・・・演算部（空気
流量検出手段）２２・・・演算部（熱交換器空気側温度
効率算出手段）２３・・・演算部（熱交換器空気側出口
素度推定手段）２４・・・演算部（タービン入口温度推
定手段）＄４図

Claims

【特許請求の範囲】コンプレッサにより圧縮され熱交換器により加熱された
空気により燃焼器にて燃料調整弁により調量された燃料
を燃焼させ、燃焼ガスをタービンに供給して該タービン
を駆動する一方、タービンを出た燃焼ガスを前記熱交換
器に導くようにした熱交換器付ガスタービンにおいて、空気流量を検出する空気流量検出手段と、燃料流量を検出する燃料流量検出手段と、熱交換器の空気側入口温度を検出する熱交換器空気側入
口温度検出手段と、熱交換器のガス側入口温度を検出する熱交換器ガス側入
口温度検出手段と、熱交換器の空気側温度効率を算出する熱交換器空気側温
度効率算出手段と、熱交換器の空気側入口温度と、ガス側入口温度と、空気
側温度効率とから、熱交換器の空気側出口温度を推定す
る熱交換器空気側出口温度推定手段と、空気流量と、燃料流量と、熱交換器の空気側出口温度と
から、タービン入口温度を推定するタービン入口温度推
定手段と、を備えてなる熱交換器付ガスタービンにおけるタービン
入口温度検知装置。