JPH06146928A - ガスタービン装置用燃料ガス供給装置の制御装置 - Google Patents

ガスタービン装置用燃料ガス供給装置の制御装置

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JPH06146928A
JPH06146928A JP30082192A JP30082192A JPH06146928A JP H06146928 A JPH06146928 A JP H06146928A JP 30082192 A JP30082192 A JP 30082192A JP 30082192 A JP30082192 A JP 30082192A JP H06146928 A JPH06146928 A JP H06146928A
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gas
fuel gas
gas turbine
pressure
flow rate
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JP30082192A
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English (en)
Inventor
Shoji Mishima
昌次 三島
Kazunari Shimodaira
一成 下平
Nobuaki Wada
伸顯 和田
Masanori Ito
誠規 伊藤
Masao Sawada
征男 澤田
Hideki Segawa
秀樹 瀬川
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Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部分負荷運転時における燃料ガス圧縮機の軸
動力を、より一層減少させることを可能にしたガスター
ビン装置用燃料ガス供給装置の制御装置を提供する。 【構成】 昇圧された燃料ガスを生成する第1段,第2
段ガス圧縮機2,3を含む燃料ガス供給装置21から送
り出す燃料ガスの流量を調節する第1,第2バイパス弁
10,12,圧力調節計15等からなる流量調節部と、
燃料ガス供給装置21から燃料ガスの供給を受けて、こ
の燃料ガスを圧縮空気が供給される燃焼器28にガバナ
弁27を介して導き、燃焼器28からの吐出ガスにより
回転させられるガスタービン24を含むガスタービン装
置22のガスタービンの作動状態を示す状態量を測定す
る測定手段33と、これによる測定値を示す電力信号を
受け、燃料ガス供給装置21から送り出されるガス吐出
圧力を予め定めた必要最小限度の値にさせる信号を圧力
調節計15に出力する演算器35とから形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば事業用或は工場
内自家用設備等に適用するガスタービン装置用燃料ガス
供給装置の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンにより発電機或はブロワー
等の回転機械を駆動するガスタービン装置では、ガスタ
ービンの燃料として、都市ガス,天然ガス,プロパンガ
ス、或はその他の混合ガスが使用されている。また最近
では、ガスタービン発電装置を含むコジェネレーション
システムがよく採用されており、特に都市ガスが使用さ
れることが多く、ガスタービン発電装置に燃料ガスを供
給するガス圧縮機で、燃料ガスを1.5〜2.5MPa
程度に昇圧して、ガスタービンに供給するのが一般的で
ある。図6は、従来のガスタービン装置用燃料ガス供給
装置を示し、この装置は、モータ1により同軸駆動する
ようにした第1段ガス圧縮機2と第2段ガス圧縮機3と
を備えている。第1段ガス圧縮機2の吸込側には、遮断
弁4が、吐出側には第1ガスクーラ5が設けてあり、第
2段ガス圧縮機3の吐出側には、第2ガスクーラ6,レ
シーバタンク7,遮断弁8が設けてある。
【0003】図示していないが、この遮断弁8の出側に
接続した流路9は、ガス流量調節用のガバナ弁、および
このカバナ弁を介して燃料ガスと、空気圧縮機から圧縮
空気の供給を受ける燃焼器、さらにこの燃焼器から燃焼
ガスの供給を受ける被駆動機駆動用ガスタービン等を含
むガスタービン装置へと続いている。また、第1ガスク
ーラ5,第2段ガス圧縮機3との間から第1バイパス弁
10を経て、第1段ガス圧縮機2の吸込側に至る第1バ
イパス流路11と、第2ガスクーラ6とレシーバタンク
7との間から第2バイパス弁12を経て、第1段ガス圧
縮機2の吸込側に至る第2バイパス流路13とが設けて
ある。さらに、レシーバタンク7と遮断弁8との間に圧
力検出可能に圧力検出器14と、この圧力検出器14か
らの圧力信号を受け、これに基づいて第1,第2バイパ
ス弁10,12の開度を制御する圧力調節計15が設け
てある。
【0004】そして、この装置では、上記ガスタービ
ン、およびこのガスタービンにより駆動される被駆動機
の負荷が変動しても、以下に述べるように吐出圧力、即
ち第2段ガス圧縮機3の吐出圧力を略一定に保つ制御が
行われている。即ち、上記ガスタービンでの燃料ガス使
用量が減少すると、圧力検出器14による検出圧力は上
昇傾向を示すが、この場合には、圧力検出器14からの
信号を受けた圧力調節計15は、第1バイパス弁10に
対して、その開度を増大させる信号を出力し、即ち出力
信号を弱くして、さらに上記検出圧力が増大傾向を示す
場合には、第2バイパス弁12に対して、その開度を増
大させる信号を出力し、即ち出力信号を弱くして、吐出
圧力を一定に保つ部分負荷運転を行うようになってい
る。
【0005】図7は、圧力調節計15からの出力信号
(PC出力信号)の比((PC出力信号の強さ/最大P
C出力信号の強さ)×100)に対する、第1,第2バ
イパス弁10,12の動作特性を示す図で、実線による
折れ線Iが第1バイパス弁10の動作特性、一点鎖線に
よる直線IIが第2バイパス弁12の動作特性を示してい
る。PC出力信号の比が100%から50%までは、第
1バイパス10の開度のみを制御し、PC出力信号の比
が50%以下になると、第1バイパス弁10の開度をさ
らに大きくすると第1段ガス圧縮機2,と第2段ガス圧
縮機3との間の差圧が大きくなり過ぎるため、第1バイ
パス弁10の開度は、そのままにして、第2バイパス弁
12のみを制御するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
ガスタービン、およびこのガスタービンにより駆動され
る被駆動機の負荷が変動しても、吐出圧力一定に保つ部
分負荷運転を行うようになっている。このため、ガス圧
縮機の軸動力は、第1バイパス弁10の制御時に第1段
ガス圧縮機2の軸動力が減少するだけで、吐出圧力一定
故、第2バイパス弁12の制御時には、第2段ガス圧縮
機3の軸動力は減少しない。図8は、上述した装置にお
けるガス圧縮機の部分負荷特性を示し、横軸に第2段ガ
ス圧縮機3からの吐出ガス流量の比((吐出ガス流量/
最大吐出ガス流量)×100)を、縦軸に第1段,第2
段ガス圧縮機2,3の軸動力の比((軸動力/最大軸動
力)×100)をとってあり、吸込圧力,吐出圧力が一
定の場合、吐出ガス流量の比が100%〜50%では、
この比が小さくなると、軸動力は減少しているが、50
%以下では上記比が小さくなっても軸動力は一定となっ
ている。即ち、上記従来の装置の場合、軸動力は、部分
負荷運転をしても、30%減にとどまるという問題があ
る。本発明は、斯る従来の問題点を課題としてなされた
もので、ガスタービン装置の部分負荷運転時におけるガ
ス圧縮機の軸動力をより一層減少させることを可能とし
たガスタービン装置用燃料ガス供給装置の制御装置を提
供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、昇圧された燃料ガスを生成するガス圧縮
機を含む燃料ガス供給装置から送り出す燃料ガスの流量
を調節する流量調節部と、上記燃料ガス供給装置から燃
料ガスの供給を受けて、この燃料ガスを圧縮空気が供給
される燃焼器にガス流量調節用ガバナ弁を介して導き、
この燃焼器から吐出されるガスにより回転させられる被
駆動機駆動用ガスタービンを含むガスタービン装置の上
記ガスタービンの負荷状態を示す状態量を測定する測定
手段と、この測定手段による測定値を示す測定値信号を
受け、上記燃料ガス供給装置から送り出される燃料ガス
の吐出圧力を予め定めた必要最小限度の値にさせる信号
を上記流量調節部に出力する演算器とから形成した。
【0008】
【作用】上記発明のように構成することにより、ガスタ
ービン及びこのガスタービンで駆動される被駆動機の負
荷が小さくなった場合、燃料ガス供給装置の吐出圧力を
全負荷時の吐出圧力よりも低くなるように制御されるよ
うになる。
【0009】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図1は、本発明の第1実施例に係るガスター
ビン発電装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用した
発電設備を示し、図6に示す装置と共通する部分につい
ては同一番号を付して説明を省略する。上述したよう
に、燃料ガス供給装置21に接続した流路9は、ガスタ
ービン発電装置22に続いており、このガスタービン発
電装置22には、同軸回転する空気圧縮機23,ガスタ
ービン24、および発電機25が設けてある。また、流
路9は、緊急遮断弁26、およびガス流量調節用ガバナ
弁27を介して燃焼器28に接続しており、この流路9
より燃焼器28に昇圧した燃料ガスを供給している。さ
らに、空気圧縮機23には、大気中の空気を吸込むため
の吸込流路29と、燃焼器28に圧縮空気を吐出する吐
出流路30とが接続している。
【0010】燃焼器28からの燃焼ガスは、ガスタービ
ン24を回転させるのに使われ、ガスタービン24に接
続した排ガス流路31からの排ガスは、例えば工場にお
けるコジェネレーションシステムの場合、ボイラの熱源
として有効利用される。また、ガスタービン24の回転
とともに発電機25が駆動され、これにより発生した電
力は、例えば商用電源からの電力とともに工場内負荷に
送られる。本実施例では、発電機25からの送電線32
に、電流,電圧測定可能に電力変換器33を設け、これ
により測定電流,電圧に基づき、発電機25から出力さ
れる電力を算出して、この電力を電力信号に変換し、こ
の電力信号をガスタービン調速器34,演算器35に入
力している。ガスタービン調速器34には予め発電電力
設定値を入力しておいて、この発電電力設定値と上記電
力信号との偏差を縮小するように、ガスタービン調速器
34からの信号によりガバナ弁27の開度を制御するよ
うにしてある。
【0011】この制御により、燃焼器28内の温度、圧
力が変化し、発電機25による発電電力量が調節され
る。また、燃焼器28内の温度、圧力が変化する故、こ
れに対応して第2段ガス圧縮機3の吐出圧力を変えても
発電電力量に見合った量の燃料ガスをガバナ弁27を介
して燃焼器28に送り込むことが可能となる。そこで、
電力変換器33から電力信号を受けた演算器35にて、
その電力信号に見合った燃料ガス供給圧を演算させ、圧
力調節計15の設定値を定め、設定値信号を圧力調節計
15に入力している。図2(横軸:(発電電力/発電電
力の最大値)×100,縦軸:(圧力調節計15の設定
値/設定値の最大値)×100)は、発電電力と圧力調
節計15の設定値との関係の一例を示し、ガスタービン
24による発電電力量に対応する電力信号から、これに
見合った燃料ガス圧縮機の吐出圧力が決まり、この吐出
圧力の比((吐出圧力/最大吐出圧力)×100)を図
2中破線IIIで表してある。さらに、流路9でのガスの
圧損及びガバナー弁27の必要圧損等を考慮して、上記
吐出圧力に、設備固有の圧力損失分等を加味して、圧力
(正確には、圧力比)ΔPをプラスした値を圧力調節計
15の設定値とする。この設定値を、図2中実線IVで示
してある。
【0012】そして、この設定値に基づいて第1,第2
バイパス弁10,12の開度が制御される。図3(横
軸:吐出ガス流量の比((吐出ガス流量/最大吐出ガス
流量)×100),縦軸:第1段,第2段ガス圧縮機
2,3の軸動力の比((軸動力/最大軸動力)×10
0))中の実線による折れ線Vは、斯る制御、即ち変圧
制御を行った場合の部分負荷特性を示し、図3中破線で
示す折れ線VIは図8に示す従来の制御方式による部分負
荷特性を示し、この折れ線VIで示す部分負荷特性に比し
て、変圧制御の場合の部分負荷特性は、吐出ガス流量比
が減少する程、軸動力の減少幅は大きくなり、吐出ガス
流量比が0%のとき、即ち無負荷運転状態のときに約1
3%減少する。例えば、燃料ガスとして、化学製鉄プラ
ントにて発生するオフガスを使用する場合は、ガス圧縮
機で燃料ガスを0.1MPa以下から1.5〜2.5M
Paまで昇圧する必要があり、特に低カロリの燃料ガス
の場合、ガス圧縮機の軸動力は発電電力の10%を超え
ることもあるため、上記変圧制御による部分負荷特性の
改善の意義は大きい。
【0013】図4は、本発明の第2実施例に係るガスタ
ービン発電装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用し
た発電設備を示し、図1に示す装置と共通する部分につ
いては同一番号を付して説明を省略する。本実施例で
は、第1段ガス圧縮機2をモータ1aで、また第2段ガ
ス圧縮機3をモータ1bで駆動するようにしてあり、図
1に示す装置に含まれる第1バイパス流路11,第1バ
イパス弁10を省いた構造になっている。そして、圧力
調節計15により、上記同様発電電力に対応させて、即
ちガスタービン24の運転状態に合わせて、圧力調節計
15によりモータ1a,1bの回転数制御、および第2
バイパス弁12の開度制御を行うようにしてある。さら
に、詳しくは、例えば吐出ガス流量比が100〜50%
の間はモータ1a,1bの回転数制御を行い、50〜0
%の間は第2バイパス弁12の開度制御を行う。
【0014】図5は、本発明の第3実施例に係るガスタ
ービン発電装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用し
た発電設備を示し、図1に示す装置と共通する部分につ
いては同一番号を付して説明を省略する。本実施例で
は、図1に示す装置の第2段ガス圧縮機3,第2ガスク
ーラ6,第2バイパス流路13、および第2バイパス弁
12を省いた構造にするとともに、第1段ガス圧縮機2
を容量調節装置、例えばスライド弁を備えたものとし、
その駆動部41を、圧力調節計15により制御して、例
えばスライド弁の位置を調節するようになっている。そ
して、圧力調節計15により、上記同様発電電力に対応
させて、圧力調節計15により駆動部41を介して、例
えばスライド弁の位置制御、および第1バイパス弁11
0の開度制御を行うようにしてある。さらに、詳しく
は、例えば吐出ガス流量の変化がゆるやかな間は駆動部
41の制御を行い、急激な間は第1バイパス弁10の開
度制御を合わせて行う。
【0015】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものでなく、この他例えば電力変換器33に代えて、ガ
スタービン24のガスの消費量を測定するガス消費量測
定器、或はガバナ弁30の下流側のいずれかの位置にガ
スの圧力,差圧等の状態量を測定するガス状態量測定器
を設けてこの測定器から測定信号を演算器35に入力し
て上記同様の制御を行うようにしてもよい。即ち、電力
変換器33とともに、これらの測定器を設けて、これら
の測定器からの信号を演算器35に入力し、電力変換器
からの信号をガスタービン調速器34に入力するように
してもよい。また、被駆動機駆動用ガスタービン装置に
おいては、被駆動機の状態特性量(圧力,流量等)を入
力とする状態量測定器を設けて、この測定器からの測定
信号を演算器35に入力して、上記と同様の制御を行う
ようにしてもよい。さらにまた、ガス圧縮機の段数も上
記実施例に示す1段,2段のものに限定するものでな
く、さらに、ガス圧縮機を複数段設けた場合に、各圧縮
機を同軸回転させることに限定するものでもない。
【0016】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、昇圧された燃料ガスを生成するガス圧縮機を
含む燃料ガス供給装置から送り出す燃料ガスの流量を調
節する流量調節部と、上記燃料ガス供給装置から燃料ガ
スの供給を受けて、この燃料ガスを圧縮空気が供給され
る燃焼器にガス流量調節用ガバナ弁を介して導き、この
燃焼器から吐出されるガスにより回転させられる被駆動
機駆動用ガスタービンを含むガスタービン装置の上記ガ
スタービンの負荷状態を示す状態量を測定する測定手段
と、この測定手段による測定値を示す測定値信号を受
け、上記燃料ガス供給装置から送り出される燃料ガスの
吐出圧力を予め定めた必要最小限度の値にさせる信号を
上記流量調節部に出力する演算器とから形成してある。
【0017】このため、例えば電力の消費量が減少し
て、ガスタービンの負荷が低下した場合には、ガスター
ビンの運転状態に合わせて、ガス圧縮機の吐出圧力を必
要最低限度まで低下させるように制御するようになる結
果、燃料ガス圧縮機の部分負荷特性が改善され、部分負
荷運転時における圧縮機の軸動力をより一層減少させる
ことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例に係るガスタービン発電
装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用した発電設備
の全体構成図である。
【図2】 図1に示す装置における電力変換器により測
定された発電電力と圧力調節計の設定値との関係を示す
図である。
【図3】 図1に示す装置における圧縮機の部分負荷特
性を示す図である。
【図4】 本発明の第2実施例に係るガスタービン発電
装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用した発電設備
の全体構成図である。
【図5】 本発明の第3実施例に係るガスタービン発電
装置用燃料ガス供給装置の制御装置を適用した発電設備
の全体構成図である。
【図6】 従来のガスタービン発電装置用燃料ガス供給
装置を示す全体構成図である。
【図7】 図6に示す装置における圧力調節計からの出
力信号(PC出力信号)と第1,第2バイパス弁の開度
との関係を示す図である。
【図8】 図6に示す装置における圧縮機の部分負荷特
性を示す図である。
【符号の説明】
1,1a,1b モータ 2 第1段ガス圧縮機 3 第2第ガス圧縮機 10 第1バイパス弁 11 第1バイパス流路 12 第2バイパス弁 13 第2バイパス流路 14 圧力検出器 15 圧力調節計 21 燃料ガス供給装置 22 ガスタービン発電装置 24 ガスタービン 25 発電機 27 ガバナ弁 28 燃焼器 33 電力変換器 34 ガスタービン調速器 35 演算器 41 駆動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下平 一成 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日本 製鐵株式会社広畑製鉄所内 (72)発明者 和田 伸顯 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 伊藤 誠規 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 澤田 征男 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目3番1号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 瀬川 秀樹 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目3番1号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 昇圧された燃料ガスを生成するガス圧縮
    機を含む燃料ガス供給装置から送り出す燃料ガスの流量
    を調節する流量調節部と、上記燃料ガス供給装置から燃
    料ガスの供給を受けて、この燃料ガスを圧縮空気が供給
    される燃焼器にガス流量調節用ガバナ弁を介して導き、
    この燃焼器から吐出されるガスにより回転させられる被
    駆動機駆動用ガスタービンを含むガスタービン装置の上
    記ガスタービンの負荷状態を示す状態量を測定する測定
    手段と、この測定手段による測定値を示す測定値信号を
    受け、上記燃料ガス供給装置から送り出される燃料ガス
    の吐出圧力を予め定めた必要最小限度の値にさせる信号
    を上記流量調節部に出力する演算器とから形成したこと
    を特徴とするガスタービン装置用燃料ガス供給装置の制
    御装置。
JP30082192A 1992-11-11 1992-11-11 ガスタービン装置用燃料ガス供給装置の制御装置 Pending JPH06146928A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08121194A (ja) * 1994-10-21 1996-05-14 Kawasaki Heavy Ind Ltd ガスタービン制御装置
JPH08170544A (ja) * 1994-12-16 1996-07-02 Kawasaki Heavy Ind Ltd ガスタービン制御装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02291433A (ja) * 1989-01-04 1990-12-03 General Electric Co <Ge> 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

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970624