JPH06272571A

JPH06272571A - ガスタービン機関の温度検出方法および温度検出装置

Info

Publication number: JPH06272571A
Application number: JP8262393A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Ishida; 克彦石田; Kenji Hamabe; 謙二浜辺
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-27
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP3484477B2

Abstract

(57)【要約】【目的】タービンディスクの局所的な温度上昇が検出
できるガスタービン機関の温度検出方法および温度検出
装置を提供する。【構成】本発明のガスタービン機関１０２の温度検出
方法は、温度検出手段１の検出端１１ａを、タービンロ
ータのタービンディスク４の外縁部においてその表面近
傍に設置して、タービンディスク４の表面近傍の温度を
検出するものである。また、本発明の温度検出装置１０
１は、温度検出手段１と出力手段とを備えてなり、前記
温度検出手段１がタービンステータ２に保持され、前記
温度検出手段の検出端が、タービンロータのタービンデ
ィスク４の外縁部においてその表面近傍に位置せしめら
れているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービン機関の温度
検出方法および検出装置に関する。さらに詳しくは、タ
ービンロータのタービンディスクの温度の測定が正確に
なし得る温度検出方法および検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン機関のタービンセクション
においては、タービンロータのタービンディスクの焼損
防止および強度低下の防止を目的として、図５に示すよ
うに、圧縮機セクションからの抽気によりクーリングお
よびシールがなされている。この場合、抽気が多過ぎる
と、ガスタービン機関の効率低下を招くことになる。そ
の逆に、抽気が少な過ぎる場合には、冷却不良となりタ
ービンディスク等の強度低下という問題を生ずる。その
ため、タービンセクションの温度を検出して抽気量のコ
ントロールがなされている。

【０００３】例えば、特開平４ー２９２５３０号には、
完全な冷却は必要でなくエンジン効率を高める場合に必
要なだけ適当な冷却を第１および第２ロータ段の間のエ
リアへ提供し、温度制御が不能になった場合に安全な操
作状態を維持し、第２ベーンおよび第２段タービン空気
シールへのオフピーク負荷冷却気流を減らし、タービン
ディスクおよびシールランナの低周期疲労寿命を延長す
ることを目的として、第１および第２タービンエンジン
シールに対する冷却空気が高圧空間より第２ベーンに対
する空気と平行に供給され、そして高圧空間に対する供
給ラインにおいて第１および第２シールエリアで検出さ
れた温度に応じて気流が調節されてなるガスタービン機
関が開示されている。

【０００４】なるほど、かかる構成を有するガスタービ
ン機関においてはシールエリアの温度を検出して冷却空
気の調整を行っているので、シールエリア全体が高温に
なることによるタービンディスクの強度低下等は防止さ
れることは理解できる。

【０００５】しかしながら、通常燃焼室セクションにお
いては同心円上に分散されて設置されている複数の燃焼
器により燃焼がなされている関係上、タービンセクショ
ンに導入されてくる燃焼ガス（以下、高温ガスともい
う）は、種々の要因から図６に示すように、円周方向に
おいて圧力のアンバランスを生ずる。かかる圧力のアン
バランスが生ずると、圧力の高い部分Ａから低い部分Ｂ
への燃焼ガスの流れが生ずる。この燃焼ガスの流れに
は、図６に示すように、円周方向に沿ったものばかりで
なく、ショートパスあるいはタービンディスクに巻き込
まれてタービンディスク表面を沿って流れるものもあ
る。

【０００６】しかるに、前記従来技術ではシールエリア
内の平均的な温度を検出しているのみであるので、前述
の巻き込み現象に対し、最適なシールおよび冷却を行う
ことができない。その主な理由は以下の２つである。

【０００７】（１）燃焼ガスがステータ上をショートパ
スしている場合、センサがその経路上にあればセンサの
検出する温度はディスク温度より高温であり、そのでな
い場合は検出する温度は低温となる。よって、前者では
冷却過剰、後者では冷却不足の状態を招く。このような
事態を避けるにはシールエリアの全周に渡って多数のセ
ンサを配置しなければならない。

【０００８】（２）シールエリアに供給された冷却空気
は、ディスク面上の境界層に引き込まれディスクに沿っ
てシールエリア外に流れ去る。一方、燃焼ガスはステー
タ面に沿ってシールエリアに侵入する。このため、シー
ルエリア内には大きな温度分布が発生する。タービンデ
ィスクが過熱状態となるのは、ディスク近傍にまで燃焼
ガスが到達する場合である。シールエリアの平均温度の
上昇は、必ずしもディスクが過熱されていることを示さ
ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、タービンディ
スクの温度上昇が検出できるガスタービン機関の温度検
出方法および温度検出装置を提供することを主たる目的
としている。

【００１０】また、本発明はかかる温度検出方法および
温度検出装置を用いたガスタービン機関の制御方法およ
び制御装置を提供することをも目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン機
関の温度検出方法の第１態様は、接触式温度検出手段の
検出端を、タービンロータのタービンディスクの外縁部
においてその表面近傍に設置することを特徴とする。

【００１２】本発明のガスタービン機関の温度検出方法
の第１態様においては、前記温度検出端が、タービンデ
ィスクの表面に形成される境界層内に設置されるのが好
ましい。

【００１３】本発明のガスタービン機関の温度検出方法
の第２態様は、非接触式温度検出手段によりタービンロ
ータのタービンディスクの外縁部においてその表面温度
を検出することを特徴とする。

【００１４】本発明のガスタービン機関の温度検出方法
の第２態様においては、前記非接触式温度検出手段が、
赤外線温度検出装置であるのが好ましい。

【００１５】一方、本発明のガスタービン機関の温度検
出装置の第１態様は、接触式温度検出手段と出力手段と
を備えてなり、前記温度検出手段がタービンステータに
保持され、前記温度検出手段の検出端が、タービンロー
タのタービンディスクの外縁部においてその表面近傍に
位置せしめられていることを特徴とする。

【００１６】本発明のガスタービン機関の温度検出装置
の第１態様においては、前記検出端が、タービンディス
クの表面に形成される境界層内に位置せしめられのが好
ましい。

【００１７】また、本発明のガスタービン機関の温度検
出装置の第２態様は、非接触式温度検出手段と出力手段
とを備えてなり、前記温度検出手段がタービンステータ
に保持され、前記温度検出手段の検出部が、タービンロ
ータのタービンディスクの外縁部を望む位置に配設され
てなることを特徴とする。

【００１８】本発明のガスタービン機関の温度検出装置
の第２態様においては、前記非接触式温度計が赤外線温
度計であるのが好ましい。

【００１９】本発明のガスタービン機関の制御装置は、
前記温度検出装置を備えてなることを特徴とする。

【００２０】本発明のガスタービン機関の制御方法の第
１態様は、タービンロータのタービンディスクの表面近
傍の温度を検出する手順と、前記検出温度が制限値を超
えている場合、シールエアを増量する手順と、前記手順
によりシールエアを増量した後、所定時間経過後タービ
ンディスクの表面温度を検出する手段と、前記検出温度
が制限値を超えている場合、タービン機関の出力を制限
する手順とを含んでなることを特徴とする。

【００２１】本発明のガスタービン機関の制御方法の第
１態様においては、前記温度検出手順でタービンディス
クの表面に形成される境界層内の温度が検出されるのが
好ましい。

【００２２】また、本発明のガスタービン機関の制御方
法の第２態様は、タービンロータのタービンディスクの
表面温度を検出する手順と、前記検出温度が制限値を超
えている場合、シールエアを増量する手順と、前記手順
によりシールエアを増量した後、所定時間経過後タービ
ンディスクの表面温度を検出する手段と、前記検出温度
が制限値を超えている場合、ガスタービン機関の出力を
制限する手順とを含んでなることを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明は前記のごとく構成されているので、タ
ービンディスク上をショートパスあるいはタービンディ
スクにより巻き込まれる燃焼ガスによるタービンディス
クの温度上昇を確実に検出することができる。

【００２４】また、温度検出端がタービンディスクの境
界層に位置せしめられている本発明の第１態様の好まし
い実施例においては、タービンディスクの表面温度に近
い温度を検出することができる。

【００２５】さらに、非接触式温度計を用いている本発
明の第２態様においては、タービンディスクの表面温度
を直接検出することができる。

【００２６】本発明のガスタービン制御方法および制御
装置においては、タービンディスクの表面近傍の温度ま
たはタービンディスク表面温度を検出してガスタービン
機関を制御しているので、タービンディスクの異常な温
度上昇を確実に防止することができる。

【００２７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００２８】図１は本発明の第１態様の接触式温度検出
装置の温度検出部が設けられている一実施例の要部概略
図、図２は本発明の第２態様の非接触式温度検出装置の
温度検出部が設けられている他の実施例の要部概略図で
ある。図において、１は温度検出手段、２はタービンス
テータ、３は静翼、４はタービンディスク、５は動翼、
６はシールエリアを示す。

【００２９】図１に示す本発明の一実施例においては、
温度検出手段１として接触式温度計の一種である熱電対
温度計１が用いられ、その本体は明瞭には図示されてい
ないが、タービンステータ２に適宜手段により保持され
ている。また、その検出部１１はシールエリア６内に突
出している。また、その取り付け位置は、燃焼ガスのタ
ービンディスク４表面への到達を的確に把握するため
に、タービンディスク４の直径の９７〜９８％程度の直
径を有する同心円上に配置されるのがよい。そして、そ
の個数は１〜２個とされていればよく、またその測定温
度範囲は６００℃〜８００℃とされていればよい。

【００３０】さらに、その先端部１１ａはタービンディ
スク４の表面近傍に位置せしめられている。先端部１１
ａの位置は、好ましくはタービンディスク４の回転に伴
い形成される境界層内とされる。このように先端部１１
ａを配置することにより、タービンディスク４の表面の
温度をより正確に検出することができる。

【００３１】図２に示す本発明の他の実施例において
は、温度検出手段１としては非接触式温度計の一種であ
る赤外線温度計１が用いられている。この赤外線温度計
１も明瞭には図示されていないが、タービンステータ２
に適宜手段により保持されている。この場合赤外線温度
計１の感知部は、タービンディスク４の外縁部の前記位
置を望ようにセットされている。この赤外線温度計１を
用いた場合にはタービンディスク４の表面温度を直接測
定することができるので、前述の実施例に比較してより
正確な温度検出がなし得る。

【００３２】温度検出手段１としてはこのほかに、測温
抵抗体やレーザ温度計などが用いられる。

【００３３】本発明の温度検出装置のその余の構成の詳
細についての図示説明は省略するが、従来よりこの種の
温度検出装置に用いられているものを好適に用いること
ができる。

【００３４】図３はこのように構成された温度検出装置
を用いたガスタービン機関の制御装置のブロック図であ
る。図において、１０１は温度検出装置、１０２はガス
タービン機関、１０３は制御装置を示す。

【００３５】ガスタービン機関１０２は本発明の温度検
出装置１０１が装着されている他は従来のガスタービン
機関と同様に構成されている。また、制御装置１０３も
従来のシールエリア６内の温度に代えて本発明の温度検
出装置１０１からの検出温度が入力されている他は、従
来の制御装置と同様に構成されている。ただし、制御用
プログラムとしては、例えば下記手順を実行できるプロ
グラムが格納されている。

【００３６】次に、図４に示すフローチャートに基づい
て、かかる構成を有するガスタービン機関の制御装置に
よる制御方法の一例について説明する。なお、図４にお
いて、Ｓ１〜Ｓ１０はステップ番号を示す。

【００３７】ステップ１：温度検出装置１０１からター
ビンディスク４の表面近傍の温度またはタービンディス
ク４の表面温度を読み込む。

【００３８】ステップ２：読み込まれた温度が制限値内
にあるか否か判定する。制限値内にあればステップ１に
戻る。制限値内になければ次のステップに進む。ここ
で、制限値はガスタービン機関の種類に応じて適宜設定
されるが、その一例をあげれば、産業用ガスタービンで
は、６５０℃〜７００℃とされる。

【００３９】ステップ３：上限値を超えているいるか否
か判定する。上限値を超えていなければステップ４に進
む。上限値を超えていればステップ５に進む。

【００４０】ステップ４：シールエアを減量してステッ
プ１にもどる。

【００４１】ステップ５：緊急停止温度を超えているか
否か判定する。超えていなければ、次のステップに進
む。制限値を超えていれば、ステップ７に移り緊急停止
を行う。ここで、制限値はガスタービン機関の種類に応
じて適宜選定されるが、その一例をあげれば、産業用ガ
スタービンでは７５０℃程度とされる。

【００４２】ステップ６：過熱状態での運転時間が制限
値を超えているか否か判定する。超えていなければ、ス
テップ８に進む。制限値を超えていれば、ステップ７に
移り緊急停止を行う。制限値は前記と同様ガスタービン
機関の種類に応じて適宜決定されるが、一例をあげれ
ば、航空用エンジンの場合は５分間程度（離陸緊急出力
の制限時間程度）と定める。

【００４３】ステップ７：緊急停止を行う。これはター
ビンディスクの温度上昇から起きる破損事故を未然に防
ぐためである。

【００４４】ステップ８：シールエアを増量する。

【００４５】ステップ９：ステップ８で設定したシール
エアの量が制限値内にあるか否か判定する。制限値を超
えていれば、ステップ１０に進む。制限値内にあれば、
ステップ１に戻る。

【００４６】ステップ10：出力を制限する。ガスタービ
ン機関の出力を制限することにより、燃焼ガスの温度を
下げタービンディスクの過熱による破損を未然に防止す
る。

【００４７】このように本発明のガスタービン機関の制
御方法によれば、タービンディスクの表面近傍の温度ま
たは表面温度を計測してガスタービン機関の制御を行っ
ているので、燃焼ガスのショートパスあるいは巻き込み
によるタービンディスクの異常な温度上昇を確実に防止
することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の温度検出
方法および装置によれば、タービンディスク上をショー
トパスする高温ガス、あるいはタービンディスクによる
高温ガスの巻き込みによるタービンディスクの温度上昇
を確実に検出することができる。また、高速で回転して
いるタービンディスク表面近傍の温度または表面温度を
計測しているので、検出部の個数を１〜２個とすること
ができる。

【００４９】一方、本発明のガスタービン機関の制御方
法および制御装置によれば、タービンディスクの異常な
温度上昇が防止され、それによりタービンディスクの強
度低下および焼損を防止することができる。したがっ
て、ガスタービン機関の信頼性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の温度検出装置の温度検出部
が設けられている部分の概略図である。

【図２】本発明の他の実施例の温度検出装置の温度検出
部が設けられている部分の概略図である。

【図３】本発明の温度検出装置を備えたガスタービン機
関の制御装置のブロック図である。

【図４】図３に示すガタービン機関の制御装置による制
御の一実施例のフローチャートである。

【図５】従来のガスタービン機関のタービンセクション
の概略図である。

【図６】動翼部分に生ずる燃焼ガスの圧力のアンバラン
スの説明図である。

【符号の説明】

１温度検出手段（熱電対温度計、赤外線温度
計）２タービンステータ３静翼４タービンディスク５動翼６シールエリア１０１温度検出装置１０２ガスタービン機関１０３制御装置Ａガス圧力の高い部分Ｂガス圧力の低い部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接触式温度検出手段の検出端を、タービ
ンロータのタービンディスクの外縁部においてその表面
近傍に設置することを特徴とするガスタービン機関の温
度検出方法。
【請求項２】前記温度検出端が、前記タービンディス
クの表面に形成される境界層内に設置されることを特徴
とする請求項１記載の温度検出方法。
【請求項３】非接触式温度検出手段によりタービンロ
ータのタービンディスクの外縁部においてその表面温度
を検出することを特徴とするガスタービン機関の温度検
出方法。
【請求項４】前記非接触式温度検出手段が、赤外線温
度検出装置であることを特徴とする請求項３記載のガス
タービン機関の温度検出方法。
【請求項５】接触式温度検出手段と出力手段とを備え
てなり、前記温度検出手段がタービンステータに保持さ
れ、前記温度検出手段の検出端が、タービンロータのタ
ービンディスクの外縁部においてその表面近傍に位置せ
しめられていることを特徴とするガスタービン機関の温
度検出装置。
【請求項６】前記検出端がタービンディスクの表面に
形成される境界層内に位置せしめられていることを特徴
とする請求項５記載のガスタービン機関の温度検出装
置。
【請求項７】非接触式温度検出手段と出力手段とを備
えてなり、前記温度検出手段がタービンステータに保持
され、前記温度検出手段の検出部が、タービンロータの
タービンディスクの外縁部を望む位置に配設されてなる
ことを特徴とするガスタービン機関の温度検出装置。
【請求項８】前記非接触式温度計が赤外線温度計であ
ることを特徴とする請求項７記載のガスタービン機関の
温度検出装置。
【請求項９】請求項５、６、７または８記載の温度検
出装置を備えてなることを特徴とするガスタービン機関
の制御装置。
【請求項１０】タービンロータのタービンディスクの
表面近傍の温度を検出する手順と、前記検出温度が制限
値を超えている場合、シールエアを増量する手順と、前
記手順によりシールエアを増量した後、所定時間経過後
タービンディスクの表面温度を検出する手段と、前記検
出温度が制限値を超えている場合、ガスタービン機関の
出力を制限する手順とを含んでなることを特徴とするガ
スタービン機関の制御方法。
【請求項１１】前記温度検出手順において、タービン
ディスクの表面に形成される境界層内の温度が検出され
ることを特徴とする請求項１０記載のガスタービン機関
の制御方法。
【請求項１２】タービンロータのタービンディスクの
表面温度を検出する手順と、前記検出温度が制限値を超
えている場合、シールエアを増量する手順と、前記手順
によりシールエアを増量した後、所定時間経過後タービ
ンディスクの表面温度を検出する手段と、前記検出温度
が制限値を超えている場合、ガスタービン機関の出力を
制限する手順とを含んでなることを特徴とするガスター
ビン機関の制御方法。