JPH07111147B2 - 2軸ガスタービンの回転数制御方式 - Google Patents

2軸ガスタービンの回転数制御方式

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JPH07111147B2
JPH07111147B2 JP19865891A JP19865891A JPH07111147B2 JP H07111147 B2 JPH07111147 B2 JP H07111147B2 JP 19865891 A JP19865891 A JP 19865891A JP 19865891 A JP19865891 A JP 19865891A JP H07111147 B2 JPH07111147 B2 JP H07111147B2
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rotation speed
shaft
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signal
rotational speed
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泰太郎 田中
英明 鳥居
靖弘 小川
貢 足利
世一 永留
修安 妹尾
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば航空機や発
電機などに適用される2軸ガスタービンの回転数制御方
式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の2軸ガスタービンの回転数
制御方式の一例を示す系統図で、同図において、Aは2
軸ガスタービン、Bは回転数制御回路、Cは燃料制御回
路、Dは負荷である。上記ガスタービンAは、ガス発生
機軸1の両端部に固定された圧縮機2および圧縮機駆動
用タービン3からなるガス発生機4と、上記ガス発生機
軸1とは別軸の出力タービン軸5の一端部に固定された
出力タービン6と、上記各タービン3,6に高圧高温ガ
スを供給する燃焼器7とから構成され、上記燃焼器7に
供給される燃料を燃料バルブ8で調整するとともに、上
記出力タービン軸5の他端部には発電機のような負荷D
が連結される。
【0003】上記回転数制御回路Bは、たとえば、出力
タービン軸5の回転数の設定値N、つまり目標値に対応
する信号aと、実際に回転している回転数の現在値n2
に対応する信号fを常時加算器10で比較し、両回転数
N,n2の差に応じて自動調整する出力信号eを発生す
る閉ループ方式が採用されている。すなわち、出力ター
ビン軸5の回転数の現在値n2 に対応する信号fは、回
転数検出回路9で検出され、指令された回転数設定値N
に対応する信号aと加算器10において比較され、その
差信号が積分回路11で積分される。また、上記回転数
検出器9で検出された検出信号fは、比例回路14およ
び微分回路15に印加され、その各出力信号c,dが加
算器12,13を介して上記積分回路11に重畳され
て、出力信号eとされる。この回転数制御回路Bの出力
信号eは、燃料制御回路Cに印加されて、燃料バルブ8
の開度を制御し、燃焼器7に供給される燃料流量が調整
される。
【0004】つぎに、上記構成の動作を説明する。以
下、説明の便宜上、負荷Dに発電機が採用されて、ガス
タービンAの出力タービン軸5が常時一定の回転数で駆
動されている場合について説明する。いま、出力タービ
ン軸5の回転数の設定値Nが、たとえばNx=6,000rpm
の一定値に保持されている場合、回転数制御回路Bに印
加される入力信号aは、図4(a)で示すように、時点
t0 において一定値に保持され、同図(a1)のように時
点t1 まで上記負荷Dの変動がない場合、実際の回転数
の現在値n2 との差がなく、上記積分回路11,比例回
路14および微分回路15の各出力信号b,c,dは、
同図(b),(c),(d)の実線で示すように変動せ
ず、この回転数制御回路Bの出力信号eは同図(e)の
実線で示すように変動しない。そのため、燃料バルブ8
の開度や燃焼器7に供給される燃料流量が一定に保持さ
れて、上記出力タービン軸5の回転数の現在値n2 は、
同図(f)の実線で示すように一定値nx=6,000rpmに
保持される。
【0005】このような運転状態で、時点t1 におい
て、たとえば、同図(a1)のように上記負荷Dが増大す
ると、上記現在値n2 が減少するため、上記設定値Nに
対して回転数差が発生する。この回転数差は、同図
(f)の実線で示すように検出信号fの変動成分f1 と
して、上記回転数検出器9で検出される。上記検出信号
fは加算器10に印加されて、上記入力信号aと比較さ
れ、上記回転数差に相当する変動成分f1 を積分回路1
1で積分し、回転数制御回路Bの出力信号eを上昇させ
て、上記燃料バルブ8の開度および燃焼器7に供給され
る燃料流量を増大させ、ガス発生機軸1の回転数を高め
て出力タービン軸5の回転数の現在値n2 を増大させる
動作をおこなう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】その際、上記積分回路
11および比例回路14のゲインが低いと、上記出力タ
ービン軸5の回転数の現在値n2 が上記設定値Nに到達
する時点t3 までの時間T2 が長く、応答性が悪い。そ
こで、上記積分回路11および比例回路14のゲインを
上げて、各出力信号b,cを図4(b),(c)の点線
で示すように高めると、上記出力タービン軸5の回転数
の現在値n2 が設定値Nに到達する時点t2 までの時間
T1 を短縮させることができるけれども、上記時点t2
以降に出力タービン軸5の回転数n2が脈動するハンチ
ング現象が発生し、同図(f)の点線で示すように検出
信号fにハンチング信号f2 が現れ、上記回転数の現在
値n2 が安定する時点t4 までの時間T3 が長く、結果
的に応答性が悪くなる。
【0007】これを解決するために、従来、微分回路1
5を設けて、信号fを微分回路15で微分し、同図
(d)で示すように、その微分信号d1 ,d2 を発生さ
せて、上記出力信号eに重畳させ、出力タービン軸5の
回転数n2 が上昇しようとする際には、これを低下させ
る方向へ、また、上記回転数n2 が低下しようとする際
には、これを上昇させる方向へ燃料を増減させて、上記
出力タービン軸5の回転数n2 のハンチング現象を抑制
するようになされている。ところが、上記ハンチング現
象を抑制して、上記現在値n2 の変動幅T3 を短縮させ
るために、微分回路15のゲインを一層高めようとする
と、回転数検出器9がノイズ信号を検出した場合、この
ノイズ信号が回転数検出信号eに重畳されて、微分信号
dにその影響が増幅されて現われるため、正常な動作が
達成できない。その結果、微分回路15のゲインを十分
に高めることができず、負荷変動に対する応答性を改善
できない。
【0008】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、簡単な構成で、負荷変動に対する応答性の
高い2軸ガスタービンの回転数制御方式を提供すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明による2軸ガス
タービンの回転数制御方式は、ガス発生機軸の回転数を
検出する検出器を設け、この回転数検出器で検出された
検出信号を比例回路を介して積分回路の出力信号に比例
信号とともに重畳させ、上記積分回路の出力信号を受け
て燃料バルブの開度を制御するように構成したことを特
徴とする。
【0010】
【作用】上記構成によれば、ガス発生機軸の回転数の増
減動作は、出力タービン軸の回転数よりも先行した関係
にあるため、たとえば、出力タービン軸の回転数が上昇
しようとする際には、上記ガス発生機軸の回転数はすで
に高くなつており、これをフィードバックする上記ガス
発生機軸の回転数検出器とその比例回路は、従来の微分
回路に相当する機能を有する。
【0011】したがつて、上記検出信号は、出力タービ
ン軸の回転数が上昇しようとする際には、これを低下さ
せる方向へ、また、上記回転数が低下しようとする際に
は、これを上昇させる方向へ燃料を増減させて、上記出
力タービン軸の回転数のハンチング現象を抑制すること
ができる。また、上記ハンチング現象を抑制するための
微分回路を採用していないから、回転数検出器がノイズ
信号を検出して、上記回転数検出信号に重畳されても、
上記回転数制御回路の制御動作を円滑に達成することが
できる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図1はこの発明の2軸ガスタービンの回転
数制御方式の一例を示し、同図において、図3で示す従
来例と同一部分には同一の符号を付して、それらの詳し
い説明を省略する。
【0013】図1において、図3と相違する点は、ガス
タービンAのガス発生機軸1の回転数を検出する検出器
16を設け、この回転数検出器16で検出された検出信
号gが、上記ガス発生機軸1の回転数の現在値n1 とし
て比例回路17に印加され、その出力されたフィードバ
ック信号hが対応する加算器13に印加される。すなわ
ち、上記回転数検出器16および比例回路17は、従来
の微分回路15に相当するものである。なお、出力ター
ビン軸5における実際の回転数の現在値をn2 とする。
【0014】つぎに、上記構成の動作を説明する。い
ま、出力タービン軸5の回転数の設定値Nが、たとえば
Nx=6,000rpmの一定値に保持されている場合、回転数
制御回路Bに印加される入力信号aは、図2(a)で示
すように、時点t0 において一定値に保持されて、同図
(a1)のように時点t1 まで上記負荷Dの変動がない場
合、上記設定値Nと実際の回転数の現在値n2 との差が
なく、上記積分回路11,比例回路14,17の各出力
信号b,c,hは、図4(b),(c),(h)で示す
ように変動せず、この回転数制御回路Bの出力信号eは
図2(e)で示すように変動しない。そのため、燃料バ
ルブ8の開度や燃焼器7に供給される燃料流量が一定に
保持され、上記出力タービン軸5の回転数の現在値n2
は、図2(f)で示すように一定値nx=6,000rpmに保
持される。
【0015】他方、上記ガス発生機軸1の回転数を検出
する検出器16からの検出信号gが、上記ガス発生機軸
1の回転数の現在値n1 として比例回路17に印加さ
れ、その出力信号hが対応する加算器13に印加されて
いる。このような運転状態で、時点t1 において、たと
えば、同図(a1)のように上記負荷Dが増大すると、上
記現在値n2 が減少するため、上記設定値Nに対して回
転数差が発生する。この回転数差は、図2(f)で示す
ように検出信号fの変動成分f3 として、上記回転数検
出器9で検出される。上記検出信号fは加算器10に印
加されて、上記入力信号aと比較され、上記回転数差に
相当する変動成分f3 を積分回路11で積分し、回転数
制御回路Bの出力信号eを上昇させて、上記燃料バルブ
8の開度および燃焼器7に供給される燃料流量を増大さ
せ、ガス発生機軸1の回転数を高めて出力タービン軸5
の回転数の現在値n2 を増大させる動作をおこなう。
【0016】上記積分回路11および比例回路14のゲ
インを上げて、各出力信号b,cを図2(b),(c)
で示すように高めると、上記出力タービン軸5の回転数
の現在値n2 が設定値Nに到達する時点t5 までの時間
Tを短縮させることができる。その際、上記時点t5 以
降に出力タービン軸5の回転数n2 が脈動するハンチン
グ現象が発生しない。
【0017】すなわち、上記ガス発生機軸1の回転数の
増減動作は、出力タービン軸5の回転数よりも先行した
関係にあるため、出力タービン軸5の回転数n2 が上昇
しようとする際には、上記ガス発生機軸1の回転数n1
はすでに高くなつており、また、上記回転数n2 が低下
しようとする際には、上記回転数n1 はすでに低くなつ
ている。すなわち、上記回転数n1 をフィードバックす
る上記回転数検出器16および比例回路17は、従来の
微分回路15に相当する機能を有する。したがつて、上
記出力信号hを上記出力信号eに重畳させると、出力タ
ービン軸5の回転数n2 が上昇しようとする際には、こ
れを低下させる方向へ、また、上記回転数n2 が低下し
ようとする際には、これを上昇させる方向へ燃料を増減
させて、上記出力タービン軸5の回転数n2 のハンチン
グ現象を抑制することができる。また、上記ハンチング
現象を抑制するための微分回路を採用していないから、
回転数検出器9がノイズ信号を検出し、このノイズ信号
が回転数検出信号eに重畳されても、回転数制御回路B
の制御動作を円滑に達成することができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、簡単
な構成で、ノイズ信号に影響されないで、負荷変動に対
する応答性の高い2軸ガスタービンの回転数制御方式を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による2軸ガスタービンの回転数制御
方式の一例を示す概略的な系統図である。
【図2】図1の動作を説明するための信号波形図であ
る。
【図3】従来の2軸ガスタービンの回転数制御方式を示
す概略的な系統図である。
【図4】図3の動作を説明するための信号波形図であ
る。
【符号の説明】
1 ガス発生機軸 5 出力タービン軸 8 燃料バルブ 9 第2の回転数検出器 10,12,13 加算器 11 積分回路 14,17 比例回路 16 第1の回転数検出器 A 2軸ガスタービン B 回転数制御回路 C 燃料制御回路 a 設定値信号(出力タービン軸の回転数設定) b 積分信号 c 比例信号 e 出力信号 h フィードバック信号 g ガス発生機軸の回転数検出信号 N 出力タービン軸の回転数設定値 n1 ガス発生機軸の回転数現在値 n2 出力タービン軸の回転数現在値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足利 貢 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 永留 世一 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 妹尾 修安 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭60−104725(JP,A) 特開 平2−37119(JP,A) 特開 平3−141830(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス発生機軸に固定された圧縮機および
    圧縮機駆動用タービンからなるガス発生機と、上記ガス
    発生機軸とは別軸の出力タービン軸に固定された出力タ
    ービンと、上記ガス発生機軸の回転数を検出する第1の
    回転数検出器と、上記出力タービン軸の回転数を検出す
    る第2の回転数検出器と、上記各タービンに高圧高温ガ
    スを供給する燃焼器と、この燃焼器に供給される燃料流
    量を調整する燃料バルブの開度を制御する燃料制御回路
    と、出力タービン軸の回転数の設定値と現在値に対応す
    る信号を常時加算器で比較して両回転数の差に応じて上
    記燃料制御回路を自動調整する出力信号を発生する閉ル
    ープ方式の回転数制御回路とを具備し、上記回転数制御
    回路は、上記第2の回転数検出器からの検出信号を受け
    て上記差信号を積分する積分回路と、上記第1および第
    2の回転数検出器からの検出信号をそれぞれ比例回路を
    介して上記積分回路の出力信号に重畳させる加算器とを
    具備したことを特徴とする2軸ガスタービンの回転数制
    御方式。
JP19865891A 1991-07-12 1991-07-12 2軸ガスタービンの回転数制御方式 Expired - Lifetime JPH07111147B2 (ja)

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JPH0518271A JPH0518271A (ja) 1993-01-26
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EP2119891B1 (en) 2008-05-15 2023-09-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Control of working fluid flow of a two-shaft gas turbine
JP5031779B2 (ja) * 2009-01-05 2012-09-26 株式会社日立製作所 ガスタービン・エンジンの制御装置
JP5143060B2 (ja) 2009-03-11 2013-02-13 株式会社日立製作所 2軸ガスタービン
JP2011140899A (ja) * 2010-01-07 2011-07-21 Hitachi Ltd ガスタービンプラントの改造方法

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