JPH07224687A

JPH07224687A - ガスタービンの制御方法

Info

Publication number: JPH07224687A
Application number: JP1426494A
Authority: JP
Inventors: Isao Takehara; 竹原　　勲; Koji Takahashi; 浩二高橋; Tetsuo Sasada; 哲男笹田; Satoru Sato; 知佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービン用の抽気循環型空気圧縮機におい
て、抽気循環時に発生するサージングを回避できる制御
方法を提供する。【構成】空気圧縮機の吐出温度測定用計器４が、ロータ
１２を取り巻く内部ケーシング１１の外周部と、ケーシ
ング１０の内周部との隙間に位置するように、空気吐出
部のケーシング１０の内周面に、周方向等間隔に８個設
けられてあり、これらの計器による温度測定結果から得
られる、空気圧縮機内を流れる空気の温度偏差を、許容
温度偏差と比較し、温度偏差が許容温度偏差より大きい
場合に、吐出空気圧力調整用放風弁９から吐出空気を放
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの制御方
法に係り、特に抽気循環型の空気圧縮機を有するガスタ
ービンの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンに使用される空気圧縮機
（以下、圧縮機と略称）の制御については、圧縮機にお
ける吐出空気を圧縮機へ吸入外気を導くためのダクトに
戻す方法、すなわち抽気循環方法が注目されている。

【０００３】吸入外気が低温であって、ガスタービンの
出力が低下する状態においては、圧縮機の外気吸入部に
アイシングが発生する。この場合、圧縮機で作り出され
た比較的高温の圧縮空気の一部を圧縮機の外気吸入部に
戻すことにより、アイシングの発生を回避させる効果が
あるとみられている。

【０００４】このような抽気循環方法の従来例を図１０
を用いて説明する。図１０は、従来の抽気循環型圧縮機
の制御についての系統図である。

【０００５】圧縮機１で作り出された圧縮空気は、吐出
空気となって燃焼器３に送られ、燃料と混合して燃焼ガ
スとなってガスタービン２を稼働させ、ガスタービン２
は発電機（図示せず）を回転させる。この場合、圧縮機
１で作り出された圧縮空気の一部は、抽気されて抽気循
環用配管７を通された後、オリフィス６で絞られ、規定
の流量が圧縮機前部に戻される。

【０００６】また、圧縮機１の空気吐出部に、２個以下
の吐出空気温度測定用計器１８、及び吐出空気圧力測定
用計器５を設置して、吐出空気温度及び吐出空気圧力に
ついてのデータを制御機器８に取り込み、吐出空気温度
は圧縮機１の稼働状態の監視用として、また、吐出空気
圧力は発電機出力を制御するための燃料調整用として、
それぞれ利用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような抽
気循環方法は、圧縮機の外気吸入部において、抽気空気
と吸入外気とが、うまく混合せず、混合が周方向で不均
一となりやすい欠点を有している。この場合は、圧縮機
にサージングが発生し、異常事態に突入する可能性があ
る。

【０００８】しかし、従来では、圧縮機内を流れる空気
の温度を、圧縮機の空気吐出部の周方向で２点以下でし
か測定していない。したがって、温度測定点の不足によ
り、圧縮機内を流れる空気の温度分布を精度よく把握で
きないことから、サージングが発生する場合でも事前に
予測し難く、異常事態への突入を回避することは不可能
であった。

【０００９】本発明の目的は、ガスタービン用の抽気循
環型圧縮機において、抽気循環時に発生するサージング
を回避することができる制御方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００１１】（１）圧縮機、タービン、燃焼器、及び圧
縮機からの吐出空気、又は圧縮機の中間段からの抽気空
気を圧縮機の外気吸込部に戻す装置を有し、吐出空気圧
力測定用計器、及び２個以下の吐出空気温度測定用計器
をそれぞれ設置してあるガスタービンの制御方法におい
て、圧縮機における空気吐出部の周方向に吐出空気温度
測定用計器を３個以上設置するとともに、吐出空気圧力
調整用放風弁を設け、吐出空気温度測定用計器により吐
出空気の温度測定を行うことにより温度偏差を算出し、
温度偏差の大きさに応じて吐出空気圧力調整用放風弁の
開度を調整し、圧縮機のサージング発生を防止するこ
と。

【００１２】（２）（１）において、吐出空気温度測定
用計器を用いて圧縮機の吐出空気圧力を測定することに
よりサージマージンを算出し、サージマージンが設定サ
ージマージンを確保できるように吐出空気圧力調整用放
風弁の開度を設定すること。

【００１３】（３）（１）において、吐出空気温度測定
用計器を、圧縮機の外気吸込部を構成する圧縮機入口ケ
ーシングにおける内部ケーシングと外部ケーシングとの
間に橋架してある複数個のストラットの隙間にも配置
し、圧縮機の外気吸込部の空気の温度測定を行うことに
より、外気吸込部における空気の温度偏差を算出し、こ
の温度偏差も吐出空気圧力調整用放風弁の開度調整に利
用すること。

【００１４】（４）（１）において、吐出空気温度測定
用計器において、３個以上設置してある中から隣接する
２個を選定し、選定した２個の間に複数個を新たに設置
し、吐出空気の温度測定を局所的に集中した場合も合わ
せて行うこと。

【００１５】

【作用】本発明によれば、圧縮機内を流れる空気の温度
偏差を検知し、この温度偏差が許容温度偏差を超えた場
合に吐出空気圧力調整用放風弁を開くので、サージング
の発生を回避することができる。

【００１６】また、圧縮機の吐出空気圧力を測定するこ
とにより、サージング発生に対する余裕度を示す一尺度
であるサージマージンを算出し、サージマージンが設定
サージマージンを確保できるように、吐出空気圧力調整
用放風弁の開度を設定するので、サージングの発生を回
避することができる。

【００１７】また、圧縮機の外気吸込部の空気の温度測
定も行うことにより、外気吸込部における空気の温度偏
差を算出し、この温度偏差も吐出空気圧力調整用放風弁
の開度調整に利用するので、サージングの発生を、より
精度よく回避することができる。

【００１８】更に必要に応じ、吐出空気の温度測定を局
所的に集中した場合も合わせて行うので、この場合もサ
ージングの発生を、より精度よく回避することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を、図１〜図４を
用いて説明する。

【００２０】図１は本実施例の抽気循環型圧縮機の制御
についての系統図、図２は図１の吐出空気温度測定用計
器の配置図、図３は図１の吐出空気圧力調整用放風弁の
開度制御のブロック図、図４は温度偏差とサージマージ
ンＭとの関係線図である。なお、図２の（ａ）は縦断面
図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＡ−Ａ断面図
である。

【００２１】本実施例が従来技術と比較して異なる点
は、本実施例の図１と従来例の図１０とを比較して分か
るように、本実施例では、吐出空気温度測定用計器４の
ように、吐出空気温度測定用計器の数を多くし、また、
吐出空気圧力調整用放風弁９を設けていることである。
すなわち、吐出空気温度測定用計器４は、図２に示すよ
うに、空気吐出部における、ロータ１２を取り巻く内部
ケーシング１１の外周部と、ケーシング１０の内周部と
の隙間に位置するように、ケーシング１０の内周部に周
方向等間隔に８個設けられている。

【００２２】図１において、吐出空気温度測定用計器４
からの出力信号は、制御機器８に取り入れられ、信号デ
ータが解析され、吐出空気圧力調整用放風弁９の開度が
調整される。

【００２３】圧縮機の外気吸入部の空気に、抽気循環に
より温度偏差が発生した場合、この温度偏差は空気が圧
縮機内を通り過ぎて空気吐出部に到達した時点でも、大
きく変化することはない。したがって、空気吐出部の空
気の温度偏差を求めれば、外気吸入部における空気の温
度偏差を推定することができる。このことから、本実施
例では、空気吐出部の空気の温度偏差を求めている。

【００２４】制御機器８は、空気吐出部の空気の温度偏
差を求めてから、吐出空気圧力調整用放風弁９の開度の
調整指令を出すまでを担当するが、その内容を図３によ
り説明する。

【００２５】本実施例の場合、吐出空気温度測定用計器
を、圧縮機の周方向に等間隔に８個設けてあり、それら
の吐出空気温度測定用計器による測定温度から、平均温
度と最大温度偏差とが、それぞれ得られる。

【００２６】次に、最大温度偏差値Ｋ（＝最大温度偏差
／平均温度）を算出し、最大温度偏差値Ｋをサージング
突入防止限界値Ｋlimitと比較する。ここに、サージン
グ突入防止限界値Ｋlimitは、圧縮機がサージングに突
入し損傷しないための限界値である。すなわち、図４は
温度偏差とサージマージンＭとの関係線図であるが、こ
の図に記入してある縦線は、サージング突入防止限界値
Ｋlimitを表す線であり、圧縮機の運転許容限界線であ
る。

【００２７】図４において、サージマージンＭとは、サ
ージング突入に対する余裕度を示す一尺度であり、圧縮
機における抽気循環実施前の圧力比と圧縮機がサージン
グ状態となる圧力比との比で定義される。また、圧力比
とは、空気吐出部と外気吸入部とにおける圧縮機内の空
気の圧力比である。

【００２８】サージマージンＭは、図４に示すように、
サージング防止限界値Ｋlimit以下では、比較的水平状
で、比較的大きい値であるが、サージング防止限界値Ｋ
limitを超えた場合には、急激に低下する。

【００２９】吐出空気温度測定用計器による温度測定の
結果、最大温度偏差値Ｋがサージング突入防止限界値Ｋ
limitを超えた場合には、サージマージンＭが低下し、
圧縮機はサージングが発生しやすい異常事態にあるとみ
なされる。したがって、この場合は、図３に示すよう
に、制御機器８（図１参照）からサージ防止指令を出
し、圧縮機の吐出空気部に設けた放風弁（吐出空気圧力
調整用放風弁９：図１参照）を開いて、空気を放出す
る。これによって、サージマージンＭを許容範囲内にあ
るように回復させ、サージングの発生を回避させてい
る。

【００３０】従来では、圧縮機内を流れている空気中の
温度偏差を正確に検知することができず、また、吐出空
気圧力調整用放風弁を設置していないことから、上述の
ように、サージングの発生を回避することができなかっ
た。

【００３１】本発明の第２実施例を、図５及び図６を用
いて説明する。図５はサージマージンＭ及び修正回転数
をパラメータとした空気の流量と圧力比との関係線図、
図６は本実施例の放風弁開度調整のブロック図である。
まず、図５を用いて、本実施例に関係する理論について
説明する。

【００３２】図５において、抽気循環前の圧縮機におけ
る空気の圧力比と流量との関係が、運転線と修正回転数
Ａとの交点であるＡ₁点で表されるとした場合、サージ
ラインは、通常、サージラインＡで示すように設定さ
れ、このときのサージマージンはサージマージンＭlimi
t(Ａ₁)となる。なお、修正回転数とは、圧縮機の軸回転
数を圧縮機内の温度（絶対温度）の平方根で割った値で
ある。

【００３３】しかし、抽気循環をした場合は、圧縮機内
の温度が上昇するので、修正回転数が減少し、修正回転
数Ａは修正回転数Ｂに変化する。したがって、Ａ₁点は
Ａ₂点に移動し、このときのサージマージンはサージマ
ージンＭlimit(Ａ₂)となり、小幅ながら減少する。

【００３４】また、抽気循環をした場合は、圧縮機内の
空気に温度偏差が生じるため、サージラインＡはサージ
ラインＢのように変化する。このときのサージマージン
は、サージマージンＭlimit(Ａ₃)となり、大幅に減少す
る。すなわち、サージングが発生する危険な状態とな
る。

【００３５】このような場合、吐出空気圧力調整用放風
弁９（図１参照）から吐出空気を放出し、圧力比をＢ点
まで低下させることができる。これにより、サージマー
ジンＭlimit(Ａ₃)はサージマージンＭlimit(Ｂ）とな
り、サージマージンサージマージンＭlimit(Ａ₁)と同じ
大きさまで回復させることができる。

【００３６】本実施例は、上記の理論を利用した場合で
あり、実際の運用を図６を用いて説明する。本実施例
が、前述の実施例（図３参照）と比較して異なる点は、
本実施例では、前述の実施例における放風弁の開度調整
に、圧縮機の圧力比を考慮に入れていることである。

【００３７】図６に示すように、吐出空気圧力測定用計
器５（図１参照）を用いて圧縮機の吐出圧力を測定する
ことにより、圧力比を算出し、その圧力比に基づいて、
放風後のサージマージンＭを算出する。そして、その場
合、サージマージンＭが通常運転状態における設定サー
ジマージンＭlimit以上であるかについて比較し、その
ような条件を満足しないときは、満足するような圧力比
となるように、放風弁（吐出空気圧力調整用放風弁９：
図１参照）の開度を設定する。

【００３８】このような開度の設定は、上述の図５の関
係線図を用いて可能であるので、サージング発生を防止
することができ、また、放風弁を開のままに放置したと
きに生じる圧力比の異常低下も回避することができる。

【００３９】本発明の第３実施例を、図７及び図８を用
いて説明する。図７は圧縮機要部の縦断面図、図８は本
実施例の空気吸込部温度測定用計器の配置図である。な
お、図８の（ａ）は、図７のＢ−Ｂ断面図であり、図８
の（ｂ）は、図７のＣ−Ｃ断面図である。

【００４０】圧縮機には、図７に示すように、外気吸入
部に圧縮機入口ケーシング１４を設置している。圧縮機
入口ケーシング１４は、内筒と外筒とに分かれており、
この両者は複数個のストラット１５を介して連結されて
いる。

【００４１】本実施例は、図７及び図８に示すように、
複数個のストラット１５の各間に、吐出空気温度測定用
計器４（図１参照）と同タイプの空気吸込部温度測定用
計器１６を配置した場合である。

【００４２】圧縮機の外気吸入部で発生した抽気循環に
よる温度偏差は、ストラット１５を通り抜ける際に更に
強まるが、本実施例のように、ストラット１５間に空気
吸込部温度測定用計器１６を配置することにより、圧縮
機内を流れる空気の温度偏差も吐出空気圧力調整用放風
弁（図１参照）の開度調整に利用し、サージングの発生
を、より精度よく回避することができる。

【００４３】また、空気吸込部温度測定用計器１６を、
ストラット１５の半径方向中央部に取り付けることによ
り、ストラット１５の部分の温度偏差を、より正確に把
握することができる。

【００４４】本発明の第４実施例を、図９を用いて説明
する。図９は本実施例の吐出空気温度測定用計器の局所
集中配置図である。

【００４５】本実施例は、圧縮機内において、局地的に
密に温度を測定する場合である。すなわち、前述の実施
例では、いずれも吐出空気温度測定用計器４を、周方向
等間隔に８個配置したが、本実施例では、８個の吐出空
気温度測定用計器４のほかに、吐出空気温度測定用計器
を重点的に密に温度測定の必要性のある位置に配置して
いる。すなわち、本実施例では、隣接する２個の吐出空
気温度測定用計器４の隙間に、３個の吐出空気温度測定
用計器１７を設けている。

【００４６】このように圧縮機で空気の温度を特に密に
測定を要する箇所がある場合、その部分に吐出空気温度
測定用計器を集中して配置することにより、圧縮機内の
空気中の温度偏差の測定精度を向上させることができ
る。すなわち、このようにして得られた温度偏差を、吐
出空気圧力調整用放風弁（図１参照）の開度調整に利用
し、サージングの発生を、より精度よく回避することが
できる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、ガスタービン用の抽気
循環型圧縮機において、抽気循環時に発生するサージン
グの回避が可能な制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の制御方法の系統図であ
る。

【図２】図１の吐出空気温度測定用計器の配置図であ
る。

【図３】図１の放風弁開度制御のブロック図である。

【図４】温度偏差とサージマージンＭとの関係線図であ
る。

【図５】空気の流量と圧力比との関係線図である。

【図６】本発明の第２実施例の放風弁開度制御のブロッ
ク図である。

【図７】圧縮機要部の縦断面図である。

【図８】本発明の第３実施例の空気吸込部温度測定用計
器の配置図である。

【図９】本発明の第４実施例の吐出空気温度測定用計器
の局部集中配置図である。

【図１０】従来の制御方法の系統図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４…吐出温度
測定用計器、５…吐出圧力測定用計器、６…抽気循環用
配管、７…オリフィス、８…制御機器、９…吐出空気圧
力調整用放風弁、１０…ケーシング、１１…内部ケーシ
ング、１２…ロータ、１３…第１段静翼、１４…圧縮機
入口ケーシング、１５…ストラット、１６…空気吸込部
温度測定用計器、１７…局所集中配置の吐出空気温度測
定用計器、１８…従来設置の吐出空気温度測定用計器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤知茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気圧縮機、タービン、燃焼器、及び前
記空気圧縮機からの吐出空気、又は前記空気圧縮機の中
間段からの抽気空気を前記空気圧縮機の外気吸込部に戻
す装置を有し、吐出空気圧力測定用計器、及び２個以下
の吐出空気温度測定用計器をそれぞれ設置してあるガス
タービンの制御方法において、前記空気圧縮機における
空気吐出部の周方向に前記吐出空気温度測定用計器を３
個以上設置するとともに、吐出空気圧力調整用放風弁を
設け、前記吐出空気温度測定用計器により前記吐出空気
の温度測定を行うことにより温度偏差を算出し、前記温
度偏差の大きさに応じて前記吐出空気圧力調整用放風弁
の開度を調整し、前記空気圧縮機のサージング発生を防
止することを特徴とするガスタービンの制御方法。
【請求項２】前記吐出空気温度測定用計器を用いて前
記空気圧縮機の吐出空気圧力を測定することによりサー
ジマージンを算出し、前記サージマージンが設定サージ
マージンを確保できるように前記吐出空気圧力調整用放
風弁の開度を設定する請求項１記載のガスタービンの制
御方法。
【請求項３】前記吐出空気温度測定用計器を、前記空
気圧縮機の外気吸込部を構成する圧縮機入口ケーシング
における内側ケーシングと外側ケーシングとの間に橋架
してある複数個のストラットの隙間にも配置し、前記空
気圧縮機の外気吸込部の空気の温度測定を行うことによ
り、前記外気吸込部における空気の温度偏差を算出し、
この温度偏差も前記吐出空気圧力調整用放風弁の開度調
整に利用する請求項１記載のガスタービンの制御方法。
【請求項４】前記吐出空気温度測定用計器において、
３個以上設置してある中から隣接する２個を選定し、選
定した２個の間に複数個を新たに設置し、前記吐出空気
の温度測定を局所的に集中した場合も合わせて行う請求
項１記載のガスタービンの制御方法。