JPH073190B2 - Gas turbine controller - Google Patents

Gas turbine controller

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JPH073190B2
JPH073190B2 JP12202488A JP12202488A JPH073190B2 JP H073190 B2 JPH073190 B2 JP H073190B2 JP 12202488 A JP12202488 A JP 12202488A JP 12202488 A JP12202488 A JP 12202488A JP H073190 B2 JPH073190 B2 JP H073190B2
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control
rotation speed
variable nozzle
load
gas generator
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弘隆 熊倉
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、バリアブルノズルを備えたガスタービンの制
御装置に関し、特にバリアブルノズル部の耐久性向上,
制御の信頼性向上等を図った技術に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for a gas turbine provided with a variable nozzle, and more particularly, to improving durability of a variable nozzle portion,
The present invention relates to technology for improving control reliability.

〈従来の技術〉 従来のこの種のガスタービンの制御装置としては、従来
例えば第6図及び第7図に示すようなものがある(参考
文献;SAE 720168"THE FORD TURBINE AN ENGINE DWSIGN
ED TO COMPETE WITH THE DIESEL", "GAS TURBINE INTER
NATIONAL 1970 JULY-AUGUST P15"FORD GOES TO ELECTRO
NIC CONTROL FORMAX RELIABILITY AND ECONOMY”)。
<Prior Art> As a conventional control apparatus for this type of gas turbine, there is a conventional control apparatus as shown in FIGS. 6 and 7, for example (reference: SAE 720168 "THE FORD TURBINE AN ENGINE DWSIGN
ED TO COMPETE WITH THE DIESEL "," GAS TURBINE INTER
NATIONAL 1970 JULY-AUGUST P15 "FORD GOES TO ELECTRO
NIC CONTROL FORMAX RELIABILITY AND ECONOMY ”).

このものの概要を説明すると、コンプレッサー1はガス
ジェネレータ軸2によってコンプレッサータービン3と
連結され、パワータービン4は負荷としての発電機5と
ギヤボックス6を介して連結されている。
To explain the outline of this, the compressor 1 is connected to a compressor turbine 3 by a gas generator shaft 2, and the power turbine 4 is connected to a generator 5 as a load via a gear box 6.

大気は、コンプレッサー1で圧縮され、熱交換器7を通
って加熱された後、燃焼器8に至る。
The atmosphere is compressed by the compressor 1, heated through the heat exchanger 7, and then reaches the combustor 8.

一方、燃料は燃料ポンプ9から燃料調整弁10を通って調
量された後、燃焼器8において前記圧縮加熱された空気
と混合して燃焼され、該燃焼ガスはコンプレッサーター
ビン3に入り、コンプレッサータービン3及びコンプレ
ッサー1を回転駆動する。前記燃料調整弁10は弁駆動機
構11によって駆動され、これにより燃料流量が制御され
る。
On the other hand, after the fuel is metered from the fuel pump 9 through the fuel regulating valve 10, the fuel is mixed with the compressed and heated air in the combustor 8 and burned, and the combustion gas enters the compressor turbine 3 and the compressor turbine 3 3 and the compressor 1 are driven to rotate. The fuel control valve 10 is driven by a valve drive mechanism 11, which controls the fuel flow rate.

コンプレッサータービン3を出た燃料ガスは、バリアブ
ルノズル(案内翼)12を介してパワータービン4に入っ
てパワータービン4を回転駆動した後、熱交換器7を通
って前記したように圧縮空気を加熱した後排出される。
前記パワータービン4の回転によって発電機5が回転駆
動される。
The fuel gas discharged from the compressor turbine 3 enters the power turbine 4 via the variable nozzle (guide vanes) 12 to drive the power turbine 4 to rotate, and then passes through the heat exchanger 7 to heat the compressed air as described above. And then discharged.
The generator 5 is rotationally driven by the rotation of the power turbine 4.

このシステムを制御する装置20は、ガスジェネレータ軸
回転数検出器13、パワータービン回転数検出器14、コン
プレッサー入口温度検出器15、コンプレッサータービン
入口温度検出器16、負荷検出器17からの各信号を入力
し、後述する各回路によって前記弁駆動機構11と前記バ
リアブルノズル12の駆動量を制御する。
The device 20 for controlling this system receives signals from the gas generator shaft speed detector 13, the power turbine speed detector 14, the compressor inlet temperature detector 15, the compressor turbine inlet temperature detector 16, and the load detector 17. It is input and the drive amounts of the valve drive mechanism 11 and the variable nozzle 12 are controlled by each circuit described later.

目標ガスジェネレータ軸回転数演算回路20Aは、発電機
7の負荷LPTとコンプレッサー入口温度T1とに基づいて
目標ガスジェネレータ軸回転数NggSETを求め、燃料流量
制御回路20Bは、前記目標ガスジェネレータ回転数N
ggSETと実際のガスジェネレータ軸2の回転数Nggとを一
致させるべく、前記燃焼器8に供給される燃料流量G
fSETをPIDフィードバック制御によって演算し、その制
御信号を弁駆動機構11に出力する。
The target gas generator shaft speed calculation circuit 20A obtains the target gas generator shaft speed N ggSET based on the load L PT of the generator 7 and the compressor inlet temperature T 1, and the fuel flow control circuit 20B uses the target gas generator. Speed N
Fuel flow rate G supplied to the combustor 8 in order to match ggSET with the actual rotation speed N gg of the gas generator shaft 2.
fSET is calculated by PID feedback control, and the control signal is output to the valve drive mechanism 11.

一方、バリアブルノズル角度演算回路20Cは、発電周波
数に対応するパワータービン4の出力軸の目標回転数N
PTSETと実際の回転数NPTとを一致させるべくバリアブル
ノズル角度の設定値θVNSETをPIDフィードバック制御に
よって演算した制御信号をバリアブルノズル12に出力す
る。
On the other hand, the variable nozzle angle calculation circuit 20C determines the target rotation speed N of the output shaft of the power turbine 4 corresponding to the power generation frequency.
A control signal calculated by the PID feedback control of the set value θ VNSET of the variable nozzle angle is output to the variable nozzle 12 in order to match PTSET with the actual rotation speed N PT .

また、コンプレッサータービン入口温度T2が所定の限界
温度を超えたときには、緊急停止回路20Dが前記燃料流
量制御回路20Bに燃料流量GfSET=0の信号を出力して燃
料の供給を停止させると共に、バリアブルノズル角度演
算回路20Cに停止時の設定角度θVNO信号を出力してバリ
アブルノズル12の角度を当該設定角度θVNOに制御す
る。
Further, when the compressor turbine inlet temperature T 2 exceeds a predetermined limit temperature, the emergency stop circuit 20D outputs a signal of the fuel flow rate G fSET = 0 to the fuel flow rate control circuit 20B to stop the fuel supply, A variable set angle θ VNO signal is output to the variable nozzle angle calculation circuit 20C to control the variable nozzle 12 angle to the set angle θ VNO .

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかる従来のガスタービンの制御装置に
あっては、大きな負荷が投入され、または遮断される等
負荷の変化が大きいときに、パワータービンの定回転制
御性能を良好に確保しようとすると前記バリアブルノズ
ル角度のPIDフィードバック制御における制御ゲインを
十分大きくする必要があるが、その際にノイズの影響や
発振ぎみとなることから第8図に示すようにバリアブル
ノズルが常に小刻みに振動し続ける。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such a conventional gas turbine control device, the constant rotation control performance of the power turbine is high when a large change in the load occurs, such as when a large load is turned on or off. In order to ensure good control of the variable nozzle angle, it is necessary to sufficiently increase the control gain in the PID feedback control of the variable nozzle angle. However, at that time, the variable nozzle causes the influence of noise and oscillation, as shown in FIG. It constantly vibrates in small increments.

バリアブルノズルは高温部に設置されるものであるた
め、前記のような小刻みな振動を生じ続けると耐久性が
著しく悪化する。
Since the variable nozzle is installed in a high temperature portion, durability will be significantly deteriorated if the small vibration as described above continues to occur.

また、負荷LPTの大きさ(以下単に負荷という)を検出
する手段に異常を生じたときには、該異常な負荷の検出
値に基づいて燃料流量やバリアブルノズル角度の制御が
行われるため、致命的な制御の不具合を生じる。
Further, when an abnormality occurs in the means for detecting the magnitude of the load L PT (hereinafter simply referred to as load), the fuel flow rate and the variable nozzle angle are controlled based on the detected value of the abnormal load, which is fatal. It causes the trouble of the proper control.

本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、負荷検出の異常の有無に応じて二種類の制御を使い
分けることにより、上記問題点を解決したガスタービン
の制御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a gas turbine control device that solves the above problems by selectively using two types of control depending on whether there is an abnormality in load detection. With the goal.

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は第1図に示すように、コンプレッサー
により圧縮されたガスを、燃焼器により燃焼した後前記
コンプレッサーにガスジェネレータ軸を介して連結され
たコンプレッサータービンに供給してコンプレッサー及
びコンプレッサータービンを回転駆動すると共に、前記
コンプレッサータービンを経たガスをバリアブルノズル
を介してパワータービンに供給してバワータービン及び
該パワータービンの出力軸に接続された負荷を回転駆動
してなるガスタービンの制御装置において、前記負荷の
大きさを検出する負荷検出手段と、該検出された負荷の
大きさに基づいてガスジェネレータ軸の目標回転数を設
定するガスジェネレータ軸目標回転数設定手段と、ガス
ジェネレータ軸の回転数を検出するガスジェネレータ軸
回転数検出手段と、ガスジェネレータ軸の回転数を目標
回転数に近づけるように前記燃焼器への燃料流量を制御
する燃料流量制御手段と、前記検出された負荷の大きさ
に基づいて前記バリアブルノズルの基本制御角度を設定
する基本制御角度設定手段と、前記出力軸の回転数を検
出する出力軸回転数検出手段と、前記出力軸の回転数を
目標回転数に近づけるように前記バリアブルノズルの角
度を前記設定された基本制御角度に対してフィードバッ
ク補正して制御する第1のバリアブルノズル角度制御手
段と、前記出力軸の回転数を目標回転数に近づけるよう
に前記第1のバリアブルノズル角度制御手段より大の制
御ゲインをもって前記バリアブルノズルの角度をフィー
ドバック補正して制御する第2のバリアブルノズル角度
制御手段と、前記負荷検出手段の異常の有無を検出する
異常検出手段と、負荷検出手段が正常であると検出され
たときは、前記ガスジェネレータ軸目標回転数設定手段
によって設定されたガスジェネレータ軸の目標回転数を
前記燃料流量制御手段に出力させると共に前記第1のバ
リアブルノズル角度制御手段を作動させ、負荷検出手段
が異常であると判定されたときは、前記燃料流量制御手
段にガスジェネレータ軸の非常用に設定された目標回転
数の信号を与えると共に前記第2のバリアブルノズル角
度制御手段を作動させる制御切換手段と、を設けた構成
とする。
<Means for Solving the Problems> Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a compressor turbine in which gas compressed by a compressor is burned by a combustor and then connected to the compressor via a gas generator shaft. To drive the compressor and the compressor turbine to rotate, and to supply the gas passed through the compressor turbine to the power turbine through the variable nozzle to drive the power connected to the power turbine and the power turbine to rotate the load. In a control device for a gas turbine, the load detecting means for detecting the magnitude of the load and a gas generator shaft target rotation speed setting for setting a target rotation speed of the gas generator shaft based on the detected load magnitude. And a gas generator for detecting the rotation speed of the gas generator shaft. Generator shaft rotation speed detection means, fuel flow rate control means for controlling the fuel flow rate to the combustor so that the rotation speed of the gas generator shaft approaches the target rotation speed, and based on the detected load magnitude, Basic control angle setting means for setting a basic control angle of a variable nozzle, output shaft rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft, and the variable nozzle so that the rotation speed of the output shaft approaches a target rotation speed. Variable nozzle angle control means for feedback-correcting and controlling the angle of the above with respect to the set basic control angle, and the first variable nozzle angle so that the rotation speed of the output shaft approaches the target rotation speed. Second variable nozzle angle control for feedback-correcting and controlling the angle of the variable nozzle with a control gain larger than that of the control means Stage, an abnormality detecting means for detecting the presence or absence of abnormality of the load detecting means, and when the load detecting means is detected to be normal, the gas generator shaft target rotation speed setting means sets the gas generator shaft When the target rotation speed is output to the fuel flow rate control means and the first variable nozzle angle control means is operated, and it is determined that the load detection means is abnormal, the fuel flow rate control means controls the gas generator shaft of the gas generator shaft. A control switching means for applying a signal of the target rotation speed set for emergency and for activating the second variable nozzle angle control means is provided.

〈作用〉 異常検出手段により負荷検出手段が正常であることが検
出されたときには、制御切換手段によりガスジェネレー
タ軸目標回転数設定手段によって設定されたガスジェネ
レータ軸の目標回転数が燃料流量制御手段に出力される
と共に、第1のバリアブルノズル角度制御手段が作動さ
れる。
<Operation> When the abnormality detection means detects that the load detection means is normal, the target rotation speed of the gas generator shaft set by the gas generator shaft target rotation speed setting means by the control switching means is supplied to the fuel flow rate control means. At the same time as the output, the first variable nozzle angle control means is activated.

この場合、ガスジェネレータ軸目標回転数設定手段は負
荷検出手段によって検出された負荷の大きさに基づいて
ガスジェネレータ軸の目標回転数を設定し、燃料流量制
御手段はガスジェネレータ軸回転数検出手段によって検
出されたガスジェネレータ軸の実際の回転数を前記ガス
ジェネレータ軸目標回転数設定手段により設定された目
標回転数に近づけるように燃焼器への燃料流量を制御す
る。
In this case, the gas generator shaft target rotation speed setting means sets the target rotation speed of the gas generator shaft based on the magnitude of the load detected by the load detection means, and the fuel flow rate control means is set by the gas generator shaft rotation speed detection means. The fuel flow rate to the combustor is controlled so that the detected actual rotation speed of the gas generator shaft approaches the target rotation speed set by the gas generator shaft target rotation speed setting means.

また、第1のバリアブルノズル角度制御手段は基本制御
角度設定手段により負荷の大きさに基づいて設定された
基本制御角度をフィードバック補正してバリアブルノズ
ルの角度を制御することにより、バワータービンの出力
軸の回転数を目標回転数に近づける制御を行う。
The first variable nozzle angle control means controls the angle of the variable nozzle by feedback-correcting the basic control angle set by the basic control angle setting means based on the magnitude of the load, thereby controlling the output shaft of the power turbine. The control is performed to bring the rotation speed of 1 closer to the target rotation speed.

したがって、大きな負荷が投入または遮断された際等負
荷が大きく変化した際でも、負荷の変化に応じて基本制
御角度がステップ的に変化するため、バリアブルノズル
の角度も応答性よくステップ的に変化し、その初期角度
に対して出力軸を目標回転数に制御すべく小さな制御ゲ
インできめ細かにフィードバック制御される。
Therefore, even when a large load changes such as when a large load is turned on or off, the basic control angle changes stepwise according to the change in the load, so the angle of the variable nozzle also changes stepwise with good responsiveness. , Fine feedback control is performed with a small control gain to control the output shaft to the target rotation speed with respect to the initial angle.

一方、異常検出手段により負荷検出手段の異常を検出し
たときには、制御切換手段により燃料流量制御手段にガ
スジェネレータ軸の非常用の目標回転数の信号が与えら
れると共に前記第2のバリアブルノズル角度制御手段が
作動される。これにより、燃料流量制御手段はガスジェ
ネレータ軸の回転数を前記非常用の目標回転数に近づけ
るように燃料流量を制御する。
On the other hand, when the abnormality detecting means detects an abnormality in the load detecting means, the control switching means gives the fuel flow rate controlling means a signal indicating the emergency target rotational speed of the gas generator shaft and the second variable nozzle angle controlling means. Is activated. As a result, the fuel flow rate control means controls the fuel flow rate so that the rotation speed of the gas generator shaft approaches the target rotation speed for emergency.

また、第2のバリアブルノズル角度制御手段は、前記異
常の検出前のバリアブルノズルの角度から第1のバリア
ブルノズル角度制御手段より大きな制御ゲインをもって
出力軸を目標回転数にフィードバック制御する。したが
って、負荷の検出を正常に行えない場合でも出力軸は迅
速に目標回転数に収束する。
Further, the second variable nozzle angle control means feedback-controls the output shaft to the target rotation speed with a control gain larger than that of the first variable nozzle angle control means from the angle of the variable nozzle before the abnormality detection. Therefore, even if the load cannot be detected normally, the output shaft quickly converges to the target rotation speed.

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。但
し、制御部以外の構成は第5図と同様であるが、同図鎖
線で示すコンプレッサー入口圧力検出器18と、バリアブ
ルノズル角度検出器19とが設けられる。その他の構成要
素については、同図の符号を用いて説明する。
<Examples> Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the configuration other than the control unit is the same as that in FIG. 5, but a compressor inlet pressure detector 18 and a variable nozzle angle detector 19 shown by the chain line in the figure are provided. Other components will be described using the reference numerals in the figure.

第2図は、本発明に係るガスタービンの制御装置におけ
る制御回路の各制御部を示し、同上の制御回路による制
御動作を第3図のフローチャートに従って説明する。
FIG. 2 shows each control unit of the control circuit in the control device for a gas turbine according to the present invention, and the control operation by the control circuit will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップ(第3図ではSと記す)1では、ガスジェネレ
ータ軸回転数Nggの修正値Ngg *及び負荷Lの修正値L*
後述するようにして演算する。
In step (FIG. 3 referred to as S in) 1 is calculated as described later correction value of the correction value N gg * and the load L of the gas generator shaft rotation speed N gg L *.

即ち、修正ガスジェネレータ軸回転数演算部31は、ガス
ジェネレータ軸回転数検出手段としてのガスジェネレー
タ軸回転数検出器13によって検出されたガスジェネレー
タ軸2の回転数Nggを、コンプレッサー入口温度検出器1
5によって検出されたコンプレッサー1入口の温度T1
よって修正した値Ngg *を演算する。
That is, the corrected gas generator shaft rotation speed calculation unit 31 calculates the rotation speed N gg of the gas generator shaft 2 detected by the gas generator shaft rotation speed detector 13 serving as the gas generator shaft rotation speed detection means from the compressor inlet temperature detector. 1
5 by calculating the corrected values N gg * the temperature T 1 of the been compressor 1 inlet detection.

また、修正負荷演算部32は、負荷検出手段としての負荷
検出器17によって検出された負荷Lを前記コンプレッサ
ー入口圧力検出器8によって検出されたコンプレッサー
1入口の圧力P1によって修正した値L*を演算する。
Further, the corrected load calculation unit 32 obtains a value L * obtained by correcting the load L detected by the load detector 17 as a load detecting means by the pressure P 1 at the compressor 1 inlet detected by the compressor inlet pressure detector 8. Calculate

これらの修正は、ガスタービンの入口状態によってパワ
ータービンの出力状態が大きく変化するのでこれを補償
するため行われ、第2図のブロック内に示す演算式(T
00,P00は基準値)によって修正される。
These corrections are made to compensate for the large change in the output state of the power turbine depending on the inlet state of the gas turbine, and the calculation formula (T
00 and P00 are corrected by the reference value).

ステップ2では、負荷検出器17の異常(故障)の有無を
負荷検出器17によって検出された負荷Lとコンプレッサ
ータービン入口温度検出器16によって検出されたコンプ
レッサータービン3入口の温度T2とを入力する異常判定
部49によって判定する。この異常判定部49が異常検出手
段に相当する。
In step 2, the presence or absence of abnormality (failure) in the load detector 17 is input with the load L detected by the load detector 17 and the temperature T 2 of the compressor turbine 3 inlet detected by the compressor turbine inlet temperature detector 16. The abnormality determination unit 49 determines. The abnormality determination unit 49 corresponds to abnormality detecting means.

これは、例えば最も発生し易い断線や誤配線に対応した
ものとして第4図に示すようなサブルーチンに従って行
われる。
This is performed in accordance with a subroutine as shown in FIG. 4, which corresponds to the disconnection and the incorrect wiring which are most likely to occur.

ステップ21では負荷が0〜定格負荷の範囲外の異常を信
号を出力しているときに、ステップ22で異常であると判
断し、そうでないときはステップ23に進み、負荷が0に
なってから所定時間t0以後にコンプレッサータービン入
口温度T2が予め求められた値T20を超えたときは、ステ
ップ22に進み異常であると判断し、それ以外のときと
は、ステップ24へ進んで正常であると判断するものであ
る。
In step 21, when the load is outputting an abnormal signal out of the range of 0 to the rated load, it is judged to be abnormal in step 22, and if not, the process proceeds to step 23, after the load becomes zero. If the compressor turbine inlet temperature T 2 exceeds the predetermined value T 20 after the predetermined time t 0 , it proceeds to step 22 and is judged to be abnormal, otherwise it proceeds to step 24 and becomes normal. It is determined that

そして、かかるサブルーチンによる負荷検出器17の異常
の有無の判定後、第3図でステップ3へ進み、前記判定
結果に基づく制御切換器50からの信号に応じて設定値切
換部34が後述するように目標ガスジェネレータ軸回転数
の設定値の切換を行う。
After the presence or absence of abnormality of the load detector 17 is determined by such a subroutine, the process proceeds to step 3 in FIG. 3, and the set value switching section 34 will be described later according to the signal from the control switch 50 based on the determination result. Switch the target gas generator shaft speed setting.

即ち、負荷検出器17が正常と判断されたときは、ステッ
プ4へ進み目標ガスジェネレータ軸回転数設定部33によ
り、前記修正値L*に基づいてマップから検索された目標
ガスジェネレータ軸回転数Ngg * SETが選択され、負荷検
出器17が異常であるときにはステップ5へ進み非常用目
標ガスジェネレータ軸回転数設定部35により設定された
非常用の目標ガスジェネレータ軸回転数Ngg * SETCが選択
されて減算器36に出力される。したがって、制御切換器
50と共に設定値切換部34は、制御切換手段の一部を構成
する。ここで、非常用の目標ガスジェネレータ軸回転数
Ngg * SETCとしては、Ngg * SETの最大値を設定しておけば
よい。
That is, when it is determined that the load detector 17 is normal, the routine proceeds to step 4, where the target gas generator shaft speed setting unit 33 searches the map based on the correction value L * for the target gas generator shaft speed N. When gg * SET is selected and the load detector 17 is abnormal, the routine proceeds to step 5, where the emergency target gas generator shaft speed N gg * SETC set by the emergency target gas generator shaft speed setting unit 35 is selected. It is output to the subtractor 36. Therefore, the control switch
The set value switching unit 34 together with 50 constitutes a part of the control switching means. Here, the target gas generator shaft speed for emergency
As N gg * SETC , the maximum value of N gg * SET may be set.

次いで、ステップ6に進み制御ゲイン演算部37により前
記修正値Ngg *に基づいて制御ゲインを演算する。
Next, in step 6, the control gain calculator 37 calculates the control gain based on the modified value N gg * .

ステップ7では、前記減算器36によって目標ガスジェネ
レータ軸回転数(Ngg * SET,Ngg * SETC)から前記修正値N
gg*を減算した回転数偏差量と前記演算された制御ゲイ
ンとに基づいて、燃料流量フィードバック制御部38によ
り、前記回転数偏差量を0に近づけるように前記燃焼器
8供給される燃料流量GfSETPIDフィードバック制御によ
って演算し、ステップ8でこの演算された燃料流量G
fSETに相当する制御信号が前記弁駆動機構11に出力され
る。該弁駆動機構11を介して駆動される燃料調整弁10に
より、燃料流量が前記制御値に制御される。即ち、演算
器36,制御ゲイン演算部37及び燃料流量フィードバック
制御部38,弁駆動機構11及び燃料調整弁10によるステッ
プ7,8の機能が燃料流量制御手段に相当する。
In step 7, the subtractor 36 calculates the corrected value N from the target gas generator shaft rotation speed (N gg * SET , N gg * SETC ).
Based on the rotation speed deviation amount obtained by subtracting gg * and the calculated control gain, the fuel flow rate feedback control unit 38 supplies the fuel flow rate G supplied to the combustor 8 so that the rotation speed deviation amount approaches 0. Calculated by fSET PID feedback control, and calculated fuel flow rate G in step 8.
A control signal corresponding to fSET is output to the valve drive mechanism 11. The fuel flow rate is controlled to the control value by the fuel control valve 10 driven via the valve drive mechanism 11. That is, the functions of steps 7 and 8 by the calculator 36, the control gain calculator 37, the fuel flow rate feedback controller 38, the valve drive mechanism 11 and the fuel adjusting valve 10 correspond to the fuel flow rate control means.

かかる燃料流量制御に続き、バリアブルノズル12の角度
が制御される。
Following the fuel flow rate control, the angle of the variable nozzle 12 is controlled.

ステップ9では、ステップ3と同様負荷検出器17の異常
判定結果に基づく制御切換器50からの信号に応じて設定
値切換部42及び制御ゲイン切換部44が後述するようにバ
リアブルノズル角度の制御の切換を行う。したがって設
定値切換部42及び制御ゲイン切換部45は制御切換手段の
一部を構成する。
In step 9, as in step 3, the set value switching part 42 and the control gain switching part 44 control the variable nozzle angle in accordance with a signal from the control switching device 50 based on the abnormality determination result of the load detector 17, as described later. Switch over. Therefore, the set value switching unit 42 and the control gain switching unit 45 form a part of the control switching means.

即ち、負荷検出器17が正常である場合はステップ10へ進
み、基本制御角度設定手段としての基本制御角度演算部
41により負荷の修正値L*に対応するバリアブルノズル角
度の基本制御値θVNSETFFを演算した値が設定値切換部4
2を介して加算器43に出力される。
That is, when the load detector 17 is normal, the process proceeds to step 10 and the basic control angle calculation unit as the basic control angle setting means.
The value calculated by calculating the basic control value θ VNSETFF of the variable nozzle angle corresponding to the load correction value L * by 41 is the set value switching unit 4
It is output to the adder 43 via 2.

ステップ11ではバリアブルノズル角度検出器19によって
検出されるバリアブルノズル角度θVNに対する制御ゲイ
ンを、ガスジェネレータ軸回転数の修正値Ngg *をパラメ
ータとして第1制御ゲイン演算部44により演算した値を
制御ゲイン切換部45を介してノズル角度フィードバック
制御部46に出力する。
In step 11, the control gain for the variable nozzle angle θ VN detected by the variable nozzle angle detector 19 is controlled by the value calculated by the first control gain calculation unit 44 using the correction value N gg * of the gas generator shaft rotation speed as a parameter. It outputs to the nozzle angle feedback control unit 46 via the gain switching unit 45.

次いでステップ12に進み、減算器47により予め負荷に応
じて設定されているパワータービンの目標回転数NPTSET
からパワータービン回転数検出器14により検出されたパ
ワータービン回転数NPTを減算した回転数偏差と、前記
演算された制御ゲインとを用いてノズル角度フィードバ
ック制御部46においてPID制御によりバリアブルノズル
角度のフィードバック制御値θVNSETCを演算する。
Next, in step 12, the subtractor 47 sets the target rotational speed NPTSET of the power turbine preset according to the load.
From the rotational speed deviation by subtracting the power turbine rotational speed N PT detected by the power turbine rotational speed detector 14, from the nozzle gain feedback control unit 46 using the calculated control gain of the variable nozzle angle by PID control Calculate the feedback control value θ VNSETC .

ステップ13では、加算器43により前記演算された目標バ
リアブルノズル角度θVNSETFFと前記フィードバック制
御量θVNSETCとを加算した制御値θVNSETを求める。
In step 13, the adder 43 obtains a control value θ VNSET by adding the calculated target variable nozzle angle θ VNSETFF and the feedback control amount θ VNSETC .

ステップ14では、前記演算したバリアブルノズル角度の
制御値θVNSETをバリアブルノズル12に出力する。即
ち、基本制御角度演算部41,第1制御ゲイン演算部44,減
算器47,ノズル角度フィードバック制御部46及び加算器4
3によるステップ10〜ステップ14迄の機能が第1のバリ
アブルノズル角度制御手段に相当する。
In step 14, the calculated control value θ VNSET of the variable nozzle angle is output to the variable nozzle 12. That is, the basic control angle calculation unit 41, the first control gain calculation unit 44, the subtractor 47, the nozzle angle feedback control unit 46, and the adder 4
The functions from step 10 to step 14 by 3 correspond to the first variable nozzle angle control means.

一方、負荷検出器17が異常と判定されたときはステップ
15へ進み、バリアブルノズル角度θVNに対する制御ゲイ
ンを、ガスジェネレータ軸回転数の修正値Ngg *をパラメ
ータとして第2制御ゲイン演算部48により演算した値を
制御ゲイン切換部45を介してノズル角度フィードバック
制御部46に出力する。
On the other hand, when the load detector 17 is determined to be abnormal, the step
Proceeding to step 15, the control gain for the variable nozzle angle θ VN is calculated by the second control gain calculation unit 48 using the correction value N gg * of the gas generator shaft speed as a parameter, and the value obtained through the control gain switching unit 45 is used as the nozzle angle. Output to the feedback control unit 46.

ここで、前記第2制御ゲイン演算部48は第1制御ゲイン
演算部44によって演算される制御ゲインより同一条件で
は十分大きな制御ゲインとなるように演算式が設定され
ている。
Here, the arithmetic expression of the second control gain calculation unit 48 is set so that the control gain is sufficiently larger under the same condition than the control gain calculated by the first control gain calculation unit 44.

ステップ16では、パワータービンの回転数偏差と前記第
2制御ゲイン演算部48で演算された制御ゲインとを用い
てノズル角度フィードバック制御部46においてPID制御
によりバリアブルノズル角度のフィードバック制御値θ
VNSETCを演算する。
In step 16, the feedback control value θ of the variable nozzle angle is controlled by PID control in the nozzle angle feedback control unit 46 using the rotational speed deviation of the power turbine and the control gain calculated by the second control gain calculation unit 48.
Calculate VNSETC .

ステップ17では、設定値切換部42により基本制御角度演
算部41で演算される基本制御角度信号の加算器43への出
力を遮断することにより、前記演算されたバリアブルノ
ズル角度のフィードバック制御値θVNSETCがそのままバ
リアブルノズル角度の制御値θVNSETとして設定され
る。
In step 17, the setting value switching unit 42 cuts off the output of the basic control angle signal calculated by the basic control angle calculation unit 41 to the adder 43, thereby the feedback control value θ VNSETC of the calculated variable nozzle angle. Is directly set as the control value θ VNSET of the variable nozzle angle.

上記制御値θVNSETがステップ14でバリアブルノズル12
に出力される。即ち、第2制御ゲイン演算部48,減算器4
7,ノズル角度フィードバック制御部46及び加算器43によ
るステップ15〜ステップ17及びステップ14迄の機能が第
2のバリアブルノズル角度制御手段に相当する。
When the control value θ VNSET is set in step 14, the variable nozzle 12
Is output to. That is, the second control gain calculator 48 and the subtractor 4
7. The functions from step 15 to step 17 and step 14 by the nozzle angle feedback control unit 46 and the adder 43 correspond to the second variable nozzle angle control means.

かかる構成とすれば、負荷検出器17の正常時には、負荷
の検出値に応じて燃料流量制御によるガスジェネレータ
軸回転数のフィードバック制御と、バリアブルノズル角
度の制御によるパワータービン回転数のフィードバック
制御とが行われる。
With such a configuration, when the load detector 17 is normal, the feedback control of the gas generator shaft speed by the fuel flow rate control according to the detected value of the load and the feedback control of the power turbine speed by the control of the variable nozzle angle are performed. Done.

特に後者のフィードバック制御は、負荷の値に応じたバ
リアブルノズル角度の基本制御値を求め、この値をフィ
ードバック補正する構成であるため、フィードバック制
御の制御ゲインを小さく設定できる。
Particularly in the latter feedback control, the basic control value of the variable nozzle angle according to the value of the load is obtained, and this value is feedback-corrected, so that the control gain of the feedback control can be set small.

したがって、大きな負荷の投入や遮断時のように負荷の
変化が大であるときにも、第5図に示すように制御応答
性を十分高められると共にバリアブルノズル12の小刻み
な振動の発生を抑制でき耐久性を可及的に向上できる。
Therefore, even when the load changes greatly such as when a large load is turned on or off, the control responsiveness can be sufficiently improved as shown in FIG. 5, and the occurrence of small vibrations of the variable nozzle 12 can be suppressed. The durability can be improved as much as possible.

一方、負荷検出器17の異常時はガスジェネレータ軸を非
常用の目標回転数を用いてフィードバック制御すると共
に、負荷検出値に基づくバリアブルノズルの基本制御角
度を使用することなく、かつ正常時より大きな制御ゲイ
ンを用いたバリアブルノズル角度の制御によってパワー
タービンの回転数がフィードバック制御される。
On the other hand, when the load detector 17 is abnormal, the gas generator shaft is feedback-controlled using the emergency target rotation speed, and the basic control angle of the variable nozzle based on the load detection value is not used, and is larger than the normal time. The rotation speed of the power turbine is feedback-controlled by controlling the variable nozzle angle using the control gain.

これにより、ガスジェネレータ軸回転数が異常な負荷の
検出値に基づいて異常な回転数に制御されてしまうこと
となるのを防止でき、非常用の設定値に制御することが
できる。また、負荷検出値が異常であるときにはバリア
ブルノズルの基本制御角度に信頼性がないため、正常時
と同様の制御を行うと、パワータービンを目標回転数に
収束させるのに多大な時間を要したり、収束不能となっ
たりするが、かかる異常時は基本制御値を用いることな
く現状の値を大きな制御ゲインを用いてフィードバック
補正することにより、迅速にパワータービンを目標回転
数に近づけることができる。
As a result, it is possible to prevent the rotation speed of the gas generator shaft from being controlled to an abnormal rotation speed based on the detected value of the abnormal load, and it is possible to control to an emergency set value. Also, when the load detection value is abnormal, the basic control angle of the variable nozzle is not reliable, so if the same control as in the normal state is performed, it will take a lot of time to converge the power turbine to the target speed. However, in such an abnormal situation, the power turbine can be quickly brought close to the target speed by feedback-correcting the current value without using the basic control value with a large control gain. .

これら非常用の燃料流量制御及びバリアブルノズル角度
制御により負荷検出器17の異常時にも十分対処できる。
By these emergency fuel flow rate control and variable nozzle angle control, even when the load detector 17 is abnormal, it can be sufficiently dealt with.

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、負荷検出手段の異
常の有無に応じて、燃料流量制御及びバリアブルノズル
角度制御の制御方式を適切に切り換える構成としたた
め、正常時には、高い制御性能とバリアブルノズルの耐
久性を確保でき、異常時にも可及的に高い制御性能を維
持しながら運転を継続できるものである。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, the control system of the fuel flow rate control and the variable nozzle angle control is appropriately switched according to the presence or absence of abnormality of the load detection means, so that it is high in a normal state. The control performance and the durability of the variable nozzle can be ensured, and the operation can be continued while maintaining the highest control performance even in the event of an abnormality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明の一実施例の制御部の構成を示すブロック図、第3図
は同上実施例の制御ルーチンを示すフローチャート、第
4図は同上制御ルーチンにおける負荷検出器の異常判定
サブルーチンを示すフローチャート、第5図は同上実施
例の制御時の各部の状態を示すタイムチャート、第6図
は前記実施例及び従来例に共通なガスタービンの構造を
示す図、第7図は前記従来例の制御部の構成を示すブロ
ック図、第8図は前記従来例の制御部の構成を示すブロ
ック図である。 1……コンプレッサー、2……ガスジェネレータ軸、3
……コンプレッサータービン、4……パワータービン、
5……発電機、8……燃焼器、10……燃料調整弁、11…
…弁駆動機構、12……バリアブルノズル、13……ガスジ
ェネレータ軸回転数検出器、14……出力軸検出器、17…
…負荷検出器、33……目標ガスジェネレータ軸回転数設
定部、34……設定値切換部、35……非常用目標ガスジェ
ネレータ軸回転数設定部、36……減算器、37……制御ゲ
イン演算部、38……燃料流量フィードバック制御部、41
……基本制御角度演算部、42……設定値切換部、43……
加算器、44……第1制御ゲイン演算部、45……制御ゲイ
ン切換部、46……ノズル角度フィードバック制御部、47
……減算器、48……第2制御ゲイン演算部、49……異常
判定部、50……制御切換器
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a flowchart showing a control routine of the same embodiment, and FIG. 5 is a flowchart showing a load detector abnormality determination subroutine in the same control routine, FIG. 5 is a time chart showing the state of each part during control of the same embodiment, and FIG. 6 is a gas turbine common to the above embodiment and conventional example. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the control unit of the conventional example, and FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the control unit of the conventional example. 1 ... Compressor, 2 ... Gas generator shaft, 3
...... Compressor turbine, 4 …… Power turbine,
5 ... Generator, 8 ... Combustor, 10 ... Fuel adjustment valve, 11 ...
… Valve drive mechanism, 12 …… Variable nozzle, 13 …… Gas generator shaft speed detector, 14 …… Output shaft detector, 17…
… Load detector, 33 …… Target gas generator shaft speed setting part, 34 …… Set value switching part, 35 …… Emergency target gas generator shaft speed setting part, 36 …… Subtractor, 37 …… Control gain Calculation unit, 38 ... Fuel flow rate feedback control unit, 41
…… Basic control angle calculation unit, 42 …… Set value switching unit, 43 ……
Adder, 44 ... First control gain calculation unit, 45 ... Control gain switching unit, 46 ... Nozzle angle feedback control unit, 47
…… Subtractor, 48 …… 2nd control gain calculation part, 49 …… Abnormality judgment part, 50 …… Control switch

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンプレッサーにより圧縮されたガスを、
燃焼器により燃焼した後前記コンプレッサーにガスジェ
ネレータ軸を介して連結されたコンプレッサータービン
に供給してコンプレッサー及びコンプレッサータービン
を回転駆動すると共に、前記コンプレッサータービンを
経たガスをバリアブルノズルを介してパワータービンに
供給してパワータービン及び該パワータービンの出力軸
に接続された負荷を回転駆動してなるガスタービンの制
御装置において、前記負荷の大きさを検出する負荷検出
手段と、該検出された負荷の大きさに基づいてガスジェ
ネレータ軸の目標回転数を設定するガスジェネレータ軸
目標回転数設定手段と、ガスジェネレータ軸の回転数を
検出するガスジェネレータ軸回転数検出手段と、ガスジ
ェネレータ軸の回転数を目標回転数に近づけるように前
記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量制御手段と、
前記検出された負荷の大きさに基づいて前記バリアブル
ノズルの基本制御角度を設定する基本制御角度設定手段
と、前記出力軸の回転数を検出する出力軸回転数検出手
段と、前記出力軸の回転数を目標回転数に近づけるよう
に前記バリアブルノズルの角度を前記設定された基本制
御角度に対してフィードバック補正して制御する第1の
バリアブルノズル角度制御手段と、前記出力軸の回転数
を目標回転数に近づけるように前記第1のバリアブルノ
ズル角度制御手段より大の制御ゲインをもって前記バリ
アブルノズルの角度をフィードバック補正して制御する
第2のバリアブルノズル角度制御手段と、前記負荷検出
手段の異常の有無を検出する異常検出手段と、負荷検出
手段が正常であると検出されたときは、前記ガスジェネ
レータ軸目標回転数設定手段によって設定されたガスジ
ェネレータ軸の目標回転数を前記燃料流量制御手段に出
力させると共に前記第1のバリアブルノズル角度制御手
段を作動させ、負荷検出手段が異常であると判定された
ときは、前記燃料流量制御手段にガスジェネレータ軸の
非常用に設定された目標回転数の信号を与えると共に前
記第2のバリアブルノズル角度制御手段を作動させる制
御切換手段と、を設けて構成したことを特徴とするガス
タービンの制御装置。
1. A gas compressed by a compressor,
After combustion by a combustor, the compressor and the compressor turbine are connected to the compressor via a gas generator shaft to drive the compressor and the compressor turbine in rotation, and the gas that has passed through the compressor turbine is supplied to the power turbine through a variable nozzle. In a control device for a gas turbine, in which a power turbine and a load connected to an output shaft of the power turbine are rotatably driven, load detecting means for detecting the magnitude of the load, and the detected magnitude of the load Gas generator shaft target rotation speed setting means for setting the target rotation speed of the gas generator shaft, gas generator shaft rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the gas generator shaft, and the target rotation speed of the gas generator shaft. Fuel to the combustor to approach the number And fuel flow control means for controlling the amount,
Basic control angle setting means for setting a basic control angle of the variable nozzle based on the magnitude of the detected load, output shaft rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft, and rotation of the output shaft. First variable nozzle angle control means for feedback-correcting and controlling the angle of the variable nozzle with respect to the set basic control angle so that the number of rotations approaches the target rotation speed, and the rotation speed of the output shaft is set to the target rotation speed. A second variable nozzle angle control means for feedback-correcting and controlling the angle of the variable nozzle with a control gain larger than that of the first variable nozzle angle control means so as to approach the number, and whether or not there is an abnormality in the load detection means. When the abnormality detecting means for detecting the load and the load detecting means are detected to be normal, the gas generator shaft target rotation is detected. When the target rotational speed of the gas generator shaft set by the setting means is output to the fuel flow rate control means and the first variable nozzle angle control means is operated, and it is determined that the load detection means is abnormal, Control switching means for providing the fuel flow rate control means with a signal of the target rotational speed set for emergency of the gas generator shaft and for activating the second variable nozzle angle control means. Gas turbine control device.
JP12202488A 1988-05-20 1988-05-20 Gas turbine controller Expired - Lifetime JPH073190B2 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493392C2 (en) * 2011-10-21 2013-09-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Method of gas turbine engine
EP3803081B1 (en) * 2019-08-27 2023-11-29 Nuovo Pignone Tecnologie S.r.l. Two-shaft gas turbine engine system and method of operation

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