JPH11326042A

JPH11326042A - ガスタービン火炎監視装置

Info

Publication number: JPH11326042A
Application number: JP13901098A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hiyama; 和夫檜山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】火炎の着火、失火を的確に検出できるようにす
るとともに、不安定状態の燃焼ガスを安定状態に調整で
きるようにしたガスタービン火炎監視装置を提供する。【解決手段】本発明に係るガスタービン火炎監視装置
は、ガスタービン燃焼器５に、燃焼ガスの火炎状態量の
うち、紫外線を検出する火炎検出器６を設けたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンプラ
ント、コンバインドサイクルプラント等のガスタービン
燃焼器の燃焼状態を監視するガスタービン火炎監視装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンプラントやコンバインドサ
イクルプラント等に使用されるガスタービンは、高出力
化、高燃効率化が求められており、これに伴ってガスタ
ービン燃焼器で生成される燃焼ガス温度も高温化させる
傾向にある。

【０００３】燃焼ガス温度を高温化させる場合、ガスタ
ービン燃焼器は、投入する燃料や空気に予め旋回流を与
えていても、燃焼ガスに偏流が発生し、必ずしもその温
度分布が一様ではなく、局所的に異常高温域を発生させ
ることがある。

【０００４】燃焼ガスの局所的な異常高温域が発生する
と、ガスタービンは、燃焼ガスでガスタービン翼に膨張
仕事をさせる際、燃焼ガスの異常高温をまともに受けて
ガスタービン翼を焼損させることが往々にしてあった。

【０００５】また、ガスタービン燃焼器は、起動運転
時、点火器で燃料を着火させて燃焼ガスを生成している
が、一旦、燃焼ガスを生成させたとしても、何らかの事
情でその火炎（保炎）が投入する燃料の全域に行きわた
らず、燃焼ガスが失火することがある。この場合、未燃
の燃料は、ガスタービン燃焼器からガスタービンを介し
て外部に放出され、火災発生の要因にもなり、非常に危
険状態になる。このように、ガスタービンでは、ガスタ
ービン翼の焼損や火災等の事故を未然に防止する点から
もガスタービン燃焼器の火炎状態を常に監視しておくこ
とが非常に重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、ガスタービン燃
焼器の火炎を監視する手段には、光電管式火炎検出器が
使用されているが、光電管式火炎検出器には、いくつか
の問題点がある。

【０００７】まず、第１に、光電管式火炎検出器は、火
炎の光波長レンジ幅が狭いために、燃焼ガスの幅広い光
波長分布に対応することができず、感度が低くなってい
る。

【０００８】第２に、光電管式火炎検出器は、作動電圧
に３００Ｖを超える電圧を印加する必要があるために、
ケーブルの被覆等に異常が発生した場合、火花を発生さ
せる可能性がある。火炎検出器は、設置環境が燃料等の
漏洩可能性の高い危険な領域であり、火花が発生した場
合、可燃物の点火源になる。

【０００９】第３に、光電管式火炎検出器は、その寿命
が１年以下と短く、高頻度の変換が必要とされる。

【００１０】第４に、光電管式火炎検出器は、故障の判
定が難しい。

【００１１】この検出器では、火炎が発生していないに
もかかわらず、あたかも着火が行われていると検知した
り、あるいは火炎が発生しているにもかかわらず、未着
火していると判定するなどの故障事例があり、信頼性の
低いものになっている。特に、この検出器から監視装置
に出力する信号は、火炎の有無を示す接点出力のみであ
り、接点が何らかの事情で不測の動作をした場合、燃焼
状態に異常が発生したのか、あるいは検出器自身に異常
が発生したのか判別することができず、その対応に短時
間のうちに処理しなければならない問題点があった。

【００１２】第５に、燃焼ガスの監視が的確にできな
い。

【００１３】この検出器は、上述のように、火炎の有無
を示す接点のみの作動が検出出力であり、この検出出力
を直接活用して燃焼ガスの不安定状態を安定化させる監
視体勢を採ることができない問題点があった。このた
め、従来の火炎監視装置では、ガスタービン出口側に複
数の検出器を設置し、複数の検出器から検出したガスタ
ービン排ガスの温度を基にガスタービン燃焼器の燃焼状
態を間接的に監視するにすぎなかった。もっとも、ガス
タービン出口側に設置した複数の検出器は、高い応答性
が要求されるために、熱容量を小さくする必要上、非常
に細いシース型のものになっており、機械的な強度が低
く、長期間の使用に対し、耐久性に乏しい不具合、不都
合がある。なお、ガスタービン燃焼器は、通常、火炎検
出器を一缶に対し、一つ設置しているが、最近では、Ｎ
Ｏｘ濃度を低く抑えるため、燃料ノズルの拡散燃焼に、
別の燃焼ノズルの予混合燃焼を加えているので、火炎検
出器を少なくとも二つ以上設置している。

【００１４】このように、従来の火炎監視装置では、い
くつかの問題があり、高出力化、高燃効率の向上を図る
ガスタービンプラントにとってはガスタービン燃焼器の
火炎監視装置をより一層強化して燃焼ガスの安定性を維
持させる必要性に迫られている。

【００１５】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、火炎の着火、失火を的確に検出できるよう
にするとともに、不安定状態の燃焼ガスを安定状態に調
整できるようにしたガスタービン火炎監視装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン火炎監視装置は、上記目的を達成するために、請求項
１に記載したように、ガスタービン燃焼器に、燃焼ガス
の火炎状態量のうち、紫外線を検出する火炎検出器を設
けたものである。

【００１７】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項２に記載した
ように、火炎検出器に、センサとしてＳｉＣホトダイオ
ードを収容したものである。

【００１８】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項３に記載した
ように、火炎検出器に、燃焼ガスの火炎から検出した実
光信号に予め設定された設定信号を突き合わせ、偏差が
出たとき、警報を発信する火炎監視演算装置を設けたも
のである。

【００１９】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項４に記載した
ように、ガスタービン、可変案内翼を備えた空気圧縮
機、発電機を備えたガスタービンプラントのガスタービ
ン燃焼器に、燃焼ガスの火炎状態量のうち、紫外線を検
出する火炎検出器と、火炎検出器からの検出信号に予め
定められた設定信号を突き合わせ、偏差が出たとき、警
報を発信する火炎監視演算装置とを設ける一方、上記火
炎監視演算装置に組み込まれ、負荷信号、回転数信号、
燃料流量信号、空気流量信号のうち、いずれか三つの信
号を組み合わせて上記ガスタービン燃焼器の燃焼ガスの
火炎状態量を予測し、予測した演算信号に、上記火炎検
出器からの実検出信号を突き合わせ、偏差が出たとき、
その偏差に基づいて上記ガスタービン燃焼器に燃料を供
給する燃料流量調節弁を開閉制御するとともに、上記空
気圧縮機で吸い込む大気の流量を調整する可変案内翼を
開閉制御する火炎状態予測演算装置とを設けたものであ
る。

【００２０】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項５に記載した
ように、火炎検出器を、少なくとも二つ以上ガスタービ
ン燃焼器に組み込んだものである。

【００２１】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項６に記載した
ように、負荷信号を、発電機から検出したものである。

【００２２】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項７に記載した
ように、ガスタービン、可変案内翼を備えた空気圧縮
機、蒸気タービン、発電機を備えたコンバインドサイク
ルプラントのガスタービン燃焼器に、燃焼ガスの火炎状
態量のうち、紫外線を検出する火炎検出器と、火炎検出
器からの検出信号に予め定められた設定信号を突き合わ
せ、偏差が出たとき、警報を発信する火炎監視演算装置
とを設ける一方、上記火炎監視装置に組み込まれ、軸ト
ルク信号、回転数信号、燃料流量信号、空気流量信号の
うち、いずれか三つの信号を組み合わせて上記ガスター
ビン燃焼器の燃焼ガスの火炎状態を予測し、予測した演
算信号に、上記火炎検出器からの実検出信号を突き合わ
せ、偏差が出たとき、その偏差に基づいて上記ガスター
ビン燃焼器に燃料を供給する燃料流量調節弁を開閉制御
するとともに、上記空気圧縮機で吸い込む大気の流量を
調整する可変案内翼を開閉制御する火炎状態予測演算装
置とを設けたものである。

【００２３】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項８に記載した
ように、軸トルク信号を、ガスタービン、空気圧縮機、
蒸気タービン、発電機を互いに軸結合させた回転軸に設
置した軸トルク検出器から検出したものである。

【００２４】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項９に記載した
ように、軸トルク検出器に、軸トルク・負荷変換器を設
けたものである。

【００２５】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項１０に記載し
たように、軸トルク検出器を、少なくともガスタービン
の出口端および空気圧縮機の入口端との回転軸に設置し
たものである。

【００２６】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、上記目的を達成するために請求項１１に記載し
たように、ガスタービンの出口端および空気圧縮機の入
口端との回転軸に設置した軸トルク検出器に、正味軸ト
ルク信号算出部と、軸トルク・負荷変換器を設けたもの
である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
火炎監視装置の実施形態を図面および図中に付した符号
を引用して説明する。

【００２８】図１は、例示としてシンプルサイクルガス
タービンプラント（オープンサイクルガスタービンプラ
ント）に適用した、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置の第１実施形態を示す概略系統図である。

【００２９】例えば、発電用としてのシンプルサイクル
ガスタービンプラントは、互に軸直結させたガスタービ
ン１、大気の吸込み側に可変案内翼（ＩＧＶ）２を備え
た空気圧縮機３、発電機４を備えるとともに、ガスター
ビン１と空気圧縮機３との間のガスタービン１側に環状
列に配置した、例えば１６缶のガスタービン燃焼器５を
備え、空気圧縮機３の可変案内翼２で吸い込んだ大気を
圧縮して高圧化し、高圧空気を燃料とともにガスタービ
ン燃焼器５に供給し、ここで燃焼ガスを生成し、その燃
焼ガスをガスタービン１で膨張仕事をさせ、膨張仕事の
際に発生する回転トルクで空気圧縮機３および発電機４
を回転駆動するようになっている。

【００３０】一方、ガスタービン燃焼器５には、少なく
とも一つ以上の火炎検出器６が組み込まれている。火炎
検出器６は、ステンレス製の筒体に、ＳｉＣホトダイオ
ードをセンサとして収容し、燃焼ガスの火炎状態量のう
ち、特に紫外線の光信号を検出し、その紫外線の光信号
を、例えば４〜２０，ｍ、ＤＣの範囲の電気信号に変換
し、非常に応答性の高いものになっている。

【００３１】また、ガスタービン燃焼器５は、火炎検出
器６で検出した紫外線の光信号を電気信号に変換した燃
焼ガス信号を火炎監視演算装置７に供給するようになっ
ている。

【００３２】この火炎監視演算装置７は、火炎検出器６
を起動させる電源装置８、火炎検出器６から与えられた
電気信号を、予め定められた設定器９からの火炎の着火
・失火の有無の電気信号に突き合わせて比較する比較器
１０、比較器１０で実電気信号が設定電気信号を下廻っ
たときに警報する警報器１１を組み合わせ、火炎の着火
・失火の有無はもとより、燃焼ガスの局所的高温化の有
無を的確に判断し、燃焼ガスに異常事態が発生した場
合、警報器１１で作業者にアナウンスするようになって
いる。

【００３３】このように、本実施形態では、ガスタービ
ン燃焼器５に、燃焼ガスの紫外線の光信号を検出し、そ
の光信号を電気信号に変換するＳｉＣホトダイオードを
備えた火炎検出器６を組み込むとともに、火炎検出器６
からの電気信号を、予め火炎の着火・失火の有無を判別
する設定器９からの設定信号に突き合わせ、偏差が出た
とき、警報を発信する比較器を組み込んだ火炎監視演算
装置を設けたので、燃焼ガスの火炎状態を的確に判別す
ることができ、信頼性の高いガスタービン火炎監視装置
を実現することができる。

【００３４】図２は、例示として、シンプルサイクルガ
スタービンプラントに適用した本発明に係るガスタービ
ン火炎監視装置の第２実施形態を示す概略系統図であ
る。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一
符号を付し、その重複説明を省略する。

【００３５】本実施形態に係るガスタービン火炎監視装
置は、第１実施形態で示した火炎監視演算装置７に、燃
焼ガスの火炎状態量のうち、特に紫外線の光信号を予測
し、予測した光信号が実光信号との間に偏差が出たと
き、その偏差に基づいてガスタービン燃焼器５に燃料を
供給する燃料流量調節弁１２ａ，１２ｂに弁開閉信号を
与えるとともに、空気圧縮機３の入口側に設けた可変案
内翼２の可変案内翼駆動装置１３に駆動信号を与える火
炎状態予測演算装置１４を組み込んだものである。

【００３６】この火炎状態予測演算装置１４は、燃焼ガ
スの火炎状態のうち、特に紫外線の光信号を予測する光
信号予測演算部１５、光信号予測演算部１５からの演算
信号と、火炎検出器６，６からの実光信号とを突き合わ
せて比較する火炎信号比較器１６、火炎信号比較器１６
で偏差が出た場合、その偏差に基づいて燃料流量信号に
変換する燃料流量信号変換器１７および空気流量信号に
変換する空気流量信号変換器１８を組み合わせた構成に
なっている。

【００３７】光信号予測演算部１５には、発電機４に設
けた負荷（出力）検出器１９からの負荷信号、回転軸に
設けた回転数検出器２０からの回転数信号、ガスタービ
ン燃焼器５に燃料を供給する燃料系に設けた燃料流量検
出器２１からの燃料流量信号および空気圧縮機３の大気
吸込み側に設けた空気流量検出器２２からの空気流量信
号のそれぞれが入力される。

【００３８】ここで、火炎の状態量と「燃料流量」、
「空気流量」との関係および「燃料流量」、「空気流
量」と「負荷（出力）」、「回転数」との関係は次のよ
うになっている。

【００３９】（１）火炎の状態量と「燃料流量」、「空
気流量」との関係火炎の状態量変化とは、火炎の光の波長分布のうち、ピ
ーク波長と光の強さの変化をいう。この火炎の状態量変
化は、ガスタービン燃焼器５に投入する燃料流量Ｑ
_Fと、空気圧縮機３から大気を吸い込んだ空気流量のう
ち、ガスタービン燃焼器５の燃焼ガス用に振り分けられ
る空気流量Ｑ_Aとの燃空比Ｑ_F／Ｑ_Aに依存する。つま
り、燃空比Ｑ_F／Ｑ_Aが定まれば、その状態における火
炎の波長分布と強さが一義的に定まる関係になってい
る。

【００４０】したがって、ガスタービン１に投入する燃
料流量を計測するとともに、空気圧縮機３から大気を吸
い込んだ空気流量（空気圧縮機３からガスタービン燃焼
器５に供給される空気は、燃焼ガス用と燃焼器ランナ等
の冷却用とに区分けされるが、冷却用空気は少ないので
無視しても実質的な影響はない）を計測し、これら計測
値から燃空比Ｑ_F／Ｑ_Aを算出し、算出した燃空比Ｑ_F
／Ｑ_Fから逆算して火炎の状態量を予測することができ
る。

【００４１】（２）「燃料流量」、「空気流量」と「負
荷（出力）」、「回転数」との関係「燃料流量」、「空気流量」と「負荷（出力）」、「回
転数」との関係は、ガスタービンの起動から、昇速まで
の運転過程と定格運転とで取り扱いを異にしている。

【００４２】起動から昇速までの運転過程ガスタービン１は、起動装置（図示せず）により数１０
０ｒｐｍまで回転上昇すると、ガスタービン燃焼器５に
投入される燃料を着火させる。燃料着火後、ガスタービ
ン１は、予め定められた加速率に基づく昇速パターンで
定格回転まで昇速する。

【００４３】このため、空気圧縮機３が大気を吸い込む
「空気流量」は、ガスタービン１の「回転数」の関数に
なっている。もっとも、ガスタービン１の「回転数」と
空気圧縮機３の「空気流量」との関係を今少し詳しく説
明すると、この「空気流量」は、空気圧縮機３の入口に
設けた可変案内翼２の開口面積に置き換えることができ
る。すなわち、ガスタービン１の「回転数」および可変
案内翼２の開口面積は、ともに上述の加速率に基づいて
増速・増開するので、昇速運転過程に関して言えば、ガ
スタービン１の「回転数」と可変案内翼２の吸い込む
「空気流量」とは一対一対に対応する。

【００４４】また、ガスタービン燃焼器５に投入する
「燃料流量」も、上述の加速率に合わせて増量させてい
るので、「空気流量」と同様に、「燃料流量」もガスタ
ービン１の「回転数」の関数になっている。

【００４５】したがって、昇速運転過程においては、
「空気流量」、「燃料流量」ともに、ガスタービン１の
「回転数」の関数になっているので、ガスタービン１の
「回転数」を計測し、計測値から逆算して燃焼ガスの火
炎の状態量を予測することができる。

【００４６】なお、「空気流量」は、厳密に考えると、
気温の高低により、空気圧縮機３が吸い込む大気の体積
流量が変化する。このため、図２に示した空気流量検出
器２２には、気温の高低に対応させてその比重量を補正
する補正関数器（図示せず）を設け、吸い込んだ大気の
体積流量を重量流量に変換して光信号予測演算部１５に
入力している。

【００４７】定格運転ガスタービン１が定格回転数になると、その回転数は一
定になるので、基本的には「空気流量」は一定となり、
負荷（出力）の増減指令信号に基づき、「燃料流量」は
増減する。但し、ガスタービン１が部分負荷運転に入る
と、ガスタービン燃焼器５で生成される燃焼ガスの温度
をが過度に高くなることを防止するために「空気流量」
を制御する必要があり、「空気流量」は、可変案内翼２
により制御される。

【００４８】このように、ガスタービン１の部分負荷運
転を除けば、定格運転における「燃料流量」、「空気流
量」と「負荷（出力）」の関係は、一対一に対応し、
「燃料流量」、「空気流量」と「回転数」とは無関係に
なり、「回転数」を用いて燃焼ガスの火炎の状態量を予
測することができなくなる。このため、ガスタービン１
の定格運転においては、「負荷（出力）」が「燃料流
量」、「空気流量」の関数になっているので、「負荷
（出力）」を計測し、計測値から逆算して燃焼ガスの火
炎の状態量を予測することができる。

【００４９】本実施形態は、火炎の状態量を計算して予
測する場合、火炎の状態量と「燃料流量」、「空気流
量」、「負荷（出力）」、「回転数」とが上述の関係に
なっていることに着目したもので、光信号予測演算部１
５に、負荷検出器１９からの負荷信号、回転数検出器２
０からの回転数信号、燃料流量検出器２１からの燃料流
量信号、空気流量検出器２２からの空気流量信号を入力
させる。この場合、ガスタービン１の昇速運転過程にお
いては、燃料流量信号、空気流量信号および回転数信号
が使用され、また、定格運転においては、燃料流量信
号、空気流量信号および負荷（出力）信号が使用され
る。

【００５０】光信号予測演算部１５は、上述の信号のう
ち、三つの信号に基づいて火炎の状態量、特に紫外線の
光信号を演算して火炎信号比較器１６に入力し、ここで
ガスタービン燃焼器５に組み込んだ少なくとも二つ以上
の火炎検出器６，６で検出した火炎の実光信号と突き合
わせ、偏差が出た場合、その偏差を燃料流量信号変換器
１７および空気流量信号変換器１８のそれぞれに与え、
燃料流量信号変換器１７および空気流量信号変換器１８
のそれぞれで燃料流量信号および空気流量信号に変換し
た後、各変換信号を空気流量信号演算部２３および燃料
流量信号演算部２４のそれぞれに入力する。

【００５１】空気流量演算部２３は、空気流量信号変換
器１８からの変換信号に基づいて可変案内翼駆動信号を
演算し、その演算信号を可変案内翼駆動装置１３に与え
て可変案内駆動装置１３を駆動し、可変案内翼２を開閉
させ、吸い込んだ大気の流量を制御する。

【００５２】また、燃料流量信号演算部２４は、燃料流
量信号変換器１７からの変換信号に基づいて弁開度信号
を演算し、その演算信号を燃料流量調節弁１２ａ，１２
ｂに与えて燃料流量調節弁１２ａ，１２ｂを開閉させ、
ガスタービン燃焼器５に供給する燃料を制御する。

【００５３】なお、ガスタービン燃焼器５に少なくとも
二つ以上の火炎検出器６，６を組み込んだのは次の理由
になっている。

【００５４】従来、ガスタービン燃焼器５は、生成され
た燃焼ガスのＮＯｘ濃度を、法律規制値以内に収めるた
めに、拡散燃焼と予混合燃焼とを組み合わせることが多
い。この場合、拡散燃焼を行う燃料ノズルと予混合燃焼
を行うと燃料ノズルとは、それぞれ個々に燃料流量制御
を行っている。このため、各燃料ノズルから噴出される
燃料に基づく火炎の位置、大きさ、波長分布、光の強さ
は負荷状態によって変化し、負荷の増加と火炎の光の強
さとは比例関係になく、任意に変化する。

【００５５】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、少なくとも二つ以上の火炎検出器６，６をガスタ
ービン燃焼器５に組み込み、火炎の光信号の検出精度を
高めている。

【００５６】このように、本実施形態では、火炎監視演
算装置７に火炎状態予測演算装置１４を組み込み、負荷
（出力）信号、回転数信号、燃料流量信号および空気流
量信号のうち、いずれか三つの信号を組み合わせて燃焼
ガスの火炎の状態量を予測し、予測した演算信号に火炎
検出器６，６からの実光信号を突き合わせ、偏差が出た
場合、その偏差に基づいて燃料流量調節弁１２ａ，１２
ｂを弁開閉制御させるとともに、可変案内翼２を開閉制
御させ、ガスタービン燃焼器５に適正量の燃料および空
気を供給したので、燃焼ガスを安定状態に維持すること
ができ、燃焼ガスの自動監視を行うことができる。

【００５７】図３は、例示としてコンバインドサイクル
プラントに適用した本発明に係るガスタービン火炎監視
装置の第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第
１実施形態および第２実施形態の構成部分と同一部分に
は同一符号を付す。

【００５８】本実施形態に係るガスタービン火炎監視装
置は、ガスタービン１、空気圧縮機３、蒸気タービン２
５、発電機４を互に軸直結させた回転軸２６に、軸トル
ク検出器２７を設置するとともに、軸トルク検出器２７
で検出した軸トルク信号を負荷（出力）に変換する軸ト
ルク・負荷変換器２８を、第２実施形態で示した火炎状
態予測演算装置１４に組み込んだものである。なお、他
の構成部分は、第１実施形態および第２実施形態の構成
部分と同一なので、その説明を省略する。

【００５９】このように、本実施形態では、火炎状態予
測演算装置１４で演算処理する信号として軸トルク信
号、回転数信号、燃料流量信号および空気流量信号のう
ち、いずれか三つの信号を組み合わせて燃焼ガスの火炎
の状態量を予測し、予測した演算信号に火炎検出器６，
６からの実光信号を突き合わせ、偏差が出た場合、その
偏差に基づいて燃料流量調節弁１２ａ，１２ｂおよび可
変案内翼２のそれぞれを開閉制御させ、ガスタービン燃
焼器５に適正量の燃料および空気を供給したので、燃焼
ガスを安定状態に維持することができ、燃焼ガスの自動
監視の下、コンバインドサイクルプラントに高出力・高
熱効率の運転を行わせることができる。

【００６０】図４は、例示としてコンバインドサイクル
プラントに適用した本発明に係るガスタービン火炎監視
装置の第４実施形態を示す概略系統図である。なお、第
１実施形態および第２実施形態の構成部分と同一部分に
は同一符号を付す。

【００６１】本実施形態に係るガスタービン火炎監視装
置は、回転軸２６にガスタービン１、空気圧縮機３、蒸
気タービン２５、発電機４を軸結合させてガスタービン
１と蒸気タービン２５との間のトルク伝達軸部の軸捩り
を利用したトルク計でガスタービン１の単体の出力トル
クを計測する場合、計測の分解性能を高めるために、ト
ルク伝達軸部の捩れ角を大きくする必要が生じ、その結
果、トルク伝達軸部の軸長を伸ばしたり、剛性を弱めた
りするという構造上の工夫をしなければならない不具合
がある点に着目したもので、ガスタービン１の出口端お
よび空気圧縮機３の入口端のそれぞれに、軸トルク検出
器２９ａ，２９ｂを設置するとともに、各軸トルク検出
器２９ａ，２９ｂから検出された軸トルク信号を演算し
て正味軸トルク信号を算出する正味軸トルク信号算出部
３０と正味軸トルク信号算出部３０で算出した正味軸ト
ルク信号を負荷（出力）に変換する軸トルク・負荷変換
器２８を、第２実施形態で示した火炎状態予測演算装置
１４に組み込んだものである。なお、他の構成部分は、
第１実施形態および第２実施形態の構成部分と同一なの
で、その説明を省略する。

【００６２】このように、本実施形態では、ガスタービ
ン１の出口端および空気圧縮機３の入口端のそれぞれに
設置した軸トルク検出器２９ａ，２９ｂで検出した軸ト
ルク信号から正味軸トルク信号を算出する正味軸トルク
信号算出部３０を設けるとともに、正味軸トルク信号算
出部３０からの正味軸トルク信号を負荷信号に変換する
軸トルク・負荷変換器２８を火炎状態予測演算装置１４
に組み込み、より的確な信号で燃料流量調整弁１２ａ，
１２ｂおよび可変案内翼２を開閉制御させ、ガスタービ
ン燃焼器５に適正量の燃料および空気を供給したので、
燃焼ガスを安定状態に維持することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るガス
タービン火炎監視装置は、ガスタービン燃焼器に組み込
んだ火炎検出器に、センサとして燃焼ガスの紫外線の光
信号を検出し、その光信号を電気信号に変換するＳｉＣ
ホトダイオードを備えたので、火炎の着火・失火の有無
を的確に判別することができ、ガスタービンに信頼性の
高い運転を行わせることができる。

【００６４】また、本発明に係るガスタービン火炎監視
装置は、負荷信号、軸トルク信号、回転数信号、燃料流
量信号、空気流量信号のうち、いずれか三つの信号を組
み合わせて燃焼ガスの火炎の状態量を予測し、予測した
演算信号に、上述の火炎検出器からの検出精度の高い実
検出信号を突き合わせ、偏差が出た場合、その偏差に基
づいて燃料流量調節弁および可変案内翼を開閉制御さ
せ、ガスタービン燃焼器に適正量の燃料および空気を供
給したので、燃焼ガスを安定状態に維持することがで
き、燃焼ガスの自動監視を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン火炎監視装置の第１
実施形態を示す概略系統図。

【図２】本発明に係るガスタービン火炎監視装置の第２
実施形態を示す概略系統図。

【図３】本発明に係るガスタービン火炎監視装置の第３
実施形態を示す概略系統図。

【図４】本発明に係るガスタービン火炎監視装置の第４
実施形態を示す概略系統図。

【符号の説明】

１ガスタービン２可変案内翼３空気圧縮機４発電機５ガスタービン燃焼器６火炎検出器７火炎監視演算装置８電源装置９設定器１０比較器１１警報器１２ａ，１２ｂ燃料流量調節弁１３可変案内翼駆動装置１４火炎状態予測演算装置１５光信号予測演算部１６火炎信号比較器１７燃料流量信号変換器１８空気流量信号変換器１９負荷検出器２０回転数検出器２１燃料流量検出器２２空気流量検出器２３空気流量信号演算部２４燃料流量信号演算部２５蒸気タービン２６回転軸２７軸トルク検出器２８軸トルク・負荷変換器２９ａ，２９ｂ軸トルク検出器３０正味軸トルク信号算出部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０８Ｂ 17/12 Ｇ０８Ｂ 17/12 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン燃焼器に、燃焼ガスの火炎
状態量のうち、紫外線を検出する火炎検出器を設けたこ
とを特徴とするガスタービン火炎監視装置。
【請求項２】火炎検出器に、センサとしてＳｉＣホト
ダイオードを収容したことを特徴とする請求項１に記載
のガスタービン火炎監視装置。
【請求項３】火炎検出器に、燃焼ガスの火炎から検出
した実光信号に予め設定された設定信号を突き合わせ、
偏差が出たとき、警報を発信する火炎監視演算装置を設
けたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン火
炎監視装置。
【請求項４】ガスタービン、可変案内翼を備えた空気
圧縮機、発電機を備えたガスタービンプラントのガスタ
ービン燃焼器に、燃焼ガスの火炎状態量のうち、紫外線
を検出する火炎検出器と、火炎検出器からの検出信号に
予め定められた設定信号を突き合わせ、偏差が出たと
き、警報を発信する火炎監視演算装置とを設ける一方、
上記火炎監視演算装置に組み込まれ、負荷信号、回転数
信号、燃料流量信号、空気流量信号のうち、いずれか三
つの信号を組み合わせて上記ガスタービン燃焼器の燃焼
ガスの火炎状態量を予測し、予測した演算信号に、上記
火炎検出器からの実検出信号を突き合わせ、偏差が出た
とき、その偏差に基づいて上記ガスタービン燃焼器に燃
料を供給する燃料流量調節弁を開閉制御するとともに、
上記空気圧縮機で吸い込む大気の流量を調整する可変案
内翼を開閉制御する火炎状態予測演算装置とを設けたこ
とを特徴とするガスタービン火炎監視装置。
【請求項５】火炎検出器を、少なくとも二つ以上ガス
タービン燃焼器に組み込んだことを特徴とする請求項４
に記載のガスタービン火炎監視装置。
【請求項６】負荷信号を、発電機から検出したことを
特徴とする請求項４に記載のガスタービン火炎監視装
置。
【請求項７】ガスタービン、可変案内翼を備えた空気
圧縮機、蒸気タービン、発電機を備えたコンバインドサ
イクルプラントのガスタービン燃焼器に、燃焼ガスの火
炎状態量のうち、紫外線を検出する火炎検出器と、火炎
検出器からの検出信号に予め定められた設定信号を突き
合わせ、偏差が出たとき、警報を発信する火炎監視演算
装置とを設ける一方、上記火炎監視装置に組み込まれ、
軸トルク信号、回転数信号、燃料流量信号、空気流量信
号のうち、いずれか三つの信号を組み合わせて上記ガス
タービン燃焼器の燃焼ガスの火炎状態を予測し、予測し
た演算信号に、上記火炎検出器からの実検出信号を突き
合わせ、偏差が出たとき、その偏差に基づいて上記ガス
タービン燃焼器に燃料を供給する燃料流量調節弁を開閉
制御するとともに、上記空気圧縮機で吸い込む大気の流
量を調整する可変案内翼を開閉制御する火炎状態予測演
算装置とを設けたことを特徴とするガスタービン火炎監
視装置。
【請求項８】軸トルク信号を、ガスタービン、空気圧
縮機、蒸気タービン、発電機を互いに軸結合させた回転
軸に設置した軸トルク検出器から検出したことを特徴と
する請求項７に記載のガスタービン火炎監視装置。
【請求項９】軸トルク検出器に、軸トルク・負荷変換
器を設けたことを特徴とする請求項８に記載のガスター
ビン火炎監視装置。
【請求項１０】軸トルク検出器を、少なくともガスタ
ービンの出口端および空気圧縮機の入口端との回転軸に
設置したことを特徴とする請求項８に記載のガスタービ
ン火炎監視装置。
【請求項１１】ガスタービンの出口端および空気圧縮
機の入口端との回転軸に設置した軸トルク検出器に、正
味軸トルク信号算出部と、軸トルク・負荷変換器を設け
たことを特徴とする請求項１０に記載のガスタービン火
炎監視装置。