JPS5948295B2 - 二軸ガスタ−ビンのバリアブルベ−ン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二軸ガスタービンのバリアプルベーン制御装置
に関する。

従来の熱交換器付二軸ガスタービンとその制御装置は第
１図のように構成され、また、制御装置内の信号の流れ
は第２図に示すようになる。

第１、第２図の各部分の名称を次に記す。

１はコンプレッサ、２はガスゼネタービン、３はパワー
タービン、４は熱交換器、５は燃焼器、６は燃料調整弁
、７は燃料調整弁駆動機構、８は燃料ポンプ、９はバリ
アプルベーン、１０はバリアプルベーン駆動機構、１１
は負荷、１２はアクセルペダル、１３はガスゼネ回転数
設定器、１４はガスゼネ回転数検出器、１５はパワータ
ービン回転数検出器、１６はガスゼネ入ロガス温度検出
器、１７．１８はコンバータ、１９は燃料・バリアプル
ベーン制御装置、２０は位相進み補償回路、２１は関数
発生器（定常運転時、ガスゼネ入口温度計画線）、２２
は燃料流量制御演算回路、２３．２７．２８は比較器、
２４は加算器、２５はＰＩ調節器、２６はバリアプルベ
ーン開度判定器、２９は急加減時バリアプルベーン開度
調節器、３０は比例ゲイン設定器で、Ａは大気、Ｅは排
気である。

次に第１、第２図で用いた記号の意味を次に記す。

Ｎ６＊：定常運転時ガスゼネ回転数設定値、Ｎ６：ガス
ゼネ回転数測定値、 Ｎ、：パワータービン回転数測定値、 Ｔ７：ガスゼネ入ロガス温度、 Ｔ７：ガスゼネ入ロガス温度測定値、 Ｔ７ＲＥＦ ：定常運転時ガスゼネ入口温度目標値、
Ｔ７ＭＯＤ ：位相進み補償後のガスゼネ人口温度測
定値、 ■１：定常運転時バリアプルベーン開度指示信号、 ＶＮ、 ＶＮ”、急加減速時バリアプルベーン開度指示
信号、 ■６：バリアブルベーン開度指示信号（設計点開度から
の変化分） ＶＧｍａ、Ｘ ：バリアプルベーン開度上限値、ｖＧ
ｍｉｎ ：バリアプルベーン開度下限値、Δ ：急
力■減速判定基準、 ＫＮ：調節器２９の比例調節部のゲイン、第２図の制御
装置１９については、特に回路の説明は省略するが、ガ
スゼネ回転数設定値Ｎ６＊、ガスゼネ回転数測定値Ｎ６
、パワータービン回転数測定値Ｎ１、ガスゼネ入口温度
測定値〒７を人力し、適当な制御演算を施して、燃料流
量指示値Ｇｆ、バリアプルベーン開度指示値■６を出力
する機能をもつものとする。

ただし、車両用ガスタービン向きとしで、次の機能が具
備されている。

（１）低燃費を維持できるように決定した燃料計画線」
−で、定常時の運転を行う。

（２）急加減速性能を向上させる。

（３）過大な燃料投入による、材料のオーバーヒートの
防止、およびパワーのアンバランスによる回転部のオー
バスピードの防止。

以下に、制御装置１９のバリアプルベーン開度指示値■
６の演算回路について概略述べる。

定常運転時には、低燃費維持のため、ガスゼネ入口温度
Ｔ７を計画線Ｔ７ＲＥＦに沿って制御するように、ＰＩ
調節器２２によりバリアプルベーン開度指示値■６を計
算する。

一方、急加減速時には、急加減速の程度に応じてバリア
プルベーン９を開閉するよう、調節器２９によりバリア
プルベーン開度■６を計算する。

なお、急加減速の判定基準とする調節器２９の急加減速
判定基準Δおよび比例ゲインは適当な値に設定するもの
とする。

調節器２９の出力は、定常運転時にはゼロとなる。

加算器２４とバリアプルベーン開度判定器２６から構成
されるフィードバックループは、バリアプルベーン開度
信号■６を上限値Ｖｃｍａｘ、下限値ｖｃｍｉ。

の範囲内に押さえるためのリミッタ機能を果たす。

判定器２６はバリアプルベーン開度信号■６が上限値■
６ｍａＸまたは下限値ｖ６ｍｉｎを超過した時、超過分
に比例した信号を出力する。

この時、判定器２６の比例ゲインをＫＥとし、出力信号
は、加算器２４に過大な信号が加わって調節器２５が動
作範囲を超過するのを防止するため、＋Ｖ、、−Ｖ、を
上下限値としである。

なお、コンバータ１乙１８はそれぞれ、制御装置１９か
らの信号Ｇ、Ｖ６をそれぞれ、燃料調整弁駆動機構７お
よびバリアプルベーン駆動機構１０の操作信号に変換す
るためのものである。

第１図で示した従来の再生式二軸ガスタービンの運転で
、パワータービン軸の加減を行うためには、まず、ガス
ゼネ軸の加減速が速やかに行えなければならない。

そのための制御装置として、従来は第２図に示すように
、急加速時にバリアプルベーン９を開き、ガスゼネ軸の
加速を促進し、急減速時にはバリアプルベーン９を閉じ
、ガスゼネ軸の減速を促進する方式が考えられていた。

この制御では、急加減速の大きさに比例してバリアプル
ベーン９を開閉するが、このときの調節器２９の比例調
節部のゲインＫＮは、加速側、減速側ともに同じ値に同
じ値をとる。

このような制御系では加速性能を向上させるために、調
節器２９の比例調節部ゲインＫＮを大きくすると、減速
側のゲインも同じ値をとるので、第４図に示すように、
急減速時、バリアプルベーンが急閉され、コンプレッサ
１がサージラインＳを越えてサージ領域に突入するおそ
れがあった。

逆に、急減速時コンプレッサ１がサージ領域に突入しな
いように、調節器２９の比例ゲインＫＮを選ぶと、急加
速時にバリアプルベーンの開く速度が遅れ、ガスゼネ軸
の力［１速が遅れるという欠点があった。

本発明はこのような従来例の欠点に鑑みてなされたもの
で、急加速時の性能を維持しながら、急減速時にコンプ
レッサ１がサージ領域に突入することなく、すみやかに
、かつ安全にガスゼネ回転数ｖ６をその目標値Ｖ、”に
追従させる必要があり、その手段として、従来、急加減
速時のバリアプルベーン９の開度の調節に、加速側、減
速側ともに同一の比例ゲインを持った不感帯付比例動作
の調節器２９を使用していたのを、力［Ｉ速、減速側の
比例ゲインを独立に設定できる不感帯付比例動作の調節
器３１に置き換えたもので、この結果、急加速性能を維
持しつつ、急減速時にコンプレッサがサージ領域に突入
するのを防ぎ、急加減速の大きさを反映した連続的な制
御を行い、すみやかにかつ安定に、ガスゼネ同転数Ｎ６
をその目標値Ｎ６＊に追従さぜるようにしたことを特徴
とする。

以Ｉり本発明の具体似について添付図面を参照して詳細
に説明する。

第２図に示した調節器２９を、第３図に示すように加速
、減速側で独立に比例ゲインが設定できる調節器３１に
置き換えた制御装置が本発明である。

各構成部分の名称は調節器３１以外第２図と共通である
。

ここで急加減速時バリアプルベーン開度調節器３１の不
感帯の幅２Δ、比例調節部のゲイン（力■速時−ＫＮ、
減速時ＫＮ′）、上・下限値、比例ゲイン設定器３０の
ゲインは、所定の加速性能を維持し、減速時にコンプレ
ッサがサージ領域に突入しないように適当に設定するも
のとする。

調節器３１は、ガスゼネ回半数の偏差（Ｎ♂−ＮＧ）と
急加減速判定基準Δとの大小により、急加減速時には、
急加減速の程度（ｌＮ６＊−Ｎにｌ−Δ）に応じたバリ
アプルベーン９の開度を指示し、比例ゲイン設定器３０
は、前記調節器３１の出力を調節する。

また、ｌ ＮＧ＊ＮＧ ｌ ＜Δのときは、調節器３１
の出力はゼロである。

いま、ガスタービンが定常的に運転されでいる時に、急
減速のため、アクセルペダル１２が急激に開放され、そ
のまま保持された状態を考える。

すなわち、設定器１３はアクセルペダル１２に連動しで
作動するので、設定器１３の出力Ｎ６＊はステップ状に
減少することになる。

この結果、ガスゼネ回転数の偏差（ＮＧ＊−Ｎ６）は、
ｌＮ６＊−Ｎ６１〉Δとなるので、調節器３１は、急減
速の大きさくｌ ＮＧ” −ＮＧ１−Δ）に比例しでバ
リアブルベー ンの開度を指示する信号Ｖ褐（Ｖ、、＜
Ｏ）を出力する。

調節器３１の出力■、′は比例ゲイン設定器３０により
ゲイン調整された後、信号■、として比較器２７に入力
される。

漬け■、の加算分だけ、比較器２７の出力■６が減少す
るため、バリアプルベーン９が閉じられる。

一方、燃料流量演算回路２２で、所定の燃料流量Ｇｆが
演算され、燃焼器５に供給される燃料流量が減少すると
ともに、ガスゼネ入口温度Ｔ７ が下降しでいく。

ガス七ネタービン２は、流入する燃焼ガス温度の下降に
より、回転数Ｎ（。

が下降し、それとともに、ガスゼネ回転数の偏差（ｌ
Ｎ６” −ＮＧ ｌ）は次第に減少する。

これにつれて、調節器３１の出力ＶＮ’は調節器３１の
設定線Ｉ−に沿って変化するので、本制御装置１９は、
連続的に、定常運転時（ｌ Ｎ６＊−Ｎ６１＜Δ）のバ
リアプルベーン開度の調節動作に移行することができる
。

このとき、調節器３１の減速時比例ゲインＫＮ′を適当
に選ぶことにより、急減速時のコンプレッサのサージ領
域突入を防止できる。

これを第４図に示す。

図において線ａは定常作動線、ｂは従来例による作動線
、Ｃは本発明による効果を示し、Ｓはサージラインで、
Ｎｃは修正回転数比である。

急加速時の制御作動も同様にしで行われるが調節器３１
の加速時比例ゲインＫＮは減速時比例ゲインＫＮ′と独
立に設定できるので、加速性能がそこなわれることはな
い。

次に定常運転時（ガス七え回転数の偏差がＩＮ♂−ＮＧ
ｌ＜Δ）の本制御装置の制御動作について説明する。

定常運転時は、調節器３１の出力はゼロなので、バリア
プルベーン９の開度の調節は、調節器２５によってのみ
行われる。

いま、ガスゼネ温度測定値（位相進み補償した結果）
Ｔ７ＭＯＤが、ガスゼネ入口温度計画値Ｔ７ＲＥＦより
低い場合を考える。

比較器２３の出力は正となり、加算器２４を介して調節
器２５に入力される。

加算器２４のもう一方の入力信号は、比較器２７の出力
■６が上・下限値の範囲内にあればゼロである。

調節器２５により比例積分調節され、出力信号■□は増
加する。

調節器２５の出力■１は比較器２７の（−）側端子に入
力されるため、比較器２７の出力■６は減少する。

このためコンバータ１８、バリアプルベーン駆動機構１
０を介して、バリアプルベーン９は閉じる方向に操作さ
れる。

バリアプルベーン９の開度が減少すると、ガスゼネター
ビン２を通過する燃焼ガスの流量が減少するため、ガス
ゼネ入口温度Ｔ７は上昇する。

逆に、Ｔ７ＭＯＤ＞Ｔ７ＲＥＦの場合は、調節器２５の
出力■１は減少し、バリアプルベーン９の開度を増加さ
せる方向に作用し、ガスゼネ人口温度Ｔ７は下降する。

ここで、バリアプルベーン開度判定器２６と加算器２４
から構成されているフィードバックループの■６に対す
るリミッタ機能について説明する。

いま、バリアプルベーン開度信号■６が上限値Ｖｃｍａ
ｘを越えたとすると、開度判定器２６は、信号■６の上
限値からの超過分（■６−■６ｍａＸ）に比例した正の
フィードバック量を加算器２４に送出する。

この結果、調節器２５の入力器２５の入力値が増加し、
比例積分調節された出力Ｖ□も増加するので、結局、比
較器２７の出力ｖ６は上限値を超過した分だけ減少し、
信号■６は上限値ＶＧｍａＸで押さえられる。

但し、厳密に言えば、Ｖ６は上限値Ｖｃｍａｘを僅かに
越えた値で押さえられるが、これは判定器２６のゲイン
、調節器２５のゲイン、積分時間によって定まる。

本発明によると定常運転時のバリアプルベーン開度調節
器とは別に、急加減速時間の不感帯付き比例調節動作（
加速時比例ゲインＫＮと減速時比例ゲインＫＮ′が独立
に設定できる）のバリアプルベーン開度調節器を設け、
急加速時、急減速時の比例ゲインを独立にそれぞれ適正
な値に設定し、両調節器の出力を加算した結果で、バリ
アプルベーンの開度を変更する。

これにより、加速性能を損なうことなく、かつ、急減速
時にコンプレッサがサージ領域に突入するのを防ぐよう
な、急加減速の大きさに比例したバリアプルベーンの開
度調節が行える。

また、ガスゼネ回転数の偏差が小さくなったときに、連
続的に定常運転時の制御連作に移行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器付二軸ガスタービンとその制御
装置の系統図、第２図は制御装置内の信号の流れを示す
系統図、第３図は本発明の制御装置の構成を示す系統図
、第４図は従来例と比較した本発明制御装置の効果を示
す同表である。 １乙１８・・・・・・コンバータ、１９・・・・・・燃
料・バリアフ゛ルベーン用御装置、２０・・・・・・位
相進み補償回路、２１・・・・・・関数発生器、２２・
・・・・・燃料流量制御演算回路、２３、２７．２８・
・・・・・比較器、２４・・・・・・加算器、２５・・
・・・・ＰＩ調節器、２６・・・・・・バリアプルベー
ン開度調節器、３０・・・・・・比例ゲイン設定器。 ３１・・・・・・急加減速時バリアプルベーン開度調節
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 急加減速時には加速、減速側独立に設定された比例
   ゲインにしたがい急加減速の大きさに比例しでバリアプ
   ルベーンの開度を指示する信号を発生し、急加減速を促
   進する回路と、定常運転時には、ガスゼネタービン回転
   数によって定まるガスゼネ入口温度計画値を目標値とし
   、ガスゼネ入口温度を制御量としで、両者の偏差を比例
   積分調節してバリアプルベーンの開度の指示信号を発生
   し、燃費向上を図る回路と、Ｉ−記両回路の出力を加算
   し、バリアプルベーンの開度を指示する信号を発生する
   回路と、この回路の出力が上・ド限の範囲内にあるか否
   かを判定し、限界値を越えたときは、上記比例積分調節
   してバリアプルベーンの開度の指示信号を発生する回路
   の比例積分調節器の入力部に超過分に比例したフィード
   バック信号を送出することにより、上記両回路の信号を
   加算してバリアプルベーン開度を指示する信号を発生す
   る回路の出力に制限を加える回路とからなり、急加減速
   時、急加減速の大きさに比例したバリアプルベーン開度
   の調節を最適な加速または減速性能を引き出せるよう独
   立した比例ゲインで行って加減速を促進させ、またガス
   ゼネ回転数が加減速目標に近づきガスゼネ回転数偏差が
   小さくなるにつれ、急加減速のためのバリアプルベーン
   開度を連続的に変化させることによって、バリアプルベ
   ーンの開度が不安定動作を起こすことなく定常運転時の
   制御動作に連続的に移行できるようにした二軸ガスター
   ビンのバリアプルベーン制御装置。