JPS627372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負荷急変時における回転数変動を可
及的に防止するようにした二軸型ガスタービンの
燃料制御装置に関する。

発電機用原動機として用いるガスタービンにお
いては、機関の実回転数に対応す信号Ｎと目標回
転数に対応する信号Ｎ_Mとの差ΔＮに基づく制御
信号により、燃料通路に介装された燃料制御バル
ブの開度を変化させて、燃料供給量を増減し、機
関の実回転数が常に目標回転数となるようにし
て、発電周波数を一定に保つようにするのが一般
的である。

しかしながら、回転モーメントが小さく負荷変
動の影響を受けやすい二軸型ガスタービンにおい
ては、燃料制御バルブの機械的な応答遅れなどに
より負荷投入時に燃料供給量がすぐには増加しな
いため出力タービンの回転数がその目標回転数よ
りも大きく落ち込んで、発電周波数が一時的にそ
の定格周波数よりも大幅に低下したり、逆に負荷
遮断時に発電周波数が一時的にその定格周波数よ
りも大幅に上昇したりするといつた不具合を生ず
ることがあつた。

そこで、従来は燃料制御バルブをバイパスして
通路を設けるとともに、該通路にオンオフ型の開
閉弁を介装して、負荷急増時には即座に該弁を開
いて燃料供給量を増加させ、出力タービンの回転
数の落ち込みを抑制する一方、燃料タンクに連通
した分岐通路を燃料通路に接続するとともに、該
分岐通路に同様の開閉弁を介装して、負荷急減時
には即座に該弁を開いて燃料供給量を低減させ、
出力タービンの回転数の上昇を抑制するようにし
ている。

その際、上記の２つのオンオフ型開閉弁を開く
時間を負荷の変動量に応じて長くすることによ
り、燃料供給量の急増または急減量を負荷の変動
量に応じて大きくさせているが、このような従来
の燃料制御装置にあつては、その調整が非常に難
しく、例えば上記のバイパス通路や分岐通路に所
定内径のオリフイスを介装して、燃料供給量の急
増または急減量を適切にマツチングさせる必要が
あり、またそのようにしても負荷変動の小さい場
合から負荷変動の大きい場合について、まんべん
なく適切に燃料供給量をコントロールすることは
できないという問題がある。

ところで、実際には出力タービンの回転数の可
変速度は燃料制御バルブの開度制御の結果、負荷
の変動量に応じて速まるので、負荷変動時に出力
タービンの回転数が目標回転数からずれる時間は
負荷の変動量の大小によらず、前記開度制御の応
答遅れ時間で規定されるほぼ一定の時間となる。

そこで、本発明では、負荷の変動量に応じて可
変的にバイパス開閉弁の開弁時間を決めるのでは
なく、出力タービン回転数が目標回転数からずれ
る時間に対応して開弁時間を一定に定め、その平
均開度を負荷の変動量に応じて増減するようにし
て、負荷変動時には負荷変動量に応じた流量の燃
料を前記所定時間だけ即座に急増または急減させ
ることにより、負荷変動量の大小にかかわらず出
力タービン回転数の落ち込みまたは上昇を最小限
にしかも可及的に抑制することができる装置を得
ることを目的とする。

以下図面によつて説明する。第１図は本発明の
一実施例を示す概略図である。

１はガスタービンエンジにかかる負荷の大きさ
を検出する負荷検出器で、例えば発電機用原動機
として用いるガスタービンエンジンにおいては発
電機から発電機の負荷に流れる電流の大きさを電
圧値に変換して出力する。

２は微分回路、３は三角波発振器、４は比較
器、５は単安定マルチバイブレータ、６はAND
ゲート、７はトランジスタである。

以上の各部材により後述の燃料急増弁の開度を
コントロールする制御回路が構成されている。

８は燃料制御バルブで燃焼室９と燃料ポンプと
を結ぶ燃料通路１０に介装されており、定常運転
時は出力タービン回転数がその目標定格回転数と
なるように、出力タービン実回転数とその定格回
転数との偏差に応じて開度が規制されて、燃料流
量を増減制御する。

１１は燃料急増弁で、燃料制御弁８をバイパス
して燃料通路１０に接続されたバイパス通路１２
に介装されており、前述の制御回路によつてその
開度がコントロールされ、負荷急増時には出力タ
ービン回転数の定格回転数からの落ち込みを抑制
すべく負荷急増量に応じた開度で所定の時間開い
て、燃料流量を急増させる。

次に第２図の作動タイムチヤートを参照して作
用を説明する。

負荷がステツプ状に急増すると、負荷検出器１
は第２図Ａに示すようにステツプ状に電圧値の増
加する信号を出力し、微分回路２はこの信号を微
分して第２図Ｂに示す微分信号を得る。微分回路
２はその時定数が十分大きいので微分値は漸時減
衰はするが、負荷検出器の出力の変化巾を保持す
る働きをする。

一方、発振器３は第２図Ｃの実線で示す連続的
な三角波信号を出力しており、この三角波信号
（第２図Ｃの実線）と上記微分信号（第２図Ｃの
破線）とを比較して比較器４は後者の信号が前者
よりも大きいときにのみハイレベルとなつて、第
２図Ｄに示すパルス信号を出力する。

ANDゲート６は上記微分信号によりトリガさ
れる単安定マルチバイブレータ５の出力（第２図
Ｅ）がハイレベルのときにのみゲートを開いて、
上記比較器４からのパルス信号（第２図Ｄ）を通
し、第２図Ｆに示す所定時間内のパルス信号を出
力する。トランジスタ７はこのパルス信号を増幅
して燃料急増弁１１へ供給する。

ところで、燃料急増弁１１はオンオフ型の電磁
弁で構成されており、したがつて、負荷が急増し
た瞬間から単安定マルチバイブレータ５により規
制される所定の時間にわたりANDゲート６から
のパルス信号（第２図Ｆ）のデユーテイで与えら
れる平均開度でもつてこの燃料急増弁１１は開
く。

第２図の前半部は負荷が大きく急増した場合を
示し、後半部は負荷が小さく急増した場合を示し
ている。この図から明らかなようにANDゲート
６からのパルス信号（第２図Ｆ）のデユーテイ比
は負荷の急増量が大きいほど増加する。また、前
述したように、負荷急増時に出力タービン回転数
がその定格回転数よりも落ち込む時間は負荷急増
量の大小によらずほぼ一定であるが、この時間に
対応させて単安定マルチバイブレータ５のパルス
幅が設定されている。

このため本実施例では、負荷が急増すると、こ
の急増した瞬間から出力タービン回転数の落ち込
みに対応した一定の時間にわたり負荷の急増量に
応じた開度でもつて燃料急増弁１１が開く。

したがつて、燃料制御バルブ８を介しての燃料
に加えて、負荷が急増した瞬間から負荷の急増量
に応じた流量の燃料が燃料急増弁１１を経て燃焼
室９へ供給されるので、燃料制御バルブ８の機械
的な応答遅れなどにより燃料供給量がすぐには増
加しないために生じていた出力タービン回転数の
定格回転数からの落ち込みを、負荷の急増量の大
小にかかわらず充分に抑制することができる。

しかも、出力タービン回転数が定格回転数から
落ち込む時間に対応した所定の時間にわたり、上
記の燃料が燃料急増弁１１を経て供給されるの
で、効果的に出力タービン回転数の落ち込みを抑
えることができる。

ところで、燃料急増弁１１から燃料を供給する
のは、燃料制御バルブ８から供給される燃料の流
量制御の応答遅れを補正するためである。よつて
燃料急増弁１１から燃料を供給する時間は、前記
応答遅れの時間に対応して設定すべきである。

上記実施例では、この応答遅れの時間に見合つ
た一定時間を単安定マルチバイブレータ５によつ
て作り出し、これに一致させて燃料急増弁１１か
らの燃料供給時間を設定している。

しかしながら、この燃料供給時間をより正確に
上記応答遅れの時間に対応させて、燃料供給量制
御を行う必要がある場合には、第３図に示すよう
に構成するとよい。

第３図において、CV_setは燃料制御バルブ８の
開度指令信号、２１は前記バルブ８を開閉駆動す
るサーボモータ２２の作動回路、２３は前記バル
ブ８の開度のフイードバツク信号CV_FBを発生す
るポテンシヨメータ、２５は信号CV_setと信号
CV_FBとの差を演算する回路である。

図示しない燃料制御回路からの開度指令信号
CV_setは、負荷急増時には第４図に示すように急
激に上昇する。

しかしサーボモータ２２はこの急激な信号変化
に追従できないため、実際に燃料制御バルブ８の
開度が広がるのは遅れて、この結果、信号CV_set
と信号CV_FBの電圧値には第４図に示すように差
ΔCVが発生する。

この差ΔCVは、燃料制御バルブ８から供給さ
れる燃料の流量制御における応答遅れを直接的に
示している。

そこで、この差ΔCVと所定レベルのCV_LIMIT
とを比較器２４で比較して、第４図に示すように
差ΔCVが継続する時間、すなわち応答遅れの時
間に一致した幅をもつパルス信号を得て、これを
単安定マルチバイブレータ５からのパルス信号に
代えてANDゲート６へ供給することによつて、
燃料急増弁１１からの燃料供給時間をより正確に
応答遅れの時間に対応させるのである。

このようにして、上記燃料供給時間をより正確
に燃料制御バルブ８から供給される燃料の流量制
御における応答遅れの時間に対応させることによ
り、一層効果的に負荷急増時の出力タービン回転
数の落ち込みを防ぐことができる。

なお、燃料通路からタンク側へ分岐通路を接続
するとともに、この分岐通路に燃料急減弁を介装
して、負荷急減時にこの弁を燃料急増弁１１と同
様にして開いて燃料供給量を急減させることによ
つて、負荷急減時に出力タービン回転数が定格回
転数よりも上昇してしまうことを抑制することが
できる。

以上説明したように、本発明は、負荷の急変時
に、この急変量に応じた量につき即座に燃料制御
バルブからの燃料供給量に対して増加または急減
補正をほどこす一方、燃料制御バルブから供給さ
れる燃料の流量制御の応答遅れ時間に対応させ
て、この増加または急減補正時間を設定したの
で、負荷急変時に応答遅れの結果燃料制御バルブ
から供給される燃料の流量がすぐには変化しない
ために生じていた出力タービン回転数の定格回転
数からの大幅なずれこみを、負荷の急変量の大小
にかかわらず充分に抑制することができる。

したがつて、本発明を発電機用原動機として用
いるガスタービンに適用した場合には、発電機へ
の負荷投入時や負荷遮断時において発電周波数の
変動を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略図、第２図
はその作動を示すタイムチヤート、第３図は本発
明の他の構成例の要部を示すブロツク図、第４図
はその作動を示すタイムチヤートである。 １……負荷検出器、２……微分回路、３……三
角波発振器、４……比較器、５……単安定マルチ
バイブレータ、６……ANDゲート、７……トラ
ンジスタ、８……燃料制御バルブ、９……燃焼
室、１０……燃料通路、１１……燃料急増弁、１
２……バイパス通路、２１……作動回路、２２…
…サーボモータ、２３……ポテンシヨメータ、２
４……比較器、２５……演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料ポンプと燃焼室とを結ぶ燃料通路に介装
   された燃料制御バルブと、出力タービンの実回転
   数とその目標定格回転数との偏差に応じて燃料制
   御バルブの開度を制御する手段と、燃料制御バル
   ブをバイパスして燃料通路に接続した通路と、該
   通路に介装した燃料急増弁及びまたは燃料通路か
   ら分岐して燃料タンクに接続した通路と、該通路
   に介装した燃料急減弁とを備えたガスタービンに
   おいて、負荷の変動を検出する手段と、負荷変動
   時にこの変動量に応じた開度で燃料急増弁または
   燃料急減弁を所定の時間開く手段とを有したガス
   タービンの燃料制御装置。 ２ 燃料急増弁または燃料急減弁は、燃料制御バ
   ルブの開度制御の応答遅れ時間に対応したほぼ一
   定の時間にわたり開弁するように構成されている
   特許請求の範囲第１項記載のガスタービンの燃料
   制御装置。