JPS629732B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多缶燃焼器形ガスタービンに於いて排
気温度に基づいて供給燃料を制御する方法に関す
るものである。

従来一般に多缶燃焼器形ガスタービンの燃料制
御は次記の如く行われていた。すなわち、第１図
は先行技術における多缶燃焼器形ガスタービンの
燃料制御系統図であつて、燃料供給管１から供給
されるガスタービン用燃料は流量計２によつて計
量され液体燃料止弁３を経て定吐出量型の昇圧ポ
ンプ４によつて昇圧せしめられる。昇圧された吐
出燃料の一部は燃料の実効吐出量を制御する燃料
総流量調節逃し弁６を経て昇圧ポンプ４の吸入口
に還流するようになつている。６は前記逃し弁５
用のサーボである。前記昇圧ポンプ４の吐出量か
ら逃し弁５によつて還流せしめられた流量を差し
引いた分の流量が燃料分配器７に供給されここで
多缶式燃焼器の缶数に等しく流量を等分される。
８は燃料分配器に設けられた回転速度検出器であ
る。この第１図においては燃料分配器で分流され
た複数路の燃料経路中の１経路のみを図示してい
る。その１経路は逆止弁９を経て燃料ノズル１０
から燃焼器１１内に噴霧されて燃焼する。燃焼に
必要な空気は吸気管１２から吸入され、空気圧縮
機１３で加圧され、圧縮空気流路を経て前記燃焼
器１１内に送入される。発生した高温高圧の燃焼
ガスは燃焼ガス流路１５を経てタービン１６に流
入し、これを駆動した後排気管１７から大気中に
放出される。

第２図は前述の第１図において略図で示した燃
料ノズル１０、燃焼器１１およびガスタービン１
６を含む実際の機械装置の断面を示している。前
記燃焼器１１は１基のガスタービンにｎ個設けら
れており、第２図にはその内１個の断面が表わさ
れている。そしてガスタービン１６を駆動した燃
焼ガスは排気管１７から大気中に放出されるが、
この排気流路中に排気温度検出器１８が設けられ
ており、この排気温度検出器も燃焼器１１と同じ
くｎ個設けられている。第２図にはこのｎ個の排
気温度検出器１８_-1，１８_-2，１８_-3…１８_-oの
内の１個が表わされている。

前記ｎ個の燃焼器１１_-1，１１_-2，１１_-3…１
１_-oおよびｎ個の排気温度検出器１８_-1，１８_-2
…１８_-oの配設位置を第３図に示す。この第３図
は該ガスタービンを回転軸方向に視たところを示
している。

第４図は上述の先行技術に係るガスタービンの
燃料制御図である。ｎ個の排気温度検出器１８
_-1，１８_-2…１８_-oの出力信号は排気温度平均演
算器１９にインプツトされ同演算機１９のアウト
プツト、即ち排気温度の平均を示す信号は排気温
度設定器２０にインプツトされ、記憶として与え
られている設定温度と比較演算されて差信号をア
ウトプツトする。

一方ガスタービンの回転速度は速度検出器２１
で検出され、その出力信号は速度設定器２２にイ
ンプツトされて設定速度と比較演算されて差信号
をアウトプツトする。

また、ガスタービン起動時には起動制御設定器
２３から起動信号がアウトプツトされる。

上記３種のアウトプツト信号、すなわち排気温
度設定器２０の差信号アウトプツト、速度設定器
２２の差信号アウトプツト及び起動信号アウトプ
ツトは最小信号選択器２４にインプツトされ、３
つの信号の内最も小さい信号、即ち最も強く危険
を訴えている信号を選択し、その出力信号は比較
器２５を経由して逃し弁駆動用サーボ６にフイー
ドバツクされる。このサーボ６は先に第１図に基
づいて説明したように流量調節逃し弁５を作動せ
しめて該ガスタービンに供給される燃料の総流量
を制御する。こに燃料分配器に設けられた回転数
検出器８の出力信号は比較器２５にフイードバツ
ク信号として与えられ、制御系を安定させる作用
をする。

以上説明したように、先行技術に係る燃料制御
に於いては、燃焼ガス温度に関しては排気の平均
温度に基づいて燃料総流量を制御する方式がとら
れていた。即ち、ｎ個設けられている燃焼器の
個々について燃料流量を制御するという考え方は
無く、従つて温度検出器の取りつけ位置に関して
も各燃焼器との関係について別段の配慮は為され
ず実際に各燃焼器について燃焼ガス温度を検出す
ることも出来なかつた。このため何らかの事情に
よつて各燃焼器に対する燃料配分に不均一を生じ
たり、又は何れかの燃焼器が失火しても、全燃焼
器の排気平均温度に基づいて燃料の総流量が制御
されるだけであつたので、不均衡を生じた各燃焼
器の内で平均よりも高い熱負荷を受ける燃焼器は
過熱によつて損傷するおそれがあり、また燃焼器
の焼損によつてタービンが損耗を蒙るおそれも有
つた。

本発明は以上の事情に鑑みて為され、多缶燃焼
器形ガスタービンに於いて、 排気温度検出器を各燃焼器の燃焼ガスの燃焼
器出口状況に対応する位置に配置すること。

各燃焼器の燃焼ガスの平均温度によつて供給
燃料総流量を制御するだけでなく、これと併行
して各燃焼器ごとの燃焼ガス温度の平均値に対
する偏差に基づいて各燃焼器ごとに燃料流量を
制御すること。

上記およびによつて、各燃焼器相互の間に
エネルギー出力差が無く、熱負荷が均一なように
すると共に、均一な燃焼ガスをタービンに与える
ことを目的とするものである。

次に本発明に係る燃料制御装置の係統図を示す
第５図について、これを先行技術に係る燃料制御
装置を示す既説明の第１図の燃料制御装置系統図
と比較して説明する。

燃料供給管１から供給された燃料が流量計２及
び燃料止弁３を経て昇圧ポンプ４で加圧され、そ
の１部がサーボ６によつて駆動される逃し弁５に
よつて還流するようになつている構成は先行技術
に係る第１図の例と同様である。ただし本発明に
係る実施例（第５図）に於いては、先行技術に於
いて用いられていた燃料分配器７を使用しないの
で同分配器７に設けられていた回転数検出器８も
備えていない。これ故に本発明に係る実施例（第
５図）に於いては前記の燃料用流量計２に回転数
検出機２６が附設されている。

昇圧ポンプ４の吐出口は逃し弁５の流入口側に
接続配管されると共に流量分配多岐管（マニホー
ルド）２７の流入口２７ａにも接続配管される。
このマニホールド２７は多缶式燃焼器に設けられ
ている燃焼機の数ｎと同数の枝管を有する。第５
図に於いてはｎ＝10の場合を例示して、その内の
１本のみについて以降の燃料経路を図示してい
る。すなわち各枝管２７_-1，２７_-2…２７_-oに対
してそれぞれ燃料を各枝管に分配する燃料流量個
別調節弁２８および逆止弁９を介して燃料ノズル
１０が接続配管されているが、第５図に於いては
これらの内の１組のみを図示しているが実際には
ｎ組設けられている。

前記燃料流量個別調節弁２８はサーボ２９を備
えている。

この第５図のように燃料系統図として表わした
場合、燃料ノズル１０、燃焼器１１、吸気管１
２、空気圧縮機１３、圧縮空気流路１４、燃焼ガ
ス流路１５、タービン１６および排気管１７につ
いては先行技術に係る第１図の燃料系統図と同様
である。

次に本発明の実施例を示す第６図について、排
気温度検出器１８の取付方法を説明する。なお説
明の便宜上、先行技術に係る第３図に於ける取付
方法と対比して説明すると、両例とも多缶式燃焼
器における燃焼器個数ｎ＝10の場合を図示してお
り、燃焼器１１_-1，１１_-2…１１_-oおよび排気温
度検出器１８_-1，１８_-2…１８_-oは両例とも同じ
部材を用いている。

先行技術に係る第３図の構成に於いて、ｎ個の
排気温度検出器１８_-1…１８_-oは既述の如くｎ個
の燃焼器１１_-1…１１_-oの燃焼ガスによつて生じ
る排気ガスの平均温度を算出するためのものであ
るから、この配置については格別の配慮を要せず
排気流路中に適当に配置されていたが、本発明に
係る第６図の構成に於いてはｎ個の排気温度検出
器１８_-1…１８_-oがそれぞれ対応するｎ個の燃焼
器１１_-1…１１_-oの個々の排気ガス温を、それぞ
れ１対１の対応に於いて検出するため特に次のよ
うに配置されている。先行技術、本発明の両者に
於いて燃焼器１１_-1，１１_-2…１１_-oはタービン
の回転軸の中心Ｏに関して角位置を360゜／ｎず
つ開いて配設される。そして本発明に係る第６図
の実施例に於いては、ｎ個の排気温度検出器１８
_-1，１８_-2…１８_-oも軸の中心Ｏに関して360
゜／ｎずつ回つて、ひとつの円周上に等間隔に配
設され、かつ燃焼器１１_-1に対する排気温度検出
器１８_-1の位置は軸心Ｏに関してθ゜だけずれて
いる。同様に燃焼器１１_-2に対する排気温度検出
器１８_-2もθ゜だけずれ、以下同様にして燃焼器
１１_-oに対して排気温度検出器１８_-oはθ゜だけ
ずれている。

上記の角θの有する意味は次の如くであつて計
算および実験によつて定められるが通常約60゜で
ある。第２図において燃焼器から噴出する燃焼ガ
スは矢印１５のガス流路を経てタービン１６を回
しつつ通過して排気管１７から放出され、その出
口附近に排気温度検出器１８_-1…１８_-oが設けら
れている。上記の燃焼ガス流はタービン通過後は
排気と呼ばれるが、物質としては同じ燃焼生成ガ
スである。両者を総称してガス流と仮称する。ガ
ス流は燃焼器１１_-1…１１_-o内で生成されて噴出
する際はタービン軸に平行な流れであるが、ター
ビン１６を回転させるため、端タービン通過中に
ノズル１６_-a，１６_-bによつて整流されたり、動
翼１６_-c，１６_-dから反力を受けたりしてタービ
ン軸回りの回転流を与えられる。即ちガス流はタ
ービン１６内で緩やかな螺旋状運動をする。この
ため、任意の燃焼器１１_i（ｉ＝１，２，…10）
から噴出したガス流が排気温度検出器１８_i（ｉ
＝１，２，…10）位置に達したときはタービン１
６の回転方向と反対側へ角θだけ回つている。こ
のため例えば燃焼器１１_-1の噴出ガス流温度を測
ろうとすると、排気温度検出器はタービンの中心
Ｏと燃焼器１１_-1の中心とを結ぶ線OY上に設け
るのではなく、第６図に示すごとく線OYから角
θだけ回つた位置に設けなければならない。

このようにしてｎ個の排気温度検出器１８_-1…
１８_-oはそれぞれ対応する燃焼器１１_-1…１１_-o
に対して角θだけずれた位置、すなわち燃焼器１
１_-1，１１_-oの噴出ガス流の下流に当たる位置に
設置される。

次に本発明の一実施例に於ける燃料制御方法を
第７図について説明する。前述の如くそれぞれ対
応する燃焼器の噴出するガス流の下流に設けられ
たｎ個の排気温度検出器１８_-1…１８_-oの出力
は、それぞれ対応する排気温度差演算器３０_-1…
３０_-oにインプツトされると共に排気温度平均演
算機１９にもインプツトされる。

すなわち、ｎ個の排気温度検出器からアウトプ
ツトされた温度信号の伝達経路は次の如く２分さ
れる。

ｎ個の信号は１個の排気温度平均演算機１９
に集中インプツトされる。この排気温度平均演
算機１９は先行技術装置（第４図）に用いられ
ているものと同じであり、同演算機１９以降の
処理については後述するが先行技術装置と類似
である。

ｎ個の信号はそれぞれｎ個の排気温度差演算
器３０_-1…３０_-oにインプツトされ、これと併
行して前記排気温度平均演算器１９のアウトプ
ツト信号も前記排気温度差演算器３０_-1…３０
_-oにそれぞれインプツトされる。これらｎ個の
排気温度差演算器のｎ個のアウトプツト信号に
より、ｎ個のサーボ機構を介してｎ個の燃焼器
が個別に燃料流量を制御される。

上掲，の制御系統について以下に詳述す
る。第７図に於いてｎ個の排気温度検出器１８_-1
…１８_-oから発せられたｎ個の信号をインプツト
された排気温度平均演算器１９は各信号の表示す
る温度の平均値を算出し、これを排気温度設定器
２０にインプツトすると共に前記ｎ個の排気温度
差演算器３０_-1，３０_-2…３０_-oにもインプツト
する。排気温度差演算器３０_-1，３０_-2…３０_-o
はそれぞれ対応する排気温度検出器１８_-1，１８
_-2…１８_-oのアウトプツトと、前記の排気温度平
均値の演算結果とをインプツトされて差信号を出
す。この差信号は分配調整弁用サーボ２９_-1，２
９_-2…２９_-oにインプツトされる。この第７図に
示されたサーボ２９_-1，２９_-2，２９_-oの燃料系
統図上の役割は第５図に示すサーボ２９で表わさ
れている。第５図に於いてサーボ２９は１個のみ
例示しているが、ｎ個設けられていることは既述
の如くである。

差信号を受けたサーボ２９_i（ｉ＝１，２…
ｎ）はこれに結合された燃料流量個別調節弁２８
_i（ｉ＝1.2…ｎ）と差信号に従つて開閉するが、
平均温度よりも高温であるとの差信号を受けたサ
ーボ２９_i（ｉ＝１，２…ｎ）は温度差に応じて
調節弁２８_i（ｉ＝１，２…ｎ）を絞るように作
用し、又平均温度よりも低温であるとの差信号を
受けたサーボは温度差に応じて調節弁２８_iを開
くように作用する。

このようにして各燃焼器１１_i（ｉ＝１，２，
…ｎ）の燃料ノズル１０_i（ｉ＝１，２，…ｎ）
は相互間の温度差を無くするような自動制御を受
ける。

一方、排気温度設定器２０は排気温度平均演算
器１９のアウトプツトを受け、第４図に示した先
行技術に係る制御装置と同様の作動により最小信
号選択器２４に信号を与える。この最小信号選択
器２４は先行技術に係る第４図の装置の場合と同
様の作用により、比較器２５を経由して逃し弁用
駆動サーボ６を作動させる。ただし前記比較器２
５は先行技術に於いては燃料分配器７に設けられ
た回転数検出器８（第１図）から比較すべき信号
を受けていたが、本発明に係る実施例においては
燃料流量計２に設けられた回転数検出器２６（第
５図）から比較すべき信号を受けるようになつて
いる。このようにして作動されるサーボ６は燃料
総流量調節逃し弁５を作動させて該ガスタービン
に供給される燃料の総流量を制御する。この作用
は先行技術に係る装置（第１図）と同様である。

以上本発明に係る燃料制御方法の一実施例につ
いて説明したように、本発明の方法は、先ず各燃
焼器１１_i（ｉ＝１，２…ｎ以下同じ）の個々に
ついてそれぞれに対応する位置に温度検出器１８
_iを設けて各燃焼器１１_i個々のガス流温度を検出
し、これら検出器１８_iのアウトプツトで２系統
の制御を行う。すなわち一つは先行技術同様に各
燃焼器１１_iのガス流温度の平均値を算出し、こ
れに基づいて該ガスタービン用燃料の総流量制御
を行う。もう一つは各燃焼器１１_iのガス流温度
に従つて、各燃焼器１１_iのガス流温度をｎ個の
平均値に近づけるように各燃焼器１１_i個々の燃
料供給流量を制御するものである。

このような本発明に係る燃料制御方法を用いる
と、タービン全体としての燃料制御が行われると
同時に、各燃焼器の発生するガス流の温度が等し
くなるよう、各燃焼器ごとに燃料制御が行われ
る。従つてタービンの側から見れば常に均一な入
口ガス状態が得られ、力学的にもバランスのとれ
た作動ができ、熱負荷的にも局部過熱を受けるお
それが少なくなる。なお先行技術に於ける燃料分
配器７は高い精度を必要とし、製造コストが高
く、耐用年数も比較的短かかつたが、本発明方法
によればこの燃料分配器７を用いる必要がなく、
各燃焼器ごとに設けられる燃料流量調節逃し弁２
８によつて燃料の分配が行われる。この流量分配
調節弁２８は前述のごとく排気温度のフイードバ
ツクを受けて自動的に各燃焼器１１_iのガス流温
度を揃えるようサーボ２９によつて作動されるの
で、この燃料流量調節逃し弁２８_iについては使
用されるｎ個の制御特性が厳密に高精度で一致し
ていることは必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は多缶燃焼器形ガスタービンの先行技術
に係る燃料制御系統図、第２図は燃焼器および排
気管部分の断面図、第３図は先行技術における排
気温度検出器の配置図、第４図は多缶燃焼器形ガ
スタービンの先行技術における燃料制御図、第５
図は本発明に係る多缶燃焼器形ガスタービンの燃
料系統図、第６図は本発明に係る排気温度検出器
配置図、第７図は本発明に係る多缶燃焼器形ガス
タービンの燃料制御図である。 ２…燃料流量計、４…昇圧ポンプ、５…燃料総
流量調節逃し弁、６…逃し弁駆動用サーボ、１１
…燃焼器、１１_-1，１１_-2，１１_-3…１８_-o…燃
焼器、１８_-1，１８_-2，１８_-3…１８_-o…排気温
度検出器、１９…排気温度平均演算器、２０…排
気温度設定器、２２…速度設定器、２３…起動制
御設定器、２４…最小信号選択器、２５…比較
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ Ｎ個の燃焼器を有する多缶燃焼器形ガス
   タービンにおいて、上記Ｎ個の燃焼器それぞれ
   の噴出ガス流がタービンから流出する個所にＮ
   個の温度センサを１個ずつ設けて排気温度を個
   別に検出し、 ｂ １個の燃料昇圧ポンプの吐出燃料油をマニホ
   ルドによつてＮ本の管路に分岐せしめて、該Ｎ
   本の分岐管路をそれぞれＮ個の燃焼器に１本ず
   つ接続し、 ｃ 上記Ｎ本の分岐管のそれぞれにＮ個の燃料流
   量個別制御手段を設けるとともに、 ｄ 前記１個の燃料昇圧ポンプの実効吐出流量を
   制御する総流量制御手段を設け、 ｅ 前記Ｎ個の温度センサの検出値の平均値を算
   出し、該算出平均値に基づいて前記総流量制御
   手段を作動せしめ、かつ、 ｆ 前記Ｎ個の温度センサそれぞれの検出値を、
   算出平均値と比較して偏差を求め、 該偏差値が正（平均よりも高温）であれば該
   温度センサに対応する燃料流量個別制御手段を
   絞り傾向に作動せしめ、 該偏差値が負（平均よりも低温）であれば該
   温度センサに対応する燃料流量個別制御手段を
   開放傾向に作動せしめて、Ｎ個の燃焼器相互の
   間の温度差を軽減せしめるように自動制御する
   ことを特徴とする、多缶燃焼器形ガスタービン
   の燃料制御方法。