JPS6380022A - ガスタ−ビンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は１回転蓄熱型熱交換器を有する可変案内買付
再生式２軸ガスタービンの熱交換器からの洩れ量変化に
対応する制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来この種のガスタービンの制御装置としては、例えば
ｒｓＡＥペーパＮｏ、７２０１６８　Ｐ、７〜８Ｊに見
られるようなものがあり、その制御を第５図によって簡
単に説明する。

ガスタービン２０の出力軸の回転数をＮＰＴ、その設定
回転数をＮＰＴｏ、　ＮＰＴ、　−ＮＰＴをΔＮＰＴ。

ガスタービン２０によって駆動されるＪ１！電［０の負
荷（略タービン出力に等しい）をり、燃料流量をＧｆ、
可変案内翼（Ｖ　Ｎ　：　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｎｏｚｚ
ｌｅ）の角度をθＶＮとする。

そして、まず測定したＮＰＴとＬから得られた回転数偏
差ΔＮＰＴもしくは負荷りの変化率などから定常運転の
状態であるかどうかを判断する。

その結果、過渡状態と判断された場合には、その変化率
に対応した燃料流量Ｇｆ及び可変案内翼の角度θＶＮに
なるように過渡運転制御を行なう。

上記変化率が小さく定常状態と判断された場合には１回
転数偏差へＮＰＴに対応した燃料流量Ｇｆの制御（例え
ばΔＮＰＴに対するＰＩＤ制御）と。

負荷りに対応した可変案内翼の角度θＶＮの設定を行な
う。

そのため、タービン入口温度が過度に高くならないこと
、コンプレッサのサージ領域に対して加速の為の余裕（
サージマージン）があること、燃費が良いことなどを考
慮してＬとθＶＮとの関数を事前に設定しておき、その
関数に従ってθＶＮを制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のガスタービンの制御装
置にあっては、負荷りと可変案内翼の角度θＶＮの関係
が、熱交換器のある洩れ状態に対して最適なも分となる
様に予じめ設定された関係となっていたため、主に熱交
換器の洩れ状態の変化に対応出来ず、次のような問題点
があった。

■洩れが増加したした際のタービン入口温度の上昇とガ
ス発生機回転数の上昇といったものに最適な対応がとれ
ない。

■洩れが減少した際のサージマージンの再設定が出来な
い。

■洩れ量の増加や減少が利用者にわからない。

は この発明は、このようも従来のガスタービンの制御装置
におけ−る問題点を解決することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明によるガスタービンの制御装置は、
タービン出力を測定するタービン出力測定手段と、あら
かじめ設定された関係に従ってタービン出力に対して定
常運転時の可変案内翼角度を設定する可変案内翼角度設
定手段と、タービン出力軸の回転数と設定された回転数
とを比較して燃料流量を制御することによりタービン出
力軸の回転数を一定に調速する調速手段と、回転蓄熱式
熱交換器とを有する可変案内翼付再生式２軸ガスタービ
ンにおいて。

ガス発生機のコンプレッサ入口の圧力及び温度を測定す
る圧力測定手段及び温度測定手段と、ガス発生機の回転
数を検出する回転数検出手段と、該手段によって検出さ
れた回転数を上記温度検出手段によって測定された温度
によって修正して修正ガス発生機回転数を算出する手段
と、上記タービン出力測定手段によって測定されたター
ビン出力を上記温度測定手段及び圧力測定手段によって
それぞれ測定された温度と圧力によって修正して修正タ
ービン出力を算出する手段と、熱交換器からの標準的な
洩れを想定した際の上記修正タービン出力と可変案内翼
設定角度との関係とその時の該タービン出力と上記洩れ
との関係を記憶した不揮発性の記憶装置と。

上記修正タービン出力と修正ガス発生機回転数と可変案
内翼設定角度とから洩れめ状態を予測する洩れ予測手段
と。

該手段によって予測された洩れの状態から最適な修正タ
ービン出力と可変案内翼設定角度との関係跡を導く手段
と。

該手段によって得られた修正タービン出力と可変案内翼
設定角度との関係を記憶する書き換え可能でエンジン停
止後もその内容が保存される記憶装置とを設けたもので
ある。

〔作　用〕

このように構成したガスタービンの制御装置によれば、
運転中における実際の熱交換器での洩れ状態が予測され
、予測された洩れ状態に対して最適な修正タービン出力
と可変案内翼設定角度との関係が導出されてそれが記憶
されるので、その記憶された修正タービン出力と可変案
内翼設定角度でも最適な運転点で運転することができ、
予測された洩れ量が所定の範囲を越えた時にはそれを警
報することもできる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す携成図であり、第２
図はその制御部（コントローラ）の構成を示すブロック
図である。

まずその構成を説明すると、ガス発生機２を構成するコ
ンプレッサ３．コンプレッサタービン４゜及び燃焼器５
と、パワータービン６と可変案内翼７と回転蓄熱型熱交
換器８とからなる可変案内翼付再生２軸ガスタービン１
によって１発電機９を駆動する発電システムである。

そして、コンプレッサ３の入口圧力Ｐ！及び入口温度Ｔ
１をそれぞれ測定する圧力測定器１１及び温度測定器１
２と、そのガス発生機２の回転数ＮＧＧを検出する回転
数検出器１３と、パワータービン６の回転数ＮＰＴを検
出する回転数検出器１４と１発電機Ｓの負荷電力値によ
ってタービン出力りを測定するタービン出力測定器１５
とをそれぞれ設けている。

これらの各測定器あるいは検出器による出力信号をそれ
ぞれ制御部１０へ入力し、制御部１０はそれらに基づい
て後述する処理を行なって、燃料流量設定信号Ｑ　ｆｓ
ｅｔと可変案内翼の角度設定信号θＶＮｓｅ七とを出力
し、燃焼器５への燃料流量Ｇｆを図示しない流量制御弁
によって最適に制御し。

可変案内翼７の角度θＶＮを図示しない回動装置によっ
て最適に制御する。

その制御部１０は、第２図に示すようなマイクロコンピ
ュータであり、各測定器１１，１２．１５及び回転数検
出器１３．１４から電気的アナログ信号として入力され
る信号をデジタル信号に変換して取り込むためのＡ／Ｄ
変換器１０１と、その入力情報から種々の演算及び処理
を行なう演算処理部（ＣＰＵ）１０２と、予め設定され
た後述する修正タービン出力Ｌ′と可変案内翼の角度Ｏ
ＶＮとの関係及び修正タービン出力Ｌ′と洩れ率（洩れ
量ΔＧとコンプレッサ空気流量Ｇとの比）との関係なら
びにその他の制御アルコリズム等を記憶した不揮発性の
記憶装置であるＲＯＭ１０Ｂと、ｖＩき換え可能な記憶
装置であるＲＡＭ１［）４と、エンジン停止後の非運転
時にＲＡＭ１０４をバックアップしてその記憶内容を保
存させるためのバックアップ電ＷＪ（電池）１０５と、
ＣＰＵ１０２からの呂カデータをＤ／Ａ変換して前述し
た各設定信号ＧｆｓｅｔとθＶＮｓｅｔを出力するため
のＤ／Ａ変換器１０６とによって構成されている。

次に、この実施例の作用を第３図のフローチャートによ
って説明する。

この制御ルーチンがスタートすると、先ずステップ１で
コンプレッサ３の入口温度Ｔ１と圧力Ｐｌｙガス発生器
２の回転数ＮＧＧ、パワータービン３の回転数ＮＰＴ、
タービン出力し、及び可変案内翼７の実開度θＶＮ、を
それぞれ取り込み、ステップ２で定常運転状態かどうか
を判断する。

この判断方法としては、ＮＰＴ、Ｌ、あるいはタービン
入口温度などの変化率の大きさに注目するのが一般的で
ある。

ここで過渡運転状態と判断された場合には、第５図の従
来例と同様な過渡運転用制御ループ（ステップ３）に分
岐する。定常運転状態と判断された場合は、ステップ４
以降の処理に進む。

まずステップ４で、パワータービン回転数ＮＰＴの設定
回転数ＮＰｒｏに対する微小な偏差ΔＮＰＴ（ＮＰＴｏ
−ＮＰＴ）に対する燃料流量Ｇｆの制御（例えば比例精
分（Ｐ　Ｉ　Ｄ）制御）を行ない、定常運転時の回転数
変動に対応する。

次に、ステップ５でＰ、、Ｔ、を用いてＬ’＝Ｌ／（Ｐ
ｔ・Ｌ劃）、ＮＧＧ′＝ＮＧＧ／Ｅτの演算を行なって
、修正タービン出力Ｌ′と修正ガス発生機回転数ＮＧＧ
’　を誘導する。

そして、ステップ６でこのＬ’　、　ＮＧＧ’　、及び
ステップ１で取り込んだ実開度θＶＮ、により、ＲＯＭ
ｌ０！上のマトリクスデータテーブルと内挿用プログラ
ムを用いて洩れ率ΔＧ／Ｇを算出する。

このマトリクスデータテーブルは、修正タービン出力Ｌ
′と可変案内翼設定角度θＶＮと修正ガス発生機回転数
ＮＧＧ’　と洩れ率ΔＧ／Ｇの関係を予じめシュミレー
ションもしくは実験から求めて。

ＲＯＭＩＱ３に記憶させてあり、このステップ６が洩れ
予測手段に相当する。

次に、ステップ７でＲＡＭＩＱＪ上のＬ′とΔＧ／Ｇの
関数（ある初期設定が行なわれた時のみＲＯＭ１０３上
のデータが転送され、以後はＲＡＭ１０４上で管理され
る）によって求まるΔＧ／Ｇとステップ６で算出された
洩れ率ΔＧ／Ｇとを比較して、その誤差Δ（ΔＧ／Ｇ）
を求める。

そして、ステップ８でその誤差Δ（ΔＧ／Ｇ）をある値
〔ここではＬ′の関数ＤＥＬＦ（Ｌ’））と比較し、そ
れより小さい場合にはＲＡＭ１０４上のθＶＮとＬ′の
関数（Ｌ’−八〇／Ｇの関数と同じ管理）に何も修正を
加えずにステップ１２ヘジヤンプして、その関数に従っ
てＬ′に対応したθＶＮを設定する。

一方、Δ（ΔＧ／Ｇ）の方がＤＥＬＦ（Ｌ’）より大き
い場合にはステップ９へ進んで、ΔＧ／ＧとＬ′を用い
てＲＯＭ１０３上のマトリクスデータテーブルと内挿プ
ログラムにより最適な０ＶＮ２（新たな設定値）を求め
てステップ１０へ進む。

このマトリクスデータテーブルも、予じめシュミレーシ
ョンもしくは実験から求めたタービン前温度やコンプレ
ッサのサージ領域に対して加速余裕などを考慮した際の
洩れ率ΔＧ／Ｇと修正タービン出力Ｌ′と可変案内翼の
角度θＶＮとの関係をテーブル化してＲＯＭＩＱ５に記
憶させである。

そして、このステップ９が、最適な修正タービン出力と
可変案内翼設定角度との関係を導く手段に相当する。

次にステップ１０では、この求めたθ■Ｎ２を２つの設
定値〔ここではＬ′の関数θＶＮＨ（Ｌ’）とθＶＮＬ
（Ｌ’　）：　１ｌｌＶＮＨ（Ｌ’　）＞θＶＮＬ（Ｌ
’　）〕）ニー比較する。

そして、θｖ■２がθｖＮＨ（Ｌ’　）以上かθＶＮＬ
（Ｌ’　”）以下である場合には異常と判断し、ステッ
プ１３へ進んで制御盤に警報を表示する。

θｖＮ２がθｖＮｕ（ｔ、’）とθｖＮＬ（Ｌ’　）（
ｉ’１間の範囲に収っている場合には、ステップ１１へ
進んでその値θＶＮ２Ｌ：従ってＲＡＭ１［］４上のθ
ＶＮ−Ｌ’の関数を書き換えた後、ステップ１２でＬ′
に対応したＶＮ角度を設定して、ＶＮ角度設定信号θＶ
Ｎｓｅ七を出力する。

その後、またステップ１のデータ取り込み処理からこの
ループを繰り返す。

この制御によって、ガスタービン１の運転点は熱交換器
５からのガスの洩れを考慮した最適運転点に保持される
。

この実施例によれば、運転中に実際の洩れ量を予測して
、その変化が大きい場合にはθＶＮとＬ′の関数テーブ
ルを書き換えるので、各洩れ量の時に最適な運転点（例
えば、洩れ量が増加した際には回転数が許す範囲で回転
を上げて可変案内翼を開き、低いタービン入口温度で同
じ馬力を発生する運転点、洩れが減った際には可変案内
翼を開いてサージマージンを確保した運転点、燃費が優
先する際は可変案内翼を閉じてより燃費の良い運転点な
ど）を考慮しておけば、より安全で経済的な運転が可能
になる。

また、洩れ量を予測する手段を持っているため。

利用者がその情報を得て状況判断を行なったりすること
も容易である。

第４図に、この発明の他の実施例の第３図と同様なフロ
ーチャートを示す、この図中、第３図と同じ部分には同
一のステップ番号を付してあり。

その説明は省略する。

この実施例は、洩れ率ΔＧ／Ｇと修正タービン出力Ｌ′
との関係の代りに、修正ガス発生機回転数ＮＧＧ’　と
修正タービン出力Ｌ′との関係を用いて、洩れに大きな
変化の無い時はかなりデータ数の多い洩れ率ΔＧ／Ｇの
算出を行なわず、回転数の比較のみでループを抜けるよ
うにして演算時間の短縮を図ったものである。

そのため、ステップ５でＬ′とＮＧＯ’　を算出した後
、ステップ１５でＲＡＭ１ＱＪ上のＬ′とＮＧＧ’のテ
ーブルからＮＧＧ’　を求め、それとステップ５で算出
されたＮＧＯ’　との誤差ΔＮＧＧを算出し、それをス
テップ１６でＤＯＬＴ（Ｌ’　）と比較するようにして
いる。

その結果、ΔＮＧＧ≦Ｄ［！、ＬＴ（Ｌ’　）の場合に
はステップ１２へ進んでθＶＮを設定し。

ΔＮＧＧ＞ＤＥＬＴ（Ｌ’　）の場合はステップ６．７
で第３図の例と同様にΔＧ／ＧとθｖＮ２を算出した後
、ステップ１７でΔＧ／ＧとＬ′とθｖＮ２から新たな
ＮＧＧ’　ｔｃＲＯＭＩ　０３上のデータを利用して算
出する。

そして、ステップ１８でＲＡＭＩＱＪ上のＮＧＧ’−Ｌ
’のテーブルを書き換えた後、第３図の例と同様にステ
ップ１０〜１３の処理を行なう。

このように、ステップ１６でＮｏの場合、すなわちθＶ
Ｎ−Ｌ’のテーブルを書き換える必要があると判断され
た場合には、修正の流れの中にステップ１７の新しいＮ
ＧＧを算出する処理が増えるが。

制御ループのうちθＶＮの変更が必要とされるのは極め
てまれなことであるため、全体的な演算時間を短縮でき
る効果は大きい。

なお、この発明を次のように一部変更して実施しても略
同様な効果が得られる。

（１）運転時のコンプレッサタービンの入口もしくは出
口温度を測定する手段を設け、ガス発生機回転数の代り
にそのコンプレッサタービンの入口もしくは出口の温度
を用いる。

（２）運転時のコンプレッサ出口圧力を測定する手段を
設け、ガス発生機回転数の代りに、コンプレッサの入口
と出口の圧力比を用いる。

（３）運転時のコンプレッサ空気流量を測定する手段を
持ち、ガス発生機回転数の代りに、そのコンプレッサ空
気流量を用いる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によるガスタービン
の制御装置は、コンプレッサ入口状態の測定装置と、事
前に設定したタービン出力りと可変案内翼の角度θＶＮ
の関係とタービン出力りと洩れの関係とを記憶した不揮
発性の記憶装置と、上記りとガス発生機回転数ＮＧＧと
上記θＶＮから洩れを予測する手段と、この洩れから最
適なしとθＶＮとの関係を導く手段と、該手段によって
得られたしとθＶＮとの関係を記憶する書き換え可能で
エンジン停止後もその内容が保存される記憶装置を有す
るため１次のような効果が得られる。

■洩れ量が変化した場合でもある範囲内では、最適な運
転点で運転することが可能になる。また、その範囲を越
えた時にはすぐに警報を出すこともできる。

■洩れ量のモニタリングを容易に行なえるため、熱交換
器のシール部の異常や交換時期の設定等を簡単に検討で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す模式的構成図。 第２図は第１図における制御部１０の構成を示すブロッ
ク図、 第３図はこの実施例による制御のアルゴリズムを示すフ
ロー図。 第４図はこの発明の他の実施例の第３図と同様なフロー
図。 第５図は従来のガスタービンの制御例を示す説明図であ
る。 １・・・可変案内翼付再生２軸ガスタービン２・・・ガ
ス発生機　　　３・・・コンプレッサ４・・・コンプレ
ッサタービン ５・・・燃焼器　　　　　６・・・パワータービン７・
・・可変案内翼　　　８・・・回転蓄熱式熱交換器９・
・・発電機　　　　　１０・・・制御部１１・・・圧力
測定器　　１２・・・温度測定器１３・・・ガス発生機
の回転数検出器 １４・・・パワータービンの回転数検出器１５・・・タ
ービン出力測定器 Ｎ＋ｌ　Ｉｌ＋！ 第２ｖ！Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　タービン出力を測定するタービン出力測定手段と、
   あらかじめ設定された関係に従ってタービン出力に対し
   て定常運転時の可変案内翼角度を設定する可変案内翼角
   度設定手段と、タービン出力軸の回転数と設定された回
   転数とを比較して燃料流量を制御することにより該ター
   ビン出力軸の回転数を一定に調速する調速手段と、回転
   蓄熱式熱交換器とを有する可変案内翼付再生式２軸ガス
   タービンにおいて、 ガス発生機のコンプレッサ入口の圧力及び温度を測定す
   る圧力測定手段及び温度測定手段と、 前記ガス発生機の回転数を検出する回転数検出手段と、 該手段によって検出された回転数を前記温度検出手段に
   よって測定された温度によって修正して修正ガス発生機
   回転数を算出する手段と、 前記タービン出力測定手段によって測定されたタービン
   出力を前記温度測定手段及び圧力測定手段によってそれ
   ぞれ測定された温度と圧力によって修正して修正タービ
   ン出力を算出する手段と、 前記熱交換器からの標準的な洩れを想定した際の前記修
   正タービン出力と可変案内翼設定角度との関係とその時
   の該タービン出力と前記洩れとの関係を記憶した不揮発
   性の記憶装置と、 前記修正タービン出力と修正ガス発生機回転数と可変案
   内翼設定角度とから洩れの状態を予測する洩れ予測手段
   と、 該手段によって予測された洩れの状態から最適な修正タ
   ービン出力と可変案内翼設定角度との関係を導く手段と
   、 該手段によって得られた修正タービン出力と可変案内翼
   設定角度との関係を記憶する書き換え可能でエンジン停
   止後もその内容が保存される記憶装置とを設けたことを
   特徴とするガスタービンの制御装置。 ２　洩れの状態を予測する洩れ予測手段が、シミュレー
   ションもしくは実験から求めたタービン出力と可変案内
   翼設定角度とガス発電機回転数と洩れの関係のマトリク
   スデータテーブルを不揮発性の記憶装置上に持ち、内挿
   用プログラムと該データテーブルとを用いて洩れの状態
   を予測する手段である特許請求の範囲第１項記載のガス
   タービンの制御装置。 ３　最適な修正タービン出力と可変案内翼設定角度との
   関係を導く手段が、シミュレーションもしくは実験から
   求めたタービン前温度やコンプレッサのサージ領域に対
   して加速余裕などを考慮した際の洩れと修正タービン出
   力と可変案内翼設定角度との関係のマトリクスデータテ
   ーブルを不揮発性の記憶装置上に持ち、内挿用プログラ
   ムと該データテーブルとを用いて最適な修正タービン出
   力と可変案内翼設定角度との関係を導く手段である特許
   請求の範囲第１項記載のガスタービンの制御装置。