WO2022196552A1 - ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法 - Google Patents

ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法 Download PDF

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spark plug
ignition device
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知之 小島
奏 関根
浩三 外山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F02C7/264—Ignition
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking

Definitions

  • the present disclosure relates to a gas turbine combustor abnormality detection system, a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustor abnormality detection method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-045354 filed with the Japan Patent Office on March 19, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • Patent Literature 1 discloses a gas turbine combustor having a spark plug provided to move back and forth between a position inside the combustion cylinder and a position outside the combustion cylinder. In this combustor, when a spark plug is positioned within the combustion cylinder, the spark plug generates an ignition spark to ignite the fuel supplied to the combustor.
  • At least one embodiment of the present invention provides an abnormality detection system for a gas turbine combustor capable of appropriately detecting an abnormality in an ignition device including a spark plug, a gas turbine combustor and a gas turbine, and
  • An object of the present invention is to provide a method for detecting abnormality in a gas turbine combustor.
  • a gas turbine combustor abnormality detection system comprises: a sensor for detecting whether or not a spark plug movably provided between an insertion position in a combustion cylinder of a gas turbine combustor and a retracted position retracted from the combustion cylinder is at the insertion position; , a diagnosis unit configured to diagnose an abnormality of an ignition device including the spark plug based on the detection result of the sensor; Prepare.
  • a combustor for a gas turbine comprises: a fuel nozzle for ejecting fuel; an ignition device including a spark plug configured to ignite fuel ejected from the fuel nozzle; the above-described abnormality detection system configured to perform abnormality diagnosis of the ignition device; Prepare.
  • a gas turbine includes: a combustor as described above; a turbine configured to be driven by combustion gases produced in the combustor; Prepare.
  • a gas turbine combustor abnormality detection method includes: a detection step of detecting whether or not a spark plug movably provided between an insertion position in a combustion cylinder of a gas turbine combustor and a retracted position retracted from the combustion cylinder is at the insertion position; a step of diagnosing an abnormality of an ignition device including the spark plug based on the detection result of the detection step; Prepare.
  • an abnormality detection system for a gas turbine combustor capable of appropriately detecting an abnormality in an ignition device including a spark plug, a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustor is provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to one embodiment
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combustor according to one embodiment
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an abnormality diagnosis system according to one embodiment
  • FIG. It is an example of the time chart of the signal which shows an insertion command signal and the position of a spark plug.
  • 4 is a flowchart showing a gas turbine combustor abnormality detection method according to an embodiment. It is a figure which shows an example of the output result by the diagnostic apparatus concerning one Embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a gas turbine combustor abnormality detection method according to an embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a gas turbine combustor abnormality detection method according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a gas turbine including a combustor to be diagnosed by an anomaly detection system according to some embodiments.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a combustor to be diagnosed by an abnormality detection system according to one embodiment.
  • a gas turbine 1 includes a compressor 2 for generating compressed air, a combustor 4 for generating combustion gas using the compressed air and fuel, and a combustion gas that is rotationally driven.
  • a turbine 6 configured to: In the case of the gas turbine 1 for power generation, the turbine 6 is connected with a generator (not shown).
  • the compressor 2 includes a plurality of stator blades 16 fixed to the compressor casing 10 side, and a plurality of rotor blades 18 implanted in the rotor 8 so as to be alternately arranged with respect to the stator blades 16. .
  • Air taken in from an air intake port 12 is sent to the compressor 2, and this air passes through a plurality of stationary blades 16 and a plurality of moving blades 18 and is compressed to produce a high temperature and high pressure. of compressed air.
  • Fuel and compressed air generated by the compressor 2 are supplied to the combustor 4 , and the fuel is combusted in the combustor 4 to generate combustion gas, which is a working fluid for the turbine 6 . be done.
  • the gas turbine 1 has a plurality of combustors 4 arranged in a casing 20 along the circumferential direction around a rotor 8 (rotor axis C).
  • the turbine 6 has a combustion gas passage 28 formed by the turbine casing 22 and includes a plurality of stator vanes 24 and rotor blades 26 provided in the combustion gas passage 28 .
  • the stationary blades 24 are fixed on the turbine casing 22 side, and a plurality of stationary blades 24 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a row of stationary blades.
  • the rotor blades 26 are implanted in the rotor 8, and a plurality of rotor blades 26 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a rotor blade cascade.
  • the row of stationary blades and row of moving blades are alternately arranged in the axial direction of the rotor 8 .
  • the combustion gas from the combustor 4 that has flowed into the combustion gas passage 28 passes through the plurality of stationary blades 24 and the plurality of rotor blades 26, thereby driving the rotor 8 to rotate about the rotor axis C.
  • a generator connected to the rotor 8 is driven to generate electric power.
  • Combustion gas after driving the turbine 6 is discharged to the outside through an exhaust chamber 30 .
  • At least one of the plurality of combustors 4 includes, as shown in FIG. fuel nozzle) and second nozzle 36 (fuel nozzle);
  • the first nozzle 32 and the second nozzle 36 are each configured to be supplied with fuel from a combustion port (not shown) and configured to eject fuel into the combustion cylinder 40 .
  • Swirler 34, 38 is provided around the first nozzle 32 and the second nozzle 36, and compressed air from the compressor 2 (see FIG. 1) is supplied into the combustion cylinder 40 via the swirler 34, 38. It has become so.
  • a mixture of fuel and air is formed in the combustion tube 40 by the fuel ejected from the first nozzle 32 and the second nozzle 36 and the air supplied through the swirlers 34 and 38 .
  • the ignition device 50 is configured to ignite a mixer containing fuel ejected from the first nozzle 32 and/or the second nozzle 36 .
  • the ignition device 50 includes a spark plug 52 , a driving section 53 for driving the spark plug 52 , and a control section 78 for controlling driving of the spark plug 52 by the driving section 53 .
  • the spark plug 52 has a tip 52a configured to generate sparks.
  • the spark plug 52 is driven by the driving portion 53 to be movable along the axial direction between an insertion position 102 inside the combustion cylinder 40 and a retracted position 101 retracted from the combustion cylinder 40. It has become.
  • the axial direction of the spark plug 52 is a direction intersecting the axial direction of the combustion cylinder 40 (substantially the same direction as the axial direction of the first nozzle 32 or the second nozzle 36).
  • the insertion position 102 is a specific position of the spark plug 52 such that at least the tip 52 a of the spark plug 52 is positioned inside the combustion cylinder 40 .
  • a spark is generated at the tip 52 a of the spark plug 52 , and the spark ignites the mixer in the combustion cylinder 40 .
  • the insertion position 102 is the position where the spark plug 52 is most inserted inside the combustion cylinder 40 .
  • the retracted position is the position where the spark plug 52 is most retracted from the combustion cylinder 40 .
  • the tip 52a of the spark plug 52 may be positioned outside the combustion cylinder 40 when the spark plug 52 is at the retracted position.
  • the drive unit 53 is configured to move the spark plug 52 between the insertion position 102 and the retracted position 101 .
  • the drive 53 is configured to drive the spark plug 52 pneumatically.
  • the drive unit 53 shown in FIG. 2 is connected to a cylinder 58 extending along the axial direction of the spark plug 52 and the spark plug 52, and is slidable in the cylinder 58 along the axial direction of the cylinder 58.
  • a piston 54 The inner wall surface of the cylinder 58 and the piston 54 form a first chamber 60 on the ignition plug 52 side and a second chamber 62 on the opposite side.
  • the cylinder 58 is supported by a stationary portion such as the casing 20 of the combustor 4 .
  • the drive unit 53 includes an air source 72 in which air to be supplied to the cylinder 58 is stored, an air line 74 provided between the air source 72 and the cylinder 58, and an air valve 76 provided in the air line 74. . Air from an air source 72 can be supplied to the second chamber 62 of the cylinder 58 via an air line 74, and the amount of air supplied to the second chamber 62 can be adjusted by an air valve 76. ing.
  • the driving portion 53 includes a biasing member 59 that biases the piston 54 in the axial direction of the cylinder 58 in the direction from the first chamber 60 toward the second chamber.
  • biasing member 59 is a spring provided in first chamber 60 .
  • the control unit 78 is configured to send an insertion command signal to the ignition device 50 for positioning the spark plug 52 at the insertion position 102 at the ignition timing of the gas turbine 1 .
  • an insertion command signal is sent from controller 78 to air valve 76 to indicate the opening of air valve 76 .
  • the ignition device 50 having the above configuration operates as described below.
  • the spark plug 52 is normally located at the retracted position 101 .
  • the opening of the air valve 76 is adjusted by the insertion command signal, and the air source is supplied to the second chamber 62 of the cylinder 58.
  • Air from 72 is supplied via air line 74 .
  • the air pressure in the second chamber acting on the piston 54 overcomes the biasing force of the biasing member 59 and moves the piston 54 from the second chamber 62 toward the first chamber 60 .
  • the air in the first chamber 60 is released to the outside through a release portion (not shown) (not shown).
  • the ignition plug 52 moves from the retracted position 101 to the inserted position 102 .
  • the air valve 76 is closed and air is supplied from the air source 72 to the second chamber 62 . stops.
  • the biasing force of the biasing member 59 acting on the piston 54 causes the piston to move from the first chamber 60 toward the second chamber 62 .
  • the air in the second chamber 62 is released to the outside through a release portion (not shown).
  • the spark plug 52 moves from the insertion position 102 to the retracted position 101 .
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an abnormality diagnosis system according to one embodiment.
  • the abnormality detection system 100 includes a sensor 70 for detecting whether or not the spark plug 52 is at the insertion position 102, and an abnormality detection system for the ignition device 50 based on the detection result of the sensor 70.
  • a diagnostic device 80 including a diagnostic component 86 configured to perform diagnostics.
  • sensor 70 is supported on cylinder 58 via mounting portion 66 .
  • a movable portion 68 that moves along the axial direction of the spark plug 52 together with the spark plug 52 is provided so as to face the sensor 70 .
  • the movable part 68 shown in FIG. 2 is a flange attached to the rod 56 connected to the piston 54 on the opposite side of the spark plug 52 .
  • sensor 70 is a sensor that can only detect whether spark plug 52 is at insertion position 102 .
  • sensor 70 may be configured to send an ON signal to diagnostic device 80 only when spark plug 52 is in insertion position 102 .
  • Sensor 70 may be a contact sensor (eg, limit sensor). In this case, the sensor 70 may be configured to send the ON signal described above to the diagnostic device 80 when the sensor 70 and the movable portion 68 come into contact with each other.
  • sensor 70 may be a non-contact sensor (eg, an eddy current sensor). In this case, the sensor 70 may be configured to send the ON signal described above to the diagnostic device 80 when the sensor 70 and the movable portion 68 come close to a predetermined distance.
  • the senor 70 is a sensor capable of detecting the amount of displacement of the spark plug 52 in the moving direction of the spark plug 52 (direction along the axial direction of the spark plug 52).
  • the sensor 70 may be configured to detect the distance L between the sensor 70 and the movable portion 68 in the axial direction of the spark plug 52 and send a signal indicating the detected distance to the diagnostic device 80. good.
  • the diagnostic device 80 is configured to receive and process a signal indicating the detection result of the position of the spark plug 52 from the sensor 70 and/or an insertion command signal from the controller 78 .
  • the diagnosis device 80 may include at least one of an insertion time calculation section 82 , an insertion amount calculation section 84 , and an output section 88 in addition to the diagnosis section 86 .
  • the insertion time calculation unit 82 calculates the insertion time from the start of insertion of the spark plug 52 at the retracted position 101 until the spark plug 52 reaches the insertion position 102 based on the detection result of the sensor 70. Configured. In the ignition device 50, when an abnormality such as sticking of the cylinder 58 or a decrease in air pressure occurs, the insertion time from the start of insertion of the spark plug 52 to the completion of insertion tends to become longer. Therefore, an abnormality of the ignition device 50 can be detected based on the insertion time of the spark plug 52 .
  • the insertion time calculation unit 82 receives an insertion start signal from the control unit 78 from time t1 (see FIG. 4) to time t2 (see FIG. 4) when a signal indicating that the sensor 70 is at the insertion position 102 is received. may be calculated as the insertion time described above.
  • FIG. 4 is an example of a time chart of the insertion command signal received by the diagnostic device 80 and the signal indicating the position of the spark plug 52. As shown in FIG. Regarding the signal indicating the position of the spark plug 52 , OFF indicates that the spark plug 52 is at the retracted position 101 , and ON indicates that the spark plug 52 is at the insertion position 102 .
  • the insertion amount calculator 84 is configured to calculate the amount of insertion of the spark plug 52 based on the detection result of the sensor 70 .
  • the amount of insertion of the spark plug 52 tends to decrease. Therefore, an abnormality of the ignition device 50 can be detected based on the amount of insertion of the spark plug 52 .
  • the insertion amount calculation unit 84 receives the insertion start signal from the control unit 78 based on the distance L (see FIG. 2) between the sensor 70 and the movable unit 68 after receiving the insertion start signal from the control unit 78. and the minimum value of the distance L (the distance L when the sensor 70 and the movable part 68 are closest to each other) is calculated as the insertion amount of the spark plug 52. good.
  • the diagnosis unit 86 may be configured to diagnose an abnormality of the ignition device 50 based on the insertion time calculated by the insertion time calculation unit 82 or the insertion amount calculated by the insertion amount calculation unit 84.
  • the output unit 88 is configured to output the diagnosis result by the diagnosis unit 86.
  • the output unit 88 may be configured to output an alarm when the diagnosis unit 86 determines that the ignition device 50 has an abnormality.
  • the output unit 88 may include a device (such as a display or a speaker) configured to output the diagnosis result of the diagnosis unit 86 or the above-described alarm as visual information or auditory information.
  • the diagnostic device 80 includes a computer equipped with a processor (CPU, etc.), a storage device (memory device; RAM, etc.), an auxiliary storage unit, an interface, and the like. Diagnostic device 80 is adapted to receive signals from sensor 70 and/or controller 78 via an interface. The processor is configured to process the signal thus received. Also, the processor is configured to process the program deployed on the storage device. As a result, the functions of the respective functional units (the diagnosis unit 86, the insertion time calculation unit 82, the insertion amount calculation unit 84, or the output unit 88) described above are realized.
  • the processing content of the diagnostic device 80 is implemented as a program executed by a processor.
  • the program may be stored in an auxiliary storage unit. During program execution, these programs are expanded in the storage device.
  • the processor is adapted to read the program from the storage device and execute the instructions contained in the program.
  • the spark plug 52 which is provided in the combustion cylinder 40 so as to be able to move forward and backward, may be pushed out of the combustion cylinder 40 due to some cause (for example, sticking in the cylinder 58, lack of air pressure to the cylinder 58, failure of the air supply system, etc.).
  • some cause for example, sticking in the cylinder 58, lack of air pressure to the cylinder 58, failure of the air supply system, etc.
  • the insertion position 102 ignition position
  • the fuel ejected from the fuel nozzle cannot be ignited, and the gas turbine 1 cannot be properly started. In such a case, if the cause of the start-up failure is unknown, the restart of the gas turbine 1 and the ignition failure may be repeated uselessly.
  • the sensor 70 can detect whether or not the spark plug 52 is at the insertion position 102 in the combustion cylinder 40. Based on this detection result, , the abnormality diagnosis of the ignition device 50 can be performed appropriately. Therefore, even if an abnormality of the ignition device 50 is detected, it can be dealt with during or before the gas turbine 1 is started, and the gas turbine 1 can be quickly started.
  • the diagnosis unit 86 diagnoses an abnormality of the ignition device 50 based on the detection result of the sensor 70 during startup of the gas turbine 1 and before ignition of fuel in the combustor 4. Configured.
  • a flow of abnormality detection of the combustor 4 including the ignition device 50 will be described below.
  • 5, 7, and 8 are flowcharts showing a method for detecting an abnormality in the combustor 4 for the gas turbine 1 according to one embodiment.
  • a case of executing the combustor abnormality detection method according to one embodiment using the abnormality detection system 100 including the diagnostic device 80 described above will be described. may be used to perform the combustor anomaly detection method, or, in some embodiments, some or all of the procedures described below may be performed manually.
  • a sensor capable of detecting only whether the spark plug 52 is at the insertion position 102 or a sensor capable of detecting the amount of displacement of the spark plug 52 can be used.
  • the control unit 78 sends out an insertion instruction signal for the spark plug 52 .
  • the insertion command signal sent in this way is received by the diagnostic device 80 and the ignition device 50 (S102).
  • the ignition plug 52 is positioned at the retracted position 101 until immediately before the insertion command signal is sent.
  • step S102 When the insertion command signal is received in step S102, the ignition device 50 operates as described above, and the spark plug 52 moves from the retracted position 101 to the inserted position 102.
  • this detection signal is sent to the diagnostic device 80 (S104).
  • the insertion time calculator 82 calculates the insertion time TI (see FIG. 4) of the spark plug 52 based on the insertion command signal received in step S102 and the signal from the sensor 70 received in step S104 (S106).
  • the diagnosis unit 86 compares the insertion time TI calculated in step S106 with a threshold (S108). As a result of the comparison in step S108, when the insertion time TI is equal to or less than the threshold value (No in S108), the diagnosis unit 86 determines that there is no abnormality in the ignition device 50 (S109). On the other hand, as a result of the comparison in step S108, when the insertion time TI is greater than the threshold value (Yes in S108), the diagnosis unit 86 determines that the ignition device 50 has an abnormality (S110).
  • the output unit 88 outputs the results obtained in steps S108 to S110 (S114).
  • the output unit 88 may output an alarm in step S114.
  • step S109 When it is determined that there is no abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S109), the startup of the gas turbine 1 is completed. On the other hand, when it is determined that there is an abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S110), the starting procedure of the gas turbine 1 is stopped, the ignition device 50 is inspected, and the ignition device is checked. After removing the abnormality, the starting procedure of the gas turbine 1 is restarted.
  • the diagnostic device 80 may accumulate the calculated insertion time in the storage unit (external storage device or internal storage device) each time the insertion time is calculated in step S106.
  • the output unit 88 may output to a display unit such as a display a graph (see FIG. 6) showing the change over time of the insertion time accumulated in the storage unit.
  • the output unit 88 may output the threshold TIth (see FIG. 6) used in step S108 to the display unit together with the insertion time calculated in step S106.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of output results from the output unit 88 (diagnostic device 80) according to one embodiment.
  • a sensor that can detect the amount of displacement of the spark plug 52 can be used as the sensor 70 .
  • step S202 similarly to step S102 in the embodiment shown in FIG. 5, the diagnosis device 80 and the ignition device 50 receive the insertion command signal from the control unit 78 (S102).
  • step S202 When the insertion command signal is received in step S202, the ignition device 50 operates as described above, and the spark plug 52 moves from the retracted position 101 to the inserted position 102.
  • this detection signal is sent to the diagnostic device 80 (S204).
  • the insertion amount calculator 84 calculates the amount of insertion of the spark plug 52 based on the insertion command signal received in step S202 and the signal from the sensor 70 received in step S204 (S206).
  • the diagnosis unit 86 compares the insertion amount calculated in step S206 with the threshold (S208). As a result of the comparison in step S208, when the insertion amount is more abnormal than the threshold value (No in S208), the diagnosis unit 86 determines that there is no abnormality in the ignition device 50 (S209). On the other hand, as a result of the comparison in step S208, when the insertion amount is smaller than the threshold value (Yes in S208), the diagnostic unit 86 determines that there is an abnormality in the ignition device 50 (S210).
  • the output unit 88 outputs the results obtained in steps S208 to S210 (S214).
  • the output unit 88 may output an alarm in step S214.
  • step S209 When it is determined that there is no abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S209), the startup of the gas turbine 1 is completed. On the other hand, when it is determined that there is an abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S210), the starting procedure of the gas turbine 1 is stopped, the ignition device 50 is inspected, and the ignition device is checked. After removing the abnormality, the starting procedure of the gas turbine 1 is restarted.
  • FIG. 8 is a modification of the embodiment shown in FIG. Note that in one embodiment, a similar modification of the embodiment shown in FIG. 7 may be performed.
  • the diagnostic device 80 sets the counter (i) to 1 (S301). Then, steps S302 to S306 are performed in the same procedure as steps S102 to S106 in the embodiment shown in FIG. 5, and the insertion time of the spark plug 52 is calculated.
  • the diagnosis unit 86 compares the insertion time TI calculated in step S306 with a threshold (S308). As a result of the comparison in step S308, when the insertion time TI is equal to or less than the threshold value (No in S308), the diagnosis unit 86 determines that there is no abnormality in the ignition device 50 (S309), and proceeds to the next step S314.
  • step S308 when the insertion time TI is greater than the threshold (Yes in S308 and Yes in S310), it can be determined that the ignition device 50 may be abnormal. Therefore, the output unit 88 outputs an alarm (S316), increments the counter (i) (S318), and repeats the steps S302 to S308.
  • step S308 As a result of the second comparison in step S308, when the insertion time TI is equal to or less than the threshold value (No in S308), the diagnosis unit 86 determines that there is no abnormality in the ignition device 50 (S309), and proceeds to the next step S314. move on. On the other hand, as a result of the second comparison in step S308, when the insertion time TI is greater than the threshold value (Yes in S308 and NO in S310), the diagnostic unit 86 determines that there is an abnormality in the ignition device 50 (S312), The process proceeds to the next step S314.
  • step S314 as in step S114 in FIG. 5, the output unit 88 outputs the results obtained in steps S308 to S312 (S314).
  • the output unit 88 may output an alarm in step S314.
  • step S309 When it is determined that there is no abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S309), the startup of the gas turbine 1 is completed. On the other hand, when it is determined that there is an abnormality in the ignition device 50 by performing the above procedure (step S312), the starting procedure of the gas turbine 1 is stopped, the ignition device 50 is inspected, and the ignition device is checked. After removing the abnormality, the starting procedure of the gas turbine 1 is restarted.
  • the spark plug 52 may work properly by trying the same operation again.
  • the detection result of the sensor 70 is used to diagnose the abnormality of the ignition device 50 again. Therefore, it is possible to reduce the number of times the gas turbine is started and stopped or the stop time associated with the abnormality determination of the ignition device 50 .
  • An anomaly detection system (100) for a combustor (4) for a gas turbine (1) comprising: A spark plug (52) movably provided between an insertion position (102) in a combustion cylinder (40) of a gas turbine combustor and a retracted position (101) retreated from the combustion cylinder is the insertion position. a sensor (70) for detecting whether the a diagnosis unit (86) configured to diagnose an abnormality of the ignition device (50) including the spark plug based on the detection result of the sensor; Prepare.
  • the senor can detect whether or not the ignition plug is at the insertion position in the combustion cylinder, so that the abnormality diagnosis of the ignition device can be appropriately performed based on the detection result. . Therefore, even if an abnormality in the ignition device is detected, it can be dealt with during or before the start of the gas turbine, and the gas turbine can be started quickly.
  • the anomaly detection system is An insertion time calculation unit configured to calculate an insertion time from the start of insertion of the spark plug at the retracted position until the spark plug reaches the insertion position based on the detection result of the sensor. (84), The diagnosis unit is configured to diagnose an abnormality of the ignition device based on the insertion time.
  • the insertion time from the start of insertion of the spark plug to the completion of insertion tends to increase.
  • the insertion time required from the start of insertion of the spark plug to the completion of insertion is calculated based on the detection result of the sensor. Therefore, based on the calculated insertion time, the ignition device abnormalities can be detected appropriately.
  • the diagnosis unit is configured to determine that the ignition device has an abnormality when the insertion time is longer than a threshold.
  • the anomaly detection system is an insertion amount calculator (84) configured to calculate the amount of insertion of the spark plug based on the detection result of the sensor;
  • the diagnosis unit is configured to diagnose an abnormality of the ignition device based on the insertion amount.
  • the amount of insertion of the spark plug from the start of insertion to the completion of insertion tends to decrease.
  • the abnormality of the ignition device can be appropriately detected based on the calculated amount of insertion. can be done.
  • the diagnosis unit is configured to determine that the ignition device has an abnormality when the insertion amount is smaller than a threshold.
  • the sensor is a sensor capable of detecting only whether or not the spark plug is at the insertion position.
  • the sensor is a sensor capable of detecting the amount of displacement of the spark plug in the moving direction of the spark plug.
  • the position of the spark plug can be quantitatively known.
  • the state of the ignition device can be grasped in more detail, and the abnormality diagnosis of the ignition device can be performed in more detail.
  • the anomaly detection system is An output unit (88) configured to output an alarm when the diagnostic unit determines that the ignition device has an abnormality
  • the diagnosis unit is configured to perform an abnormality diagnosis of the ignition device again based on the detection result of the sensor after the alarm is output.
  • the detection result of the sensor is used again to diagnose the abnormality of the ignition device. It is possible to reduce the number of times the gas turbine is started and stopped or the stop time associated with the abnormality determination.
  • the diagnosis unit is configured to diagnose an abnormality of the ignition device based on the detection result of the sensor during startup of the gas turbine including the combustor and before ignition in the combustor.
  • the abnormality diagnosis of the ignition device is performed during start-up of the gas turbine and before ignition in the combustor. Therefore, when the gas turbine cannot be started, it is easy to grasp the cause. Become. Therefore, the number of useless restarts of the gas turbine due to ignition failure can be reduced.
  • a combustor (4) for a gas turbine according to at least one embodiment of the present invention, a fuel nozzle (32, 36) for ejecting fuel; an ignition device (50) including a spark plug (52) configured to ignite fuel ejected from the fuel nozzle;
  • the abnormality detection system (100) according to any one of (1) to (9) above, configured to perform abnormality diagnosis of the ignition device; Prepare.
  • the sensor can detect whether or not the spark plug is at the insertion position in the combustion cylinder, so it is possible to appropriately diagnose an abnormality of the ignition device based on the detection result. . Therefore, even if an abnormality in the ignition device is detected, it can be dealt with during or before the start of the gas turbine, and the gas turbine can be started quickly.
  • a gas turbine (1) according to at least one embodiment of the present invention, The combustor (4) according to (10) above; a turbine (6) configured to be driven by combustion gases produced in said combustor; Prepare.
  • the senor can detect whether or not the spark plug is at the insertion position in the combustion cylinder, so it is possible to appropriately diagnose the abnormality of the ignition device based on the detection result. . Therefore, even if an abnormality in the ignition device is detected, it can be dealt with during or before the start of the gas turbine, and the gas turbine can be started quickly.
  • a gas turbine combustor abnormality detection method includes: A detection step (S104) of detecting whether or not a spark plug provided movably between an insertion position in a combustion cylinder of a gas turbine combustor and a retracted position retreated from the combustion cylinder is at the insertion position (S104). , S204, S304) and (S108-S110, S208-S210, S308-S312) of diagnosing an abnormality of the ignition device including the spark plug based on the detection result of the detection step; Prepare.
  • the spark plug is at the insertion position in the combustion cylinder, so it is possible to appropriately diagnose the abnormality of the ignition device based on the detection result. Therefore, even if an abnormality in the ignition device is detected, it can be dealt with during or before the start of the gas turbine, and the gas turbine can be started quickly.
  • expressions such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “perpendicular”, “center”, “concentric” or “coaxial”, etc. express relative or absolute arrangements. represents not only such arrangement strictly, but also the state of being relatively displaced with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
  • expressions such as “identical”, “equal”, and “homogeneous”, which express that things are in the same state not only express the state of being strictly equal, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
  • expressions representing shapes such as a quadrilateral shape and a cylindrical shape not only represent shapes such as a quadrilateral shape and a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also within the range in which the same effect can be obtained. , a shape including an uneven portion, a chamfered portion, and the like.
  • the expressions “comprising”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.

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Abstract

ガスタービン用燃焼器の異常検知システムは、ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするように構成された診断部と、を備える。

Description

ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法
　本開示は、ガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法に関する。
　本願は、２０２１年３月１９日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０４５３５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービンの燃焼器では、点火栓を用いて燃料の着火が行われる。
　特許文献１には、燃焼筒内の位置と燃焼筒外の位置との間で進退可能に設けられた点火栓を備えたガスタービン燃焼器が開示されている。この燃焼器では、燃焼筒内の位置に点火栓があるときに該点火栓で点火火花を発生して、燃焼器に供給された燃料に着火するようになっている。
特開２０００－１８０５１号公報
　ところで、上述のように燃焼筒に進退可能に設けられた点火栓では、何らかの要因により点火栓が燃焼筒内の挿入位置（点火位置）まで移動できなくなると、燃料に着火することができず、ガスタービンを適切に起動できなくなる。このような場合に、起動失敗の原因が不明であると、ガスタービンの再起動及び着火失敗を無駄に繰り返してしまう場合がある。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、点火栓を含む点火装置の異常を適切に検知可能なガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法を提供することを目的とする。
　本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知システムは、
　ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサと、
　前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするように構成された診断部と、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の燃焼器は、
　燃料を噴出するための燃料ノズルと、
　前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓を含む点火装置と、
　前記点火装置の異常診断をするように構成された上述の異常検知システムと、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
　上述の燃焼器と、
　前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法は、
　ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップと、
　前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップと、
を備える。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、点火栓を含む点火装置の異常を適切に検知可能なガスタービン用燃焼器の異常検知システム、ガスタービン用の燃焼器及びガスタービン並びにガスタービン用燃焼器の異常検知方法が提供される。
一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係る燃焼器の概略構成図である。 一実施形態に係る異常診断システムの概略構成図である。 挿入指令信号及び点火栓の位置を示す信号のタイムチャートの一例である。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。 一実施形態にかかる診断装置による出力結果の一例を示す図である。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係るガスタービン用燃焼器の異常検知方法を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（ガスタービンの構成）
　図１は、幾つかの実施形態に係る異常検知システムによる診断対象の燃焼器を含むガスタービンの一例の概略構成図である。図２は、一実施形態に係る異常検知システムによる診断対象の燃焼器の概略構成図である。
　図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。
　圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。
　燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ８（ロータ軸線Ｃ）を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。
　タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス通路２８を有し、該燃焼ガス通路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
　タービン６では、燃焼ガス通路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８がロータ軸線Ｃを中心に回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。
　複数の燃焼器４の少なくとも何れかは、図２に示すように、ケーシング２０（図１参照）の中に設けられる燃焼筒４０と、燃焼筒４０の中にそれぞれ配置される第１ノズル３２（燃料ノズル）及び第２ノズル３６（燃料ノズル）と、点火装置５０と、を含む。
　第１ノズル３２及び第２ノズル３６は、それぞれ、燃焼ポート（不図示）からの燃料が供給されるように構成されるとともに、燃焼筒４０内に燃料を噴出するように構成される。第１ノズル３２及び第２ノズル３６の周囲にはスワラ３４，３８が設けられており、圧縮機２（図１参照）からの圧縮空気がスワラ３４，３８を介して燃焼筒４０内に供給されるようになっている。第１ノズル３２及び第２ノズル３６から噴出された燃料と、スワラ３４，３８を介して供給される空気とによって、燃焼筒４０内に燃料と空気の混合気が形成される。
　点火装置５０は、第１ノズル３２及び／又は第２ノズル３６から噴出される燃料を含む混合器に着火するように構成される。点火装置５０は、点火栓５２と、点火栓５２を駆動するための駆動部５３と、駆動部５３による点火栓５２の駆動を制御するための制御部７８と、を含む。
　点火栓５２は、火花を発生するように構成された先端部５２ａを有する。点火栓５２は、駆動部５３で駆動されることにより、点火栓５２の軸方向に沿って、燃焼筒４０内の挿入位置１０２と、燃焼筒４０から後退した退避位置１０１との間で移動可能になっている。なお、点火栓５２の軸方向は、燃焼筒４０の軸方向（第１ノズル３２又は第２ノズル３６の軸方向と略同一の方向）に交差する方向である。
　挿入位置１０２は、少なくとも点火栓５２の先端部５２ａが燃焼筒４０の内部に位置するような点火栓５２の特定の位置である。点火栓５２が挿入位置１０２にあるときに点火栓５２の先端部５２ａに火花が発生され、該火花によって燃焼筒４０内の混合器に着火するようになっている。
　典型的には、挿入位置１０２は、点火栓５２が燃焼筒４０の内部に最も挿入された位置である。典型的には、退避位置は、点火栓５２が燃焼筒４０から最も後退した位置である。点火栓５２が退避位置にあるとき、点火栓５２の先端部５２ａは燃焼筒４０の外に位置していてもよい。
　駆動部５３は、挿入位置１０２と退避位置１０１との間で点火栓５２を移動させるように構成される。図２に示す例示的な実施形態では、駆動部５３は、空気圧によって点火栓５２を駆動するように構成される。
　図２に示す駆動部５３は、点火栓５２の軸方向に沿って延在するシリンダ５８と、点火栓５２に連結されるとともに、シリンダ５８の軸方向に沿ってシリンダ５８内を摺動可能なピストン５４と、を含む。シリンダ５８の内壁面と、ピストン５４とによって、点火栓５２側の第１室６０と、その反対側の第２室６２とが形成される。なお、シリンダ５８は、燃焼器４のケーシング２０等の静止部に支持される。
　駆動部５３は、シリンダ５８に供給する空気が貯留される空気源７２と、空気源７２とシリンダ５８との間に設けられる空気ライン７４と、空気ライン７４に設けられる空気バルブ７６と、を含む。空気源７２からの空気が、空気ライン７４を介して、シリンダ５８の第２室６２に供給可能になっているとともに、空気バルブ７６によって第２室６２への空気の供給量を調節可能となっている。
　駆動部５３は、シリンダ５８の軸方向にて第１室６０から第２室に向かう方向にピストン５４を付勢する付勢部材５９を含む。図２に示す例示的な実施形態では、付勢部材５９は、第１室６０に設けられたばねである。
　制御部７８は、ガスタービン１の着火のタイミングで、点火栓５２を挿入位置１０２に位置させるための挿入指令信号を点火装置５０に送出するように構成される。図２に示す例示的な実施形態では、空気バルブ７６の開度を示す挿入指令信号が制御部７８から空気バルブ７６に送出されるようになっている。
　上述の構成を有する点火装置５０は、以下に述べるように動作する。点火栓５２は、通常、退避位置１０１に位置する。点火栓５２が退避位置１０１にある状態で、制御部７８から挿入指令信号が送出されると、挿入指令信号によって空気バルブ７６の開度が調節され、シリンダ５８の第２室６２に、空気源７２からの空気が空気ライン７４を介して供給される。ピストン５４に作用する第２室の空気圧が付勢部材５９の付勢力に打ち勝って、ピストン５４が第２室６２から第１室６０に向かう方向へ動く。なお、このとき、第１室６０内の空気は、不図示の放出部（不図示）を介して外部に放出される。これに伴い、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。
　一方、点火栓５２が挿入位置１０２にある状態で、制御部７８からの挿入指令信号の送出が停止されると、空気バルブ７６が閉じられ、空気源７２から第２室６２への空気の供給は停止する。ピストン５４に作用する付勢部材５９の付勢力によって、ピストンが第１室６０から第２室６２に向かう方向へ動く。なお、このとき、第２室６２内の空気は、不図示の放出部（不図示）を介して外部に放出される。これに伴い、点火栓５２が挿入位置１０２から退避位置１０１に移動する。
（異常検知システムの構成）
　図３は、一実施形態に係る異常診断システムの概略構成図である。図２及び図３に示すように、異常検知システム１００は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かを検出するためのセンサ７０と、センサ７０の検出結果に基づいて点火装置５０の異常診断をするように構成された診断部８６を含む診断装置８０と、を備えている。
　図２に示す例示的な実施形態では、センサ７０は、取付部６６を介してシリンダ５８に支持される。また、センサ７０に対向するように、点火栓５２とともに点火栓５２の軸方向に沿って動く可動部６８が設けられる。図２に示す可動部６８は、点火栓５２の反対側にてピストン５４に連結されるロッド５６に取り付けられる鍔部である。
　幾つかの実施形態では、センサ７０は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かのみを検出可能なセンサである。この場合、センサ７０は、点火栓５２が挿入位置１０２にあるときにのみ、ＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されていてもよい。センサ７０は接触式のセンサ（例えばリミットセンサ）であってもよい。この場合、センサ７０は、センサ７０と可動部６８とが接触したときに、上述のＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。あるいは、センサ７０は、非接触式のセンサ（例えば渦電流式センサ）であってもよい。この場合、センサ７０は、センサ７０と可動部６８とが所定の距離まで近づいたときに、上述のＯＮ信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。
　幾つかの実施形態では、センサ７０は、点火栓５２の移動方向（点火栓５２の軸方向に沿った方向）における点火栓５２の変位量を検出可能なセンサである。この場合、センサ７０は、点火栓５２の軸方向におけるセンサ７０と可動部６８との間の距離Ｌを検出し、検出された距離を示す信号を診断装置８０に送出するように構成されてもよい。
　診断装置８０は、センサ７０からの点火栓５２の位置にかかる検出結果を示す信号、及び／又は、制御部７８からの挿入指令信号を受け取って処理するように構成される。図３に示すように、診断装置８０は、診断部８６に加え、挿入時間算出部８２、挿入量算出部８４、又は出力部８８の少なくとも１つを備えていてもよい。
　挿入時間算出部８２は、センサ７０の検出結果に基づいて、退避位置１０１にある点火栓５２の挿入が開始されてから点火栓５２が挿入位置１０２に到達するまでの挿入時間を算出するように構成される。点火装置５０において、シリンダ５８の固着や空気圧低下等の異常が生じたとき、点火栓５２の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間が長くなる傾向がある。したがって、点火栓５２の挿入時間に基づいて、点火装置５０の異常を検出することができる。
　挿入時間算出部８２は、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時刻ｔ１（図４参照）から、センサ７０が挿入位置１０２にあることを示す信号を受け取った時刻ｔ２（図４参照）までの時間の長さＴＩを、上述の挿入時間として算出してもよい。なお、図４は、診断装置８０が受け取る挿入指令信号及び点火栓５２の位置を示す信号のタイムチャートの一例である。点火栓５２の位置を示す信号について、ＯＦＦは点火栓５２が退避位置１０１にあることを示し、ＯＮは点火栓５２が挿入位置１０２にあることを示す。
　挿入量算出部８４は、センサ７０の検出結果に基づいて、点火栓５２の挿入量を算出するように構成される。点火装置５０において、シリンダ５８の固着や空気圧低下等の異常が生じたとき、点火栓５２の挿入量が小さくなる傾向がある。したがって、点火栓５２の挿入量に基づいて、点火装置５０の異常を検出することができる。
　挿入量算出部８４は、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時点以後のセンサ７０と可動部６８との間の距離Ｌ（図２参照）に基づいて、制御部７８からの挿入開始信号を受け取った時点における上述の距離Ｌと、該距離Ｌの極小値（センサ７０と可動部６８とが最も近づいたときの距離Ｌ）との差分を、点火栓５２の挿入量として算出してもよい。
　診断部８６は、挿入時間算出部８２により算出した挿入時間、又は、挿入量算出部８４により算出した挿入量に基づいて、点火装置５０の異常診断するように構成されてもよい。
　出力部８８は、診断部８６による診断結果を出力するように構成される。あるいは、出力部８８は、診断部８６によって点火装置５０に異常があると判定されたときに、警報を出力するように構成されてもよい。出力部８８は、診断部８６による診断結果又は上述の警報を視覚情報又は聴覚情報として出力するように構成されたデバイス（ディスプレイ又はスピーカ等）を含んでもよい。
　診断装置８０は、プロセッサ（ＣＰＵ等）、記憶装置（メモリデバイス；ＲＡＭ等）、補助記憶部及びインターフェース等を備えた計算機を含む。診断装置８０は、インターフェースを介して、センサ７０及び／又は制御部７８からの信号を受け取るようになっている。プロセッサは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、プロセッサは、記憶装置に展開されるプログラムを処理するように構成される。これにより、上述の各機能部（診断部８６、挿入時間算出部８２、挿入量算出部８４又は出力部８８）の機能が実現される。
　診断装置８０での処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装される。プログラムは、補助記憶部に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムは記憶装置に展開される。プロセッサは、記憶装置からプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。
　燃焼筒４０に進退可能に設けられた点火栓５２では、何らかの要因（例えば、シリンダ５８における固着や、シリンダ５８への空気圧不足又は空気供給系統の故障等）により点火栓５２が燃焼筒４０内の挿入位置１０２（点火位置）まで移動できなくなると、燃料ノズルから噴出される燃料に着火することができず、ガスタービン１を適切に起動できなくなる。このような場合に、起動失敗の原因が不明であると、ガスタービン１の再起動及び着火失敗を無駄に繰り返してしまう場合がある。
　この点、上述のように構成された異常検知システム１００によれば、点火栓５２が燃焼筒４０内の挿入位置１０２にあるか否かをセンサ７０により検出可能であるので、この検出結果に基づき、点火装置５０の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置５０の異常が検知された場合であっても、ガスタービン１の起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービン１の速やかな起動が可能となる。
　幾つかの実施形態では、診断部８６は、ガスタービン１の起動中、かつ、燃焼器４における燃料への着火前に、センサ７０の検出結果に基づいて点火装置５０の異常診断をするように構成される。
　このように、ガスタービン１の起動中かつ燃焼器４における着火前に点火装置５０の異常診断をすることにより、ガスタービン１の起動ができなかったときにその原因を把握しやすくなる。よって、着火失敗に伴うガスタービン１の無駄な再起動の回数を効果的に低減することができる。
（ガスタービン用燃焼器の異常検知フロー）
　以下、点火装置５０を含む燃焼器４の異常検知のフローについて説明する。図５，７，８は、それぞれ、一実施形態に係るガスタービン１用燃焼器４の異常検知方法を示すフローチャートである。なお、以下において、上述の診断装置８０を含む異常検知システム１００を用いて一実施形態に係る燃焼器の異常検知方法を実行する場合について説明するが、幾つかの実施形態では、他の装置を用いて燃焼器の異常検知方法を実行してもよく、あるいは、幾つかの実施形態では、以下に説明する手順の一部又は全部を手動で行ってもよい。
　図５に示す実施形態では、センサ７０として、点火栓５２が挿入位置１０２にあるか否かのみを検出可能なセンサ、又は、点火栓５２の変位量を検出可能なセンサを用いることができる。
　図５に示す実施形態では、まず、ガスタービン１の起動中かつ燃焼器４における着火前に、制御部７８から点火栓５２の挿入指令信号が送出される。このように送出された挿入指令信号は、診断装置８０及び点火装置５０によって受け取られる（Ｓ１０２）。なお、挿入指令信号が送出される直前まで、点火栓５２は退避位置１０１に位置している。
　ステップＳ１０２で挿入指令信号を受け取ると、点火装置５０は上述したように作動して、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。点火栓５２が挿入位置１０２にあることをセンサ７０が検出すると、この検出信号が診断装置８０に送られる（Ｓ１０４）。
　挿入時間算出部８２は、ステップＳ１０２で受け取った挿入指令信号及びステップＳ１０４で受け取ったセンサ７０からの信号に基づいて、点火栓５２の挿入時間ＴＩ（図４参照）を算出する（Ｓ１０６）。
　次に、診断部８６は、ステップＳ１０６で算出された挿入時間ＴＩと閾値とを比較する（Ｓ１０８）。ステップＳ１０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ１０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定する（Ｓ１０９）。一方、ステップＳ１０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ１０８でＹｅｓ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定する（Ｓ１１０）。
　次に、出力部８８は、ステップＳ１０８～Ｓ１１０で得られた結果を出力する（Ｓ１１４）。ステップＳ１０８～Ｓ１１０で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ１１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。
　上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ１０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ１１０）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。
　なお、診断装置８０は、ステップＳ１０６で挿入時間を算出する度に、算出した挿入時間を記憶部（外部記憶装置や内部記憶装置）に蓄積してもよい。出力部８８は、記憶部に蓄積された挿入時間の経時変化を示すグラフ（図６参照）をディスプレイ等の表示部に出力するようにしてもよい。また、出力部８８は、ステップＳ１０６で算出された挿入時間とともに、ステップＳ１０８で用いる閾値ＴＩｔｈ（図６参照）を表示部に出力するようにしてもよい。なお、図６は、一実施形態にかかる出力部８８（診断装置８０）による出力結果の一例を示す図である。
　上述のように、過去に算出された挿入時間の時間変化をグラフとして表現することで、挿入実感の変化傾向を容易に把握することができる。したがって、例えば、挿入時間が閾値を超える時期を予測することができ、燃焼器４のメンテナンス等を効率的に行うことができる。
　図７に示す実施形態では、センサ７０として、点火栓５２の変位量を検出可能なセンサを用いることができる。
　図７に示す実施形態において、ステップＳ２０２では、図５に示す実施形態のステップＳ１０２と同様に、制御部７８からの挿入指令信号を診断装置８０及び点火装置５０が受け取る（Ｓ１０２）。
　ステップＳ２０２で挿入指令信号を受け取ると、点火装置５０は上述したように作動して、点火栓５２が退避位置１０１から挿入位置１０２に移動する。点火栓５２の変位量をセンサ７０が検出すると、この検出信号が診断装置８０に送られる（Ｓ２０４）。
　挿入量算出部８４は、ステップＳ２０２で受け取った挿入指令信号及びステップＳ２０４で受け取ったセンサ７０からの信号に基づいて、点火栓５２の挿入量を算出する（Ｓ２０６）。
　次に、診断部８６は、ステップＳ２０６で算出された挿入量と閾値とを比較する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０８での比較の結果、挿入量が閾値より異常であるとき（Ｓ２０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定する（Ｓ２０９）。一方、ステップＳ２０８での比較の結果、挿入量が閾値より小さいとき（Ｓ２０８でＹｅｓ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定する（Ｓ２１０）。
　次に、出力部８８は、ステップＳ２０８～Ｓ２１０で得られた結果を出力する（Ｓ２１４）。ステップＳ２０８～Ｓ２１０で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ２１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。
　上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ２０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ２１０）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。
　図８に示す実施形態は、図５に示す実施形態の変形例である。なお、一実施形態では、図７に示す実施形態の同様の変形例を行ってもよい。
　図８に示す実施形態では、まず、診断装置８０において、カウンタ（ｉ）に１を設定する（Ｓ３０１）。そして、図５に実施形態におけるステップＳ１０２～Ｓ１０６と同様の手順で、ステップＳ３０２～Ｓ３０６を行い、点火栓５２の挿入時間を算出する。
　次に、診断部８６は、ステップＳ３０６で算出された挿入時間ＴＩと閾値とを比較する（Ｓ３０８）。ステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ３０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定し（Ｓ３０９）、次のステップＳ３１４に進む。
　一方、ステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ３０８でＹｅｓかつＳ３１０でＹｅｓ）、点火装置５０に異常の可能性があると判定できる。このため、出力部８８により警報を出力するとともに（Ｓ３１６）、カウンタ（ｉ）を加算して（Ｓ３１８）、ステップＳ３０２～Ｓ３０８の手順を繰り返す。
　２回目のステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値以下であるとき（Ｓ３０８でＮｏ）、診断部８６は、点火装置５０に異常はないと判定し（Ｓ３０９）、次のステップＳ３１４に進む。一方、２回目のステップＳ３０８での比較の結果、挿入時間ＴＩが閾値より大きいとき（Ｓ３０８でＹｅｓかつＳ３１０でＮＯ）、診断部８６は、点火装置５０に異常があると判定し（Ｓ３１２）、次のステップＳ３１４に進む。
　ステップＳ３１４では、図５におけるステップＳ１１４と同様、出力部８８は、ステップＳ３０８～Ｓ３１２で得られた結果を出力する（Ｓ３１４）。ステップＳ３０８～Ｓ３１２で点火装置５０に異常があると判定されたとき、ステップＳ３１４において、出力部８８は、警報を出力してもよい。
　上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常がないと判定されたとき（ステップＳ３０９）には、ガスタービン１の起動を完了させる。一方、上述の手順を行うことにより点火装置５０に異常があると判定されたとき（ステップＳ３１２）には、ガスタービン１の起動手順を停止して、点火装置５０の点検を行い、点火装置の異常を取り除いてから、ガスタービン１の起動手順を再度開始する。
　点火栓５２が適切に動作しない場合であっても、再度同じ動作を試みることで、点火栓５２が適切に動作する場合もある。この点、図８に示す実施形態によれば、点火装置５０に異常有りと一旦判定された場合であっても、再度、センサ７０での検出結果を用いて点火装置５０の異常診断をするようにしたので、点火装置５０の異常判定に伴うガスタービンの起動停止回数又は停止時間を低減することができる。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）用の燃焼器（４）の異常検知システム（１００）は、
　ガスタービン用燃焼器の燃焼筒（４０）内の挿入位置（１０２）と、前記燃焼筒から後退した退避位置（１０１）との間で移動可能に設けられた点火栓（５２）が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサ（７０）と、
　前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置（５０）の異常診断をするように構成された診断部（８６）と、
を備える。
　上記（１）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記異常検知システムは、
　前記センサの検出結果に基づいて、前記退避位置にある前記点火栓の挿入が開始されてから前記点火栓が前記挿入位置に到達するまでの挿入時間を算出するように構成された挿入時間算出部（８４）を備え、
　前記診断部は、前記挿入時間に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。
　本発明者らの知見によれば、点火栓を含む点火装置に異常が生じたとき、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間が長くなる傾向がある。上記（２）の構成によれば、センサの検出結果に基づいて、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入時間を算出するようにしたので、算出された挿入時間に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
　前記診断部は、前記挿入時間が閾値よりも大きいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成される。
　上記（３）の構成によれば、センサの検出結果から算出される挿入時間と閾値との比較に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記異常検知システムは、
　前記センサの検出結果に基づいて、前記点火栓の挿入量を算出するように構成された挿入量算出部（８４）を備え、
　前記診断部は、前記挿入量に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。
　本発明者らの知見によれば、点火栓を含む点火装置に異常が生じたとき、点火栓の挿入開始から挿入完了までにかかる挿入量が小さくなる傾向がある。上記（４）の構成によれば、センサの検出結果に基づいて、点火栓の挿入量を算出するようにしたので、算出された挿入量に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
　前記診断部は、前記挿入量が閾値よりも小さいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成される。
　上記（５）の構成によれば、センサの検出結果から算出される挿入量と閾値との比較に基づいて、点火装置の異常を適切に検出することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
　前記センサは、前記点火栓が前記挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサである。
　上記（６）の構成によれば、点火栓が挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサを用いるようにしたので、比較的簡素な構成で、点火装置の異常診断を行うことができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
　前記センサは、前記点火栓の移動方向における前記点火栓の変位量を検出可能なセンサである。
　上記（７）の構成によれば、点火栓の変量を検出可能なセンサを用いるようにしたので、点火栓の位置を定量的に知ることができる。これにより、点火装置の状態をより詳細に把握することができ、点火装置の異常診断をより詳細に行うことができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
　前記異常検知システムは、
　前記診断部によって前記点火装置に異常があると判定されたときに警報を出力するように構成された出力部（８８）を備え、
　前記診断部は、前記警報が出力された後、再度、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。
　点火栓が適切に動作しない場合であっても、再度同じ動作を試みることで、点火栓が適切に動作する場合もある。上記（８）の構成によれば、点火装置に異常有りと一旦判定された場合であっても、再度、センサでの検出結果を用いて点火装置の異常診断をするようにしたので、点火装置の異常判定に伴うガスタービンの起動停止回数又は停止時間を低減することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
　前記診断部は、前記燃焼器を含むガスタービンの起動中、かつ、前記燃焼器における着火前に、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成される。
　上記（９）の構成によれば、ガスタービンの起動中かつ燃焼器における着火前に点火装置の異常診断をするようにしたので、ガスタービンの起動ができなかったときにその原因を把握しやすくなる。よって、着火失敗に伴うガスタービンの無駄な再起動の回数を低減することができる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用の燃焼器（４）は、
　燃料を噴出するための燃料ノズル（３２，３６）と、
　前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓（５２）を含む点火装置（５０）と、
　前記点火装置の異常診断をするように構成された上記（１）乃至（９）の何れか一項に記載の異常検知システム（１００）と、
を備える。
　上記（１０）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（１）は、
　上記（１０）に記載の燃焼器（４）と、
　前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、
を備える。
　上記（１１）の構成によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かをセンサにより検出可能であるので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。
（１２）本発明の少なくとも一実施形態にかかるガスタービン用燃焼器の異常検知方法は、
　ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップ（Ｓ１０４，Ｓ２０４，Ｓ３０４）と、
　前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップ（Ｓ１０８～Ｓ１１０，Ｓ２０８～Ｓ２１０，Ｓ３０８～Ｓ３１２）と、
を備える。
　上記（１２）の方法によれば、点火栓が燃焼筒内の挿入位置にあるか否かを検出するようにしたので、検出結果に基づき、点火装置の異常診断を適切に行うことができる。したがって、仮に点火装置の異常が検知された場合であっても、ガスタービンの起動中又は起動前に対処することが可能となり、ガスタービンの速やかな起動が可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１　　　　ガスタービン
２　　　　圧縮機
４　　　　燃焼器
６　　　　タービン
８　　　　ロータ
１０　　　圧縮機車室
１２　　　空気取入口
１６　　　静翼
１８　　　動翼
２０　　　ケーシング
２２　　　タービン車室
２４　　　静翼
２６　　　動翼
２８　　　燃焼ガス通路
３０　　　排気室
３２　　　第１ノズル
３４　　　スワラ
３６　　　第２ノズル
３８　　　スワラ
４０　　　燃焼筒
５０　　　点火装置
５２　　　点火栓
５２ａ　　先端部
５３　　　駆動部
５４　　　ピストン
５６　　　ロッド
５８　　　シリンダ
５９　　　付勢部材
６０　　　第１室
６２　　　第２室
６６　　　取付部
６８　　　可動部
７０　　　センサ
７２　　　空気源
７４　　　空気ライン
７６　　　空気バルブ
７８　　　制御部
８０　　　診断装置
８２　　　挿入時間算出部
８４　　　挿入量算出部
８６　　　診断部
８８　　　出力部
１００　　異常検知システム
１０１　　退避位置
１０２　　挿入位置
Ｃ　　　　ロータ軸線

Claims (12)

  1. 　ガスタービン用の燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出するためのセンサと、
    　前記センサの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするように構成された診断部と、
    を備えるガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  2. 　前記センサの検出結果に基づいて、前記退避位置にある前記点火栓の挿入が開始されてから前記点火栓が前記挿入位置に到達するまでの挿入時間を算出するように構成された挿入時間算出部を備え、
    　前記診断部は、前記挿入時間に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
    請求項１に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  3. 　前記診断部は、前記挿入時間が閾値よりも大きいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成された
    請求項２に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  4. 　前記センサの検出結果に基づいて、前記点火栓の挿入量を算出するように構成された挿入量算出部を備え、
    　前記診断部は、前記挿入量に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
    請求項１に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  5. 　前記診断部は、前記挿入量が閾値よりも小さいときに、前記点火装置に異常があると判定するように構成された
    請求項４に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  6. 　前記センサは、前記点火栓が前記挿入位置にあるか否かのみを検出可能なセンサである
    請求項１乃至３の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  7. 　前記センサは、前記点火栓の移動方向における前記点火栓の変位量を検出可能なセンサである
    請求項１乃至６の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  8. 　前記診断部によって前記点火装置に異常があると判定されたときに警報を出力するように構成された出力部を備え、
    　前記診断部は、前記警報が出力された後、再度、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
    請求項１乃至７の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  9. 　前記診断部は、前記燃焼器を含むガスタービンの起動中、かつ、前記燃焼器における着火前に、前記センサの検出結果に基づいて前記点火装置の異常診断をするように構成された
    請求項１乃至８の何れか一項に記載のガスタービン用燃焼器の異常検知システム。
  10. 　燃料を噴出するための燃料ノズルと、
    　前記燃料ノズルから噴出される燃料に点火するように構成された点火栓を含む点火装置と、
    　前記点火装置の異常診断をするように構成された請求項１乃至９の何れか一項に記載の異常検知システムと、
    を備えるガスタービン用の燃焼器。
  11. 　請求項１０に記載の燃焼器と、
    　前記燃焼器で生成される燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
    を備えるガスタービン。
  12. 　ガスタービン用燃焼器の燃焼筒内の挿入位置と、前記燃焼筒から後退した退避位置との間で移動可能に設けられた点火栓が前記挿入位置にあるか否かを検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップでの検出結果に基づいて前記点火栓を含む点火装置の異常診断をするステップと、
    を備えるガスタービン用燃焼器の異常検知方法。
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