JPS5948297B2 - ガスタ−ビンの吸気温度補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンプレッサの吸気温度が変化しでも、定常運
転時の燃費を低く維指することのできるガスタービンの
吸気温度補正装置に係る。

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（ａ）、 （ｂ）に示すように構成されている。

図においで、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７′クセルペダル、１３は
ガスゼネタービン目標回転数の設定器、１４はガスゼネ
タービン回転数検出器、１５はパワータービン回転数検
出器、１６はガスゼネ人口温度検出器、１乙 １８はコ
ンバータ、１９は燃料バリアプルベーン制御装置を示し
、記号についでは後述する。

この制御装置１９は、車両用ガスタービン向きとしで次
カ機能を具備している。

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

（ロ）急減速性能を向−トさせる。

（ハ）過大な燃料投入による、材料のオーバヒートの防
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
ピードを防止する。

上記（イ）、（ロ）、（ハ）の機能をすべて満たす制御
装置の一例を第２図ａ、 ｂに示す。

図において、１より１８の部分、符号は第１図ａ。

ｂと共通である。

２０．２３．３２．３８．４１．４４は比較器、２９．
３５．３９は加算器、２１はガスゼネ回転数ガバナ、２
２はパワータービンの目標回転数設定器、２４はパワー
タービンのオーバスピードプロテクタ、２５は関数発生
器（定常運転時燃料計画線）、２６は同じく関数発生器
（加速時最大燃料線）、２７は同じく関数発生器（定常
運転時ガスゼロ入口温度計算線）、２８はガスゼネ入口
温度余裕量設定器、３０は温度プロテクタ、３１は位相
進み補償回路、３３はＰ動作調節器、３４は最小値選択
回路、３６は吹き消え防止燃料流量設定器、３７は最大
値選択回路、４０はＰＩ動作調節器、４２は急加減速時
バリアプルベーン開度開度調節器、４３は比例ゲイン設
定器、４５はバリアプルベーン開度判定器で、ａは大気
、−ｅは排気である。

第１図ａ、 ｂおよび第２図ａ、 ｂの中で用いた
記号の意味を次に記す。

Ｎ６＊：定常運転時ガスゼネ回転数目標値、Ｎ６Ｄ：設
計点におけるガスゼネ回転数、Ｎ６：ガスゼネ回転数測
定値、 Ｎ−：定常運転時パワータービン回転数目標値（オーバ
スピード防止）、 ＮＰ、：設計点におけるパワータービン回転数、Ｎ、：
パワータービン回転数測定値、 Ｔ７＊：定常運転時ガスゼロ入口温度計算線、Ｔ７：ガ
スゼネ入口温度、 Ｔ７：ガスゼネ人口温度測定値、 Ｔ７ＭＯＤ ：位相進み補償後のガスゼロ入口温度計
算線、 Ｔ７ｍａＸ ：タービン材料の耐久限界温度、ΔＴ
：ガスゼロ入口温度計算線、 Ｇｆ５：定常運転時燃料計画流量、 ΔＧｒｍａｘ ：燃料流量変化分の最大値（オーバヒー
トサージングの防止） Ｇｆｍｉｎ ：急減速時の吹き消え防止のための燃料
流量、 Ｇ、 ：！科流量、 ■６：バリアブルベーン開度（設計点基準）ｖｃｍａｘ
：バリアプルベーン開度上限値、ｖｃｍ＋ｎ ：
バリアプルベーン開度下限値、■□ ：定常運転時バ
リアプルベーン開度、■Ｎ：急加減速時バリアプルベー
ン開度、Δ ：急加減速判定基準、 上記（イ）、（ロ）、（ハ）の機能をすへて満たすちめ
、燃料流量は第２図（ｂ）に示したＧ、５線をはさむ最
大燃料線（急加速時のオーバヒートサージング防止）Ｇ
ｆｍａＸ線と最小燃料線（急減速時の吹き消え防止）Ｇ
ｆｍｉｎ線の範囲において、設計点基準にして、α％の
ドループで比例制御される。

なお、最大燃料線ＧｒｍａＸ線は、急加速時におけるオ
ーバヒートあるいはサージング防止を意図し、最小燃料
線Ｇｆｍｉｎ線は急減速時の吹き消え防止のための空燃
費維持を意図して設定した線である。

急加減速時には、急加減速性能向上のため、調節器４２
は、急加減速の程度に応じてバリアプルベーン９を急開
閉する。

このとき、調節器４２の不感帯（±Δ）、比例調節部の
ゲイン、上下限値、比例ゲイン設定器４３は適当な値ち
設定するものとする。

また、ＰＩ調節器４０は、定常運転時のガスゼロ入口温
度計算線に設けたものである。

加算器３９とバリアプルベーン開度判定器４５より構成
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ＶＧを上限値■Ｇｍａｘと下限値■Ｇｍ１ｏの範囲
内に押さえるたべのリミッタ機能をもつ。

オーバヒート防止については、ガスゼネ回転数Ｎ６によ
り定まる定常運転時力゛スゼネ入口温度目標値Ｔ７′に
さらに余裕分ΔＴを上積みした後の上限を材料の耐久限
界温度Ｔ７ｍａＸで切り、ガスゼネ人口温度Ｔ７の測定
値Ｔ７ｍＯＤ（位相進み補償した結果）がこの設定線を
越える量に比例して燃料流量を減少させることで行う。

Ｔ７＊線は、定常運転時、コンプレッサマツプ上で動作
点が効率最大線上にのるように決められたガスゼロ入口
温度計算線である。

なお、コンバータ１乙１８はそれそ゛れ、制（卸装置内
の信号を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。

上記した構成、作用による従来の制御装置は、ガスゼネ
タービン２の入口温度の計画線Ｔ７″を第２図（ａ）の
関数発生器２７に示すように、ガスゼネタービン２の実
回転数ＮＧ（−Ｎ。

）の関数として設定した場合、コンプレッサ１の吸気温
度ＴＩの変化によりコンプレッサマツプ−Ｌでの定常作
動線は、コンプレッサ１の効率最大線からずれてしまう
ことになる。

吸気温度Ｔ１ が常に設定値Ｔｏｏ （例えば、＋１
５℃）ならば、人口温度計画線のＴ７”線を実回転数Ｎ
６の関数としで設定しても、コンプレッサマツプ川−の
定常作動線は、第３図のＡ線（基準作動線、ＴＩ Ｔ
ＩＤ） となり、これはコンプレッサの効率最大線と
一致する。

いま、コンプレッサ１の吸気温度Ｔ１ が設定値で、動
作点がコンプレッサマツプ（第３図）上で、８点にある
とする。

ここで、ガスゼネ回転数Ｎ６（＝ＮＣ）が一定で、吸気
温度Ｔ１ が設定値Ｔ１１）より下がったとする。

コンプレッサ１の修正流量比伝修正回転数比又は、それ
ぞれ、 で表される。

（２）式より、ＴＩ＜ＴｌＤとすれば、禰は増加する。

その結果、第３図Ｓ点にあった動作点は、ＳＢ 点に
移ってしまい、定常作動線は、Ｂ線に変わる。

同様に、吸気温度Ｔ１ が設計値Ｔ１Ｄより上昇したと
すると、（２）式より（は減少し、動作点は第３図の８
点から８６点に移るとともに、定常作動線はＣ線に変わ
る。

したがって、吸気温度Ｔ１ が設計値Ｔ１Ｄから七がっ
ても、下がっても定常作動線は、コンプレッサ１の効率
最大線（第３図のＡ線）からずれるため、ガスタービン
の定常燃費は悪くなる欠点がある。

第３図においで、修正流量比酊についてはサフィックス
のＤは、設計点における値を示す。

また、作動線Ａは、コンプレッサの効率最大線に一致さ
せる。

本発明は上記従来の熱交換器付、二軸ガスタービン制御
装置の欠点を解消することを目的とししてなされたもの
で、コンプレッサの吸気温度が設計値から変化しでも、
コンプレッサマツプ上の定常作動線がコンプレッサの効
率最大線に一致するように、吸気温度変化に対する補正
をし、定常運転時の燃費をできるだけ低く維持する必要
があるので、ガスゼネ入口温度の計画線Ｔ７＊を実回転
数Ｎ６の関数として設定していたのを、コンプレッサ吸
気温度の設定値からの偏差（ＴＩ−ＴｌＤ）の連続関数
としで、ガスゼネ回転数の修正量Ｎ６Ｎを発生させる修
正信号発生器５４（第５図）を設け、この修正量Ｎ６ｏ
と実回転数Ｎ、の加算結果Ｎ、′の関数としで、ガスゼ
ネ人口温度の計画値Ｔ７″を発生ずる関数発生器５６を
設けたことを特徴とする。

ここで、修正信号発生器５４の人出力関係の定義のし方
を説明する。

（２）式よりとなり、Ｎ、 −−一定の条件下ではＮ−
■右であるコトから、コンプレッサ吸気温度の変化Ｔ、
−Ｔ、。

に対する回転数の変化ΔＮｏは ΔＮｏＣｃ、ｌ”ｉ −Ｔ１゜ である。

この点を利用し、修正量Ｎ６ｏをＮｃｏ＝に＋Ｊ竹ＴＩ
Ｄ として与える。

但し、Ｋ１は設計条件に応じて適当に定めるものとする
。

なお、上記関数発生器５６の人出力関係には、設計点に
おける、ガスゼネ回転数Ｎ６ とガス七本人口温度計
画値′Ｆ７＊を使用する。

以下本発明の吸気温度補正装置の具体例について添付図
面を参照して詳細に説明する。

本発明の構成を第４図ａ、 ｂおよび第５図に示す。

第４図ａは第４図すの補正装置とガスタービン本体との
関連を示すもので、コンプレッサ１の人口側に吸気温度
センサ５１を設け、このセンサ５１の出力を、制御装置
１９の人力として用いている点が第１図ａ、ｂと異なる
。

本発明は第２図ａの関数発生器２７を第５図に示す回路
に置き換え、吸気温度によらず、定常運転時の燃費を低
く維持することを図るものである。

第４図糺 ｂおよび第５図の各要素部分の名称を次に記
す。

但し、要素部分１〜２６および２８〜４５は第１図ａ、
ｂ、第２図ａ、 ｂと共通なので省略する。

５１はコンプレッサ入口温度検出器、５２は基準コンプ
レッサ人口温度設定器、５３は比較器、５４はガスゼネ
回転数修正信号発生器、５５は加算器、５６は関数発生
器（定常運転時ガスゼネ入［］温度計画線）である。

次に第４図ａ、 ｂおよび第５図の中で用いた記号の
意味を以下に記す。

Ｔ１：コンプレッサ入口温度、 Ｔ１：コンプレッサ入口温度測定値、 Ｔ、Ｄ：基準コンプレッサ入口温度、 Ｎ６Ｃ：ガスゼネ回転数修正信号、 Ｎ６］ ：修正ガスゼネ回転数、 次に本発明のガスタービンの吸気温度制御装置の作用に
ついて説明す。

温度検出器５１で検知されたコンプレッサ１の入口温度
Ｔ１ は、比較器５３に導かれ、基準温度設定器５２の
出力Ｔ１Ｄと比較され、偏差信号τ１−Ｔ１Ｄを修正信
号発生器５４に送出する。

修正信号発生器５４は、吸気温度の偏差ＴＩ ＴＩＤ
の大きさに応じて、ガスゼイ・回転数の修正信号Ｎ６ｏ
を発生し、加算器５５に送出する。

修正信号発生器５４はＴ１〉ＴｌＤのときはＮ６ｏ＞
０１ＴＩＤ＜ＴｌＤのときはＮ、、 ＜ ０、Ｔ１−Ｔ
ｌｏのときはＮ６ｏ＝０となる信号を出力するものとす
る。

加算器５５は、ガスゼネ回転数検出器１４の出力Ｎ６と
修正信号発生器５４の出力Ｎ６Ｃを加算し、修正ガスゼ
ネ回転数Ｎ６Ｉとして、関数発生器５６に信号Ｎ６′を
送出する。

関数発生器５６は、入力信号Ｎ６′に応じで、ガスゼネ
入口温度の計画値Ｔ７＊を出力する。

結局、このガスゼネ入口温度計画値Ｔ７＊は第６図に示
すように同一のガスゼネ回転数Ｎ６に対して、吸気温度
の低い時は８１点、吸気温度の高い場合には８２点の値
をとる。

吸気温度Ｔ１ が基準温度Ｔ１Ｄより低い場合、上述の
ように、Ｎ６ｏ＜ Ｏゆえ、Ｎ６’＜Ｎ６どなる。

すると、ガスゼネ入口温度計画値Ｔ７＊は、第６図に示
すように、Ｓ点から８１点に移り、計画値Ｔ７＊の値は
減少させられる。

このため、比較器３８、加算器３９、ＰＩ動作調節器４
０、比較器４４およびバリアプルベーン開度判定器４５
よりなるバリアプルベーン制御回路では、ガスゼネ入口
温度Ｔ７ を下げるよう、バリアプルベーン９を開く信
号を発生する。

バリアプルベーン９が開かれることにより、コンプレッ
サ１の圧縮比Ｗ、が小さくなる。

この結果、コンプレッサ人口温度検出器５１、基準コン
プレッサ入口温度設定器５２、比較器５３、ガスゼネ回
転数修正信号発生器５４および加算器５５から成る吸気
温度補正回路を設けなかった場合、第３図のＳＢ点にあ
った動作点が、修正回転数比Ｎ、−一定の線上を修正流
量北回−が増加する方向に移動する。

いま、修正信号発生器５４の入出力関係を適当に定めれ
ば、動作点をコンプレッサの効率最大線上のＳＢ′点に
移動させることができる。

なお、参考に記すと、第６図にお・けるＳ点は第３図の
Ｓ点に対応し、８１点は第３図のＳＢ′点に対応し、８
２点は第３図のＳ。

′点に対応する。上記と逆に、吸気温度Ｔ１ が基準温
度Ｔ１Ｄより高い場合には、ガスゼネ入口温度計画値Ｔ
７＊は、第６図でＳ点から８２点に移るため、比較器３
８、加算器３９、ＰＩ動作調節器４０、比較器４４およ
びバリアプルベーン開度判定器４５よりなるバリアプル
ベーン制御回路ではガスゼネ入口温度Ｔ７ を引き上げ
るよう、バリアプルベーン９を閉じる信号を発生する。

上記バリアプルベーン９を閉じることにより、コンプレ
ッサ１の圧縮比脣が大きくなる。

この結果、吸気温度補正を行わない場合、第３図のＳ。

点にあった動作点が、修正回転数比Ｎ、 −−一定の線
上を修正流量比亜が減少する方向に移動するので、動作
点をコンプレッサ１の効率最大線上のＳ ６１点に一致
させることができる。

本発明のガスタービンの吸気温度補正装置によると、コ
ンプレッサ入口温度を検出し、これを基準温度と比較し
、基準温度より低い場合には、修正ガスゼネ回転数Ｎ６
′を実回転数Ｎ。

より小さくし、基準温度より高い場合には、修正ガスゼ
ネ回転数Ｎ６′を実回転数Ｎ６より大きくし、ガスゼネ
人口温度の計画値Ｔ７＊を修正することにより、コンプ
レッサマツプ上の定常作動線を効率最大線に一致させる
ことができる。

この結果、吸気温度が変化しても定常運転時の燃費を低
く維持することができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の熱交換器付二軸ガスタービンの回路図
、第１図すはその制御装置の回路図、第２図ａは従来の
制御装置の一例を示す回路図、第２図すは従来の最大燃
料線と最小燃料線の範囲を示す図表、第３図は従来のコ
ンプレッサの吸気温度の変化によりコンプレッサマツプ
上での定常作動線が変化することを示す図表、第４図ａ
は本発明のガスタービンの吸気温度補正装置とガスター
ビン本体との関連を示す回路図、第４図すは本発明の補
正装置の向路図、第５図は第２図ａの関数発生器を置換
えガスゼネ入口温度の計画値を出力する本発明の回路図
、第６図は計画値が同一ガスゼネ回転数に対して吸気温
度の高低の場合にとる値を示す図表である。 １・・・・・・コンプレッサ、２・・・・・・ガスゼネ
タ・−ビン、３・・・・・・パワータービン、４・・・
・・・熱交換器、５・・・・・・燃焼器、６・・・・・
・燃料調整弁、７・・・・・・燃料調整弁駆動機構、８
・・・・・・燃料ポンプ、９・・・・・・バリアプルベ
ーン、１０・・・・・・バリアプルベーン駆動機構、１
１・・・・・・負荷、１２・・・・・・アクセルペダル
、１４・・・・・・ガスゼネタービン回転数検出器、１
５・・・・・・パワータービン回転数検出器、１６・・
・・・・ガスゼネ人［」温度検出器、１乙１８・・・・
・・コンバータ、２８・・・・・・ガスゼネ人口温度余
裕量設定器、２９．５５・・・・・・加算器、３８．５
３・・・・・・比較器、５１・・・・・・コンプレッサ
入口温度検出器、５２・・・・・・基準コンプレッサ入
口温度設定器、５４・・・・・・ガスゼネ回転数修正信
号発生器、５６・・・・・・関数発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンプレッサの効率最大線上で定常時の運転を行え
   るようにガスゼネタービン回転数の関数としで設定した
   ガスゼネタービン入口温度計画線にしたがって制御を行
   う一二軸ガスタービンにお・いて、コンプレッサの入口
   温度を検出し、基準入口温度と比較し、温度偏差を求め
   る回路と、該温度偏差の正負も・よび大小に応じてガス
   ゼネタービン回転数の修正量を連続的に求める回路と、
   この回路の出力とガスゼネタービンの実同転数を加算し
   、修正ガス七不回転数を求める回路とよりなり、該修正
   ガス七不回転数をガスゼネ、タービン人口温度の計画値
   を与える関数発生器の人力信号として与え。 コンプレッサの吸気温度変化を補正することにより、コ
   ンプレ・ツザの効率最大線上で定常時の運転が維持され
   ることを特徴とするガスタービンの吸気温度補正装置。