JPS6048620B2

JPS6048620B2 - ガスタ−ビン制御装置

Info

Publication number: JPS6048620B2
Application number: JP12457378A
Authority: JP
Inventors: 則夫清水; 進増沢; 義彦戸田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-10-12
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1985-10-28
Also published as: JPS5551925A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービンの制御装置に係り、特に着火失
敗時又はガスタービントリップ時における燃焼器のエア
パージ制御を行なうガスタービン制御装置に関する。

一般にガスタービン発電設備は、第１図に示すように
なつている。

すなわちガスタービン１１は空気圧縮機１２および発電
機１３と同一軸で連結され、さらにクラッチ１４を介し
て始動機１５が連結される。そしてガスタービン１１と
空気圧縮機１２とは、燃焼器１６内に格納される。ガス
タービン１１の始動は、クラッチ１４にて発電機１３と
始動機１５とを接続し、始動機１５を起動することによ
つてなされる。すなわち始動機１５が起動されると、そ
れに連結された空気圧縮機１２が回転し、外気Ｐを加圧
、圧縮して、圧縮空気Ｐ、として燃焼器１６内に送り込
む。以下、第１図および第２図を参照しながら、ガス
タービン１１の始動特性を説明する。

ガスタービン１１の回転数Ｎが第２図に示すようにある
回転数ＡＣｒμｍ〕に達すると、燃焼器１６内のガス点
火のための口火が点火される（時刻を、）。そして回転
数Ｎがさらに上昇し予め定められた回転数ＢＣｒμｍ〕
に達すると、燃料Ｑが燃焼器１６内に噴射される（時亥
■。）。この燃料Ｑと圧縮空気Ｐ、との混合気体は口火
により、着火される。燃焼器１６内に発生した高温高圧
の燃焼ガスＰｏはタービン１１に導入され、そのエネル
ギーはタービン１１の回転エネルギに変換される。そし
てガスＰｏは排気路へ排気Ｐ。として放出される。燃焼
器１６内に噴射される燃料Ｑが増加されると、燃焼ガス
Ｐ２中のエネルギーは増大するので、ある回転数Ｃ〔Ｒ
ｐｍ〕に達すると、ガスタービン１１自身で空気圧縮機
１２を駆動できるようになる。この時点ちになると、始
動機１５は不要となるので、クラッチ１４が切られ、ガ
スタービン１１は自刃で定格速度ＦＣｒｐｍ〕に達する
（時刻Ｔａ）ここで上述の回転数Ａ，Ｂ，Ｃを以下Ａ：
点火回転数、Ｂ：着火回転数、Ｃ：基準回転数と呼ぶこ
とにする。以上はガスタービンの起動が順調に作動した
場合であるが、実際には、着火時における着火タイミン
グのずれなどにより圧縮空気量Ｐ，と、燃料量Ｑとの比
が設定どおりとならない場合がある。このような場合に
は、着火失敗となるケースが多い。もし着火失敗となつ
た場合、ガスタービン１１は自刃で回転上昇できなくな
る。また未燃焼の燃料Ｑが燃焼器１６内や、タービン１
１内に流入し、排気路にも流れ出し、きわめて危険な状
態となる。このため燃焼器１６には燃焼中に発生する赤
外線や紫外線を惑知する火災検知器１７を取付け、燃料
が燃焼しているか否かを常に監視している。ガスタービ
ン１１の始動時着火失敗を判断するのは、クラッチ１４
が切られる基準回転数Ｃ〔Ｒｐｍ〕より低い回転数着火
確認回転数Ｄ〔Ｒｐｍ〕においてであるが、その時点Ｔ
，で火災検知器１７が動作しないときは、直ちにガスタ
ーピントリツブ即ち、燃料しや断弁１８を全閉し、始動
機１５も停止させる。ガスタービン１１がトリップする
のは、着火失敗時はかりでなく、潤滑油圧低下や、振動
過大などの原因でトリップすることもある。ガスターピ
ントリツプ時は、前述の如く燃料Ｑがしや断され、始動
機１５が運転されていれは始動機１５も停止され、ガス
タービン１１を回転持続させる一．切のエネルギー源
が断たれる。したがつて、空気圧縮機１２は、慣性エネ
ルギーのみにより、燃焼器１６内に送風することになる
。第２図はガスタービンの回転速度変化を示した特性図
である。

特性曲線（１）はガスタービン２１の．起動が順調に行
なわれた場合の特性曲線であり、特性曲線（２）は何ら
かの原因でガスタービン１１がトリップした場合の特性
曲線である。特性曲線（２）に示すようにガスタービン
の回転数ＮがＥ〔Ｒｐｍ〕に達したとき（時刻Ｔ，）、
何らかの原因でトリップすると、ガスタービン１１はそ
の慣性エネルギが消滅するまで、減速される。

このとき空気圧縮機１２が送風する空気量は、回転速度
Ｎと時間ｔとによつてきまる関数であるから、特性曲線
（２）のイ，口，ハによつて囲まれる面積に比例してい
る。このイ，口，ハによつて囲まれる面積に対応した空
気量が、完全にエアパージするのに最低必要であるとす
ると、ガスタービン１１がエアパージ回転数ＥＣｒｐｍ
〕以下でトリップした場合、充分なエアパージは行なわ
れないことになる。このような場合、エアパージを行な
うには、クラッチ１４をつなぎ、始動機１５を運転し、
空気圧縮機１２を駆動しなければならない、この場合、
ガスタービンの回転数が点火回転数Ａ〔Ｒｐｍ〕になつ
ても点火させず、また着火回転数ＢＣｒｐｍ〕になつて
も燃料を燃焼器１６内に噴射させないように手動にて運
転する。

回転速度がエアパージ回転数ＥＣｒｐｍ〕に達したとこ
ろでクラッチ１４を切り、始動機１５を停止させエアパ
ージを完了させる。そしてエアパージ完了後、通常の始
動操作を行ないガスタービン１１を再始動させる。もし
ここで、ガスターピントリツプ後、充分なエアパージを
行なわずに再始動させた場合には、再始動における点火
時に、燃焼器１６内に残留した未燃焼の燃料Ｑに引火す
るおそれがある。

そして、最悪の場合には爆発を引き起こし、燃焼器１６
やタービン１１が破壊されるなど非常に危険である。従
つて、これを防止するため、エアパージが必要な場合に
は、運転員に警報を出し、エアパージ完了後でなければ
、再始動できないようにすれば装置に対する安全性が非
常に増大する。

又、エアパージ運転時、自動的に燃料しや断弁を閉じ、
点火装置をロックできれば、運転員の負担も軽減する。
本発明の目的は、以上のことより、ガスターピントリツ
プ時、エアパージが必要か否かを判断し、必要な場合は
警報を発すると共に、エアパージ完了まで次の始動を阻
止するようにしたガスタービンの制御装置を提供するこ
とにある。

以下、第３図を参照しながら、本発明の一実施例を説明
する。

第３図は本発明のガスタービン制御装置のエアパージ制
御回路である。接点１はガスタービンの回転数Ｎが着火
回転数ＢＣｒｐｍ〕以上で閉するリミットスイッチ、接
点２はガスタービンの回転数がエアパージ回転数ＥＣｒ
ｐｍ〕以一ヒで関するリミットスイッチ、接点３は火災
検知器１７が着火を確認したとき関するリミットスイッ
チ、接点４はタービンがトリップしたとき閉する接点で
ある。またリレー５はエアパージのための運転が必要で
あるとき動作するエアパージリレー、リレー６はリレー
５の動作に応じて燃料しや断弁１８に閉指令を出す燃料
しや断リレー、リレー７は点火装置を動作させる点火リ
レーである。また接点８は回転数がエアパージ回転数Ｅ
〔Ｒｐｍ〕以上で閉するリミットスイッチ、接点９は回
転速度雰にて閉するリミットスイッチ、リレー１０はエ
アパージの完了を判断するエアパージ完了リレーである
。

またリレー２０はエアパージ開始リレーである。エアパ
ージが必要か否かは次の様にして判断される。

即ちガスタービン１１の回転速度が。着火の為燃焼器１
６内に燃料を噴射する回転数Ｂ〔Ｒｐｍ〕以上であり、
かつエアパージを必要としない回転数ＥＣｒｐｍ〕より
も以下の回転数の範囲でガスタービン１１が運転されて
おり、さらにガスタービン１１が火災検知器１７に依り
着火確認が出来なかつたとき、或いは振動などの機械的
非常停止条件でガスタービン１１がトリップしたとき、
これらのときにエアパージ必要有りと判断する。第２図
においてガスタービンの回転数Ｎが着火回転数ＢＣｒｐ
ｍ〕に達している事て接点１は閉する。

またエアパージが不要となる回転数Ｅ〔Ｒｐｍ〕にガス
タービンの回転数Ｎが達していないと、接点２は閉であ
る。

この状態で着火が失敗したとすると、接点３は閉するの
で、リレー５が動作する。またガスタービンに振動など
が発生したとすると、この場合にも接点４が閉するので
、リレー５が動作したガスタービンを非常停止させる。
この時リレー５は励磁され、リレー５の接点５ａに依り
自己保持すると共にリレー５の接点５ｂにより「エアパ
ージ運転要」の警報を出す。また、リレー５の接点５ｃ
によりリレー６を励磁し、リレー６の接点６ａにより燃
料しや断弁１８に閉指令を出す。リレー５の接点５ｄは
このとき開となるため、点火指令接点２１が閉じても、
点火指令を与えるリレー７は励磁されない。つまり、リ
レー７の接点７ａは閉せず点火装置の動作はロックされ
る。「エアーパージ運転要」の状態発生で、前述の如く
、エアパージ運転を行ない、始動機の回転速度がＥＣｒ
ｐｍ〕以上に達すると、接点８が閉じ、リレー２０が励
磁される。

これによつてエアパージの開始となり、リレー２０の接
点２０ａは、それを自己保持する。このときガスタービ
ンの回転速度は雰ではないから接点９は関しているので
、リレー１０は励磁されない。始動機１５はエアパージ
運転時、回転数がＥＣｒｐｍ〕に達すると停止し、クラ
ッチ１４も切られる。しカル慣性エネルギが残り回転を
続けるが、駆動源がなくなるため、ガスタービンは徐々
に減速する。つまり空気圧縮機１２により、エアパージ
を続行しながら、回転速度雰となる。回転速度が雰とな
ると接点９が閉し、リレー１０が励磁される。すなわち
リレー１０の接点１０ａが関することによりリレー５の
自己保持を解除する。従つてエアパージが完全に終了す
るまてリレー５は励磁され続ける。つまりリレー５の接
点５ｂにより警報を出し、リレー５の接点５ｃによりリ
レー６を励磁し、リレー６の接点６ａにより燃料しや断
弁１８に閉指令を出し続けると共に、点火装置をロック
する動作を続ける。エアパージが完了し、再始動すると
きは、エアパージ完了によりリレー５は無励磁となり、
接点５ｄは閉しているから、点火指令接点２１があると
リレー７が動作し、リレー７の接点７ａにより点火され
ると共に、リレー７の接点７ｂが関しリレー２０の自己
保持が解除され、第３図の回路は全てが初期状態となる
。

以上述べた如く、本発明によれば、ガスターピントリツ
プ時或は着火失敗時にエアパージ運転が必要か否かを判
断する機能を持つと共に、エアパージ運転が完全に行な
われたことを判断する機能を持ち、エアパージ運転が必
要な間は警報を発すると共に、エアパージ運転に際して
は、燃料しや断弁を閉し、点火装置もロックし、エアパ
ージが完了したと判断されるまでもその状態を継続でき
るからガスタービンにとつて非常に安全性を増すことの
できる制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービン発電機の構成を示す図、第２図は
ガスタービンの回転数変化を示特性図、第３図は本発明
の一実施例を示す回である。１１・・・ガスタービン、１２・・・空気圧縮機、１３
・・・発電機、１４・・・クラッチ、１５・・・始動機
、１６・・・燃焼器、１７・・・火災検知器、１８・・
・燃料しや断５弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１ガスタービンと、これに同一軸に直結され圧縮空気
を供給する空気圧縮機と、この空気圧縮機と前記ガスタ
ービンとを収納し内部で燃料を燃焼させる燃焼器と、こ
の燃焼器の外部に配置され前記空気圧縮機と直結された
発電機と、この発電機とクラッチを介して連結され前記
ガスタービンが基準回転数になるまで駆動力を与える始
動機とを具備したガスタービン発電設備の起動制御を行
なうものにおいて、前記ガスタービンの回転数が着火回
転数をこえエアパージ回転数未満の範囲にあるときにガ
スタービントリップあるいは着火失敗があると動作しエ
アパージ運転になつたことを検知するエアパージリレー
と、このエアパージリレーが動作したとき前記燃焼器に
供給する燃料をしや断する燃料しや断リレーと、前記ガ
スタービンの回転数が前記エアパージ回転数をこえたと
き前記クラッチを切り前記始動機の駆動力が前記ガスタ
ービンに伝達されないようにするエアパージ開始リレー
と、前記ガスタービンの回転数がほぼ雰になつたとき前
記エアパージ運転の完了を検出するエアパージ完了リレ
ーとからなるエアパージ制御回路を備えてなるガスター
ビン制御装置。