JP4361582B2 - ガスタービンの性能診断方法及び性能診断システム - Google Patents
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Description
(従来方式の分析とモデル立案)
本発明と対比するため、はじめに、従来行ってきたガスタービン性能診断システムについて説明する。
式(1)の右辺の圧縮機効率とタービン効率は、熱力学的には各出入口の温度と圧力から計算できるが、単純化して出口温度を省略し、またタービンの圧力比は圧縮機の圧力比で代用し、式(2)、式(3)の関係を仮定した。ここで、Tciは吸気温度、Ttiはタービン入口温度、Φcは圧縮機圧力比を示す。
ηt = f(Tti, Φc) …式(3)
式(3)の右辺のタービン入口温度Ttiは、熱収支から式(4)のように考えた。ここでTcdは圧縮機出口温度を示す。
式(4)の右辺の圧縮機出口温度Tcdは、熱力学的に式(5)のように示される。
以上の式(1)〜式(5)の関係を整理して、式(6)を得た。
このようにして、入出熱収支の偏差に支配的に影響する重要因子として、大きくは吸気温度と、圧縮機圧力比、燃料熱量の3つを摘出した。
γ = f(Tci,Φc,Gf)
= (a1×Tci + a2×Φc + a3×Gf)+b …式(8)
ここで、Gfは燃料流量、Gf_corは補正された燃料流量、γは補正係数、ai(i=1,2,3)は係数、bは定数項を示す。
(発明システムの構成)
図1に以上の分析に基づく本発明のガスタービン診断システム4の構成図を示す。本システムは、従来方式の図6の構成要素に加え、性能計算用に入力する実機計測値情報のうち燃料流量の値を前述の式(7)、式(8)の関係によって補正する補正回路6と、該補正回路6の内容を設定する補正関数設定回路12を備えている。
(補正関数設定回路の処理フロー)
補正関数設定回路12の実行内容を詳しく説明するために、図3にその処理フローを示す。処理フローは、大きく分けて、前記複数データセット20の各々のデータセットに対して、性能計算による発電出力と排気温度の計算値が実測値に対して有する偏差が、予め定めた許容基準内になるような燃料流量の修正値(修正燃料流量)と修正係数(後述)を収束計算により求める前半部分(工程22〜28)と、こうして求められた全データセット(複数データセット20の全て)の修正係数とこれに対応する吸気温度、圧縮機圧力比、燃料流量のデータから、式(8)の係数と定数項をフィッティングして決定する後半部分(工程29)からなる。以下、各工程を順に説明する。
なお、ここでγは「修正」係数として説明したが、これはこの係数が、前述の式(7)、式(8)で述べた「補正」係数と意味が異なるためである。すなわち、前述の式(7)、式(8)で述べた「補正」係数は、予め決められた関数によって燃料流量の「補正値」を計算するのに使われる「補正」係数であった。これに対して、ここで述べる「修正」係数とは、上述したような収束計算によって計算値と実測値がよく一致するように修正しながら求められた燃料流量の「修正値」に関する係数である。そこで両者を区別するために、このように呼び分けている。
(補正関数設定回路の構成図)
図4に、以上に説明した処理フローを実現するための補正関数設定回路12の構成図を示す。補正関数設定回路12は、前記複数データセット20を用いて性能計算回路7を起動させて前記燃料流量の修正値または修正係数を計算する逆算回路31と、このように逆算回路31で計算された前記燃料流量の修正値または修正係数を、各データセットの吸気温度、圧縮機圧力比、元の燃料流量の値と一緒に順次一時記憶して蓄積するデータ保持手段32と、該データ保持手段に蓄積されたこれらの情報に基づいて、前記補正関数の設定情報21を同定して出力する補正関数同定回路33からなる。なお、ここで「回路」と記したものは、図6の診断システムの説明において既述したように、コンピュータプログラムまたは専用チップなどの電子的な演算回路を示す。以下、それぞれを順に説明する。
(設定済み補正回路を用いた性能診断の実施方法)
本発明の性能診断システムでは、以上で述べたようにして補正関数設定回路12で決定された補正関数設定情報21(図4)が、前述の補正回路6(図1)に設定されて利用される。その診断の処理フローを図5に示す。
(解析事例)
発明方式による性能評価精度の改善効果を検証するため、発明のモデル調整方式を実機の性能評価に適用して精度を評価した。表1に比較評価したモデル調整方式を示す。従来方式の例として一定値の補正係数を乗じて補正する単純な方式(定率型)を示した。また、発明方式については、影響度の低い因子を除いて、吸気温度だけで補正するようにした方式(簡略型)も示した。発明方式で全ての因子を考慮したケースは、簡略型と区別するため、ここでは完全型と呼ぶ。実機の運転データを対象に各方式でモデル調整し、この結果を使って図5の手順で性能計算した場合の、発電出力と排気温度の計算値と実測値の誤差の最大値(絶対値)、平均値(絶対値)、標準偏差を評価した。
本発明は以上で述べたように、入出熱収支の偏差を補正するために、燃料流量を補正することを提案している。これに対して、入出熱収支の偏差の主原因は排気温度の計測値と理論値のずれにあると考えられることから、排気温度を補正するアプローチもありうる。それにもかかわらず、燃料流量を補正するのは以下に述べる実用上の長所があるためである。
Claims (9)
- 実機で計測された吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の入力を受けて、ガスタービンの発電出力と排気温度を計算して出力する性能計算回路と、該性能計算回路から出力された発電出力と排気温度の実機計測値からの偏差に基づいて性能を評価する評価回路を備えたガスタービン性能診断システムであって、
前記吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の実機計測値に基づいて、該燃料流量の値の補正値を計算し、かかる計算で得られた補正燃料流量を前記性能計算回路への入力として設定する補正回路を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 - 前記補正回路が、吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の実機計測値に基づいて、予め定められた関数関係に従って、該燃料流量の値を補正する計算を実行し、実機で計測された燃料流量の値を、補正された燃料流量の値で差替えて前記性能計算回路へ入力するものであることを特徴とする請求項1に記載のガスタービンの性能診断システム。
- 前記性能計算回路に、実機での吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の計測値についての一定期間の時系列データまたは運転条件を複数に変えたデータよりなる入力用複数データセットを入力して計算出力された発電出力と排気温度の、実機計測値に対する偏差が、予め定められた許容基準内になるように、前記補正回路の前記関数関係を設定する補正関数設定回路を備えたことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンの性能診断システム。
- 前記補正関数設定回路が、
前記入力用複数データセットの各データセットのデータを前記性能計算回路入力して計算出力された発電出力と排気温度の値の実測値に対する偏差が、予め定められた上下限範囲内になるように、各データセットの燃料流量のデータを修正する逆算回路と、
該逆算回路によって修正された燃料流量のデータを、当該データセットの吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量のデータとともに保持するデータ保持手段と、
該データ保持手段に保持された複数のデータセットの修正燃料流量と吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量のデータに基づいて、修正燃料流量を吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の関数としてフィッティングする補正関数同定回路を具備することを特徴とする請求項3に記載のガスタービンの性能診断システム。 - 実機で計測された吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の入力を受けて、ガスタービンの発電出力と排気温度を計算して出力する性能計算回路と、該性能計算回路から出力された発電出力と排気温度の実機計測値からの偏差に基づいて性能を評価する評価回路を備えたガスタービン性能診断システムであって、
前記吸気温度の実機計測値、吸気温度と圧縮機圧力比の実機計測値、または吸気温度と燃料流量の実機計測値に基づいて、該燃料流量の値の補正値を計算し、かかる計算で得られた補正燃料流量を前記性能計算回路への入力として設定する補正回路を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 - 前記補正回路が、吸気温度の実機計測値、または吸気温度と圧縮機圧力比の実機計測値、または吸気温度と燃料流量の実機計測値に基づいて、予め定められた関数関係に従って、該燃料流量の値を補正する計算を実行し、かかる計算で得られた補正燃料流量を前記性能計算回路への入力として設定するものであることを特徴とする請求項5に記載のガスタービンの性能診断システム。
- ガスタービンの性能計算回路に実機で計測された吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量を入力して発電出力と排気温度を計算し、該計算で得られた発電出力と排気温度が実機での計測値に対して有する偏差に基づいて性能を評価するガスタービンの性能診断方法であって、
前記吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量の実機計測値に基づいて、予め定められた関数関係に従って、該燃料流量の値を補正し、かかる計算で得られた補正燃料流量を前記性能計算回路に入力することを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 - 燃料流量を補正するための予め定められた前記関数関係が、前記性能計算回路に、実機の吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量についての一定期間の時系列データまたは運転条件を複数に変えたデータよりなる入力用複数データセットを入力して計算出力された発電出力と排気温度が、実機計測値に対して有する偏差が、予め定められた許容基準内になるように予め設定された関数関係であって、吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量を入力として、該燃料流量の値の補正値を出力するものであることを特徴とする請求項7に記載のガスタービンの性能診断方法。
- ガスタービンの性能計算回路に実機で計測された吸気温度と圧縮機圧力比と燃料流量を入力して発電出力と排気温度を計算し、該計算で得られた発電出力と排気温度が実機での計測値に対して有する偏差に基づいて性能を評価するガスタービンの性能診断方法であって、
前記吸気温度の実機計測値、または吸気温度と圧縮機圧力比の実機計測値、または吸気温度と燃料流量の実機計測値に基づいて、予め定められた関数関係に従って、該燃料流量の値を補正し、かかる計算で得られた補正燃料流量を前記性能計算回路に入力することを特徴とするガスタービンの性能診断方法。
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