JP5485023B2 - ガスタービン燃料の供給圧力制御機構、ガスタービン及びガスタービン燃料の供給圧力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンのガス燃料供給系に係り、特に、ガスタービン燃料の供給圧力制御機構、ガスタービン及びガスタービン燃料の供給圧力制御方法に関する。

ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを主な構成要素とする装置である。
一般に、ガスタービンの燃焼器にガス燃料を供給するガス燃料供給系では、圧縮機により供給されるガス燃料を一定の圧力に維持しつつ、ガスタービンの燃焼器に所望の燃料流量を与えるための制御機構が必要である。
このようなガスタービンは、燃焼器へガス燃料を供給するため、バルブ、配管、燃料ノズル等による圧力損失を考慮して、ガス燃料を一定値以上に加圧する必要がある。

ガスタービン燃料の制御機構としては、ガス燃料流量を制御する流量調節弁と、流量調節弁の上流でガス燃料の圧力制御を行う圧力調節弁とを用いた構成が知られている。
このようなガスタービン燃料の制御機構においては、ガスタービンの燃焼器内にガス燃料を供給するため、燃料ノズルの吐出圧力として車室圧力（燃焼器内の圧力）より高い圧力を確保する必要があり、従って、圧力調節弁の出口圧力は、少なくとも燃料ノズルの吐出圧力に圧力調節弁下流側流路の圧力損失を加えた圧力以上に設定される。

従来のガスタービンは、上述したガス燃料の供給圧力設定値として、無負荷状態からベース負荷状態まで固定値を採用している。しかし、ガスタービン周辺の外気条件（温度や圧力等）が変化すると、ガスタービンにおいては圧縮機から燃焼器内に供給される圧縮空気の物性値（密度等）も変動する。
このため、たとえば図１１に示すように、外気条件が変化することにより、すなわち、外気条件に応じて実際に必要な供給圧力のベースとなる車室圧力が変動することにより、実際に必要な供給圧力（図中に実線で示す実際の要件）と、供給圧力の設定値（図中に破線で示す現行の要件）との間の乖離が大きくなった場合には、運転可能範囲が必要以上に狭められることになる。

そこで、下記の特許文献１においては、図１２に示すように、ガス燃料供給圧力の設定値を外気条件及び圧縮機圧力比の関数とし、固定値の場合と比較して運転可能範囲を広げることができる手法を提案している。なお、図１２において、破線表示が既存の圧力スケジュール、実線表示が関数を用いた手法を示しており、ハッチングを施した領域において運転可能幅が増大している。

特開２００７−２１８２５４号公報

ところが、上述した特許文献１に記載された手法においては、ガス燃料供給圧力の設定値を定める圧縮機圧力比（ガス燃料供給圧力の設定値を算出する関数に用いる圧縮機圧力比）について、検出遅れの問題が予想される。
すなわち、圧力の計測値を直接フィードバックする手法では、ガス燃料供給圧力の設定値をオンラインで正確に算出できない可能性がある。このような場合、ガス燃料は必要な圧力まで加圧されない虞があり、最悪の場合には燃焼器に燃料が十分に供給されず、ガスタービンの正常な運転を維持できなくなる。

このような背景から、ガス燃料を使用するガスタービンにおいては、ガス燃料の供給圧力設定値に固定値を採用する場合と比較して、外気温度等の条件変化が運転可能範囲に及ぼす影響を低減し、運転可能範囲を拡大できるガスタービン燃料の供給圧力制御機構、ガスタービン及びガスタービン燃料の供給圧力制御方法の開発が望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ガス燃料の供給圧力を固定した場合よりも運転可能範囲の拡大が可能なガスタービン燃料の供給圧力制御機構、ガスタービン及びガスタービン燃料の供給圧力制御方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構は、ガス燃料を所望の燃料供給圧力に設定する圧力調節弁の下流側に燃料流量を制御して燃焼器の燃料ノズルに供給する流量調節弁を備えているガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、前記圧力調節弁の開度調整をして前記燃料供給圧力を可変とするガスタービン燃料の供給圧力制御機構であって、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機の特性マップと、前記圧力調節弁の開度指令演算部とを備えた制御部を設け、前記制御部は、前記特性マップがインレットガイドベーン開度指令値、ガスタービン回転数及び外気条件の入力値に基づいて前記燃焼器内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、前記開度指令演算部が前記車室圧力推定値に基づいて算出した前記燃料供給圧力の設定値に対応する前記圧力調節弁の開度指令を出力して、前記圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御を行うことを特徴とする。

このようなガスタービン燃料の供給圧力制御機構によれば、燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機の特性マップと、圧力調節弁の開度指令演算部とを備えた制御部を設け、この制御部では、特性マップがインレットガイドベーン開度指令値、ガスタービン回転数及び外気条件の入力値に基づいて燃焼器内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、開度指令演算部が車室圧力推定値に基づいて算出した燃料供給圧力の設定値に対応する圧力調節弁の開度指令を出力して、圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御を行うので、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁の出口圧力制御が実施されるようになり、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンの運転可能範囲を拡大することができる。
また、インレットガイドベーン開度指令値及びガスタービン回転数を用いることにより、時定数の大きい圧力センサで懸念される検出遅れの心配がなく、オンラインで燃料供給圧力の設定値を正確に算出することができる。

上記の発明において、前記車室圧力推定値を推定する入力値は、前記ガスタービン回転数が定格回転数に到達するまで前記インレットガイドベーン開度指令値、前記ガスタービン回転数及び前記外気条件を用い、前記ガスタービン回転数が定格回転数に到達した後前記インレットガイドベーン開度指令値及び前記外気条件を用いることが好ましく、これにより、ガスタービン回転数が定格回転数に到達した後には、検出遅れが大きな影響を及ぼさない外気条件を除き、センサによるフィードバックなしで燃料供給圧力の設定値を算出することができる。すなわち、センサによる検出遅れによる悪影響を除去し、より正確なガスタービン燃料の供給圧力制御が可能になる。

上記の発明においては、前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値を加えることが好ましく、これにより、ガス燃料に与える必要圧力を推定する上で外乱となりうる燃料温度による補正を加え、燃料供給圧力の設定値をより正確に算出することができる。

上記の発明においては、前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の燃料流量指令値を加えることが好ましく、これにより、ガスタービンの負荷変動等により燃料流量指令値が変動する場合、燃料流量指令値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

上記の発明においては、前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の燃料流量計測値を加えることが好ましく、これにより、ガスタービンの負荷変動等により燃料流量指令値が変動する場合、燃料流量計測値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

上記の発明においては、前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値及び燃料流量指令値を加えることが好ましく、これにより、ガス燃料に与える必要圧力の推定に燃料温度の補正を加えてより正確な燃料供給圧力の設定値を算出でき、かつ、ガスタービンの負荷変動等により燃料流量指令値が変動する場合、燃料流量指令値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

上記の発明においては、前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値及び燃料流量計測値を加えることが好ましく、これにより、ガス燃料に与える必要圧力の推定に燃料温度の補正を加えてより正確な燃料供給圧力の設定値を算出でき、かつ、ガスタービンの負荷変動等により燃料流量指令値が変動する場合、燃料流量計測値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

上記の発明において、前記制御部は、前記特性マップが、前記車室圧力推定値、ガスタービン出力要求値、前記ガス燃料の燃料流量指令値及び燃料流量計測値の入力値群から選択した１以上の入力値と、前記外気条件との入力値とに基づいて前記車室内圧力を推定して前記圧力調節弁の開度指令演算部に与えることが好ましく、これにより、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンの運転可能範囲を拡大することができる。

上記の発明において、前記制御部は、前記圧力調節弁の開度調整により、前記流量調節弁の入口圧力と出口圧力との差圧制御を行ってもよく、これにより、圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御と同様に、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁の出口圧力制御が実施されるようになり、固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンの運転可能範囲を拡大することができる。

本発明に係るガスタービンは、空気を導入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンと、請求項１から９のいずれかに記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構による制御を行う制御部とを備えていることを特徴とするものである。

このようなガスタービンによれば、請求項１から９のいずれかに記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構による制御を行う制御部を備えているので、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁の出口圧力制御が実施されるようになり、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンの運転可能範囲を拡大することができる。
また、インレットガイドベーン開度指令値及びガスタービン回転数を用いることにより、時定数の大きい圧力センサで懸念される検出遅れの心配がなく、オンラインで燃料供給圧力の設定値を正確に算出することができる。
また、本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御方法は、ガス燃料を所望の燃料供給圧力に設定する圧力調節弁の下流側に燃料流量を制御して燃焼器の燃料ノズルに供給する流量調節弁を備えているガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、前記圧力調節弁の開度調整をして前記燃料供給圧力を可変とするガスタービン燃料の供給圧力制御方法であって、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機の特性マップと、前記圧力調節弁の開度指令演算部とを備えた制御部を設け、前記制御部は、前記特性マップがインレットガイドベーンの開度指令値、ガスタービン回転数及び外気条件の入力値に基づいて前記燃焼器内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、前記開度指令演算部が前記車室圧力推定値に基づいて算出した前記燃料供給圧力の設定値に対応する前記圧力調節弁の開度指令を出力して、前記圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御を行うことを特徴とするものである。
このようなガスタービン燃料の供給圧力制御方法によれば、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁の出口圧力制御が実施されるようになり、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンの運転可能範囲を拡大することができる。そして、インレットガイドベーン開度指令値及びガスタービン回転数を用いることにより、時定数の大きい圧力センサで懸念される検出遅れの心配がなく、オンラインで燃料供給圧力の設定値を正確に算出して制御することができる。

上述した本発明によれば、ガス燃料を使用するガスタービンにおいて、ガス燃料の供給圧力設定値に固定値を採用する場合と比較して、外気温度等の条件変化が運転可能範囲に及ぼす影響を低減して運転可能範囲を拡大することができる。

本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の一実施形態を示す系統図である。 本発明に係るガスタービンの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第１変形例を示すフローチャートである。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第２変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第３変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第４変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第５変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第６変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第７変形例を示す系統図である。 本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構の第８変形例を示す系統図である。 ベース負荷ガス燃料供給圧力要件について、実際に必要な供給圧力（図中に実線で示す実際の要件）と、供給圧力の設定値（図中に破線で示す現行の要件）との間の乖離が大きくなった状況を示す説明図である。 従来技術による運転可能幅の拡大を示す説明図である。

以下、本発明に係るガスタービン燃料の供給圧力制御機構、ガスタービン及びガスタービン燃料の供給圧力制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、ガスタービンＧＴの概略構成を示すブロック図であり、ガス燃料を燃焼する燃焼器Ｆと、燃焼器Ｆから供給された燃焼ガスを膨張させて回転するタービンＴと、空気を圧縮する圧縮機Ｃとを主な構成要素として備え、制御部１０により各種の運転制御が行われるようになっている。

ガスタービンプラントＧＴは、ガス燃料供給源の燃料供給元１から燃焼器Ｆ内のパイロットノズル及びメインノズル（以下、総称して「燃料ノズル」と呼ぶ）にガス燃料を供給するため、配管２の途中に圧力調節弁３及び流量調節弁４を設けたガス燃料供給系５を備えている。このガス燃料供給系５は、図示しない燃料用圧縮機により圧送されてくるガス燃料を所望の圧力に維持しつつ、ガスタービンＧＴの燃焼器Ｆに所望の燃料流量を与えるための制御機構であり、直列に配置した圧力調節弁３及び流量調節弁４を備えている。

上流側に配置した圧力調節弁３は、ガス燃料を所望の燃料供給圧力に設定し、下流側の流量調節弁４は、ガス燃料の流量を制御して燃焼器Ｆの燃料ノズルに供給する。この燃料ノズルには、パイロットノズル（不図示）と、パイロットノズルの外周に間隔をおいて配置される複数のメインノズル（不図示）とがある。
そして、本実施形態では、圧力調節弁３の開度調整をして燃料供給圧力を可変とするガスタービン燃料の供給圧力制御が、ガスタービンＧＴの各種運転制御を行う制御部１０で行われる。

図１は、ガスタービン燃料の供給圧力制御機構例を示す系統図である。燃料供給元１等の燃料供給源からガス燃料を導入する燃料配管２は、燃焼器Ｆ内に設置されている燃料ノズルＮの数（図示の例ではＮａからＮｎまでｎ個）に応じて分岐され、すなわち、パイロットノズルや複数のメインノズル毎に分岐した燃料枝配管２ａ〜２ｎを並列に配置したものとなる。なお、燃焼器Ｆが複数設けられている場合には、燃焼器Ｆ毎に同様の燃料配管２及び燃料枝配管２ａ〜２ｎが配設されている。
なお、図中の符号６は、圧力調節弁３の出口圧力を検出して制御部１０に入力する圧力計である。

制御部１０は、燃焼器Ｆに圧縮空気を供給する圧縮機Ｃの特性マップ（圧縮機特性マップ）１１と、圧力調節弁３の開度制御を行う開度指令の信号Ｓを出力する開度指令演算部１２とを備えている。
圧縮機特性マップ１１は、ガスタービンＧＴを構成する圧縮機Ｃの特性に関するマップである。この圧縮機特性マップ１１は、制御部１０に入力される入力値に基づいて、燃焼器Ｆ内の圧力（車室内圧力）を推定した車室圧力推定値を与えるものである。この場合の入力値は、圧縮機Ｃに設けられるインレットガイドベーン開度指令値２１と、ガスタービンＧＴの回転数を検出したガスタービン回転数２２と、ガスタービンＧＴが設置されている周辺環境の外気温度や圧力、すなわち、圧縮機Ｃで圧縮する空気の温度や圧力を検出した外気条件２３が用いられる。

開度指令演算部１２は、圧縮機特性マップ１１から与えられた車室圧力推定値に基づいて燃料供給圧力の設定値を算出し、この設定値に対応する開度指令の信号Ｓを生成して圧力調節弁３に出力する。
従って、制御部１０は、インレットガイドベーン開度指令値２１、ガスタービン回転数２２及び外気条件２３の入力値に基づいて圧縮機特性マップ１１により得られた車室圧力推定値を開度指令演算部１２に与え、開度指令演算部１２では、車室圧力推定値に基づいて燃料供給圧力の設定値を算出し、この設定値に対応する圧力調節弁３の開度から開度指令の信号Ｓを生成して出力するので、圧力調節弁３の開度調整による出口圧力制御を行うことができる。すなわち、圧力計６で検出される圧力調節弁３の出口圧力は、インレットガイドベーン開度指令値２１、ガスタービン回転数２２及び外気条件２３の入力値に応じて変化する。

このように、ガスタービン燃料の供給圧力制御を行う制御部１０は、圧縮機特性マップ１１が入力値に基づいて燃焼器Ｆ内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、開度指令演算部が車室圧力推定値に基づいて算出した燃料供給圧力の設定値に応じて圧力調節弁３の開度指令を出力し、圧力調節弁３の開度調整による出口圧力制御を行うので、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁３の出口圧力制御が実施される。すなわち、車室圧力に応じて最適な出口圧力となるように圧力調節弁３の開度制御を行うので、燃料供給圧力に固定値を使用している従来技術と比較すれば、実際に必要な供給圧力と供給圧力の設定値との間に生じる乖離が解消または抑制され、この結果、ガスタービンＧＴの運転可能範囲を拡大することができる。
また、インレットガイドベーン開度指令値２１及びガスタービン回転数２２を用いているので、時定数の大きい圧力センサで懸念されていた検出遅れの心配がなく、従って、オンラインで燃料供給圧力の設定値を正確に算出することができる。

図３は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第１変形例を示すフローチャートである。
この供給圧力制御機構では、車室圧力推定値を推定する入力値として、ガスタービン回転数２２が定格回転数に到達するまでの間、上述した実施形態と同様に、インレットガイドベーン開度指令値２１、ガスタービン回転数２２及び外気条件２３を用いる。しかし、ガスタービン回転数２２が定格回転数に到達した後には、インレットガイドベーン開度指令値２１及び外気条件２３のみを用い、ガスタービン回転数２２は使用しない。なお、このような供給圧力制御機構は、後述する他の変形例にも適用可能である。

すなわち、最初のステップＳ１でスタートすると、次のステップＳ２でガスタービン回転数２２の検出をする。
ガスタービン回転数２２の検出値は、次のステップＳ３において所定値以下か否かを判断する。この場合の所定値は定格回転数であり、ガスタービン回転数２２の検出値が定格回転数に到達していない「ＹＥＳ」の場合はステップＳ４に進んで圧縮機特性マップ１１に基づく車室圧力の推定を行う。この場合に使用する入力値は、インレットガイドベーン開度指令値２１、ガスタービン回転数２２及び外気条件２３の３種類である。

一方、ステップＳ３の判断において、ガスタービン回転数２２の検出値が定格回転数に到達している「ＮＯ」の場合は、ステップＳ５に進んで圧縮機特性マップ１１に基づく車室圧力の推定を行う。この場合に使用する入力値は、インレットガイドベーン開度指令値２１及び外気条件２３の２種類である。
このような制御を行えば、ガスタービン回転数２２によって異なるプロセスで車室圧力を推定するので、ガスタービンＧＴが定格回転数に達した後には、検出遅れが大きな影響を及ぼさない外気条件２３を除いて、回転数を検出するセンサ等によるフィードバックを用いることなく、燃料供給圧力の設定値を算出することができる。すなわち、ガスタービンＧＴが定格回転数に達した後には、センサの検出遅れによる悪影響を除去することでより正確なガスタービン燃料の供給圧力制御を実施できる。

図４は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第２変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ａは、車室圧力推定値を推定する入力値にガス燃料の温度計測値である燃料温度２４を加えている。この燃料温度２４は、供給するガス燃料の温度を圧力調節弁３の上流側で計測したものである。

すなわち、燃料温度２４は、ガス燃料に与える必要圧力を推定する際に外乱となりうる値であるから、実際の燃料温度２４を計測して補正を加えると、外乱を排除して燃料供給圧力の設定値をより正確に算出することができる。

図５は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第３変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｂは、車室圧力推定値を推定する入力値にガス燃料の燃料流量指令値２５を加えている。この燃料流量指令値２５は、ガスタービンＧＴの運転状況等に応じて変動する値である。従って、ガスタービンＧＴの負荷変動等により燃料流量指令値２５が変動する場合には、燃料流量指令値２５を入力値に加えて圧力調節弁３の開度調整に補正を施すことにより、圧力制御の応答性が向上する。

図６は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第４変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｃは、車室圧力推定値を推定する入力値に対し、第３変形例の燃料流量指令値２５に代えて、ガス燃料の燃料流量計測値２６を加えている。この燃料流量計測値２６は、ガスタービンＧＴが実際に消費する燃料流量を計測した値である。従って、ガスタービンＧＴの負荷変動等により燃料流量計測値２６が変動する場合には、燃料流量計測値２６を入力値に加えて圧力調節弁３の開度調整に補正を施すことにより、圧力制御の応答性が向上する。

図７は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第５変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｄは、車室圧力推定値を推定する入力値に対し、第２変形例の燃料温度２４及び第３変形例の燃料流量指令値２５を加えている。従って、ガス燃料に与える必要圧力の推定に燃料温度２４の補正を加えてより正確な燃料供給圧力の設定値を算出でき、かつ、ガスタービンＧＴの負荷変動等により燃料流量指令値２５が変動する場合、燃料流量指令値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

図８は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第６変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｅは、車室圧力推定値を推定する入力値に対し、第２変形例の燃料温度２４及び第４変形例の燃料流量測定値２６を加えている。すなわち、第５変形例の燃料流量指令値２５に代えて、ガス燃料の燃料流量計測値２６を採用したものである。このような供給圧力制御を行っても、ガス燃料に与える必要圧力の推定に燃料温度２４の補正を加えてより正確な燃料供給圧力の設定値を算出でき、かつ、ガスタービンＧＴの負荷変動等により燃料流量測定値２６が変動する場合、燃料流量指令値による補正を施すことで圧力制御の応答性を向上させることができる。

図９は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第７変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｆは、圧力調節弁３の開度調整により、流量調節弁４の入口圧力と出口圧力との差圧制御を行っている。

すなわち、流量調節弁４の上流側及び下流側の差圧ΔＰを計測する差圧計７を設け、この計測値を制御部１０Ｅに入力する。そして、上述した圧力調節弁３の出口圧力制御と同様に、開度指令演算部１２が車室圧力推定値に基づいて算出した燃料供給圧力の設定値に対応する圧力調節弁３の開度指令を出力して、圧力調節弁３の開度調整により差圧ΔＰが所望の値となるように差圧制御を行う。
この結果、圧力調節弁３の開度調整による出口圧力制御と同様に、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁３の出口圧力制御が実施されるようになり、固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンＧＴの運転可能範囲を拡大することができる。

図１０は、上述したガスタービン燃料の供給圧力制御機構について、第８変形例を示す系統図である。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例で採用した制御部１０Ｇの場合、開度指令演算部１２は、車室圧力推定値、ガスタービン出力要求値、燃料流量指令値及び燃料流量計測値からなる入力値選択群２７を備え、入力値選択群２７から少なくとも一つを選択した入力値に基づいて算出した燃料供給圧力の設定値に対応する圧力調節弁３の開度指令を出力する。

すなわち、図示の制御機構例では、インレットガイドベーン開度指令値２１及びガスタービン回転数２２に代えて、入力値選択群２７から少なくとも１つを選択し、あるいは、複数を選択して組合せ、これを外気条件２３とともに圧力調節弁３の開度指令算出に使用している。
このような供給圧力制御を行うことにより、上述した実施形態と同様に、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンＧＴの運転可能範囲を拡大することができる。
なお、図示の制御機構例では第７変形例と同様の差圧制御を行っているが、圧力調節弁３の開度調整による出口圧力制御としてもよい。

上述したように、本実施形態に係るガスタービンＧＴは、空気を導入して圧縮する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃから供給される空気でガス燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器Ｆと、燃焼器Ｆから燃焼ガスの供給を受けるタービンＴと、上述した実施形態及び各変形例の制御部１０，１０Ａ〜１０Ｇとを備えているので、車室圧力の変動に対応した圧力調節弁３の出口圧力制御が実施されるようになり、燃料供給圧力に固定値を使用する場合と比較して、ガスタービンＧＴの運転可能範囲を拡大することができる。

また、インレットガイドベーン開度指令値２１及びガスタービン回転数２２を用いることにより、時定数の大きい圧力センサで懸念される検出遅れの心配がなく、オンラインで燃料供給圧力の設定値を正確に算出することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

２ 配管
３ 圧力調節弁
４ 流量調節弁
５ ガス燃料供給系
１０，１０Ａ〜１０Ｇ 制御部
１１ 圧縮機特性マップ
１２ 開度指令演算部
２１ インレットガイドベーン開度指令値
２２ ガスタービン回転数
２３ 外気条件
２４ 燃料温度
２５ 燃料流量指令値
２６ 燃料流量計測値
２７ 入力値選択群
ＧＴ ガスタービン
Ｆ 燃焼器
Ｔ タービン
Ｃ 圧縮機

Claims (11)

1. ガス燃料を所望の燃料供給圧力に設定する圧力調節弁の下流側に燃料流量を制御して燃焼器の燃料ノズルに供給する流量調節弁を備えているガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、前記圧力調節弁の開度調整をして前記燃料供給圧力を可変とするガスタービン燃料の供給圧力制御機構であって、
   前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機の特性マップと、前記圧力調節弁の開度指令演算部とを備えた制御部を設け、
   前記制御部は、前記特性マップがインレットガイドベーンの開度指令値、ガスタービン回転数及び外気条件の入力値に基づいて前記燃焼器内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、前記開度指令演算部が前記車室圧力推定値に基づいて算出した前記燃料供給圧力の設定値に対応する前記圧力調節弁の開度指令を出力して、前記圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御を行うことを特徴とするガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
2. 前記車室圧力推定値を推定する入力値は、前記ガスタービン回転数が定格回転数に到達するまで前記インレットガイドベーンの開度指令値、前記ガスタービン回転数及び前記外気条件を用い、前記ガスタービン回転数が定格回転数に到達した後前記インレットガイドベーンの開度指令値及び前記外気条件を用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
3. 前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値を加えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
4. 前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の燃料流量指令値を加えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
5. 前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の燃料流量計測値を加えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
6. 前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値及び燃料流量指令値を加えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
7. 前記車室圧力推定値を推定する入力値に前記ガス燃料の温度計測値及び燃料流量計測値を加えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
8. 前記制御部は、前記特性マップが、前記車室圧力推定値、ガスタービン出力要求値、前記ガス燃料の燃料流量指令値及び燃料流量計測値の入力値群から選択した１以上の入力値と、前記外気条件との入力値とに基づいて前記車室内圧力を推定して前記圧力調節弁の開度指令演算部に与えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
9. 前記制御部は、前記圧力調節弁の開度調整により、前記流量調節弁の入口圧力と出口圧力との差圧制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構。
10. 空気を導入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンと、請求項１から９のいずれかに記載のガスタービン燃料の供給圧力制御機構による制御を行う制御部とを備えていることを特徴とするガスタービン。
11. ガス燃料を所望の燃料供給圧力に設定する圧力調節弁の下流側に燃料流量を制御して燃焼器の燃料ノズルに供給する流量調節弁を備えているガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、前記圧力調節弁の開度調整をして前記燃料供給圧力を可変とするガスタービン燃料の供給圧力制御方法であって、
    前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機の特性マップと、前記圧力調節弁の開度指令演算部とを備えた制御部を設け、
    前記制御部は、前記特性マップがインレットガイドベーンの開度指令値、ガスタービン回転数及び外気条件の入力値に基づいて前記燃焼器内の圧力を推定した車室圧力推定値を与え、前記開度指令演算部が前記車室圧力推定値に基づいて算出した前記燃料供給圧力の設定値に対応する前記圧力調節弁の開度指令を出力して、前記圧力調節弁の開度調整による出口圧力制御を行うことを特徴とするガスタービン燃料の供給圧力制御方法。

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