JPH0882228A - ガスタービンの可変案内翼制御装置 - Google Patents
ガスタービンの可変案内翼制御装置Info
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- JPH0882228A JPH0882228A JP31728394A JP31728394A JPH0882228A JP H0882228 A JPH0882228 A JP H0882228A JP 31728394 A JP31728394 A JP 31728394A JP 31728394 A JP31728394 A JP 31728394A JP H0882228 A JPH0882228 A JP H0882228A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】空気圧縮機が吸い込む大気の温度変化があって
も、吸い込む大気の体積重量は一定値を確保し、この一
定値の確保により翼のサージングを防止し、安定したガ
スタービンの運転を保証する。 【構成】空気圧縮機1の可変案内翼2に、大気温度変化
に基づく翼開信号を作り出し、また空気圧縮機1から圧
縮空気に基づいてタービン5の排ガス温度換算値を作り
出し、さらにこの排ガス温度換算値にタービン5の実排
ガス温度を加えて演算し、この演算信号と上記翼開度信
号とのうち、いずれか高値信号を選択して翼開度修正信
号を与える翼開度修正回路20を設ける。
も、吸い込む大気の体積重量は一定値を確保し、この一
定値の確保により翼のサージングを防止し、安定したガ
スタービンの運転を保証する。 【構成】空気圧縮機1の可変案内翼2に、大気温度変化
に基づく翼開信号を作り出し、また空気圧縮機1から圧
縮空気に基づいてタービン5の排ガス温度換算値を作り
出し、さらにこの排ガス温度換算値にタービン5の実排
ガス温度を加えて演算し、この演算信号と上記翼開度信
号とのうち、いずれか高値信号を選択して翼開度修正信
号を与える翼開度修正回路20を設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービンの可変
案内翼制御装置に係り、特に、空気圧縮機の運転中に発
生するサージングを防止するに好適なガスタービンの可
変案内翼制御装置に関する。
案内翼制御装置に係り、特に、空気圧縮機の運転中に発
生するサージングを防止するに好適なガスタービンの可
変案内翼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】タービンに軸直結した空気圧縮機を有す
るガスタービンは、起動時間が蒸気タービンに比較して
極めて短かいことも手伝って発電時のピーク負荷用原動
機として、また蒸気タービンと組み合せた、いわゆるコ
ンバインドサイクル発電用の原動機として数多く実施さ
れており、その代表的構成例は図8に示すものがある。
るガスタービンは、起動時間が蒸気タービンに比較して
極めて短かいことも手伝って発電時のピーク負荷用原動
機として、また蒸気タービンと組み合せた、いわゆるコ
ンバインドサイクル発電用の原動機として数多く実施さ
れており、その代表的構成例は図8に示すものがある。
【0003】このガスタービンは、空気圧縮機1,燃焼
機4,タービン5を備えている。
機4,タービン5を備えている。
【0004】空気圧縮機1は、大気(空気)の流れに沿
って翼3を多段落に配する、いわゆる軸流タイプであっ
て、その入口には可変案内翼2を備え、起動時や部分負
荷時、これを開閉させて吸い込む大気の流量を調整して
いる。
って翼3を多段落に配する、いわゆる軸流タイプであっ
て、その入口には可変案内翼2を備え、起動時や部分負
荷時、これを開閉させて吸い込む大気の流量を調整して
いる。
【0005】このような構成のガスタービンは、空気圧
縮機1により可変案内翼2の開度を調整しながら大気を
吸い込み、多段落に配する翼3により圧縮化され、その
圧縮化された高圧流体を燃焼器4に送り出し、ここで燃
料弁6からの燃料が加えられて作動ガスを作り出し、作
り出された作動ガスをタービン5に送って膨脹仕事をさ
せて回転トルクを得、膨脹仕事後の作動ガスを排ガスと
して大気に放出しており、こうして膨脹仕事により得た
回転トルクを図示しない発電機に伝えて電力を取り出し
ている。
縮機1により可変案内翼2の開度を調整しながら大気を
吸い込み、多段落に配する翼3により圧縮化され、その
圧縮化された高圧流体を燃焼器4に送り出し、ここで燃
料弁6からの燃料が加えられて作動ガスを作り出し、作
り出された作動ガスをタービン5に送って膨脹仕事をさ
せて回転トルクを得、膨脹仕事後の作動ガスを排ガスと
して大気に放出しており、こうして膨脹仕事により得た
回転トルクを図示しない発電機に伝えて電力を取り出し
ている。
【0006】ところで、上記可変案内翼2は、起動時や
部分負荷時、圧縮空気1から吸い込む大気の変動があ
り、このため段翼に配する翼2にサージング(失速)が
発生することを避けるために開閉させるものであって、
その翼開度演算回路は図9に示すものが使用されてい
る。
部分負荷時、圧縮空気1から吸い込む大気の変動があ
り、このため段翼に配する翼2にサージング(失速)が
発生することを避けるために開閉させるものであって、
その翼開度演算回路は図9に示すものが使用されてい
る。
【0007】全体を符号10で示す翼開度演算回路は、
関数発生器12、可変翼開度定数設定器11、演算部分
13,15、高値選択回路16、翼開度位置制御回路1
8を備えている。
関数発生器12、可変翼開度定数設定器11、演算部分
13,15、高値選択回路16、翼開度位置制御回路1
8を備えている。
【0008】上記構成の翼開度演算回路10において、
関数発生器12は空気圧縮機1の出口側に備える圧力検
出器11からの圧縮空気圧信号を受けており、ここでそ
の空気圧信号に基づいてタービン5から出る排ガスの温
度換算値が作り出されている。関数発生器12により作
り出された排ガス温度換算値の出力信号は、演算部分1
3,15のうち、減算部13に送られ、ここでタービン
5の出口側に備える温度検出器14からの実排ガス温度
信号と突き合され、減算後、演算部15により比例・積
分動作がなされ、高値選択回路16に送り出されてい
る。
関数発生器12は空気圧縮機1の出口側に備える圧力検
出器11からの圧縮空気圧信号を受けており、ここでそ
の空気圧信号に基づいてタービン5から出る排ガスの温
度換算値が作り出されている。関数発生器12により作
り出された排ガス温度換算値の出力信号は、演算部分1
3,15のうち、減算部13に送られ、ここでタービン
5の出口側に備える温度検出器14からの実排ガス温度
信号と突き合され、減算後、演算部15により比例・積
分動作がなされ、高値選択回路16に送り出されてい
る。
【0009】高値選択回路16は、他の出力信号として
可変案内翼開度定数設定器17からの信号を受けてお
り、ここで突き合され、いずれか高値の信号を選択して
翼開度位置制御回路18に送り出している。
可変案内翼開度定数設定器17からの信号を受けてお
り、ここで突き合され、いずれか高値の信号を選択して
翼開度位置制御回路18に送り出している。
【0010】翼開度位置制御回路18は、上述の出力信
号のほかに可変案内翼駆動部2aに備える検出器19か
らの実可変翼開度位置信号をフィードバックとして受け
ており、ここで突き合させ、偏差が生じた場合、その偏
差を可変案内翼駆動部2aに与えて可変案内翼2の開度
位置を修正している。
号のほかに可変案内翼駆動部2aに備える検出器19か
らの実可変翼開度位置信号をフィードバックとして受け
ており、ここで突き合させ、偏差が生じた場合、その偏
差を可変案内翼駆動部2aに与えて可変案内翼2の開度
位置を修正している。
【0011】このようにして、従来の翼開度演算回路1
0は、起動時や部分負荷時のように空気圧縮機1の吸い
込む大気の変動に伴なうタービン5に送られる作動ガス
温度の低下を防止する一方、空気圧縮機1の翼3のサー
ジングに対処していた。
0は、起動時や部分負荷時のように空気圧縮機1の吸い
込む大気の変動に伴なうタービン5に送られる作動ガス
温度の低下を防止する一方、空気圧縮機1の翼3のサー
ジングに対処していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来、ガスタービン出
力(負荷)と可変案内翼開度との関係は、図10にも示
されているように、起動時または部分負荷時、可変案内
翼2を所与値のまま一定開度に保持しておき、ガスター
ビンの出力が70〜80%を境に全開きさせるかまたは
絞り開度(一定開度)に制御している。このような可変
案内翼2の開度制御の下、空気圧縮機1は吸込み大気の
流量を調整しているが、可変案内翼2の開度が一定に保
持されているときに空気圧縮機1の翼3にサージングが
起こることが多い。
力(負荷)と可変案内翼開度との関係は、図10にも示
されているように、起動時または部分負荷時、可変案内
翼2を所与値のまま一定開度に保持しておき、ガスター
ビンの出力が70〜80%を境に全開きさせるかまたは
絞り開度(一定開度)に制御している。このような可変
案内翼2の開度制御の下、空気圧縮機1は吸込み大気の
流量を調整しているが、可変案内翼2の開度が一定に保
持されているときに空気圧縮機1の翼3にサージングが
起こることが多い。
【0013】図11は、上述した可変案内翼2の作動方
法における可変案内翼2の作動範囲(開度)を大気温度
との関係で示した図であり、斜線部aが作動範囲とな
る。大気温度が低下すると、空気の密度が濃くなり、よ
り密度の高い空気を燃焼器4に押し込むため圧縮空気の
圧力が上昇してしまう。圧縮空気の圧力が上昇すれば空
気の体積が減少し圧縮機翼3を流れる空気の流速が低下
し、圧縮機翼3での失速現象が発生し易くなる。
法における可変案内翼2の作動範囲(開度)を大気温度
との関係で示した図であり、斜線部aが作動範囲とな
る。大気温度が低下すると、空気の密度が濃くなり、よ
り密度の高い空気を燃焼器4に押し込むため圧縮空気の
圧力が上昇してしまう。圧縮空気の圧力が上昇すれば空
気の体積が減少し圧縮機翼3を流れる空気の流速が低下
し、圧縮機翼3での失速現象が発生し易くなる。
【0014】また一方、可変案内翼2の開度を小さくす
れば圧縮機1が吸い込む空気流量が急激に減少し、圧縮
機翼3を通過する空気の流速が低下し、圧縮機翼3での
失速現象が発生し易くなる。
れば圧縮機1が吸い込む空気流量が急激に減少し、圧縮
機翼3を通過する空気の流速が低下し、圧縮機翼3での
失速現象が発生し易くなる。
【0015】以上の原理より、大気温度が低い場合で、
かつ可変案内翼2の開度が小さい運転状態では、圧縮機
翼3での空気の流速が低下し、失速現象が発生し易いこ
とになる。
かつ可変案内翼2の開度が小さい運転状態では、圧縮機
翼3での空気の流速が低下し、失速現象が発生し易いこ
とになる。
【0016】図11で示す作動範囲のうち極低大気温度
の黒塗り領域bにて圧縮機翼3での失速現象、つまりサ
ージング現象が発生してしまう。
の黒塗り領域bにて圧縮機翼3での失速現象、つまりサ
ージング現象が発生してしまう。
【0017】このサージングを、さらに具体的に、図1
2を用いて説明する。従来、起動時または部分負荷時に
可変案内翼2を上述のように、所与値のまま一定開度に
保持し、タービン5に送られる作動ガス温度の低下を防
止する一方、サージング防止に対処してはいるものの、
空気圧縮機1が吸い込む大気は、その温度変化に比例し
て吸い込む体積重量も増減変化する関係にある。このた
め、大気温度が低下すると、大気の密度が高くなって、
空気圧縮機1の翼3により押圧される圧縮流体圧は過度
に高くなり、これに伴ってその機内を通過する流速は著
しく低下する。この流速の低下により、図5に示すよう
に、翼3の背側に境界剥離が生じ、この領域に負圧が一
瞬生じた次の瞬間に圧縮流体が通過することによって翼
3にサージングが起きている。
2を用いて説明する。従来、起動時または部分負荷時に
可変案内翼2を上述のように、所与値のまま一定開度に
保持し、タービン5に送られる作動ガス温度の低下を防
止する一方、サージング防止に対処してはいるものの、
空気圧縮機1が吸い込む大気は、その温度変化に比例し
て吸い込む体積重量も増減変化する関係にある。このた
め、大気温度が低下すると、大気の密度が高くなって、
空気圧縮機1の翼3により押圧される圧縮流体圧は過度
に高くなり、これに伴ってその機内を通過する流速は著
しく低下する。この流速の低下により、図5に示すよう
に、翼3の背側に境界剥離が生じ、この領域に負圧が一
瞬生じた次の瞬間に圧縮流体が通過することによって翼
3にサージングが起きている。
【0018】このサージング発生防止は、図9でも述べ
たように、燃焼器4からタービン5に送られる作動ガス
温度を一定値に保持しつつ、この間、サージングを考慮
して関数発生器12の出力信号と可変案内翼開度設定器
17の出力信号とのうち、いずれか高値信号を高値選択
回路16により選択して可変案内翼2の開度位置を修正
している。
たように、燃焼器4からタービン5に送られる作動ガス
温度を一定値に保持しつつ、この間、サージングを考慮
して関数発生器12の出力信号と可変案内翼開度設定器
17の出力信号とのうち、いずれか高値信号を高値選択
回路16により選択して可変案内翼2の開度位置を修正
している。
【0019】ところが、近年のガスタービンは、大容量
化の開発が進み、高出力化に伴ってタービン5に送られ
る作動ガスの高温化と相俟って空気圧縮機1の大気吸込
量も従来よりも大幅に増加しており、このような条件の
下では、従来の翼開度演算回路10を用いてサージング
の発生を防止することに一抹の不安を抱えている。すな
わち、翼開度演算回路10に組み込まれた可変案内翼開
度設定器17は、予め経験的に定められた一定値のみを
出力信号とするだけに、可変案内翼2の開度修正幅が狭
く、大気の温度変化の幅が比較的小さいならばともか
く、冬季のように例えば0℃になる場合、この温度変化
に伴って空気圧縮機1を通過する大気の流速を適正値に
調整することが難しく、このため運転操作員は何時、サ
ージングが起こるか予想がつかないまま運転せざるを得
ず、常に不安を抱えながら運転している等の問題があっ
た。
化の開発が進み、高出力化に伴ってタービン5に送られ
る作動ガスの高温化と相俟って空気圧縮機1の大気吸込
量も従来よりも大幅に増加しており、このような条件の
下では、従来の翼開度演算回路10を用いてサージング
の発生を防止することに一抹の不安を抱えている。すな
わち、翼開度演算回路10に組み込まれた可変案内翼開
度設定器17は、予め経験的に定められた一定値のみを
出力信号とするだけに、可変案内翼2の開度修正幅が狭
く、大気の温度変化の幅が比較的小さいならばともか
く、冬季のように例えば0℃になる場合、この温度変化
に伴って空気圧縮機1を通過する大気の流速を適正値に
調整することが難しく、このため運転操作員は何時、サ
ージングが起こるか予想がつかないまま運転せざるを得
ず、常に不安を抱えながら運転している等の問題があっ
た。
【0020】この発明は、上述した事情を考慮してなさ
れたもので、サージングが発生せず、安定したガスター
ビンの運転を行なうことができるガスタービンの可変案
内翼制御装置を提供することを目的とする。
れたもので、サージングが発生せず、安定したガスター
ビンの運転を行なうことができるガスタービンの可変案
内翼制御装置を提供することを目的とする。
【0021】この発明の他の目的は、空気圧縮機の吸い
込む大気が従来よりも大幅に増加し、また吸い込む大気
の温度が大幅にかつ急激に変化しても、その吸い込む大
気の流量,温度変化に迅速に追従して可変案内翼の開度
を好ましく修正できるようにしたガスタービンの可変案
内翼制御装置を提供するにある。
込む大気が従来よりも大幅に増加し、また吸い込む大気
の温度が大幅にかつ急激に変化しても、その吸い込む大
気の流量,温度変化に迅速に追従して可変案内翼の開度
を好ましく修正できるようにしたガスタービンの可変案
内翼制御装置を提供するにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るガ
スタービンの可変案内翼制御装置は、上記目的を達成す
るために、空気圧縮機からの圧縮空気圧信号とタービン
からの排ガス温度信号とに基づいて翼開度信号を作り出
す翼開度演算回路を備えるとともに、上記空気圧縮機の
可変案内翼の実開度を検出する実翼開度位置検出器を備
え、上記翼開度演算回路からの出力信号に、上記実翼開
度位置検出器からの出力信号を突き合せ、その偏差に基
づいて上記可変案内翼の開度を修正せしめるガスタービ
ンの可変案内翼制御装置において、上記空気圧縮機の入
口側に温度検出器を設け、この温度検出器から検出され
た大気温度変化信号に、上記圧縮空気信号と上記排ガス
温度信号とを加えて演算し、翼開度修正信号を作り出す
翼開度演算修正回路を設けてなり、この翼開度演算修正
回路により大気温度変化に基づいて作り出された翼開度
信号に、上記実翼開度位置検出器からの出力信号を突き
合せ、その偏差に基づいて上記可変案内翼の開度を修正
せしめたものである。
スタービンの可変案内翼制御装置は、上記目的を達成す
るために、空気圧縮機からの圧縮空気圧信号とタービン
からの排ガス温度信号とに基づいて翼開度信号を作り出
す翼開度演算回路を備えるとともに、上記空気圧縮機の
可変案内翼の実開度を検出する実翼開度位置検出器を備
え、上記翼開度演算回路からの出力信号に、上記実翼開
度位置検出器からの出力信号を突き合せ、その偏差に基
づいて上記可変案内翼の開度を修正せしめるガスタービ
ンの可変案内翼制御装置において、上記空気圧縮機の入
口側に温度検出器を設け、この温度検出器から検出され
た大気温度変化信号に、上記圧縮空気信号と上記排ガス
温度信号とを加えて演算し、翼開度修正信号を作り出す
翼開度演算修正回路を設けてなり、この翼開度演算修正
回路により大気温度変化に基づいて作り出された翼開度
信号に、上記実翼開度位置検出器からの出力信号を突き
合せ、その偏差に基づいて上記可変案内翼の開度を修正
せしめたものである。
【0023】請求項2の発明は、翼開度演算修正回路
が、温度検出器からの大気温度変化信号を受けて可変案
内翼の開度信号を作り出す第1関数発生器と、空気圧縮
機からの圧縮空気圧信号を受けてタービンの排ガス温度
換算値を作り出す第2関数発生器とを設ける一方、この
第2関数発生器の出力信号に、タービンからの排ガス温
度信号を加えて演算し、その演算信号と上記第1関数発
生器からの出力信号のうち、いずれか高値信号を選択し
て可変案内翼駆動部に可変案内翼の開度修正信号として
与える高値選択回路を設けたものである。
が、温度検出器からの大気温度変化信号を受けて可変案
内翼の開度信号を作り出す第1関数発生器と、空気圧縮
機からの圧縮空気圧信号を受けてタービンの排ガス温度
換算値を作り出す第2関数発生器とを設ける一方、この
第2関数発生器の出力信号に、タービンからの排ガス温
度信号を加えて演算し、その演算信号と上記第1関数発
生器からの出力信号のうち、いずれか高値信号を選択し
て可変案内翼駆動部に可変案内翼の開度修正信号として
与える高値選択回路を設けたものである。
【0024】請求項3の発明は、空気圧縮機からの圧縮
空気圧信号とタービンからの排ガス温度信号とに基づい
て翼開度信号を作り出す翼開度演算回路を備えるととも
に、上記空気圧縮機の可変案内翼の実開度を検出する実
翼開度位置検出器を備え、上記翼開度演算回路からの出
力信号に、上記実翼開度位置検出器からの出力信号を突
き合せ、その偏差に基づいて上記可変案内翼の開度を修
正せしめるガスタービンの可変案内翼制御装置におい
て、上記圧縮機の吐出部より圧縮空気を大気へ放出する
ための配管を設け、この配管に空気流量調節弁を設置し
たものである。
空気圧信号とタービンからの排ガス温度信号とに基づい
て翼開度信号を作り出す翼開度演算回路を備えるととも
に、上記空気圧縮機の可変案内翼の実開度を検出する実
翼開度位置検出器を備え、上記翼開度演算回路からの出
力信号に、上記実翼開度位置検出器からの出力信号を突
き合せ、その偏差に基づいて上記可変案内翼の開度を修
正せしめるガスタービンの可変案内翼制御装置におい
て、上記圧縮機の吐出部より圧縮空気を大気へ放出する
ための配管を設け、この配管に空気流量調節弁を設置し
たものである。
【0025】請求項4の発明は、請求項3記載のガスタ
ービンの可変案内翼制御装置において、空気流量調節弁
の制御は、大気温度、ガスタービン回転数および可変案
内翼開度に基づく圧縮機修正流量の演算ならびに圧縮機
修正流量によって定められる圧縮機圧力比を目的値とし
て行われるものである。
ービンの可変案内翼制御装置において、空気流量調節弁
の制御は、大気温度、ガスタービン回転数および可変案
内翼開度に基づく圧縮機修正流量の演算ならびに圧縮機
修正流量によって定められる圧縮機圧力比を目的値とし
て行われるものである。
【0026】請求項5の発明は、請求項4記載のガスタ
ービンの可変案内翼制御装置において、空気流量調節弁
の制御は、大気温度と可変案内翼開度との関数に基づい
て行われるものである。
ービンの可変案内翼制御装置において、空気流量調節弁
の制御は、大気温度と可変案内翼開度との関数に基づい
て行われるものである。
【0027】
【作用】この発明に係るガスタービンの可変案内翼制御
装置は、従来と異なり大気の温度変化を検出する温度検
出器を設け、検出された大気温度変化信号をファクター
として翼開度演算修正回路により可変案内翼の翼開度修
正信号を作り出している。
装置は、従来と異なり大気の温度変化を検出する温度検
出器を設け、検出された大気温度変化信号をファクター
として翼開度演算修正回路により可変案内翼の翼開度修
正信号を作り出している。
【0028】この場合の翼開度演算修正回路のうち、第
1関数発生器は大気温度変化と可変案内翼の開度とを特
定の関係をもたせながら翼開度修正信号を作り出して出
力しているので、ガスタービン容量の大出力化により空
気圧縮機の吸込み大気量が大幅に増加し、この吸込み量
の体積重量が大気温度変化により大幅に増減変化して
も、その変化に迅速に追従できるよう可変案内翼を適正
開度に修正することができる。
1関数発生器は大気温度変化と可変案内翼の開度とを特
定の関係をもたせながら翼開度修正信号を作り出して出
力しているので、ガスタービン容量の大出力化により空
気圧縮機の吸込み大気量が大幅に増加し、この吸込み量
の体積重量が大気温度変化により大幅に増減変化して
も、その変化に迅速に追従できるよう可変案内翼を適正
開度に修正することができる。
【0029】したがって、可変案内翼は大気温度の変化
の下、適正開度位置に修正することできるから、空気圧
縮機の吸い込む大気の体積重量に過不足があっても確実
にサージングを防止することができる。
の下、適正開度位置に修正することできるから、空気圧
縮機の吸い込む大気の体積重量に過不足があっても確実
にサージングを防止することができる。
【0030】また、この発明によれば、圧縮空気の一部
を大気放出することにより圧縮機での内圧が低下するこ
とになり、圧縮機翼での空気の流速を確保し、サージン
グの発生しない安全な運転が可能となる。
を大気放出することにより圧縮機での内圧が低下するこ
とになり、圧縮機翼での空気の流速を確保し、サージン
グの発生しない安全な運転が可能となる。
【0031】また、この発明によれば、極低大気温度時
にも圧縮機での内圧を常に規定値とすることとなり、圧
縮機翼での空気の流速を確保し、サージングの発生しな
い安全な運転が可能となる。
にも圧縮機での内圧を常に規定値とすることとなり、圧
縮機翼での空気の流速を確保し、サージングの発生しな
い安全な運転が可能となる。
【0032】さらに、この発明によれば、極低大気温度
時にも圧縮機での内圧を限定することとなり、圧縮機翼
での空気の流速を確保し、サージングの発生しない安全
な運転が可能となる。
時にも圧縮機での内圧を限定することとなり、圧縮機翼
での空気の流速を確保し、サージングの発生しない安全
な運転が可能となる。
【0033】
【実施例】以下、この発明に係るガスタービンの可変案
内翼制御装置の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。
内翼制御装置の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。
【0034】図1は、この発明に係るガスタービンの可
変案内翼制御装置の一例を示す略示図である。
変案内翼制御装置の一例を示す略示図である。
【0035】ガスタービンは、タービン5に軸直結する
空気圧縮機1を備え、空気圧縮機1からの圧縮空気とと
もに燃料を加えて燃焼器4により作動ガス(燃焼ガス)
を作り出し、その作動ガスをタービン5に与えて膨脹仕
事をさせている。また、空気圧縮機1には可変案内翼2
を備えており、この可変案内翼2は翼開度演算修正回路
20により開度を修正している。
空気圧縮機1を備え、空気圧縮機1からの圧縮空気とと
もに燃料を加えて燃焼器4により作動ガス(燃焼ガス)
を作り出し、その作動ガスをタービン5に与えて膨脹仕
事をさせている。また、空気圧縮機1には可変案内翼2
を備えており、この可変案内翼2は翼開度演算修正回路
20により開度を修正している。
【0036】翼開度演算修正回路20には第1関数発生
器22と第2関数発生器12が組み込まれている。
器22と第2関数発生器12が組み込まれている。
【0037】第1関数発生器22は、空気圧縮機1の入
口に設けた温度検出器21からの大気温度変化信号を受
けており、この大気温度変化信号に基づいて可変案内翼
2の開度信号が作り出されて高値選択回路16に送り出
されている。
口に設けた温度検出器21からの大気温度変化信号を受
けており、この大気温度変化信号に基づいて可変案内翼
2の開度信号が作り出されて高値選択回路16に送り出
されている。
【0038】第2関数発生器12は、空気圧縮機1の出
口側に設けた圧力検出器11からの圧縮空気圧信号を受
けており、この圧縮空気圧信号に基づいてタービン5の
排ガス温度換算値が作り出されている。第2関数発生器
12により作り出された排ガス温度換算値の出力信号
は、減算部13に送られ、ここでタービン5の出口に設
けた排ガス温度検出器14からの実排ガス温度信号と突
き合され、減算後、演算部15により比例・積分動作が
なされ、高値選択回路16に送り出されている。
口側に設けた圧力検出器11からの圧縮空気圧信号を受
けており、この圧縮空気圧信号に基づいてタービン5の
排ガス温度換算値が作り出されている。第2関数発生器
12により作り出された排ガス温度換算値の出力信号
は、減算部13に送られ、ここでタービン5の出口に設
けた排ガス温度検出器14からの実排ガス温度信号と突
き合され、減算後、演算部15により比例・積分動作が
なされ、高値選択回路16に送り出されている。
【0039】高値選択回路16は、第1関数発生器22
により作り出された可変案内翼2の開度信号と、タービ
ン5に送られる作動ガス温度を一定にするために第2関
数発生器12により作り出された排ガス温度換算値の演
算信号とのうち、いずれか高値信号を選択して翼開度位
置制御回路18に送り出し、ここで可変案内翼駆動部2
aの検出器19からの実可変案内翼開度位置と突き合
せ、偏差が生じた場合、その偏差を可変案内翼2aに与
えて可変案内翼2の開度位置を修正している。
により作り出された可変案内翼2の開度信号と、タービ
ン5に送られる作動ガス温度を一定にするために第2関
数発生器12により作り出された排ガス温度換算値の演
算信号とのうち、いずれか高値信号を選択して翼開度位
置制御回路18に送り出し、ここで可変案内翼駆動部2
aの検出器19からの実可変案内翼開度位置と突き合
せ、偏差が生じた場合、その偏差を可変案内翼2aに与
えて可変案内翼2の開度位置を修正している。
【0040】このように、この発明に係る翼開度演算修
正回路20では、空気圧縮機1ら吸い込む大気の温度変
化をファクターにして可変案内翼2の開度を修正してい
るので、空気圧縮機1は大気の温度に対応して適正な大
気量を吸い込むことができ、このような適正な大気の吸
込み量の下、空気圧縮機内を通過する流体の流速変化は
起きず、したがってサージングを防止することができ
る。
正回路20では、空気圧縮機1ら吸い込む大気の温度変
化をファクターにして可変案内翼2の開度を修正してい
るので、空気圧縮機1は大気の温度に対応して適正な大
気量を吸い込むことができ、このような適正な大気の吸
込み量の下、空気圧縮機内を通過する流体の流速変化は
起きず、したがってサージングを防止することができ
る。
【0041】次に、図2〜図7によって、本発明に係る
ガスタービンの可変案内翼制御装置における圧縮機保護
装置を説明する。
ガスタービンの可変案内翼制御装置における圧縮機保護
装置を説明する。
【0042】図2に示すように、圧縮機1にて圧縮され
た高圧空気の一部は、圧縮機1の抽気部または吐出部に
接続された放出管20により、放出止め弁21および放
出空気流量調節弁23を経由して、ガスタービン5の排
気ガス中に放出される。なお、放出先は大気、または圧
縮機1の吸込部でも良い。
た高圧空気の一部は、圧縮機1の抽気部または吐出部に
接続された放出管20により、放出止め弁21および放
出空気流量調節弁23を経由して、ガスタービン5の排
気ガス中に放出される。なお、放出先は大気、または圧
縮機1の吸込部でも良い。
【0043】図3はガスタービン圧縮機保護装置の一例
を詳細に示している。
を詳細に示している。
【0044】圧縮機1の入口に設けられた大気温度検出
器32と、圧縮機1の回転軸に設けられた回転数検出器
31と、可変案内翼2に設けられた可変案内翼位置検出
器19の信号とが、ガスタービン圧縮機保護装置30内
の演算器33に入力される。演算器33では圧縮機修正
流量を演算し、その結果を関数発生器34へ出力する。
器32と、圧縮機1の回転軸に設けられた回転数検出器
31と、可変案内翼2に設けられた可変案内翼位置検出
器19の信号とが、ガスタービン圧縮機保護装置30内
の演算器33に入力される。演算器33では圧縮機修正
流量を演算し、その結果を関数発生器34へ出力する。
【0045】関数発生器34は、圧縮機修正流量と圧縮
機圧力比設定の関係式を持っており、圧縮機修正流量が
小さい時には圧縮機圧力比設定も小さくなるようになっ
ている。これらの関係式については後に説明する。
機圧力比設定の関係式を持っており、圧縮機修正流量が
小さい時には圧縮機圧力比設定も小さくなるようになっ
ている。これらの関係式については後に説明する。
【0046】関数発生器34からの圧縮機圧力比設定
は、減算器35へ出力される。また、圧縮機1の入口部
に設けられた圧力検出器36からの圧縮機入口圧力信号
と、圧縮機1の吐出部に設けられた圧力検出器11から
の圧縮機吐出圧力信号とが、ガスタービン圧縮機保護装
置30内の除算器37に入力される。
は、減算器35へ出力される。また、圧縮機1の入口部
に設けられた圧力検出器36からの圧縮機入口圧力信号
と、圧縮機1の吐出部に設けられた圧力検出器11から
の圧縮機吐出圧力信号とが、ガスタービン圧縮機保護装
置30内の除算器37に入力される。
【0047】除算器37は、圧縮機吐出圧力信号を圧縮
機入口圧力信号で除算することにより実圧縮機圧力比信
号を演算し、その結果を減算器35へ出力する。減算器
35は関数発生器34からの圧縮機圧力比設定信号と除
算器37からの実圧縮機圧力比信号との差を演算し、そ
の結果の偏差信号を調節計38へ出力する。調節計38
は比例および積分要素を持ち、減算器35からの偏差信
号が零になるように調節計38の出力が放出空気流量調
節弁22の開度を制御する。
機入口圧力信号で除算することにより実圧縮機圧力比信
号を演算し、その結果を減算器35へ出力する。減算器
35は関数発生器34からの圧縮機圧力比設定信号と除
算器37からの実圧縮機圧力比信号との差を演算し、そ
の結果の偏差信号を調節計38へ出力する。調節計38
は比例および積分要素を持ち、減算器35からの偏差信
号が零になるように調節計38の出力が放出空気流量調
節弁22の開度を制御する。
【0048】このガスタービン圧縮機保護装置30によ
り、極低大気温度時に可変案内翼2の開度が小さくなり
圧縮機流量が低下した場合においても、圧縮機圧力比は
常に規定値となるためサーシングは発生せず常に安全な
運転が可能となる。
り、極低大気温度時に可変案内翼2の開度が小さくなり
圧縮機流量が低下した場合においても、圧縮機圧力比は
常に規定値となるためサーシングは発生せず常に安全な
運転が可能となる。
【0049】前述したガスタービン圧縮機臍装置30の
関係式等について詳述すると、以下の通りである。
関係式等について詳述すると、以下の通りである。
【0050】すなわち、図3に示すガスタービン圧縮機
保護装置30内の修正流量演算器33は、次の機能を持
った演算器としている。
保護装置30内の修正流量演算器33は、次の機能を持
った演算器としている。
【0051】回転数検出器31からのガスタービン空気
圧縮機速度信号と、温度検出器32とからの大気温度信
号を基に、次の演算式より空気圧縮機修正速度Ncを算
出する。
圧縮機速度信号と、温度検出器32とからの大気温度信
号を基に、次の演算式より空気圧縮機修正速度Ncを算
出する。
【0052】
【数1】
【0053】次に、上記式にて算出された空気圧縮機修
正速度Ncを基に、図4に示す特性の関数発生器を用い
て空気圧縮機修正流量Gcを算出する。図4において、
空気圧縮機修正速度(修正回転数)Ncが増加すること
によって、空気圧縮機修正流量Gcは増加する。但し、
図示の関数は空気圧縮機の効率を示し、空気圧縮機の空
気吸込断面積は一定の場合を示す。
正速度Ncを基に、図4に示す特性の関数発生器を用い
て空気圧縮機修正流量Gcを算出する。図4において、
空気圧縮機修正速度(修正回転数)Ncが増加すること
によって、空気圧縮機修正流量Gcは増加する。但し、
図示の関数は空気圧縮機の効率を示し、空気圧縮機の空
気吸込断面積は一定の場合を示す。
【0054】次に位置検出器19よりの入口案内翼開度
信号を基に、図5に示す特性の関数発生器を使用し、空
気圧縮機の空気吸込断面積の補正係数を算出する。すな
わち、図4に示す特性の関数発生器で算出される空気圧
縮機修正流量は入口案内翼の開度が全開状態での流量と
なるため、実際の運転状態での流量とするために、左記
の入口案内翼開度による補正を行う必要がある。
信号を基に、図5に示す特性の関数発生器を使用し、空
気圧縮機の空気吸込断面積の補正係数を算出する。すな
わち、図4に示す特性の関数発生器で算出される空気圧
縮機修正流量は入口案内翼の開度が全開状態での流量と
なるため、実際の運転状態での流量とするために、左記
の入口案内翼開度による補正を行う必要がある。
【0055】以上の演算をまとめると、図3の修正流量
演算器33は図6に示す構成となる。
演算器33は図6に示す構成となる。
【0056】また、以上の操作上の理論的根拠について
説明すると、次のとおりである。体積重量Gは流量Qと
比重量γとの積であり、
説明すると、次のとおりである。体積重量Gは流量Qと
比重量γとの積であり、
【数2】 となる。ここで比重量γは温度の関数γ=γ(T)で、
温度が高くなると比重量γは小さくなる。つまり、
温度が高くなると比重量γは小さくなる。つまり、
【数3】 の逆比例になる。
【0057】したがって、大気温度が高くなると、比重
量γは小さくなるから、仮に吸込流量Qが一定でも体積
重量Gは、
量γは小さくなるから、仮に吸込流量Qが一定でも体積
重量Gは、
【数4】 になる。
【0058】このため、高い大気温度の影響を受けてG
は小さくなるから、小さくなったGにおいて回転数Nを
修正する必要が生じ、Ncを上式の通り補正する必要が
ある。なお、設計上、大気温度は15℃とし、その温度
のときの比重量γで、体積重量Gを定めている。
は小さくなるから、小さくなったGにおいて回転数Nを
修正する必要が生じ、Ncを上式の通り補正する必要が
ある。なお、設計上、大気温度は15℃とし、その温度
のときの比重量γで、体積重量Gを定めている。
【0059】図7はガスタービン圧縮機保護装置の他の
構成例を示している。
構成例を示している。
【0060】圧縮機1の入口に設けられた大気温度検出
器36からの温度信号と可変案内翼2に設けられた可変
案内翼位置検出器19からの可変案内翼開度信号がガス
タービン圧縮機保護装置40内の関数発生器41に入力
される。
器36からの温度信号と可変案内翼2に設けられた可変
案内翼位置検出器19からの可変案内翼開度信号がガス
タービン圧縮機保護装置40内の関数発生器41に入力
される。
【0061】この関数発生器41は、大気温度と可変案
内翼開度における圧縮機1の放出空気流量の関係式を持
っており、大気温度が低い時に圧縮機1の放出空気流量
を発生し、可変案内翼2の開度が高い程、その放出空気
流量も大きくなるようになっている。この関数発生器4
1からの圧縮機放出空気流量は、放出空気流量調節弁2
2の弁開度設定と同等として扱うことができるため、関
数発生器41の出力が放出空気流量調節弁22の開度を
決定する。
内翼開度における圧縮機1の放出空気流量の関係式を持
っており、大気温度が低い時に圧縮機1の放出空気流量
を発生し、可変案内翼2の開度が高い程、その放出空気
流量も大きくなるようになっている。この関数発生器4
1からの圧縮機放出空気流量は、放出空気流量調節弁2
2の弁開度設定と同等として扱うことができるため、関
数発生器41の出力が放出空気流量調節弁22の開度を
決定する。
【0062】このガスタービン圧縮機保護装置40によ
り圧縮機翼での空気流速が確保でき、サージングは発生
せず安全な運転が可能となる。
り圧縮機翼での空気流速が確保でき、サージングは発生
せず安全な運転が可能となる。
【0063】
【発明の効果】以上の説明の通り、この発明に係るガス
タービンの可変案内翼制御装置は、空気圧縮機が吸い込
む大気の温度変化をファクターにして可変案内翼の翼開
度信号を作り出し、また空気圧縮機からの圧縮空気圧に
基づいてタービンの排ガス温度換算値を作り出し、さら
にこの排ガス温度換算値にタービンの実排ガス温度を加
えて演算し、この演算信号と上記翼開度信号とのうち、
いずれか高値信号を選択して可変案内翼に翼開度修正信
号を与える翼開度演算修正回路を設けているので、空気
圧縮機は可変案内翼により大気の温度変化に対応して適
正大気量を吸い込むことができる。このため空気圧縮機
は、大気温度の変化があっても過不足のない大気の体積
重量の確保の下、流速をほぼ一定にでき、サージングを
防止できる効果がある。
タービンの可変案内翼制御装置は、空気圧縮機が吸い込
む大気の温度変化をファクターにして可変案内翼の翼開
度信号を作り出し、また空気圧縮機からの圧縮空気圧に
基づいてタービンの排ガス温度換算値を作り出し、さら
にこの排ガス温度換算値にタービンの実排ガス温度を加
えて演算し、この演算信号と上記翼開度信号とのうち、
いずれか高値信号を選択して可変案内翼に翼開度修正信
号を与える翼開度演算修正回路を設けているので、空気
圧縮機は可変案内翼により大気の温度変化に対応して適
正大気量を吸い込むことができる。このため空気圧縮機
は、大気温度の変化があっても過不足のない大気の体積
重量の確保の下、流速をほぼ一定にでき、サージングを
防止できる効果がある。
【図1】本発明に係るガスタービンの可変案内翼制御装
置の一実施例を示すブロック図。
置の一実施例を示すブロック図。
【図2】前記可変案内翼制御装置における圧縮機保護装
置を示す図。
置を示す図。
【図3】前記圧縮機保護装置を詳細に示す図。
【図4】前記圧縮機保護装置における関数発生器の修正
機能を示す特性図。
機能を示す特性図。
【図5】前記圧縮機保護装置における位置検出器の機能
を示す特性図。
を示す特性図。
【図6】前記圧縮機保護装置における修正流量演算器の
機能構成図。
機能構成図。
【図7】前記圧縮機保護装置の他の構成例を示す図。
【図8】従来の代表的なガスタービンの略示図。
【図9】従来のガスタービンの可変案内翼制御装置のブ
ロック図。
ロック図。
【図10】可変案内翼開度とガスタービン出力との関係
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図11】可変案内翼開度と大気温度との関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図12】翼にサージングが発生したことを示す空気の
挙動を表わした図。
挙動を表わした図。
1 空気圧縮機 2 可変案内翼 2a 可変案内翼駆動部 3 翼 4 燃焼器 5 タービン 11 圧力検出器 12 第2関数発生器 13 減算部 14 排ガス温度検出器 15 演算部 16 高値選択回路 18 翼開度位置制御回路 19 検出器 20 翼開度演算修正回路 21 温度検出器 22 第1関数発生器 23 放出空気流量調節弁 30 ガスタービン圧縮機保護装置 31 回転数検出器 32 大気温度検出器 33 演算器 34 関数発生器 35 減算器 36 圧力検出器 37 除算器 38 調節計 40 ガスタービン圧縮機保護装置 41 関数発生器
Claims (5)
- 【請求項1】 空気圧縮機からの圧縮空気圧信号とター
ビンからの排ガス温度信号とに基づいて翼開度信号を作
り出す翼開度演算回路を備えるとともに、上記空気圧縮
機の可変案内翼の実開度を検出する実翼開度位置検出器
を備え、上記翼開度演算回路からの出力信号に、上記実
翼開度位置検出器からの出力信号を突き合せ、その偏差
に基づいて上記可変案内翼の開度を修正せしめるガスタ
ービンの可変案内翼制御装置において、上記空気圧縮機
の入口側に温度検出器を設け、この温度検出器から検出
された大気温度変化信号に、上記圧縮空気信号と上記排
ガス温度信号とを加えて演算し、翼開度修正信号を作り
出す翼開度演算修正回路を設けてなり、この翼開度演算
修正回路により大気温度変化に基づいて作り出された翼
開度信号に、上記実翼開度位置検出器からの出力信号を
突き合せ、その偏差に基づいて上記可変案内翼の開度を
修正せしめることを特徴とするガスタービンの可変案内
翼制御装置。 - 【請求項2】 翼開度演算修正回路は、温度検出器から
の大気温度変化信号を受けて可変案内翼の開度信号を作
り出す第1関数発生器と、空気圧縮機からの圧縮空気圧
信号を受けてタービンの排ガス温度換算値を作り出す第
2関数発生器とを設ける一方、この第2関数発生器の出
力信号に、タービンからの排ガス温度信号を加えて演算
し、その演算信号と上記第1関数発生器からの出力信号
のうち、いずれか高値信号を選択して可変案内翼駆動部
に可変案内翼の開度修正信号として与える高値選択回路
を設けた請求項1記載のガスタービンの可変案内翼制御
装置。 - 【請求項3】 空気圧縮機からの圧縮空気圧信号とター
ビンからの排ガス温度信号とに基づいて翼開度信号を作
り出す翼開度演算回路を備えるとともに、上記空気圧縮
機の可変案内翼の実開度を検出する実翼開度位置検出器
を備え、上記翼開度演算回路からの出力信号に、上記実
翼開度位置検出器からの出力信号を突き合せ、その偏差
に基づいて上記可変案内翼の開度を修正せしめるガスタ
ービンの可変案内翼制御装置において、上記圧縮機の吐
出部より圧縮空気を大気へ放出するための配管を設け、
この配管に空気流量調節弁を設置したことを特徴とする
ガスタービンの可変案内翼制御装置。 - 【請求項4】 空気流量調節弁の制御は、大気温度、ガ
スタービン回転数および可変案内翼開度に基づく圧縮機
修正流量の演算ならびに圧縮機修正流量によって定めら
れる圧縮機圧力比を目的値として行われる請求項3記載
のガスタービンの可変案内翼制御装置。 - 【請求項5】 空気流量調節弁の制御は、大気温度と可
変案内翼開度との関数に基づいて行われる請求項3記載
のガスタービンの可変案内翼制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31728394A JP3730275B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-12-20 | ガスタービンの可変案内翼制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16234194 | 1994-07-14 | ||
JP6-162341 | 1994-07-14 | ||
JP31728394A JP3730275B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-12-20 | ガスタービンの可変案内翼制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0882228A true JPH0882228A (ja) | 1996-03-26 |
JP3730275B2 JP3730275B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=26488167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31728394A Expired - Fee Related JP3730275B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-12-20 | ガスタービンの可変案内翼制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3730275B2 (ja) |
Cited By (14)
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CN114592973A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-07 | 中国科学院工程热物理研究所 | 燃气轮机可调静子叶片角度控制方法、***、设备和介质 |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP31728394A patent/JP3730275B2/ja not_active Expired - Fee Related
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