JPH041175B2 - - Google Patents

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JPH041175B2
JPH041175B2 JP57042565A JP4256582A JPH041175B2 JP H041175 B2 JPH041175 B2 JP H041175B2 JP 57042565 A JP57042565 A JP 57042565A JP 4256582 A JP4256582 A JP 4256582A JP H041175 B2 JPH041175 B2 JP H041175B2
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JP
Japan
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temperature
control system
exhaust temperature
exhaust
rate
Prior art date
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JP57042565A
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JPS58160516A (ja
Inventor
Shigeki Adachi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH041175B2 publication Critical patent/JPH041175B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02Arrangement of sensing elements
    • F01D17/08Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure
    • F01D17/085Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure to temperature

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンの排気温度制御装置に係
り、特に、ガスタービン起動時の排気温度の変化
率を一定値以下に抑制するのに好適な、ガスター
ビン排気温度制御装置に関する。
第1図に、ガスタービン発電所の機器構成の一
例を示す。図において、1は圧縮機、2は燃焼
器、3はタービン、4は発電機、5はしや断器、
6は系統、7は燃料調整弁、8は燃料制御装置で
ある。
圧縮機1により圧縮された空気は、燃焼器2に
おいて、燃料調整弁7を介して供給される燃料と
混合され、燃焼加熱されて高温のガスとなる。こ
のガスは、タービン3に送られて仕事を行ない、
発電機4を駆動して電力を発生させる。発生した
電力は、しや断器5を経て系統6へ送電される。
燃料調整弁7は、燃料制御装置8の出力信号に
よつて燃焼器2に流入する燃料量を制御する。
第2図に燃料制御装置8のブロツク図を示す。
この図から容易に分かるように、ガスタービンの
燃料制御系は、大きく、起動制御系9、速度/負
荷制御系10、加速度制御系11、温度制御系1
2に分けられる。
起動制御系9は、ガスタービン起動時に、予め
定められた起動プログラム信号にしたがつて、燃
焼器2に流入する燃料流量を制御し、ガスタービ
ン3を定格速度まで立上げるものである。
速度/負荷制御系10は、ガスタービン3が定
格速度になつてから後の、速度および負荷を制御
するものである。
加速度制御系11は、起動時のタービン加速度
が、定められた値を越えない様に制御するもので
ある。
温度制御系12は、タービン3の高温部の寿命
を管理するために設けられており、起動時には予
定の温度上昇率に基づき、排気温度が時間の関数
として予め計算・設定された温度設定値を目標と
してこれを越えない様に制御し、一方、負荷運動
中は定められた値(通常は、固定値)を越えない
様に制御するものである。
切換ゲート13は、上記の4つの制御系9,1
0,11,12で発生される燃料制御信号のうち
から、タービンの運転状態に応じて、最小の燃料
信号を選択するものである。
ところで、従来のガスタービン起動時の温度制
御系12の温度設定は、第3図に示す様なプログ
ラム信号であつた。図において、横軸は時間、縦
軸は排気温度設定値を示している。
第3図から分るように、ガスタービン点火後、
暖機時間を経過した後は、排気温度設定値の範囲
を一定の割合で上げて行き、時刻T1で定格速度
に達した後はこれを予定の固定値に保持するもの
である。
このように温度上昇率を抑える理由は、タービ
ンメタルの熱膨張による熱応力を抑えるためであ
る。即ち、熱応力はタービンメタルの高温部と低
温部の熱膨張の差によつて発生するものであるか
ら、熱応力を規定値以下に抑えるためには、温度
上昇率を予め定められた値以下としなければなら
ない。
従来の制御系では、起動時に加速度制御によつ
て制御されている場合に、何らかの原因で温度が
一旦下がると、その状態から制御が再び温度制御
に切換わるときに、温度変化率が、予め定められ
た温度上昇率を越えることがあるという欠点があ
つた。
この様子を第4図に示す。この図において、横
軸は時間、縦軸は排気温度である。また、実線は
排気温度設定曲線、点線は実際の排気温度Txの
変化の一例を示している。図から明らかであり、
また前述したように、排気温度設定値は、実際の
排気温度とは無関係に、時間の関数としてプログ
ラムにしたがつて(この例では、一定の勾配a1
もつて)上昇する。
そして、第4図から分かるように、タービンが
時刻T1において定格速度に達するまでは、実際
の燃料制御が、符号t1やt2で示した時間帯の
ように温度制御によつて行なわれたり、また符号
t3やt4で示した時間帯のように加速度制御に
よつて行なわれたりする。
そして、加速度制御系11の出力が燃料制御信
号として選択されており、実際の燃料制御が加速
度制御によつて行なわれているときに、例えば負
荷の減少等によつて加速度が過大になるなどして
燃料制御信号が小さくなると、供給燃料が減少す
る。このために加速度が低下して設定値に近付く
とともに、実際の排気温度は設定値以下に降下す
ることがある。
このような状態のときに、再び負荷が増大して
加速度制御系11の出力が温度制御系12のそれ
よりも大きくなると、今度は温度制御系12の出
力が切換ゲート13によつて選択されるので、温
度制御系12の出力が燃料制御信号となる。換言
すれば、加速度制御から温度制御に切換えられ
る。
ところが、第4図から分かるように、排気温度
設定値は時間の関数として設定されているので、
切換え時の実際の排気温度Txが低く、排気温度
設定値に対する温度偏差が非常に大きくなること
があり得る。そして、排気温度制御は、前記の温
度偏差に基づいて行なわれ、実際の排気温度Tx
の変化率は監視されないのが普通である。したが
つて、このときの排気温度Txの、実際の温度変
化率a2は予め定められた温度勾配a1より大と
なるものである。
本発明の目的は、前述の欠点を改善し、ガスタ
ービン起動時の加速度制御中に、排気温度がその
設定値以下に下がつた状態で、燃料制御が温度制
御に切換わつた場合でも、実際の温度変化率が規
定値以上になることがないように制御することの
できるガスタービン排気温度制御装置を提供する
ことにある。
前記の目的を達成するために、本発明において
は、ガスタービンが定格速度に達するまでは、排
気温度の変化率そのものを制御し、定格速度に達
した後は排気温度の絶対値を制御するようにして
いる。
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第5図は本発明の一実施例のブロツク図であ
る。図において、14,17は速度形比例積分演
算器、15は微分器、16はトランスフア・スイ
ツチ、18はアナログスイツチ、19は積分器、
20,21は減算器である。
減算器20への一入力として、ガスタービン起
動時の温度変化率設定値が供給される。前記のガ
スタービン起動時の温度変化率設定値は、温度の
変化率そのものを規定するものであり、例えば25
℃/Secの様な値である。
実際の排気温度Txは、通常複数個の熱電対で
検出された値の平均値またはメジアンであり、微
分器15によつて、実際の温度変化率が求められ
る。この温度変化率の制御偏差が減算器20によ
つて求められ、速度形比例積分演算器14によつ
て比例積分演算される。
ガスタービンが定格速度に達するまでは、信号
14HSの制御により、アナログスイツチ18は
速度形比例積分演算器14の出力を選択して積分
器19に供給する。積分器19の出力は、温度制
御系12からの燃料制御信号として、最小信号選
択用の切換ゲート13に供給される。
それ故に、時刻T1においてガスタービンが定
格速度に達するまでの間に、切換ゲート13によ
つて、温度制御系12からの燃料制御信号が実際
の燃料制御信号として選択され、温度制御モード
になつた時は、排気温度Txの変化率がその設定
値を超えないように燃料制御が行なわれることに
なる。
その結果、ガスタービンの暖機または昇速の過
程において、加速度制御から温度制御に切換つた
ときにも、温度変化率が設定値を超えるようなこ
とはなくなる。
ガスタービンが定格速度になつた後の温度制御
は、排気温度の絶対値に基づいて実行される。す
なわち、ピーク温度設定値またはベース温度設定
値のいづれかが、トランスフア・スイツチ16に
よつて切換・選択されて排気温度の設定値とな
る。前記設定値は、実際の排気温度Txとともに
減算器21に入力され、前述と同様の燃料制御に
使用される。
このベース、ピーク温度設定値は、ガスタービ
ン高温部の寿命を勘案して決定されるものであ
り、通常は、圧縮機出口空気圧力または燃料流量
の関数となつている。ガスタービンは、通常は、
ベース温度設定で運転される。
一方、何らかの理由によつて、ガスタービン高
温部の寿命消費が大となるにもかかわらず、より
大きな出力が必要とされる場合は、運転員の判断
によつて、温度設定の高いピーク温度設定へ切換
えられる。この場合の、排気温度の制御偏差も、
速度形比例積分演算器17によつて比例積分演算
される。
アナログスイツチ18は、ガスタービンが定格
速度に達したとき、その信号14HSによつて、
速度形比例積分演算器の出力を14側から17側
へ、すなわち、温度変化率演算から温度の絶対値
演算に切換える。アナログスイツチ18の出力
は、積分器19を経て、温度制御系による燃料制
御信号となる。
アナログスイツチ18で切換える量は、前述の
ように、速度形比例積分器14または17の出力
であるので、後述するように、積分器19の出力
はバンプレスに円滑に切換わる。
本発明において、定格速度信号14HSで、速
度形比例積分器の出力を14側から17側へ切換
えても、支障を生じないのは、下記の理由によ
る。
典型的なガスタービンの起動時における実際の
排気温度Txの変動曲線は、第6図の点線に示す
ようになつている。この図に示す様に、排気温度
Txは、ガスタービンの速度上昇に伴なつて、定
格速度に達する時刻T1以前に一旦ピーク値に達
し、その後は下降する。これは、圧縮機空気流量
が速度上昇に従つて増すとともに、効率が改善さ
れるためである。この様に、タービンが定格速度
に達する以前の時刻において、実際の排気温度
Txが降下すると、その温度変化率は減少して負
となる。したがつて、速度形比例積分器14の出
力が増大し、積分器19は燃料を増加する方向に
飽和する傾向を示す。もちろん、このときは、積
分器19の後段にある切換ゲート13(第2図参
照)によつてこの信号が選択されることはない。
またこのとき、温度制御系側の速度形比例積分
演算器17の出力も、トランスフア・スイツチ1
6で選択された設定値より実際の排気温度Txの
方が低いため、温度を上げる方向の信号を出すこ
とになる。すなわち、いずれにしても、定格速度
時の排気温度制御系の出力は、切換ゲート13に
よつて選択されるほど低値の信号ではない。
それ故に、定格速度に到達したとき、排気温度
制御系の作動モードを、温度変化率制御から温度
絶対値制御に切換えたとしても、ガスタービンに
は何の影響も与えない。
第7図に、本実施例に使用した制御機能ブロツ
クと、その入力、出力を示し、以下にその演算内
容を記述する。
(1) 微分 Y=(d/dt)X (2) 積分 Y=Y+X (3) 速度形比例積分 Y=C1(Xo−Xo-1)+(Ts/T)X ここで、C1は比例ゲイン Tsはサンプリング周期 Tは積分時間 Xoは現在の入力 Xo-1は1サンプリング前の入力 (4) トランスフア・スイツチ SW=0のとき…YはX1からX2へ、 SW=1のとき…YはX2からX1へ、 それぞれ、予め定められた変化率で切換わ
る。
(5) アナログスイツチ 14HS=0のとき…Y=X2を出力 14HS=1のとき…Y=X1を出力 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、ガスタービン起動時の暖機および昇速過程に
おける温度変化率を常に定められた値以下に保つ
ことができる。
本発明の他の実施例として、アナログスイツチ
18の代わりに低値優先回路を用いることができ
る。この実施例は、タービンが定格速度に達した
後にも排気温度変化率制御が必要な場合に適用可
能である。すなわち、低値優先回路を用いること
により、温度変化率制御、排気温度一定制御の両
者を常に動作させ、いずれかのうち、低い燃料制
御信号を出力する制御モードでガスタービンを制
御できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービン発電所の全体構成を示す
ブロツク図、第2図はガスタービンの燃料制御系
の概略ブロツク図、第3図は従来のプログラム制
御による温度制御の設定例を示す図、第4図は従
来のプログラム信号制御の不具合点を説明するた
めの図、第5図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第6図はガスタービンの起動特性例を示す
図、第7図は本発明に使用した制御機能ブロツク
を説明するための図である。 1……圧縮機、2……燃焼器、3……ガスター
ビン、4……発電機、5……しや断器、6……系
統母線、7……燃料調整弁、8……燃料制御装
置、9……起動制御系、10……速度/負荷制御
系、11……加速度制御系、12……温度制御
系、13……切換ゲート、14……速度形比例積
分器、15……微分器、16……トランスフア・
スイツチ、17……速度形比例積分器、18……
アナログスイツチ、19……積分器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 起動制御系と、速度/負荷制御系と、加速度
    制御系と、温度制御系と、前記各制御系からの制
    御信号を入力され、タービン運転状態に応じた最
    適の信号を選択し、燃料制御信号として出力する
    切換ゲートとを具備したガスタービンの排気温度
    制御装置であつて、 温度制御系が、 排気温度変化率の基準値を設定する排気温度変
    化率設定手段と、 排気温度の実際の変化率を検出する変化率検出
    手段と、 前記排気温度の実際の変化率の、排気温度変化
    率設定値に対する偏差を検出する変化率偏差検出
    手段と、 前記変化率偏差に基づいて、第1の燃料制御信
    号を演算する排気温度変化率制御系と、 排気温度の基準値を設定する排気温度設定手段
    と、 排気温度の、排気温度設定値に対する偏差を検
    出する温度偏差検出手段と、 前記温度偏差に基づいて第2の燃料制御信号を
    演算する排気温度絶対値制御系と、 前記第1および第2の燃料制御信号の一方を選
    択し、これを温度制御系の制御信号として出力す
    る切換手段とを具備したことを特徴とするガスタ
    ービン排気温度制御装置。 2 切換手段は、タービンが定格速度に達したと
    き、第1の燃料制御信号から第2の燃料制御信号
    へ切換えるものであることを特徴とする前記特許
    請求の範囲第1項記載のガスタービン排気温度制
    御装置。 3 切換手段が低値優先回路であることを特徴と
    する前記特許請求の範囲第1項記載のガスタービ
    ン排気温度制御装置。
JP4256582A 1982-03-19 1982-03-19 ガスタ−ビン排気温度制御装置 Granted JPS58160516A (ja)

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JP4256582A JPS58160516A (ja) 1982-03-19 1982-03-19 ガスタ−ビン排気温度制御装置

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JPS58160516A JPS58160516A (ja) 1983-09-24
JPH041175B2 true JPH041175B2 (ja) 1992-01-10

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011043136A (ja) * 2009-08-24 2011-03-03 Honda Motor Co Ltd ガスタービン・エンジンの始動時燃料制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55114855A (en) * 1979-02-26 1980-09-04 Hitachi Ltd Gas turbine warming-up drive controlling circuit

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011043136A (ja) * 2009-08-24 2011-03-03 Honda Motor Co Ltd ガスタービン・エンジンの始動時燃料制御装置

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JPS58160516A (ja) 1983-09-24

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