JPH11229899A - ガスタービン着火検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン着火検出装置に関し、排ガスの
温度を検出して着火を確実に検出する。 【解決手段】 着火検出装置１０には着火検出装置１，
２が設けられ、排ガス温度信号２１により着火を検出
し、ＯＲ回路３を通り、いずれかの検出信号がセットリ
セット回路５へ入り、回路５をセットして、着火検出信
号２２を出力する。又、着火不充分検出装置６はＡＮＤ
回路４を通り、着火検出時に着火不充分の状態を検出す
ると回路５をリセットし、着火検出信号を確実にする。
着火検出装置１はガス燃料を用いた温度上昇を、着火検
出装置２は油燃料を用いた温度上昇をそれぞれ検出する
ので着火状態が確実に判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
の着火検出を排ガス温度を検知して行う着火検知装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は現在用いられているガスタービン
の火炎検知器の機器構成図を示す。ガスタービンに採用
されている火炎検知器は、ガスタービン燃焼器５１の本
体に取付ける紫外線検出器５２及び耐圧ガラス５３と制
御室に設置する火炎スイッチ５４で構成されている。

【０００３】紫外線検出器５２には、真空管５５が使用
されており、燃焼器５１内の火炎７０から発生する紫外
線６０をレンズ６１を介して受けると、電極間において
放電が開始され、電流が流れる。この電流を火炎スイッ
チ５４内に設けられている電子回路５６において増幅
し、リレー動作させる事により火炎有りを外部に出力す
る。

【０００４】紫外線検出器５２の動作の原理は、紫外線
検出器５２が１９００〜２６００オングストロームの波
長を持つ紫外線に反応し、この紫外線は通常のどの様な
炎からでも放射されているものであり、反射や輻射は生
じない。また検出部は特殊なガラスの容器で構成されて
おり、中に電極が設けられ、純粋なガスをガラス容器内
に封入してある。電極には、ＡＣ電圧がかけられてお
り、電極が上記波長帯の紫外線光子を感ずると電流が流
れる。単位時間あたりの電流パルス量は光線の強さに比
例する。信号パルスは紫外線検出器５２よりケーブル５
７によって火炎スイッチ５４内の電子回路５６へ入力
し、増幅器に送られ、ここでフィルターにかけられ、積
分されて増幅される。そして増幅された信号がリレーを
作動させ、接点出力５８を出力する。この接点出力５８
は「ＯＮ」の時には火炎有りで、失火と判断され、「Ｏ
ＦＦ」の時には火炎なしと判断される。なお、５９はチ
ェック用のジャックである。火炎検出器は上記のような
構成機器及び動作原理からなり、該検出器５２を燃焼器
本体５１に取付けることによって油燃焼、ガス燃焼或い
は油・ガス混焼による火炎監視を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の火炎検出器は火
炎の光により失火の検出を行い、特に、ガスタービン起
動中の失火トリップの検出をしている重要な計測機器で
ある。しかし火炎検知器の設置環境が劣悪なこともあっ
て次の様な課題がある。

【０００６】（１）センサー部分の寿命が短く、消耗品
扱いされているのが現状である。 （２）また計装品の中では、比較的コスト高で、メンテ
ナンス費用全体に占める割合も大きい。

【０００７】（３）火炎検出器の自己放電による誤った
火炎検出が懸念される。 （４）火炎検出が何らかの理由で検出できなかった場
合、未だ燃焼に至らぬ燃料が爆発を起こし、人災を惹起
する可能性がある。

【０００８】通常、ガスタービンの燃料は多種多様であ
るが、燃焼器内での着火は燃料の種類を問わず検出する
必要がある。又着火検出方式は、燃料の種類を問わず一
定の方式が望ましい。

【０００９】着火時の排ガス温度の上昇パターンは大き
く別けて図６に示すＡ型，Ｂ型の２通りがあり、ガス燃
料では殆どＡ型であり、油燃料ではＡ型，Ｂ型のいずれ
かとなる。又着火検出は出来るだけ早く且つ確実にする
必要がある。何故ならば、未燃燃料の過投入を避けるた
め着火検出時間を極力短くする必要があるからである。
特にガス燃料に於いては必要なことである。

【００１０】又、温度上昇パターンがＢ型の場合、着火
検出をＡ型の検出方式で行うと、図６（ｂ）のＢ型のα
部でカウントアップしてしまい着火検出出来ない場合が
ある。

【００１１】本発明は通常のガスタービン制御に於ける
燃料の種類の違いによる着火検出方式の上記のような問
題点を解消し、且つ着火検出に要する時間を短縮するこ
とのできるガスタービン着火検出装置を提供することを
課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の手段を提供する。

【００１３】ガス燃料の燃焼による排ガス温度信号の所
定の上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第１の着火
検出装置と；油燃料の燃焼による排ガス温度信号の所定
の上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第２の着火検
出装置と；前記第１と第２の着火検出装置のいずれか一
方の検出信号を出力する回路と；前記排ガス温度信号に
基づいて所定の上昇幅での上昇率低下により着火直後の
着火不充分状態を検出する回路と；同着火不充分状態を
検出する回路の検出信号により前記第１着火検出回路か
又は第２着火検出回路の検出信号を出力する回路をリセ
ットする回路とを具備してなることを特徴とするガスタ
ービン着火検出装置。

【００１４】本発明の着火検出装置は、第１の着火検出
装置により主にガス燃料による温度上昇パターン（Ａ
型）の場合の平均ブレードパス温度の上昇監視を行い、
着火を検出する。この場合、Ａ型の排ガス温度は燃料入
から着火点までは温度が下降ぎみに推移し、着火後急激
に上昇する。第１の着火検出装置では、燃料入時の平均
ブレードパス温度に対し、着火後の温度幅を設定してお
く。この温度設定値は、例えば燃料入時の平均ブレード
パス温度＋１０℃（ＢＰＴ１）と、このＢＰＴ１から３
秒以内に更に＋３０℃の温度上昇を設定（ＢＰＴ２）し
ておき、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度
上昇すれば、“着火検出”とする。これは着火前のブレ
ードパス温度がＨＯＴ ＳＴＡＲＴ又はＣＯＬＤ ＳＴ
ＡＲＴ等の条件により一概に決められないために燃料入
時の温度を記憶し、そこを基準としＢＰＴ１，ＢＰＴ２
の設定を行い、実際の平均ブレードパス温度が到達すれ
ば“着火”とするものである。温度上昇パターンがＡ型
の場合には、第１の着火検出装置において着火検出ＢＰ
Ｔ１から着火検出ＢＰＴ２迄の時間は数百ｍsec であ
り、着火検出時間を極力短くすることが出来る。

【００１５】又一方温度上昇パターンが主に油燃料の場
合は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急激な温
度上昇となる型（Ｂ型）であり、上記の第１の着火検出
装置では着火検出がむずかしい。このため第２の着火検
出装置により着火検出を行う。この場合には、平均ブレ
ードパス温度の上昇率を所定値、例えば１０℃／secに
設定しておき、１０℃／sec が３秒以上続けば着火とみ
なすようにする。このように第１，第２の着火検出装置
を並設し、いずれかの検出値を出力する回路により着火
検出信号を出力し、着火検出の確度を高めるものであ
る。

【００１６】更に、本発明では着火不充分状態検出回路
を設け、所定の温度上昇率、例えば１０℃／sec が所定
時間、例えば、Ａ型では２秒、Ｂ型では３秒以上継続し
ないと失火又は着火不充分とみなして着火不充分信号を
リセット回路へ出力し、着火検出信号をリセットするの
で着火検出の信頼性が向上する。このように、本発明に
よれば、着火検出時間の短縮と着火検出の確実性の向上
を可能にする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明のガ
スタービン着火検出装置のブロック図である。図におい
て、１０は着火検出装置本体であり、ガスタービン排ガ
ス温度信号２１を入力し、着火検出信号２２を出力し、
油、ガス燃焼、あるいは油、ガス混焼火炎の監視に供さ
れるものである。

【００１８】１０は着火検出装置本体であり、着火検出
装置１、着火検出装置２とが設けられ、ＯＲ回路３によ
りその信号をセットリセット回路５へ入力している。４
はＡＮＤ回路であり、６は着火不充分検出装置である。
ＡＮＤ回路４には着火不充分検出装置６とセットリセッ
ト回路５の出力信号とが入力され、その出力はセットリ
セット回路５のリセット側へ入力する構成である。

【００１９】上記構成の着火検出装置においては、着火
検出装置１と２とを併用し、温度上昇パターンが図６
（ａ）に示すようなＡ型の場合は、着火検出装置１で、
温度上昇パターンＢ型の場合は、着火検出２で着火検出
し、その信号をＯＲ回路３からセットリセット回路５へ
送り、着火検出信号２２を出力する。

【００２０】又、更に着火検出後、一定時間排ガス温度
の上昇率監視を継続して行う。又着火不充分検出装置６
を設置して着火検出時間の短縮と確実な着火検出を実現
させる。即ち、着火検出信号２２が出力している状態で
着火不充分検出装置６が着火不充分を検出するとＡＮＤ
回路４からの信号によりセットリセット回路５をリセッ
トし、着火検出の確実性を増すようにしている。

【００２１】図２は着火検出装置１の動作説明図であ
る。図中、実線はＡ型の平均ブレードパス温度（平均Ｂ
ＰＴ）を示し、実際の平均ＢＰＴの着火検出（設定）Ｂ
ＰＴ１に到達後３秒以内に着火検出（設定）ＢＰＴ２以
上に温度上昇すれば着火とみなして着火信号を発する。
着火検出（設定）ＢＰＴ１はＦＬＯＮ（燃料入）から１
０℃上昇した温度とし、着火検出（設定）ＢＰＴ２は更
にＢＰＴ１より３０℃上昇した温度に設定している。

【００２２】平均ＢＰＴはＦＬＯＮ（燃料入）後から着
火点以降は急激に上昇し、ＢＰＴ１に到達し、その後３
秒以内の間でＢＰＴ２に温度上昇すれば着火検出とす
る。このように温度上昇パターンがＡ型の場合に着火を
確実に検出するものである。

【００２３】図３は着火検出装置２の動作説明図であ
る。図中、実線はＢ型の平均ブレードパス温度（平均Ｂ
ＰＴ）を示し、ΔＢＰＴ／Δｔを１０℃／sec に設定し
ておき、ΔＢＰＴ＞１０℃／sec が３秒以上続けば着火
とする。このようにして温度上昇パターンＢ型の着火を
確実に検出するものである。

【００２４】図４は温度上昇パターンＡ型の場合の着火
検出直後の着火不充分検出の動作説明図である。図にお
いて、着火検出直後、平均ブレードパス温度が２秒間に
わたり＞１０℃／sec で継続して上昇し続けることを条
件とし、さもないと失火又は着火不充分とする。

【００２５】図５は温度上昇パターンＢ型の着火検出後
の失火及び着火不充分検出の動作説明図である。図にお
いて、着火検出直後、着火が確認された後、２秒以内に
ΔＢＰＴ／Δｔ＜１０℃／sec となれば、失火又は着火
不充分とする。

【００２６】図１に示す着火不充分検出装置６は温度上
昇パターンＡ型の場合は図４に示す方式で、Ｂ型の場合
には図５に示す方式で失火又は着火不充分の状態を検出
し、着火検出信号を確実なものとする。

【００２７】ガスタービンにおいては、未燃燃料の過投
入を避けるために着火検出時間は極力短くする必要があ
ること及び着火検出のカウントアップによる着火検出不
可の防止をし着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行う
必要がある。

【００２８】そのため着火検出装置１により温度上昇パ
ターンＡ型の平均ブレードパス温度の上昇を監視し、着
火を検出する。ＦＬＯＮ（燃料入）時の平均ブレードパ
ス温度に対し、図２に示すように着火後の温度〔この場
合（燃料入）時の平均ブレードパス温度＋１０℃に上昇
後３秒以内に更に＋３０℃の温度上昇〕を設定してお
き、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度上昇
すれば、“着火検出”としている。

【００２９】これは着火前のブレードパス温度がＨＯＴ
ＳＴＡＲＴ又はＣＯＬＤ ＳＴＡＲＴ等の条件により
一概に決められないためにＦＬＯＮ（燃料入）時の温度
を記憶し、そこを基準とし設定を行い、実際の平均ブレ
ードパス温度が到達すれば“着火”とするものである。
このように温度上昇パターンがＡ型の場合は、着火検出
装置１の検出回路に於いて着火検出ＢＰＴ１から着火検
出ＢＰＴ２迄の時間は数百ｍsec であり、着火検出時間
を極力短くすることが出来る。

【００３０】又、一方温度上昇パターンがＢ型の場合
は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急な温度上
昇となるため、着火検出装置１では検出できない。この
ため着火検出装置を併設し、この検出装置２により着火
検出直後の温度上昇幅を監視する。

【００３１】本実施の形態においては、上記の２通りの
着火検出装置１，２を併用し、着火検出の精度を高め、
更に着火検出後の着火不充分検出装置の設置により着
火、検出時間の短縮と着火検出の確実性を向上させるこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のガスタービン着火検出装置は、
ガス燃料の燃焼による排ガス温度信号の所定の上昇率と
上昇幅を用いて着火を検出する第１の着火検出装置と；
油燃料の燃焼による排ガス温度信号の所定の上昇率と上
昇幅を用いて着火を検出する第２の着火検出装置と；前
記第１と第２の着火検出装置のいずれか一方の検出信号
を出力する回路と；前記排ガス温度信号に基づいて所定
の上昇幅での上昇率低下により着火直後の着火不充分状
態を検出する回路と；同着火不充分状態を検出する回路
の検出信号により前記第１着火検出回路か又は第２着火
検出回路の検出信号を出力する回路をリセットする回路
とを具備してなることを特徴としている。このような構
成により、次のような効果を奏する。

【００３３】（１）火炎検出を平均ブレードパス温度の
検出に替えることによって検出方法をソフトウェア化
（センサーの廃止）することができ調達費及び保修費の
低減を可能にするものである。

【００３４】（２）燃料の種類に拘わらず着火検出方式
が一定化し着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行い、
未燃燃料の過投入及び着火検出のカウントアップを避け
着火の判定を確実なものにする。従ってガスタービン運
転に於ける信頼性は一段と向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火
検出装置のブロック図である。

【図２】図１に示す着火検出装置１の作用の説明図であ
る。

【図３】図１に示す着火検出装置２の作用の説明図であ
る。

【図４】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火
検出装置における温度上昇パターンでの着火不充分検出
装置の作用の説明図である。

【図５】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火
検出装置における他の温度上昇パターンでの着火不充分
検出装置の作用の説明図である。

【図６】ガスタービンの燃料種類による一般的な排ガス
温度上昇パターン図であり、（ａ）はガス燃料、（ｂ）
は油燃料の場合のパターンである。

【図７】現状の火炎検知器の構成図である。

【符号の説明】

１，２ 着火検出器 ３ ＯＲ回路 ４ ＡＮＤ回路 ５ セットリセット回路 ６ 着火不充分検出装置 １０ 着火検出装置全体 ２１ 着火検出信号 ２２ 排ガス温度信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス燃料の燃焼による排ガス温度信号の
   所定の上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第１の着
   火検出装置と；油燃料の燃焼による排ガス温度信号の所
   定の上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第２の着火
   検出装置と；前記第１と第２の着火検出装置のいずれか
   一方の検出信号を出力する回路と；前記排ガス温度信号
   に基づいて所定の上昇幅での上昇率低下により着火直後
   の着火不充分状態を検出する回路と；同着火不充分状態
   を検出する回路の検出信号により前記第１着火検出回路
   か又は第２着火検出回路の検出信号を出力する回路をリ
   セットする回路とを具備してなることを特徴とするガス
   タービン着火検出装置。