JPS5853643A - 二軸ガスタ−ビンの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二輪ガスタービンの制御方法に関し、４ＩＫ圧
縮機の効率改善をはかるととによって、ガスタービンの
効率向上を達成するようにした二軸ガスタービンの制御
１嫁に関する。

ガスタービンの効率を最大にすることは、今日最も重！
！な課題となっている。

一般に、タービンの効率ηＴＦｉ、速度比Ｕ及び圧力比
ρ丁の関数として、（１）式で表わされる。

ηｔ＝ｆ（ＵＲ）・ｆ（へ）・η０　・・曲間・・・・
・　（１）ここで、ＵＲ海Ｕ／ＵＤ ＵＤ：設計速度 ρＴＤ二股二股方圧 力比Ｍ設計効率 しかしながら、速度一定制御のため、通常タービンの効
率は、圧縮機効率に比べて、かなり広範囲にわた９変化
が少なく、定常運転状態からの変動は無視することが出
来ると言われているＯ従って、力、・タービンの効率の
向上は、圧縮機の効率を最高にすることによ〉実現出来
る。

圧縮機の効率は、その性能に関連する基本的なパラメー
ターすなわち、回転数Ｎ１圧力比ρ。および空気流量Ｑ
との間Ｋ、下記（２）　（３）式のような関連がある。

（＜−ｊ（ＮｐρＣ）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（２）η（−
ｆｌ　（Ｎ　＃ρＣ）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（３）この関
係上第１１１に示す。

ここで、二輪ガスタービンでは、高圧タービン速度は、
低圧タービン靜翼角度により制御され一定と考えること
が出来る。

従来は、入口案内翼角度制御は、部分負荷での効率向上
のため、第２図の如く、排気ガス―度制御を行っていた
。

すなわち、二輪ガスタービンの起動後、圧！ｉｌｉ機吐
出圧力Ｐａｄおよび燃焼１１度Ｔ、は上昇する。この間
、燃焼濃度ＴＦがある一定の予定値に遮するまでは排ガ
ス湯度ＴｘＦｉ一定値に保たれ、圧縮機入口案内翼の開
角度も一定に保たれている。燃焼湯度Ｔ。

が予定値に達すると、その＆は、前記１度Ｔ、を予定値
に保持するために、圧縮吐出圧力の増加に伴なって、圧
縮機入口案内翼の開角ｔを大きくシ。

また燃料供給量を減じて排ガス湿度を低下させるように
、それぞれの制御を実行していた。

部分負荷時の効率向上を目的とした。圧縮機入口案内翼
を有する従来の二軸ガスタービンの概略構成を、第３図
に示す。

第３図において、１は圧編機入口案内翼、２ｉｔ圧縮嶺
、３Ｆｉ燃料流量調整弁、４は燃焼器、５は負荷、６Ｆ
ｉ高圧タービン、７は低圧タービン静翼、８は低圧ター
ビン、９Ｆｉ燃料の流れ、１０は空気の流れ、１１０起
動装置、１２はクラッチである。

インレットハウス（図示せず）より流入した空気は、圧
縮機入口案内翼１１通り、圧縮＄２で圧縮されて、燃焼
器４に供給される。一方、起動制御ループ、排ガス温度
制御ループおよび速度制御ループよシなる制御装置より
の信号を受けて、ストローク変化する燃料流量調整弁３
よりの燃料も。

燃焼器４に供給される。

燃焼器４では、前記のように供給された空気と燃料が、
混合されて点火膨張し、高圧タービン６へ流入する。こ
の燃焼ガスは、高圧タービン６で仕事をした後、高圧タ
ービン６の速度を一定とするように％高圧タービン６と
低圧タービン８の膨張比（仕事の配分比）を調整する可
変の低圧タービン静翼７を通過し、低圧タービン８に４
人されるＯ そして、さらに、負荷５を駆動する低圧タービン８で仕
事をし九後、大気へ放出される。

この時、前述のように、排ガス湿度（ＴＸ）は、第２図
（力で示される関係となるように、圧縮機吐出圧力（ｐ
ｅｄ）の関数として制御される。また。

一方、燃焼器４の燃焼１１１（Ｔｙ）が、第２図（イ）
で示されるように、一定となるように燃料流量を制御し
てい良。

又、圧縮機入口案内翼１は、上記の排ガス―皺制御にか
かる前に、効率を上げるために、用いられていた。すな
わち、排ガス湯度が高くなると、圧縮機入口案内翼１の
開度＃ｖｔ大きくし、空気流量を多くして排ガス−［を
下げ、反対に、排ガス湿度が低くなると、圧縮機入口案
内翼１のＩｎ　［ｅ、を小さくして空気流量を紋り込み
、排ガス湿度を＾くするように制御していた。

一方、低圧タービン静翼７の角度制御は、所定の圧力比
を得る九めに必ｌｌ！な速度となるように。

高圧タービン６にいくらかのパワーを供給し、残りのパ
ワーを低圧タービン８に分配するように、制御される。

すなわち、負荷（プロセス）制御Ｋより燃料が増加する
と、高圧タービン６の速度が所定の速度より高くなろう
とする。したがって、この場合は低圧タービン静翼７を
閉じて高圧タービン６へのパワー分配を少なくシ、低圧
タービン８へのパワー分配を増加させる。これにより、
相対的に低圧タービン８の速ｗＩＬは増加する。

又逆に、負荷側−により燃料が減少すると、高圧タービ
ン６の速度が低下しようとする。し九がって、この場合
は、低圧タービン静翼７の−ａｔ大きくシ、高圧タービ
ン６へのパワ分配を相対的に多くし、相対的に低圧ター
ビン８の速度を減少させる。

又、低圧タービン静翼７Ｆｉ、圧縮機入口案内翼ｌと同
様に、部分負荷時の効率向上の機能をも有していた。

すなわち、排ガス温度が高くなつ九場合Ｋｔｊ、低圧タ
ービン静翼７を開けて高圧タービン６での仕事を多くす
る。これにより、排ガスｇＩＡｆＬを下げてやり１反対
に、排ガス温度が低くなると、低圧タービン静翼７を閉
じ、高圧タービン６での仕事を少くして、排ガス温度を
上けていた。

このため、従来の二輪ガスタービンにおいて＃１゜大気
温度、大気圧力による圧縮比の変化及び排ガス湿度制御
による空気流量変化畔々のため効率は愚〈なっていた。

本発明の目的は、前述の従来装置の欠点を改善し、圧縮
機の効率改善をはかることによってガスタービンの効率
向上を達成し九二軸ガス〉−ビン制御方法を提供するこ
とにある。

前記目的を達成するために、本発明においては、入口案
内翼で従来行っていた排ガス湿度制御を、低圧タービン
靜翼角度制御で行ない、入口案内翼角度制御は圧縮機効
率向上に使えることに着目し・圧力比ρ。を設定値とし
てまず固定し、その条件で、圧縮機の効率を蛾高とする
空気流量となるようｒ（、圧縮機入口案内翼の開角度を
制御することにより、ガスタービンの効率向上ｔＦｉか
つている。

なお、この場合、実空気流量は、理論的Ｋｔｌ、設計針
自値空気流量に、大気湯度大気圧力、大気温度及び圧縮
機入口案内翼角度補正を行うことによって、求めること
が出来るものである。

つぎに、本発明の動作製造について説明する。

従来のガスタービンでは、空気流量の算出は行っていな
いので、本発明の実施にあたっては、まず下記（４）　
（５）式を導入して実空気流量を演算する。

ここで、Ｗ＆：実空気流量 Ｗ＆ｍ：空気流量計−値 ＰＩ：大気圧力 ｆｌ：大気一度補正係数 ｆ１諺（Ｋ、Ｍｌ　−に、　）　Ｔ、　＋に＠ぬ＋４　
・・・・・・・・・・・・・・・　（５）ζこで、ｘ、
、に、、に、、に４　：定数Ｍｉ：ＩＥ縮機入ロ縮機入
角案 内翼角度気ｉｇｔｔ 前記（４）（５）式によシ、夾空気流量鵠が求まる。す
なわち実空気流量Ｗ＆は、定数％Ｓ、大気１１１Ｔｓ。

大気圧力Ｐｌおよび圧縮機案内翼角度Ｍ１の関数として
、（６）式のように表示される。

Ｗａ＝ｆ（Ｗａ畠　＃ＰＩ＃Ｔｌ、Ｍｉ）　　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　　　（
６）又、圧力比は、圧縮機の吐出圧力及び大気圧力の比
を求めればよいことになる。

以上の１析結果から明らかなように、低圧タービン静翼
の角度制御により、高圧タービンの速度を所定値に調整
した時の、圧縮機の最高効率は。

検出及び演算された圧縮機の吐出圧力および大気圧力の
圧力比より、最適空気ｆＩＬｉｌｌｆ：求め、得られた
最適空気流量とするよりに、圧縮機入口案内翼の開ｔを
制御すれば得られる。そして、このとき、ガスタービン
は最高効率で運転されることになる。

第４図に、本発明の一実施例の制御ブロック図を示す。

１中、第３図と同一の符号は同一または同等部分をあら
れしている。

図において、１３Ｆｉ除算器、１４．．２０，２２は開
数発生器、Ｉｓ、１７．２１．２３Ｆ１乗算器。

１６．１９Ｆｉ信号発生器、１８は加ＳＳ、２４ｔｌｊ
減算器、２５ｔｌ比例積分１！！、２６Ｆｉポジション
コントローラ、３１＃ｉ圧縮機吐出圧力発信器、３２は
大気圧力発信器、３３は大気０！Ａ度検出器、３４は圧
縮機入口案内翼角度である。

大気圧力発信器３２よりの信号ＰＩＩＦｉ、信号発生器
１６の出力（計画空気流量）と乗算器１５で担け合わさ
れる。

その積は、さらに乗算器１７に加えられる。乗算器１７
の出力（積）は、加算１ｙ１８において、信号発生器１
９の出力と加算され、その和は関数発生器２０に入力さ
れる。関数発生器２０の出力は、大気ｉｉ＊検出器３３
よシの信号を関ａ発生器２２で補正した値と乗算器２１
　において乗算され、その周囲条件での実空気流量Ｗａ
となる。

一方、圧縮機吐出圧力発信Ｉ！３１よシの信号−を除算
ｆＦ１３に供給し、大気圧力信号Ｐｇで除算して圧力比
管求める。求め九圧力比は補正用関数発生ＩＢ１４に入
力し、その出力を乗算器２３　Ｋ加える。

前記出力を、乗算器２３にて、＊空気ｔＭ、意と掛は合
わせることによって、最高効率となる圧ｊＩＩ横入口案
内翼１の角度信号を求める。

この角度信号と、圧縮機入口案内翼角度発信器３４より
の信号とを減算″８２４でつき合わせて間座を求め、比
例積分６２＆で前記−差に基づいた圧縮機入口案内＾角
度信号を演算する。

以上のようにして得られた圧縮機入口省内翼角度信号は
、圧縮機入口案内翼角度のポジションコントローラ２６
に、目標値として供給され、ポジションフィードバック
信号とともにマイナループを組み、圧縮機入口案内翼角
度を目標値に調整する０ 以上の説明から明らかなように、本発明によれは、所望
の運転条件において、圧縮機の効率を大幅〕に改善する
ことかで色、これに伴なってガスタービンの効率を蝦大
に保持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮機の効率と回転数、空気流量および圧力比
との関係を示す効率特性図。第２図は圧縮機の吐出圧力
に対する１１度制御特性を示す図、第３図は二軸ガスタ
ービンの榊成を示す概略図、第４図は本発明の一実施例
を示す制御ブロック図である。 ｌ・・・圧Ｊｉｌｉ礪入口案内翼、　２・・・圧縮機、
　　３・・・燃料流量調整弁、　　４・・・燃焼器、　
　５・・・負荷、６・・・高圧タービン、　　７・・・
低圧タービン静翼・８・・・低圧タービン、　　１１・
・・起動装置、　１２・・・クラッチ、　　３１・・・
圧縮機吐出圧力発信器、３２・・・大気圧力発信器、　
　３３・・・大気１度検出器、　　３４・・・圧縮機入
口案内翼角度代１人弁珊士　平　木　道　人 才　１　　図 才　２　図 ｘＪ ２３図 才　＋　閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　吸入空気を圧縮する圧縮機と、前記吸入空気
   の量を制御する圧縮機入口案内翼と、圧縮空気および燃
   料を供給されて、これらを混合、燃焼させる燃焼器と、
   燃焼器で発生された燃焼ガスを供給され、ｍ配圧縮機を
   駆動する高圧タービンと、低圧タービン静翼を通して＃
   記高圧タービンから出される燃焼ガスを供給され、負荷
   を駆動する低圧タービンとを具備した二輪ガスタービン
   の制御方法であって、圧縮機の吐出圧力と大気圧力との
   圧力比を設定し、ｍｅ圧力比において圧縮機の効率を最
   大とする空気流量を演算し、圧縮機において前記の空気
   量が得られるように、圧縮機入口案内翼の開ａｔ制御す
   るととを特徴とする二軸ガスタービンの制御方法。