JPS6045734A - ガスタ−ビン機関を制御する方法と装置 - Google Patents
ガスタ−ビン機関を制御する方法と装置Info
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- JPS6045734A JPS6045734A JP59125414A JP12541484A JPS6045734A JP S6045734 A JPS6045734 A JP S6045734A JP 59125414 A JP59125414 A JP 59125414A JP 12541484 A JP12541484 A JP 12541484A JP S6045734 A JPS6045734 A JP S6045734A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
- F02C9/50—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
- F02C9/54—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by throttling the working fluid, by adjusting vanes
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は送出す動力を急速に変えることが出来るガス
タービン機関、更に具体的に云えば、双スプール形であ
って、ガス発生器の速度を実質的に変えずに前述の急速
な変化が出来る様にする機関に関する。この発明は発電
装置に特別の用途がある。
タービン機関、更に具体的に云えば、双スプール形であ
って、ガス発生器の速度を実質的に変えずに前述の急速
な変化が出来る様にする機関に関する。この発明は発電
装置に特別の用途がある。
[発明の背景]
交流発電機によって給電される電気回路網では、発電機
の周波数は601−1zの目標周波数から5%の範囲内
に安定に保つことが一般的に重要である。
の周波数は601−1zの目標周波数から5%の範囲内
に安定に保つことが一般的に重要である。
この安定性の必要条件の為、発電機を駆動する為に双ス
プール形ガスタービン機関を使う時に問題がある6 (
双スプール形機関は、高速ガス流の発生に関与する第1
の高圧スプール(これはガス発生器段とも呼ぶ)と、こ
のガス流から動力タービンによって機械的なエネルギを
抽出する為に使われる第2の動力スプールとを持つ機関
である。抽出された機械的なエネルギを利用して発電機
を駆動する。) この電気回路網に大きな電気負荷が接続されるか或いは
切離される時の様に、発電機の電気負荷が変化する時に
問題が起る。負荷の変化により、発電機の機械的なエネ
ルギの需要に変化が生じ、この為、ガス発生器から送出
されるガス流のエネルギを変えることが必要になる。
プール形ガスタービン機関を使う時に問題がある6 (
双スプール形機関は、高速ガス流の発生に関与する第1
の高圧スプール(これはガス発生器段とも呼ぶ)と、こ
のガス流から動力タービンによって機械的なエネルギを
抽出する為に使われる第2の動力スプールとを持つ機関
である。抽出された機械的なエネルギを利用して発電機
を駆動する。) この電気回路網に大きな電気負荷が接続されるか或いは
切離される時の様に、発電機の電気負荷が変化する時に
問題が起る。負荷の変化により、発電機の機械的なエネ
ルギの需要に変化が生じ、この為、ガス発生器から送出
されるガス流のエネルギを変えることが必要になる。
一般的に、ガス発生器から送出されるエネルギは、ガス
流の中に含まれるエネルギがガス発生器の回転部品の回
転速度の関数である為、瞬詩的に変えることが出来ない
。こういう部品は速度を変えるのに有限の時間を必要と
する。この為、電気負荷の需要の変化とそれに応じたガ
ス発生器の速度変化との間には時間的な遅れが起る。こ
の時間的な遅れの間、発電機の周波数が目標周波数から
ずれる。この偏差は大きさ、持続時間又はその両方が大
きすぎて、回路網で許容出来ない場合が多い。
流の中に含まれるエネルギがガス発生器の回転部品の回
転速度の関数である為、瞬詩的に変えることが出来ない
。こういう部品は速度を変えるのに有限の時間を必要と
する。この為、電気負荷の需要の変化とそれに応じたガ
ス発生器の速度変化との間には時間的な遅れが起る。こ
の時間的な遅れの間、発電機の周波数が目標周波数から
ずれる。この偏差は大きさ、持続時間又はその両方が大
きすぎて、回路網で許容出来ない場合が多い。
更に、ガス発生器によって発生される排ガスは、このガ
スが動力タービンにエネルギを渡した後、熱交換器で回
収するのが普通である。熱交換器は、その前後の温度勾
配が増加するにつれて、その動作効率が高くなることが
知られている。然し、双スプール形機関でガス発生器の
速度を変えると、排ガスの温度が変化すること、および
機関の動力出力を変えた時、この温度変化は、単一スプ
ール形機関で起る対応する変化よりも、大きさが一層小
さいことが知られている。例えば動力タービンに適正な
エネルギを送出す為に、単一スプール形機関で動力出力
が減少するとき、燃料の流母が減少する間、空気流は略
一定のま)であるから、排ガスの温度がかなり低下する
。この例では、熱交換器の効率は、排ガス温度の低下に
対応して、双スプール形機関を用いた場合よりも、余計
に低下する。従って、電気回路網の適正な周波数を保つ
為に単一スプール形機関の応答時間が満足し得るもので
あっても、熱回収効率が低下する。従って、周波数は維
持することが出来るが、装置の動作効率が低下する。
スが動力タービンにエネルギを渡した後、熱交換器で回
収するのが普通である。熱交換器は、その前後の温度勾
配が増加するにつれて、その動作効率が高くなることが
知られている。然し、双スプール形機関でガス発生器の
速度を変えると、排ガスの温度が変化すること、および
機関の動力出力を変えた時、この温度変化は、単一スプ
ール形機関で起る対応する変化よりも、大きさが一層小
さいことが知られている。例えば動力タービンに適正な
エネルギを送出す為に、単一スプール形機関で動力出力
が減少するとき、燃料の流母が減少する間、空気流は略
一定のま)であるから、排ガスの温度がかなり低下する
。この例では、熱交換器の効率は、排ガス温度の低下に
対応して、双スプール形機関を用いた場合よりも、余計
に低下する。従って、電気回路網の適正な周波数を保つ
為に単一スプール形機関の応答時間が満足し得るもので
あっても、熱回収効率が低下する。従って、周波数は維
持することが出来るが、装置の動作効率が低下する。
更に、可変でない形状を持つ単一機関で送出される動力
は、大体速度の4乗で低下する。この為、負荷の増加に
よる減速は、一層低い速度に於【プる動力出力が大幅に
低下する為に、機関の速度を回復が出来な(なる様な点
まで容易に下げることがある。典型的には発電には何台
かの機関を利用する。幾つかの単一スプール形機関を用
いる装置では、過負荷状態に対づる応答は、速やかに、
理想的には30ミリ秒という様なごく近い時間内に、装
置を発電機から切離す(即ち、負荷を落す)ことである
。過負荷を検出してこの様な短い時間内に負荷を落すこ
とが困難であるとすれば、過負荷が発生したことにより
、機関は回復し難い動作点まで減速する慣れがある。
は、大体速度の4乗で低下する。この為、負荷の増加に
よる減速は、一層低い速度に於【プる動力出力が大幅に
低下する為に、機関の速度を回復が出来な(なる様な点
まで容易に下げることがある。典型的には発電には何台
かの機関を利用する。幾つかの単一スプール形機関を用
いる装置では、過負荷状態に対づる応答は、速やかに、
理想的には30ミリ秒という様なごく近い時間内に、装
置を発電機から切離す(即ち、負荷を落す)ことである
。過負荷を検出してこの様な短い時間内に負荷を落すこ
とが困難であるとすれば、過負荷が発生したことにより
、機関は回復し難い動作点まで減速する慣れがある。
[発明の目的]
この発明の目的は速い動力応答能力を持っ新規で改良さ
れたガスタービン機関を提供することである。
れたガスタービン機関を提供することである。
この発明の別の目的は、動力タービンから外部負荷に送
出される動力に変化があっても、ガス発生器の速度を略
一定にし且つ動力タービンの速度を略一定にして動作す
る双スプール形の新規で改良されtcガスタービン機関
を提供することである。
出される動力に変化があっても、ガス発生器の速度を略
一定にし且つ動力タービンの速度を略一定にして動作す
る双スプール形の新規で改良されtcガスタービン機関
を提供することである。
この発明の別の目的は、相異なる出力動力状態で排ガス
の温度を略一定にして動作する双スプール形の新規で改
良されたガスタービン機関を提供することである。
の温度を略一定にして動作する双スプール形の新規で改
良されたガスタービン機関を提供することである。
この発明の別の目的は、過負荷状態で負荷を切離す為の
時間的な余裕が一層大きくとれる様な新規で改良された
発電機を提供することである。
時間的な余裕が一層大きくとれる様な新規で改良された
発電機を提供することである。
[発明の概要]
この発明の1形式では、ガスタービン機関によって駆動
される発電機の電力需要の変化を感知する手段を設ける
。これに応答して、別の手段が需要の変化に比例して、
別間に供給される燃料及び空気の流量を変え、燃焼器の
燃料−空気比を略一定に保つ。
される発電機の電力需要の変化を感知する手段を設ける
。これに応答して、別の手段が需要の変化に比例して、
別間に供給される燃料及び空気の流量を変え、燃焼器の
燃料−空気比を略一定に保つ。
[発明の詳細な説明]
第1図に示す双スプール形ガスタービン機関2が第1の
スプール5及び第2のスプール8を有する。第1のスプ
ール5は圧縮機段10を含んでおり、これが入口空気1
3を”圧縮し、この空気が燃料ノズル13Aから供給さ
れ1c燃料(図に示してない)と混合されて、燃料器段
16で点火される。燃焼ガス19がタービン段21に吐
出される。このタービン段21は軸24によって圧縮機
段10に機械的に結合され、燃焼過程を続ける為に追加
の入口空気13を圧縮する様にする。燃焼ガス19は、
第1のスプール5のタービン段21を通過した後、動力
タービン27に送られる。動力タービン27が第2の軸
30を駆動し、この軸は矢印33で示す様に回転して、
発電機36に動ノjを供給する。燃焼ガス19は熱交換
器36Aに送られ、そこで燃焼ガス19から更にエネル
ギを抽出する。熱交換器36Aは、第1図に示づ一装置
が船上で電気装置に動力を供給する為に使われる時には
、温水源(入浴などに使われる)の補助とすることが出
来る。
スプール5及び第2のスプール8を有する。第1のスプ
ール5は圧縮機段10を含んでおり、これが入口空気1
3を”圧縮し、この空気が燃料ノズル13Aから供給さ
れ1c燃料(図に示してない)と混合されて、燃料器段
16で点火される。燃焼ガス19がタービン段21に吐
出される。このタービン段21は軸24によって圧縮機
段10に機械的に結合され、燃焼過程を続ける為に追加
の入口空気13を圧縮する様にする。燃焼ガス19は、
第1のスプール5のタービン段21を通過した後、動力
タービン27に送られる。動力タービン27が第2の軸
30を駆動し、この軸は矢印33で示す様に回転して、
発電機36に動ノjを供給する。燃焼ガス19は熱交換
器36Aに送られ、そこで燃焼ガス19から更にエネル
ギを抽出する。熱交換器36Aは、第1図に示づ一装置
が船上で電気装置に動力を供給する為に使われる時には
、温水源(入浴などに使われる)の補助とすることが出
来る。
発電機36が抵抗38で示した電気回路1!137に電
力を供給する。電気回路網37に負荷を追加することが
、スイッチ40を閉じることによって示されている。ス
イッチ40が別の抵抗42を電気回区網37に接続づ−
る。これによって発電機36の負荷が増え、発電1lI
36並びにこの発電機に直結になっている動力タービン
27を減速する傾向がある。即ち、回転している発電機
36に貯わえられている運動エネルギが電気エネルギに
変換され、結果として発電機36の減速を招く。この減
速に対抗する為、燃焼ガス19から動力タービン27に
対して一層多くのエネルギを送出しなければならない。
力を供給する。電気回路網37に負荷を追加することが
、スイッチ40を閉じることによって示されている。ス
イッチ40が別の抵抗42を電気回区網37に接続づ−
る。これによって発電機36の負荷が増え、発電1lI
36並びにこの発電機に直結になっている動力タービン
27を減速する傾向がある。即ち、回転している発電機
36に貯わえられている運動エネルギが電気エネルギに
変換され、結果として発電機36の減速を招く。この減
速に対抗する為、燃焼ガス19から動力タービン27に
対して一層多くのエネルギを送出しなければならない。
動力タービン27に送出される動力は、燃焼ガス19の
エネルギの関数である。このエネルギの目安が式E+M
V2で表わされる。こ)でEはエネルギを表わし、Mは
動力タービン27に入るガスの質量を表わし、V2は質
量Mを持つガスの速度の自乗を表わす。発電機36の減
速にU6答して、この量Eを増加すべきであ゛る。
エネルギの関数である。このエネルギの目安が式E+M
V2で表わされる。こ)でEはエネルギを表わし、Mは
動力タービン27に入るガスの質量を表わし、V2は質
量Mを持つガスの速度の自乗を表わす。発電機36の減
速にU6答して、この量Eを増加すべきであ゛る。
このエネルギの増加の必要なことが周波数計数器45に
よって検出される。この計数器は発z+幾36の出力導
線48に送出される電力の周波数を監視する。即ち、周
波数計数器45は発電m36の減速となって現われる電
力需要の増加を感知する様に作用する。周波数の低下に
応答して、周波数割数器45に結合された制御装置51
が信号を発生し、この信号がステータ(5tator)
作動装置53及び燃料制御装置55に入る。ステータ作
動装置53が可変ステータ57を回転させて、入口空気
流13を増加させる。
よって検出される。この計数器は発z+幾36の出力導
線48に送出される電力の周波数を監視する。即ち、周
波数計数器45は発電m36の減速となって現われる電
力需要の増加を感知する様に作用する。周波数の低下に
応答して、周波数割数器45に結合された制御装置51
が信号を発生し、この信号がステータ(5tator)
作動装置53及び燃料制御装置55に入る。ステータ作
動装置53が可変ステータ57を回転させて、入口空気
流13を増加させる。
即ち、ステータの角度を小さくする。燃お1制御装置5
5が制御装置51からの信号に応答して、燃料弁61の
出力を増加づることにより、燃焼器段16に対する燃料
の流量を増加させる。圧縮機1()に対する入口空気流
13を増加すると共に燃焼器1Gに供給される燃料を増
加するという組合せの効果は、燃焼器16に供給される
燃料/空気比が、機関の動力出力を増加させる時に略一
定にとダまる様に、同期させる。これによってガス発生
器の放出エネルギ、即ち燃焼ガス19(毎秒ポンド数で
表わされる)が増加し、この為、動力タービン27に対
して増大したエネルギが殆んど即時に送出される。制御
装置51の設計の細部はこの発明の一部を構成づるもの
ではなく、公知である。更に、特定のガスタービン機関
で所定の圧縮機速度で所定の空気流を発生ずる為に必要
なステータの調節量は、この分野で既に判っている特性
である。一定の燃料−空気混合物を保つ特定の方法は、
この発明の一部ではない。燃料−空気を制御するこうい
う全般的な考えは、後で第2A図乃至第2H図について
詳しく説明する。
5が制御装置51からの信号に応答して、燃料弁61の
出力を増加づることにより、燃焼器段16に対する燃料
の流量を増加させる。圧縮機1()に対する入口空気流
13を増加すると共に燃焼器1Gに供給される燃料を増
加するという組合せの効果は、燃焼器16に供給される
燃料/空気比が、機関の動力出力を増加させる時に略一
定にとダまる様に、同期させる。これによってガス発生
器の放出エネルギ、即ち燃焼ガス19(毎秒ポンド数で
表わされる)が増加し、この為、動力タービン27に対
して増大したエネルギが殆んど即時に送出される。制御
装置51の設計の細部はこの発明の一部を構成づるもの
ではなく、公知である。更に、特定のガスタービン機関
で所定の圧縮機速度で所定の空気流を発生ずる為に必要
なステータの調節量は、この分野で既に判っている特性
である。一定の燃料−空気混合物を保つ特定の方法は、
この発明の一部ではない。燃料−空気を制御するこうい
う全般的な考えは、後で第2A図乃至第2H図について
詳しく説明する。
第2A図乃至第2H図は機関の種々の動作パラメータを
縦軸に、そして時間を横軸に示している。
縦軸に、そして時間を横軸に示している。
第2A図は第1図のスイッチ40を閉じたことによる電
力需要の増加を示す。即ち、電力需要は殆んど即時にゼ
ロ又は休止時の値近くから、定格電力の100%まで増
加する。これによって発電機36が直ちに減速し、第2
B図に示す様な周波数の低下を招く。この周波数の低下
が第1図の周波数計数器45によって感知され、これが
制御装@51を動作させる。それに応答して、制御装置
51が、第2C図及び第2D図に示す様に、燃料の流量
及びステータの位置の両方を変える。燃料の流量は休止
時の30%という公称流量から定格流量100%に増加
する。ステータは休止時の186の公称値から負の1°
に調節され、定格動力の100%を送出する。
力需要の増加を示す。即ち、電力需要は殆んど即時にゼ
ロ又は休止時の値近くから、定格電力の100%まで増
加する。これによって発電機36が直ちに減速し、第2
B図に示す様な周波数の低下を招く。この周波数の低下
が第1図の周波数計数器45によって感知され、これが
制御装@51を動作させる。それに応答して、制御装置
51が、第2C図及び第2D図に示す様に、燃料の流量
及びステータの位置の両方を変える。燃料の流量は休止
時の30%という公称流量から定格流量100%に増加
する。ステータは休止時の186の公称値から負の1°
に調節され、定格動力の100%を送出する。
燃料の流量及びステータの位置の変化に応答して、第2
E図に示ず様に、ガス発生器の空気流が増加する(即ち
、第1図の燃焼ガス19のエネルギが増加する)。燃料
の流量及びステータの位置の変化は、第2F図に示す様
に、燃料/空気比が略一定にとト′まる様に調整する。
E図に示ず様に、ガス発生器の空気流が増加する(即ち
、第1図の燃焼ガス19のエネルギが増加する)。燃料
の流量及びステータの位置の変化は、第2F図に示す様
に、燃料/空気比が略一定にとト′まる様に調整する。
第2G図に示す様に、ガス発生器の速度は同じく略一定
にと9゛まる。
にと9゛まる。
従って、第1図の動力タービン27に供給されるカス発
生器の空気流が増加Jるのは、ガス発生器の速度上昇に
よるものではなく、一層高速で移動する一層高温の排ガ
スを発生したことによるものである。更に、第2C図及
び第2F図に示す様に、一層多量の燃料及び空気が燃焼
させられ、この為排ガスの質量も増加する。
生器の空気流が増加Jるのは、ガス発生器の速度上昇に
よるものではなく、一層高速で移動する一層高温の排ガ
スを発生したことによるものである。更に、第2C図及
び第2F図に示す様に、一層多量の燃料及び空気が燃焼
させられ、この為排ガスの質量も増加する。
繰返して云えば、燃料の流量及びステータの位置は、燃
焼ガスの質量並びにその速度を増加する様に調節され、
動力タービン27に対し−C一層多くのエネルギを送出
する。正しく実行すれば、これによって第2H図に示す
様に、動力タービンの速度は許容し得る限界±5%以内
に保たれる。適正に実行されるかどうかは、使われる特
定の機関の動作特性に関係する。更に、燃料/空気比を
一定に保っているから、第1図の燃焼ガス19の温度は
一定のま)である。この温度は大部分、この比の関数で
あるからである。この為、排ガスの温度が下がることに
よる熱交換器36Aの効率の低下は生じない。機関のこ
ういうパラメータの挙動に関する別の考えが第3A図乃
至第3E図に示されている。
焼ガスの質量並びにその速度を増加する様に調節され、
動力タービン27に対し−C一層多くのエネルギを送出
する。正しく実行すれば、これによって第2H図に示す
様に、動力タービンの速度は許容し得る限界±5%以内
に保たれる。適正に実行されるかどうかは、使われる特
定の機関の動作特性に関係する。更に、燃料/空気比を
一定に保っているから、第1図の燃焼ガス19の温度は
一定のま)である。この温度は大部分、この比の関数で
あるからである。この為、排ガスの温度が下がることに
よる熱交換器36Aの効率の低下は生じない。機関のこ
ういうパラメータの挙動に関する別の考えが第3A図乃
至第3E図に示されている。
第3A図乃至第3E図では、機関の選ばれたパラメータ
が、ガス発生器が定格速度の100%で運転れている時
のコアのステータの位置の関数として示されている。第
3A図では、燃料流量(燃料消費m率と呼ばれることが
ある)がステータの角度と共に減少することが判る。第
3B図で、圧縮機の出力圧力と圧縮機の入力圧力との比
(即ち圧縮比)がステータの角度の増加と共に減少する
。
が、ガス発生器が定格速度の100%で運転れている時
のコアのステータの位置の関数として示されている。第
3A図では、燃料流量(燃料消費m率と呼ばれることが
ある)がステータの角度と共に減少することが判る。第
3B図で、圧縮機の出力圧力と圧縮機の入力圧力との比
(即ち圧縮比)がステータの角度の増加と共に減少する
。
第3C図のガス発生器の速度はステータの角度に対して
一定のま)であり、13D図のガス発生器の入口温度は
ステータの角度に対して一定のま)であるが、第3E図
の例えば毎秒ボンド数で表わされるようなガス発生器の
空気流は、コアのステータの角度と共に減少する。
一定のま)であり、13D図のガス発生器の入口温度は
ステータの角度に対して一定のま)であるが、第3E図
の例えば毎秒ボンド数で表わされるようなガス発生器の
空気流は、コアのステータの角度と共に減少する。
上に述べた機関の特定の運転様式により、機関の運転は
第4図及び第5図に示す様な形式になる。
第4図及び第5図に示す様な形式になる。
第4図は第1図のガス発生器5から供給された空気流(
単位時間あたりの質量で表−タ)の関数として、圧縮機
の圧力比を一般的に表わすグラフである。湾曲した線1
01A乃至1011は相異なる燃料流量を表わづ。線1
03は失速余裕を示し、これにより上(例えば点105
)では機関は失速様式になるので運転することが出来な
い。
単位時間あたりの質量で表−タ)の関数として、圧縮機
の圧力比を一般的に表わすグラフである。湾曲した線1
01A乃至1011は相異なる燃料流量を表わづ。線1
03は失速余裕を示し、これにより上(例えば点105
)では機関は失速様式になるので運転することが出来な
い。
供給する燃料を増加することによってガス発生器の空気
流を増加する為、機関を107の様な点で運転している
場合、点107から一層多くの燃料を送出する線101
E上の108の様な点への変化をたどることが出来る。
流を増加する為、機関を107の様な点で運転している
場合、点107から一層多くの燃料を送出する線101
E上の108の様な点への変化をたどることが出来る。
然し、この変化によって動作点は失速余裕103に近づ
くが、これは望ましくない。更に、点107から点10
8へのこの変化は、縦軸によって示づ様に、圧力比の増
加を伴う。然し、この発明の1形式では、最初の動作点
107からの変化を線109に沿って全体的に水平に動
作点110に持って来れば、一層大きな燃料の増加をし
ても差し支えなく、依然として失速余裕103より下に
ある。即ち、燃料の流量の増加に対し、圧力比を一定に
保つか或いは僅かだけ増加する様に抑えれば、多くの燃
料及び多くの空気流の状態への速やかな変化を達成する
ことが出来る。圧力比のこの抑えは、第3B図について
説明したステータの操作によって行われる。第4図の圧
力比は第3B図のステータの角度の関数である。第3B
図の領域114内でステータの角度を小さくすると、圧
力比には目立った変化はないが、第3E図に示す様に、
ガス発生器の空気流が増加する。
くが、これは望ましくない。更に、点107から点10
8へのこの変化は、縦軸によって示づ様に、圧力比の増
加を伴う。然し、この発明の1形式では、最初の動作点
107からの変化を線109に沿って全体的に水平に動
作点110に持って来れば、一層大きな燃料の増加をし
ても差し支えなく、依然として失速余裕103より下に
ある。即ち、燃料の流量の増加に対し、圧力比を一定に
保つか或いは僅かだけ増加する様に抑えれば、多くの燃
料及び多くの空気流の状態への速やかな変化を達成する
ことが出来る。圧力比のこの抑えは、第3B図について
説明したステータの操作によって行われる。第4図の圧
力比は第3B図のステータの角度の関数である。第3B
図の領域114内でステータの角度を小さくすると、圧
力比には目立った変化はないが、第3E図に示す様に、
ガス発生器の空気流が増加する。
見方を変えれば、燃料の流量は点107から点110へ
と増加し、圧縮機の空気流はステータの角度を小さくす
ることによって増加するが、ステータの角度を小さくし
たことによって、第3B図に示す様に、圧力比の変化は
ごく小さく、燃料/空気比は一定に保たれる。この為、
第4図の水平の変化は一定圧力比とみなすことが出来る
。点107及び110の間の変化は例にすぎない。機関
の運転効率を含めた理由により、好ましい経路は失速余
裕103と全体的に平行な破線109Aで示すものであ
る。これは一般的に云って、運動効率が一定の経路は一
般的に第4図に示す様な失速余裕と平行であるからであ
る。
と増加し、圧縮機の空気流はステータの角度を小さくす
ることによって増加するが、ステータの角度を小さくし
たことによって、第3B図に示す様に、圧力比の変化は
ごく小さく、燃料/空気比は一定に保たれる。この為、
第4図の水平の変化は一定圧力比とみなすことが出来る
。点107及び110の間の変化は例にすぎない。機関
の運転効率を含めた理由により、好ましい経路は失速余
裕103と全体的に平行な破線109Aで示すものであ
る。これは一般的に云って、運動効率が一定の経路は一
般的に第4図に示す様な失速余裕と平行であるからであ
る。
この発明の挙動の別の説明方法が第5図に示されている
。第5図はガス発生器の速度の関数としてステータの位
置を示すグラフである。線117が失速余裕である。曲
線121A乃至121Eはガス発生器の相異なる空気流
を表わし、上側の線(例えば121A )は下側の線(
例えば121E)よりも少ない流量を表わず。この為、
点125から129への経路をたどる時、ガス発生器の
速度を一定に保ち4rがら、点125に於ける燃料流量
が少なく且つステータの角度が大きい状態から点129
に於けるステータの角度が小さく且つ燃料流量が大きい
状態になる。
。第5図はガス発生器の速度の関数としてステータの位
置を示すグラフである。線117が失速余裕である。曲
線121A乃至121Eはガス発生器の相異なる空気流
を表わし、上側の線(例えば121A )は下側の線(
例えば121E)よりも少ない流量を表わず。この為、
点125から129への経路をたどる時、ガス発生器の
速度を一定に保ち4rがら、点125に於ける燃料流量
が少なく且つステータの角度が大きい状態から点129
に於けるステータの角度が小さく且つ燃料流量が大きい
状態になる。
上に述べた所は休止状態から100%への電力需肚の第
1の変化の場合である。次に100%から150%への
第2の変化を考える。第2A図がこういう変化を示して
いる。第1の変化と異なり、第2の変化は一時的にすぎ
ず、多数の発電機を持つ装置で1台の発電機の故障の様
な機能障害によって生ずる。こういう故障により、残り
の運転状態にある発電機に一時的な過負荷が加わるが、
合計の電力需要を少なくする為に電気装置を回路網から
(普通は自動的に)切離すことが出来る様になるまでの
期間にすぎない。この期間の間、この発明では、動作状
態にある発電機が、目標周波数から許容し得る範囲内で
、その定格電力を越える電力を供給し、この為、自動的
切離し期間の間、周波数の影響を受け易い装置は乱れが
ない。
1の変化の場合である。次に100%から150%への
第2の変化を考える。第2A図がこういう変化を示して
いる。第1の変化と異なり、第2の変化は一時的にすぎ
ず、多数の発電機を持つ装置で1台の発電機の故障の様
な機能障害によって生ずる。こういう故障により、残り
の運転状態にある発電機に一時的な過負荷が加わるが、
合計の電力需要を少なくする為に電気装置を回路網から
(普通は自動的に)切離すことが出来る様になるまでの
期間にすぎない。この期間の間、この発明では、動作状
態にある発電機が、目標周波数から許容し得る範囲内で
、その定格電力を越える電力を供給し、この為、自動的
切離し期間の間、周波数の影響を受け易い装置は乱れが
ない。
第2B図に示す様に、過負荷が第1図の発電機36を減
速して、周波数を低下させる。この過負荷状態の周波数
の低下は、いろいろな種類の電子装置の給電条件を侵さ
ずに、第2B図に示1様に7%に達することがある。第
1図の周波数4数器45が周波数の低下を検出し、その
ことを制御装置51に知らせる。制御装置51が燃料制
御装置55及びステータ作動装置53の両方を作動して
、第2C図に示1様に燃料流mを150%に増加すると
共に、第2D図に示す様に、ステータの角度を約−8°
に小さくリ−る。こういう変化により、第2D図に示す
様に、ガス発生器の速度は108%に高くなる。
速して、周波数を低下させる。この過負荷状態の周波数
の低下は、いろいろな種類の電子装置の給電条件を侵さ
ずに、第2B図に示1様に7%に達することがある。第
1図の周波数4数器45が周波数の低下を検出し、その
ことを制御装置51に知らせる。制御装置51が燃料制
御装置55及びステータ作動装置53の両方を作動して
、第2C図に示1様に燃料流mを150%に増加すると
共に、第2D図に示す様に、ステータの角度を約−8°
に小さくリ−る。こういう変化により、第2D図に示す
様に、ガス発生器の速度は108%に高くなる。
第2F図に示す様に、燃料−空気比は、第1図で一時的
な過負荷が起る短期間の間、増加する。第2C図乃至第
2G図について説明し1〔変化により、動力タービンの
速度は、601−1zの目標速度に対応する速度の10
7%に増加する。この為、燃料の流量及びステータの位
置の調節により、パスプール形機関が150%の短期的
な電気負荷に応答り°ることが出来る様になる。ステー
タの角度の関数として機関のパラメータのグラフについ
て上に述べた一般的な考えは、今述べた過負荷の場合に
もあてはまる。
な過負荷が起る短期間の間、増加する。第2C図乃至第
2G図について説明し1〔変化により、動力タービンの
速度は、601−1zの目標速度に対応する速度の10
7%に増加する。この為、燃料の流量及びステータの位
置の調節により、パスプール形機関が150%の短期的
な電気負荷に応答り°ることが出来る様になる。ステー
タの角度の関数として機関のパラメータのグラフについ
て上に述べた一般的な考えは、今述べた過負荷の場合に
もあてはまる。
双スプール形ガスタービン機関が電気回路網に給電する
発電機を駆動する場合について、この発明を説明した。
発電機を駆動する場合について、この発明を説明した。
電気負荷の増加′に応答して、この発明は送出する燃料
を増加すると共に、ステータの羽根を聞くことにより、
圧縮機に供給される空気を増加する。こういう変化は、
燃焼器の燃料/空気比が一定にとずまる様に同期させた
時、ガス発生器から動力タービンに送出される動力を増
加させ、その間ガス発生器の速度を略一定に保つ。
を増加すると共に、ステータの羽根を聞くことにより、
圧縮機に供給される空気を増加する。こういう変化は、
燃焼器の燃料/空気比が一定にとずまる様に同期させた
時、ガス発生器から動力タービンに送出される動力を増
加させ、その間ガス発生器の速度を略一定に保つ。
機関は単一の運転速度で高い効率に同調させることが出
来るので、機関の効率が高くなる。正常の約150%の
過負荷状態の場合、燃料が増加し、空気流が増加し、そ
し−C燃料/空気比も増加し、ガス発生器の速度が増加
し、発電機の周波数が低下するが、これは電気負荷を除
くことによって過負荷が減少するまでの数秒間にすぎな
い。
来るので、機関の効率が高くなる。正常の約150%の
過負荷状態の場合、燃料が増加し、空気流が増加し、そ
し−C燃料/空気比も増加し、ガス発生器の速度が増加
し、発電機の周波数が低下するが、これは電気負荷を除
くことによって過負荷が減少するまでの数秒間にすぎな
い。
見方を変えれば、動力タービンに送出されるエネルギは
、この方式ではガス発生器の速度が略一定に保たれてい
るので、1つの理由としてガス発生器を定格動力の10
0%まで加速づるのにエネルギが必要とされないことか
ら、供給される燃料の略直線的な関数である。更に、公
知の様に、排ガスの温度は燃料/空気比の実質的な関数
であり、この比がこの方式では定格動力の100%まで
大体一定に保たれる為、排ガスの温度は略一定にとイま
る。更に、この発明は動力タービンに供給される空気流
をステータの角度の関数とし、そして(この方式では定
格動)〕の100%までは)部品の加速にエネルギを使
わないから、このエネルギがこの角度の関数として略瞬
時的に動力タービンに送出される。
、この方式ではガス発生器の速度が略一定に保たれてい
るので、1つの理由としてガス発生器を定格動力の10
0%まで加速づるのにエネルギが必要とされないことか
ら、供給される燃料の略直線的な関数である。更に、公
知の様に、排ガスの温度は燃料/空気比の実質的な関数
であり、この比がこの方式では定格動力の100%まで
大体一定に保たれる為、排ガスの温度は略一定にとイま
る。更に、この発明は動力タービンに供給される空気流
をステータの角度の関数とし、そして(この方式では定
格動)〕の100%までは)部品の加速にエネルギを使
わないから、このエネルギがこの角度の関数として略瞬
時的に動力タービンに送出される。
以上説明したのは、電ツノ需要の増加に対するこの発明
の応答である。然し、この発明は需要の減少にも応答す
る。こういう応答は、これまでの説明で第2A図乃至第
2H図を左から右へ見たのに対し、時間が右から左に進
むとすれば、前に説明した所ですむことである。
の応答である。然し、この発明は需要の減少にも応答す
る。こういう応答は、これまでの説明で第2A図乃至第
2H図を左から右へ見たのに対し、時間が右から左に進
むとすれば、前に説明した所ですむことである。
以上の説明は、電力需要の変分的な変化に対するこの発
明の応答である。然し、これは説明として挙げたにすぎ
ない。実際には、変化は変分的ではなく、急速かも知れ
ないが、大抵は徐々に且つ連続的である。
明の応答である。然し、これは説明として挙げたにすぎ
ない。実際には、変化は変分的ではなく、急速かも知れ
ないが、大抵は徐々に且つ連続的である。
以上は「双スプール」形ガスタービン機関と呼ぶものに
この発明を用いた場合である。然し、「双スプール」形
は例として挙げたにすぎない。
この発明を用いた場合である。然し、「双スプール」形
は例として挙げたにすぎない。
多重スプール形機関を用いてもよく、この発明で云う双
スプール形はこの場合をも含むものと承知されたい。
スプール形はこの場合をも含むものと承知されたい。
以上の説明ではステータの角度が18°という様な決ま
った値を持つものとした。これは例にすぎない。公知の
様に、可変ステータを持つ機関は一般的に可変ステータ
の多くの段を持っており、各段には異なる角度が用いら
れるからである。然し、ステータの操作によって適正な
燃料/空気比を保つ方法は、一旦この発明の作用が理解
され)ば、容易に判ることである。
った値を持つものとした。これは例にすぎない。公知の
様に、可変ステータを持つ機関は一般的に可変ステータ
の多くの段を持っており、各段には異なる角度が用いら
れるからである。然し、ステータの操作によって適正な
燃料/空気比を保つ方法は、一旦この発明の作用が理解
され)ば、容易に判ることである。
燃料/空気比を一定に保つ場合について用いた「一定」
と云う8葉は、工学的な意味で使われており、厳密な文
字通りの意味ではない。即ち、変数が目標値から一時的
にオーバシュートしたり或いは小さな偏差があっても、
この変数を一定と分類することを妨げない。
と云う8葉は、工学的な意味で使われており、厳密な文
字通りの意味ではない。即ち、変数が目標値から一時的
にオーバシュートしたり或いは小さな偏差があっても、
この変数を一定と分類することを妨げない。
この発明の範囲内で種々の変更を加えることが出来る。
特に回路網の周波数の変化を検出する為に周波数計数器
を使う必要はなく、この機能を達成する為に多数の公知
の装置を用いることが出来る。例えば、上に述べた様な
周波数計数器の作用ににす、送出される電力の関数とし
゛C燃料の流mが制御される。従って、周波数言1数器
の代りに電力計を用いてもよい。この点、この発明は燃
焼器の燃料/空気比を略一定に保ちながら、電力需要に
正比例して送出される燃料を制御づ′るものと特徴づけ
ることが出来る。
を使う必要はなく、この機能を達成する為に多数の公知
の装置を用いることが出来る。例えば、上に述べた様な
周波数計数器の作用ににす、送出される電力の関数とし
゛C燃料の流mが制御される。従って、周波数言1数器
の代りに電力計を用いてもよい。この点、この発明は燃
焼器の燃料/空気比を略一定に保ちながら、電力需要に
正比例して送出される燃料を制御づ′るものと特徴づけ
ることが出来る。
更に、第2図、第3図及び第4図に示した機関パラメー
タのグラフは機関の挙動を一般的に説明するものである
。そこで説明した燃料及びステータの位置の具体的な変
化は機関によって変わる。
タのグラフは機関の挙動を一般的に説明するものである
。そこで説明した燃料及びステータの位置の具体的な変
化は機関によって変わる。
然し、燃料/空気比を一定に保つ為に、燃料の流量及び
ステータの角度をどの様に変えるかは、当業者がよく承
知していることである。例えば、燃料制御弁と燃焼器の
空気弁の間に機械的なリンク機構を用いて、両方の流量
の比を一定に保つことが“出来る。別の例として、公知
の帰還回路を用いて燃料/空気比を感知し、燃料/空気
比を一定に保つ為に、燃料流量及びステータの位置を調
節することが出来る。
ステータの角度をどの様に変えるかは、当業者がよく承
知していることである。例えば、燃料制御弁と燃焼器の
空気弁の間に機械的なリンク機構を用いて、両方の流量
の比を一定に保つことが“出来る。別の例として、公知
の帰還回路を用いて燃料/空気比を感知し、燃料/空気
比を一定に保つ為に、燃料流量及びステータの位置を調
節することが出来る。
更に、動力が100%を越える方式で使われる制御方法
は、業界で公知のもの、即ち標準的な燃料−空気制御方
法であってよい。その1つの理由は、動力タービンに送
出される空気流が一般的にはガス発生器の速度の自乗の
関数であるからである。
は、業界で公知のもの、即ち標準的な燃料−空気制御方
法であってよい。その1つの理由は、動力タービンに送
出される空気流が一般的にはガス発生器の速度の自乗の
関数であるからである。
即ち、ガス発生器を定格速度の100%から定格速度の
110%に加速すれば、一層低い速度に於(プる同じ速
度変分よりも、空気流は一層多くなる。この為、応答時
間はガス発生器の速度が高い時は一層速くなり、この発
明の早い応答の必要性が減少層る。この為、この発明は
定格動力の100%までの運転方式で用い、100%よ
り高い所では従来の制御方式に戻ることが出来る。
110%に加速すれば、一層低い速度に於(プる同じ速
度変分よりも、空気流は一層多くなる。この為、応答時
間はガス発生器の速度が高い時は一層速くなり、この発
明の早い応答の必要性が減少層る。この為、この発明は
定格動力の100%までの運転方式で用い、100%よ
り高い所では従来の制御方式に戻ることが出来る。
機関の燃料/空気比について説明したが、動力タービン
の入口温度(場合によってT44と呼ばれる)と燃料の
流量とが判っていれば、燃料/空気比の計算が出来るこ
とを指摘しておきたい。この発明では、この事実を利用
して燃料/空気比を計算することが出来る。更に、この
事実により、燃料/空気比を一定に保つ方法が得られる
。この方法で比を測定し、公知の制御11装置を用いて
、一定状態からの偏差を感知し、偏差が感知されたら、
制御装置によって上に述べた様に燃料又は空気流を修正
して、燃料/空気比を一定に保つことが出来る。この変
更は、周波数変化によって要求される修正と同時に行わ
れる。即ち、この実施例では、同時の2重帰還を使う。
の入口温度(場合によってT44と呼ばれる)と燃料の
流量とが判っていれば、燃料/空気比の計算が出来るこ
とを指摘しておきたい。この発明では、この事実を利用
して燃料/空気比を計算することが出来る。更に、この
事実により、燃料/空気比を一定に保つ方法が得られる
。この方法で比を測定し、公知の制御11装置を用いて
、一定状態からの偏差を感知し、偏差が感知されたら、
制御装置によって上に述べた様に燃料又は空気流を修正
して、燃料/空気比を一定に保つことが出来る。この変
更は、周波数変化によって要求される修正と同時に行わ
れる。即ち、この実施例では、同時の2重帰還を使う。
周波数を燃料制御装置に帰還して燃料流量を制御し、(
燃料/空気比を表わす)温度情報を帰還して、ステータ
の羽根を変調すること等により、空気流を制御する。
燃料/空気比を表わす)温度情報を帰還して、ステータ
の羽根を変調すること等により、空気流を制御する。
この発明はこ)で説明した特定の実施例に制約するもの
ではなく、この発明の範囲内に含まれる全ての変更を包
括するものであることを承知され!こ い 。
ではなく、この発明の範囲内に含まれる全ての変更を包
括するものであることを承知され!こ い 。
第1図はこの発明の1形式を示す概略図、第2A図乃至
第2H図、第3A図乃至第3E図、第4図及び第5図は
この発明で使われる機関のパラメータの挙動を示すグラ
フである。 (主な符号の説明) 2:フjスタービン奢幾関、 36:発電機、 45:周波放言]数器、 53:ステータ作動装置、 55:燃料制御装置。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人 (76
30) 生 沼 徳 二珂i!A 1. 11 時間 珂i!8 珂?[ tltz 鮪間 珂?口 ”l t2 a’trg′l 珂?E 画zF 珂?b tltz 晴間 珂?■
第2H図、第3A図乃至第3E図、第4図及び第5図は
この発明で使われる機関のパラメータの挙動を示すグラ
フである。 (主な符号の説明) 2:フjスタービン奢幾関、 36:発電機、 45:周波放言]数器、 53:ステータ作動装置、 55:燃料制御装置。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人 (76
30) 生 沼 徳 二珂i!A 1. 11 時間 珂i!8 珂?[ tltz 鮪間 珂?口 ”l t2 a’trg′l 珂?E 画zF 珂?b tltz 晴間 珂?■
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)発電機を駆動するガスタービン機関を制御する装置
に於て、前記発電機から送出される電力の変化を感知す
る手段と、前記電力の変化に比例して機関に送出される
燃料の流量を変える手段と、燃焼器の燃料/空気比を略
一定に保つ手段とを有する装置。 2)可変ステータを持つガス発生器段が動力タービン段
に排ガスを供給し、該動力タービン段が発電機を駆動す
る様なガスタービン機関を制御する装置に於て、前記発
電機によって発生される電力周波数を感知して、それを
表わす周波数信号を発生ずる感知手段と、前記周波数信
号を受取り、それに応答して前記機関に供給される燃料
並びに該穀関内の可変ステータの両方を調節して、燃焼
器の燃料/空気比を略一定に保ら、前記ガス発生器段の
速度を略一定に保つと共に前記発電機の速度を略一定に
保つ制御手段とを有する装置。 3)ガス発生段が排ガスを、発電機を駆動する動力ター
ビン段に、そしてその後熱交換器段に順次供給する様な
ガスタービン機関を制御する装置に於て、前記発電機に
よって発生される電力の周波数を感知して、それを表ね
J周波数信号を発生する感知手段と、前記周波数信号を
受取り、それに応答して燃焼器の燃料/空気比を略一定
に保ちながら前記機関に供給される燃料を調節して、前
記ガス発生段の速度を略一定に保ち、前記発電機の速度
を略一定に保ち且つ排ガスの温度を略一定に保つ制御手
段とを有する装置。 4)発電機を駆動するガスタービン機関を制御する方法
に於て、電力需要に比例し−C前記機関に対して燃料を
送出し、燃焼器の燃料/空気比を略一定に保つ工程から
成る方法。 5)可変ステータを持つガス発生段が発電機を駆動する
動力タービン段に排ガスを供給づ゛る様なガスクーピン
機関を制御する方法に於て、前記発電機の速度を感知し
、前記速度の予定の速度からの偏差を確認し、該偏差に
応答して可変ステータと機関に供給される燃料とを調節
して、燃焼器の燃F31/空気比が略一定にとずまり、
ガス発生段の速度が略一定にとずまり且つ前記偏差が減
少する様にする工程から成る゛方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/506,085 US4529887A (en) | 1983-06-20 | 1983-06-20 | Rapid power response turbine |
| US506,085 | 1995-07-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6045734A true JPS6045734A (ja) | 1985-03-12 |
| JPH0468455B2 JPH0468455B2 (ja) | 1992-11-02 |
Family
ID=24013112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59125414A Granted JPS6045734A (ja) | 1983-06-20 | 1984-06-20 | ガスタ−ビン機関を制御する方法と装置 |
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