ガスタービン機関
【課題】安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を低減し、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制する。
【解決手段】燃焼器１２に供給される燃料を、コンプレッサ２０から供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する調量弁４１と調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁４２と、燃料の供給を遮断する燃料遮断弁４３と、燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とを制御するＥＣＵ４４と、排気温度ＴＭＰを検出する排気温度センサ１３ａと、を備えるガスタービン機関１において、ＥＣＵ４４は、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって所定時間遮断し、または燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって所定時間遮断することで、燃焼器１２に供給される燃料が所定時間所定量に減少するように制御する。
【解決手段】燃焼器１２に供給される燃料を、コンプレッサ２０から供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する調量弁４１と調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁４２と、燃料の供給を遮断する燃料遮断弁４３と、燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とを制御するＥＣＵ４４と、排気温度ＴＭＰを検出する排気温度センサ１３ａと、を備えるガスタービン機関１において、ＥＣＵ４４は、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって所定時間遮断し、または燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって所定時間遮断することで、燃焼器１２に供給される燃料が所定時間所定量に減少するように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン機関におけるタービンは、燃料ポンプから送給される燃料とコンプレッサから送給される圧縮空気との混合気が燃焼器で燃焼することにより生成される燃焼ガスによって回動されるが、供給される燃料が過多になると燃焼ガスの温度が燃焼器やタービン翼の許容温度を上回り、燃焼器やタービン翼を損傷させる問題があった。そこで、燃料の流量を調量弁によってコンプレッサの吐出圧力に比例した流量に制御することで適正な燃料供給を行う技術が知られている。
【０００３】
しかし、調量弁による制御はコンプレッサの吐出圧力にのみ基づいて行われ、ガスタービン機関の運転状態は考慮されていない。すなわち、ガスタービン機関の排気温度にかかわらず、調量弁は、タービンと連動しているコンプレッサが供給する圧縮空気の圧力に比例した量の燃料を燃焼器に供給するように制御する。よって、ガスタービン機関の排気温度が高く燃料が燃焼しやすい状態から起動する場合、燃料供給が過多となり急激な燃焼による大きな着火音が発生したり、燃焼ガスが高温になることで燃焼器やタービンの翼が損傷したりする不具合が生じることがあった。
【０００４】
そこで、調量弁の開閉をモータ等のアクチュエータによって行い、燃料の供給量を自在に制御することが可能な電子式燃料制限弁を具備し、ガスタービン機関の回転速度や排気温度に基づいて適正な燃料が供給されるように電子式燃料制限弁を制御するガスタービン機関の燃料制御装置の技術は公知である。例えば、特許文献１の如くである。
【０００５】
しかし、上述の電子式燃料制限弁による燃料供給量の制御は、ガスタービン機関の燃料供給制御においては過剰である制御精度を有している上、モータ等の高価なアクチュエータを必要とする電子式燃料制限弁を具備するため、ガスタービン機関の製造コストが増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１６９９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、モータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、タービンと、前記タービンに送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器と調量弁に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記燃焼器に供給される燃料を、前記コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する前記調量弁と、前記調量弁に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁と、前記燃焼器に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁と、前記燃料制限弁と前記燃料遮断弁とを制御する制御手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、を備えるガスタービン機関において、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって所定時間遮断する、または前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって所定時間遮断することによって、前記燃焼器に供給される燃料を前記所定時間所定量に減少させることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２においては、前記タービンの回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記回転速度検出手段が検出する前記タービンの回転速度が第一基準値に到達するまでの間、前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって遮断し、前記タービンの回転速度が第一基準値よりも大きい第二基準値に到達するまでの間、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって遮断し、前記調量弁に大気圧である大気を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
本発明によれば、調量弁に供給される圧縮空気を遮断して大気圧である大気に切り換える動作のみを行う燃料制限弁と燃料の供給を遮断する動作のみを行う燃料遮断弁とを具備するだけで、燃焼器に供給される燃料を一定時間所定量に減少させることができる。これにより、モータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の構成を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関における燃料調量弁の構成を示す概略図。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図６】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図７】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の排気温度が基準温度以上、かつタービン軸の回転速度が第一基準値以下の状態からガスタービン機関を再起動させた場合の圧縮空気の圧力および燃料流量のグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図１および図２を用いて本発明の一実施形態に係るガスタービン機関１について説明する。
【００１５】
ガスタービン機関１は、高圧の燃焼ガスによってタービンを回動させることで回転動力を発生させるものである。ガスタービン機関１は、図１に示すように、タービン部１０、コンプレッサ２０、減速機部３０、燃料制御装置４０等を具備する。
【００１６】
タービン部１０は、高温高圧の燃焼ガスを生成するとともに、その燃焼ガスが有するエネルギーを回転動力として取り出すものである。タービン部１０は、主に、タービン１１、燃焼器１２、排気ディフューザ１３等から構成される。
【００１７】
タービン１１は、高温高圧の燃焼ガスが有するエネルギーを回転動力に変換するものである。タービン１１は、回動部分であるタービンロータ１１ａと、静止部分であるタービンノズル１１ｂと、回動軸であるタービン軸１１ｃとから構成される。タービンロータ１１ａは、円盤状のディスクの外周に複数の動翼が固設され、ディスクの中心部にタービン軸１１ｃがディスクと直交する方向に固設されて構成される。タービンノズル１１ｂは、タービン部１０内の壁面から複数の静翼がタービン軸１１ｃを中心とする円の円周上に配置されて構成される。タービン１１では、タービンロータ１１ａの動翼とタービンノズル１１ｂの静翼とがタービン軸１１ｃの軸方向に交互に配設され、タービンロータ１１ａがタービン軸１１ｃを回動軸として回動自在に支持される。
【００１８】
燃焼器１２は、圧縮空気中に噴射される燃料を燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器１２は、略円筒状の燃焼室１２ａと燃焼室１２ａの周囲に形成される圧縮空気通路１２ｂと燃料噴射ノズル１２ｃと点火プラグ１２ｄとから構成され、タービン１１の周囲に配設される。燃焼器１２は、燃焼室１２ａ内において、コンプレッサ２０から圧縮空気通路１２ｂを介して送給される圧縮空気に燃料噴射ノズル１２ｃによって燃料を噴射し、点火プラグ１２ｄによって燃料に点火する。燃料の燃焼が開始されることにより生成される高温高圧の燃焼ガスは、タービン１１へ送給され、タービンロータ１１ａを回動させる。
【００１９】
排気ディフューザ１３は、排出される燃焼ガスの流れを拡散させて流速を低下させるものである。排気ディフューザ１３は、一側の開口を他側の開口より縮径した略円筒状に形成される。排気ディフューザ１３は、タービン１１を介して排出される燃焼ガスが排気ディフューザ１３の内部を通過するように、一側の開口をタービン１１に対向させて配設される。燃焼ガスは、タービン１１を回動させた後に排気ディフューザ１３によって拡散され排出される。排気ディフューザ１３は、排出される燃焼ガスの排気温度ＴＭＰを検出する排気温度検出手段である排気温度センサ１３ａを具備する。
【００２０】
コンプレッサ２０は、圧縮空気を生成するものである。コンプレッサ２０は、主に、インペラ２１、ディフューザ２２等から構成され、タービン部１０と隣接して配設される。
【００２１】
インペラ２１は、外気を吸引するとともに、加圧するものである。インペラ２１は、円盤状のディスク２１ａにその中心から外周方向に向けて放射状に複数の動翼２１ｂが一体的に形成され、ディスク２１ａがその中心部でタービン軸１１ｃにこれと直交する方向に固設されて構成される。つまり、インペラ２１は、タービン１１の回動と連動して回動可能に構成される。インペラ２１は、回動することで外気を中心部から吸引するとともに、吸引した外気を外周方向に加速して放出し、ディフューザ２２へ供給する。
【００２２】
ディフューザ２２は、加速された外気を減速昇圧するものである。ディフューザ２２は、断面を略四角状に形成された複数の通路が、インペラ２１の周囲にタービン軸１１ｃを中心とする円の円周上に配置されて構成される。ディフューザ２２は、インペラ２１から供給される外気を減速昇圧して燃焼器１２に送給するとともに、圧縮空気の一部を圧縮空気流路２３により調量弁４１へ送給する。
【００２３】
減速機部３０は、高速回動されるタービン軸１１ｃの回動を減速して出力するものである。また、ガスタービン機関１を起動させる場合に、タービン軸１１ｃを回動させるものである。減速機部３０は、主に、減速機３１、セルモータ３２、燃料加圧ポンプ３３等から構成され、コンプレッサ２０と隣接して配設される。
【００２４】
減速機３１は、入力される回転速度を低速または高速の回転速度に変換して出力するものである。減速機３１は、複数のギアの組み合わせによって構成され、入力軸であるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを低速の回転速度に変換して出力軸３１ａに伝動する。また、ガスタービン機関１を起動させる際は、セルモータ３２から入力される回転速度を高速の回転速度に変換してガスタービン軸１１ｃに伝動する。減速機３１は、タービン軸１１ｃ（タービン１１）の回転速度Ｒを検出する回転速度検出手段である回転速度センサ３１ｂを具備する。
【００２５】
セルモータ３２は、ガスタービン機関１を起動させる際、タービン軸１１ｃを回動させるものである。セルモータ３２は、減速機３１を介してタービン軸１１ｃと連結される。セルモータ３２は、タービン軸１１ｃが所定の回転速度に到達するまでタービン軸１１ｃを回動させる。
【００２６】
燃料加圧ポンプ３３は、燃料を供給するものである。燃料加圧ポンプ３３は、図示しない駆動軸が減速機３１を介してタービン軸１１ｃと連動するよう構成される。燃料加圧ポンプ３３では、図示しない吸入ポートが配管等を介して図示しない燃料タンクと接続され、吐出ポートが燃料流路３４を介して燃料噴射ノズル１２ｃと接続される。燃料加圧ポンプ３３は、タービン軸１１ｃが回動することで図示しない燃料タンクから燃料噴射ノズル１２ｃに燃料を供給する。
【００２７】
燃料制御装置４０は、燃料の供給を制御するものである。燃料制御装置４０は、調量弁４１、燃料制限弁４２、燃料遮断弁４３、制御手段であるＥＣＵ４４等から構成される。
【００２８】
調量弁４１は、燃料の流量を制御するものである。調量弁４１は、図２に示すように、絞り弁４１ａ、アクチュエータ４１ｂ、ガバナ４１ｃ、定差圧弁４１ｄ等から構成される。調量弁４１は、燃料流路３４の途中部に配設される。アクチュエータ４１ｂは、コンプレッサ２０と圧縮空気流路２３を介して接続される。
【００２９】
調量弁４１は、燃料流路３４から供給される燃料の流量を、絞り弁４１ａによって調整する。絞り弁４１ａは、アクチュエータ４１ｂと機械油圧式のガバナ４１ｃとによって弁開度を変更される。アクチュエータ４１ｂは、エアシリンダで構成される。アクチュエータ４１ｂでは、シリンダ室にコンプレッサ２０からの圧縮空気が圧縮空気流路２３、燃料制限弁４２を介して供給され、圧縮空気の圧力Ｐに比例して絞り弁４１ａの弁開度が変更される。ガバナ４１ｃは、作業者等からの指示により設定されるガスタービン機関１の目標回転速度Ｒ０に応じて絞り弁４１ａの弁開度を変更する。この際、絞り弁４１ａの弁開度に対応する燃料の流量を一定に保つため、定差圧弁４１ｄによって絞り弁４１ａよりも上流側の燃料供給圧力と絞り弁４１ａよりも下流側の燃料供給圧力との差圧を一定にしている。これにより、調量弁４１は、ガバナ４１ｃによって設定される弁開度に到達するまで、燃料の流量を圧縮空気の圧力Ｐに比例した値に調整する。
【００３０】
燃料制限弁４２は、コンプレッサ２０から調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断することで燃焼器１２に供給する燃料を所定量に減少させるものである。燃料制限弁４２は、図１に示すように、電磁式三方弁によって構成され、圧縮空気流路２３の途中部に配設される。燃料制限弁４２では、第一入力ポート４２ａがコンプレッサ２０と接続され、第二入力ポート４２ｂが大気開放され、出力ポート４２ｃが調量弁４１のアクチュエータ４１ｂに接続される。そして、燃料制限弁４２は、弁体を作動させるソレノイドとＥＣＵ４４とに接続され、ＥＣＵ４４からの制御信号により作動される。燃料制限弁４２が第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通して閉弁された場合に圧力Ｐの圧縮空気がアクチュエータ４１ｂに供給され、燃料制限弁４２が第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通して開弁された場合に大気圧Ｐ０の大気がアクチュエータ４１ｂに供給される。
【００３１】
燃料遮断弁４３は、燃料の供給と遮断を切り換えるものである。燃料遮断弁４３は、電磁式二方弁によって構成され、調量弁４１と燃焼器１２とを接続する燃料流路３４の途中部に配設される。燃料遮断弁４３では、弁体を作動させるソレノイドがＥＣＵ４４と接続される。
【００３２】
制御手段であるＥＣＵ４４は、ガスタービン機関１、燃料制限弁４２、および燃料遮断弁４３等の制御を行うものである。ＥＣＵ４４は、具体的には、排気温度センサ１３ａによって排気温度を取得し、回転速度センサ３１ｂによってガスタービン機関１の回転速度Ｒを取得し、燃料制限弁４２および燃料遮断弁４３を制御する。また、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの信号によりガスタービン機関１の制御等を行う。ＥＣＵ４４は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。ＥＣＵ４４には、ガスタービン機関１、燃料制限弁４２および燃料遮断弁４３等の制御を行うための種々のプログラム及びデータが格納される。
【００３３】
ＥＣＵ４４は、点火プラグ１２ｄに接続され、点火プラグ１２ｄの点火を制御することでガスタービン機関１の起動および停止等を制御することが可能である。
【００３４】
ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａに接続され、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰを取得することが可能である。
【００３５】
ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂに接続され、回転速度センサ３１ｂが検出するタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得することが可能である。
【００３６】
ＥＣＵ４４は、セルモータ３２に接続され、セルモータ３２の動作を制御することで、ガスタービン機関１の起動を制御することが可能である。
【００３７】
ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２に接続され、燃料制限弁４２の動作を制御することで、調量弁４１への圧縮空気の供給を制限し、燃焼器１２に供給する燃料の流量を減少させることが可能である。
【００３８】
ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３に接続され、燃料遮断弁４３の動作を制御することで、ガスタービン機関１の起動、停止制御等をすることが可能である。
【００３９】
次に図３、図４、図５および図６を用いて、本発明の一実施形態に係るガスタービン機関１を再起動する場合の燃料の着火音を低減し、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制する制御について説明する。
【００４０】
ＥＣＵ４４は、図３に示すように、ガスタービン機関１が再起動されると、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下かどうか判定する。ＥＣＵ４４は、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下の場合、コンプレッサ２０が生成する圧縮空気の圧力Ｐに比例した量の燃料を燃焼器１２に供給させる。排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１より大きい場合、ＥＣＵ４４は、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒを第一基準値Ｒ１または第二基準値Ｒ２と比較して燃料供給の制御態様を決定する。
【００４１】
以下では、ＥＣＵ４４による制御態様について具体的に説明する。
【００４２】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの再起動信号を取得した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａから排気温度ＴＭＰを取得し、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下か否か判定する。
その結果、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
また、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２３０へ移行する。
【００４４】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁した後、制御段階をステップＳ１４０へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を開始させた後、点火プラグ１２ｄおよびセルモータ３２を制御してガスタービン機関１を再起動させる。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転が開始される。
【００４６】
前述のステップＳ２３０において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下か否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４０へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
【００４７】
ステップＳ２４０において、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ａを開始して、制御段階をステップＳ２４１（図４参照）へ移行する。
【００４８】
ステップＳ２４１において、図４に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ２４２へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２４２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を閉弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行わない状態で、セルモータ３２を制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ２４３へ移行する。
【００５０】
ステップＳ２４３において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４４へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４３へ繰り返し移行する。
【００５１】
ステップＳ２４４において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を開始し、点火プラグ１２ｄを制御して燃料の燃焼を開始させた後、制御段階をステップＳ２４５へ移行する。
【００５２】
ステップＳ２４５において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４６へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４５へ繰り返し移行する。
【００５３】
ステップＳ２４６において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４７へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４６へ繰り返し移行する。
【００５４】
ステップＳ２４７において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００５５】
前述のステップＳ３４０において、図３に示すように、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下か否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５０へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５０へ移行する。
【００５６】
ステップＳ３５０において、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ｂを開始して、制御段階をステップＳ３５１（図５参照）へ移行する。
【００５７】
ステップＳ３５１において、図５に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ３５２へ移行する。
【００５８】
ステップＳ３５２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行い、セルモータ３２および点火プラグ１２ｄを制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ３５３へ移行する。
【００５９】
ステップＳ３５３において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５４へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５３へ繰り返し移行する。
【００６０】
ステップＳ３５４において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５５へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５４へ繰り返し移行する。
【００６１】
ステップＳ３５５において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００６２】
前述のステップＳ４５０において、図４に示すように、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ｃを開始して、制御段階をステップＳ４５１（図６参照）へ移行する。
【００６３】
ステップＳ４５１において、図６に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ４５２へ移行する。
【００６４】
ステップＳ４５２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行い、セルモータ３２および点火プラグ１２ｄを制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ４５３へ移行する。
【００６５】
ステップＳ４５３において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５４へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５３へ繰り返し移行する。
【００６６】
ステップＳ４５４において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００６７】
以上の制御態様により、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上、かつタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下の状態からガスタービン機関１を再起動する場合における調量弁４１に供給される圧縮空気の圧力Ｐ、および燃焼器１２に供給される燃料の流量を、図７を用いて説明する。
【００６８】
時間Ｔ１において、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの再起動信号を取得すると、（時間Ｔ１において再起動の操作がされると）、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達する時間Ｔ２まで燃料制限弁４２を開弁し、燃料遮断弁４３を閉弁する。これにより、調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給され、燃焼器１２に燃料が供給されない。時間Ｔ２において、ＥＣＵ４４は、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達すると燃料遮断弁４３を開弁する。これにより、燃焼器１２に供給される燃料の流量は、大気圧Ｐ０が供給されている調量弁４１によって大気圧Ｐ０に比例した値に調整される。時間Ｔ３において、ＥＣＵ４４は、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２に到達すると、燃料制限弁４２を閉弁する。これにより、調量弁４１にコンプレッサ２０からの圧力Ｐである圧縮空気が供給され、燃焼器１２に供給される燃料の流量は、調量弁４１により圧縮空気の圧力Ｐに比例した値に調整される。
【００６９】
以上の如く、タービン１１と、タービン１１に送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器１２と、燃焼器１２と調量弁４１に圧縮空気を供給するコンプレッサ２０と、燃焼器１２に供給される燃料を、コンプレッサ２０から供給される圧縮空気の圧力Ｐに比例した流量に調整する調量弁４１と、調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁４２と、燃焼器１２に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁４３と、燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とを制御する制御手段であるＥＣＵ４４と、排気温度ＴＭＰを検出する排気温度検出手段である排気温度センサ１３ａと、を備えるガスタービン機関１において、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって所定時間遮断する、または燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって所定時間遮断することによって、燃焼器１２に供給される燃料を所定時間所定量に減少させることを特徴とするものである。
【００７０】
このように構成にすることにより、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１を再起動させても、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが所定の値に到達するまで燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とによって供給される燃料が制限される。これにより、過剰に燃料が供給されることがないのでモータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することができる。
【００７１】
また、タービン１１の回転速度Ｒを検出する回転速度検出手段である回転速度センサ３１ｂをさらに備え、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、回転速度センサ３１ｂが検出するタービン１１の回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達するまでの間、燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって遮断し、タービン１１の回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きい第二基準値Ｒ２に到達するまでの間、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって遮断し、調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気を供給することを特徴とするものである。
【００７２】
このように構成にすることにより、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１を再起動させても、ガスタービン機関１内部の高温の排気が十分流動されるまで燃焼器１２に燃料が供給されず、燃料の供給が開始されても大気圧Ｐ０に比例した量の燃料しか供給されない。これにより、過剰に燃料が供給されることがないのでモータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガスタービン機関
１１ タービン
１２ 燃焼器
１３ａ 排気温度センサ（排気温度検出手段）
２０ コンプレッサ
３１ｂ 回転速度センサ（回転速度検出手段）
４１ 調量弁
４２ 燃料制限弁
４３ 燃料遮断弁
４４ ＥＣＵ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン機関におけるタービンは、燃料ポンプから送給される燃料とコンプレッサから送給される圧縮空気との混合気が燃焼器で燃焼することにより生成される燃焼ガスによって回動されるが、供給される燃料が過多になると燃焼ガスの温度が燃焼器やタービン翼の許容温度を上回り、燃焼器やタービン翼を損傷させる問題があった。そこで、燃料の流量を調量弁によってコンプレッサの吐出圧力に比例した流量に制御することで適正な燃料供給を行う技術が知られている。
【０００３】
しかし、調量弁による制御はコンプレッサの吐出圧力にのみ基づいて行われ、ガスタービン機関の運転状態は考慮されていない。すなわち、ガスタービン機関の排気温度にかかわらず、調量弁は、タービンと連動しているコンプレッサが供給する圧縮空気の圧力に比例した量の燃料を燃焼器に供給するように制御する。よって、ガスタービン機関の排気温度が高く燃料が燃焼しやすい状態から起動する場合、燃料供給が過多となり急激な燃焼による大きな着火音が発生したり、燃焼ガスが高温になることで燃焼器やタービンの翼が損傷したりする不具合が生じることがあった。
【０００４】
そこで、調量弁の開閉をモータ等のアクチュエータによって行い、燃料の供給量を自在に制御することが可能な電子式燃料制限弁を具備し、ガスタービン機関の回転速度や排気温度に基づいて適正な燃料が供給されるように電子式燃料制限弁を制御するガスタービン機関の燃料制御装置の技術は公知である。例えば、特許文献１の如くである。
【０００５】
しかし、上述の電子式燃料制限弁による燃料供給量の制御は、ガスタービン機関の燃料供給制御においては過剰である制御精度を有している上、モータ等の高価なアクチュエータを必要とする電子式燃料制限弁を具備するため、ガスタービン機関の製造コストが増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１６９９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、モータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、タービンと、前記タービンに送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器と調量弁に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記燃焼器に供給される燃料を、前記コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する前記調量弁と、前記調量弁に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁と、前記燃焼器に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁と、前記燃料制限弁と前記燃料遮断弁とを制御する制御手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、を備えるガスタービン機関において、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって所定時間遮断する、または前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって所定時間遮断することによって、前記燃焼器に供給される燃料を前記所定時間所定量に減少させることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２においては、前記タービンの回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記回転速度検出手段が検出する前記タービンの回転速度が第一基準値に到達するまでの間、前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって遮断し、前記タービンの回転速度が第一基準値よりも大きい第二基準値に到達するまでの間、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって遮断し、前記調量弁に大気圧である大気を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
本発明によれば、調量弁に供給される圧縮空気を遮断して大気圧である大気に切り換える動作のみを行う燃料制限弁と燃料の供給を遮断する動作のみを行う燃料遮断弁とを具備するだけで、燃焼器に供給される燃料を一定時間所定量に減少させることができる。これにより、モータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の構成を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関における燃料調量弁の構成を示す概略図。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図６】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の再起動制御を示すフローチャート図。
【図７】本発明の一実施形態に係るガスタービン機関の排気温度が基準温度以上、かつタービン軸の回転速度が第一基準値以下の状態からガスタービン機関を再起動させた場合の圧縮空気の圧力および燃料流量のグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図１および図２を用いて本発明の一実施形態に係るガスタービン機関１について説明する。
【００１５】
ガスタービン機関１は、高圧の燃焼ガスによってタービンを回動させることで回転動力を発生させるものである。ガスタービン機関１は、図１に示すように、タービン部１０、コンプレッサ２０、減速機部３０、燃料制御装置４０等を具備する。
【００１６】
タービン部１０は、高温高圧の燃焼ガスを生成するとともに、その燃焼ガスが有するエネルギーを回転動力として取り出すものである。タービン部１０は、主に、タービン１１、燃焼器１２、排気ディフューザ１３等から構成される。
【００１７】
タービン１１は、高温高圧の燃焼ガスが有するエネルギーを回転動力に変換するものである。タービン１１は、回動部分であるタービンロータ１１ａと、静止部分であるタービンノズル１１ｂと、回動軸であるタービン軸１１ｃとから構成される。タービンロータ１１ａは、円盤状のディスクの外周に複数の動翼が固設され、ディスクの中心部にタービン軸１１ｃがディスクと直交する方向に固設されて構成される。タービンノズル１１ｂは、タービン部１０内の壁面から複数の静翼がタービン軸１１ｃを中心とする円の円周上に配置されて構成される。タービン１１では、タービンロータ１１ａの動翼とタービンノズル１１ｂの静翼とがタービン軸１１ｃの軸方向に交互に配設され、タービンロータ１１ａがタービン軸１１ｃを回動軸として回動自在に支持される。
【００１８】
燃焼器１２は、圧縮空気中に噴射される燃料を燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器１２は、略円筒状の燃焼室１２ａと燃焼室１２ａの周囲に形成される圧縮空気通路１２ｂと燃料噴射ノズル１２ｃと点火プラグ１２ｄとから構成され、タービン１１の周囲に配設される。燃焼器１２は、燃焼室１２ａ内において、コンプレッサ２０から圧縮空気通路１２ｂを介して送給される圧縮空気に燃料噴射ノズル１２ｃによって燃料を噴射し、点火プラグ１２ｄによって燃料に点火する。燃料の燃焼が開始されることにより生成される高温高圧の燃焼ガスは、タービン１１へ送給され、タービンロータ１１ａを回動させる。
【００１９】
排気ディフューザ１３は、排出される燃焼ガスの流れを拡散させて流速を低下させるものである。排気ディフューザ１３は、一側の開口を他側の開口より縮径した略円筒状に形成される。排気ディフューザ１３は、タービン１１を介して排出される燃焼ガスが排気ディフューザ１３の内部を通過するように、一側の開口をタービン１１に対向させて配設される。燃焼ガスは、タービン１１を回動させた後に排気ディフューザ１３によって拡散され排出される。排気ディフューザ１３は、排出される燃焼ガスの排気温度ＴＭＰを検出する排気温度検出手段である排気温度センサ１３ａを具備する。
【００２０】
コンプレッサ２０は、圧縮空気を生成するものである。コンプレッサ２０は、主に、インペラ２１、ディフューザ２２等から構成され、タービン部１０と隣接して配設される。
【００２１】
インペラ２１は、外気を吸引するとともに、加圧するものである。インペラ２１は、円盤状のディスク２１ａにその中心から外周方向に向けて放射状に複数の動翼２１ｂが一体的に形成され、ディスク２１ａがその中心部でタービン軸１１ｃにこれと直交する方向に固設されて構成される。つまり、インペラ２１は、タービン１１の回動と連動して回動可能に構成される。インペラ２１は、回動することで外気を中心部から吸引するとともに、吸引した外気を外周方向に加速して放出し、ディフューザ２２へ供給する。
【００２２】
ディフューザ２２は、加速された外気を減速昇圧するものである。ディフューザ２２は、断面を略四角状に形成された複数の通路が、インペラ２１の周囲にタービン軸１１ｃを中心とする円の円周上に配置されて構成される。ディフューザ２２は、インペラ２１から供給される外気を減速昇圧して燃焼器１２に送給するとともに、圧縮空気の一部を圧縮空気流路２３により調量弁４１へ送給する。
【００２３】
減速機部３０は、高速回動されるタービン軸１１ｃの回動を減速して出力するものである。また、ガスタービン機関１を起動させる場合に、タービン軸１１ｃを回動させるものである。減速機部３０は、主に、減速機３１、セルモータ３２、燃料加圧ポンプ３３等から構成され、コンプレッサ２０と隣接して配設される。
【００２４】
減速機３１は、入力される回転速度を低速または高速の回転速度に変換して出力するものである。減速機３１は、複数のギアの組み合わせによって構成され、入力軸であるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを低速の回転速度に変換して出力軸３１ａに伝動する。また、ガスタービン機関１を起動させる際は、セルモータ３２から入力される回転速度を高速の回転速度に変換してガスタービン軸１１ｃに伝動する。減速機３１は、タービン軸１１ｃ（タービン１１）の回転速度Ｒを検出する回転速度検出手段である回転速度センサ３１ｂを具備する。
【００２５】
セルモータ３２は、ガスタービン機関１を起動させる際、タービン軸１１ｃを回動させるものである。セルモータ３２は、減速機３１を介してタービン軸１１ｃと連結される。セルモータ３２は、タービン軸１１ｃが所定の回転速度に到達するまでタービン軸１１ｃを回動させる。
【００２６】
燃料加圧ポンプ３３は、燃料を供給するものである。燃料加圧ポンプ３３は、図示しない駆動軸が減速機３１を介してタービン軸１１ｃと連動するよう構成される。燃料加圧ポンプ３３では、図示しない吸入ポートが配管等を介して図示しない燃料タンクと接続され、吐出ポートが燃料流路３４を介して燃料噴射ノズル１２ｃと接続される。燃料加圧ポンプ３３は、タービン軸１１ｃが回動することで図示しない燃料タンクから燃料噴射ノズル１２ｃに燃料を供給する。
【００２７】
燃料制御装置４０は、燃料の供給を制御するものである。燃料制御装置４０は、調量弁４１、燃料制限弁４２、燃料遮断弁４３、制御手段であるＥＣＵ４４等から構成される。
【００２８】
調量弁４１は、燃料の流量を制御するものである。調量弁４１は、図２に示すように、絞り弁４１ａ、アクチュエータ４１ｂ、ガバナ４１ｃ、定差圧弁４１ｄ等から構成される。調量弁４１は、燃料流路３４の途中部に配設される。アクチュエータ４１ｂは、コンプレッサ２０と圧縮空気流路２３を介して接続される。
【００２９】
調量弁４１は、燃料流路３４から供給される燃料の流量を、絞り弁４１ａによって調整する。絞り弁４１ａは、アクチュエータ４１ｂと機械油圧式のガバナ４１ｃとによって弁開度を変更される。アクチュエータ４１ｂは、エアシリンダで構成される。アクチュエータ４１ｂでは、シリンダ室にコンプレッサ２０からの圧縮空気が圧縮空気流路２３、燃料制限弁４２を介して供給され、圧縮空気の圧力Ｐに比例して絞り弁４１ａの弁開度が変更される。ガバナ４１ｃは、作業者等からの指示により設定されるガスタービン機関１の目標回転速度Ｒ０に応じて絞り弁４１ａの弁開度を変更する。この際、絞り弁４１ａの弁開度に対応する燃料の流量を一定に保つため、定差圧弁４１ｄによって絞り弁４１ａよりも上流側の燃料供給圧力と絞り弁４１ａよりも下流側の燃料供給圧力との差圧を一定にしている。これにより、調量弁４１は、ガバナ４１ｃによって設定される弁開度に到達するまで、燃料の流量を圧縮空気の圧力Ｐに比例した値に調整する。
【００３０】
燃料制限弁４２は、コンプレッサ２０から調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断することで燃焼器１２に供給する燃料を所定量に減少させるものである。燃料制限弁４２は、図１に示すように、電磁式三方弁によって構成され、圧縮空気流路２３の途中部に配設される。燃料制限弁４２では、第一入力ポート４２ａがコンプレッサ２０と接続され、第二入力ポート４２ｂが大気開放され、出力ポート４２ｃが調量弁４１のアクチュエータ４１ｂに接続される。そして、燃料制限弁４２は、弁体を作動させるソレノイドとＥＣＵ４４とに接続され、ＥＣＵ４４からの制御信号により作動される。燃料制限弁４２が第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通して閉弁された場合に圧力Ｐの圧縮空気がアクチュエータ４１ｂに供給され、燃料制限弁４２が第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通して開弁された場合に大気圧Ｐ０の大気がアクチュエータ４１ｂに供給される。
【００３１】
燃料遮断弁４３は、燃料の供給と遮断を切り換えるものである。燃料遮断弁４３は、電磁式二方弁によって構成され、調量弁４１と燃焼器１２とを接続する燃料流路３４の途中部に配設される。燃料遮断弁４３では、弁体を作動させるソレノイドがＥＣＵ４４と接続される。
【００３２】
制御手段であるＥＣＵ４４は、ガスタービン機関１、燃料制限弁４２、および燃料遮断弁４３等の制御を行うものである。ＥＣＵ４４は、具体的には、排気温度センサ１３ａによって排気温度を取得し、回転速度センサ３１ｂによってガスタービン機関１の回転速度Ｒを取得し、燃料制限弁４２および燃料遮断弁４３を制御する。また、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの信号によりガスタービン機関１の制御等を行う。ＥＣＵ４４は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。ＥＣＵ４４には、ガスタービン機関１、燃料制限弁４２および燃料遮断弁４３等の制御を行うための種々のプログラム及びデータが格納される。
【００３３】
ＥＣＵ４４は、点火プラグ１２ｄに接続され、点火プラグ１２ｄの点火を制御することでガスタービン機関１の起動および停止等を制御することが可能である。
【００３４】
ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａに接続され、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰを取得することが可能である。
【００３５】
ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂに接続され、回転速度センサ３１ｂが検出するタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得することが可能である。
【００３６】
ＥＣＵ４４は、セルモータ３２に接続され、セルモータ３２の動作を制御することで、ガスタービン機関１の起動を制御することが可能である。
【００３７】
ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２に接続され、燃料制限弁４２の動作を制御することで、調量弁４１への圧縮空気の供給を制限し、燃焼器１２に供給する燃料の流量を減少させることが可能である。
【００３８】
ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３に接続され、燃料遮断弁４３の動作を制御することで、ガスタービン機関１の起動、停止制御等をすることが可能である。
【００３９】
次に図３、図４、図５および図６を用いて、本発明の一実施形態に係るガスタービン機関１を再起動する場合の燃料の着火音を低減し、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制する制御について説明する。
【００４０】
ＥＣＵ４４は、図３に示すように、ガスタービン機関１が再起動されると、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下かどうか判定する。ＥＣＵ４４は、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下の場合、コンプレッサ２０が生成する圧縮空気の圧力Ｐに比例した量の燃料を燃焼器１２に供給させる。排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１より大きい場合、ＥＣＵ４４は、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒを第一基準値Ｒ１または第二基準値Ｒ２と比較して燃料供給の制御態様を決定する。
【００４１】
以下では、ＥＣＵ４４による制御態様について具体的に説明する。
【００４２】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの再起動信号を取得した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａから排気温度ＴＭＰを取得し、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下か否か判定する。
その結果、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
また、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２３０へ移行する。
【００４４】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁した後、制御段階をステップＳ１４０へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を開始させた後、点火プラグ１２ｄおよびセルモータ３２を制御してガスタービン機関１を再起動させる。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転が開始される。
【００４６】
前述のステップＳ２３０において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下か否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４０へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
【００４７】
ステップＳ２４０において、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ａを開始して、制御段階をステップＳ２４１（図４参照）へ移行する。
【００４８】
ステップＳ２４１において、図４に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ２４２へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２４２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を閉弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行わない状態で、セルモータ３２を制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ２４３へ移行する。
【００５０】
ステップＳ２４３において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４４へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４３へ繰り返し移行する。
【００５１】
ステップＳ２４４において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を開始し、点火プラグ１２ｄを制御して燃料の燃焼を開始させた後、制御段階をステップＳ２４５へ移行する。
【００５２】
ステップＳ２４５において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４６へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４５へ繰り返し移行する。
【００５３】
ステップＳ２４６において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４７へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ２４６へ繰り返し移行する。
【００５４】
ステップＳ２４７において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００５５】
前述のステップＳ３４０において、図３に示すように、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下か否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５０へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５０へ移行する。
【００５６】
ステップＳ３５０において、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ｂを開始して、制御段階をステップＳ３５１（図５参照）へ移行する。
【００５７】
ステップＳ３５１において、図５に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ３５２へ移行する。
【００５８】
ステップＳ３５２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行い、セルモータ３２および点火プラグ１２ｄを制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ３５３へ移行する。
【００５９】
ステップＳ３５３において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５４へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５３へ繰り返し移行する。
【００６０】
ステップＳ３５４において、ＥＣＵ４４は、回転速度センサ３１ｂからタービン軸１１ｃの回転速度Ｒを取得し、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいか否か判定する。
その結果、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２より大きいと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５５へ移行する。
また、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２以下と判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ３５４へ繰り返し移行する。
【００６１】
ステップＳ３５５において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００６２】
前述のステップＳ４５０において、図４に示すように、ＥＣＵ４４は、再起動制御Ｃを開始して、制御段階をステップＳ４５１（図６参照）へ移行する。
【００６３】
ステップＳ４５１において、図６に示すように、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第二入力ポート４２ｂと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給されるように燃料制限弁４２を開弁した後、制御段階をステップＳ４５２へ移行する。
【００６４】
ステップＳ４５２において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３を開弁して燃焼器１２へ燃料の供給を行い、セルモータ３２および点火プラグ１２ｄを制御してガスタービン機関１を再起動させた後、制御段階をステップＳ４５３へ移行する。
【００６５】
ステップＳ４５３において、ＥＣＵ４４は、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したか否か判定する。
その結果、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過したと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５４へ移行する。
また、燃料遮断弁４３が開弁してから所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ４４は制御段階をステップＳ４５３へ繰り返し移行する。
【００６６】
ステップＳ４５４において、ＥＣＵ４４は、燃料制限弁４２の第一入力ポート４２ａと出力ポート４２ｃとを連通させて調量弁４１に圧力Ｐである圧縮空気が供給されるように燃料制限弁４２を閉弁する。こうして、ガスタービン機関１は、通常運転に移行する。
【００６７】
以上の制御態様により、排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上、かつタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１以下の状態からガスタービン機関１を再起動する場合における調量弁４１に供給される圧縮空気の圧力Ｐ、および燃焼器１２に供給される燃料の流量を、図７を用いて説明する。
【００６８】
時間Ｔ１において、ＥＣＵ４４は、図示しない操作パネル等からの再起動信号を取得すると、（時間Ｔ１において再起動の操作がされると）、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達する時間Ｔ２まで燃料制限弁４２を開弁し、燃料遮断弁４３を閉弁する。これにより、調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気が供給され、燃焼器１２に燃料が供給されない。時間Ｔ２において、ＥＣＵ４４は、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達すると燃料遮断弁４３を開弁する。これにより、燃焼器１２に供給される燃料の流量は、大気圧Ｐ０が供給されている調量弁４１によって大気圧Ｐ０に比例した値に調整される。時間Ｔ３において、ＥＣＵ４４は、セルモータ３２によって回動されるタービン軸１１ｃの回転速度Ｒが第二基準値Ｒ２に到達すると、燃料制限弁４２を閉弁する。これにより、調量弁４１にコンプレッサ２０からの圧力Ｐである圧縮空気が供給され、燃焼器１２に供給される燃料の流量は、調量弁４１により圧縮空気の圧力Ｐに比例した値に調整される。
【００６９】
以上の如く、タービン１１と、タービン１１に送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器１２と、燃焼器１２と調量弁４１に圧縮空気を供給するコンプレッサ２０と、燃焼器１２に供給される燃料を、コンプレッサ２０から供給される圧縮空気の圧力Ｐに比例した流量に調整する調量弁４１と、調量弁４１に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁４２と、燃焼器１２に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁４３と、燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とを制御する制御手段であるＥＣＵ４４と、排気温度ＴＭＰを検出する排気温度検出手段である排気温度センサ１３ａと、を備えるガスタービン機関１において、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって所定時間遮断する、または燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって所定時間遮断することによって、燃焼器１２に供給される燃料を所定時間所定量に減少させることを特徴とするものである。
【００７０】
このように構成にすることにより、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１を再起動させても、タービン軸１１ｃの回転速度Ｒが所定の値に到達するまで燃料制限弁４２と燃料遮断弁４３とによって供給される燃料が制限される。これにより、過剰に燃料が供給されることがないのでモータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することができる。
【００７１】
また、タービン１１の回転速度Ｒを検出する回転速度検出手段である回転速度センサ３１ｂをさらに備え、ＥＣＵ４４は、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１が再起動される場合、回転速度センサ３１ｂが検出するタービン１１の回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１に到達するまでの間、燃焼器１２に供給される燃料を燃料遮断弁４３によって遮断し、タービン１１の回転速度Ｒが第一基準値Ｒ１より大きい第二基準値Ｒ２に到達するまでの間、調量弁４１に供給される圧縮空気を燃料制限弁４２によって遮断し、調量弁４１に大気圧Ｐ０である大気を供給することを特徴とするものである。
【００７２】
このように構成にすることにより、排気温度センサ１３ａが検出する排気温度ＴＭＰが基準温度ＴＭＰ１以上の状態からガスタービン機関１を再起動させても、ガスタービン機関１内部の高温の排気が十分流動されるまで燃焼器１２に燃料が供給されず、燃料の供給が開始されても大気圧Ｐ０に比例した量の燃料しか供給されない。これにより、過剰に燃料が供給されることがないのでモータ等の高価なアクチュエータを必要としない安価な構成で急激な燃料の燃焼を防止して、燃料の着火音を小さくし（またはなくし）、かつ燃焼ガスの過度な温度上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガスタービン機関
１１ タービン
１２ 燃焼器
１３ａ 排気温度センサ（排気温度検出手段）
２０ コンプレッサ
３１ｂ 回転速度センサ（回転速度検出手段）
４１ 調量弁
４２ 燃料制限弁
４３ 燃料遮断弁
４４ ＥＣＵ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、前記タービンに送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器と調量弁に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記燃焼器に供給される燃料を、前記コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する前記調量弁と、前記調量弁に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁と、前記燃焼器に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁と、前記燃料制限弁と前記燃料遮断弁とを制御する制御手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、を備えるガスタービン機関において、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって所定時間遮断する、または前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって所定時間遮断することによって、前記燃焼器に供給される燃料を前記所定時間所定量に減少させることを特徴とするガスタービン機関。
【請求項２】
前記タービンの回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記回転速度検出手段が検出する前記タービンの回転速度が第一基準値に到達するまでの間、前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって遮断し、前記タービンの回転速度が第一基準値よりも大きい第二基準値に到達するまでの間、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって遮断し、前記調量弁に大気圧である大気を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン機関。
【請求項１】
タービンと、前記タービンに送給する燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器と調量弁に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記燃焼器に供給される燃料を、前記コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力に比例した流量に調整する前記調量弁と、前記調量弁に供給される圧縮空気を遮断する燃料制限弁と、前記燃焼器に供給される燃料を遮断する燃料遮断弁と、前記燃料制限弁と前記燃料遮断弁とを制御する制御手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、を備えるガスタービン機関において、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって所定時間遮断する、または前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって所定時間遮断することによって、前記燃焼器に供給される燃料を前記所定時間所定量に減少させることを特徴とするガスタービン機関。
【請求項２】
前記タービンの回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記排気温度検出手段が検出する排気温度が基準温度以上の状態から前記ガスタービン機関が再起動される場合、前記回転速度検出手段が検出する前記タービンの回転速度が第一基準値に到達するまでの間、前記燃焼器に供給される燃料を前記燃料遮断弁によって遮断し、前記タービンの回転速度が第一基準値よりも大きい第二基準値に到達するまでの間、前記調量弁に供給される圧縮空気を前記燃料制限弁によって遮断し、前記調量弁に大気圧である大気を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８１２５７（Ｐ２０１０−２８１２５７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５１７５（Ｐ２００９−１３５１７５）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
[ Back to top ]