再生式ガスタービンの過速度回避装置
【課題】 負荷の急減時に過速度を迅速に回避するとともに、回転数を定格値に維持または排ガスＥの温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを効果的に放出することができる再生式ガスタービンの過速度回避装置を提供する
【解決手段】 高圧空気を生成する圧縮機１と、高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３からの燃焼ガスＧにより作動して負荷Ｌ１を駆動するタービン７と、タービン７から排出される排ガスＥによって高圧空気を加熱する再生器２と、高圧空気、燃焼ガスＧまたは排ガスＥからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁１３と、タービンの回転数および排ガスＥの温度の少なくとも一方に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する弁制御手段１４とを備えている。
【解決手段】 高圧空気を生成する圧縮機１と、高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３からの燃焼ガスＧにより作動して負荷Ｌ１を駆動するタービン７と、タービン７から排出される排ガスＥによって高圧空気を加熱する再生器２と、高圧空気、燃焼ガスＧまたは排ガスＥからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁１３と、タービンの回転数および排ガスＥの温度の少なくとも一方に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する弁制御手段１４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の急減や遮断などに起因してタービン回転数が上昇する過速度が生じた場合に、回転数を定格速度に回復させ、かつ、再生器に蓄積された熱エネルギを放出する過速度回避装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、舶用ガスタービンでは、負荷の急減や遮断などに起因して過速度が生じた場合に、燃料供給を完全に遮断して運転停止することは、船舶の運行に支障をきたすことから、好ましくないので、燃焼器において吹き消え（失火）が発生する直前の限界値まで燃料供給量を可及的に絞ることによって回転数の上昇を抑制し、速やかに定格速度に回復するように図る過速度回避装置が設けられている。このような過速度回避装置として、図１６に示すものが知られている（特許文献１参照）。このものは、負荷急減により過速度が発生した場合、この過速度発生が速度検出器５０により検出されて、入口案内翼５１を開いて圧縮機５２の抵抗を増大させるとともに、圧縮機５２の吐出部からタービン５３の排出部を結ぶ管路５４上に設けた制御弁５５を開いて、この制御弁５５から圧縮空気を放出することにより、タービン回転数を定格速度まで低減させ、これにより、エンジンを停止させることなく過速度を回避するように図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６５９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記制御弁５５の弁開度を制御するための関数発生器５６には、過速度領域の回転数と制御弁５５の弁開度との関係を示すスケジュールが予め設定されている。制御弁５５は、関数発生器５６から出力される、速度検出器５０の検出回転数に対応した制御信号に基づき、弁開度を制御する。したがって、この過速度回避装置は、再生器を備えない図１６のような単純サイクルガスタービンに適用した場合には過速度を回避する効果が期待できる。
【０００５】
しかしながら、前記過速度回避装置は、排ガスの熱エネルギを回収する再生器を備えた再生式ガスタービンに用いた場合、負荷の急減直後に発生する大きな過速度を一旦回避することはできても、そののちに、再生器に蓄積された熱エネルギが回収されるのに伴い回転数が再び上昇しようとする作用に対して、その回転数を定常状態に維持し続けることができない。
【０００６】
すなわち、再生器には、これが一般に大きな熱容量を有することから、負荷運転時において大量の熱エネルギが蓄積されており、負荷の急減時にはその大量の熱エネルギが回収されて回転数を上昇させるように作用する。そのため、再生式ガスタービンでは、負荷の急減時に燃料供給量を吹き消え限界まで絞っても、再生器に蓄積された熱エネルギの量によって大きな過速度が発生する可能性がある。しかも、再生器に蓄積された熱エネルギは、再生器の熱容量が大きくなるほど、その放出に長い時間を要する。したがって、前記過速度回避装置を再生式ガスタービンに用いる場合には、燃料供給量の低減と制御弁５５を開くことによる圧縮空気の放出とによって負荷の急減による過速度を一旦回避したのち、回転数を定常状態に維持しようとすれば、図１６の制御弁５５を開き続けて再生器に蓄積された熱エネルギを放出する制御動作が必要となる。
【０００７】
ところが、前記過速度回避装置の関数発生器５６は、過速度領域の回転数と制御弁５５の弁開度との関係を予め一義的に設定した弁開度制御信号を出力するようになっており、この弁開度制御信号は、再生器を有しない単純サイクルガスタービンに対応するように設定されたものであるから、再生器から回収される熱エネルギの状況を考慮していない。つまり、前記弁開度制御信号は、制御弁５５の開放により過速度状態が回避されて回転数が定格値に戻るに従って制御弁５５を閉じる方向に動作させるので、圧縮機５２から再生器に入る高圧空気の量が多くなる結果、再生器の持つ熱エネルギが多く回収されてタービン５３に入ることになり、タービン回転数を再び上昇させようとする。このように、過速度を一旦回避したのちは、再生器により回収される熱エネルギを速やかに放出することができないので、回転数を定格値に維持し続けることができない。この状況について、図１７を参照しながら詳述する。
【０００８】
図１７（ａ）〜（ｆ）は、前記過速度回避装置を再生式二軸ガスタービンに用いた場合における負荷の急減発生時の各部の状態をシミュレーションして示したものである。同図において、ｔ時点で負荷が急減したときには、燃料制御弁５７（図１６）の弁開度を絞って燃料供給量を吹き消え限界まで絞る（図１７（ｂ））とともに、制御弁５５を開いて圧縮空気を放出する（図１７（ｃ））。これにより、圧縮機５２を駆動するガスジェネレータタービンの回転数は大きく低減し（図１７（ｅ））、排ガス温度も低下するが（図１７（ｆ））、負荷を駆動するパワータービンの回転数は、図１７（ｄ）に示す変動許容範囲Ｒａ内における目標値Ｒｒよりも高い値を比較的長い時間にわたり維持し続けるので、過速度状態が長く続いてしまう。
【０００９】
これは、図１７（ｃ）に示す制御弁５０の開度が、負荷の回転数が目標値Ｒｒに向け低減するに従って小さくなるので、再生器から回収される熱エネルギが多くなり、パワータービンの回転数が再び上昇し、これに伴い制御弁５５を開く方向に変化し、再生器に蓄積された大量の熱エネルギが所定値に低減するまで、小さく開き続けるためである。
【００１０】
また、前記過速度回避装置のように圧縮空気を抽出することで過速度を回避する場合には、容積の大きな気体を流すために比較的容量の大きい制御弁５５が必要となるが、弁開度が連続的に制御される連続制御弁５５は、一般に容量が大きくなるほど動作速度が遅くなる。したがって、動作流量が多い大型ガスタービンでは、負荷の急減や瞬時遮断が発生したときに、応答性の低い連続制御弁では動作が間に合わないので、過速度を効果的に回避することが困難となる。
【００１１】
本発明は前記従来の課題に鑑みてなされたもので、負荷の急減直後の過速度を回避したのちに、回転数を定格値に維持しながら、または排ガスの温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを効果的に放出して、過速度を迅速に回避することができる再生式ガスタービンの過速度回避装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係る再生式ガスタービンの過速度回避装置は、高圧空気を生成する圧縮機と、前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、前記タービンの回転数、タービンからの排ガスの温度、または回転数と排ガス温度の両方に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えている。
【００１３】
この構成によれば、負荷の急減が発生したときには、回転数が上昇し、この回転数の上昇により放風弁が開いて動作流体の一部をガスタービンの系外に放出するので、負荷の減少に伴い回転数が上昇しようとするのが抑制される。この負荷の急減発生直後からは、負荷運転中に再生器に蓄積された大量の熱エネルギが回収されてタービンに投入されることにより、回転数を上昇させ、かつ、排ガス温度を上昇させる方向に作用するが、弁制御手段が、前記上昇しようとする回転数、排ガス温度、またはその両方に基づき放風弁の開度をフィードバック制御する。これにより、放風弁は、回転数または排ガス温度を例えば目標値に常に維持する開度に制御され、かつ、この開度の制御が再生器に蓄積された熱エネルギが放出され終わるまで継続される。
【００１４】
したがって、従来装置のように過速度領域の回転数と制御弁の開度とを一義的に関連付けて予め設定したスケージュールに基づき制御弁の開度をオープン制御するものとは異なり、この過速度回避装置では、再生器に蓄積された熱エネルギの状況に対応して放風弁の開度が常に適切に制御されるので、負荷の急減による過速度を回避したのちに、回転数を定格値に維持、または排ガス温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを放出させることができ、過速度を効果的に、かつ、迅速に回避することができる。なお、前記開度は、放風弁による動作流体の放出量に対応している。
【００１５】
前記弁制御手段が前記排ガス温度に基づいてフィードバック制御を行う場合、フィードバック制御の際に目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させるようにすることが好ましい。この構成によれば、負荷の急減直後の過速度状態から回復して回転数が定格値に戻ったのちに、目標排ガス温度が一定値のままであると、放風弁の開度は、排ガス温度を目標排ガス温度になるようにフィードバックするので、再生器に蓄積された熱エネルギが減少していくにも拘らず、放風弁が開き続けてしまうが、目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させることにより、放風弁の開度を全閉状態に向けて徐々に低下させることができる。
【００１６】
本発明において、前記弁制御手段は、前記タービンの回転数および排ガス温度に基づく２つのフィードバック制御信号のうち、信号レベルの低い方を選択して前記放風弁の調節用信号として出力することが好ましい。この構成によれば、回転数および排ガス温度に基づく２つのフィードバック制御信号を併用して放風弁の開度を制御しながらも、両制御信号のうちの信号レベルの低い方を選択することによって、次の理由により、放風弁の開度を一層適切に制御することができる。
【００１７】
すなわち、回転数に基づくフィードバック制御系のみでは、例えば動作流体である圧縮機からの高圧空気を放出させ過ぎて、燃焼温度および排ガス温度を過度に上昇させてしまうおそれがあり、一方、排ガス温度に基づくフィードバック制御系のみでは、再生器に蓄積された熱エネルギが減少して排ガス温度が目標排ガス温度より低下すると、排ガス温度が目標値になるように放風弁をさらに開こうとするので、目標排ガス温度値を徐々に低下させる特殊な制御手段が必要になる。これに対し、両制御信号のうちの信号レベルの低位の方を選択すると、回転数に基づくフィードバック制御により放風弁が開き過ぎとなったときには、排ガス温度に基づくフィードバック制御に切り換えられて排ガス温度が制限値を超えないように制限でき、一方、再生器に蓄積された熱エネルギが減少したときには、回転数に基づくフィードバック制御に切り換えることにより、目標排ガス温度値を徐々に低下させる複雑な制御手段を用いることなく放風弁を徐々に閉じさせることができる。
【００１８】
削除。燃料制御手段の効果を〔００２６〕の末尾にいれました。
【００１９】
また、前記放風弁は、前記開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁と、開度が連続的に変化可能な調整弁とを有している構成とすることが好ましい。この構成によれば、負荷が発電用などの電気的装置である場合には、負荷が瞬時に遮断される可能性があるので、発電機の運転に使われていた膨大なエネルギが瞬間的に大きな加速エネルギに変わって回転数の上昇速度が極めて大きなものとなるが、このような場合には、負荷遮断の発生時に動作速度の速い開閉弁を即座に全開することにより、瞬間的な全負荷遮断に伴い大きな過速度が発生するのを確実に抑制することができる。過速度を一旦回避したのちは、開閉弁に代えて調整弁を連続的に制御することにより、再生器に蓄積された熱エネルギを適切な速さで徐々に放出させることができる。
【００２０】
前記放風弁は、前記圧縮機と再生器との間、または再生器と燃焼器との間の高圧空気の流路に設けることができる。この構成によれば、放風弁を開いて圧縮機から再生器に供給される高圧空気の一部、または再生器から燃焼器に供給される高圧空気の一部を系外に放出することにより、タービンの出力が低下して、過速度を回避することができる。
【００２１】
また、前記放風弁は、前記タービンの出口と再生器との間の排ガスの流路に設けてもよい。この構成によれば、タービンから再生器に供給される排ガスの一部を系外に放出することにより再生器で回収される排ガスによる熱エネルギを少なくすることができる。これにより、タービンの出力が低下して過速度を回避することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の再生式ガスタービンの過速度回避装置によれば、負荷の急減直後の過速度を回避したのちに、動作流体の一部を系外に放出する放風弁の開度を、タービンの回転数および排ガス温度の少なくとも一方に基づきフィードバック制御していることにより、回転数を定格値に維持または排ガス温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを徐々に放出して、過速度を効果的に、かつ、迅速に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。このガスタービンは、圧縮機１が空気を圧縮して生成した高圧空気Ａ１を再生器２を介して燃焼器３に供給し、燃焼器３が、再生器２から供給された高圧空気Ａ２に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼により発生する高温高圧の燃焼ガスＧのエネルギにより、ガスジェネレータタービン４およびパワータービン７をそれぞれ作動させる。ガスジェネレータタービン４は、第１軸であるガスジェネレータ軸８を介して圧縮機１を駆動し、出力を取り出すためのパワータービン７は、第２軸であるパワータービン軸９を介して負荷Ｌ１を駆動する。ここでの負荷Ｌ１は、舶用プロペラのような機械的装置、または発電機のような電気的装置である。パワータービン７から排出される排ガスＥは再生器２に送給され、再生器２は、排ガスＥと圧縮機１からの高圧空気Ａ１との間で熱交換して排ガスＥの熱エネルギを回収し、高圧空気Ａ１を加熱することにより高温の高圧空気Ａ２を生成して、これをタービン４，７に供給する。
【００２４】
前記パワータービン軸９には、パワータービン７の回転数を検出する回転センサ１０が設けられている。燃料制御手段である燃料コントローラ１１は、回転センサ１０が検出するパワータービン７の回転数に基づき燃料制御弁１２の開度をフィードハック制御することにより、パワータービン７の回転数を所定値に設定するように燃料の供給量を可変調節する。また、圧縮機１と再生器２との間の高圧空気Ａ１の流路には、高圧空気Ａ１の一部をガスタービンの系外に放出するための放風弁１３が接続されている。この放風弁１３は開度が連続的に変化可能なものである。
【００２５】
前記放風弁１３の開度を調節する弁制御手段である弁コントローラ１４は、パワータービン７の定格回転数付近の値に予め設定した回転数目標値が記憶されているメモリ１７と、前記回転数目標値と回転センサ１０が検出するパワータービン７の回転数との差分値を算出する減算器１８と、この減算器１８が算出した偏差に基づいて制御信号を演算する制御器１９と、この制御器１９から出力される制御信号の符号を反転してフィードバック制御信号ＦＳ１を出力する反転器２０と、この反転器２０と放風弁１３との接続線に介設されたスィッチのような開閉手段２１と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき開閉手段２１を開閉制御する開閉制御手段２２とを備えている。この弁コントローラ１４は、パワータービン７の回転数に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する。
【００２６】
つぎに、前記実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図２のシミュレーション結果を参照しながら説明する。図１に示す負荷Ｌ１が図２（ａ）に示すようにｔ１時点で急減すると、図１の燃料コントローラ１１は、回転センサ１０からの回転数検出値の上昇により負荷Ｌ１の急減発生であると判別して、図２（ｂ）に示す燃料制御弁１２を、吹き消え限界の燃料供給量に対応する開度まで絞る制御を行う。これにより、図２（ｅ）のガスジェネレータタービン４の回転数が大きく低下し、図２（ｄ）に示すパワータービン７の回転数が負荷Ｌ１の急減に伴い急激に上昇しようとするのが抑制されて、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態が速やかに回避される。ここで、開度が連続的に変化可能な放風弁１３は、応答性が比較的悪いために、過速度の発生に対しこれを即座に抑制するように機能できない場合があるが、燃料コントローラ１１は、負荷の急減が発生した時点で燃料の供給量を吹き消え限界まで瞬時に絞るよう制御できるから、これにより、負荷の急減に伴う過速度を、これの発生直後に迅速に抑制することができる。
【００２７】
このように過速度状態が一旦回避されたのちには、負荷Ｌ１の運転中に再生器２に蓄積されている大量の熱エネルギが回収され始めてパワータービン７の回転数を上昇させる方向に作用するから、上述のように燃料の供給量を吹き消え限界まで絞っても、パワータービン７の回転数が図２（ｄ）に示す回転数目標値Ｒｒに戻らない。そのため、図１の弁コントローラ１４では、開閉制御手段２２が、回転センサ１０の回転数検出値に基づき過速度状態を検知して開閉手段２１を閉じることにより、フィードバック制御が可能な状態に設定する。この状態で制御器１９が、減算器１８からの偏差に基づいて制御信号を演算し、この演算結果である負の信号が反転器２０で正の信号に変換されて、フィードバック制御信号ＦＳ１が得られる。このフィードバック制御信号ＦＳ１により、図２（ｃ）のｔ２時点で放風弁１３を開かせたのち、その放風弁１３の開度をパワータービン７の回転数に基づいてフィードバック制御する。フィードバック制御信号ＦＳ１は放風弁１３の開度を大きくする方向を正とする。
【００２８】
放風弁１３が開かれると、ガスタービンを通過する動作流体である高圧空気Ａ１の一部は放風弁１３を通じて外部へ放出されて、再生器２を通過する高圧空気Ａ１の流量が減少する。このように放風弁１３を開いて圧縮機１から再生器２に供給される高圧空気Ａ１の一部を外部に放出することにより、パワータービン７の出力が低下して、過速度を回避することができる。
【００２９】
図１６の従来装置では、圧縮機５２の吐出部に設けた制御弁５５を、過速度領域の回転数に対し一義的に設定した弁開度に制御するので、これを再生式ガスタービンに適用した場合に再生器の熱エネルギの状況に応じた開度に設定することができなかった。これに対し、前記過速度回避装置では、放風弁１３の開度を再生器から回収される熱エネルギの状況に応じて設定できる。再生器２に蓄積された熱エネルギが残っている間は、放風弁１３を閉じる方向に作動すると、再生器２から回収される熱エネルギによりパワータービン７の回転数が上昇しようとするので、弁コントローラ１４は放風弁１３を開いた状態に保持するように制御する。
【００３０】
そののち、再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されてパワータービン７を回転させようとするエネルギが減少してくると、パワータービン７の回転数はｔ３時点で回転数目標値Ｒｒよりも下回ろうとするが、このとき、弁コントローラ１４は、フィードバック制御信号ＦＳ１によって放風弁１３を図２（ｃ）に示すように閉じる方向にフィードバック制御するので、パワータービン７の回転数は回転数目標値Ｒｒに維持される。これにより、パワータービン７は、負荷Ｌ１の急減により比較的大きな過速度が発生しやすい状況下においても、図２（ｄ）に示す変動許容範囲Ｒａ内に確実に保持される。
【００３１】
弁コントローラ１４は、再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されるのに伴なって放風弁１３を徐々に閉じさせる方向に制御する。この結果、パワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒに維持されながら、最終的には放風弁１３が全閉状態に制御される。開閉制御手段２２は前記放風弁１３の全閉状態を検知した時点で開閉手段２１をオフさせ、通常の運転状態に戻る。
【００３２】
ところで、放風弁１３が全閉となるまでの間に負荷Ｌ１の投入が行われた場合には、開閉制御手段２２が、回転センサ１０の回転数検出値に基づきパワータービン７の回転数の急激な低下を検知して、開閉手段２１をオフさせることにより放風弁１３を即座に全閉状態に制御するので、即座に通常の運転状態に戻すことができる。これにより、負荷Ｌ１が投入された状態で放風弁１３が開いた状態に保持されることに起因してパータービン７の回転数が大きく低下するのを防止することができる。
【００３３】
また、前記過速度回避装置では、パワータービン７の回転数に基づき燃料コントローラ１１が燃料制御弁１２を調節する燃料フィードバック制御系と、前記回転数に基づき弁コントローラ１４が放風弁１３の開度を調節する弁フィードバック制御系とを設けており、２つのフィードバック制御系が共にパワータービン７の回転数を制御するようになっているが、この２つのフィードバック制御系が互いの制御動作を干渉し合って制御動作が不安定になることはない。すなわち、燃料コントローラ１１は、一般に制御動作の感度が高くなるよう調整されているので、負荷Ｌ１の変動に対し速やかに追従できる。これに対し、燃料に比べて流量が大きい動作流体の流路を開閉する放風弁１３は、前述のように大形となるから、動作速度が比較的遅くなるので、弁コントローラ１４は、放風弁１３の応答性に対応するために、制御動作の感度をあまり高くすることができない。したがって、放風弁１３の開度制御は燃料の流量制御に比較して制御動作の感度が低くならざるを得ず、その結果、双方の制御動作が干渉を起こさないように容易に調整できる。
【００３４】
前記第１実施形態の過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンは、負荷Ｌ１の急減時に比較的大きな過速度が発生しやすいガスタービンである。すなわち、一軸ガスタービンでは、出力軸と同軸上に圧縮機とタービンと負荷とが結合されており、負荷の急減時にタービンの回転数を上昇させようとするのに対して圧縮機がある程度の抵抗となり、過速度を妨げようとする方向に作用する。これに対し、二軸フリータービンでは、負荷Ｌ１を駆動するパワータービン軸９には圧縮機１が結合されていないので、負荷Ｌ１の急減が発生した際には、摩擦抵抗など若干の機械損を除いて抵抗となる要素がなくなってしまうことから、過速度が発生しやすい状態となる。これを再生式とした場合には、さらに再生器２から回収された熱エネルギも加わるので、再生式二軸フリータービンは、負荷Ｌ１の急減時に比較的大きな過速度が発生しやすくなる。これに対し、前記過速度回避装置は、そのような大きな過速度が発生しても、上述のように確実に回避でき、さらに、二軸フリータービン以外のいかなる形態の再生式ガスタービンに適用した場合にも、確実に過速度を回避することができ、これは、以下の実施形態のいずれにおいても同様である。
【００３５】
図３は、本発明の第２実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。この過速度回避装置が第１実施形態のものと相違するのは、第１実施形態ではパワータービン７の回転数に基づくフィードハック制御により放風弁１３の開度を調節するのに対し、この過速度回避装置ではパワータービン７から排出される排ガスＥの温度に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する点のみであり、したがって、放風弁１３をフィードバック制御するための弁コントローラ１４Ａの構成が第１実施形態とは相違する。
【００３６】
すなわち、前記弁コントローラ１４Ａは、温度テーブル２４と減算器２８とを有している。温度テーブル２４には、初期値から時間経過ともに低下する排ガスＥの目標排ガス温度値が予め設定されている。前記減算器２８は、温度テーブル２４からの目標排ガス温度値と、温度センサ２７が検出する排ガスＥの温度との差分値を算出する。この排ガス温度は、パワータービン７と再生器２間の排ガスＥの温度である。弁コントローラ１４Ａはさらに、減算器２８が算出した偏差に基づいてフィードバック制御信号ＦＳ２を演算する制御器２９と、この制御器２９と放風弁１３との接続線に介設された開閉手段２１と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき開閉手段２１を開閉制御する開閉制御手段２２と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき温度テーブル２４の目標排ガス温度の変更指令およびリセット指令を行うテーブル制御手段３０とを備えている。
【００３７】
つぎに、この第２実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図４のシミュレーション結果を参照しながら説明する。図３に示す負荷Ｌ１が図４（ａ）に示すようにｔ１１時点で急減すると、第１実施形態と同様に、燃料コントローラ１１が燃料制御弁１２を吹き消え限界の燃料供給量に対応する開度まで絞る制御を行うので、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態が速やかに回避される。そののち、再生器２に蓄積された熱エネルギが回収されてパワータービン７の回転数を上昇させる方向に作用するから、パワータービン７の回転数は即座に回転数目標値Ｒｒに戻らない。また、負荷Ｌ１の急減時には、開閉制御手段２２が回転数検出値に基づき過速度状態を検知して開閉手段２１を閉じることにより、弁コントローラ１４Ａがフィーバック制御の状態に入る。
【００３８】
弁コントローラ１４Ａの温度テーブル２４には、図４（ｆ）に示す目標排ガス温度値Ｔｒとして、負荷運転時に許容されている制限温度よりも少し低い値が設定されている。これは、温度制限に対してある程度の余裕を持たせるためである。つまり、図３の放風弁１３を開くと、再生器２から燃焼器３に入る高圧空気Ａ２の流量が減少して、排ガスＥの温度が上昇するので、排ガス温度の制限値Ｔｒに到達するまで、放風弁１３を閉状態させることができる余裕を与えるためである。
【００３９】
そして、負荷Ｌ１の急変が生じたｔ１１時点では、上述のように燃料が吹き消え限界まで絞られるのに伴ない排ガスＥの温度も目標排ガス温度Ｔｒよりも大きく低下するので、減算器２８から比較的大きな差分値が出力されて、制御器２９が放風弁１３を大きな開度に開かせるように調節する。これにより、比較的多くの高圧空気Ａ１が放風弁１３を通じて外部へ放出されるので、再生器２を通過する高圧空気Ａ１の流量が減少するのに伴い燃焼温度が上昇して、図４（ｆ）に示すように排ガスＥの温度も同様に上昇する。このとき、弁コントローラ１４Ａは、前記上昇した排ガスＥの温度に基づくフィードバック制御を行って放風弁１３を適度な開度に調節し、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒに達する方向に放風弁１３の開度の制御を継続する。
【００４０】
したがって、この過速度回避装置では、再生器２に蓄積された大量の熱エネルギの放出を行いながらも、放風弁１３の開度を、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒを超えない範囲内に制限してフィードバック制御できるので、放風弁１３の開度が大きくなり過ぎることに起因して燃焼温度や排ガスＥの温度がガスタービンの高温部材が耐えられる限界温度を超えるまで過度に上昇してしまうといったことを確実に防止できる利点がある。
【００４１】
そして、図４（ｄ）のｔ１２時点では、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態から回復してパワータービン７の回転数が目標回転数Ｒｒに戻った整定状態となる。こののち、排ガスＥの温度を目標排ガス温度値Ｔｒになるように放風弁１３の開度を設定するフィードバック制御をそのまま継続すると、再生器２に蓄積された熱エネルギが減少していくから、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒまで到達しなくなる。この場合、放風弁１３は、目標排ガス温度値Ｔｒになるように制御されることから、再生器２の熱エネルギが減少しているにもかかわらず、さらに開く方向に動作することになる。
【００４２】
そこで、前記過速度回避装置では、図３のテーブル制御手段３０が、回転センサ１０の回転数検出値に基づきパワータービン７の回転数が定格状態に整定したのを検知した時点で、温度テーブル２４に対し目標排ガス温度値Ｔｒの変更指令を与えるようになっている。これにより、温度テーブル２４は、ランプ関数などの手段により、図４（ｆ）の２点鎖線に示すように、目標排ガス温度値Ｔｒを徐々に低下させるように変更する。弁コントローラ１４Ａは、排ガスＥの温度が変更された目標排ガス温度値Ｔｒになるように放風弁１３の開度を設定するフィードバック制御を行うので、放風弁１３は全閉に向け徐々に小さな開度に絞られていき、放風弁１３が小さな開度に保持されることによってパワータービン７の回転数の上昇が抑制され、再生器に蓄積された熱エネルギを徐々に放出し続ける。
【００４３】
前記テーブル制御手段３０は、過速度、放風弁１３の全閉、または負荷Ｌ１の投入の何れかを検知したときに、温度テーブル２４に対しリセット指令を与えて初期（時点ｔ１１）の目標排ガス温度Ｔｒを再設定させる。また、前記過速度回避装置においても、第１実施形態と同様に、放風弁１３が全閉となるまでの間に負荷Ｌ１の投入が行われた場合、開閉制御手段２２が開閉手段２１をオフさせることにより、放風弁１３を即座に全閉状態として通常の運転状態に戻される。
【００４４】
なお、前記過速度回避装置では、排ガスＥの温度に代えて、燃焼ガスＧの温度に基づくフィードバック制御を行っても、上述と同様の作用および効果を得ることができる。その場合には、ガスタービンの燃焼温度が通常1200℃前後の高温であることから、耐久性に優れた高価な温度センサを用いる必要があるので、前記第２実施形態のように比較的低い排ガスＥの温度を利用する方が好ましい。
【００４５】
図５は、本発明の第３実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。この過速度回避装置では、弁コントローラ１４Ｂが、第１実施形態で設けたのと同一のメモリ１７、減算器１８、制御器１９および反転器２０を有する第１のフィードバック制御系３４と、予め設定した一定値である目標排ガス温度Ｔｒ0 が記憶されたメモリ３２、減算器２８および制御器２９を有して第２実施形態とほぼ同じ構成となった第２のフィードバック制御系３７と、これら第１および第２のフィードバック制御系３４，３７に基づく２つの第１および第２のフィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方を選択して放風弁１３の開度の調整用信号として出力する低位選択器３３と、第１および第２実施形態で設けたのと同一の開閉手段２１および開閉制御手段２２とを備えている。すなわち、この弁コントローラ１４Ｂは、第１のフィードバック制御系によるパワータービン７の回転数の制御と、第２のフィードハック制御系による排ガスＥの温度の制御とを選択的に行って、過速度の回避を行うように制御動作する。
【００４６】
つぎに、この実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図６のシミュレーション結果を参照しながら説明する。なお、第１および第２実施形態で説明したのと同一の動作については、重複する説明を省略する。図５に示す負荷Ｌ１が図６（ａ）に示すようにｔ２１時点で急減すると、燃料の供給量を絞ってパワータービン７の急激な上昇を抑制し、その直後に、第１のフィードバック制御系３４によるパワータービン７の回転数のフィードバック制御と、第２のフィードハック制御系３７による排ガス温度のフィードバック制御とが同時に開始されるが、低位選択器３３は、両フィードバック制御系３４，３７から出力される２つのフィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方、つまり開度指令の小さい方を選択して、放風弁１３の開度を調節する。
【００４７】
負荷Ｌ１の急減発生直後は、燃料の供給量が絞られることにより排ガスＥの温度が比較的大きく低下するのに伴い、温度センサ２７で検知された排ガス温度に基づく第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令も大きくなるので、低位選択器３３が低信号レベルの第１のフィードバック制御信号ＦＳ１を選択して放風弁１３の開度の調整用信号として出力する。これにより、パワータービン７の回転数がメモリ１７に記憶された回転数目標値Ｒｒになるようにフィードバック制御される。
【００４８】
再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されてパワータービン７を回転させようとするエネルギが減少してくると、図６（ｄ）のｔ２２時点で、パワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒを下回る方向に低下してくる。このとき、排ガスＥの温度は、放風弁１３を通じ高圧空気Ａ１の一部が系外に放出されてガスタービンを通過する動作流体の流量が減少するのに伴い上昇するので、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令が第１のフィードバック制御信号ＦＳ１の開度指令よりも小さくなる。したがって、弁コントローラ１４Ｂは、低位選択器３３により、第１のフィードバック制御信号ＦＳ１から第２のフィードバック制御信号ＦＳ２に切り換えることにより、放風弁１３の開度を、排ガスＥの温度がメモリ３２に記憶された目標排ガス温度値Ｔｒ0 （図６（ｆ））に合致するようにフィードバック制御する。
【００４９】
前記目標排ガス温度Ｔｒ0 は、第２実施形態のような徐々に低下させる値ではなく、メモリ３２に記憶設定された一定値とされている。しかしながら、排ガスＥの温度は、再生器２に蓄積された熱エネルギが放出されるのに伴い、目標排ガス温度Ｔｒ0 に到達することなく低下していく。そのため、ｔ２３時点では、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令が第１のフィードバック制御信号ＦＳ１による開度指令よりも大きくなり、低位選択器３３によって再び第１のフィードバック制御信号ＦＳ１が選択されて、パワータービン７の回転数に基づき放風弁１３の開度がフィードバック制御される。
【００５０】
上述のように、第１および第２のフィーバック制御系３４，３７を併用して、これらの各フィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方を選択して放風弁１３の開度をフィードバック制御することにより、第１実施形態において発生するおそれがある不具合および第２実施形態が有する構成の若干の複雑化を共に解消することができる。この点について、以下に説明する。
【００５１】
図１および図２に示した第１実施形態では、排ガスＥの温度を監視することなく、パワータービン７の回転数のみに基づき放風弁１３の開度を制御しているので、場合によっては高圧空気Ａ１の放出量が大きくなり過ぎて燃焼温度や排ガスＥの温度を過度に上昇させてしまうおそれがあり、このような不具合が発生した場合を図２に例示してある。すなわち、図２（ｂ）のｔ３時点で、放風弁１３の設定開度が大き過ぎたことに起因して、同図（ｄ），（ｂ）に示すように、動作流体の減少によりパワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒよりも下回ろうとすると、燃料の供給量が一時的に増大し、かつ、高圧空気Ａ１の放出量が多いので、同図（ｆ）に示すように、排ガスＥの温度が一時的に過度に上昇する。これに対し、第３実施形態では、放風弁１３の開度が大きくなり過ぎたことに起因して、図６（ｄ）に示すパワータービン７の回転数が目標回転数Ｒｒに近づいたｔ２２時点で、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による制御に切り換えて、排ガスＥの温度が制限値を超えないように制御するので、第１実施形態が有する不具合の発生が解消される。
【００５２】
また、図３および図４に示した第２実施形態では、再生器２に蓄積された熱エネルギが或る程度放出されてパワータービン７の回転数がほぼ定格値に落ち着く整定状態になったときに、温度テーブル２４とテーブル制御手段３０とにより、前記整定状態を検知して目標排ガス温度値Ｔｒを徐々に低下させる特殊な制御を行う必要がある。これに対し、第３実施形態では、目標排ガス温度値Ｔｒ0 を図５のメモリ３２に設定するだけの簡単な構成としながらも、再生器２に蓄積されたエネルギの放出に伴い排ガスＥの温度が低下する図６（ｆ）のＴ２３時点では、再び第１のフィードバック制御信号ＦＳ１による制御に切り換えて、再生器２に蓄積された熱エネルギが減少するのに伴って放風弁１３を全閉に向け徐々に閉じさせるように制御できる。
【００５３】
図７および図８は、本発明の第４および第５実施形態に係る各過速度回避装置をそれぞれ適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。第１ないし第３実施形態では、放風弁１３を圧縮機１の出口と再生器２の入口との間の空気流路に設けたのに対し、図７の第４実施形態では、放風弁１３を再生器２の出口と燃焼器３の入口の間の空気流路に設けており、図８の第５実施形態では、放風弁１３をパワータービン７の出口と再生器２の入口との間の排ガス流路に設けている。
【００５４】
図７の第４実施形態では、第１ないし第３実施形態の場合と異なり、再生器２を通過する空気流量が減少しないので、再生器２において回収される熱エネルギを減少させることはできないが、この再生器において熱エネルギにより加熱された高圧空気Ａ２の一部をガスタービンの系外へ放出することにより、パワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができる。これにより、第１ないし第３実施形態における再生器２へ供給する高圧空気Ａ１の一部を系外に放出する場合と同様の作用および効果を得ることができる。なお、図７においては、図示を省略しているが、第１ないし第３実施形態で示したいずれのフィードバック制御系をもそのまま適用することができる。
【００５５】
また、図８の第５実施形態では、再生器２を通過する排ガスＥの流量を減少させることができ、これにより、再生器２自身に回収される熱エネルギを減らすことができる。その結果、高圧空気Ａ２の熱エネルギ、つまりパワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができるので、やはり第１ないし第３実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、図８においては、図示を省略しているが、第１実施形態で示した回転数に基づくフィードバック制御系をそのまま適用することができる。
【００５６】
この第５実施形態に第２または第３実施形態のフィードバック制御系（排ガス温度、または排ガス温度と回転数の両方に基づく制御）を適用することは、次の理由から好ましくない。図８の第５実施形態では、放風弁１３の開閉操作に対する排ガスＥの温度の特性が異なる。すなわち、第１〜第４の実施形態では、放風弁１３を開くと燃焼器３およびタービン４，７を通過するガス流量が減少するため、排ガスＥの温度が上昇しようとする。これに対し、第５実施形態では、図８の放風弁１３を開くと、再生器２を通過する排ガスＥの流量が減少する一方で、燃焼器３およびタービン４，７を通過するガス流量は減少しない。したがって、排ガスＥの温度は、再生器２からの回収熱量が減るのに伴い若干低下する。このように、第５実施形態においては、第１〜第４実施形態とは異なり、排ガスＥの温度は上昇しないので、排ガスＥの温度のフィードバック制御を用いる方法は適切でなく、パワータービン７の回転数を用いる方法が適切である。なお、この回転数に基づくフィードバック制御によっても、放風弁１３の開放によって排ガスＥの温度が上昇することはないので、高圧空気Ａ１，Ａ２を放出する場合と異なり、過度な放出によって燃焼温度および排ガス温度を過度に上昇させるおそれはない。
【００５７】
図９は、本発明の第６実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。この第６実施形態は、発電用や電気推進を対象とした発電機などの電気的装置を負荷Ｌ２として用いる場合に特に適したものである。この過速度回避装置が第１ないし第３実施形態と相違するのは、放風弁３８として、第１ないし第３実施形態において放風弁とした用いたものと同一の、開度が連続的に変化可能な調整弁３９と、開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁４０とを有している構成のみであり、フィードバック制御系として、第１ないし第３実施形態で示したいずれかのものをそのまま適用することができる。
【００５８】
先ず、放風弁３８を調整弁３９と開閉弁４０とで構成した理由について説明する。船の推進機のような機械的装置からなる負荷Ｌ１では、瞬時に遮断された場合であっても、負荷Ｌ１自身の機械的な抵抗によって或る程度の時間遅れを持って出力が減少するため、ガスタービンに対しては瞬時に負荷Ｌ１の出力が瞬時に０まで低下しない。これに対し、電気的装置からなる負荷Ｌ２では、瞬時に負荷投入や負荷遮断が行われ、さらに、発電機や電力系統に異常が生じたような場合には、例えば遮断器の開放により制御系統から切り離されて、瞬時に全負荷状態から全負荷遮断に至ることがある。さらに、前記負荷Ｌ２では、瞬時に全負荷遮断が生じた場合に、発電などに使われていた膨大なエネルギが瞬間的に大きな加速エネルギに変わるため、過速度発生時におけるパワータービン７の回転数の上昇速度は極めて大きなものとなる。
【００５９】
そこで、前記過速度回避装置では、放風弁３８として開閉弁４０を加えることにより、瞬間的な負荷遮断に対する追従性を確保するとともに、放風弁３８において開閉弁４０から調整弁３９に切り換えることにより、再生器２から回収される熱エネルギに対しても適切な過速度の回避制御を行えるようにしたものである。
【００６０】
つぎに、この第６実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図１０のシミュレーション結果を参照しながら説明する。なお、図１０は、第３実施形態における図５の弁コントローラ１４Ｂを用いる場合とほぼ同等のフィードバック制御系によって図９の放風弁３８の開度をフィードバック制御した場合を例示してある。図１０（ａ）に示すｔ３１時点で図９に示す負荷Ｌ２が遮断されると、図１０（ｄ）に示すようにパワータービン７の回転数が瞬間的に上昇する。このとき、同図（ｃ）に示すように、放風弁３８では開閉弁４０が全開し、かつ、調整弁３９がパワータービン７の回転数に基づくフィードバック制御による開度に設定されるが、前記パワータービン７の回転数の瞬間的な上昇は、開閉弁４０の全開によって比較的大量の動作流体が系外に放出されることにより、抑制される。
【００６１】
開閉弁４０の全開によって、パワータービン７の回転数が適当な値まで低下した図１０（ｄ）のｔ３２時点では、開閉弁４０が全閉状態に制御され、そののちは、第１ないし第３実施形態のいずれかで説明したと同様のフィードバック制御により調整弁３９の開度が連続的に制御され、これにより、再生器２に蓄積された熱エネルギが放出される。
【００６２】
このように、前記過速度回避装置では、電気的装置のような負荷Ｌ２が瞬間に遮断された場合に効果的、かつ、迅速に過速度を回避できるものであり、このような効果が得られることを具体的に示すための比較例として、第１および第２実施形態の過速度回避装置において電気的装置である負荷Ｌ２の瞬間遮断が生じた場合の各部の状態を図１１および図１２に示してある。図１１（第１実施形態）および図１２（第２実施形態）の場合においても、開度が連続的に変化可能な放風弁１３では、動作速度が比較的遅いことから、多くの流量の高圧空気または排ガスＥを瞬間的に放風することができないので、図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示すように、パワータービン７の回転数が変動許容範囲Ｒａの上限を超えて上昇したり、排ガス温度が目標排ガス温度Ｔｒ以上に上昇する、といった不具合が発生し、過速度を効果的に回避することができない。
【００６３】
また、第６実施形態の放風弁３８の一部として用いた開閉弁４０は、調整弁３９よりは動作速度が速いので、この開閉弁４０のみで電気的装置のような負荷Ｌ２の瞬時遮断時の過速度を回避することも考えられる。図１３は、第６実施形態における放風弁３８のうちの調整弁３９を除外した構成で負荷Ｌ２の瞬時遮断時の過速度を回避するように図った比較例の各部の状態を示したものである。この場合、負荷Ｌ２が遮断された直後のパワータービン７の回転数の瞬間的な上昇は、開閉弁４０の全開によって比較的大量の動作流体を系外に放出することによって抑制することができる。
【００６４】
しかし、再生式ガスタービンの場合には、負荷Ｌ２の遮断直後の過速度状態を回避した後も再生器２に蓄積された熱エネルギが放出され終わるまでに比較的長い時間を要することから、負荷Ｌ２の遮断直後の過速度状態を回避した時点で開閉弁４０を閉じてしまうと、再生器２から回収された熱エネルギにより再び過速度状態となってしまうので、開閉弁４０を再び開かなければならず、図１３（ｃ）に示すように、開閉弁４０を全開と全閉に交互に頻繁に繰り返すように制御しなければならない。したがって、再生式ガスタービンでは、開閉弁４０に加えて、開度が連続的に変化可能な調整弁３９を設けることが好ましい。
【００６５】
図１４および図１５は、本発明の第７および第８実施形態に係る各過速度回避装置をそれぞれ適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。図９の第６実施形態では、調整弁３９と開閉弁４０とを備えた放風弁３８を圧縮機１の出口と再生器３の入口との間の空気流路に設けたのに対し、図１４の第７実施形態では、前記放風弁３８を再生器２の出口と燃焼器３の入口の間の空気流路に設けており、これにより、再生器において熱エネルギにより加熱された高圧空気の一部を系外へ放出することによってパワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができる。図１５の第８実施形態では、放風弁３８をパワータービン７の出口と再生器２の入口との間の排ガス流路に設けており、これにより、再生器２を通過する排ガスＥの流量を減少させて再生器２自身に回収される熱エネルギを減らすことができる。したがって、いずれの場合にも、第６実施形態で説明したと同様の効果を得ることができる。
【００６６】
図１４の第７実施形態では、第１〜第３実施形態で示したいずれのフィードバック制御（回転数または／および排ガス温度に基づく制御）も適用できる。図１５の第８実施形態では、排ガスＥを放出するので、図８の第５実施形態の場合と同様に、第１実施形態のフィードバック制御（回転数に基づく制御）を適用するのが好ましい。
【００６７】
本発明の放風弁１３，３８は、前記各実施形態からもわかるとおり、圧縮機１から再生器２、燃焼機３、ガスジェネレータタービン４およびパワータービン７を経て再生器２に至るまでの作動流体の流路（流路の両端である圧縮機１および再生器２を含む）のいずれの箇所にも設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は第１実施形態に係る過速度回避装置における電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は第２実施形態に係る過速度回避装置における電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は第６実施形態に係る過速度回避装置における放風弁を開閉弁のみで構成した比較例の電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１５】本発明の第８実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１６】従来のガスタービンの過速度回避装置を示す系統図である。
【図１７】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置を再生式二軸ガスタービンに用いた場合における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 圧縮機
２ 再生器
３ 燃焼器
７ パワータービン（タービン）
１１ 燃料コントローラ（燃料制御手段）
１３，３８ 放風弁
１４，１４Ａ，１４Ｂ 弁コントローラ（弁制御手段）
３９ 調整弁
４０ 開閉弁
Ｌ１，Ｌ２ 負荷
ＦＳ１，ＦＳ２ フィードバック制御信号
Ｔｒ，Ｔｒ0 目標排ガス温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の急減や遮断などに起因してタービン回転数が上昇する過速度が生じた場合に、回転数を定格速度に回復させ、かつ、再生器に蓄積された熱エネルギを放出する過速度回避装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、舶用ガスタービンでは、負荷の急減や遮断などに起因して過速度が生じた場合に、燃料供給を完全に遮断して運転停止することは、船舶の運行に支障をきたすことから、好ましくないので、燃焼器において吹き消え（失火）が発生する直前の限界値まで燃料供給量を可及的に絞ることによって回転数の上昇を抑制し、速やかに定格速度に回復するように図る過速度回避装置が設けられている。このような過速度回避装置として、図１６に示すものが知られている（特許文献１参照）。このものは、負荷急減により過速度が発生した場合、この過速度発生が速度検出器５０により検出されて、入口案内翼５１を開いて圧縮機５２の抵抗を増大させるとともに、圧縮機５２の吐出部からタービン５３の排出部を結ぶ管路５４上に設けた制御弁５５を開いて、この制御弁５５から圧縮空気を放出することにより、タービン回転数を定格速度まで低減させ、これにより、エンジンを停止させることなく過速度を回避するように図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６５９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記制御弁５５の弁開度を制御するための関数発生器５６には、過速度領域の回転数と制御弁５５の弁開度との関係を示すスケジュールが予め設定されている。制御弁５５は、関数発生器５６から出力される、速度検出器５０の検出回転数に対応した制御信号に基づき、弁開度を制御する。したがって、この過速度回避装置は、再生器を備えない図１６のような単純サイクルガスタービンに適用した場合には過速度を回避する効果が期待できる。
【０００５】
しかしながら、前記過速度回避装置は、排ガスの熱エネルギを回収する再生器を備えた再生式ガスタービンに用いた場合、負荷の急減直後に発生する大きな過速度を一旦回避することはできても、そののちに、再生器に蓄積された熱エネルギが回収されるのに伴い回転数が再び上昇しようとする作用に対して、その回転数を定常状態に維持し続けることができない。
【０００６】
すなわち、再生器には、これが一般に大きな熱容量を有することから、負荷運転時において大量の熱エネルギが蓄積されており、負荷の急減時にはその大量の熱エネルギが回収されて回転数を上昇させるように作用する。そのため、再生式ガスタービンでは、負荷の急減時に燃料供給量を吹き消え限界まで絞っても、再生器に蓄積された熱エネルギの量によって大きな過速度が発生する可能性がある。しかも、再生器に蓄積された熱エネルギは、再生器の熱容量が大きくなるほど、その放出に長い時間を要する。したがって、前記過速度回避装置を再生式ガスタービンに用いる場合には、燃料供給量の低減と制御弁５５を開くことによる圧縮空気の放出とによって負荷の急減による過速度を一旦回避したのち、回転数を定常状態に維持しようとすれば、図１６の制御弁５５を開き続けて再生器に蓄積された熱エネルギを放出する制御動作が必要となる。
【０００７】
ところが、前記過速度回避装置の関数発生器５６は、過速度領域の回転数と制御弁５５の弁開度との関係を予め一義的に設定した弁開度制御信号を出力するようになっており、この弁開度制御信号は、再生器を有しない単純サイクルガスタービンに対応するように設定されたものであるから、再生器から回収される熱エネルギの状況を考慮していない。つまり、前記弁開度制御信号は、制御弁５５の開放により過速度状態が回避されて回転数が定格値に戻るに従って制御弁５５を閉じる方向に動作させるので、圧縮機５２から再生器に入る高圧空気の量が多くなる結果、再生器の持つ熱エネルギが多く回収されてタービン５３に入ることになり、タービン回転数を再び上昇させようとする。このように、過速度を一旦回避したのちは、再生器により回収される熱エネルギを速やかに放出することができないので、回転数を定格値に維持し続けることができない。この状況について、図１７を参照しながら詳述する。
【０００８】
図１７（ａ）〜（ｆ）は、前記過速度回避装置を再生式二軸ガスタービンに用いた場合における負荷の急減発生時の各部の状態をシミュレーションして示したものである。同図において、ｔ時点で負荷が急減したときには、燃料制御弁５７（図１６）の弁開度を絞って燃料供給量を吹き消え限界まで絞る（図１７（ｂ））とともに、制御弁５５を開いて圧縮空気を放出する（図１７（ｃ））。これにより、圧縮機５２を駆動するガスジェネレータタービンの回転数は大きく低減し（図１７（ｅ））、排ガス温度も低下するが（図１７（ｆ））、負荷を駆動するパワータービンの回転数は、図１７（ｄ）に示す変動許容範囲Ｒａ内における目標値Ｒｒよりも高い値を比較的長い時間にわたり維持し続けるので、過速度状態が長く続いてしまう。
【０００９】
これは、図１７（ｃ）に示す制御弁５０の開度が、負荷の回転数が目標値Ｒｒに向け低減するに従って小さくなるので、再生器から回収される熱エネルギが多くなり、パワータービンの回転数が再び上昇し、これに伴い制御弁５５を開く方向に変化し、再生器に蓄積された大量の熱エネルギが所定値に低減するまで、小さく開き続けるためである。
【００１０】
また、前記過速度回避装置のように圧縮空気を抽出することで過速度を回避する場合には、容積の大きな気体を流すために比較的容量の大きい制御弁５５が必要となるが、弁開度が連続的に制御される連続制御弁５５は、一般に容量が大きくなるほど動作速度が遅くなる。したがって、動作流量が多い大型ガスタービンでは、負荷の急減や瞬時遮断が発生したときに、応答性の低い連続制御弁では動作が間に合わないので、過速度を効果的に回避することが困難となる。
【００１１】
本発明は前記従来の課題に鑑みてなされたもので、負荷の急減直後の過速度を回避したのちに、回転数を定格値に維持しながら、または排ガスの温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを効果的に放出して、過速度を迅速に回避することができる再生式ガスタービンの過速度回避装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係る再生式ガスタービンの過速度回避装置は、高圧空気を生成する圧縮機と、前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、前記タービンの回転数、タービンからの排ガスの温度、または回転数と排ガス温度の両方に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えている。
【００１３】
この構成によれば、負荷の急減が発生したときには、回転数が上昇し、この回転数の上昇により放風弁が開いて動作流体の一部をガスタービンの系外に放出するので、負荷の減少に伴い回転数が上昇しようとするのが抑制される。この負荷の急減発生直後からは、負荷運転中に再生器に蓄積された大量の熱エネルギが回収されてタービンに投入されることにより、回転数を上昇させ、かつ、排ガス温度を上昇させる方向に作用するが、弁制御手段が、前記上昇しようとする回転数、排ガス温度、またはその両方に基づき放風弁の開度をフィードバック制御する。これにより、放風弁は、回転数または排ガス温度を例えば目標値に常に維持する開度に制御され、かつ、この開度の制御が再生器に蓄積された熱エネルギが放出され終わるまで継続される。
【００１４】
したがって、従来装置のように過速度領域の回転数と制御弁の開度とを一義的に関連付けて予め設定したスケージュールに基づき制御弁の開度をオープン制御するものとは異なり、この過速度回避装置では、再生器に蓄積された熱エネルギの状況に対応して放風弁の開度が常に適切に制御されるので、負荷の急減による過速度を回避したのちに、回転数を定格値に維持、または排ガス温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを放出させることができ、過速度を効果的に、かつ、迅速に回避することができる。なお、前記開度は、放風弁による動作流体の放出量に対応している。
【００１５】
前記弁制御手段が前記排ガス温度に基づいてフィードバック制御を行う場合、フィードバック制御の際に目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させるようにすることが好ましい。この構成によれば、負荷の急減直後の過速度状態から回復して回転数が定格値に戻ったのちに、目標排ガス温度が一定値のままであると、放風弁の開度は、排ガス温度を目標排ガス温度になるようにフィードバックするので、再生器に蓄積された熱エネルギが減少していくにも拘らず、放風弁が開き続けてしまうが、目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させることにより、放風弁の開度を全閉状態に向けて徐々に低下させることができる。
【００１６】
本発明において、前記弁制御手段は、前記タービンの回転数および排ガス温度に基づく２つのフィードバック制御信号のうち、信号レベルの低い方を選択して前記放風弁の調節用信号として出力することが好ましい。この構成によれば、回転数および排ガス温度に基づく２つのフィードバック制御信号を併用して放風弁の開度を制御しながらも、両制御信号のうちの信号レベルの低い方を選択することによって、次の理由により、放風弁の開度を一層適切に制御することができる。
【００１７】
すなわち、回転数に基づくフィードバック制御系のみでは、例えば動作流体である圧縮機からの高圧空気を放出させ過ぎて、燃焼温度および排ガス温度を過度に上昇させてしまうおそれがあり、一方、排ガス温度に基づくフィードバック制御系のみでは、再生器に蓄積された熱エネルギが減少して排ガス温度が目標排ガス温度より低下すると、排ガス温度が目標値になるように放風弁をさらに開こうとするので、目標排ガス温度値を徐々に低下させる特殊な制御手段が必要になる。これに対し、両制御信号のうちの信号レベルの低位の方を選択すると、回転数に基づくフィードバック制御により放風弁が開き過ぎとなったときには、排ガス温度に基づくフィードバック制御に切り換えられて排ガス温度が制限値を超えないように制限でき、一方、再生器に蓄積された熱エネルギが減少したときには、回転数に基づくフィードバック制御に切り換えることにより、目標排ガス温度値を徐々に低下させる複雑な制御手段を用いることなく放風弁を徐々に閉じさせることができる。
【００１８】
削除。燃料制御手段の効果を〔００２６〕の末尾にいれました。
【００１９】
また、前記放風弁は、前記開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁と、開度が連続的に変化可能な調整弁とを有している構成とすることが好ましい。この構成によれば、負荷が発電用などの電気的装置である場合には、負荷が瞬時に遮断される可能性があるので、発電機の運転に使われていた膨大なエネルギが瞬間的に大きな加速エネルギに変わって回転数の上昇速度が極めて大きなものとなるが、このような場合には、負荷遮断の発生時に動作速度の速い開閉弁を即座に全開することにより、瞬間的な全負荷遮断に伴い大きな過速度が発生するのを確実に抑制することができる。過速度を一旦回避したのちは、開閉弁に代えて調整弁を連続的に制御することにより、再生器に蓄積された熱エネルギを適切な速さで徐々に放出させることができる。
【００２０】
前記放風弁は、前記圧縮機と再生器との間、または再生器と燃焼器との間の高圧空気の流路に設けることができる。この構成によれば、放風弁を開いて圧縮機から再生器に供給される高圧空気の一部、または再生器から燃焼器に供給される高圧空気の一部を系外に放出することにより、タービンの出力が低下して、過速度を回避することができる。
【００２１】
また、前記放風弁は、前記タービンの出口と再生器との間の排ガスの流路に設けてもよい。この構成によれば、タービンから再生器に供給される排ガスの一部を系外に放出することにより再生器で回収される排ガスによる熱エネルギを少なくすることができる。これにより、タービンの出力が低下して過速度を回避することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の再生式ガスタービンの過速度回避装置によれば、負荷の急減直後の過速度を回避したのちに、動作流体の一部を系外に放出する放風弁の開度を、タービンの回転数および排ガス温度の少なくとも一方に基づきフィードバック制御していることにより、回転数を定格値に維持または排ガス温度を制限範囲内に維持しながら、再生器に蓄積された熱エネルギを徐々に放出して、過速度を効果的に、かつ、迅速に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。このガスタービンは、圧縮機１が空気を圧縮して生成した高圧空気Ａ１を再生器２を介して燃焼器３に供給し、燃焼器３が、再生器２から供給された高圧空気Ａ２に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼により発生する高温高圧の燃焼ガスＧのエネルギにより、ガスジェネレータタービン４およびパワータービン７をそれぞれ作動させる。ガスジェネレータタービン４は、第１軸であるガスジェネレータ軸８を介して圧縮機１を駆動し、出力を取り出すためのパワータービン７は、第２軸であるパワータービン軸９を介して負荷Ｌ１を駆動する。ここでの負荷Ｌ１は、舶用プロペラのような機械的装置、または発電機のような電気的装置である。パワータービン７から排出される排ガスＥは再生器２に送給され、再生器２は、排ガスＥと圧縮機１からの高圧空気Ａ１との間で熱交換して排ガスＥの熱エネルギを回収し、高圧空気Ａ１を加熱することにより高温の高圧空気Ａ２を生成して、これをタービン４，７に供給する。
【００２４】
前記パワータービン軸９には、パワータービン７の回転数を検出する回転センサ１０が設けられている。燃料制御手段である燃料コントローラ１１は、回転センサ１０が検出するパワータービン７の回転数に基づき燃料制御弁１２の開度をフィードハック制御することにより、パワータービン７の回転数を所定値に設定するように燃料の供給量を可変調節する。また、圧縮機１と再生器２との間の高圧空気Ａ１の流路には、高圧空気Ａ１の一部をガスタービンの系外に放出するための放風弁１３が接続されている。この放風弁１３は開度が連続的に変化可能なものである。
【００２５】
前記放風弁１３の開度を調節する弁制御手段である弁コントローラ１４は、パワータービン７の定格回転数付近の値に予め設定した回転数目標値が記憶されているメモリ１７と、前記回転数目標値と回転センサ１０が検出するパワータービン７の回転数との差分値を算出する減算器１８と、この減算器１８が算出した偏差に基づいて制御信号を演算する制御器１９と、この制御器１９から出力される制御信号の符号を反転してフィードバック制御信号ＦＳ１を出力する反転器２０と、この反転器２０と放風弁１３との接続線に介設されたスィッチのような開閉手段２１と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき開閉手段２１を開閉制御する開閉制御手段２２とを備えている。この弁コントローラ１４は、パワータービン７の回転数に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する。
【００２６】
つぎに、前記実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図２のシミュレーション結果を参照しながら説明する。図１に示す負荷Ｌ１が図２（ａ）に示すようにｔ１時点で急減すると、図１の燃料コントローラ１１は、回転センサ１０からの回転数検出値の上昇により負荷Ｌ１の急減発生であると判別して、図２（ｂ）に示す燃料制御弁１２を、吹き消え限界の燃料供給量に対応する開度まで絞る制御を行う。これにより、図２（ｅ）のガスジェネレータタービン４の回転数が大きく低下し、図２（ｄ）に示すパワータービン７の回転数が負荷Ｌ１の急減に伴い急激に上昇しようとするのが抑制されて、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態が速やかに回避される。ここで、開度が連続的に変化可能な放風弁１３は、応答性が比較的悪いために、過速度の発生に対しこれを即座に抑制するように機能できない場合があるが、燃料コントローラ１１は、負荷の急減が発生した時点で燃料の供給量を吹き消え限界まで瞬時に絞るよう制御できるから、これにより、負荷の急減に伴う過速度を、これの発生直後に迅速に抑制することができる。
【００２７】
このように過速度状態が一旦回避されたのちには、負荷Ｌ１の運転中に再生器２に蓄積されている大量の熱エネルギが回収され始めてパワータービン７の回転数を上昇させる方向に作用するから、上述のように燃料の供給量を吹き消え限界まで絞っても、パワータービン７の回転数が図２（ｄ）に示す回転数目標値Ｒｒに戻らない。そのため、図１の弁コントローラ１４では、開閉制御手段２２が、回転センサ１０の回転数検出値に基づき過速度状態を検知して開閉手段２１を閉じることにより、フィードバック制御が可能な状態に設定する。この状態で制御器１９が、減算器１８からの偏差に基づいて制御信号を演算し、この演算結果である負の信号が反転器２０で正の信号に変換されて、フィードバック制御信号ＦＳ１が得られる。このフィードバック制御信号ＦＳ１により、図２（ｃ）のｔ２時点で放風弁１３を開かせたのち、その放風弁１３の開度をパワータービン７の回転数に基づいてフィードバック制御する。フィードバック制御信号ＦＳ１は放風弁１３の開度を大きくする方向を正とする。
【００２８】
放風弁１３が開かれると、ガスタービンを通過する動作流体である高圧空気Ａ１の一部は放風弁１３を通じて外部へ放出されて、再生器２を通過する高圧空気Ａ１の流量が減少する。このように放風弁１３を開いて圧縮機１から再生器２に供給される高圧空気Ａ１の一部を外部に放出することにより、パワータービン７の出力が低下して、過速度を回避することができる。
【００２９】
図１６の従来装置では、圧縮機５２の吐出部に設けた制御弁５５を、過速度領域の回転数に対し一義的に設定した弁開度に制御するので、これを再生式ガスタービンに適用した場合に再生器の熱エネルギの状況に応じた開度に設定することができなかった。これに対し、前記過速度回避装置では、放風弁１３の開度を再生器から回収される熱エネルギの状況に応じて設定できる。再生器２に蓄積された熱エネルギが残っている間は、放風弁１３を閉じる方向に作動すると、再生器２から回収される熱エネルギによりパワータービン７の回転数が上昇しようとするので、弁コントローラ１４は放風弁１３を開いた状態に保持するように制御する。
【００３０】
そののち、再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されてパワータービン７を回転させようとするエネルギが減少してくると、パワータービン７の回転数はｔ３時点で回転数目標値Ｒｒよりも下回ろうとするが、このとき、弁コントローラ１４は、フィードバック制御信号ＦＳ１によって放風弁１３を図２（ｃ）に示すように閉じる方向にフィードバック制御するので、パワータービン７の回転数は回転数目標値Ｒｒに維持される。これにより、パワータービン７は、負荷Ｌ１の急減により比較的大きな過速度が発生しやすい状況下においても、図２（ｄ）に示す変動許容範囲Ｒａ内に確実に保持される。
【００３１】
弁コントローラ１４は、再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されるのに伴なって放風弁１３を徐々に閉じさせる方向に制御する。この結果、パワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒに維持されながら、最終的には放風弁１３が全閉状態に制御される。開閉制御手段２２は前記放風弁１３の全閉状態を検知した時点で開閉手段２１をオフさせ、通常の運転状態に戻る。
【００３２】
ところで、放風弁１３が全閉となるまでの間に負荷Ｌ１の投入が行われた場合には、開閉制御手段２２が、回転センサ１０の回転数検出値に基づきパワータービン７の回転数の急激な低下を検知して、開閉手段２１をオフさせることにより放風弁１３を即座に全閉状態に制御するので、即座に通常の運転状態に戻すことができる。これにより、負荷Ｌ１が投入された状態で放風弁１３が開いた状態に保持されることに起因してパータービン７の回転数が大きく低下するのを防止することができる。
【００３３】
また、前記過速度回避装置では、パワータービン７の回転数に基づき燃料コントローラ１１が燃料制御弁１２を調節する燃料フィードバック制御系と、前記回転数に基づき弁コントローラ１４が放風弁１３の開度を調節する弁フィードバック制御系とを設けており、２つのフィードバック制御系が共にパワータービン７の回転数を制御するようになっているが、この２つのフィードバック制御系が互いの制御動作を干渉し合って制御動作が不安定になることはない。すなわち、燃料コントローラ１１は、一般に制御動作の感度が高くなるよう調整されているので、負荷Ｌ１の変動に対し速やかに追従できる。これに対し、燃料に比べて流量が大きい動作流体の流路を開閉する放風弁１３は、前述のように大形となるから、動作速度が比較的遅くなるので、弁コントローラ１４は、放風弁１３の応答性に対応するために、制御動作の感度をあまり高くすることができない。したがって、放風弁１３の開度制御は燃料の流量制御に比較して制御動作の感度が低くならざるを得ず、その結果、双方の制御動作が干渉を起こさないように容易に調整できる。
【００３４】
前記第１実施形態の過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンは、負荷Ｌ１の急減時に比較的大きな過速度が発生しやすいガスタービンである。すなわち、一軸ガスタービンでは、出力軸と同軸上に圧縮機とタービンと負荷とが結合されており、負荷の急減時にタービンの回転数を上昇させようとするのに対して圧縮機がある程度の抵抗となり、過速度を妨げようとする方向に作用する。これに対し、二軸フリータービンでは、負荷Ｌ１を駆動するパワータービン軸９には圧縮機１が結合されていないので、負荷Ｌ１の急減が発生した際には、摩擦抵抗など若干の機械損を除いて抵抗となる要素がなくなってしまうことから、過速度が発生しやすい状態となる。これを再生式とした場合には、さらに再生器２から回収された熱エネルギも加わるので、再生式二軸フリータービンは、負荷Ｌ１の急減時に比較的大きな過速度が発生しやすくなる。これに対し、前記過速度回避装置は、そのような大きな過速度が発生しても、上述のように確実に回避でき、さらに、二軸フリータービン以外のいかなる形態の再生式ガスタービンに適用した場合にも、確実に過速度を回避することができ、これは、以下の実施形態のいずれにおいても同様である。
【００３５】
図３は、本発明の第２実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。この過速度回避装置が第１実施形態のものと相違するのは、第１実施形態ではパワータービン７の回転数に基づくフィードハック制御により放風弁１３の開度を調節するのに対し、この過速度回避装置ではパワータービン７から排出される排ガスＥの温度に基づくフィードバック制御により放風弁１３の開度を調節する点のみであり、したがって、放風弁１３をフィードバック制御するための弁コントローラ１４Ａの構成が第１実施形態とは相違する。
【００３６】
すなわち、前記弁コントローラ１４Ａは、温度テーブル２４と減算器２８とを有している。温度テーブル２４には、初期値から時間経過ともに低下する排ガスＥの目標排ガス温度値が予め設定されている。前記減算器２８は、温度テーブル２４からの目標排ガス温度値と、温度センサ２７が検出する排ガスＥの温度との差分値を算出する。この排ガス温度は、パワータービン７と再生器２間の排ガスＥの温度である。弁コントローラ１４Ａはさらに、減算器２８が算出した偏差に基づいてフィードバック制御信号ＦＳ２を演算する制御器２９と、この制御器２９と放風弁１３との接続線に介設された開閉手段２１と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき開閉手段２１を開閉制御する開閉制御手段２２と、回転センサ１０からの回転数検出値および放風弁１３の開度検出値に基づき温度テーブル２４の目標排ガス温度の変更指令およびリセット指令を行うテーブル制御手段３０とを備えている。
【００３７】
つぎに、この第２実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図４のシミュレーション結果を参照しながら説明する。図３に示す負荷Ｌ１が図４（ａ）に示すようにｔ１１時点で急減すると、第１実施形態と同様に、燃料コントローラ１１が燃料制御弁１２を吹き消え限界の燃料供給量に対応する開度まで絞る制御を行うので、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態が速やかに回避される。そののち、再生器２に蓄積された熱エネルギが回収されてパワータービン７の回転数を上昇させる方向に作用するから、パワータービン７の回転数は即座に回転数目標値Ｒｒに戻らない。また、負荷Ｌ１の急減時には、開閉制御手段２２が回転数検出値に基づき過速度状態を検知して開閉手段２１を閉じることにより、弁コントローラ１４Ａがフィーバック制御の状態に入る。
【００３８】
弁コントローラ１４Ａの温度テーブル２４には、図４（ｆ）に示す目標排ガス温度値Ｔｒとして、負荷運転時に許容されている制限温度よりも少し低い値が設定されている。これは、温度制限に対してある程度の余裕を持たせるためである。つまり、図３の放風弁１３を開くと、再生器２から燃焼器３に入る高圧空気Ａ２の流量が減少して、排ガスＥの温度が上昇するので、排ガス温度の制限値Ｔｒに到達するまで、放風弁１３を閉状態させることができる余裕を与えるためである。
【００３９】
そして、負荷Ｌ１の急変が生じたｔ１１時点では、上述のように燃料が吹き消え限界まで絞られるのに伴ない排ガスＥの温度も目標排ガス温度Ｔｒよりも大きく低下するので、減算器２８から比較的大きな差分値が出力されて、制御器２９が放風弁１３を大きな開度に開かせるように調節する。これにより、比較的多くの高圧空気Ａ１が放風弁１３を通じて外部へ放出されるので、再生器２を通過する高圧空気Ａ１の流量が減少するのに伴い燃焼温度が上昇して、図４（ｆ）に示すように排ガスＥの温度も同様に上昇する。このとき、弁コントローラ１４Ａは、前記上昇した排ガスＥの温度に基づくフィードバック制御を行って放風弁１３を適度な開度に調節し、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒに達する方向に放風弁１３の開度の制御を継続する。
【００４０】
したがって、この過速度回避装置では、再生器２に蓄積された大量の熱エネルギの放出を行いながらも、放風弁１３の開度を、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒを超えない範囲内に制限してフィードバック制御できるので、放風弁１３の開度が大きくなり過ぎることに起因して燃焼温度や排ガスＥの温度がガスタービンの高温部材が耐えられる限界温度を超えるまで過度に上昇してしまうといったことを確実に防止できる利点がある。
【００４１】
そして、図４（ｄ）のｔ１２時点では、負荷Ｌ１の急減直後の過速度状態から回復してパワータービン７の回転数が目標回転数Ｒｒに戻った整定状態となる。こののち、排ガスＥの温度を目標排ガス温度値Ｔｒになるように放風弁１３の開度を設定するフィードバック制御をそのまま継続すると、再生器２に蓄積された熱エネルギが減少していくから、排ガスＥの温度が目標排ガス温度値Ｔｒまで到達しなくなる。この場合、放風弁１３は、目標排ガス温度値Ｔｒになるように制御されることから、再生器２の熱エネルギが減少しているにもかかわらず、さらに開く方向に動作することになる。
【００４２】
そこで、前記過速度回避装置では、図３のテーブル制御手段３０が、回転センサ１０の回転数検出値に基づきパワータービン７の回転数が定格状態に整定したのを検知した時点で、温度テーブル２４に対し目標排ガス温度値Ｔｒの変更指令を与えるようになっている。これにより、温度テーブル２４は、ランプ関数などの手段により、図４（ｆ）の２点鎖線に示すように、目標排ガス温度値Ｔｒを徐々に低下させるように変更する。弁コントローラ１４Ａは、排ガスＥの温度が変更された目標排ガス温度値Ｔｒになるように放風弁１３の開度を設定するフィードバック制御を行うので、放風弁１３は全閉に向け徐々に小さな開度に絞られていき、放風弁１３が小さな開度に保持されることによってパワータービン７の回転数の上昇が抑制され、再生器に蓄積された熱エネルギを徐々に放出し続ける。
【００４３】
前記テーブル制御手段３０は、過速度、放風弁１３の全閉、または負荷Ｌ１の投入の何れかを検知したときに、温度テーブル２４に対しリセット指令を与えて初期（時点ｔ１１）の目標排ガス温度Ｔｒを再設定させる。また、前記過速度回避装置においても、第１実施形態と同様に、放風弁１３が全閉となるまでの間に負荷Ｌ１の投入が行われた場合、開閉制御手段２２が開閉手段２１をオフさせることにより、放風弁１３を即座に全閉状態として通常の運転状態に戻される。
【００４４】
なお、前記過速度回避装置では、排ガスＥの温度に代えて、燃焼ガスＧの温度に基づくフィードバック制御を行っても、上述と同様の作用および効果を得ることができる。その場合には、ガスタービンの燃焼温度が通常1200℃前後の高温であることから、耐久性に優れた高価な温度センサを用いる必要があるので、前記第２実施形態のように比較的低い排ガスＥの温度を利用する方が好ましい。
【００４５】
図５は、本発明の第３実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンを示す系統図である。この過速度回避装置では、弁コントローラ１４Ｂが、第１実施形態で設けたのと同一のメモリ１７、減算器１８、制御器１９および反転器２０を有する第１のフィードバック制御系３４と、予め設定した一定値である目標排ガス温度Ｔｒ0 が記憶されたメモリ３２、減算器２８および制御器２９を有して第２実施形態とほぼ同じ構成となった第２のフィードバック制御系３７と、これら第１および第２のフィードバック制御系３４，３７に基づく２つの第１および第２のフィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方を選択して放風弁１３の開度の調整用信号として出力する低位選択器３３と、第１および第２実施形態で設けたのと同一の開閉手段２１および開閉制御手段２２とを備えている。すなわち、この弁コントローラ１４Ｂは、第１のフィードバック制御系によるパワータービン７の回転数の制御と、第２のフィードハック制御系による排ガスＥの温度の制御とを選択的に行って、過速度の回避を行うように制御動作する。
【００４６】
つぎに、この実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図６のシミュレーション結果を参照しながら説明する。なお、第１および第２実施形態で説明したのと同一の動作については、重複する説明を省略する。図５に示す負荷Ｌ１が図６（ａ）に示すようにｔ２１時点で急減すると、燃料の供給量を絞ってパワータービン７の急激な上昇を抑制し、その直後に、第１のフィードバック制御系３４によるパワータービン７の回転数のフィードバック制御と、第２のフィードハック制御系３７による排ガス温度のフィードバック制御とが同時に開始されるが、低位選択器３３は、両フィードバック制御系３４，３７から出力される２つのフィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方、つまり開度指令の小さい方を選択して、放風弁１３の開度を調節する。
【００４７】
負荷Ｌ１の急減発生直後は、燃料の供給量が絞られることにより排ガスＥの温度が比較的大きく低下するのに伴い、温度センサ２７で検知された排ガス温度に基づく第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令も大きくなるので、低位選択器３３が低信号レベルの第１のフィードバック制御信号ＦＳ１を選択して放風弁１３の開度の調整用信号として出力する。これにより、パワータービン７の回転数がメモリ１７に記憶された回転数目標値Ｒｒになるようにフィードバック制御される。
【００４８】
再生器２に蓄積された熱エネルギが徐々に放出されてパワータービン７を回転させようとするエネルギが減少してくると、図６（ｄ）のｔ２２時点で、パワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒを下回る方向に低下してくる。このとき、排ガスＥの温度は、放風弁１３を通じ高圧空気Ａ１の一部が系外に放出されてガスタービンを通過する動作流体の流量が減少するのに伴い上昇するので、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令が第１のフィードバック制御信号ＦＳ１の開度指令よりも小さくなる。したがって、弁コントローラ１４Ｂは、低位選択器３３により、第１のフィードバック制御信号ＦＳ１から第２のフィードバック制御信号ＦＳ２に切り換えることにより、放風弁１３の開度を、排ガスＥの温度がメモリ３２に記憶された目標排ガス温度値Ｔｒ0 （図６（ｆ））に合致するようにフィードバック制御する。
【００４９】
前記目標排ガス温度Ｔｒ0 は、第２実施形態のような徐々に低下させる値ではなく、メモリ３２に記憶設定された一定値とされている。しかしながら、排ガスＥの温度は、再生器２に蓄積された熱エネルギが放出されるのに伴い、目標排ガス温度Ｔｒ0 に到達することなく低下していく。そのため、ｔ２３時点では、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による開度指令が第１のフィードバック制御信号ＦＳ１による開度指令よりも大きくなり、低位選択器３３によって再び第１のフィードバック制御信号ＦＳ１が選択されて、パワータービン７の回転数に基づき放風弁１３の開度がフィードバック制御される。
【００５０】
上述のように、第１および第２のフィーバック制御系３４，３７を併用して、これらの各フィードバック制御信号ＦＳ１，ＦＳ２のうちの信号レベルの低い方を選択して放風弁１３の開度をフィードバック制御することにより、第１実施形態において発生するおそれがある不具合および第２実施形態が有する構成の若干の複雑化を共に解消することができる。この点について、以下に説明する。
【００５１】
図１および図２に示した第１実施形態では、排ガスＥの温度を監視することなく、パワータービン７の回転数のみに基づき放風弁１３の開度を制御しているので、場合によっては高圧空気Ａ１の放出量が大きくなり過ぎて燃焼温度や排ガスＥの温度を過度に上昇させてしまうおそれがあり、このような不具合が発生した場合を図２に例示してある。すなわち、図２（ｂ）のｔ３時点で、放風弁１３の設定開度が大き過ぎたことに起因して、同図（ｄ），（ｂ）に示すように、動作流体の減少によりパワータービン７の回転数が回転数目標値Ｒｒよりも下回ろうとすると、燃料の供給量が一時的に増大し、かつ、高圧空気Ａ１の放出量が多いので、同図（ｆ）に示すように、排ガスＥの温度が一時的に過度に上昇する。これに対し、第３実施形態では、放風弁１３の開度が大きくなり過ぎたことに起因して、図６（ｄ）に示すパワータービン７の回転数が目標回転数Ｒｒに近づいたｔ２２時点で、第２のフィードバック制御信号ＦＳ２による制御に切り換えて、排ガスＥの温度が制限値を超えないように制御するので、第１実施形態が有する不具合の発生が解消される。
【００５２】
また、図３および図４に示した第２実施形態では、再生器２に蓄積された熱エネルギが或る程度放出されてパワータービン７の回転数がほぼ定格値に落ち着く整定状態になったときに、温度テーブル２４とテーブル制御手段３０とにより、前記整定状態を検知して目標排ガス温度値Ｔｒを徐々に低下させる特殊な制御を行う必要がある。これに対し、第３実施形態では、目標排ガス温度値Ｔｒ0 を図５のメモリ３２に設定するだけの簡単な構成としながらも、再生器２に蓄積されたエネルギの放出に伴い排ガスＥの温度が低下する図６（ｆ）のＴ２３時点では、再び第１のフィードバック制御信号ＦＳ１による制御に切り換えて、再生器２に蓄積された熱エネルギが減少するのに伴って放風弁１３を全閉に向け徐々に閉じさせるように制御できる。
【００５３】
図７および図８は、本発明の第４および第５実施形態に係る各過速度回避装置をそれぞれ適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。第１ないし第３実施形態では、放風弁１３を圧縮機１の出口と再生器２の入口との間の空気流路に設けたのに対し、図７の第４実施形態では、放風弁１３を再生器２の出口と燃焼器３の入口の間の空気流路に設けており、図８の第５実施形態では、放風弁１３をパワータービン７の出口と再生器２の入口との間の排ガス流路に設けている。
【００５４】
図７の第４実施形態では、第１ないし第３実施形態の場合と異なり、再生器２を通過する空気流量が減少しないので、再生器２において回収される熱エネルギを減少させることはできないが、この再生器において熱エネルギにより加熱された高圧空気Ａ２の一部をガスタービンの系外へ放出することにより、パワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができる。これにより、第１ないし第３実施形態における再生器２へ供給する高圧空気Ａ１の一部を系外に放出する場合と同様の作用および効果を得ることができる。なお、図７においては、図示を省略しているが、第１ないし第３実施形態で示したいずれのフィードバック制御系をもそのまま適用することができる。
【００５５】
また、図８の第５実施形態では、再生器２を通過する排ガスＥの流量を減少させることができ、これにより、再生器２自身に回収される熱エネルギを減らすことができる。その結果、高圧空気Ａ２の熱エネルギ、つまりパワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができるので、やはり第１ないし第３実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、図８においては、図示を省略しているが、第１実施形態で示した回転数に基づくフィードバック制御系をそのまま適用することができる。
【００５６】
この第５実施形態に第２または第３実施形態のフィードバック制御系（排ガス温度、または排ガス温度と回転数の両方に基づく制御）を適用することは、次の理由から好ましくない。図８の第５実施形態では、放風弁１３の開閉操作に対する排ガスＥの温度の特性が異なる。すなわち、第１〜第４の実施形態では、放風弁１３を開くと燃焼器３およびタービン４，７を通過するガス流量が減少するため、排ガスＥの温度が上昇しようとする。これに対し、第５実施形態では、図８の放風弁１３を開くと、再生器２を通過する排ガスＥの流量が減少する一方で、燃焼器３およびタービン４，７を通過するガス流量は減少しない。したがって、排ガスＥの温度は、再生器２からの回収熱量が減るのに伴い若干低下する。このように、第５実施形態においては、第１〜第４実施形態とは異なり、排ガスＥの温度は上昇しないので、排ガスＥの温度のフィードバック制御を用いる方法は適切でなく、パワータービン７の回転数を用いる方法が適切である。なお、この回転数に基づくフィードバック制御によっても、放風弁１３の開放によって排ガスＥの温度が上昇することはないので、高圧空気Ａ１，Ａ２を放出する場合と異なり、過度な放出によって燃焼温度および排ガス温度を過度に上昇させるおそれはない。
【００５７】
図９は、本発明の第６実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。この第６実施形態は、発電用や電気推進を対象とした発電機などの電気的装置を負荷Ｌ２として用いる場合に特に適したものである。この過速度回避装置が第１ないし第３実施形態と相違するのは、放風弁３８として、第１ないし第３実施形態において放風弁とした用いたものと同一の、開度が連続的に変化可能な調整弁３９と、開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁４０とを有している構成のみであり、フィードバック制御系として、第１ないし第３実施形態で示したいずれかのものをそのまま適用することができる。
【００５８】
先ず、放風弁３８を調整弁３９と開閉弁４０とで構成した理由について説明する。船の推進機のような機械的装置からなる負荷Ｌ１では、瞬時に遮断された場合であっても、負荷Ｌ１自身の機械的な抵抗によって或る程度の時間遅れを持って出力が減少するため、ガスタービンに対しては瞬時に負荷Ｌ１の出力が瞬時に０まで低下しない。これに対し、電気的装置からなる負荷Ｌ２では、瞬時に負荷投入や負荷遮断が行われ、さらに、発電機や電力系統に異常が生じたような場合には、例えば遮断器の開放により制御系統から切り離されて、瞬時に全負荷状態から全負荷遮断に至ることがある。さらに、前記負荷Ｌ２では、瞬時に全負荷遮断が生じた場合に、発電などに使われていた膨大なエネルギが瞬間的に大きな加速エネルギに変わるため、過速度発生時におけるパワータービン７の回転数の上昇速度は極めて大きなものとなる。
【００５９】
そこで、前記過速度回避装置では、放風弁３８として開閉弁４０を加えることにより、瞬間的な負荷遮断に対する追従性を確保するとともに、放風弁３８において開閉弁４０から調整弁３９に切り換えることにより、再生器２から回収される熱エネルギに対しても適切な過速度の回避制御を行えるようにしたものである。
【００６０】
つぎに、この第６実施形態の過速度回避装置における過速度を回避する動作について、各部の状況を示した図１０のシミュレーション結果を参照しながら説明する。なお、図１０は、第３実施形態における図５の弁コントローラ１４Ｂを用いる場合とほぼ同等のフィードバック制御系によって図９の放風弁３８の開度をフィードバック制御した場合を例示してある。図１０（ａ）に示すｔ３１時点で図９に示す負荷Ｌ２が遮断されると、図１０（ｄ）に示すようにパワータービン７の回転数が瞬間的に上昇する。このとき、同図（ｃ）に示すように、放風弁３８では開閉弁４０が全開し、かつ、調整弁３９がパワータービン７の回転数に基づくフィードバック制御による開度に設定されるが、前記パワータービン７の回転数の瞬間的な上昇は、開閉弁４０の全開によって比較的大量の動作流体が系外に放出されることにより、抑制される。
【００６１】
開閉弁４０の全開によって、パワータービン７の回転数が適当な値まで低下した図１０（ｄ）のｔ３２時点では、開閉弁４０が全閉状態に制御され、そののちは、第１ないし第３実施形態のいずれかで説明したと同様のフィードバック制御により調整弁３９の開度が連続的に制御され、これにより、再生器２に蓄積された熱エネルギが放出される。
【００６２】
このように、前記過速度回避装置では、電気的装置のような負荷Ｌ２が瞬間に遮断された場合に効果的、かつ、迅速に過速度を回避できるものであり、このような効果が得られることを具体的に示すための比較例として、第１および第２実施形態の過速度回避装置において電気的装置である負荷Ｌ２の瞬間遮断が生じた場合の各部の状態を図１１および図１２に示してある。図１１（第１実施形態）および図１２（第２実施形態）の場合においても、開度が連続的に変化可能な放風弁１３では、動作速度が比較的遅いことから、多くの流量の高圧空気または排ガスＥを瞬間的に放風することができないので、図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示すように、パワータービン７の回転数が変動許容範囲Ｒａの上限を超えて上昇したり、排ガス温度が目標排ガス温度Ｔｒ以上に上昇する、といった不具合が発生し、過速度を効果的に回避することができない。
【００６３】
また、第６実施形態の放風弁３８の一部として用いた開閉弁４０は、調整弁３９よりは動作速度が速いので、この開閉弁４０のみで電気的装置のような負荷Ｌ２の瞬時遮断時の過速度を回避することも考えられる。図１３は、第６実施形態における放風弁３８のうちの調整弁３９を除外した構成で負荷Ｌ２の瞬時遮断時の過速度を回避するように図った比較例の各部の状態を示したものである。この場合、負荷Ｌ２が遮断された直後のパワータービン７の回転数の瞬間的な上昇は、開閉弁４０の全開によって比較的大量の動作流体を系外に放出することによって抑制することができる。
【００６４】
しかし、再生式ガスタービンの場合には、負荷Ｌ２の遮断直後の過速度状態を回避した後も再生器２に蓄積された熱エネルギが放出され終わるまでに比較的長い時間を要することから、負荷Ｌ２の遮断直後の過速度状態を回避した時点で開閉弁４０を閉じてしまうと、再生器２から回収された熱エネルギにより再び過速度状態となってしまうので、開閉弁４０を再び開かなければならず、図１３（ｃ）に示すように、開閉弁４０を全開と全閉に交互に頻繁に繰り返すように制御しなければならない。したがって、再生式ガスタービンでは、開閉弁４０に加えて、開度が連続的に変化可能な調整弁３９を設けることが好ましい。
【００６５】
図１４および図１５は、本発明の第７および第８実施形態に係る各過速度回避装置をそれぞれ適用した再生式二軸フリーガスタービンの要部を示す系統図である。図９の第６実施形態では、調整弁３９と開閉弁４０とを備えた放風弁３８を圧縮機１の出口と再生器３の入口との間の空気流路に設けたのに対し、図１４の第７実施形態では、前記放風弁３８を再生器２の出口と燃焼器３の入口の間の空気流路に設けており、これにより、再生器において熱エネルギにより加熱された高圧空気の一部を系外へ放出することによってパワータービン７に投入される熱エネルギを少なくすることができる。図１５の第８実施形態では、放風弁３８をパワータービン７の出口と再生器２の入口との間の排ガス流路に設けており、これにより、再生器２を通過する排ガスＥの流量を減少させて再生器２自身に回収される熱エネルギを減らすことができる。したがって、いずれの場合にも、第６実施形態で説明したと同様の効果を得ることができる。
【００６６】
図１４の第７実施形態では、第１〜第３実施形態で示したいずれのフィードバック制御（回転数または／および排ガス温度に基づく制御）も適用できる。図１５の第８実施形態では、排ガスＥを放出するので、図８の第５実施形態の場合と同様に、第１実施形態のフィードバック制御（回転数に基づく制御）を適用するのが好ましい。
【００６７】
本発明の放風弁１３，３８は、前記各実施形態からもわかるとおり、圧縮機１から再生器２、燃焼機３、ガスジェネレータタービン４およびパワータービン７を経て再生器２に至るまでの作動流体の流路（流路の両端である圧縮機１および再生器２を含む）のいずれの箇所にも設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンを示す系統図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は第１実施形態に係る過速度回避装置における電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は第２実施形態に係る過速度回避装置における電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は第６実施形態に係る過速度回避装置における放風弁を開閉弁のみで構成した比較例の電気的装置の負荷の遮断発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１５】本発明の第８実施形態に係る過速度回避装置を適用した再生式ガスタービンの要部を示す系統図である。
【図１６】従来のガスタービンの過速度回避装置を示す系統図である。
【図１７】（ａ）〜（ｆ）は同上の過速度回避装置を再生式二軸ガスタービンに用いた場合における負荷の急減発生時の各部の状態を示すシミュレーション図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 圧縮機
２ 再生器
３ 燃焼器
７ パワータービン（タービン）
１１ 燃料コントローラ（燃料制御手段）
１３，３８ 放風弁
１４，１４Ａ，１４Ｂ 弁コントローラ（弁制御手段）
３９ 調整弁
４０ 開閉弁
Ｌ１，Ｌ２ 負荷
ＦＳ１，ＦＳ２ フィードバック制御信号
Ｔｒ，Ｔｒ0 目標排ガス温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンの回転数に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項２】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンからの排ガスの温度に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項３】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンの回転数および排ガスの温度に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項４】
請求項２において、前記弁制御手段は、フィードバック制御の際に目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させる再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項５】
請求項３において、前記弁制御手段は、前記タービンの回転数および排ガスの温度に基づく２つのフィードバック制御信号のうち、信号レベルの低い方を選択して前記放風弁の調節用信号として出力する再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記放風弁は、前記開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁と、開度が連続的に変化可能な調整弁とを有している再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記圧縮機と再生器との間の高圧空気の流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記再生器と燃焼器との間の高圧空気の流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記タービンの出口と再生器との間の排ガスの流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項１】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンの回転数に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項２】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンからの排ガスの温度に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項３】
高圧空気を生成する圧縮機と、
前記高圧空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスにより作動して負荷を駆動するタービンと、
前記タービンから排出される排ガスによって前記高圧空気を加熱する再生器と、
前記高圧空気、燃焼ガスまたは排ガスからなる動作流体の一部を系外に放出する放風弁と、
前記タービンの回転数および排ガスの温度に基づくフィードバック制御により前記放風弁の開度を調節する弁制御手段とを備えた再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項４】
請求項２において、前記弁制御手段は、フィードバック制御の際に目標排ガス温度を制御開始後に徐々に低下させる再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項５】
請求項３において、前記弁制御手段は、前記タービンの回転数および排ガスの温度に基づく２つのフィードバック制御信号のうち、信号レベルの低い方を選択して前記放風弁の調節用信号として出力する再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記放風弁は、前記開度が全開および全閉の２段階に変化する開閉弁と、開度が連続的に変化可能な調整弁とを有している再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記圧縮機と再生器との間の高圧空気の流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記再生器と燃焼器との間の高圧空気の流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項において、前記放風弁が前記タービンの出口と再生器との間の排ガスの流路に設けられている再生式ガスタービンの過速度回避装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−１８３６０８（Ｐ２００６−１８３６０８Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３８００２２（Ｐ２００４−３８００２２）
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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