温度計測装置、燃焼監視装置、及び、ガスタービン
【課題】 本発明は、熱振動による損傷を防ぐことのできる構造を備えた温度計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 タービン本体１０から排出される排ガスの温度を計測する温度計測装置５が、外車室３外側より挿入される熱電対５１を備え、この熱電対５１によって温度計測が成される。又、温度計測装置５において、熱電対５１の先端が、ディフューザ２内部に設置された保護管５２の先端で固定されることにより、その測定位置を固定することができる。
【解決手段】 タービン本体１０から排出される排ガスの温度を計測する温度計測装置５が、外車室３外側より挿入される熱電対５１を備え、この熱電対５１によって温度計測が成される。又、温度計測装置５において、熱電対５１の先端が、ディフューザ２内部に設置された保護管５２の先端で固定されることにより、その測定位置を固定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼器における燃焼状態を検出する温度計測装置に関するものであり、又、この温度計測装置からの信号により燃焼器における燃焼状態を監視する燃焼監視装置に関するものであり、又、この燃焼監視装置を備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、設置された燃焼器における燃焼動作により得られた燃焼ガスを駆動源として、回転駆動する。即ち、ロータに配設された動翼と車室に配設された静翼とによって構成される空間に、燃焼器からの燃焼ガスが供給されることにより、動翼が配設されたロータが回転する。このようなガスタービンにおいて、燃焼器がロータの外周に円環状に複数配設され、この複数の燃焼器全てが、ガスタービンの運転中に正常に動作する必要がある。
【０００３】
このため、ガスタービンの運転中には、それぞれ燃焼器に対して、失火や燃料噴射ノズルのつまりなどの異常が発生しているか否かを常に監視している。そして、燃焼器の少なくとも１つに異常が発生したと判断した場合には、即座にガスタービンを自動停止又は緊急停止させて、ガスタービンを保護する（特許文献１参照）。このようにガスタービンを保護するために、燃焼器の燃焼状態を監視しているが、この燃焼器の燃焼状態の監視を行うために、タービンブレード出口（燃焼ガスの流れ方向の下流側）には、燃焼器の個数と同数又はそれ以上の本数の熱電対を円環状に配置している。
【０００４】
そして、この熱電対で計測したタービンブレード出口における燃焼ガスの温度（ブレードパス温度）に基づいて、燃焼器の燃焼状態が監視される。即ち、仮に何れか１個の燃焼器に異常が発生した場合、この異常燃焼器に該当するブレードパス温度のみが、他の燃焼器に該当するブレードパス温度と比較して、偏差（平均値との差）が大きくなる、もしくは、変化量（変化率）が大きくなる。これにより、異常燃焼器の異常を検知することができる。よって、これらの熱電対のブレードパス温度計測値に基づき、ガスタービン保護信号としてガスタービン自動停止信号又はガスタービン緊急停止信号を出力して、ガスタービンの保護を行うことができる。
【０００５】
このようなガスタービンの保護を行うため、燃焼器の燃焼状態を監視するものとして利用される熱電対は、高温雰囲気から保護されるように保護管に覆われる。この保護管に覆われた熱電対が、ブレードパス温度を計測する温度計測装置として構成され、タービンブレード出口に設置される。即ち、図６の断面図に示すように、温度計測装置１００は、ロータ１の外周に設置された最終段となる動翼１１の下流側のディフューザ２内部に設置される。この温度計測装置１００は、耐熱材で構成された保護管１０２内に熱電対１０１を通して形成されることで、熱電対１０１が高温環境に曝されないように保護される。
【０００６】
そして、この温度計測装置１００は、図６に示すように、ディフューザ２の外周を覆う外車室３から挿入されて、最終段となる動翼１１とディフューザ２に設置されたストラットカバー２４との間に熱電対１０１の先端が位置するように設置される。これにより、最終段となる動翼１１からの排ガスが熱電対１０１の先端に流れることで、この排ガスの温度であるブレードパス温度が計測される。
【特許文献１】特開２０００−１６３６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように温度計測装置１００が設置されるディフューザ２の内部を流れる排ガスは高温であり、ディフューザ２外部とその温度差が大きくなり、ディフューザ２が熱膨張する。そのため、ガスタービン停止時と駆動時とによって、外車室３とディフューザ２との相対位置が変化する。そして、この温度差によるディフューザ２の各位置が変位することが振動として現れる。よって、この振動による位置変位を吸収するために、ディフューザ２へ温度計測装置１００が挿入される部分には、ディフューザ２内外の雰囲気をシールするために、ベローズなどの伸縮継手によるシール部材（不図示）が設置される。
【０００８】
しかしながら、このようにシール部材を設置したとしても、ディフューザ２に寄る燃焼振動に基づいて、温度計測装置１００自身や、この温度計測装置１００のディフューザ２への設置位置におけるシール部材に、損傷が発生する。そのため、保護管１０２が削られることや、熱電対１０１の素線間の絶縁不良が生じることや、温度計測装置１００の取り付け金具が緩んで計測点が正規位置からずれることなどの損傷が生じることによって、温度計測装置１００によるブレードパス温度計測値が異常となる可能性がある。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、熱振動による損傷を防ぐことのできる構造を備えた温度計測装置を提供することを目的とする。又、このような温度計測装置を備えた燃焼監視装置、及び、この燃焼監視装置により燃焼器の燃焼状態が監視されるガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の温度計測装置は、燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記ディフューザ内部に挿入される熱電対と、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに、前記熱電対の前記ディフューザ内部に挿入された部分を覆うことで前記熱電対を耐熱保護する保護管と、前記車室を貫通して前記熱電対が挿入される貫通孔と、前記車室外部に設置されて、前記保護管先端に前記熱電対先端を接触させるように押圧するターミナルヘッドと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
又、このような温度計測装置において、前記保護管が、両端を開口部とし、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに前記ディフューザ内部に延びる管本体と、前記管本体の前記ディフューザ内部における先端に設置されて前記熱電対の先端に当接されるウェルと、前記ウェルを前記管本体に固定する固定部材と、を備え、前記熱電対の先端が当接した前記ウェルを前記管本体に固定することで、前記ディフューザ内部での前記熱電対の先端位置を固定する。
【００１２】
このとき、前記固定部材がＬ字断面を円周状に連続させたリング形状であり、前記管本体の前記ディフューザ内部における先端端面と、前記ウェルの前記熱電対と当接する第１端面とが接触し、前記管本体及び前記ウェルそれぞれの側面及び前記ウェルの第１端面の逆側の第２端面と、前記固定部材の内壁面とが接触することで、前記ウェルが前記管本体の先端に固定されものとしても構わない。
【００１３】
そして、前記管本体が、前記ディフューザの前記車室側の外壁を貫通して、前記ディフューザの前記車室側の外壁面との当接部分で固定されることで、前記ディフューザ内部と前記ディフューザ外部とをシールするものとしても構わない。
【００１４】
更に、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状として、前記熱電対が前記管本体と接触して損傷することを防ぐものとしても構わない。このとき、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって滑らかに変化する曲面形状としても構わない。
【００１５】
前記熱電対において、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部近傍位置に対応する部分に対して硬化材料をコーティングして被覆するものとしても構わない。
【００１６】
又、本発明の燃焼監視装置は、上述のいずれかの温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明のガスタービンは、上述の燃焼監視装置と、該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、保護管をディフューザ内部のみに設けることで、ディフューザによる熱振動による影響を、熱電対のディフューザと車室との間の空間における部分で吸収することができるため、熱電対先端の温度計測位置の変位を防ぐことができる。従来のように、熱電対全てを保護管で覆う場合と比べて、ディフューザの熱振動による曲げに熱電対が柔軟に対応することができるため、熱電対の損傷を防ぐことができる。又、管本体において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状とすることで、熱電対が管本体と接触して損傷することを防ぐことができる。更に、この管本体の内壁面が曲面形状とされることで、熱電対が管本体に接触したときにおける損傷ダメージを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。又、図２は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【００２０】
（ガスタービンの構成）
本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の上流側）に、複数の燃焼器６が設置され、又、タービン本体１０には、ロータ１（図２参照）の外壁に設置された動翼１１と、ロータ１の外周を覆う内車室４（図２参照）の内壁に設置された静翼４１とが、交互に並んでいる。そして、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の下流側）に、複数（本実施形態では燃焼器６の個数と同数であるものとする）の温度計測装置５が設置される。
【００２１】
又、燃焼器６及び温度計測装置５はそれぞれ、ロータ１の外周において、円環状に等間隔に配置される。このとき、温度計測装置５は、燃焼器６の周方向の設置位置に対応するように設置される。尚、各燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度（以下、「ＢＰＴ温度」とする）は、各燃焼器６に対応したタービン出口位置において計測されるのではなく、各燃焼器６からタービン本体１０の回転方向に燃焼器数個分だけ周方向にずれた角度のタービン出口位置において計測される。このようなブレードパス温度のずれはスワール角度と称されて燃焼器の数を単位として表され、負荷の大きさによって異なる。
【００２２】
よって、例えば、軸方向において燃焼器６と重なる位置に温度計測装置５が設置されているときに、スワール角度が２．７個である場合、計測目標となる燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度は、この燃焼器６に対応したタービン出口位置に配置された温度計測装置５ではなく、この温度計測装置５から２個分又は３個分だけ周方向にずれたタービン出口位置に配置された温度計測装置５によって計測されることになる。又、温度計測装置５それぞれが、各燃焼器６からスワール角度分だけ周方向にずれた位置に設置することで、燃焼器６と温度計測装置５との関係を１対１とするものとしても構わない。
【００２３】
更に、図１に示すガスタービンは、温度計測装置５で計測されたタービン出口位置でのＢＰＴ温度の計測値が与えられて燃焼器６それぞれの燃焼状態を監視する燃焼監視装置７と、燃焼監視装置７によって確認された各燃焼器６の燃焼状態に応じて異常などを確認して燃焼器６それぞれへの燃料供給制御やガスタービンの緊急停止などを指示する制御装置８と、制御装置８によって制御されて各燃焼器６への燃料供給量を設定する燃料供給装置９と、を備える。
【００２４】
このように構成されるガスタービンにおいて、燃料供給装置９から供給される燃料を不図示の圧縮機から供給される圧縮空気と混合して燃焼して、燃焼ガスを発生する。この各燃焼器６の燃焼ガスがタービン本体１０のタービン入口側から導入されることで、タービン本体１０に設置された動翼１１及び静翼４１に向かって燃焼ガスが流れ、これにより、タービン本体１０におけるロータ１が回転する。そして、ロータ１を回転駆動させた燃焼ガスは、タービン本体１０のタービン出口から排ガスとして排出されるが、このときのタービン出口における排ガスの温度が、ＢＰＴ温度として各温度計測装置５によって計測される。
【００２５】
各温度計測装置５で計測されて得られたＢＰＴ温度計測値が与えられる燃焼監視装置７では、各温度計測装置５からのＢＰＴ温度計測値によって、各温度計測装置５に対応する燃焼器６それぞれの燃焼状態が監視される。このとき、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差大設定値を超えたとき、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。又、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えたときも、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。
【００２６】
そして、制御装置８では、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差がＢＰＴ温度偏差大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを自動停止するためのガスタービン自動停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。又、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量がＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを緊急停止するためのガスタービン緊急停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。
【００２７】
このように動作する制御装置８からガスタービン自動停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６に供給する燃料を徐々に低減して負荷を下げることにより、ガスタービン本体を自動停止させる。又、制御装置８からガスタービン緊急停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６への燃料供給を瞬時に遮断することで、ガスタービンを緊急停止させる。
【００２８】
（温度計測装置の構成）
以下では、図１のような構成のガスタービンに使用される温度計測装置５について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２９】
図２に示すように、タービン本体１０は、回転軸となるロータ１と、ロータ１の外壁に設置される動翼１１と、ロータ１との間に燃焼ガスを流す空間を構成するようにロータ１の外周を覆う内車室４と、内車室４の内壁に設置される静翼４１と、内車室４の外周側を覆うことで内車室４との間に冷却空気を流す空間を構成する外車室３と、を備える。尚、内車室４は外車室３と接続されることで固定される。又、ロータ１の後端（下流側）が、軸受ハウジング１３に納められた軸受（ジャーナル軸受）１２によって支持される。
【００３０】
そして、このタービン本体１０の下流側に、動翼１１及び静翼４１を流れた燃焼ガスを排気するための２重環状で構成されたディフューザ２が設置される。このディフューザ２は、その外壁面が最終段の動翼１１のシュラウド面と同一面を形成する内側円筒２１と、その内壁面が内車室４の内壁面と同一面を形成する外側円筒２２と、内側円筒２１の内側に設置された軸受ハウジング１３を支持するために放射状に配置されたストラット２３と、このストラット２３を覆うとともに内側円筒２１と外側円筒２２とを接続して内側円筒２１を固定するストラットカバー２４と、外側円筒２２と外車室３のそれぞれに接続して外側円筒２２を固定する固定用リング２５と、を備える。尚、ストラットカバー２４は、タービン本体１０からの排ガスに対する抵抗を低減する構造を備える。
【００３１】
このディフューザ２において、内側円筒２１と外側円筒２２とを同心に配置されることで、内側円筒２１と外側円筒２２との間に環状の流路が形成される。このとき、内側円筒２１は円筒形状であるが、外側円筒２２は下流ほど直径が大きくなる円錐台形状を呈しており、このため、ディフューザ２は、上流から下流に向かって流路の断面積が次第に大きくなる、いわゆるコニカルディフューザーとなっている。そして、ストラットカバー２４によって、内側円筒２１と外側円筒２２との間隔を保って環状流路の形状が維持される。
【００３２】
このように、ディフューザ２が構成されるとき、ディフューザ２の内側円筒２１と外側円筒２２との間で構成される空間に流れ込む排ガスの温度であるＢＰＴ温度を測定するための温度計測装置５が、外車室３の外部より挿入されるようにして設置される。この温度計測装置５は、ディフューザ２内部に先端が設置される熱電対５１と、ディフューザ２内に挿入された熱電対５１を覆うことで耐熱保護するとともにディフューザ２内部をシールする保護管５２と、熱電対５１が挿入される外車室３に設けられた貫通孔５３と、外車室３外部側の先端に設けられるとともに熱電対５１と連結されたリード線５６を外部に導出するターミナルヘッド５５と、を備える。
【００３３】
熱電対５１は、図３の概略構成図に示すように、クロメル、アルメル等の大きい熱起電力を発生させることのできる一対の異種金属からなる熱電対素線５１ａと、熱電対素線５１ａそれぞれを被覆することで各熱電対素線５１ａを絶縁する絶縁管５１ｂと、絶縁管５１ｂで被覆された熱電対素線５１ａを更に被覆して高温雰囲気から保護するとともに曲げに対しても柔軟に作用することのできるシース５１ｃと、によって構成される。
【００３４】
この熱電対５１が挿入されるとともにリード線５６と接続するターミナルヘッド５５は、図３の概略構成図に示すように、熱電対５１の外周を覆う保護管５５ａと、保護管５５ａの先端側で貫通孔５３にねじ込まれて挿入されることで外車室３への固定が成される固定部材５５ｂと、保護管５５ａ内部の基端部側に設置されて熱電対５１をディフューザ２内部に押圧するスプリング５５ｃと、熱電対５１の熱電対素線５１ａとリード線５６とを電気的に結線する端子板５５ｄと、この端子板５５ｄを内部に備える保護管５５ａの基端部側と連接したヘッド部５５ｅと、を備える。
【００３５】
この熱電対５１が挿入されるとともにディフューザ２内部に設置される保護管５２の構成を、図４の概略断面図に示すような構成とする。即ち、熱電対５１の先端に接触されるとともに保護管５２の先端部分を構成するウェル５２ａと、熱電対５１を覆うとともにディフューザ２の外側円筒２２を貫通するように設置される管本体５２ｂと、管本体５２ｂの基端部側に設けられるとともに外側円筒２２の外壁と当接して固定されることで管本体５２ｂを支持するフランジ５２ｃと、ウェル５２ａを管本体５２ｂの先端に固定するリング状の固定部材５２ｄと、を備える。
【００３６】
そして、ウェル５２ａの熱電対５１と接触する側における端面の外周側が管本体５２ｂの先端端面と当接するように、ウェル５２ａの外径と管本体５２ｂの外径とが等しくなるように構成される。又、ウェル５２ａの熱電対５１との接触端面と反対側の端面は、その中心部分が突起した形状とする。更に、固定部材５２ｄは、Ｌ字形状の断面をリング状に形成した構成とされ、ウェル５２ａの熱電対５１との接触端面と反対側の端面と、ウェル５２ａの外壁面及び管本体５２ｂの外壁面とに当接する。このとき、ウェル５２ａ及び管本体５２ｂの外壁面と固定部材５２ｄの内壁面とがねじ切られた形状とされ、ウェル５２ａ及び管本体５２ｂを雄ねじとし、固定部材５２ｄを雌ねじとする構成とされる。
【００３７】
このように保護管５２の先端側が構成されることで、管本体５２ｂの先端側から熱電対５１が挿入され、熱電対５１の先端が接触固定されたウェル５２ａによって管本体５２ｂの先端を覆う。尚、熱電対５１の先端はウェル５２ａの端面に対して、例えば溶着させるなどして固定されている。そして、保護管５２の先端側から固定部材５２ｄをねじ込んで、固定部材５２ｄがウェル５２ａの端面に接触するまで嵌め込むことによって、ウェル５２ａが管本体５２ｂの先端に支持固定される。
【００３８】
又、管本体５２ｂは、ディフューザ２の外側円筒２２の外側に突出した構成とされ、この外側円筒２２よりも外側となる端部５２ｅが開口されているとともに、この開口している端部５２ｅにおける内壁は、端部５２ｅの先端に向かって開口面積が広がる円錐台形状とされる。このように構成することで、管本体５２ｂにおける外側円筒２２外側の端部５２ｅでの熱電対５１の接触を防ぐことができる。
【００３９】
このとき、この端部５２ｅにおいて、管本体５２ｂの内壁面を外側円筒２２外側に向かって滑らかに変化させた曲面形状として、熱電対５１が接触したときに、シース５１ｃの外壁が削られて熱電対５１が損傷することを防ぐことができる。更に、この管本体５２ｂの端部５２ｅの近傍において、熱電対５１のシース５１ｃの外壁に対して、クロムカーバイドなどの硬化材料をコーティングにより被覆して、シース５１ｃの外壁が削られて熱電対５１が損傷することを防ぐものとしても構わない。
【００４０】
そして、管本体５２ｂの端部５２ｅ側には、ディフューザ２の外側円筒２２の外壁面と当接されるフランジ５２ｃが、管本体５２ｂの外壁面に設置される。このフランジ５２ｃが外側円筒２２の外壁面に当接されるとともに、ボルトなどにより外側円筒２２に固定されることで、保護管５２がディフューザ２の外側円筒２２に支持固定される。尚、管本体５２ｂは、端部５２ｅ側がディフューザ２の外側円筒２２に溶着されることで、ディフューザ２の外側円筒２２に支持固定されるものとしても構わない。
【００４１】
このように構成される保護管５２は、最終段の動翼１１とストラットカバー２４との間の位置に設置される。又、保護管５２の先端に設置されたウェル５２ａが、ディフューザ２の内側円筒２１と外側円筒２２による空間の中心位置に位置するように、保護管５２が設置されることで、タービン本体１０のタービン出口近傍のＢＰＴ温度を測定可能な状態とすることができる。更に、この保護管５２は耐熱材料で構成され、ディフューザ２内部の高温雰囲気に熱電対５１が曝されることが防がれる。尚、ディフューザ２と外車室３との間の空間では、ディフューザ２内部の温度雰囲気に比べて十分に低い温度雰囲気となるため、シース５１ｃで十分に熱電対５１を保護することができる。
【００４２】
又、熱電対５１が同様に挿入されるとともに外車室３に設置される貫通孔５３の構成を、図５の概略断面図に示すような構成とする。即ち、外車室３を貫通するように構成される貫通孔５３は、外車室３の外壁側に形成される径の太いねじ込み部５３ａと、外車室３の内壁側に形成される径の細い孔部５３ｂと、を備える。このように構成される貫通孔５３において、ねじ込み部５３ａにターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂが挿入されるとともに、孔部５３ｂに熱電対５１が挿入される。
【００４３】
即ち、孔部５３ｂが熱電対５１のシース５１ｃの外径よりも若干太い内径となる孔として形成され、ねじ込み部５３ａ及び固定部材５５ｂそれぞれが雌ネジ及び雄ネジとして形成される。これにより、保護管５２に先端が固定された熱電対５１が孔部５３ｂより挿入されることで、外車室３の貫通孔５３を貫通する。そして、この貫通孔５３を貫通して、外車室３の外側に突出した熱電対５１の端部を覆うようにして、ターミナルヘッド５５の保護管５５ａ内部に熱電対５１を挿入する。更に、ターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂを貫通孔５３のねじ込み部５３ａにねじ込むことにより、ターミナルヘッド５５を外車室３の貫通孔５３で支持固定する。
【００４４】
この図２〜図５に示すように、温度計測装置５を構成することで、ディフューザ２の外側円筒２２と外車室３との間の空間において、熱電対５１がシース５１ｃにのみ覆われた状態となる。これにより、ガスタービン駆動時において、タービン本体１０からディフューザ２に排出される排ガスのために、ディフューザ２内部が高温に曝されることで変形することで、熱振動が発生するが、シース５１ｃに柔軟性により振動を吸収することができる。このとき、熱電対５１は、ターミナルヘッド５５のスプリング５５ｃによって押圧されているため、その先端がウェル５２ａに接触されたままの状態に保持することができる。
【００４５】
又、本実施形態におけるガスタービンでは、温度計測装置５において、熱電対５１が、その先端がディフューザ２内に設置された保護管５２の先端で固定されることによって、支持される。そのため、熱電対５１のディフューザ２に対する相対位置が、ディフューザ２において熱振動が発生したとしても変位することがなく、一定とすることができる。これにより、温度計測装置５で計測されるＢＰＴ温度に対して、ディフューザ２の熱振動による影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は、本実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。
【図２】は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【図３】は、図２に示す温度計測装置における熱電対の構成を示す概略構成図である。
【図４】は、図２に示す温度計測装置における保護管部分の構成を示す概略断面図である。
【図５】は、図２に示す温度計測装置における貫通孔部分の構成を示す概略断面図である。
【図６】は、従来のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ ロータ
２ ディフューザ
３ 外車室
４ 内車室
５ 温度計測装置
６ 燃焼器
７ 燃焼監視装置
８ 制御装置
９ 燃料供給装置
１０ タービン本体
１１ 動翼
１２ 軸受
１３ 軸受ハウジング
２１ 内側円筒
２２ 外側円筒
２３ ストラット
２４ ストラットカバー
２５ 固定用リング
４１ 静翼
５１ 熱電対
５２ 保護管
５３ 貫通孔
５５ ターミナルヘッド
５６ リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼器における燃焼状態を検出する温度計測装置に関するものであり、又、この温度計測装置からの信号により燃焼器における燃焼状態を監視する燃焼監視装置に関するものであり、又、この燃焼監視装置を備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、設置された燃焼器における燃焼動作により得られた燃焼ガスを駆動源として、回転駆動する。即ち、ロータに配設された動翼と車室に配設された静翼とによって構成される空間に、燃焼器からの燃焼ガスが供給されることにより、動翼が配設されたロータが回転する。このようなガスタービンにおいて、燃焼器がロータの外周に円環状に複数配設され、この複数の燃焼器全てが、ガスタービンの運転中に正常に動作する必要がある。
【０００３】
このため、ガスタービンの運転中には、それぞれ燃焼器に対して、失火や燃料噴射ノズルのつまりなどの異常が発生しているか否かを常に監視している。そして、燃焼器の少なくとも１つに異常が発生したと判断した場合には、即座にガスタービンを自動停止又は緊急停止させて、ガスタービンを保護する（特許文献１参照）。このようにガスタービンを保護するために、燃焼器の燃焼状態を監視しているが、この燃焼器の燃焼状態の監視を行うために、タービンブレード出口（燃焼ガスの流れ方向の下流側）には、燃焼器の個数と同数又はそれ以上の本数の熱電対を円環状に配置している。
【０００４】
そして、この熱電対で計測したタービンブレード出口における燃焼ガスの温度（ブレードパス温度）に基づいて、燃焼器の燃焼状態が監視される。即ち、仮に何れか１個の燃焼器に異常が発生した場合、この異常燃焼器に該当するブレードパス温度のみが、他の燃焼器に該当するブレードパス温度と比較して、偏差（平均値との差）が大きくなる、もしくは、変化量（変化率）が大きくなる。これにより、異常燃焼器の異常を検知することができる。よって、これらの熱電対のブレードパス温度計測値に基づき、ガスタービン保護信号としてガスタービン自動停止信号又はガスタービン緊急停止信号を出力して、ガスタービンの保護を行うことができる。
【０００５】
このようなガスタービンの保護を行うため、燃焼器の燃焼状態を監視するものとして利用される熱電対は、高温雰囲気から保護されるように保護管に覆われる。この保護管に覆われた熱電対が、ブレードパス温度を計測する温度計測装置として構成され、タービンブレード出口に設置される。即ち、図６の断面図に示すように、温度計測装置１００は、ロータ１の外周に設置された最終段となる動翼１１の下流側のディフューザ２内部に設置される。この温度計測装置１００は、耐熱材で構成された保護管１０２内に熱電対１０１を通して形成されることで、熱電対１０１が高温環境に曝されないように保護される。
【０００６】
そして、この温度計測装置１００は、図６に示すように、ディフューザ２の外周を覆う外車室３から挿入されて、最終段となる動翼１１とディフューザ２に設置されたストラットカバー２４との間に熱電対１０１の先端が位置するように設置される。これにより、最終段となる動翼１１からの排ガスが熱電対１０１の先端に流れることで、この排ガスの温度であるブレードパス温度が計測される。
【特許文献１】特開２０００−１６３６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように温度計測装置１００が設置されるディフューザ２の内部を流れる排ガスは高温であり、ディフューザ２外部とその温度差が大きくなり、ディフューザ２が熱膨張する。そのため、ガスタービン停止時と駆動時とによって、外車室３とディフューザ２との相対位置が変化する。そして、この温度差によるディフューザ２の各位置が変位することが振動として現れる。よって、この振動による位置変位を吸収するために、ディフューザ２へ温度計測装置１００が挿入される部分には、ディフューザ２内外の雰囲気をシールするために、ベローズなどの伸縮継手によるシール部材（不図示）が設置される。
【０００８】
しかしながら、このようにシール部材を設置したとしても、ディフューザ２に寄る燃焼振動に基づいて、温度計測装置１００自身や、この温度計測装置１００のディフューザ２への設置位置におけるシール部材に、損傷が発生する。そのため、保護管１０２が削られることや、熱電対１０１の素線間の絶縁不良が生じることや、温度計測装置１００の取り付け金具が緩んで計測点が正規位置からずれることなどの損傷が生じることによって、温度計測装置１００によるブレードパス温度計測値が異常となる可能性がある。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、熱振動による損傷を防ぐことのできる構造を備えた温度計測装置を提供することを目的とする。又、このような温度計測装置を備えた燃焼監視装置、及び、この燃焼監視装置により燃焼器の燃焼状態が監視されるガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の温度計測装置は、燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記ディフューザ内部に挿入される熱電対と、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに、前記熱電対の前記ディフューザ内部に挿入された部分を覆うことで前記熱電対を耐熱保護する保護管と、前記車室を貫通して前記熱電対が挿入される貫通孔と、前記車室外部に設置されて、前記保護管先端に前記熱電対先端を接触させるように押圧するターミナルヘッドと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
又、このような温度計測装置において、前記保護管が、両端を開口部とし、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに前記ディフューザ内部に延びる管本体と、前記管本体の前記ディフューザ内部における先端に設置されて前記熱電対の先端に当接されるウェルと、前記ウェルを前記管本体に固定する固定部材と、を備え、前記熱電対の先端が当接した前記ウェルを前記管本体に固定することで、前記ディフューザ内部での前記熱電対の先端位置を固定する。
【００１２】
このとき、前記固定部材がＬ字断面を円周状に連続させたリング形状であり、前記管本体の前記ディフューザ内部における先端端面と、前記ウェルの前記熱電対と当接する第１端面とが接触し、前記管本体及び前記ウェルそれぞれの側面及び前記ウェルの第１端面の逆側の第２端面と、前記固定部材の内壁面とが接触することで、前記ウェルが前記管本体の先端に固定されものとしても構わない。
【００１３】
そして、前記管本体が、前記ディフューザの前記車室側の外壁を貫通して、前記ディフューザの前記車室側の外壁面との当接部分で固定されることで、前記ディフューザ内部と前記ディフューザ外部とをシールするものとしても構わない。
【００１４】
更に、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状として、前記熱電対が前記管本体と接触して損傷することを防ぐものとしても構わない。このとき、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって滑らかに変化する曲面形状としても構わない。
【００１５】
前記熱電対において、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部近傍位置に対応する部分に対して硬化材料をコーティングして被覆するものとしても構わない。
【００１６】
又、本発明の燃焼監視装置は、上述のいずれかの温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明のガスタービンは、上述の燃焼監視装置と、該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、保護管をディフューザ内部のみに設けることで、ディフューザによる熱振動による影響を、熱電対のディフューザと車室との間の空間における部分で吸収することができるため、熱電対先端の温度計測位置の変位を防ぐことができる。従来のように、熱電対全てを保護管で覆う場合と比べて、ディフューザの熱振動による曲げに熱電対が柔軟に対応することができるため、熱電対の損傷を防ぐことができる。又、管本体において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状とすることで、熱電対が管本体と接触して損傷することを防ぐことができる。更に、この管本体の内壁面が曲面形状とされることで、熱電対が管本体に接触したときにおける損傷ダメージを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。又、図２は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【００２０】
（ガスタービンの構成）
本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の上流側）に、複数の燃焼器６が設置され、又、タービン本体１０には、ロータ１（図２参照）の外壁に設置された動翼１１と、ロータ１の外周を覆う内車室４（図２参照）の内壁に設置された静翼４１とが、交互に並んでいる。そして、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の下流側）に、複数（本実施形態では燃焼器６の個数と同数であるものとする）の温度計測装置５が設置される。
【００２１】
又、燃焼器６及び温度計測装置５はそれぞれ、ロータ１の外周において、円環状に等間隔に配置される。このとき、温度計測装置５は、燃焼器６の周方向の設置位置に対応するように設置される。尚、各燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度（以下、「ＢＰＴ温度」とする）は、各燃焼器６に対応したタービン出口位置において計測されるのではなく、各燃焼器６からタービン本体１０の回転方向に燃焼器数個分だけ周方向にずれた角度のタービン出口位置において計測される。このようなブレードパス温度のずれはスワール角度と称されて燃焼器の数を単位として表され、負荷の大きさによって異なる。
【００２２】
よって、例えば、軸方向において燃焼器６と重なる位置に温度計測装置５が設置されているときに、スワール角度が２．７個である場合、計測目標となる燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度は、この燃焼器６に対応したタービン出口位置に配置された温度計測装置５ではなく、この温度計測装置５から２個分又は３個分だけ周方向にずれたタービン出口位置に配置された温度計測装置５によって計測されることになる。又、温度計測装置５それぞれが、各燃焼器６からスワール角度分だけ周方向にずれた位置に設置することで、燃焼器６と温度計測装置５との関係を１対１とするものとしても構わない。
【００２３】
更に、図１に示すガスタービンは、温度計測装置５で計測されたタービン出口位置でのＢＰＴ温度の計測値が与えられて燃焼器６それぞれの燃焼状態を監視する燃焼監視装置７と、燃焼監視装置７によって確認された各燃焼器６の燃焼状態に応じて異常などを確認して燃焼器６それぞれへの燃料供給制御やガスタービンの緊急停止などを指示する制御装置８と、制御装置８によって制御されて各燃焼器６への燃料供給量を設定する燃料供給装置９と、を備える。
【００２４】
このように構成されるガスタービンにおいて、燃料供給装置９から供給される燃料を不図示の圧縮機から供給される圧縮空気と混合して燃焼して、燃焼ガスを発生する。この各燃焼器６の燃焼ガスがタービン本体１０のタービン入口側から導入されることで、タービン本体１０に設置された動翼１１及び静翼４１に向かって燃焼ガスが流れ、これにより、タービン本体１０におけるロータ１が回転する。そして、ロータ１を回転駆動させた燃焼ガスは、タービン本体１０のタービン出口から排ガスとして排出されるが、このときのタービン出口における排ガスの温度が、ＢＰＴ温度として各温度計測装置５によって計測される。
【００２５】
各温度計測装置５で計測されて得られたＢＰＴ温度計測値が与えられる燃焼監視装置７では、各温度計測装置５からのＢＰＴ温度計測値によって、各温度計測装置５に対応する燃焼器６それぞれの燃焼状態が監視される。このとき、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差大設定値を超えたとき、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。又、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えたときも、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。
【００２６】
そして、制御装置８では、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差がＢＰＴ温度偏差大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを自動停止するためのガスタービン自動停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。又、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量がＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを緊急停止するためのガスタービン緊急停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。
【００２７】
このように動作する制御装置８からガスタービン自動停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６に供給する燃料を徐々に低減して負荷を下げることにより、ガスタービン本体を自動停止させる。又、制御装置８からガスタービン緊急停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６への燃料供給を瞬時に遮断することで、ガスタービンを緊急停止させる。
【００２８】
（温度計測装置の構成）
以下では、図１のような構成のガスタービンに使用される温度計測装置５について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２９】
図２に示すように、タービン本体１０は、回転軸となるロータ１と、ロータ１の外壁に設置される動翼１１と、ロータ１との間に燃焼ガスを流す空間を構成するようにロータ１の外周を覆う内車室４と、内車室４の内壁に設置される静翼４１と、内車室４の外周側を覆うことで内車室４との間に冷却空気を流す空間を構成する外車室３と、を備える。尚、内車室４は外車室３と接続されることで固定される。又、ロータ１の後端（下流側）が、軸受ハウジング１３に納められた軸受（ジャーナル軸受）１２によって支持される。
【００３０】
そして、このタービン本体１０の下流側に、動翼１１及び静翼４１を流れた燃焼ガスを排気するための２重環状で構成されたディフューザ２が設置される。このディフューザ２は、その外壁面が最終段の動翼１１のシュラウド面と同一面を形成する内側円筒２１と、その内壁面が内車室４の内壁面と同一面を形成する外側円筒２２と、内側円筒２１の内側に設置された軸受ハウジング１３を支持するために放射状に配置されたストラット２３と、このストラット２３を覆うとともに内側円筒２１と外側円筒２２とを接続して内側円筒２１を固定するストラットカバー２４と、外側円筒２２と外車室３のそれぞれに接続して外側円筒２２を固定する固定用リング２５と、を備える。尚、ストラットカバー２４は、タービン本体１０からの排ガスに対する抵抗を低減する構造を備える。
【００３１】
このディフューザ２において、内側円筒２１と外側円筒２２とを同心に配置されることで、内側円筒２１と外側円筒２２との間に環状の流路が形成される。このとき、内側円筒２１は円筒形状であるが、外側円筒２２は下流ほど直径が大きくなる円錐台形状を呈しており、このため、ディフューザ２は、上流から下流に向かって流路の断面積が次第に大きくなる、いわゆるコニカルディフューザーとなっている。そして、ストラットカバー２４によって、内側円筒２１と外側円筒２２との間隔を保って環状流路の形状が維持される。
【００３２】
このように、ディフューザ２が構成されるとき、ディフューザ２の内側円筒２１と外側円筒２２との間で構成される空間に流れ込む排ガスの温度であるＢＰＴ温度を測定するための温度計測装置５が、外車室３の外部より挿入されるようにして設置される。この温度計測装置５は、ディフューザ２内部に先端が設置される熱電対５１と、ディフューザ２内に挿入された熱電対５１を覆うことで耐熱保護するとともにディフューザ２内部をシールする保護管５２と、熱電対５１が挿入される外車室３に設けられた貫通孔５３と、外車室３外部側の先端に設けられるとともに熱電対５１と連結されたリード線５６を外部に導出するターミナルヘッド５５と、を備える。
【００３３】
熱電対５１は、図３の概略構成図に示すように、クロメル、アルメル等の大きい熱起電力を発生させることのできる一対の異種金属からなる熱電対素線５１ａと、熱電対素線５１ａそれぞれを被覆することで各熱電対素線５１ａを絶縁する絶縁管５１ｂと、絶縁管５１ｂで被覆された熱電対素線５１ａを更に被覆して高温雰囲気から保護するとともに曲げに対しても柔軟に作用することのできるシース５１ｃと、によって構成される。
【００３４】
この熱電対５１が挿入されるとともにリード線５６と接続するターミナルヘッド５５は、図３の概略構成図に示すように、熱電対５１の外周を覆う保護管５５ａと、保護管５５ａの先端側で貫通孔５３にねじ込まれて挿入されることで外車室３への固定が成される固定部材５５ｂと、保護管５５ａ内部の基端部側に設置されて熱電対５１をディフューザ２内部に押圧するスプリング５５ｃと、熱電対５１の熱電対素線５１ａとリード線５６とを電気的に結線する端子板５５ｄと、この端子板５５ｄを内部に備える保護管５５ａの基端部側と連接したヘッド部５５ｅと、を備える。
【００３５】
この熱電対５１が挿入されるとともにディフューザ２内部に設置される保護管５２の構成を、図４の概略断面図に示すような構成とする。即ち、熱電対５１の先端に接触されるとともに保護管５２の先端部分を構成するウェル５２ａと、熱電対５１を覆うとともにディフューザ２の外側円筒２２を貫通するように設置される管本体５２ｂと、管本体５２ｂの基端部側に設けられるとともに外側円筒２２の外壁と当接して固定されることで管本体５２ｂを支持するフランジ５２ｃと、ウェル５２ａを管本体５２ｂの先端に固定するリング状の固定部材５２ｄと、を備える。
【００３６】
そして、ウェル５２ａの熱電対５１と接触する側における端面の外周側が管本体５２ｂの先端端面と当接するように、ウェル５２ａの外径と管本体５２ｂの外径とが等しくなるように構成される。又、ウェル５２ａの熱電対５１との接触端面と反対側の端面は、その中心部分が突起した形状とする。更に、固定部材５２ｄは、Ｌ字形状の断面をリング状に形成した構成とされ、ウェル５２ａの熱電対５１との接触端面と反対側の端面と、ウェル５２ａの外壁面及び管本体５２ｂの外壁面とに当接する。このとき、ウェル５２ａ及び管本体５２ｂの外壁面と固定部材５２ｄの内壁面とがねじ切られた形状とされ、ウェル５２ａ及び管本体５２ｂを雄ねじとし、固定部材５２ｄを雌ねじとする構成とされる。
【００３７】
このように保護管５２の先端側が構成されることで、管本体５２ｂの先端側から熱電対５１が挿入され、熱電対５１の先端が接触固定されたウェル５２ａによって管本体５２ｂの先端を覆う。尚、熱電対５１の先端はウェル５２ａの端面に対して、例えば溶着させるなどして固定されている。そして、保護管５２の先端側から固定部材５２ｄをねじ込んで、固定部材５２ｄがウェル５２ａの端面に接触するまで嵌め込むことによって、ウェル５２ａが管本体５２ｂの先端に支持固定される。
【００３８】
又、管本体５２ｂは、ディフューザ２の外側円筒２２の外側に突出した構成とされ、この外側円筒２２よりも外側となる端部５２ｅが開口されているとともに、この開口している端部５２ｅにおける内壁は、端部５２ｅの先端に向かって開口面積が広がる円錐台形状とされる。このように構成することで、管本体５２ｂにおける外側円筒２２外側の端部５２ｅでの熱電対５１の接触を防ぐことができる。
【００３９】
このとき、この端部５２ｅにおいて、管本体５２ｂの内壁面を外側円筒２２外側に向かって滑らかに変化させた曲面形状として、熱電対５１が接触したときに、シース５１ｃの外壁が削られて熱電対５１が損傷することを防ぐことができる。更に、この管本体５２ｂの端部５２ｅの近傍において、熱電対５１のシース５１ｃの外壁に対して、クロムカーバイドなどの硬化材料をコーティングにより被覆して、シース５１ｃの外壁が削られて熱電対５１が損傷することを防ぐものとしても構わない。
【００４０】
そして、管本体５２ｂの端部５２ｅ側には、ディフューザ２の外側円筒２２の外壁面と当接されるフランジ５２ｃが、管本体５２ｂの外壁面に設置される。このフランジ５２ｃが外側円筒２２の外壁面に当接されるとともに、ボルトなどにより外側円筒２２に固定されることで、保護管５２がディフューザ２の外側円筒２２に支持固定される。尚、管本体５２ｂは、端部５２ｅ側がディフューザ２の外側円筒２２に溶着されることで、ディフューザ２の外側円筒２２に支持固定されるものとしても構わない。
【００４１】
このように構成される保護管５２は、最終段の動翼１１とストラットカバー２４との間の位置に設置される。又、保護管５２の先端に設置されたウェル５２ａが、ディフューザ２の内側円筒２１と外側円筒２２による空間の中心位置に位置するように、保護管５２が設置されることで、タービン本体１０のタービン出口近傍のＢＰＴ温度を測定可能な状態とすることができる。更に、この保護管５２は耐熱材料で構成され、ディフューザ２内部の高温雰囲気に熱電対５１が曝されることが防がれる。尚、ディフューザ２と外車室３との間の空間では、ディフューザ２内部の温度雰囲気に比べて十分に低い温度雰囲気となるため、シース５１ｃで十分に熱電対５１を保護することができる。
【００４２】
又、熱電対５１が同様に挿入されるとともに外車室３に設置される貫通孔５３の構成を、図５の概略断面図に示すような構成とする。即ち、外車室３を貫通するように構成される貫通孔５３は、外車室３の外壁側に形成される径の太いねじ込み部５３ａと、外車室３の内壁側に形成される径の細い孔部５３ｂと、を備える。このように構成される貫通孔５３において、ねじ込み部５３ａにターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂが挿入されるとともに、孔部５３ｂに熱電対５１が挿入される。
【００４３】
即ち、孔部５３ｂが熱電対５１のシース５１ｃの外径よりも若干太い内径となる孔として形成され、ねじ込み部５３ａ及び固定部材５５ｂそれぞれが雌ネジ及び雄ネジとして形成される。これにより、保護管５２に先端が固定された熱電対５１が孔部５３ｂより挿入されることで、外車室３の貫通孔５３を貫通する。そして、この貫通孔５３を貫通して、外車室３の外側に突出した熱電対５１の端部を覆うようにして、ターミナルヘッド５５の保護管５５ａ内部に熱電対５１を挿入する。更に、ターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂを貫通孔５３のねじ込み部５３ａにねじ込むことにより、ターミナルヘッド５５を外車室３の貫通孔５３で支持固定する。
【００４４】
この図２〜図５に示すように、温度計測装置５を構成することで、ディフューザ２の外側円筒２２と外車室３との間の空間において、熱電対５１がシース５１ｃにのみ覆われた状態となる。これにより、ガスタービン駆動時において、タービン本体１０からディフューザ２に排出される排ガスのために、ディフューザ２内部が高温に曝されることで変形することで、熱振動が発生するが、シース５１ｃに柔軟性により振動を吸収することができる。このとき、熱電対５１は、ターミナルヘッド５５のスプリング５５ｃによって押圧されているため、その先端がウェル５２ａに接触されたままの状態に保持することができる。
【００４５】
又、本実施形態におけるガスタービンでは、温度計測装置５において、熱電対５１が、その先端がディフューザ２内に設置された保護管５２の先端で固定されることによって、支持される。そのため、熱電対５１のディフューザ２に対する相対位置が、ディフューザ２において熱振動が発生したとしても変位することがなく、一定とすることができる。これにより、温度計測装置５で計測されるＢＰＴ温度に対して、ディフューザ２の熱振動による影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は、本実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。
【図２】は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【図３】は、図２に示す温度計測装置における熱電対の構成を示す概略構成図である。
【図４】は、図２に示す温度計測装置における保護管部分の構成を示す概略断面図である。
【図５】は、図２に示す温度計測装置における貫通孔部分の構成を示す概略断面図である。
【図６】は、従来のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ ロータ
２ ディフューザ
３ 外車室
４ 内車室
５ 温度計測装置
６ 燃焼器
７ 燃焼監視装置
８ 制御装置
９ 燃料供給装置
１０ タービン本体
１１ 動翼
１２ 軸受
１３ 軸受ハウジング
２１ 内側円筒
２２ 外側円筒
２３ ストラット
２４ ストラットカバー
２５ 固定用リング
４１ 静翼
５１ 熱電対
５２ 保護管
５３ 貫通孔
５５ ターミナルヘッド
５６ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、
前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記ディフューザ内部に挿入される熱電対と、
前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに、前記熱電対の前記ディフューザ内部に挿入された部分を覆うことで前記熱電対を耐熱保護する保護管と、
前記車室を貫通して前記熱電対が挿入される貫通孔と、
前記車室外部に設置されて、前記保護管先端に前記熱電対先端を接触させるように押圧するターミナルヘッドと、
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記保護管が、
両端を開口部とし、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに前記ディフューザ内部に延びる管本体と、
前記管本体の前記ディフューザ内部における先端に設置されて前記熱電対の先端に当接されるウェルと、
前記ウェルを前記管本体に固定する固定部材と、
を備え、
前記熱電対の先端が当接した前記ウェルを前記管本体に固定することで、前記ディフューザ内部での前記熱電対の先端位置を固定することを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記固定部材がＬ字断面を円周状に連続させたリング形状であり、
前記管本体の前記ディフューザ内部における先端端面と、前記ウェルの前記熱電対と当接する第１端面とが接触し、前記管本体及び前記ウェルそれぞれの側面及び前記ウェルの第１端面の逆側の第２端面と、前記固定部材の内壁面とが接触することで、前記ウェルが前記管本体の先端に固定されることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項４】
前記管本体が、前記ディフューザの前記車室側の外壁を貫通して、前記ディフューザの前記車室側の外壁面との当接部分で固定されることで、前記ディフューザ内部と前記ディフューザ外部とをシールすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の温度計測装置。
【請求項５】
前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって滑らかに変化する曲面形状であることを特徴とする請求項５に記載の温度計測装置。
【請求項７】
前記熱電対において、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部近傍位置に対応する部分に対して硬化材料をコーティングして被覆することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の温度計測装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする燃焼監視装置。
【請求項９】
請求項８に記載の燃焼監視装置と、
該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、
前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記ディフューザ内部に挿入される熱電対と、
前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに、前記熱電対の前記ディフューザ内部に挿入された部分を覆うことで前記熱電対を耐熱保護する保護管と、
前記車室を貫通して前記熱電対が挿入される貫通孔と、
前記車室外部に設置されて、前記保護管先端に前記熱電対先端を接触させるように押圧するターミナルヘッドと、
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記保護管が、
両端を開口部とし、前記ディフューザの前記車室側の外壁面に支持固定されるとともに前記ディフューザ内部に延びる管本体と、
前記管本体の前記ディフューザ内部における先端に設置されて前記熱電対の先端に当接されるウェルと、
前記ウェルを前記管本体に固定する固定部材と、
を備え、
前記熱電対の先端が当接した前記ウェルを前記管本体に固定することで、前記ディフューザ内部での前記熱電対の先端位置を固定することを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記固定部材がＬ字断面を円周状に連続させたリング形状であり、
前記管本体の前記ディフューザ内部における先端端面と、前記ウェルの前記熱電対と当接する第１端面とが接触し、前記管本体及び前記ウェルそれぞれの側面及び前記ウェルの第１端面の逆側の第２端面と、前記固定部材の内壁面とが接触することで、前記ウェルが前記管本体の先端に固定されることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項４】
前記管本体が、前記ディフューザの前記車室側の外壁を貫通して、前記ディフューザの前記車室側の外壁面との当接部分で固定されることで、前記ディフューザ内部と前記ディフューザ外部とをシールすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の温度計測装置。
【請求項５】
前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって開口面積が広くなる形状であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部において、その内壁面が先端に向かって滑らかに変化する曲面形状であることを特徴とする請求項５に記載の温度計測装置。
【請求項７】
前記熱電対において、前記管本体の前記ディフューザの外壁面側の先端端部近傍位置に対応する部分に対して硬化材料をコーティングして被覆することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の温度計測装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする燃焼監視装置。
【請求項９】
請求項８に記載の燃焼監視装置と、
該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２０６０２３（Ｐ２００７−２０６０２３Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８３１０（Ｐ２００６−２８３１０）
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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