特許 5730412 ガスタービンの調節方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730412

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】ガスタービンの調節方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/00 20060101AFI20150521BHJP

   G05B 23/02 20060101ALI20150521BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20150521BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   F02C9/00 B

   G05B23/02 V

   F23R3/00 E

   F01D25/00 V

   F01D25/00 W

【請求項の数】2

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2013-552944(P2013-552944)

(86)(22)【出願日】2012年2月8日

(65)【公表番号】特表2014-510223(P2014-510223A)

(43)【公表日】2014年4月24日

(86)【国際出願番号】EP2012052094

(87)【国際公開番号】WO2012107467

(87)【国際公開日】20120816

【審査請求日】2013年12月19日

(31)【優先権主張番号】11154149.6

(32)【優先日】2011年2月11日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(72)【発明者】

【氏名】ドイカー、エバーハルト

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１２００７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１０５１４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ９／００

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ２３Ｒ ３／００

Ｇ０５Ｂ ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定値（Ｍ_n1、Ｍ_n2）が異なる時点（ｎ１、ｎ２）で、すなわち少なくとも第１の時点（ｎ１）および第２の時点（ｎ２）で測定され、その際第１の時点（ｎ１）は第２の時点（ｎ２）の前にあり、測定された測定信号値（Ｍ_n1、Ｍ_n2）が減衰ファクタ（λ）により平滑処理されることによって、減衰された信号値（Ｓ_n1，Ｓ_n2）が測定値（Ｍ_n1、Ｍ_n2）から作られるガスタービンの調節方法において、
第２の時点（ｎ２）で測定された測定信号値（Ｍ_n2）が第１の時点（ｎ１）の減衰信号値（Ｓ_n1）より大きいかそれと等しいときは、第２の時点（ｎ２）で測定された測定信号値（Ｍ_n2）が第１の時点（ｎ１）の減衰信号値（Ｓ_n1）より小さいときよりも、より高い減衰ファクタ（λ）が調節に利用され、
平滑が指数的平滑であることを特徴とするガスタービンの調節方法。

【請求項2】

減衰信号値（Ｓ_n2）が２つの積（Ｐ１）、（Ｐ２）の和からなり、第１の積（Ｐ１）が減衰ファクタ（λ）と第２の時点で測定された測定信号値（Ｍ_n2）とを乗算したものであり、第２の積（Ｐ２）が１から減衰ファクタ（λ）を引いた差値と第１の時点（ｎ１）の減衰信号値（Ｓ_n1）とを乗算したものであることを特徴とする請求項１記載の調節方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定信号値が異なる時点で、すなわち少なくとも１つの第１の時点と１つの第２の時点で測定され、第１の時点が第２の時点の前にあり、測定された測定信号値が減衰ファクタで平滑処理されることにより減衰された信号値が測定信号値から作られるようにした、ガスタービンの調節方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、一般に圧縮機、タービンおよび燃焼室部分を有する流体機械である。圧縮機では吸引された周囲空気が圧縮され、圧縮された空気が最終的に燃焼室部分に導かれる。燃焼室部分には多くの場合複数のバーナを備えた少なくとも１つの燃焼室が配置され、これらのバーナに圧縮空気が導かれる。圧縮空気のほかにバーナにはさらに燃料が導かれ、この燃料は空気と混合されて燃焼される。この場合燃焼室に発生する高温の燃焼排ガスはタービンに導かれ、そこで膨張および冷却されてタービンが回転させられる。このようにして燃焼排ガスの熱エネルギーが機械的な仕事に変換され、一方では圧縮機の駆動に、他方ではたとえば電流発生用の発電機などの負荷の駆動に利用される。

【0003】

燃焼室での燃焼に際しては、安定した炎が得られるように注意しなければならない。炎の不安定性は特に燃焼排ガスにおける共鳴燃焼振動により生じ、これは一方では有害物質の排出を高め、他方では燃焼室の震動ないし振動を招き、燃焼室の寿命を減少させ、保守点検間隔を短縮する。

【0004】

ガスタービンおよびほかの燃焼設備の燃焼安定性は一般に時間的に著しく変動する測定信号により判断される。これはたとえば燃焼室における加速または圧力振幅の測定による測定信号でありうる。不所望な高周波成分を抑制するため測定信号は通常は減衰される。しかし測定の高さ経過においては一定の時間間隔で再三にわたって以下においてピークと称する頂点が生じる。これは「木の柵」現象とも呼ぶことができる。ピーク間において高さは完全に非臨界的な値に低下する。個々のピークはしかしまだ非臨界的ではない。しかしピークが繰り返され、ピークの高さが増大するかピークの連続性が密になると、これは不安定性の開始を示唆する。

【0005】

従来は調節のため大抵はいわゆるピーク保持値信号（ピークホールド信号とも呼ばれる）が利用されている。この場合所定の時間にわたって最大値として現れた高さだけが信号値として再現される。この信号はしかしピークの繰り返し周波数に関する情報を提供するものではない。時間窓が大きければ、場合によっては個々の危険のないピークだけが存在したにも拘わらず調節に臨界的な高い振幅値が伝達される。時間窓がごく小さく時間窓毎に最大１つのピークが予期される場合は、高い信号と低い信号が急速に交番し、調節は不安定でしばしば極めて非効率的になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、上述の欠点を回避したガスタービンの調節方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によればこの課題は、測定信号値が異なる時点で、すなわち少なくとも１つの第１の時点および１つの第２の時点で測定されるガスタービンの調節方法を提供することで解決される。この場合第１の時点は第２の時点の前にある。測定された測定信号値が減衰ファクタにより平滑処理されることによって、減衰された信号値が測定信号値から作られる。第２の時点での測定信号値と第１の時点での減衰信号値との差に関係して異なる減衰ファクタが利用される。これによりピークの振幅高さ並びに繰り返し周波数に反応する信号値が形成される。これにより効率的な平滑が可能となる。平滑は指数的平滑である。従って体系化では識別できない特に良好な時間列値を平滑することができる。

【0008】

本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

【0009】

減衰信号値は２つの積の和から形成されると有利であり、第１の積は減衰ファクタを第２の時点で測定された測定信号値で乗算したものであり、第２の積は１から減衰信号値を引いた差値を第１の時点での減衰信号値で乗算したものである。これは特に簡単に実現できる。

【0010】

特に有利な実施態様では、第２の時点で測定された信号値が第１の時点での減衰信号値より大きいか等しいときは、第２の時点で測定された信号値が第１の時点での減衰信号値より小さいときよりも、より高い減衰ファクタ（弱い減衰）が使用される。

【0011】

突然生じるピークはその上昇においてそれゆえ弱い減衰用であり、すなわち減衰ファクタは高いので、減衰信号値はピーク上昇中に急速に上昇する。ピークの降下時には強い減衰ファクタへの切換が行われ、すなわち減衰ファクタは低い。減衰された信号値はそれゆえごく緩慢に降下する。

【0012】

本発明の特徴、特性および利点を以下添付の図面を参照して一実施例に基づき説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は時間ｔを横軸にして測定信号、従来技術により減衰された信号値並びに本発明により減衰された信号値を示したダイアグラムである。

【0014】

図１は時間ｔを横軸とした測定信号値を持つ曲線１を示す。測定信号１の曲線は以下ピーク４と称する頂点を有し、これらのピークは差し当たり約２秒から３秒ごとに現れる。約２．０以上の測定信号値はここでは臨界とみなされる。これらのピーク４の繰り返し周波数が相応して高ければ、調節器による介入が行われるべきである。時間ｔ＝１４と時間ｔ＝１９の間でピーク４の数は増大する。時間ｔ＝１９では運転状態の変化が生じる。測定信号値を有する曲線１は続いて十分に安定した経過を辿る。

【0015】

曲線２では曲線１の測定信号値から従来技術により減衰された信号値が作られる。これらは時間ｔを横軸として示されている。従来技術による減衰により高周波成分が回避される。しかし曲線２はピーク間において再三にわたり著しく降下する。従来技術により減衰された曲線２の信号値に対してはしかし明確に臨界と非臨界とを区別する値は示されない。０．９５と１．１５の間の値は時間ｔ＝１９までの臨界相でもその後の安定相でも発生する。従って、効率的な調節は不可能である。

【0016】

曲線３は本発明による方法により作られたものである。ここで測定信号値Ｍ_n1、Ｍ_n2は異なる時点ｎ１、ｎ２で、すなわち少なくとも第１の時点ｎ１と第２の時点ｎ２で測定され、その際第１の時点ｎ１は第２の時点ｎ２より前にある。測定された測定信号Ｍ_n1、Ｍ_n2は減衰ファクタλで指数的に平滑処理される。これにより信号値Ｓ_n1、Ｓ_n2が作られる。この場合第２の時点ｎ２で測定された測定信号値Ｍ_n2が第１の時点ｎ１の減衰信号値Ｓ_n1より大きいか等しいときは、第２の時点ｎ２で測定された測定信号値Ｍ_n2が第１の時点ｎ１の減衰信号値Ｓ_n1より小さいときよりも、より高い減衰ファクタλが使用される。

【0017】

この指数的平滑は次式により与えられる。

【0018】

Ｓ_n2＝λ_x×Ｍ_n2＋（１−λ_x）×Ｓ_n1 ただし ｘ＝１，２
ここで
Ｍ_n2 ≧ Ｓ_n1のときｘ＝２
Ｍ_n2 < Ｓ_n1のときｘ＝１
ただし λ₂ > λ₁

【0019】

ここでλ_x、ｘ＝１，２は減衰ファクタ、Ｍ_n2は時点ｎ２で測定された測定信号値、Ｍ_n1は時点ｎ１で測定された測定信号値、Ｓ_n1は時点ｎ１で減衰された信号値、Ｓ_n2は時点ｎ１で減衰された信号値である。

【0020】

実施例において本発明により減衰された信号値ではたとえばλ₂＝０．３、λ₁＝０．０５が選ばれた。ピーク４の後で曲線３に示す本発明により減衰された信号値は、従来技術により減衰された曲線２の信号値の場合よりも著しく緩慢に降下する。その結果時間的に後続するピーク４では本発明により減衰された信号値は従来技術により減衰された信号値よりも高い値に到達する。これは調節目的にとってしばしば所望の効果である。時点ｔ＝１４と時点ｔ＝１９の間ではピーク４の周波数は増大する。ここで観察できることは、本発明により減衰された信号値はこの臨界的時間窓では１．５以上に留まるのに対し、曲線２の従来技術により減衰された信号値は再三にわたってほぼ１．０に降下することである。これに対し本発明により減衰された信号値はｔ＝０とｔ＝１９の間の臨界時間において決して１．３以下には降下せず、これにつづく非臨界時間では決して１．１６以上に上昇しない。突然発生するピーク４はそれゆえその上昇において弱い減衰を考慮する、すなわち減衰ファクタλは高く、減衰された信号値はピーク上昇中にそれゆえ迅速に上昇する。ピーク４の降下時には強い減衰への切換が行われる、すなわち減衰ファクタλは低い。減衰された信号値はそれゆえごく緩慢に降下する。

【0021】

従って本発明による方法により、迅速にピークに（弱い減衰への切換により）反応するが細分化されたピークよりもより臨界的に迅速な連続ピークを評価するガスタービンの効率的な調節が実現される。

【符号の説明】

【0022】

１ 測定信号値曲線
２ 従来技術により減衰された信号値曲線
３ 本発明により減衰された信号値曲線
４ ピーク

【図1】