(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御機構において、
前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、
前記開度指令演算部には、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられていることを特徴とするガスタービン燃料の制御機構。
【請求項２】
燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御機構において、
前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、
前記開度指令演算部には、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記上流側圧力（Ｐ２）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられていることを特徴とするガスタービン燃料の制御機構。
【請求項３】
前記開度指令演算部は、前記上流側圧力（Ｐ１）と、前記上流側圧力（Ｐ２）または前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）のいずれか一方とにより、前記圧力調節弁がチョーク状態またはノンチョーク状態にあることを判断するチョーク状態判定部を備え、該チョーク状態判定部の判定結果を前記開度指令値の演算に反映させたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン燃料の制御機構。
【請求項４】
前記ガス燃料の温度を計測して燃料温度計測値を前記開度指令演算部に入力する温度計測部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン燃料の制御機構。
【請求項５】
空気を導入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンとを具備し、前記燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に請求項１から４のいずれか１項に記載の制御機構を設けたことを特徴とするガスタービン。
【請求項６】
燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御方法であって、
前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、
前記開度指令演算部が、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とにより前記開度指令値を得ることを特徴とするガスタービン燃料の制御方法。
【請求項７】
燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御方法であって、
前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、
前記開度指令演算部が、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記上流側圧力（Ｐ２）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とにより前記開度指令値を得ることを特徴とするガスタービン燃料の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンのガス燃料供給系に係り、特に、燃焼器に所望の燃料を供給するガスタービン燃料の制御機構及びこの制御機構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、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを主な構成要素とする装置である。
一般に、ガスタービンの燃焼器にガス燃料を供給するガス燃料供給系では、ガス燃料を一定の圧力に維持しつつ、ガスタービンの燃焼器に所望の燃料流量を与えるための制御機構が必要である。
このようなガスタービン燃料の制御機構としては、ガス燃料流量を制御する流量調節弁と、流量調節弁の上流でガス燃料の圧力制御を行う圧力調節弁とを用いた構成が知られている。
【０００３】
図１９に示すガスタービン燃料の制御機構１は、不図示の燃料供給源（燃料タンク等）から天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料を導入する燃料配管２に設置された圧力調節弁３及び流量調節弁４を備えている。
圧力調節弁３は、一定の圧力Ｐ１で供給されてくるガス燃料を所望の圧力Ｐ２に調圧するための制御弁である。この圧力調節弁３は、下流側（二次側）で検出される調圧後の圧力が所望の圧力Ｐ２に維持されるよう常に開度調整を行っている。
【０００４】
流量調節弁４は、所望の圧力Ｐ２で供給されてくるガス燃料の流量を所望の値に調整する制御弁である。図示の構成例では、ガスタービンの燃焼器Ｆに設けられた複数の燃料ノズルＮ毎に流量調節弁４を備えている。すなわち、燃料配管２は、圧力調節弁３の下流側で燃料ノズルＮの数（図示の例ではｎ個）に応じて並列に分岐した燃料枝配管２ａ〜２ｎとなり、各燃料枝配管２ａ〜２ｎには、流量調節弁４ａ〜４ｎ及び燃料ノズルＮａ〜Ｎｎが設けられている。
なお、ガスタービンの一構成例においては、１台のガスタービンが複数の燃焼器Ｆを備えており、各燃焼器Ｆに対して、複数のメイン燃料ノズルと、パイロット燃料ノズルとが設けられている。
【０００５】
また、ガスタービンの燃料システムに関する従来技術としては、たとえば下記の特許文献１において、圧力制御における圧力制御弁の応答改善が提案されている。この従来技術は、燃料圧の変化に対する応答時間が減少するように、正のフィードバック制御信号を提供するものであるが、燃料流量に関する条件は用いられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したガスタービン燃料の制御機構１は、燃料流量の制御を可能にするため、ガス燃料の流量を制御する流量調節弁４と、その上流設置して圧力制御を行う圧力調節弁３とを備えたものであるが、以下に説明するような問題が指摘されている。
すなわち、ガスタービンの急激な過渡現象（負荷遮断など）が生じた場合、圧力調節弁３の下流側では圧力（二次側調整圧力）Ｐ２が急激に増大し、燃料ノズルＮに対して燃料を過投入してしまう可能性がある。
【０００８】
具体的に説明すると、たとえばｎ個ある燃料ノズルＮ毎に燃料を供給している流量調節弁４のひとつが急な負荷遮断により閉じられた場合、図２０に示すように、圧力調節弁３による下流側圧力の調整が間に合わず、調圧後の圧力Ｐ２は急激な圧力変動をして一時的に上昇する。なお、図２０は、急激な負荷遮断により生じる燃料の過投入を示す説明図であり、ガスタービン燃料流量指令値（所望の燃料流量）Ｑｓを実線で、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２を破線で、実際の燃料投入量Ｑａを太い破線で示している。
【０００９】
上述した圧力Ｐ２の上昇は、流量調節弁４の上流側（一次側）において圧力が上昇したことを意味するので、同じ開度の流量調節弁４を通過して燃料ノズルＮに供給される燃料流量である燃料投入量Ｑａは増加する。すなわち、燃料投入量Ｑａは、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓより大（Ｑａ＞Ｑｓ）となるので、ガスタービンの運転がこのような燃料過投入の状態で継続されると、最悪の場合はガスタービン本体の損傷につながるため好ましくない。
【００１０】
このような背景から、ガスタービンに急激な過渡現象が生じた場合であっても、燃料の過投入を防止または抑制して、ガスタービン本体の損傷を防止するガスタービン燃料の制御機構が望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ガスタービンに急激な過渡現象が生じた場合であっても燃料の過投入を防止または抑制できるガスタービン燃料の制御機構、及びこのガスタービン燃料の制御機構を備えたガスタービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガスタービン燃料の制御機構は、燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御機構において、前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、前記開度指令演算部には、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
このようなガスタービン燃料の制御機構によれば、圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて開度指令値を得るとともに、開度指令演算部には、上流側圧力（Ｐ１）、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の入力値から圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、上流側圧力（Ｐ２）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により必要開度を補正して開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられているので、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）が反映された開度指令値となる。従って、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を用いて圧力調節弁を先行動作させることにより、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになり、燃料の過投入も防止または抑制できる。また、フィードフォワード制御部においては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映させた開度指令値を算出し、圧力調節弁を先行動作させることが可能になる。
【００１３】
本発明に係るガスタービン燃料の制御機構は、燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御機構において、前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、前記開度指令演算部には、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記上流側圧力（Ｐ２）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
このようなガスタービン燃料の制御機構によれば、圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて開度指令値を得るとともに、開度指令演算部には、上流側圧力（Ｐ１）、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び上流側圧力（Ｐ２）の入力値から圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、上流側圧力（Ｐ２）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により必要開度を補正して開度指令値を得るフィードバック制御部とが設けられているので、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）が反映された開度指令値となる。従って、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を用いて圧力調節弁を先行動作させることにより、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになり、燃料の過投入も防止または抑制できる。また、フィードフォワード制御部においては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映させた開度指令値を算出し、圧力調節弁を先行動作させることが可能になる。この場合のフィードフォワード制御部は、ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）に代えて実測値の上流側圧力（Ｐ２）から必要開度を得るようにしたので、上流側圧力（Ｐ２）の圧力変動に速やかに応答して圧力調節弁を先行動作させることができる。
【００１５】
上記の発明において、前記開度指令演算部は、前記上流側圧力（Ｐ１）と、前記上流側圧力（Ｐ２）または前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）のいずれか一方とにより、前記圧力調節弁がチョーク状態またはノンチョーク状態にあることを判断するチョーク状態判定部を備え、該チョーク状態判定部の判定結果を前記開度指令値の演算に反映させることが好ましく、これにより、運転状況に応じてより適切な開度指令値を得ることが可能になる。
上記の発明において、前記ガス燃料の温度を計測して燃料温度計測値を前記開度指令演算部に入力する温度計測部を設けることが好ましく、これにより、燃料温度により燃料密度が変動するという外乱要因を低減し、圧力調節弁の開度制御を高精度に行うことが可能になる。
【００１６】
本発明に係るガスタービンは、空気を導入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器から燃焼ガスの供給を受けるタービンとを具備し、前記燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に請求項１から４のいずれか１項に記載の制御機構を設けたことを特徴とするものである。
このようなガスタービンによれば、前記燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン燃料の制御機構を設けたので、ガスタービンに急激な過渡事象が生じた場合であっても、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）が反映された開度指令値により圧力調節弁を先行動作させ、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制でき、燃料の過投入も防止または抑制できる。
【００１７】
本発明に係るガスタービン燃料の制御方法は、燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御方法であって、前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、前記開度指令演算部が、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とにより前記開度指令値を得ることを特徴とするものである。
このようなガスタービン燃料の制御方法によれば、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映した開度指令値が用いられる。従って、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を用いて圧力調節弁を先行動作させることにより、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになり、燃料の過投入も防止または抑制できる。また、フィードフォワード制御部においては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映させた開度指令値を算出し、圧力調節弁を先行動作させることが可能になる。
【００１８】
本発明に係るガスタービン燃料の制御方法は、燃焼器の燃料ノズルにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁により所定の圧力に調整された前記ガス燃料を流量調節弁が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルに与えるガスタービン燃料の制御方法であって、前記圧力調節弁の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部を備え、該開度指令演算部は、前記圧力調節弁の上流側圧力（Ｐ１）と、前記流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及びガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）との入力値に基づいて前記開度指令値を得るとともに、前記開度指令演算部が、前記上流側圧力（Ｐ１）、前記ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）及び前記上流側圧力（Ｐ２）の入力値から前記圧力調節弁の必要開度を得て先行動作させるフィードフォワード制御部と、前記上流側圧力（Ｐ２）及び前記ガス燃料供給圧力設定値（Ｐ２set）の差分により前記必要開度を補正して前記開度指令値を得るフィードバック制御部とにより前記開度指令値を得ることを特徴とするものである。
このようなガスタービン燃料の制御方法によれば、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映した開度指令値が用いられる。従って、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を用いて圧力調節弁を先行動作させることにより、流量調節弁の上流側圧力（Ｐ２）に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになり、燃料の過投入も防止または抑制できる。また、フィードフォワード制御部においては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値（Ｑｓ）を反映させた開度指令値を算出し、圧力調節弁を先行動作させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によれば、ガスタービンに急激な過渡現象が生じても燃料の過投入を防止または抑制できるようになり、ガスタービン本体の損傷を防止して信頼性や耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るガスタービン燃料の制御機構の一実施形態を示す系統図である。
【図２】図１に示した開度指令演算部の演算ロジック図である。
【図３】図２に示した演算ロジックの第１変形例を示す図である。
【図４】図２に示した演算ロジックの第２変形例を示す図である。
【図５】図２に示した演算ロジックの第３変形例を示す図である。
【図６】図１に示したガスタービン燃料の制御機構について、温度計測部を追加して設けた他の実施形態を示す系統図である。
【図７】本発明に係るガスタービン燃料の制御機構について、第１の参考例を示す系統図である。
【図８】図７に示した開度指令演算部の演算ロジック図である。
【図９】図８に示した演算ロジックの変形例を示す図である。
【図１０】図７に示したガスタービン燃料の制御機構について、Ｐ２圧力推定値演算部を追加して設けた他の参考例を示す系統図である。
【図１１】図７に示したガスタービン燃料の制御機構について、温度計測部を追加して設けた他の参考例を示す系統図である。
【図１２】本発明に係るガスタービン燃料の制御機構について、親子弁を備えた圧力調節弁が採用されている従来例を示す系統図である。
【図１３】図１２に示したガスタービン燃料の制御機構について、第２の参考例として親子弁を備えた圧力調節弁が採用されている構成例を示す系統図である。
【図１４】親子弁を備えた圧力調節弁が採用されている第２の参考例において、ガスタービンの出力と燃料系統における各部の圧力との関係を示す図である。
【図１５】図１３に示した制御システムの構成例を示す図である。
【図１６】図１３に示した制御システムの構成例について、第１変形例を示す図である。
【図１７】図１３に示した制御システムの構成例について、第２変形例を示す図である。
【図１８】図１３に示した制御システムの構成例について、第３変形例を示す図である。
【図１９】ガスタービン燃料の制御機構に係る従来例を示す系統図である。
【図２０】負荷遮断により燃料過投入が生じることを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るガスタービン燃料の制御機構及びガスタービンの一実施形態を図面に基づいて説明する。
ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを主な構成要素とする装置であり、圧縮機は空気を取り込んで圧縮し、高圧の圧縮空気を吐出する。圧縮機から吐出された圧縮空気は、燃焼用空気として燃焼器に取り入れられ、燃焼器に供給されたガスタービン燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスはタービンに取り入れられ、動翼及び静翼間を燃焼ガスが流れることによりタービンを駆動して出力を得る。
【００２２】
ガスタービンに供給するガスタービン燃料は、たとえば図１に示すようなガス燃料供給系を備えている。
ガス燃料供給系は、燃料タンク等の燃料供給源からガス燃料を導入する燃料配管２を備えている。この燃料配管２は、燃焼器Ｆ内に設置されているノズルＮの数（図示の例ではＮａからＮｎまでｎ個）に応じて分岐され、すなわち、パイロットノズルや複数のメインノズル毎に分岐した燃料枝配管２ａ〜２ｎを並列に配置したものとなる。なお、燃焼器Ｆが複数設けられている場合には、燃焼器Ｆ毎に同様の燃料配管２及び燃料枝配管２ａ〜２ｎが配設されている。
【００２３】
上述した燃料配管２には、一定の圧力Ｐ１で供給されてくるガス燃料を所望の圧力Ｐ２に調圧する圧力調節弁３が設けられている。この圧力調節弁３は、下流側（二次側）で検出される調圧後の圧力が所望の圧力Ｐ２を維持するように、常に開度調整を行っている。
また、燃料枝配管２ａ〜２ｎには、所望の圧力Ｐ２で供給されてくるガス燃料の流量を所望の値に調整する流量調節弁４ａ〜４ｎが設置されている。
なお、以下の説明において、流量調節弁４ａ〜４ｎの区別が不要の場合には、流量調節弁４ａ〜４ｎを総称して流量調整弁４と呼ぶことにする。
【００２４】
上述したガスタービン燃料のガス燃料供給系は、ガスタービン燃料の制御機構（以下、「制御機構」と呼ぶ）１Ａを備えている。この制御機構１Ａは、燃焼器Ｆの燃料ノズルＮにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系に用いられ、圧力調節弁３により所定の圧力Ｐ１に調整されたガス燃料を流量調節弁４が所望の燃料流量に制御して燃料ノズルＮに与えるための制御装置である。
【００２５】
この制御機構１Ａは、圧力調節弁３の開度指令値を演算して出力する開度指令演算部１０を備えている。
この開度指令演算部１０は、圧力調節弁３の上流側で検出した圧力Ｐ１と、流量調節弁４の上流側（圧力調節弁３の下流側でもある）で検出した圧力Ｐ２と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとの入力値に基づいて、圧力調節弁３の開度指令値Ｓを得るものである。従って、この開度指令値Ｓが開度指令演算部１０から出力されることにより、圧力調節弁３の開度調整は、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを反映した開度指令値Ｓにより行われる。
【００２６】
上述した開度指令演算部１０は、たとえば図２に示した演算ロジック図のように、圧力Ｐ１、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの入力値から圧力調節弁３の必要開度を得るフィードフォワード制御部（以下、「ＦＦ制御部」と呼ぶ）２０と、圧力Ｐ２及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの差分により必要開度を補正して開度指令値Ｓを得るフィードバック制御部（以下、「ＦＢ制御部」と呼ぶ）３０とを備えている。
【００２７】
ＦＦ制御部２０には、たとえばガスタービンの運転制御部２１等から、ガスタービンの運転状況に応じて定まるガス燃料の必要流量指令値Ｇsetが入力される。この場合の必要流量指令値Ｇsetは、そのままガスタービン流量指令値ＱｓとしてＦＦ制御部２０に入力される。ＦＦ制御部２０は、流量指令値Ｑｓに対して、圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力条件下で必要な弁開度を演算するロジックを有している。
具体的に説明すると、ガスタービン流量指令値Ｑｓの入力を受けたＦＦ制御部２０は、必要Ｃｖ値算出部２２において、圧力調節弁３の必要Ｃｖ値計算値Ｓｃを算出する。この必要Ｃｖ値計算値Ｓｃは、圧力調節弁３の上流側で計測される圧力Ｐ１及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの条件に対応した値が所定の演算式により算出される。
【００２８】
こうして算出された必要Ｃｖ値計算値Ｓｃは、Ｃｖ値−開度変換部２３に入力され、Ｃｖ値を開度に変換する演算処理をして開度指令値Ｓ１の信号を得る。
こうして得られた開度指令値Ｓ１は、ガスタービンの運転状況に応じて定まる圧力調整弁３の開度指令信号であり、後述するＦＢ制御部３０に出力される。
すなわち、ＦＦ制御部２０においては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを反映させた開度指令値Ｓ１を算出する演算処理を行い、圧力調節弁３の開度を所望の開度に先行動作させることができる。
【００２９】
ＦＢ制御部３０は、流量調節弁４の上流側（圧力調節弁３の下流側）で検出した圧力Ｐ２と、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとの圧力値を比較して差分をとり、この差分からＰＩコントローラ３１によるフィードバック信号Ｓ２を算出する演算処理機能を有している。
こうして算出されたフィードバック信号Ｓ２は、ＦＦ制御部２０から出力される開度指令値Ｓ１に加算処理される。この結果、最終的な圧力調節弁３の開度指令値Ｓとしては、実際の圧力Ｐ２を反映するように補正した値が出力される。
【００３０】
このような制御機構１Ａによれば、圧力調節弁３の開度指令信号を演算して出力する開度指令演算部１０が、圧力調節弁３の上流側の圧力Ｐ１と、流量調節弁４の上流側の圧力Ｐ２と、運転状況に応じて変化するガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとの入力値に基づいて開度指令値Ｓを得るので、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓが確実に反映された開度指令値Ｓとなる。
【００３１】
このため、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを用いて圧力調節弁３を先行動作させることにより、流量調節弁４の上流側の圧力Ｐ２に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになる。この結果、流量調節弁４の上流側で圧力Ｐ２が急激に上昇し、この圧力上昇に伴って流量調節弁４を通過する燃料流量が増大することを防止または抑制できるので、燃料の正確な流量制御が可能になり、ガスタービン損傷の原因となる燃料の過投入を防止または抑制することができる。
【００３２】
また、上述した実施形態の演算ロジックについては、たとえば図３に示した第１変形例のように構成してもよい。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３の開度指令演算部１０Ａでは、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setに代えて、流量調節弁４の上流側で検出した実測値の圧力Ｐ２から必要開度を得るＦＦ制御部２０Ａが採用されている。
【００３３】
すなわち、この第１変形例では、圧力Ｐ１、Ｐ２及びガスタービン燃料流量指令値Ｑｓの入力値から圧力調節弁３の必要開度を得るＦＦ制御部２０Ａと、圧力Ｐ２及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの差分により必要開度を補正して開度指令値Ｓを得るＦＢ制御部３０とを備えた演算ロジックとなる。
ガスタービン流量指令値Ｑｓの入力を受けたＦＦ制御部２０Ａは、必要Ｃｖ値算出部２２Ａにおいて、圧力調節弁３の必要Ｃｖ値計算値Ｓｃを算出する。この必要Ｃｖ値計算値Ｓｃは、圧力調節弁３の上流側で計測される圧力Ｐ１及び流量調節弁４の上流側で計測される圧力Ｐ２の条件に対応した値が所定の演算式により算出される。
【００３４】
こうして算出された必要Ｃｖ値計算値Ｓｃ′は、Ｃｖ値−開度変換部２３に入力され、Ｃｖ値を開度に変換する演算処理をして開度指令値Ｓ１′の信号を得る。この開度指令値Ｓ１′は、ガスタービンの運転状況に応じて定まる圧力調整弁３の開度指令信号としてＦＢ制御部３０に出力される。
すなわち、ＦＦ制御部２０Ａにおいては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓと実際の圧力Ｐ２とを反映させた開度指令値Ｓ１′を算出する演算処理を行い、圧力調節弁３の開度を所望の開度に先行動作させることができる。
【００３５】
ＦＢ制御部３０は、流量調節弁４の上流側で検出した圧力Ｐ２と、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとの圧力値を比較して差分をとり、この差分からＰＩコントローラ３１によるフィードバック信号Ｓ２を算出する。このフィードバック信号Ｓ２は、ＦＦ制御部２０Ａから出力された開度指令値Ｓ１′に加算処理されるので、最終的な圧力調節弁３の開度指令値Ｓ′は、実際の圧力Ｐ２を反映するように補正した値が出力される。
このような第１変形例の演算ロジックを採用すれば、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを反映させた開度指令値Ｓ′を算出し、圧力調節弁３を先行動作させることが可能になる。特に、この場合のＦＦ制御部２０Ａは、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setに代えて、実測値である流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２から必要開度の開度指令値Ｓ′を得るようにしたので、圧力Ｐ２の圧力変動に速やかに応答して圧力調節弁３を先行動作させることができる。
【００３６】
このため、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及び実測値の圧力Ｐ２を用いて圧力調節弁３を先行動作させるため、流量調節弁４の上流側の圧力Ｐ２に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制できるようになる。この結果、圧力Ｐ２の急上昇に伴って流量調節弁４を通過する燃料流量が増大することを防止または抑制できるので、燃料の正確な流量制御が可能になり、ガスタービン損傷の原因となる燃料の過投入を防止または抑制することができる。
【００３７】
ところで、上述した実施形態の演算ロジックについては、たとえば図４に示した第２変形例のように構成してもよい。
図４の開度指令演算部１０Ｂにおいて、ＦＦ制御部２０Ｂは、圧力調節弁３の上流側圧力Ｐ１と、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとにより、圧力調節弁３の現状がチョーク状態またはノンチョーク状態のいずれかにあることを判断するチョーク状態判定部２４を備えている。なお、圧力調節弁３の現状がチョーク状態の場合には、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの入力はない。
【００３８】
そして、チョーク状態判定部２４の判定結果は、必要Ｃｖ値算出部２２Ｂに入力されることにより、圧力調節弁３の現状（チョーク状態またはノンチョーク状態）が演算に反映された開度指令値ＳＡを得ることができる。
すなわち、必要Ｃｖ値算出部２２Ｂは、圧力調節弁３の上流側で計測される圧力Ｐ１及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの条件に加えて、圧力調節弁３のチョーク状態／ノンチョーク状態に関する現状の判定結果の入力を受け、これらに対応した必要Ｃｖ値計算値ＳＡを得る。この必要Ｃｖ値計算値ＳＡは、Ｃｖ値−開度変換部２３に入力され、Ｃｖ値を開度に変換する演算処理をして開度指令値ＳＡ１の信号を得る。
【００３９】
この開度信号ＳＡ１は、チョーク状態／ノンチョーク状態を反映したガスタービンの運転状況に応じて定まる圧力調整弁３の開度指令値であるから、運転状況がより正確に反映された適切な値となる。
このように、ＦＦ制御部２０Ｂにおいては、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及びチョーク状態／ノンチョーク状態を反映させた開度指令値ＳＡ１を算出する演算処理を行い、圧力調節弁３の開度を所望の開度に先行動作させることができる。
こうして得られた開度信号ＳＡ１はＦＢ制御部３０へ出力され、ＦＢ制御部３０では、上述した実施形態と同様に、流量調節弁４の上流側で検出した圧力Ｐ２と、ガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setとの圧力値を比較して差分をとり、この差分からＰＩコントローラ３１によるフィードバック信号Ｓ２を算出する。
【００４０】
このフィードバック信号Ｓ２は、ＦＦ制御部２０から出力される開度指令値ＳＡ１に加算処理され、最終的な圧力調節弁３の開度指令値Ｓｆとしては、実際の圧力Ｐ２を反映するように補正した値が出力される。
このように、この第２変形例では、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓに加えて、チョーク状態判定部２４の判定結果が最終的な開度指令信号の演算に反映されているので、運転状況に応じてより適切な開度指令値Ｓｆを得ることが可能になる。
【００４１】
このため、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを用い、さらにチョーク状態／ノンチョーク状態を反映させて圧力調節弁３を先行動作させることにより、流量調節弁４の上流側の圧力Ｐ２に大きな圧力変動が生じることをより確実に防止または抑制できるようになる。この結果、流量調節弁４の上流側で圧力Ｐ２が急激に上昇し、この圧力上昇に伴って流量調節弁４を通過する燃料流量が増大することを防止または抑制できるので、燃料の正確な流量制御が可能になり、ガスタービン損傷の原因となる燃料の過投入を防止または抑制することができる。
【００４２】
また、第２変形例で説明したチョーク状態／ノンチョーク状態の判断は、図５に示す第３変形例のように、圧力調節弁３の上流側圧力Ｐ１と、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２とにより実施してもよい。すなわち、図５の開度指令演算部１０Ｃにおいて、ＦＦ制御部２０Ｃは、圧力Ｐ１，Ｐ２により圧力調節弁３の現状がチョーク状態またはノンチョーク状態のいずれかにあることを判断するチョーク状態判定部２４Ａを備えている。
【００４３】
そして、チョーク状態判定部２４Ａの判定結果は、必要Ｃｖ値算出部２２Ｃに入力されることにより、圧力調節弁３の現状（チョーク状態またはノンチョーク状態）が演算に反映された開度指令値ＳＡ′を得ることができる。
すなわち、必要Ｃｖ値算出部２２Ｃは、圧力調節弁３の上流側で計測される圧力Ｐ１及びガス燃料供給圧力設定値Ｐ２setの条件に加えて、圧力調節弁３のチョーク状態／ノンチョーク状態に関する現状の判定結果の入力を受け、これらに対応した必要Ｃｖ値計算値ＳＡ′を得る。この必要Ｃｖ値計算値ＳＡ′は、Ｃｖ値−開度変換部２３に入力されることにより、開度指令値ＳＡ１′の信号が得られる。
【００４４】
この開度信号ＳＡ１′は、チョーク状態／ノンチョーク状態を反映したガスタービンの運転状況に応じて定まる圧力調整弁３の開度指令値であるから、運転状況がより正確に反映された適切な値となる。従って、ＦＦ制御部２０Ｃは、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓ及びチョーク状態／ノンチョーク状態を反映させた開度指令値ＳＡ１′を算出し、圧力調節弁３の開度を所望の開度に先行動作させることができる。
こうして得られた開度信号ＳＡ１′は、上述した第２変形例と同様に、ＦＢ制御部３０へ出力されてフィードバック信号Ｓ２が加算処理され、最終的には実測値の圧力Ｐ２を反映するように補正された圧力調節弁３の開度指令値Ｓｆ′が出力される。
このように、この第３変形例では、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓに加えて、チョーク状態判定部２４Ａの判定結果が最終的な開度指令信号の演算に反映されているので、運転状況に応じてより適切な開度指令値Ｓｆ′を得ることが可能になる。
【００４５】
このため、ガスタービンの急激な過渡事象が生じた場合においても、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓを用い、さらにチョーク状態／ノンチョーク状態を反映させて圧力調節弁３を先行動作させることにより、流量調節弁４の上流側の圧力Ｐ２に大きな圧力変動が生じることをより確実に防止または抑制できるようになる。この結果、流量調節弁４の上流側で圧力Ｐ２が急激に上昇し、この圧力上昇に伴って流量調節弁４を通過する燃料流量が増大することを防止または抑制できるので、燃料の正確な流量制御が可能になり、ガスタービン損傷の原因となる燃料の過投入を防止または抑制することができる。
【００４６】
次に、上述したガスタービン燃料の制御機構について、温度計測部を備えた第４変形例を図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態及び各変形例と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示すガスタービン燃料の制御機構（以下、「制御機構」と呼ぶ）１Ｂは、圧力調節弁３の上流側でガス燃料の温度を計測して燃料温度計測値Ｔを開度指令演算部１０Ｄに入力する温度計測部５を備えている。この温度計測部５は、燃料配管２において、圧力調節弁３の上流側適所に設けられている。
【００４７】
このようなガス燃料の温度情報を計測して開度指令演算部１０Ｄに入力すると、燃料温度によりガス燃料の燃料密度が変動するという外乱要因を低減し、圧力調節弁３の開度制御を高精度に行うことが可能になる。すなわち、ガス燃料の温度に応じて補正された開度指令値Ｓを出力して圧力調整弁３の開度制御を実施するので、燃料流量の制御をより正確に実施して燃料の過投入を防止または抑制することができる。
なお、開度指令演算部１０Ｄにおける他の演算ロジックは、上述した開度指令演算部１０，１０Ａ〜１０Ｃのいずれでもよく、その演算過程において温度の影響を受けるガス燃料の物理量を補正すればよい。
【００４８】
また、圧縮機、燃焼器Ｆ及びタービンを具備して構成されるガスタービンは、燃焼器Ｆの燃料ノズルＮにガス燃料を供給するガスタービンのガス燃料供給系が上述した実施形態及びその変形例として説明した開度指令演算部１０，１０Ａ〜１０Ｄを有する制御機構１Ａ，１Ｂを備えているので、ガスタービンに急激な過渡事象が生じた場合であっても、実際のガスタービン運転に必要なガスタービン燃料流量指令値Ｑｓが反映された開度指令値Ｓ，Ｓ′，Ｓｆ，Ｓｆ′，ＳＢにより圧力調節弁３を先行動作させ、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２に大きな圧力変動が生じることを防止または抑制するとともに、燃料の過投入も防止または抑制する。
従って、上述した本実施形態によれば、ガスタービンに急激な過渡現象が生じても燃料の過投入を防止または抑制でき、この結果、ガスタービン本体の損傷を防止して信頼性や耐久性を向上させることができる。
【００４９】
＜第１の参考例＞
続いて、上述したガスタービン燃料の制御機構について、第１の参考例を図７から図１１に基づいて説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７及び図８に示す参考例は、圧力調節弁３の開度制御をする上述した実施形態とは異なり、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２と、各燃料枝配管２ａ〜２ｎにおける流量調節弁４ａ〜４ｎの下流側圧力Ｐ３ａ〜Ｐ３ｎと、ガスタービン燃料流量指令値Ｑｓとに基づいて開度指令演算部４０が流量調節弁４の開度指令値を算出する。
なお、以下の参考例に関する説明では、燃料枝配管２ａに設けた流量調節弁４ａの下流側圧力をＰ３ａ、燃料岐配管２ｂに設けた流量調節弁４ｂの下流側圧力をＰ３ｂ、燃料岐配管２ｎに設けた流量調節弁４ｎの下流側圧力をＰ３ｎとするが、区別の必要がない場合には流量調節弁４及び下流側圧力Ｐ３とする。
【００５０】
各流量調節弁４ａ〜４ｎの開度指令値Ｆａ〜Ｆｎは、開度指令演算部４０内において、図８に示すような過程により算出される。
開度指令演算部４０に入力されるガスタービン燃料流量指令値Ｑｓは、たとえばガスタービンの運転制御部４１等から流量比演算部４２に入力されるガス燃料の必要流量指令値Ｇsetと、同じくパイロット比設定部４３から流量比演算部４２に入力されるパイロット比とに基づいて算出されたパイロット流量指令値Ｑｐ及びメイン流量指令値Ｑｍである。なお、ガス燃料の必要流量指令値Ｇsetは、ガスタービンの運転状況に応じて定まる値である。
【００５１】
上述したパイロット流量指令値Ｑｐ及びメイン流量指令値Ｑｍは、燃焼器Ｆ内に複数設けられたノズルＮ毎のガスタービン燃料指令値Ｑｓに対応する。すなわち、ガス燃料を供給するノズルＮがパイロットノズルであれば、ガスタービン燃料指令値Ｑｓはパイロット流量指令値Ｑｐとなるが、ガス燃料を供給するノズルＮがメインノズルとなる場合のガスタービン燃料指令値Ｑｓはメイン流量指令値Ｑｐとなる。
こうして流量比演算部４２で算出されたパイロット流量指令値Ｑｐ及びメイン流量指令値Ｑｍは、それぞれがガスタービン燃料指令値Ｑｓとして必要Ｃｖ値算出部４４に入力される。
【００５２】
必要Ｃｖ値算出部４４は、ガスタービン流量指令値Ｑｓに対して、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２及び下流側圧力Ｐ３の圧力条件下で必要な弁開度を演算するロジックを有している。
従って、ガスタービン流量指令値Ｑｓの入力を受けた必要Ｃｖ値算出部４４では、流量調節弁４の必要Ｃｖ値計算値Ｆｃを算出する。具体的な必要Ｃｖ値計算値Ｆｃとしては、パイロット流量指令値Ｑｐに対応する必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐと、メイン流量指令値Ｑｍに対応する必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐとが算出され、それぞれが開度指令計算部４５に入力される。
【００５３】
開度指令計算部４５は、必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐ及び必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐに対応するパイロットノズル用の開度指令値Ｆｐ及びメインノズル用の開度指令値Ｆｍを算出し、開度指令演算部４０から出力する。すなわち、開度指令演算部４０は、流量調節弁４ａ〜４ｎに対して開度指令値Ｆａ〜Ｆｎを出力するが、これらの開度指令値Ｆａ〜Ｆｎを出力する流量調節弁４ａ〜４ｎがパイロットノズルである場合には、開度指令値Ｆａ〜Ｆｎが開度指令値Ｆｐとなり、メインノズルである場合には、開度指令値Ｆａ〜Ｆｎが開度指令値Ｆｍとなる。
【００５４】
このように、上述した開度指令演算部４０による流量調整弁４の開度制御を行うと、圧力調節弁３の上流側圧力Ｐ１が変動して流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２を一定にできない場合でも、圧力Ｐ２を考慮した流量調節弁４の開度調節を行って安定した燃料供給が可能になる。すなわち、圧力調節弁３は、一般的に下流側の圧力変動（圧力Ｐ２の変動）に対する追従性は十分であるが、上流側の圧力Ｐ１が変動した場合の設定圧力に対する追従性は不十分であるから、開度指令演算部４０が流量調節弁４側で流量調整を行うことは、ガス燃料供給量の変動に伴うガスタービン出力への影響を低減する。
【００５５】
換言すれば、ガス燃料を供給する圧力調節弁３の上流側で圧力Ｐ１が変動した場合であっても、開度指令演算部４０は流量調節弁４側で流量調整を行うため、ガス燃料供給量の変動及びガス燃料供給量の変動に伴うガスタービン出力への影響を低減し、安定した出力による運転の継続が可能になる。
また、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２及び下流側圧力Ｐ３は、既存のガスタービンにおいて通常計測されている物理量である。従って、上述した開度指令演算部４０による流量調整弁４の開度制御を行うために、新たなセンサ類の追設は不要であるから、低コストで実施可能となる。
【００５６】
図９に示す演算ロジックは、上述した図８の変形例である。
この変形例では、チョーク・ノンチョーク判定部４６を備えており、この判定結果が必要Ｃｖ値算出部４４Ａに入力される。
この結果、必要Ｃｖ値算出部４４Ａは、チョーク状態／ノンチョーク状態を反映したパイロット流量指令値Ｑｐに対応する必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐ′と、メイン流量指令値Ｑｍに対応する必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐ′とを算出し、それぞれ開度指令計算部４５に入力される。
【００５７】
開度指令計算部４５は、必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐ′及び必要Ｃｖ値計算値Ｆｃｐ′に対応するパイロットノズル用の開度指令値Ｆｐ′及びメインノズル用の開度指令値Ｆｍ′を算出し、開度指令演算部４０から出力する。
このように、上述した変形例の演算ロジックを採用して開度指令演算部４０による流量調整弁４の開度制御を行うと、チョーク状態／ノンチョーク状態が反映されたことで、より正確な弁開度指令演算処理が可能になる。
【００５８】
図１０は、図７に示したガスタービン燃料の制御機構に関する他の参考例であり、Ｐ２圧力推定演算部４７を設けた点が異なっている。なお、図７の制御機構と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この場合のＰ２圧力推定値演算部４７は、ガス燃料の燃料流量計測値、圧力調節弁３の上流側圧力Ｐ１及び圧力調節弁３の弁開度に基づいて、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２を推定する演算処理を行うものである。すなわち、この参考例は、上述した図７の参考例とは異なり、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２を使用しないで開度指令値を算出するものである。
【００５９】
この結果、流量調節弁４の上流側圧力Ｐ２を直接計測できい場合でも、推定により圧力値を得ることができる。このため、通常は新規にセンサを設置して検出することが必要な上流側圧力Ｐ２について、センサ等の追加が不要な既存の入力値によりＰ２圧力推定演算部４７が推測するので、トータルでのコスト増はない。
なお、圧力Ｐ１の計測地点から圧力Ｐ２の計測地点までの配管、オリフィス及びフィルタ等による圧力抵抗特性は既知であるから、圧力Ｐ２を直接計測できなくても推定することが可能である。
【００６０】
また、図１１に示す他の参考例は、図７に示したガスタービン燃料の制御機構に温度計測部５を追加して設けた点が異なっている。なお、図７の制御機構と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この参考例では、圧力調節弁３の上流側でガス燃料の温度を計測して燃料温度計測値Ｔを開度指令演算部４０に入力する温度計測部５を備えている。この温度計測部５は、燃料配管２において、圧力調節弁３の上流側適所に設けられている。
【００６１】
このようなガス燃料の温度情報を計測して開度指令演算部４０に入力すると、燃料温度によりガス燃料の燃料密度が変動するという外乱要因を低減し、圧力調節弁３の開度制御を高精度に行うことが可能になる。すなわち、ガス燃料の温度に応じて補正された開度指令値Ｆａ〜Ｆｎを出力して圧力調整弁３の開度制御を実施するので、燃料流量の制御をより正確に実施して燃料の過投入を防止または抑制することができる。
なお、このようなガス燃料の温度に応じた補正は、図１０に示した圧力Ｐ２の予想に適用することも可能である。
【００６２】
＜第２の参考例＞
最後に、上述したガスタービン燃料の制御機構について、第２の参考例を図１２から図１８に基づいて説明する。なお、上述した実施形態や参考例と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この参考例は、たとえば図１２に示すように、大小２つの圧力調節弁５１，５２により構成される親子弁方式の圧力調節弁５０を採用した制御機構に適用するものであり、以下に従来の構成例を簡単に説明する。なお、以下の説明では、大口径の圧力調節弁を大型圧力調節弁５１と呼び、小口径の圧力調節弁を小型圧力調節弁５２と呼ぶ。
【００６３】
一般的に、ガスタービンに供給するガス燃料の圧力は固定値であるから、流量調節弁４の差圧ΔＰｓが一定になるよう圧力調節弁５０によって圧力制御を行っている。
このため、圧力調節弁５０は、ガスタービンの起動から定格負荷に達するまでの間、制御しなければならない圧力−流量範囲が非常に広い。すなわち、起動時には少流量で大きな圧力を、そして、定格負荷時には大流量で小さな圧力をガス燃料に与える必要があるため、大型圧力調節弁５１及び小型圧力調節弁５２を用意して並列に接続した親子弁方式の圧力制御弁５０が採用されている。
【００６４】
このような親子弁方式の圧力調節弁５０では、燃料流量が小さいガスタービンの起動時において、大型圧力調節弁５１を全閉にして小型圧力調節弁５２のみで圧力制御を行い、ガスタービンが一定負荷以上に達すれば、これまで閉じていた大型圧力調節弁５１も使用して圧力制御を行っている。
このような親子弁方式は、大小２つの圧力調節弁５１，５２を使用するため、コスト面で不利になるという問題を有している。また、大型圧力調節弁５１が途中から開くことにより、燃料系統の安定性にも問題がある。すなわち、大型圧力調節弁５１について、ガスタービン出力が一定負荷以上になってから機能するように設定すると、弁開度の有効範囲（レンジアビリティ）の観点から、弁開度の小さい（開き始め）領域で意図せぬ動作を生じる可能性がある。
【００６５】
そこで、上述した問題を解決するため、たとえば図１３に示すように、燃料配管２に対して、圧力調節弁３と流量調節弁４とを直列に配置する。このとき、流量調節弁４の差圧ΔＰｓについては固定せず、制御システム６０においては、差圧ΔＰｓの差圧信号及びガスタービン出力要求値により定まるガス燃料の流量指令値により流量調節弁４のＣｖ値を計算し、開度指令を出力する。すなわち、流量調節弁４の差圧ΔＰｓについては固定しないことにより、圧力調節弁３と協働して流量調節弁４側でも圧力調節が行われる。
【００６６】
この結果、圧力調節弁３が調節しなければならない圧力範囲は、以下に説明するようにして小さくなるので、親子弁方式に頼らなくても、１つの圧力調節弁３でガスタービンの起動から定格運転まで対応することが可能になり、従って、コスト面やガス燃料系統の安定性に関する問題は解消される。
図１４は、横軸がガスタービン出力、縦軸が流量調節弁４の上流側圧力（圧力調節弁３の下流側圧力）であり、ガス燃料をノズルＮから所望の圧力で供給するためには、車室圧力より高圧にして供給するためノズル差圧が必要となる。なお、破線で示す圧力Ｐ１は、ガス燃料供給圧力の設定値である。
【００６７】
図示のノズル差圧は、ノズルＮの吐出圧力に流量調節弁４からノズルＮに到達するまでの圧力損失を加えた圧力値から、車室圧力の圧力値を差し引いた値である。すなわち、車室圧力にノズル差圧を加えた圧力値は、流量調節弁４の出口圧力Ｐoutとなる。
このような出口圧力Ｐoutに制御するため、従来は圧力制御弁３で減圧制御の全てを行っていたため、すなわち、ガス燃料供給圧力Ｐ１から実質的に流量調節弁４の上流側圧力となる流調弁入口圧力Ｐinまで減圧しているため、その圧力制御範囲ＰＲは広くなる。
なお、従来の親子弁方式は、圧力制御範囲ＰＲを２つの圧力調節弁５１，５２で減圧制御するものである。
【００６８】
これに対し、本参考例では、流量調節弁４でも圧力調整を行うので、ガス燃料供給圧力Ｐ１から実質的に流量調節弁４の上流側圧力となる流調弁入口圧力Ｐin′まで減圧すればよく、従って、その圧力制御範囲ＰＲ′は圧力制御範囲ＰＲより狭く（ＰＲ′＜ＰＲ）なる。これは、圧力制御範囲ＰＲ／ＰＲ′の差圧分について、流量調節弁４側が減圧して圧力調節を行うためである。
この結果、圧力調節弁３を１つにすることができ、コスト面で有利になる。さらに、圧力調節弁３が１つであるため、弁開度の有効範囲において開き始めの領域で意図せぬ動作が生じることはなく、従って、ガス燃料系の安定性を向上させることができる。
【００６９】
図１５に示す制御システム６０Ａは、上述した制御システム６０に外気条件の入力を加えた場合の構成例を示している。この制御システム６０Ａは、ガス燃料供給圧力演算部６１と、圧力分配比演算部６２と、圧調弁開度演算部６３と、流調弁開度演算部６４とを備えている。
ガス燃料供給圧力演算部６１は、外気条件及びガスタービン出力要求値に加えて、流量調節弁４から差圧ΔＰｓの入力を受け、これらの入力情報に基づいてガスタービンにガス燃料を供給するための必要圧力を計算する。
【００７０】
圧力分配比演算部６２は、圧力調節弁３の弁開度有効範囲を確保するため、ガス燃料供給圧力演算部６１から入力される必要圧力に基づいて、圧力調節弁３の差圧及び流量調節弁４でそれぞれ生じさせる差圧の分配比を演算する。この分配比に基づき、圧調弁開度演算部６３及び流調弁開度演算部６４にそれぞれの圧力指令値を出力する。
圧調弁開度演算部６３及び流調弁開度演算部６４では、それぞれに入力された圧力指令値から弁開度を演算し、圧力調節弁３及び流量調整弁４毎の弁開度指令値を出力する。
【００７１】
この結果、圧力調節弁３及び流量調整弁４は、ガスタービン出力要求値に応じて変動するガス燃料流量に最適な弁開度に設定され、両者が協働してガス燃料の圧力及び流量を調整する。このとき、圧力調節弁３及び流量調整弁４の開度指令値は、圧力調節弁３の弁開度有効範囲が反映されているので、弁開度有効範囲から外れた弁開度の小さい領域で意図せぬ動作が生じることを防止できる。
このように、図１５の制御システム６０Ａを採用することにより、ガス燃料の供給設定圧力は、すなわち流量調節弁４の上流側圧力は、ガスタービンの出力要求値に基づいて算出されるため、固定値とした場合と比較してガスタービンの運転範囲を拡大することができる。
【００７２】
また、上述した制御システム６０Ａは、図１６に示すような第１変形例の構成も可能である。この制御システム６０Ｂは、ガスタービン出力要求値に代えて、車室圧力を入力する点が異なっている。
すなわち、ガス燃料供給圧力演算部６１Ａは、外気条件及び車室圧力に加えて、流量調節弁４から差圧ΔＰｓの入力を受け、これらの入力情報に基づいてガスタービンにガス燃料を供給するための必要圧力を計算する。
【００７３】
こうして算出された必要圧力は、圧力分配比演算部６２に入力された後、上述した図１５の制御システム６０Ａと同様にして、制御システム６０Ｂから圧力調節弁３及び流量調整弁４毎の弁開度指令値が出力される。
【００７４】
また、上述した制御システム６０Ａは、図１７に示すような第２変形例の構成も可能である。この制御システム６０Ｃは、ガスタービン出力要求値に代えて、燃料流量を入力する点が異なっている。
すなわち、ガス燃料供給圧力演算部６１Ｂは、外気条件及び燃料流量に加えて、流量調節弁４から差圧ΔＰｓの入力を受け、これらの入力情報に基づいてガスタービンにガス燃料を供給するための必要圧力を計算する。
【００７５】
こうして算出された必要圧力は、圧力分配比演算部６２に入力された後、上述した図１５の制御システム６０Ａと同様にして、制御システム６０Ｃから圧力調節弁３及び流量調整弁４毎の弁開度指令値が出力される。
【００７６】
また、上述した制御システム６０Ａは、図１８に示すような第３変形例の構成も可能である。この制御システム６０Ｄは、ガスタービン出力要求値に代えて、ガスタービン回転数及び入口案内翼（ＩＧＶ）開度指令値を入力する点が異なっている。
すなわち、ガス燃料供給圧力演算部６１Ｄは、外気条件及びガスタービン回転数及び入口案内翼（ＩＧＶ）開度指令値に加えて、流量調節弁４から差圧ΔＰｓの入力を受け、これらの入力情報に基づいてガスタービンＧＴにガス燃料を供給するための必要圧力を計算する。
【００７７】
こうして算出された必要圧力は、圧力分配比演算部６２に入力された後、上述した図１５の制御システム６０Ａと同様にして、制御システム６０Ｄから圧力調節弁３及び流量調整弁４毎の弁開度指令値が出力される。
このように、図１６〜図１８に示した制御システム６０Ｂ〜６０Ｄを採用することによっても、ガス燃料の供給設定圧力は、すなわち流量調節弁４の上流側圧力は、ガスタービンの出力関連値に基づいて算出されるため、固定値とした場合と比較してガスタービンの運転範囲を拡大することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ    ガスタービン燃料の制御機構
２    燃料配管
２ａ〜２ｎ    燃料枝配管
３    圧力調節弁
４，４ａ〜４ｎ    流量調節弁
５    温度計測部
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ    開度指令演算部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ    フィードフォワード制御部（ＦＦ制御部）
２２，２２Ａ，２２Ｂ    必要Ｃｖ値算出部
２３    Ｃｖ値−開度変換部
２４，２４Ａ    チョーク状態判定部
３０    フィードバック制御部（ＦＢ制御部）
３１    ＰＩコントローラ
４０    開度指令演算部
４２    流量比演算部
４３    パイロット比設定部
４４，４４Ａ    必要Ｃｖ値算出部
４５    開度指令計算部
４６    チョーク・ノンチョーク判定部
４７    Ｐ２圧力推定演算部
５０    圧力調節弁（親子弁方式）
５１    大型圧力調節弁
５２    小型圧力調節弁
６０，６０Ａ〜６０Ｄ    制御システム
Ｆ    燃焼器
Ｎ，Ｎａ〜Ｎｎ    燃料ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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