(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備え、
前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された冷媒の流速を検出する流速検出手段と、
前記流速検出手段からの信号を基にして前記流速の変化或いは時間的変化率を算出する制御器を備え、前記流速の変化或いは時間的変化率の値により冷媒流路の健全性について表示する表示装置を備えた事を特徴とするガスタービン。
【請求項２】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備え、
前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された流路を狭める絞り機構とその絞り機構の上流と下流との圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記圧力差検出手段からの信号を基にして前記圧力差の変化或いは時間的変化率を算出する制御器を備え、前記圧力差の変化或いは時間的変化率の値により冷媒流路の健全性について表示する表示装置を備えた事を特徴とするガスタービン。
【請求項３】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを供え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に前記圧縮機で昇圧した空気を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた空気を回収する回収経路と、
前記供給経路に設置され、前記圧縮機で昇圧した空気を更に昇圧して前記冷媒流路に供給する昇圧装置とを備え、
前記供給経路に設置された昇圧装置の上流と下流との圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記圧力差検出手段からの信号を基にして前記圧力差の変化を算出する制御器を備え、前記圧力差の値により冷媒流路の健全性を測定する測定装置を備えたことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気や蒸気を冷却媒体としてタービン冷却翼等を冷却するガスタービン発電プラントに係り、特に冷媒流路の異常を検知することができるガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンにおいては、熱効率の向上を図るために作動ガスの温度を高めることが行われ、作動ガス中に配置されているタービン翼がこの高温に耐えられるようにするために、翼内部から冷却媒体で直接冷却することが行われる。
【０００３】
従来、一般に採用されているこの種のガスタービンでは、圧縮機で抽気した空気を冷却媒体として用い、この冷却媒体をタービン翼の内部を流通させて冷却するようにしている。そして、冷却した後の冷却空気は、大部分が翼外表面へのフィルム冷却用とし翼外に排出し、また一部の冷却空気はそのまま翼から作動ガス中へ排出するようにしたオープン冷却方式である。
【０００４】
しかしながらこのような冷却方式では、冷却空気が作動ガス中へ排出されることから、比較的低温の冷却空気の希釈による作動ガスの温度低下や、また冷却空気が作動ガス中へ混入する時の作動ガスとの間で発生する混合損失などによってタービンの出力が低下するため、高温化の効果が充分に発揮できない嫌いがある。
【０００５】
さらに、ガスタービンの高温化が進み、現在進められているレベルの燃焼器出口温度或いはタービン入口温度が１５００℃級の高温のものになると、タービン翼を主とする冷却空気、またホィールスペース等へのシール空気の消費量が増大し過ぎて、逆に高温化によるサイクル上のメリットを損なうという空冷限界に達している。
【０００６】
最近になり、この改善策として、静翼を冷却した後の冷却空気を作動ガス中に排出しないで燃焼器に回収する（燃焼用空気として用いる）ようにした冷媒（冷却空気）回収型ガスタービンや、同じ回収型でも冷却媒体に熱伝達率の大きい蒸気（消費量の削減と蒸気系への回収による仕事の寄与）を用いたガスタービンなどが提案されている。尚、これに関連するものとしては、例えば特公昭58−43575 号公報や特開昭62−294703号公報などが挙げられる。しかし、ともに具体的な冷却媒体の運用管理方法については示されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
冷媒回収型ガスタービンを目的に沿って効率的に実現するためには、冷却媒体の供給及び回収管理が重要となる。即ち、供給・回収経路内及び主となる被冷却部であるタービン部での洩れを含めた冷却媒体の消費量を少なくするとともに、その回収流量を少しでも供給流量に近づける工夫により、冷却媒体を有効に仕事に寄与させることが肝要である。
【０００８】
ところで、供給元から回収先までの冷却媒体の通過経路内で、最も破損しやすい箇所は、高温被冷却部であり熱応力の高いタービン翼部と考えられるが、亀裂等の発生によりここから冷却媒体の洩れを生じる恐れがある。さらに翼部での亀裂の進展は、翼材の飛散に基づく後段側翼の損傷破壊に到り、ガスタービンの信頼性を著しく低下させることになる。
【０００９】
これらについては、従来オープン冷却方式でも共通の課題として挙げられるが、冷媒回収型の場合、洩れによる損失に相乗して回収流量の多寡がプラント性能に大きく影響することや、被冷却部から回収経路が形成されているために、被冷却部と回収先までの回収経路間で逆流が生じ、プラント全体の運転に支障をきたす恐れがある等の特有の課題が加味して生じる。また、特開平6−193468 号公報には、冷媒蒸気の供給経路及び回収経路に各々所定の装置が設定されて各々の装置からの信号に基づき蒸気もれ等を判定することが記載されているが、熱及び振動等において厳しい条件下で運転するガスタービンでは構造的にも複雑でないことが望まれる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の事情に鑑みてためされたものであり、高温被冷却部であるタービン翼部での亀裂等の損傷に対して、プラント性能低下を簡易に早期発見するとともに、ガスタービンの損傷事故を未然に防止することが可能な信頼性の高いガスタービン発電プラントを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備え、前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された冷媒の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段からの信号を基にして前記流量の変化或いは時間的変化率を算出する制御器を備え、前記流量の変化或いは時間的変化率の値により冷媒流路の健全性を測定する測定装置を備えた事を特徴とする。
【００１２】
また、さらに前記測定装置により測定された情報は当該健全性について表示する表示装置を備えていることが好ましい。尚、以下の測定装置についても同様である。
【００１３】
これにより、前記供給経路を流れる冷媒の流量を検出し、前記流量を基にして算出された前記流量の変化或いは時間的変化率が所定値を超えている場合に、前記冷媒流路が健全でないことを検知することによりガスタービンの冷媒流路の異常検出ができる。
【００１４】
また、これにより、前記回収経路或いは前記回収経路の何れか一方を流れる冷媒の流量を検出し、前記流量を基にして算出された前記流量の変化或いは時間的変化率が所定値を超えている場合に、前記冷媒流路が健全でないことを検知することによりガスタービンの冷媒流路の異常検出ができる。
【００１５】
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備え、前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された冷媒の流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段からの信号を基にして前記流速の変化或いは時間的変化率を算出する制御器を備え、前記流速の変化或いは時間的変化率の値により冷媒流路の健全性について表示する表示装置を備えた事を特徴とする。
【００１６】
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを供え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に前記圧縮機で昇圧した空気を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた空気を回収する回収経路と、
前記供給経路に設置され、前記圧縮機で昇圧した空気を更に昇圧して前記冷媒流路に供給する昇圧装置とを備え、
前記供給経路に設置された昇圧装置の上流と下流との圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記圧力差検出手段からの信号を基にして前記圧力差を算出する制御器を備え、前記圧力差の値により冷媒流路の健全性を測定する測定装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼排ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備え、前記供給経路或いは前記回収経路に設置された流路を狭める絞り機構とその絞り機構の上流と下流との圧力差を検出する圧力差検出手段と、前記圧力差検出手段からの信号を基にして前記圧力差の変化或いは時間的変化率を算出する制御器を備え、前記圧力差の変化或いは時間的変化率の値により冷媒流路の健全性について表示する表示装置を備えた事を特徴とする。
【００１８】
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を前記燃焼ガスの流れに放出する放出経路とを備え、前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された冷媒の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段からの信号を基にして前記流量の時間的変化率を算出する制御器を備え、前記流量の時間的変化率の値により冷媒流路の健全性について表示する表示装置を備えた事を特徴とする。
【００１９】
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼し燃焼ガスの出口温度が１５００℃〜１６００℃の燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記タービンに冷却媒体を流す冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒流路を流れた冷媒を回収する回収経路とを備えた高温型ガスタービンにおいて、前記供給経路或いは前記回収経路の何れか一方に設置された冷媒の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段からの信号を基にして前記流量の時間的変化率を算出する制御器を備え、前記流量の時間的変化率の値により冷媒流路の健全性を測定する測定装置を備えた事を特徴とする。
【００２０】
上記のように構成されたガスタービン発電プラントにおいてガスタービンを運転すると、翼部を冷却するための冷却媒体は、供給経路上で時々刻々の流量、或いは流速の代表値、或いは差圧を検知され、その信号を制御器に発信されるとともに、制御器では、信号を基に換算した値を予め設定された値との差を演算、或いは検知量の時間的変化量を演算し予め設定された値との差を求めることにより、予め与えた許容値を超える場合には信号を発生する。これにより、タービンの冷却流路に異常が生じた場合で簡単に早期発見ができる。
【００２１】
また、回収経路上で、時々刻々の流量、或いは流速の代表値、或いは差圧を検知され、その信号を制御器に発信されるとともに、制御器では、信号を基に換算した値を予め設定された値との差を演算、或いは検知量の時間的変化量を演算し、予め設定された値との偏差を求めることにより、予め与えた許容値を超える場合には信号を発生する。
【００２２】
これにより、タービン冷却流路に異常が生じた場合でも簡単に早期発見ができる。
【００２３】
尚、供給側で異常を検知することにより、
例えば、供給流路で流量を検知することにより、回収流量のみを計測する場合に比べて、比較的、冷却空気の状態が安定しているため、高精度で計測することができる。
【００２４】
このため、信頼性の向上を円滑に図ることができる。
【００２５】
以下に実施例として示すものは、上記発明の一例に過ぎない。上記発明に相当する形態であれば、以下の実施例の変形した形態にすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１，図２及び図３により説明する。図１は本実施例のコンバインド発電プラントの構成図で、図２はタービン部での動翼側の冷却媒体の供給と回収経路の構成、及び図３は概略の制御方法をフローチャートとして示してある。
【００２７】
先ず、作動ガスの流れから全体構成を説明すると、コンバインド発電プラントは主として、タービン３と、このタービン３に連結され、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機１，圧縮機１からの空気と燃料とが供給されて高温高圧ガスを発生する燃焼器２より成るガスタービン４と蒸気タービンプラント５と組合わせ、ガスタービン４からの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ９と発電機６を備えている。
【００２８】
次に、タービン部に供給される冷却空気の流れから構成を説明すると、圧縮機１から抽気した冷却用の空気は、タービン３に供給する冷却空気の供給経路１０の一部を形成する第１供給配管１２ａ，第２供給配管１２ｂに沿って、プリクーラ７，ブースト圧縮機８を通過後、タービン３の内部に導かれることになる。この時、冷却空気は静止側の静翼と回転側の動翼へ向かう２系統に分岐されることになるが、以下、回転側の動翼へ向かう系統を使って本発明を説明する。上記静止側系統と分岐した第３供給配管１２ｃには、第３供給配管１２ｃ内の冷却媒体の流量を計測するための流量発信器２０と該流量発信器２０からの流量信号を受ける制御器２１が設置されている。
【００２９】
ここで、図２に示した第１段動翼１９ａ，第２段動翼１９ｂ，第３段動翼19ｃ、及び第４段動翼１９ｄを有する４段構成のタービンの回転側断面図を用いて、タービン３の内部における供給経路１０と回収経路１１の構成の詳細を述べておく。第３供給配管１２ｃによってガスタービン４の軸端に導かれた冷却空気は、タービン内部での供給経路１０を構成するロータ１４の内部と、第４段ホィール１５ｄ，第３スペーサ１３ｃ，第３段ホィール１５ｃ，第２スペーサ１３ｂ，第２段ホィール１５ｂ及び第１スペーサ１３ａを貫通する第３貫通孔１６ｂと、第１段動翼１９ａに供給するための第１段ホィール１５ａと第１スペーサ１３ａで形成される供給側第１スペーサ流路４２ａ，供給側第１キャビティ４３ａ、また第２段動翼１９ｂに供給するための第２段ホィール１５ｂと第２スペーサ１３ｂで形成される供給側第２スペーサ流路４２ｂ，供給側第２キャビティ４３ｂを連通して、動翼内部の冷却通路（図示せず）に導かれる。その後、第１段動翼19ａと第２段動翼１９ｂに並列に導かれた冷却空気は、タービン内部での回収経路  １１を構成する第１段動翼１９ａから回収するための第１段ホィール１５ａとディスタントピース１７で形成される回収側第１キャビティ４５ａ，回収側第１スペーサ流路４４ａ、また第２段動翼１９ｂから回収するための第２段ホィール  １５ｂと第１スペーサ１３ａで形成される回収側第２キャビティ４５ｂ，回収側第２スペーサ流路４４ｂと連通する第１スペーサ１３ａと第１段ホィール１５ａを貫通する第２貫通孔１６ｂを経て、接続されたディスタントピース１７に設けた導通孔１８を経て、図示しない燃焼器へ直接回収されることになる。
【００３０】
他方、コンバインドサイクルにおける蒸気系からの構成は、ガスタービン４から排気される燃焼ガスは、排熱回収ボイラ９に導かれ、ここで蒸気タービン５からの給水と熱交換して外部に排気される。排熱回収ボイラ９には、ドラム３０，蒸発器３７，１次過熱器３５ａ、及び３次過熱器３５ｂが設置されるとともに、蒸気タービン５に蒸気を供給するための蒸気供給ライン３１が接続されている。蒸気タービン５に供給された蒸気は、膨脹して蒸気タービン５を駆動した後、復水器３２で復水し、給水ポンプ３４により給水ライン３３を経て、一部をプリクーラ７との給水加熱用に、一部を直接排熱回収ボイラ９の２次節炭器３６に循環供給される。
【００３１】
このように構成された本実施例において、ガスタービン４の運転とともに圧縮機１と燃焼器２で発生する高温高圧の作動ガスは、圧力が約２５ata 、温度が  １４００℃程度で第１段動翼１９ａに流入し、各段でタービン仕事をしながら圧力，温度を低下させ、約６００℃で第４段動翼１９ｄを流出後、図示しないダクトに沿って排熱回収ボイラ９に導かれる。この排熱回収ボイラ９で発生させた蒸気は蒸気タービン５を駆動するとともに、この蒸気タービン５に直結した発電機６が回転して電力を得る。
【００３２】
一方、タービン３は最終段は別として、各段での翼部のガス側温度条件が、タービン翼の信頼性を確保するための材料の許容温度限界を超えるため、翼部を冷却する必要が生じる。そこで、圧縮機１で得られる高圧空気の一部を抽気して冷却空気として用いるが、圧縮機１での抽気空気の温度は約５００℃と高温であるため、第１供給配管１２ａで抽気空気をプリクーラ７に導き１５０℃程度に減温する。さらに、この抽気空気を冷却空気として燃焼器２に戻すための供給圧力は、被冷却部での圧損を考慮した上で回収圧力が２５ata よりも大きくなるように設定することが必要である。このためプリクーラ７で減温した後の抽気空気を第２供給配管１２ｂでブースト圧縮機８に導き４０ata 程度に昇圧して、はじめて高段側の冷却空気として使用が可能となる。この冷却空気は、第３供給配管12ｃを流れガスタービン３の軸端に接続され、タービン内部の供給経路１０を実線で示した矢印４０に沿って、第１段動翼１９ａと第２段動翼１９ｂに分岐供給される。ここで、冷却空気は第１段動翼１９ａ，第２段動翼１９ｂと熱交換して、翼材料の許容温度内にメタル温度を低下させる。この後、冷却空気はタービン内部に形成された回収経路１１を破線で示した矢印４１に沿って流下し、圧力の下がった冷却空気は、直接、燃焼器２へ回収されタービン出力を増大させる。
【００３３】
第３供給配管１２ｃに設けられた流量発信器２０は、動翼へ供給している冷却空気の流量を電圧値Ｇｍとして一定時間ごとに検出しており、この電気信号である電圧値Ｇｍを制御器２１に送信することにより、制御器２１では図３の制御フローチャートに示した手順で流量管理を行う。即ち、流量信号Ｇｍを流量値Ｇに換算した後、予め設定した設定流量Ｇｏとの流量差（Ｇ−Ｇｏ）を演算し、この流量差（Ｇ−Ｇｏ）が予め設定した許容偏差ＥＰＳの範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、許容偏差ＥＰＳの範囲外であれば信号を発生する。また、ディスプレー等の表示装置を備えている場合は、許容範囲外の場合は信号を表示して、運転員にその旨知らせるようにすることが好ましい。
【００３４】
翼の冷却流路等において、微小亀裂が発生して、冷媒が燃焼ガス中に放出されると、前述のようにブースト圧縮機８等で所定の圧力の冷媒が供給されている場合に、供給圧力と回収空気圧力との圧力差に比べて供給圧力と冷却空気の漏れ部領域（ガスパス圧力）の圧力差の方が大きくなる。又、燃焼ガス中に放出される分だけ、冷却空気の流路面積が増加したことになる。
【００３５】
このため、翼に供給される供給空気流量は増加することとなる。
【００３６】
以上に説明した冷却空気の第３供給配管に流量発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、冷却空気の供給流量を検出して、流量の増加分を監視することにより設定値を超える異常時は信号を発するので、損傷の発生しやすい翼部での洩れの発生を容易に推定できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしての効果を十分に発揮できるとともに、翼部での損傷事故を未然に防止でき信頼性の高いガスタービンを得ることができる。また、翼部への供給と回収流量の差を比較する方法に比べて、供給側だけの配管流量で行えるため、計測・制御系の単純化の観点から、異常診断方法の信頼性の向上とコストの低減に繋がる。
【００３７】
尚、本実施例では、回転側である動翼に向かう系統について説明したが、静止側の静翼に供給される系統でも、静翼に向かう供給配管に流量発信器と制御器を設置して、冷却空気流量を監視すれば、同じ効果が発揮できるのは勿論のことであり、回転側と静止側系統の分岐前に設置して構わない。また、本発明の主旨から流量の測定方法に限定されないのは勿論である。尚、供給流量の増加を流量の時間的変化量として制御すれば、実流量に対する設定流量Ｇｏ（計画流量）の誤差分が排除され、起動から定格運転の広範囲にわたっての制御精度の向上が期待できる。
【００３８】
さらに、本実施例では、制御器から発せられた信号に対しての後処理に関しては言及していないが、たとえば警報機に連動させてガスタービンを停止する等の安全処置を講ずる行動を人が行う。或いは、ガスタービンプラントの運転制御に関する制御器の中に流量信号を入力して、予め組込んだプログラムに基づき、プラントの運転管理を図ること等は自明である。
【００３９】
本流量検出装置等は、流路に冷却媒体を放出するタイプのガスタービンに適応しても良い。
【００４０】
当該場合は、翼部の亀裂が生じた場合には、冷却流路にとって、実質上の冷却媒体が流れる流路面積が増えた状態になる。
【００４１】
このため、所定の圧力の冷媒がタービンに供給されている場合、タービンに供給される流量が増加する。この状態を検知することにより、翼部の異常等を検出することができる。
【００４２】
但し、前記実施例のように冷媒回収側ガスタービンの場合、亀裂の発生等により、冷却流路にとっては、流路面積が増大するのと同様の作用の他に、圧力差も通常より大きくなるので、より小さい異常であっても検出ができる。
【００４３】
このため、簡単な設備によって早期にタービンの損傷等を防止できる。
【００４４】
尚、冷媒回収型のガスタービンにあっても、高温型（高燃焼温度）のガスタービンや高圧縮比型のガスタービンであることが好ましい。
【００４５】
高燃焼温度のガスタービンにとっては燃焼ガス中にさらされる翼等の部材は厳しい環境にさらされるので、簡易な装置で異常が小さいうちに検出することができることにより、係るガスタービンを安定して信頼性の高い運転をすることができる。また、亀裂等に対する迅速な対策をとることが可能となる。
【００４６】
また、高圧縮比型のガスタービン（例えば、圧縮機部分での圧力比が２０〜  ３０、或いはそれ以上）において、空気を冷媒として用い、圧縮機で昇圧された空気の一部を冷媒として供給する供給経路と、タービンの高温部(例えば翼部等)を冷却後の冷媒を回収する回収経路を備えている場合であっても、冷媒流路を流れる冷媒の圧力が高くなることから同様の影響が生じ、本実施例等の簡易な装置で微少な亀裂等でもより早期に発見することができる。
【００４７】
これらのガスタービンにおいて、特に、冷媒の供給量（流量又は圧力）を所定の値にして運転している状態下で、冷媒供給路での検知器（流量，流速等）の変化により早期に異常発見が容易である。
【００４８】
本発明の第２の実施例を、図４を用いて説明する。図４において図１と同一記号であれば、図１と同一構成，同一機能を有する。圧縮機から抽気された冷却空気は、動翼へ供給するための第３供給配管１２ｃと静翼へ供給するための第４供給配管１２ｄへ分岐される。この第４供給配管１２ｄは、さらに２つの系統に分岐してタービン３に接続され、静翼へ並列に供給される。この後、冷却空気は並列流路を１本に合流して燃焼器２へ回収される。分岐した第４供給配管１２ｄは、それぞれの系統の供給配管内の冷却媒体の流量を計測する流量発信器２０ａと流量発信器２０ｂを備え、各流量発信器２０ａ，２０ｂからの流量信号を受ける制御器２２が設置されている。
【００４９】
このように構成された本実施例において、第４供給配管１２ｃの分岐管に設けられた流量発信器２０ａ，２０ｂは、並列に静翼へ供給している冷却空気の流量を電圧値Ｇ１ｍ，Ｇ２ｍとして一定時間ごとに検出しており、これらの電気信号である電圧値Ｇ１ｍ，Ｇ２ｍを制御器２２に送信することにより、制御器２２では各電圧値Ｇ１ｍ，Ｇ２ｍを基に異常診断を行う。即ち、２つの電圧値Ｇ１ｍ，Ｇ２ｍを流量値Ｇ１，Ｇ２に換算した後、予め設定した設定流量Ｇｏとの流量差（Ｇ１−Ｇｏ），（Ｇ２−Ｇｏ）を演算し、これらの流量差（Ｇ１−Ｇｏ），  （Ｇ２−Ｇｏ）が予め設定した許容偏差ＥＰＳ＿２の範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、１つでも許容偏差ＥＰＳ＿２の範囲外であれば、該当する流量信号に応じた信号を発生する。
【００５０】
以上に説明した分岐した冷却空気の第４供給配管に複数の流量発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、並列に供給される冷却空気の供給流量を検出して流量の増加分を監視することにより、設定値を超える異常時は信号を発するので、損傷の発生しやすい翼部での洩れの発生を容易に推定できる。複数の翼のうちいずれの系統に異常が生じたかを、異常の初期段階で検知し、処置することが可能となる。
【００５１】
このため、冷媒回収型ガスタービンとしての効果を十分に期待できるとともに、損傷箇所の特定が容易になる。
【００５２】
尚、本実施例では、静止側である静翼に向かう系統について２つの流量発信器と１つ制御器を設けているが、静止側と回転側の２つの系統内における分岐配管に複数個の流量発信器を設けて、冷却空気流量を監視すれば、さらに損傷箇所の特定が詳細となるのは勿論のことである。
【００５３】
又、本実施例では、静翼に２つの系統に分けて冷却空気を導いた場合を記載したが、３つ以上の系統に分けるのであれば、各系統に流量発信器を設置することが好ましい。
【００５４】
本発明の第３の実施例を、図５を用いて説明する。図５において図１，図２と同一記号であれば、図１，図２と同一構成，同一機能を有する。圧縮機から抽気された冷却空気は、回転側の動翼へ供給するための第３供給配管１２ｃへと導かれ、タービン３の軸端へ接続され、タービン３の内部に形成された供給経路１０，第１段動翼１９ａ，第２段動翼１９ｂ、及び回収経路１１を経て燃焼器２に回収される。第３供給配管１２ｃは、配管内の冷却媒体の流速を計測するための流速発信器２３を備え、また流速発信器２３からの流速信号を受ける制御器２４が設置されている。
【００５５】
このように構成された本実施例において、第４供給配管１２ｃの分岐管に設けられた流速発信器２３は、動翼へ供給している冷却空気の流速を電気信号である電圧値Ｖｍとして一定時間ごとに検出しており、この電圧値Ｖｍを制御器２４に送信することにより、制御器２４では電圧値Ｖｍを基に異常診断を行う。即ち、電圧値Ｖｍを流速値Ｖに換算した後、予め設定した設定流速Ｖｏとの流速差    （Ｖ−Ｖｏ）を演算し、この流速差（Ｖ−Ｖｏ）が予め設定した許容偏差ＥＰＳ＿３の範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、許容偏差ＥＰＳ＿３の範囲外であれば、信号を発生する。
【００５６】
以上に説明した冷却空気の第４供給配管に流速発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、供給される冷却空気の供給流速を検出して、流速の増加分を監視することにより、設定値を超える異常時は信号を発するので、損傷の発生しやすい翼部での洩れの発生を容易に推定できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしてのプラント性能を十分に発揮できるとともに、信頼性の高いガスタービンを得ることができる。
【００５７】
尚、流量を計測する場合に比べて計測量が流速である場合、計測機器の小型化を図ることができる。高圧縮型ガスタービンにおいては、高圧の冷媒が流れているため流路内の圧力損失原因を低下させることにより、運転効率の低下を抑制し、高効率の運転ができる。
【００５８】
尚、本実施例では冷却空気の供給流速の増加を異常診断の判定に用いたが、流速の時間的変化量として制御すれば、実流速に対する設定流速Ｖｏ（計画流速）の誤差分が排除され、起動から定格運転の広範囲にわたっての制御精度の向上が期待できる。また、本発明の主旨から流速の測定方法に限定されないのは勿論である。
【００５９】
また、本実施例では流速を検出量として、直に検出量或はその変化量を診断量としたが、流速を変数とする例えばレイノルズ数等の無次元数に置き換えて診断量としても同様の効果が得られるのは当然である。或いは、流速を変数とする無次元数等を直接、検出しても同様の効果が得られる。例えば、流体中におかれた柱状物体からカルマン渦列が形成されるが、この渦の発生周波数は、
0003646534.tif 000002
【００６０】
ここに、
ｆ：発生周波数
Ｖ：流速
ｄ：渦発生体の幅
Ｓｔ：ストローハル数
で算出できる。
【００６１】
ストローハル数は、レイノルズ数の関数として、ある範囲内で一定値を示す。渦発生体の幅ｄと同様に、この範囲内ではストローハル数は定数となるから、発生周波数は流速のみの関数となる。通常、配管内の流体の平均流速は、絞り機構における前後の圧力差と温度，圧力を測定することによって換算されるが、この場合、発生周波数の測定という計測の単純化によって、検出量の信頼性の向上及び精度向上が期待できる。
【００６２】
本発明の第４の実施例を、図６を用いて説明する。図６において図１，図２と同一記号であれば、図１，図２と同一構成，同一機能を有する。圧縮機から抽気された冷却空気は、回転側の動翼へ供給するための第３供給配管１２ｃへと導かれ、タービン３の軸端へ接続され、タービン３の内部に形成された供給経路１０，第１段動翼１９ａ，第２段動翼１９ｂ、及び回収経路１１を経て燃焼器２に回収される。第３供給配管１２ｃには、絞り機構としてオリフィス２７、このオリフィス２７の差圧を測定する差圧発信器２５が備えられ、差圧発信器２５からの信号を受ける制御器２６が設置されている。
【００６３】
このように構成された本実施例において、第４供給配管１２ｃの分岐管に設けられた差圧発信器２５は、動翼へ供給している冷却空気の流れ状態をオリフィス２７で発生する差圧に相当する電気信号，電圧Ｐｍとして一定時間ごとに検出しており、この電圧値Ｐｍを制御器２４に送信することにより、制御器２６では電圧Ｐｍを基に異常診断を行う。即ち、電圧Ｐｍを基に予め設定した設定電圧Ｐｏとの電圧差（Ｐｍ−Ｐｏ）を演算し、この電圧差（Ｐｍ−Ｐｏ）が予め設定した許容偏差ＥＰＳ＿４の範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、許容偏差ＥＰＳ＿４の範囲外であれば、信号を発生する。
【００６４】
以上に説明した冷却空気の第４供給配管に差圧発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、供給される冷却空気の流れ状態を絞り機構であるオリフィスを介して検出し、出力の増加分を監視することにより、設定値を超える異常時は信号を発するので、損傷の発生しやすい翼部での洩れの発生を容易に推定できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしてのプラント性能を十分に発揮できるとともに、信頼性の高いガスタービンを得ることができる。
【００６５】
尚、本実施例では差圧発信器の電圧差の増加を異常診断の判定に用いたが電圧差の時間的変化量として制御すれば、実電圧に対する設定電圧Ｐｏ（計画電圧）の誤差分が排除され、起動から定格運転の広範囲にわたっての制御精度の向上が期待できる。また、本発明の主旨から差圧の測定方法に限定されないとともに、異常診断の判定材料となる値（本実施例では、電圧）の出力形態に拘束されないのは勿論である。
【００６６】
本発明の第５の実施例を、図７を用いて説明する。図７において図１等と同一記号であれば、同図と同一構成，同一機能を有する。圧縮機から抽気された冷却空気は、第１供給配管１２ａに導かれるが、この第１供給配管１２ａには、冷却空気の圧力を測定する圧力発信器５２が備えられ、圧力発信器５２からの信号を受ける制御器５１が設置されている。さらに冷却空気は回転側の動翼へ供給するための第３供給配管１２ｃへと導かれ、タービン３の軸端へ接続され、タービン３の内部に形成された供給経路１０，第１段動翼１９ａ，第２段動翼１９ｂ、及び回収経路１１を経て燃焼器２に回収される。第３供給配管１２ｃには、冷却空気の圧力を測定する圧力発信器５０が備えられ、圧力発信器５０からの信号は制御器５１に発信される。
【００６７】
このように構成された本実施例において、第１供給配管１２ａと第４供給配管１２ｃに設けられた圧力発信器５０，５２は、圧縮機１の吐出圧力と動翼へ供給している冷却空気の流れ状態を圧力に相当する電気信号，電圧Ｐｃ，Ｐｍとして一定時間ごとに検出しており、この電圧値ＰｃとＰｍを制御器５１に送信することにより、制御器５１では電圧ＰｃとＰｍを基に異常診断を行う。即ち、電圧  ＰｃとＰｍを基に電圧差（Ｐｍ−Ｐｃ）を演算し、この電圧差（Ｐｍ−Ｐｃ）が正値の範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、電圧差  （Ｐｍ−Ｐｃ）が負値であれば、信号を発生する。
【００６８】
以上に説明した冷却空気の第１供給配管と第４供給配管に圧力発信器、及び制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、供給される冷却空気の圧力を検出し、両者の圧力差を監視することにより、差圧が負となる異常時は信号を発するので、供給系統の異常を容易に推定できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしてのプラント性能を十分に発揮できるとともに、信頼性の高いガスタービンを得ることができる。
【００６９】
また、翼部での微小な亀裂に対して、主流ガスの翼内部への侵入を防止できるので、事故の進展を未然に発見できる。
【００７０】
尚、本発明の主旨から圧力の測定方法に限定されないとともに、異常診断の判定材料となる値（本実施例では、電圧）の出力形態に拘束されないのは勿論である。
【００７１】
本発明の第６の実施例を図８を用いて説明する。
【００７２】
図８は、本実施例のコンバインドプラント発電プラントの構成図である。
【００７３】
図１等と同一記号であれば、図１と同一構成，同一機能を有する。
【００７４】
圧縮機から抽気された冷却空気は、動翼へ供給するための第３供給配管１２Ｃと静翼へ供給するための第４供給配管１２ｄへ分岐される。圧縮機１から抽気した冷却用の空気は、タービン３に供給する冷却空気の供給経路１０の一部を形成する第１供給配管１２ａ，第２供給配管１２ｂに沿って、プリクーラ７，ブースト圧縮機８を通過後、タービン３の内部に導かれることになる。この時、冷却空気は静止側の静翼と回転側の動翼へ向かう２系統に分岐されることになるが、回転側系統（図示せず）と分岐した第４供給配管１２ｄにより、タービン３に導入され静翼を通過後、回収配管１１ａを通り燃焼器２に回収される。この回収配管１１ａには冷却媒体の流量を計測するための流量発信器２０と該流量発信器２０からの流量信号を受ける制御器２１が設置されている。
【００７５】
回収配管１１ａに設けられた流量発信器２０は、静翼から回収した冷却空気の流量を電圧値Ｇｍとして一定時間ごとに検出しており、この電気信号である電圧値Ｇｍを制御器２１に送信することにより、制御器２１では図３の制御フローチャートに示した手順で流量管理を行う。即ち、流量信号Ｇｍを流量値Ｇに換算した後、予め設定した設定流量Ｇｏとの流量差（Ｇ−Ｇｏ）を演算し、この流量差（Ｇ−Ｇｏ）が予め設定した許容偏差ＥＰＳの範囲内であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、許容偏差ＥＰＳの範囲外であれば信号を発生する。
【００７６】
以上に説明した冷却空気の回収配管に流量発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、冷却空気の回収流量を検出して、流量の減量分を監視することにより設定値を超える異常時は信号を発するので、損傷の発生しやすい翼部での洩れの発生を容易に推定できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしての効果を十分に発揮できるとともに、翼部での損傷事故を未然に防止でき信頼性の高いガスタービンを得ることができる。また、翼部への供給と回収流量の差を比較する方法に比べて、供給側だけの配管流量で行えるため、計測・制御系の単純化の観点から、異常診断方法の信頼性の向上とコストの低減に繋がる。
【００７７】
本発明の主旨から流量の測定方法に限定されないのは勿論である。尚、供給流量の増加を流量の時間的変化量として制御すれば、実流量に対する設定流量Ｇｏ（計画流量）の誤差分が排除され、起動から定格運転の広範囲にわたっての制御精度の向上が期待できる。
【００７８】
さらに、本実施例では、制御器から発せられた信号に対しての後処理に関しては言及していないが、たとえば警報機に連動させてガスタービンを停止する等の安全処置を講ずる行動を人が行う。或いは、ガスタービンプラントの運転制御に関する制御器の中に流量信号を入力して、予め組込んだプログラムに基づき、プラントの運転管理を図ること等は自明である。
【００７９】
また、流量を計測する場合では、差圧の他に圧力や温度の状態量を計測することが精度良い判断には望まれるが、比較的冷却空気状態の安定した供給側流路に絞り機構を設けて、前記計測を行うことにより、差圧のみであって比較的精度良く異常の検知ができる。このため、計測手段の単純化を図り、機器全体としての信頼性を向上させることができる。
【００８０】
本発明の第７の実施例を、図９を用いて説明する。図９において図１と同一記号であれば、図１と同一構成，同一機能を有する。圧縮機から抽気された冷却空気は、翼を冷却した後、回収配管１１ａを経て燃焼器に回収されるが、この回収配管１１ａには、冷却空気の流れ方向を測定する速度発信器２８が備えられ、速度発信器２８からの信号を受ける制御器２９が設置されている。
【００８１】
このように構成された本実施例において、回収配管１１ａに設けられた速度発信器２８は、静翼から回収している冷却空気の流れ状態を速度に相当する電気信号，電圧Ｉｍとして一定時間ごとに検出しており、この電圧値Ｉｍを制御器５１に送信することにより、制御器５１では電圧Ｉｍを基に異常診断を行う。
【００８２】
即ち、電圧Ｉｍを基に冷却空気が静翼側から燃焼器に向かって流れているかどうか判定し、正流であれば正常動作として継続して監視を繰り返す。但し、流れが逆流であれば、信号を発生する。
【００８３】
以上に説明した冷却空気の回収配管に速度発信器と制御器を備えたガスタービン発電プラントにおいて、供給される冷却空気の速度を検出し、流れ方向を監視することにより、逆流となる異常時は信号を発するので、タービン翼での損傷を容易に発見できる。このため、冷媒回収型ガスタービンとしての信頼性の高いガスタービンを得ることができる。
【００８４】
また、冷媒供給経路を流れる流量をＧ１，密度をρ１，配管面積をＡ１，流速をＶ１，圧力をＰ１，温度をＴ１とし、翼部から漏れる流量をＧ２，密度をρ２，配管面積をＡ２，流速をＶ２，圧力をＰ２，温度をＴ２とし、冷媒回収経路を流れる流量をＧ３，密度をρ３，配管面積をＡ３，流速をＶ３，圧力をＰ３，温度をＴ３とする。
【００８５】
流量は、Ｇ＝ρＡＶであらわされる。Ｇ２＝０の場合Ｇ１＝Ｇ３となる。すなわちρ１Ａ１Ｖ１＝ρ３Ａ３Ｖ３となる。実質同一の配管を用いるとρ１Ｖ１＝ρ３Ｖ３となる。よって、流量Ｇは同じであるが翼部で熱交換と圧力損失があり、翼部前後での状態量は異なる。例えば、供給経路での冷媒の温度が３８ata ，２４０℃から回収経路では、２６ata ，５００℃程度に成る場合、ρ１＝25.3，ρ３＝１１.５となる。そうするとＶ３＝２.２Ｖ１となる。このため、下流側で流速を計測して異常を把握することにより、供給側で計測するより、２倍以上感度が良くなる。このため、異常の早期検知が可能となる。
【００８６】
また、本発明の主旨から速度の測定方法に限定されないとともに、異常診断の判定材料となる値（本実施例では、電圧）の出力形態に拘束されないのは勿論である。
【００８７】
【発明の効果】
高温被冷却部であるタービン翼部での亀裂等の損傷等に対して、冷媒流路等の異常を簡易に早期発見でき、プラント性能低下の原因となる事象を簡易に早期発見し、ガスタービンの損傷事故を未然に防止することが可能な信頼性の高いガスタービン発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のガスタービンプラントを示す構成図。
【図２】タービン部の回転側を示す断面図。
【図３】本発明による制御方法の一例を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施例を示す冷却空気と制御系の系統図。
【図５】本発明の一実施例のガスタービンプラントを示す構成図。
【図６】本発明の他の実施例によるガスタービンプラントを示す構成図。
【図７】本発明の他の実施例によるガスタービンプラントを示す構成図。
【図８】本発明の他の実施例によるガスタービンプラントを示す構成図。
【図９】本発明の他の実施例によるガスタービンプラントを示す構成図。
【符号の説明】
１…圧縮機、３…ガスタービン、１０…供給経路、１１…回収経路、２０…流量発信器、２１，２４，２６…制御器、２３…流速発信器、２５…差圧発信器、２７…オリフィス。
【図１】
0003646534.tif 000003
【図２】
0003646534.tif 000004
【図３】
0003646534.tif 000005
【図４】
0003646534.tif 000006
【図５】
0003646534.tif 000007
【図６】
0003646534.tif 000008
【図７】
0003646534.tif 000009
【図８】
0003646534.tif 000010
【図９】
0003646534.tif 000011