(57)【要約】【課題】ディスクキャビティの温度制御において冷却空気の流量を節約する制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部の温度を、軸封部に供給する冷却空気の供給量を調整することにより、適切な温度に制御する。制御装置は、軸封部に供給する冷却空気の流量に対する軸封部の温度が示す感度を算出し、算出した感度に基づいて、感度が所定の目標値となるように冷却空気の流量を制御する。感度の算出にあたっては、ある流量を中心として、所定の範囲で流量を変動させる。流量の変動に対する軸封部の温度の変動から中心となる流量における温度の感度を算出する。【選択図】図１
2019060266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部の温度を制御する制御装置であって、
前記軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する、制御装置。
【請求項２】
前記感度に係る所定の目標値は、前記感度の絶対値が０より大きな値となる前記冷却空気の流量と前記感度の絶対値が０となる前記冷却空気の流量の境界から所定の範囲内にある前記流量に対する感度のうち、前記軸封部の温度が許容範囲内となる前記流量に対する感度の値である、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記感度に係る所定の目標値は、前記流量の増加に伴って前記感度の絶対値が０より大きな値から０へと変化する境界での前記流量よりも所定の値だけ小さな流量における前記感度の値である、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記境界における前記流量よりも大きな流量から小さな流量に向かって、前記感度が前記目標値に近づくように前記流量を制御する
請求項２または請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記軸封部に前記冷却空気を供給する経路に設けられた流量調節弁の開度を制御することにより前記冷却空気の流量を制御し、
前記流量調節弁の開度の制御においては、前記流量調節弁への開度指令値を所定の範囲で変動させ、当該変動による前記軸封部の温度の変動に基づいて前記変動させた開度指令値を代表する開度における前記流量に対する前記感度を算出し、算出した前記感度と前記目標値との偏差に基づいて前記流量調節弁への開度指令値を補正する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度の感度を算出するにあたり、前記流量調節弁への開度指令値に基づく前記流量に対する前記感度を算出し、さらに前記流量調節弁への開度指令値と当該開度指令値に基づく前記冷却空気の実際の流量との乖離に基づいて、算出した前記感度を補正する、
請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記感度と前記目標値との偏差が所定の許容範囲内となるよう制御された状態で前記感度が変動する場合であって、当該変動において前記冷却空気の流量が小さくなるときの前記軸封部の温度が所定の許容範囲を超える場合、前記感度の変動が生じても前記軸封部の温度が所定の閾値を超えないよう前記目標値を引き下げる、
請求項５または請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記回転機械の運転状態または運転環境に応じて前記目標値に異なる値が設定されている、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記軸封部の熱膨張による変形によって前記軸封部から流出する前記冷却空気の流量が変化した場合、前記感度が、前記変形に対して設定された目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する、
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記回転機械をガスタービン、前記軸封部を前記ガスタービンが備えるタービンのディスクキャビティとする、
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の制御装置、を備えるガスタービン。
【請求項１２】
回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部の温度の制御方法であって、
前記軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する、
制御方法。
【請求項１３】
コンピュータを、
回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を決定する手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、ガスタービン、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンのロータの周りには複数段の動翼が設けられている。タービンのケーシングには、各段の動翼の上流側となる位置に複数の静翼が配置されている。ロータは、金属的な性質から４００℃を大きく超えることがないように温度管理することが求められる。その為、上流側の静翼と下流側の動翼との間にはディスクキャビティと呼ばれる半閉空間が設けられ、燃焼ガスがロータと触れることがないよう隔離されている。また、ディスクキャビティには、圧縮機から抽気された冷却用の空気などの流体が供給され、ロータの温度上昇を防いでいる。
【０００３】
なお、特許文献１〜３には、ディスクキャビティに供給する冷却空気の流量制御について記載がある。特許文献１には、ガスタービンの出力や外気温などの条件毎に冷却空気の流量を定めたテーブルを備え、このテーブルの設定に従って、冷却空気の流量を調節する弁の開度を決定する制御方法が記載されている。なお、テーブルには、安全側に配慮して、過剰に冷却空気を流すような設定がなされているが、過剰分については高圧の冷却空気を無駄に使うので経済的でない。
【０００４】
また、特許文献２には、ディスクキャビティの温度をフィードバック制御する技術が開示されている。冷却空気の流量が不足するとディスクキャビティの温度の上昇として顕現するので、フィードバック制御により、ディスクキャビティ温度の変動を補償することができる。しかし、このような制御だけでは、例えば、ガスタービンの出力が上昇する過渡期等にディスクキャビティの温度を適正に保つことが難しい。そこで特許文献３では、ガスタービンの運転状態に対応するディスクキャビティの温度について設定したテーブルを用意し、ガスタービンの運転時には、そのときのガスタービンの運転状態に応じて目標とするディスクキャビティの温度を切替えて、弁の開度を制御する制御方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１００７２３号公報
【特許文献２】特開平５−１７１９５８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４５６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜３には、必要最小限の冷却空気だけをディスクキャビティに供給してディスクキャビティの温度を適切な温度に保つ方法については記載が無い。
【０００７】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、ガスタービン、制御方法及びプログラム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】
【０００８】
本発明の一態様は、回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部の温度を制御する制御装置であって、前記軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する、制御装置である。
【０００９】
本発明の一態様によれば前記感度に係る所定の目標値は、前記感度の絶対値が０より大きな値となる前記冷却空気の流量と前記感度の絶対値が０となる前記冷却空気の流量の境界から所定の範囲内にある前記流量に対する感度のうち、前記軸封部の温度が許容範囲内となる前記流量に対する感度の値である。
【００１０】
本発明の一態様によれば前記感度に係る所定の目標値は、前記流量の増加に伴って前記感度の絶対値が０より大きな値から０へと変化する境界での前記流量よりも所定の値だけ小さな流量における前記感度の値である。
【００１１】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記境界における前記流量よりも大きな流量から小さな流量に向かって、前記感度が前記目標値に近づくように前記流量を制御する。
【００１２】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記軸封部に前記冷却空気を供給する経路に設けられた流量調節弁の開度を制御することにより前記冷却空気の流量を制御し、前記流量調節弁の開度の制御においては、前記流量調節弁への開度指令値を所定の範囲で変動させ、当該変動による前記軸封部の温度の変動に基づいて前記変動させた開度指令値を代表する開度における前記流量に対する前記感度を算出し、算出した前記感度と前記目標値との偏差に基づいて前記流量調節弁への開度指令値を補正する。
【００１３】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度の感度を算出するにあたり、前記流量調節弁への開度指令値に基づく前記流量に対する前記感度を算出し、さらに前記流量調節弁への開度指令値と当該開度指令値に基づく前記冷却空気の実際の流量との乖離に基づいて、算出した前記感度を補正する。
【００１４】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記感度と前記目標値との偏差が所定の許容範囲内となるよう制御された状態で前記感度が変動する場合であって、当該変動において前記冷却空気の流量が小さくなるときの前記軸封部の温度が所定の許容範囲を超える場合、前記感度の変動が生じても前記軸封部の温度が所定の閾値を超えないよう前記目標値を引き下げる。
【００１５】
本発明の一態様によれば前記目標値には、前記回転機械の運転状態または運転環境に応じて異なる値が設定されている。
【００１６】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記軸封部の熱膨張による変形によって前記軸封部から流出する前記冷却空気の流量が変化した場合、前記感度が、前記変形に対して設定された目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する。
【００１７】
本発明の一態様によれば前記制御装置は、前記回転機械をガスタービン、前記軸封部を前記ガスタービンが備えるタービンのディスクキャビティとする制御装置である。
【００１８】
本発明の一態様は、上記の制御装置を備えるガスタービンである。
【００１９】
本発明の一態様は、回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部の温度の制御方法であって、前記軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を制御する、制御方法である。
【００２０】
本発明の一態様は、コンピュータを、回転機械の回転軸周りに設けられた軸封部に供給する冷却空気の流量に対する前記軸封部の温度が示す感度に基づいて、前記感度が所定の目標値となるように前記冷却空気の流量を決定する手段、として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ディスクキャビティに供給する冷却空気の流量を節約しつつ、ディスクキャビティの温度を適切な温度に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図２】本発明の第一実施形態におけるディスクキャビティに設けられた開口部を示す図である。
【図３】本発明の第一実施形態におけるディスクキャビティを流れる冷却空気の流量とディスクキャビティの温度の関係について説明する図である。
【図４】本発明の第一実施形態における弁開度の制御方法を説明する図である。
【図５】本発明の第一実施形態における弁開度の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図７】本発明の第三実施形態におけるディスクキャビティの感度を定義したデータテーブルの一例を示す図である。
【図８】本発明の第四実施形態における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図９】本発明の第五実施形態におけるディスクキャビティからの冷却空気の漏れを説明する図である。
【図１０】本発明の第五実施形態における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第五実施形態における弁開度の制御方法を説明する図である。
【図１２】本発明の第五実施形態における弁開度の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるディスクキャビティへ供給する冷却空気の制御方法を図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、ガスタービン１と、ガスタービン１の駆動で発電する発電機９とを備えている。ガスタービン１と発電機９は、ロータ５で連結されている。ガスタービン１は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスにより駆動するタービン４と、制御装置１０とを備えている。ロータ５は、軸受６Ａ、６Ｂによって回転可能に支持されている。また、圧縮機２とタービン４との間には、圧縮機２の途中から抽気された空気をタービン４側に導くための抽気管７が設けられ、抽気管７には、抽気された空気を冷却するための冷却装置７０とタービン４側に流入する冷却空気の流量を調整するための冷却空気流量調節弁８が設けられる。制御装置１０は、冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。
【００２４】
タービン４は、ロータ５を中心として回転する。タービン４は、ロータ５を支持するケーシング４０と、ケーシング４０からロータ５に向かって突出する静翼４１と、ロータ５からケーシング４０に向かって突出する動翼４２とを備えている。ケーシング４０は、柱状のロータ５を外周側から覆う筒状をなしている。
【００２５】
静翼４１は、ケーシング４０に固定されてロータ５の径方向内側に突出して配され、ロータ５の軸線方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。動翼４２は、ロータ５に固定されてロータ５の径方向外側に突出して配され、軸線方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。静翼４１と動翼４２は、一対となって一個の「段」を構成しており、タービン４には、多数の段が設けられている。各段の翼は、燃焼器３から供給された燃焼ガスがタービン４内を流れる方向（紙面の左側から右側に向かう方向）に従って、静翼４１及び動翼４２の翼高さが長くなるよう構成されている。各段について、燃焼ガスの流れに従って、上流側（高圧側）を上段、下流側（低圧側）を下段とする。また、静翼４１の先端部とロータ５の外周部との間には、ロータ５の軸線を中心とする円環状の半閉空間、ディスクキャビティ４３が設けられる。静翼４１には、静翼４１の冷却のために圧縮機２の途中から抽気され冷却装置７０で冷却された冷却空気の一部が静翼４１を径方向に貫通するような冷却空気の経路が設けられている。さらにこの経路を通過した冷却空気は、その経路の先端からディスクキャビティ４３へと供給されるように構成されている。なお、ディスクキャビティ４３には、温度センサ４４が設けられており、温度センサ４４はディスクキャビティ４３の内部の温度を計測する。次にディスクキャビティ４３における燃焼ガスと冷却空気の流れについて図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態におけるディスクキャビティに設けられた開口部を示す図である。
図２に図１の視線方向から見た場合のディスクキャビティの模式図を示す。図示するようにディスクキャビティ４３の径方向の外側には開口部４３Ａ、静翼４１から供給される冷却空気の開口部４３Ｂが設けられている。また、ディスクキャビティ４３の径方向の下段側（ロータ５と接する側）には開口部４３Ｃが設けられている。開口部４３Ａの面積は大きく、開口部４３Ｃの面積は小さい。ここで、開口部４３Ｂから冷却空気Ｇ１の流入が無いと仮定すると、燃焼ガスはより高圧の上段側から低圧の下段側へと流れるため、燃焼ガスは、開口部４３Ａから流入してディスクキャビティ４３を満たし、開口部４３Ｃから流出していくという流れが生じる。このような流れが生じると、ディスクキャビティ４３内部の温度は上昇し、ディスクキャビティ４３に接するロータ５の温度もその影響を受け上昇する。金属で構成されたロータ５の温度は、所定の温度（例えば、４２０℃程度）以下に保たれる必要がある。その為、静翼４１を介した冷却空気を開口部４３Ｂから取り込み、ディスクキャビティ４３の内部を上記の所定の温度に制御する。より具体的には、制御装置１０が、冷却空気流量調節弁８の開度を調節して、抽気管７から静翼４１側へと供給される冷却空気の流量を調整する。つまり、制御装置１０は、開口部４３Ｂからディスクキャビティ４３へ供給される冷却空気Ｇ１の流量を制御する。冷却空気の流量Ｇ１が増加すると、ディスクキャビティ４３へ流入する燃焼ガスが減少し、やがて冷却空気が開口部４３Ａから燃焼ガス流路の上段側へ流出するようになる。以下、ディスクキャビティ４３から開口部４３Ａを介して燃焼ガス流路の上段側への流れ（流量Ｇ２とともに矢印で示す方向）を「順流」、燃焼ガス流路から開口部４３Ａを介してディスクキャビティ４３への流れを「逆流」とする。なお、開口部４３Ｂについて冷却空気の流れる方向は、常に流量Ｇ１とともに矢印で示す方向（ディスクキャビティ４３へ流入する方向）である。また、開口部４３Ｃについては、冷却空気や燃焼ガスの流れは常に流量Ｇ３とともに矢印で示す方向（ディスクキャビティ４３から流出する方向）である。
【００２７】
次に図３を用いて、流量Ｇ１〜Ｇ３とディスクキャビティ４３の温度との関係性について説明する。図３は、本発明の一実施形態におけるディスクキャビティを流れる冷却空気の流量とディスクキャビティの温度の関係について説明する図である。
図３（ａ）にディスクキャビティ４３の温度についての感度のグラフを示す。図３（ｂ）にある段に設けられたディスクキャビティ４３の温度のグラフ、図３（ｃ）に開口部４３Ｃから流出する冷却空気や燃焼ガスの流量Ｇ３のグラフ、図３（ｄ）に開口部４３Ａを介して出入りする冷却空気や燃焼ガスの流量Ｇ２のグラフ、をそれぞれ示す。各グラフの横軸は開口部４３Ｂからディスクキャビティ４３への冷却空気の流量Ｇ１の大きさを示し、各グラフの横軸の同じ位置は同じ流量であることを示している。
【００２８】
まず、図３（ｃ）のグラフを参照する。図３（ｃ）の流量Ｇ３の大きさを示している。開口部４３Ａと開口部４３Ｃの大小関係から、ディスクキャビティ４３から下段側へ流れる冷却空気等の流量Ｇ３は開口部４３Ｃの前後差圧に支配され、流量Ｇ１の大きさに関係なく略一定となる。
次に図３（ｄ）のグラフを参照する。図３（ｄ）の流量Ｇ２の大きさを示している。流量Ｇ２は、流量Ｇ１から流量Ｇ３を差し引いた値となる。流量Ｇ１が増加するにしたがって、逆流していたガス等の流れが、流量Ｇ１の値がＬ３となる付近で順流に転じ、その後も流量Ｇ１の増加に伴い、順流する流量Ｇ２が増加する。上記のとおり、ディスクキャビティ４３の温度（ＤＣＴ）が図３（ｂ）に示す温度Ｔ１に近い温度となるようにするためには、開口部４３Ａの流れを順流させる必要がある。従って、制御装置１０は、流量Ｇ１がＬ３以上となるように、冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。
【００２９】
続いて、図３（ｂ）のグラフを参照する。図３（ｂ）の縦軸は温度を示している。冷却空気の流量Ｇ１が小さいとき（Ｌ１未満）、ディスクキャビティ４３の温度（ＤＣＴ）は、目標とする温度Ｔ１（例えば４２０℃）を大きく上回る。また、流量Ｇ１がＬ１以上Ｌ２未満のとき、ＤＣＴは、徐々に低下し、流量Ｇ１がＬ２以上となると、ＤＣＴは、ある温度Ｔ０（例えば３８０℃）に整定する。上記のとおり、ＤＣＴの上昇は、ロータ５の過度な温度上昇につながる。また、あまりにも流量Ｇ１が大きいと、過剰に冷却空気を供給することになり経済的ではない。そこで、本実施形態では、ＤＣＴを所定の温度Ｔ１あたりに維持する。つまり、制御装置１０は、流量Ｇ１がＬ２より少し小さな値となるように、冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。
【００３０】
次に図３（ａ）のグラフを参照する。図３（ａ）は、流量Ｇ１とＤＣＴの感度の関係を示している。感度とは、流量Ｇ１に刺激を与えたときのＤＣＴの応答の大きさである。刺激を与えるとは、流量Ｇ１についてある値を中心として所定の範囲で変動させることである。すると、その流量の変動に対してＤＣＴが様々に変化したり、あるいはほとんど変化しなかったりといった応答を示す。本実施形態では、冷却空気流量調節弁８の開度を変動させることにより流量Ｇ１を変動させ、その応答の大きさ（感度）を算出する。感度の算出方法については後述する。算出された感度を、変動の中心となった流量Ｇ１の値に対する感度と呼ぶ。図３（ａ）の縦軸は感度の大きさ（絶対値）を示している。例えば、冷却空気の流量Ｇ１がＬ１未満またはＬ２以上となるとき、ＤＣＴは一定である。つまり、流量Ｇ１がこの範囲にあるときは流量Ｇ１に刺激を与えてもＤＣＴに変化はない（感度が無い）。一方、流量Ｇ１がＬ１以上Ｌ２未満の場合、ＤＣＴには変化が生じている（感度がある）。図３（ａ）と図３（ｂ）とを参照すると、流量Ｇ１が増加するに伴って、ＤＣＴが感度を有する範囲（Ｌ１〜Ｌ２）を超えるとＤＣＴがある温度Ｔ０に整定する。上記のとおり、冷却空気の供給量を節約するために、所定の温度Ｔ１を維持することができる必要最低限の冷却空気を供給できるように制御することを目標とする。図３（ａ）のバンドαは、ＤＣＴが感度を有する範囲の右端付近（同範囲における流量Ｇ１の上限付近）に設定されている。流量Ｇ１の値を、このバンドαの右端付近であって、感度が０となる境界よりも少し小さい値（冷却空気の節約の観点）に制御することができれば、ＤＣＴを適切な温度Ｔ１付近に維持しつつ、冷却空気の供給量を節約した制御を行うことができる。そこで本実施形態の制御装置１０は、バンドαの右端付近を検出し、その値に合わせて冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。なお、この温度Ｔ１を実現できそうな冷却空気の流量Ｇ１における感度を目標感度Ａｓｖとして定め、制御装置１０は、このＡｓｖを目標に感度に基づく流量Ｇ１の制御を行う。目標感度Ａｓｖは、バンドαの右端付近より少し左側の感度（感度の絶対値が０より大きな値から０へと変化する境界における流量より所定の値だけ小さい流量Ｇ１における感度）に相当する。また、目標感度Ａｓｖは、感度の絶対値が０より大きな値となる流量Ｇ１と感度の絶対値が０となる流量Ｇ１の境界（Ｌ１とＬ２）うち、ＤＣＴが許容範囲内となる流量Ｇ１（Ｌ２）から所定の範囲内（所定の値だけ小さい）にある流量Ｇ１に対する感度である。
【００３１】
図１に制御装置１０の機能を示す。制御装置１０は、データ取得部１１と、開度決定部１２と、開度指令部１３と、を備える。なお、制御装置１０は、例えば、１台または複数台のコンピュータによって構成される。
データ取得部１１は、温度センサ４４が計測したＤＣＴの値、ガスタービン１の出力値などを取得する。
開度決定部１２は、流量Ｇ１が図３で説明したバンドαの右端付近の値となるような冷却空気流量調節弁８の開度を決定する。開度決定部１２は、調節部１２１と、逸脱防止部１２２と、保護部１２３と、変調部１２４とを備える。調節部１２１は、冷却空気流量調節弁８の開度を、流量Ｇ１が目標感度Ａｓｖに対応する流量となるような開度に調節するための補正量を算出する。逸脱防止部１２２は、流量Ｇ１がバンドαの左側に大きく逸脱することを防止する。保護部１２３は、流量Ｇ１がバンドαの左側に大きく逸脱したときに流量Ｇ１がバンドαの右側の値となるよう開度を補正する。例えば、保護部１２３は、そのような場合、冷却空気流量調節弁８の開度を１００％（全開）とするよう弁が開く側に補正する。変調部１２４は、調節部１２１が開度の補正量を算出できるようにするために、冷却空気流量調節弁８の開度をある値を中心として所定の範囲で変動させ、開度に刺激を加える。調節部１２１はこの刺激に対するＤＣＴの応答から、変動の中心となる開度に対するＤＣＴの感度を算出し、算出した感度と目標感度Ａｓｖの偏差に基づいて補正量を算出する。
開度指令部１３は、冷却空気流量調節弁８の開度を、開度決定部１２が決定した開度に制御する。
【００３２】
次に開度決定部１２について図４を用いてさらに詳しく説明する。
図４は、本発明の一実施形態における弁開度の制御方法を説明する図である。
変調部１２４は、冷却空気流量調節弁８の開度を、例えば、振幅２％、周期ωｍが１分の正弦波で変動させるような開度指令を出力するよう開度指令部１３に指示する。開度指令部１３は、この指示に従って、冷却空気流量調節弁８の開度を１分周期で２％分だけ開閉させて流量Ｇ１を変動させる。なお、本実施形態の弁開度制御に先だって、冷却空気流量調節弁８の開度は、流量Ｇ１がバンドαの右端より右側の値となるよう設定された所定の開度βに制御されている。この開度βでは、流量Ｇ１の値が十分大きく、ＤＣＴが温度Ｔ０となる。この開度βは必ずしも経済的な（無駄のない）流量Ｇ１の値を実現する弁開度ではない。そこで、本実施形態では、変調部１２４が、冷却空気流量調節弁８の開度を変調（所定の周波数で開度を変動させること）させ、流量Ｇ１およびＤＣＴを変動させる。そして、調節部１２１がＤＣＴの変動（感度）を監視し、ＤＣＴの変動に基づいて、運転中のガスタービンにおける実際のバンドαの右端付近を検出する。具体的には、調節部１２１は、変調部１２４が、冷却空気流量調節弁８の開度を変動させているときのＤＣＴの値を、データ取得部１１を介して取得する。調節部１２１は、このＤＣＴの波形データに非線形フィルタを適用し、ノイズの除去を行う。次に調節部１２１が備える復調機能（復調部）が、フーリエ変換などを用いて、ノイズ除去後のＤＣＴの波形データから、変調部１２４による弁開度の変動により励起された成分（感度Ａｍｖ）を選択的に取り出す。感度Ａｍｖの波形データを選択的に取り出すために、調節部１２１は、フーリエ係数の算出のために以下の式によって定積分計算を行う。
【００３３】
【数１】
2019060266.tif 000003
【００３４】
ここで、６０は周期ωｍ（６０ｓｅｃ）、ＴＤＣはデータ取得部１１が取得したＤＣＴの値である。すると、Ａｍｖは以下の式（２）で表すことができる。このＡｍｖは、変調部１２４が変調させた開度を代表する開度（振幅の中心における開度）における流量Ｇ１の値に対する感度である。
【００３５】
【数２】
2019060266.tif 000004
【００３６】
続いて、調節部１２１は、感度Ａｍｖと目標感度Ａｓｖとの偏差と調整係数Ｋ１とに基づき冷却空気流量調節弁８の補正量を算出する。例えば、ＡｍｖがＡｓｖより小さければ、調節部１２１は、感度Ａｍｖがもう少し大きくなるように、つまり、流量Ｇ１を減少させるよう補正する。逆にＡｍｖがＡｓｖより大きければ、それ以上流量Ｇ１を小さくすると、ＤＣＴの温度は急激に上昇してしまうので、調節部１２１は、Ａｍｖが小さくなるように、つまり、流量Ｇ１を増加させるよう補正する。
【００３７】
逸脱防止部１２２は、ガスタービン１の出力値（ＭＷ）を取得し、予測モデル等を用いて、取得した出力値に応じたＤＣＴの上限値を算出する。そして、逸脱防止部１２２は、温度センサ４４が計測した温度（ＤＣＴ）がＤＣＴの上限値を超えそうになると、冷却空気流量調節弁８の開度を大きくする。係数Ｋ２は冷却空気流量調節弁８の補正量の調整係数である。
また、保護部１２３は、温度センサ４４が計測した温度（ＤＣＴ）を監視し、ＤＣＴの計測値が、所定の閾値（例えば４２０℃）を上回ると、逸脱防止部１２２に代わって、冷却空気流量調節弁８を全開とするよう補正する。係数Ｋ２１は冷却空気流量調節弁８の補正量の調整係数である。
【００３８】
開度決定部１２は、時間の経過とともに変化するＤＣＴの変動に応じて調節部１２１，逸脱防止部１２２，保護部１２３が算出した補正量の値を積分して、変調部１２４による開度の変調指令値に加算し、冷却空気流量調節弁８の開度を決定する。開度指令部１３は、開度決定部１２により決定された値となるよう冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。開度決定部１２は、再び、データ取得部１１が取得したＤＣＴ、ガスタービン１の出力値に基づいてＡｍｖを算出し、算出したＡｍｖが目標感度Ａｓｖと一致するようにフィードバック制御を行う。
【００３９】
一般的にＤＣＴは、温度センサ４４が計測した温度と目標温度との偏差に基づいてフィードバック制御する等の方法で行われることが多い。しかし、この目標温度は、ガスタービンの運転状態や運転環境によって必ずしも最適ではない可能性がある。本実施形態では、ＤＣＴの温度を直接的に制御上の目印とするのではなく、流量Ｇ１に対するＤＣＴの感度Ａｍｖ監視し、Ａｍｖの絶対値が０より大きな値から０へと変化する境界を目印として、流量の制御を行う。これは、この境界によって示される流量Ｇ１が、流量Ｇ２の逆流から順流へ転じるときの流量よりも大きく、従ってＤＣＴ温度の急激な上昇を抑制できる流量であることや、Ａｍｖの絶対値が０となる流量では冷却空気の流量が過剰気味となる可能性があるところ、この境界が示す流量よりもＤＣＴの上昇を招かない程度に少し流量Ｇ１を低下させることができるならば、ＤＣＴを適温に保ちつつ冷却空気の供給量を節約できるという理解に基づく。このような性質を持つＤＣＴの感度が、ガスタービン１の運転状態や運転環境に関係なく同様の性質を有するならば、冷却空気の供給量の最適化だけではなく、制御精度の向上を期待することができる。
【００４０】
なお、ここでは、本実施形態の特徴である弁開度に刺激を与えて感度Ａｓｖとなる開度を算出するという機能を中心に説明を行ったが、開度決定部１２は、ガスタービン１の出力値などに応じて冷却空気流量調節弁８の開度（先行開度）を決定する機能や、ＤＣＴの目標値とＤＣＴの計測値に基づくＰＩ制御等のフィードバック制御により冷却空気流量調節弁８の開度を補正する機能などを備えている。
【００４１】
次に本実施形態の冷却空気流量調節弁８の開度制御の処理の流れについて説明する。
図５は、本発明の一実施形態における弁開度の制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置１０は、冷却空気流量調節弁８の一般的な開度制御を実行する（ステップＳ１１）。一般的な開度制御では、例えば、開度決定部１２が、ガスタービン１の出力値等に応じた冷却空気流量調節弁８の弁開度に対して、データ取得部１１が取得したＤＣＴの計測値が、ＤＣＴの目標温度に近づけるような補正量を加算して開度を決定する。そして、開度指令部１３が、冷却空気流量調節弁８の開度が、開度決定部１２により決定された開度となるよう制御する。つまり、開度決定部１２は、ディスクキャビティ４３の温度に基づくフィードバック制御を行って冷却空気流量調節弁８の開度（図４で説明した開度β）を決定する。このような制御の場合、冷却空気の流量Ｇ１が過剰となる可能性がある。なお、データ取得部１１は、温度センサ４４が計測したＤＣＴとガスタービン１の出力値を所定の時間間隔で取得し続けている。
【００４２】
次にユーザからの指示などに基づいて、本実施形態のＤＣＴ感度に基づく開度制御を開始する（ステップＳ１２）。まず、開度決定部１２の変調部１２４が、開度の変調量とその周期を決定する（ステップＳ１３）。開度の変動量の振幅が±２％、周期が１分の場合、例えば最初の３０秒は開度を元の開度から２％増加させ、次の３０秒は開度を元の開度から２％減少させることを意味する。開度決定部１２は、この変調量（周期と振幅）を開度指令部１３に出力する。開度指令部１３は、冷却空気流量調節弁８の開度を制御する（ステップＳ１４）。具体的には、変調部１２４が決定した変調量、周期で冷却空気流量調節弁８の開度を変動させる。データ取得部１１は、この弁開度の変動の結果生じるＤＣＴの値などを継続的に取得し続ける。
【００４３】
次に調節部１２１が、Ａｍｖを算出する（ステップＳ１５）。調節部１２１は、フーリエ変換を用いて、ＤＣＴの計測値から冷却空気流量調節弁８の開度の変調による影響分を抽出し、式（１）、（２）によって、変調部１２４によって変動するある範囲の開度の中心の開度（開度指令値）での流量Ｇ１に対するＤＣＴの感度Ａｍｖを算出する。
次に調節部１２１は、ＡｍｖとＡｓｖを比較する（ステップＳ１６）。ＡｍｖがＡｓｖと一致する場合（あるいは、ＡｍｖとＡｓｖの差が許容範囲内の場合）（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、流量Ｇ１が目標とする流量となっているので、冷却空気流量調節弁８の開度を補正する必要がない。従って、本制御を終了する。
【００４４】
ＡｍｖがＡｓｖと一致しない場合（あるいは、ＡｍｖとＡｓｖの差が許容範囲内の場合）（ステップＳ１６；Ｎｏ）、調節部１２１は補正量を算出し、逸脱防止部１２２または保護部１２３は補正量を算出する（ステップＳ１７）。具体的には、Ａｍｖ＞Ａｓｖの場合、調節部１２１は冷却空気流量調節弁８の開度を大きくするように補正する。また、Ａｍｖ＞Ａｓｖの場合、調節部１２１は開度を小さくするように補正する。なお補正量の算出にあたっては、例えば、ＡｍｖとＡｓｖを入力、調整係数Ｋ１を出力とする関数等が予め定められていて、調節部１２１は、この関数等を用いて補正量を調整する。
【００４５】
また、ＤＣＴの計測値とガスタービン１の出力値に基づくＤＣＴの上限値との差が、所定の値以下となると、逸脱防止部１２２は、冷却空気流量調節弁８の開度を大きくするよう補正する。また、ＤＣＴの計測値がＤＣＴ上限値に達した場合、保護部１２３は、冷却空気流量調節弁８の開度を全開とするよう補正する。
開度決定部１２は、調節部１２１，逸脱防止部１２２，保護部１２３が算出した補正量を加算して積分して求めた値に、変調部１２４が決定した変調量分を加算して冷却空気流量調節弁８の開度を決定する。
そしてステップＳ１４以降の処理を繰り返す。
【００４６】
本実施形態によれば、冷却空気流量調節弁８の開度を変動させて、その変動に対するＤＣＴの感度Ａｍｖを算出し、目標感度ＡｓｖとＡｍｖの偏差に基づいて、冷却空気の流量Ｇ１を補正する。これにより、ＤＣＴを適切な温度に維持しつつ、冷却空気の流量Ｇ１を節約する冷却空気流量調節弁８の開度を求めることができる。
【００４７】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による弁開度制御について図６を参照して説明する。第二実施形態では、冷却空気流量調節弁８の開度指令値に基づく流量Ｇ１ではなく、開度計や流量計が計測した冷却空気流量調節弁８の実際の開度又は冷却空気の実際の流量に基づいて感度Ａｍｖを補正する。以下、冷却空気流量調節弁８に開度計を設ける場合を例に説明を行う。
【００４８】
図６は、本発明の第二実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
抽気管７の冷却空気流量調節弁８には開度計８１が設けられている。第二実施形態に係る制御装置１０ａのデータ取得部１１ａは、ＤＣＴの計測値、ガスタービン１の出力値に加え、開度計８１が計測した冷却空気流量調節弁８の開度を取得する。開度決定部１２ａの調節部１２１ａは、第一実施形態で説明した方法による感度Ａｍｖを、冷却空気流量調節弁８に対する開度指令値とその指令値に対する実際の開度との乖離に基づいて補正する。ここで基準となる冷却空気流量調節弁８の感度をＡｖｌｖ０とする。基準となる感度とは、例えば、開度指令値１％に対する実際の応答が１％であるときの感度である。次に調節部１２１ａが感度Ａｍｖを算出する。また、このときに調節部１２１ａが決定した補正量に基づく開度指令値を冷却空気流量調節弁８に出力したときの開度計８１が計測した実際の開度の感度をＡｖｌｖとする。すると、調節部１２１ａは、算出したＡｍｖを以下の式（３）で補正する。
Ａｍｖｃ  ＝  Ａｍｖ  ×  （Ａｖｌｖ０÷Ａｖｌｖ）  ・・・・（３）
【００４９】
Ａｍｖｃは、補正後の感度Ａｍｖの値である。例えば、開度指令値１％に対し０．５％しか応答しない状態であるとすると、実際の冷却空気の流量Ｇ１も半分程度の流量であると考えられる。第一実施形態の制御方法は、実際の流量を顧みることなく開度指令値に対応する流量Ｇ１がディスクキャビティ４３に供給されているものと仮定して感度Ａｍｖを算出していた。感度Ａｍｖは流量Ｇ１の変動量（振幅）に対応するものであるから、上記の例のように実際の開度が半分程度である場合は、実際の感度Ａｍｖは倍近い値と考えられる。Ａｍｖの値が倍であるとすると図３で例示したグラフを参照すると、実際には、目標とするバンドαの右端付近より大幅に左側にシフトした位置の感度が得られていることになり、目的とする弁開度制御から逸脱してしまうことになる。これに対し、本実施形態では、上記の式（３）により、Ａｍｖの値を２倍の値に補正した正確なＡｍｖｃを得ることができる。これにより、正確な感度Ａｍｖｃと目標感度Ａｓｖの偏差に基づいて、冷却空気流量調節弁８の開度を調整することができる。例えば、上の例では、流量Ｇ１の値が十分大きくなる開度から、開度指令値を変調させて、感度Ａｍｖがバンドαの右端付近となる開度を捉えようとするが、第一実施形態の方法であれば、見かけの（開度指令値に基づく）感度Ａｍｖによって制御するため、実際の感度がバンドαを通り越して左側へ通過していくおそれがある。これに対し、本実施形態の制御方法によれば、式（３）により正確なＤＣＴの感度Ａｍｖｃを算出することができるので、上記のリスクを回避することができる。なお、開度計に代え、冷却空気流量調節弁８の下流に流量計を設け、開度指令値に対する流量計が計測する実際の冷却空気の流量に基づいて同様の補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態による弁開度制御について図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第三実施形態におけるディスクキャビティの感度を定義したデータテーブルの一例を示す図である。
図７に示すデータテーブルには、出力値や大気温度などガスタービン１の運転状態や運転環境に応じて設定された目標感度Ａｓｖが定められている。ガスタービン１の運転状態や運転環境を示すパラメータの他の例として、例えば、出力の変化率、大気の湿度、大気の圧力、圧縮機２へ吸入される空気の流量（ＩＧＶ開度）、燃焼器３へ供給する燃料流量や燃料の温度などが含まれていても良い。さらに、ガスタービン１、ディスクキャビティ４３、冷却空気流量調節弁８等の経年変化を考慮する意味で、ガスタービン１の累積運転時間、冷却空気流量調節弁８やタービン４のメンテナンス回数、前回メンテナンスを行ってからの経過時間などをパラメータに含め、これら複数のパラメータの値に応じて目標感度Ａｓｖが定められていてもよい。
【００５１】
データ取得部１１は、ＤＣＴの値やガスタービン１の出力値に加え、上記のパラメータに関する計測値などを取得する。調節部１２１は、図４で例示したテーブルを参照し、例えば、ガスタービン１の出力値が「Ｗ１」、大気温度が「ｔ１」であれば目標感度Ａｓｖの値を「Ｘ４」と定め、第一実施形態（または第二実施形態）の方法に従って、感度Ａｍｖ（またはＡｍｖｃ）をＡｓｖに近づけるよう制御する。
【００５２】
本実施形態によれば、ガスタービン１の運転状態や運転環境に応じた目標感度Ａｓｖを設定することができるので、より現実に即した弁開度制御を行うことができる。また、運転中の運転状態の変更や運転環境の変化に対してロバストな制御を行うことができる。
【００５３】
＜第四実施形態＞
以下、本発明の第四実施形態による弁開度制御について図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第四実施形態における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
図８に示すように本実施形態に係る制御装置１０ｂは、データ取得部１１と、開度決定部１２ｂと、開度指令部１３と、を備える。開度決定部１２ｂは、調節部１２１と、逸脱防止部１２２と、保護部１２３と、変調部１２４と、目標感度調整部１２５とを備える。
目標感度調整部１２５は、感度Ａｍｖが予め定められた目標感度Ａｓｖとなるように制御出来た状態で、感度Ａｍｖ（またはＡｍｖｃ）が変動するような場合にその変動を考慮して、目標感度Ａｓｖの値を安全側に調整する。つまり、目標感度調整部１２５は、Ａｓｖに対応する流量Ｇ１が大きな値（安全側）となるようにＡｓｖの値を低下させる。具体的には、目標感度調整部１２５は、以下の式（４）を用いて、Ａ＊ｓｖの最大値を求め、目標感度の値を所定のＡｓｖからＡ＊ｓｖに更新する。
【００５４】
【数３】
2019060266.tif 000005
【００５５】
ここで調整係数αは定数、ＶＡＲ（Ａｓｖ−Ａｍｖ）はＡｓｖとＡｍｖの誤差の分散である。また、上限値Ａｓｖｍａｘと下限値Ａｓｖｍｉｎは予め定められた値であって、目標感度調整部１２５は、この範囲でＡｓｖを変動させ、式（４）右辺が最大となるＡｓｖを探索する。Ａｍｖの値をＡｓｖに近づけようと制御してもＡｍｖの値がＡｓｖ付近で一定となることは少なく、実際には変動が生じる。特に変動が流量Ｇ１の値が小さくなる方向（図３のグラフにおいてバンドαの左側方向）に変動するような場合、その変動の最大となる点ではＡｍｖの値が急激に上昇し、ディスクキャビティの温度ＤＣＴが許容範囲を超えて上昇してしまうリスクがある。そこで、必要最低限の流量Ｇ１でＤＣＴを適切な温度に制御するために可能な限りＡｓｖに大きな値を設定したいところ、上記のようなリスクを回避するためにＡｍｖの変動分だけＡｓｖに相当する流量Ｇ１を増加させるようＡｓｖを調整する。例えば、目標感度Ａｓｖの値が「１．５」で、Ａｍｖの値が「１．３」〜「１．８」の範囲で変動するような場合、式（４）によって、Ａ＊ｓｖの値（例えば、「１．８」）を算出し、この値を新たな目標感度Ａｓｖとする。すると、新たなＡｓｖ「１．８」に対して、Ａｍｖの値が、例えば「１．５」〜「２．１」の範囲で変動したとしても、ＤＣＴが上昇するリスクを抑えることができる。
【００５６】
このように本実施形態によれば、冷却空気流量の節約とＤＣＴの上昇のリスクとの折り合いをつけた目標感度Ａｓｖの値を設定することができる。これにより、制御の安定性を実現することができる。
【００５７】
＜第五実施形態＞
以下、本発明の第五実施形態による弁開度制御について図９〜図１２を参照して説明する。
図９は、本発明の第五実施形態におけるディスクキャビティからの冷却空気の漏れを説明する図である。
図９に示すようにディスクキャビティ４３の開口部４３Ｃに相当する部分にはブラシシール４５が設けられている。ガスタービン１の運転開始時においてブラシシール４５とロータ５とは接している。この場合、冷却空気の流量Ｇ１が減少すると逆流によりＤＣＴは上昇する。また、ガスタービン１が運転を開始するとタービン４には燃焼ガスが流れ高温となる。その為、ディスクキャビティ４３が熱膨張してブラシシール４５の内径が拡大しロータ５との隙間が広がる現象が生じる。ブラシシール４５が摩耗しなければ、熱膨張が生じてもブラシシール４５の穂先はロータ５と接したままであり、流量Ｇ３の値は一定に保たれる。ところが、ガスタービン１の運転開始から時間が経過してブラシシール４５が摩耗すると、熱膨張によるディスクキャビティ４３の径の広がりによりブラシシール４５の穂先とロータ５との間に隙間が生じる。すると、開口部４３Ｃの面積（冷却空気の漏れ面積）が増大し、流量Ｇ３が増加する。この様子をグラフＧ９に示す。流量Ｇ３が増加すると、冷却空気の流量Ｇ１の減少に対するＤＣＴの上昇度合いが増加する。このように実際のガスタービン１の運転では、これまで一定として説明してきた流量Ｇ３が、運転時間やブラシシール４５の摩耗に応じて一定の値まで増加するという現象が生じる。流量Ｇ３が増加すると、ＤＣＴは上昇しがちになる。そこで第五実施形態では、この流量Ｇ３の増加に対応する制御を追加する。
【００５８】
図１０は、本発明の第五実施形態における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
図１０に示すように本実施形態に係る制御装置１０ｃは、データ取得部１１と、開度決定部１２ｃと、開度指令部１３と、を備える。開度決定部１２ｃは、調節部１２１ｃと、逸脱防止部１２２ｃと、保護部１２３と、変調部１２４ｃとを備える。
本実施形態においても開度決定部１２ｃは、ブラシシール４５とロータ５とが接している間は、第一実施形態〜第四実施形態で説明した制御を行って冷却空気の流量を制御する。つまり、本実施形態に係る調節部１２１ｃ、逸脱防止部１２２、保護部１２３、変調部１２４ｃは、図４で説明した機能を有している。次にブラシシール４５とロータ５との間に隙間ができた後の調節部１２１ｃ、保護部１２３、変調部１２４ｃ、温度制御部１２６による制御について図１１を用いて説明する。
【００５９】
図１１は、本発明の第五実施形態における弁開度の制御方法を説明する図である。
変調部１２４ｃは、冷却空気流量調節弁８の開度を、例えば、振幅０．５％、ωｍ´が周期２０分の正弦波で変調させるような開度指令を出力するよう開度指令部１３に指示する。開度指令部１３は、この指示に従って、冷却空気流量調節弁８の開度を２０分周期で０．５％分だけ開閉させて流量Ｇ１を変動させる。これにより、流量Ｇ１およびＤＣＴを変動させる。そして、調節部１２１ｃがＤＣＴの感度を監視し、ＤＣＴの感度に基づいて、バンドαの右端付近に設定された目標感度Ａｓｖ´を検出する。続いて、調節部１２１ｃは、感度Ａｍｖと目標感度Ａｓｖ´との偏差に基づき、冷却空気の流量Ｇ１の補正量を算出する。例えば、ＡｍｖがＡｓｖ´より小さければ、調節部１２１ｃは、冷却空気流量調節弁８を閉じる方向で補正する。ＡｍｖがＡｓｖ´より大きければ、調節部１２１ｃは、冷却空気流量調節弁８の開度が大きくなるように補正する。これらの処理については、変動の振幅、周期が異なるだけで他は第一実施形態と同様である。
【００６０】
温度制御部１２６は、ガスタービン１の出力値（ＭＷ）を取得し、予測モデル等を用いて出力値に応じたＤＣＴの目標値を算出する。そして、温度制御部１２６は、温度センサ４４が計測した温度とＤＣＴの目標値との偏差に基づいて、ＤＣＴの計測値が目標値となるよう冷却空気流量調節弁８の開度を調整する補正量を算出する。
また、保護部１２３は、温度センサ４４が計測した温度（ＤＣＴ）を監視し、ＤＣＴの計測値が、所定の閾値（例えば４２０℃）を上回ると、冷却空気流量調節弁８を全開とする補正量を算出する。
【００６１】
開度決定部１２ｃは、時間の経過とともに変化するＤＣＴの変動に応じて調節部１２１ｃ，逸脱防止部１２２，保護部１２３が算出した補正量の値を積分して、変調部１２４ｃによる開度の変調指令値に加算し、冷却空気流量調節弁８の開度を決定する。開度指令部１３は、開度決定部１２ｃにより決定された値となるよう冷却空気流量調節弁８の開度を制御する。開度決定部１２ｃは、２０分に１回、データ取得部１１が取得したＤＣＴ、ガスタービン１の出力値に基づいてＡｍｖがＡｓｖ´と一致するようにフィードバック制御を行う。これと並行して、開度決定部１２ｃ（温度制御部１２６）は、ＤＣＴの計測値が目標値と一致するように温度に基づくフィードバック制御を行う。このような制御により、ブラシシール４５とロータ５との間の隙間の変化する状況であっても、その状況に応じて冷却空気の流量Ｇ１を調整し、ＤＣＴを適切な温度に保ちながら、流量Ｇ１を節約する効果が得られる。
【００６２】
図１２は、本発明の第五実施形態における弁開度の制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、ガスタービン１の運転開始とともに第一実施形態から第四実施形態で説明した方法で、ＤＣＴの感度ＡｍｖがＡｓｖとなるように冷却空気流量調節弁８の開度を制御する（ステップＳ２１）。ＡｍｖがＡｓｖとなるよう制御できると、次に温度制御部１２６が、温度に基づいて冷却空気流量調節弁８の開度制御を実行する（ステップＳ２２）。具体的には、図１１で説明したように温度制御部１２６が、冷却空気流量調節弁８の開度を調整することにより、ＤＣＴが目標温度となるようにフィードバック制御を行う。
次に調節部１２１ｃ、変調部１２４ｃなどが長周期（例えば２０分）でＤＣＴ感度に基づく開度制御を実行する（ステップＳ２３）。具体的には、図１１で説明したように、変調部１２４ｃが２０分周期で冷却空気流量調節弁８の開度を刺激し、調節部１２１ｃがその刺激に対するＤＣＴの計測値（波形データ）から、変動させた開度の中心に対するＡｍｖを算出する。そして調節部１２１ｃは、算出したＡｍｖと所定の目標感度Ａｓｖ´との偏差に基づく補正量を算出する。このようにして本実施形態では、熱膨張によるブラシシール４５とロータ５の隙間の拡大によって生じる流量Ｇ３の増加がＤＣＴに与える影響への対応を行う。
【００６３】
ステップＳ２３の制御中に感度Ａｍｖの値が大きくなると、それは隙間の拡大が進行したことを示す。所定の目標感度Ａｓｖ´は、バンドαの右端における流量よりも所定の値だけ小さな流量Ｇ１における感度であるが、第一実施形態〜第四実施形態の目標感度Ａｓｖとは異なる値であってもよい。運転開始時においてロータ５の外周はブラシシール４５と接しており、運転開始後のタービン４内の温度上昇に伴って、ロータ５とブラシシール４５との間に隙間が生じるようになるが、その隙間の大きさは、ロータ５の全周に渡って均一ではない。本実施形態の目標感度Ａｓｖ´は、例えば、ブラシシール４５の穂先がロータ５から離れている弧の長さが全周の１／２の長さとなる状態における理想的な運転状態における感度の値である。また、２０分周期で目標感度Ａｓｖ´に基づく開度制御を行うのは、開度を変更してからその影響によるＤＣＴの変化がディスクキャビティ４３全体に行きわたるのに２０分程度の時間を要するためである。また、本実施形態では、２０分周期で目標感度Ａｓｖ´に基づく制御を行う一方で、温度制御部１２６が、ディスクキャビティ４３の温度に基づく制御を継続するため、制御の即応性を保つことができる。
このように本実施形態によれば、ディスクキャビティ４３の熱膨張による変形によって流量Ｇ３が増加した場合であっても、ＤＣＴの上昇を防ぐことができる。
【００６４】
（ハードウェア構成）
図１３は、本発明に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０３、ストレージ装置５０４、外部Ｉ／Ｆ（Interface）５０５、入力装置５０６、出力装置５０７、通信Ｉ／Ｆ５０８等を有する。これらの装置はバスＢを介して相互に信号の送受信を行う。
【００６５】
ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０３やストレージ装置５０４等に格納されたプログラムやデータをＲＡＭ５０２上に読み出し、処理を実行することで、コンピュータ５００の各機能を実現する演算装置である。例えば、上記の各機能部は、ＣＰＵ５０１が、ＲＯＭ５０３等が記憶するプログラムを読み込んで実行することにより、コンピュータ５００に備わる機能である。ＲＡＭ５０２は、ＣＰＵ５０１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。ＲＯＭ５０３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持する不揮発性のメモリである。ストレージ装置５０４は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等により実現され、ＯＳ（Operation System）、アプリケーションプログラム、及び各種データ等を記憶する。外部Ｉ／Ｆ５０５は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、例えば、記録媒体５０９等がある。コンピュータ５００は、外部Ｉ／Ｆ５０５を介して、記録媒体５０９の読取り、書き込みを行うことができる。記録媒体５０９には、例えば、光学ディスク、磁気ディスク、メモリカード、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等が含まれる。
【００６６】
入力装置５０６は、例えば、マウス、及びキーボード等で構成され、操作者の指示を受けてコンピュータ５００に各種操作等を入力する。出力装置５０７は、例えば、液晶ディスプレイにより実現され、ＣＰＵ５０１による処理結果を表示する。通信Ｉ／Ｆ５０８は、有線通信又は無線通信により、コンピュータ５００をインターネット等のネットワークに接続するインタフェースである。バスＢは、上記各構成装置に接続され、構成装置間で各種信号等を送受信する。
【００６７】
なお、上述した制御装置１０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを制御装置１０のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００６８】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、制御装置１０は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
【００６９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。ガスタービン１およびタービン４は回転機械の一例、ロータ５は回転軸の一例、ディスクキャビティ４３は軸封部の一例である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・ガスタービン
２・・・圧縮機
３・・・燃焼器
４・・・タービン
５・・・ロータ
６Ａ、６Ｂ・・・軸受
７・・・抽気管
８・・・冷却空気流量調節弁
８１・・・開度計
９・・・発電機
１０・・・制御装置
１１・・・データ取得部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・開度決定部
１２１、１２１ａ、１２１ｃ・・・調節部
１２２、１２２ｃ・・・逸脱防止部
１２３・・・保護部
１２４、１２４ａ、１２４ｃ・・・変調部
１２５・・・目標感度調整部
１２６・・・温度制御部
１３・・・開度指令部
４０・・・ケーシング
４１・・・静翼
４２・・・動翼
４３・・・ディスクキャビティ
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ・・・開口部
４４・・・温度センサ
４５・・・ブラシシール
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・流量
Ａｓｖ Ａｓｖ´・・・目標感度
Ａｍｖ、Ａｍｖｃ・・・感度
【図１】
2019060266.tif 000006
【図２】
2019060266.tif 000007
【図３】
2019060266.tif 000008
【図４】
2019060266.tif 000009
【図５】
2019060266.tif 000010
【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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