(57)【要約】【課題】ガスタービン入口温度を精度よく把握できるガスタービン入口温度算出方法及び装置を提供することである。【解決手段】ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３とを回転軸で連結し燃焼器１５で得られた燃焼流体をガスタービン単体１２に供給して回転軸１４を駆動するように構成されたガスタービン１１のガスタービン単体１２に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するにあたり、ガスタービン１１の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８によりトルクを計測し、トルク計測装置１８で計測されたトルクからガスタービンの出力を算出し、算出したガスタービンの出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出する。【選択図】  図１
2008163746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービンの出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービンの出力を算出し、算出したガスタービンの出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とするガスタービン入口温度算出方法。
【請求項２】
ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービン単体の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービン単体の出力を算出し、算出したガスタービン単体の出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とするガスタービン入口温度算出方法。
【請求項３】
ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記空気圧縮機が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクから前記空気圧縮機の動力を算出し、算出した前記空気圧縮機の動力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とするガスタービン入口温度算出方法。
【請求項４】
ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービン単体の出力負荷が掛かる回転軸位置及び前記空気圧縮機が負荷として掛かる回転軸位置，もしくは前記ガスタービンの出力負荷が掛かる回転軸位置及び前記空気圧縮機単体が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービン単体の出力及び前記空気圧縮機の動力を算出し、ガスタービン単体の出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づきガスタービン入口温度を算出してガスタービン単体の出力に基づくガスタービン入口温度とし、前記空気圧縮機の動力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づきガスタービン入口温度を算出して空気圧縮機の動力に基づくガスタービン入口温度とし、前記ガスタービン単体の出力に基づくガスタービン入口温度と前記空気圧縮機の動力に基づくガスタービン入口温度との平均値をガスタービン入口温度として算出することを特徴とするガスタービン入口温度算出方法。
【請求項５】
ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出装置において、前記ガスタービンの出力負荷が掛かる回転軸位置でガスタービンのトルクを計測する光学的なトルク計測装置と、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービンの出力を算出するガスタービン出力算出手段と、前記ガスタービン出力算出手段で算出されガスタービンの出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出するガスタービン入口エンタルピー算出手段と、前記ガスタービン入口エンタルピー算出手段で算出されたガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出するガスタービン入口温度算出手段とを備えたことを特徴とするガスタービン入口温度算出装置。
【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からガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し、燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されている。このようなガスタービンにおいては、燃焼器で得られた燃焼流体がガスタービン単体に供給される際のガスタービン入口温度は、通常、１０００℃以上の高温であるため、ガスタービン入口温度を直接的に計測できない。
【０００３】
ガスタービン入口温度はプラント出力や部品の寿命と関係する重要なパラメータであり、例えば、ガスタービン効率がよくしかも長寿命となる運転を行う際には、ガスタービン入口温度を精度よく把握することが必要となる。すなわち、ガスタービン入口温度が高いとガスタービン効率がよいが部品の寿命が短く、一方、ガスタービン入口温度が低いと部品の寿命は長いがガスタービン効率は低下する。そこで、燃焼器での燃焼調整によりガスタービン入口温度を調整することになるので、その際の制御に精度のよいガスタービン入口温度が必要となる。
【０００４】
ここで、燃焼器にバイパス弁を設け、空気圧縮機からの圧縮空気を燃焼器をバイパスさせてガスタービン単体に導き、燃焼器での不安定燃焼を排除しさらに低ＮＯx化を達成可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−６５０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のものでは、ガスタービン入口温度を直接的に考慮に入れたものではないので、精度よくガスタービン効率及びガスタービンの寿命を考慮に入れた細かい運転を行うことが困難である。ガスタービン入口温度を考慮に入れる場合には、直接的に計測が困難なガスタービン入口温度に代えて、計測が可能なガスタービン出口温度を計測し、そのガスタービン出口温度からガスタービン入口温度を計算して求めることになる。その場合、ガスタービン効率を仮定してガスタービン入口温度を算出することになるので、その精度は低い。
【０００６】
本発明の目的は、ガスタービン入口温度を精度よく把握できるガスタービン入口温度算出方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に係わるガスタービン入口温度算出方法は、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービンの出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービンの出力を算出し、算出したガスタービンの出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明に係わるガスタービン入口温度算出方法は、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービン単体の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービン単体の出力を算出し、算出したガスタービン単体の出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明に係わるガスタービン入口温度算出方法は、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記空気圧縮機が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクから前記空気圧縮機の動力を算出し、算出した前記空気圧縮機の動力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明に係わるガスタービン入口温度算出方法は、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出方法において、前記ガスタービン単体の出力負荷が掛かる回転軸位置及び前記空気圧縮機が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置によりトルクを計測し、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービン単体の出力及び前記空気圧縮機の動力を算出し、ガスタービン単体の出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づきガスタービン入口温度を算出してガスタービン単体の出力に基づくガスタービン入口温度とし、前記空気圧縮機の動力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出し、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づきガスタービン入口温度を算出して空気圧縮機の動力に基づくガスタービン入口温度とし、前記ガスタービン単体の出力に基づくガスタービン入口温度と前記空気圧縮機の動力に基づくガスタービン入口温度との平均値をガスタービン入口温度として算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明に係わるガスタービン入口温度算出装置は、ガスタービン単体と空気圧縮機とを回転軸で連結し燃焼器で得られた燃焼流体をガスタービン単体に供給して回転軸を駆動するように構成されたガスタービンの前記ガスタービン単体に燃焼流体が流入するガスタービン入口の温度を算出するガスタービン入口温度算出装置において、前記ガスタービンの出力負荷が掛かる回転軸位置でガスタービンのトルクを計測する光学的なトルク計測装置と、前記トルク計測装置で計測されたトルクからガスタービンの出力を算出するガスタービン出力算出手段と、前記ガスタービン出力算出手段で算出されガスタービンの出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出するガスタービン入口エンタルピー算出手段と、前記ガスタービン入口エンタルピー算出手段で算出されたガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度を算出するガスタービン入口温度算出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学的なトルク計測装置でガスタービン、ガスタービン単体あるいは空気圧縮機の回転軸のトルクを計測し、そのトルクに基づいてガスタービン、ガスタービン単体あるいは空気圧縮機の動力を精度よく算出し、その出力に基づいてガスタービン入口温度を算出するので、ガスタービン入口温度をきめ細かく把握できる。そして、精度よく算出したガスタービン入口温度を用いて燃焼器の燃焼制御を行うことができるので、ガスタービンの出力増や部品の寿命延伸につなげる運転が可能となる。また、ガスタービン入口温度によって窒素酸化物ＮＯxの量も分かるので、窒素酸化物ＮＯxの発生を抑制した運転も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート、図２は第１の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を実現するためのガスタービン入口温度算出装置の構成図である。
【００１４】
図２において、ガスタービン１１は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３とを回転軸１４で連結し、燃焼器１５で得られた燃焼流体をガスタービン単体１２に供給して回転軸１４を駆動するように構成されている。図２では、回転軸１４にさらに蒸気タービン１６が連結され、負荷である発電機１７を駆動するコンバインドサイクル発電プラントである場合を示している。このような発電プラントに対し、ガスタービン入口温度算出装置が適用され、ガスタービン入口温度算出装置は、ガスタービン１１のトルクを検出する光学的なトルク計測装置１８と、トルク計測装置１８で検出されたトルクに基づいてガスタービン入口温度を算出する演算装置１９と、演算装置１９の演算結果であるガスタービン入口温度を出力する出力装置２０とから構成される。
【００１５】
光学的なトルク計測装置１８は、ガスタービン１１の出力負荷が掛かる回転軸位置に設置される。ガスタービン１１の出力負荷が掛かる回転軸位置は、ガスタービン１１の空気圧縮機１３と蒸気タービン１６との間である。これは、図２に示すようなコンバインドサイクル発電プラントでは、負荷である発電機１７は、ガスタービン１１と蒸気タービン１６との双方の原動機で駆動されるので、ガスタービン１１の空気圧縮機１３と蒸気タービン１６との間のトルクがガスタービン１１の出力トルクとなるからである。
【００１６】
この光学的なトルク計測装置１８としては、例えば、特開２００２−２２５６４号公報や特開２００４−６１３５２号公報のものを用いる。すなわち、光学的なトルク計測装置１８は、回転軸の表面の軸方向に間隔を保って一対の反射体を配置し、この一対の反射体が配置された回転軸の表面にレーザ光を照射して反射光を受信し、一対の反射体からの反射光の遅れ時間を計測し、その一対の反射体からの反射光の遅れ時間に基づいて回転軸のねじれ量を検出し、さらに、そのねじれ量に基づいて回転軸のトルクを計測するものである。従って、このトルク計測装置１８では回転軸のトルクが精度よく測定できる。
【００１７】
次に、演算装置１９は、トルク計測装置１８で計測されたトルクからガスタービン１１の出力を算出するガスタービン出力算出手段２１と、ガスタービン出力算出手段２１で算出されガスタービン１１の出力を用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーを算出するガスタービン入口エンタルピー算出手段２２と、ガスタービン入口エンタルピー算出手段で算出されたガスタービン入口の流体のエンタルピーに基づいてガスタービン入口温度ＴGTinを算出するガスタービン入口温度算出手段２３とから構成される。
【００１８】
ガスタービン出力算出手段２１は、ガスタービンのトルクに回転軸の角速度を乗算してガスタービン出力ＧＴoutを算出する。また、ガスタービン入口エンタルピー算出手段２２は、後述するように、ガスタービン出力ＧＴout、ガスタービン出口圧力ＰGTout、ガスタービン出口温度ＴGTout、空気圧縮機１３の入口圧力Ｐcompin、入口温度Ｔcompin、出口圧力Ｐcompout、出口温度Ｔcompout、燃焼器の燃料流量Ｇfuel、燃料の単位あたりの発熱量Ｑfuelに基づいて、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する。ガスタービン入口温度算出手段２３は、ガスタービン入口エンタルピー算出手段２２で算出されたガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin及びガスタービン入口圧力ＰGTinに基づいてガスタービン入口温度ＴGTinを算出する。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法について説明する。図１に示すように、まず、ガスタービン１１の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８によりトルクを計測する（Ｓ１）。そして、トルク計測装置１８で計測されたトルクからガスタービン出力ＧＴoutを算出し（Ｓ２）、算出したガスタービン出力ＧＴoutを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する（Ｓ３）。さらに、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinに基づいてガスタービン入口温度ＴGTinを算出する（Ｓ４）。
【００２０】
すなわち、ステップＳ１では、光学的なトルク計測装置１８により精度のよいガスタービンのトルクを検出し、ステップＳ２では、ステップＳ１で検出したガスタービン１１のトルクに回転軸の角速度を乗算してガスタービン出力ＧＴoutを算出する。回転軸の角速度は回転軸の回転数を検出することにより得られる。回転軸の回転数は回転数検出器で検出するようにしてもよいし、トルクの波形から回転軸の回転数を求めるようにしてもよい。
【００２１】
ステップＳ３では、以下のようにして、ガスタービン出力ＧＴoutを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する。
【００２２】
まず、ガスタービン出力ＧＴoutは、（１）式に示すように、ガスタービン単体出力ＧＴ’outから空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを減算して求められる。
【００２３】
ＧＴout＝ＧＴ’out−ＣＯＭＰout  …（１）
また、ガスタービン単体出力ＧＴ’outは、ガスタービン流体流量をＧGT、ガスタービン入口の流体のエンタルピーをｈGTin、ガスタービン出口の流体のエンタルピーをｈGToutとすると、（２）式で示される。
【００２４】
ＧＴ’out＝ＧGT・（ｈGTin−ｈGTout）  …（２）
また、空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutは、空気圧縮機流体流量（空気流量）をＧcomp、空気圧縮機出口エンタルピーをｈcompout、空気圧縮機入口エンタルピーをｈcompinとすると、（３）式で示される。
【００２５】
ＣＯＭＰout ＝Ｇcomp・（ｈcompout−ｈcompin）  …（３）
従って、（１）式、（２）式、（３）式から、ガスタービン出力ＧＴoutは（４）式で示される。
【００２６】
ＧＴout＝ＧGT・（ｈGTin−ｈGTout）−Ｇcomp・（ｈcompout−ｈcompin）  …（４）
また、ガスタービン流体流量ＧGTは、燃料流量をＧfuelとすると（５）式で示される。
【００２７】
ＧGT：＝Ｇcomp  ＋Ｇfuel  …（５）
さらに、燃料の単位流量あたりの発熱量をＱfuel とすると、エネルギー保存の法則から、（６）式が成り立つ。
【００２８】
Ｇcomp・ｈcompout＋Ｇfuel・Ｑfuel＝ＧGT・ｈGTin   …（６）
次に、（５）式及び（６）式からガスタービン流体流量ＧGTを消去して空気圧縮機流体流量Ｇcomp を求めると、（７）式が得られる。
【００２９】
Ｇcomp ＝Ｇfuel  （Ｑfuel −ｈGTin）／（ｈGTin−ｈcompout）  …（７）
ここで、空気圧縮機流体流量Ｇcompやガスタービン流体流量ＧGTは、大流量用の規格化された流量計がないため計測精度が３％程度と低い。
【００３０】
そこで、（４）式に、（５）式及び（７）式を代入して、空気圧縮機流体流量Ｇcomp及びガスタービン流体流量ＧGTを消去し、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを求めると、（８）式が得られる。
【００３１】
ｈGTin＝｛ＧＴout・ｈcompout−Ｇfuel・ｈGTout（Ｑfuel−ｈcompout）−Ｇfuel・Ｑfuel（ｈcompout−ｈcompin）｝／｛ＧＴout−Ｇfuel・（Ｑfuel−ｈcompin）｝…（８）
この（８）式からわかるように、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinは、ガスタービン出力ＧＴout、燃料流量Ｇfuel、燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuel、ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGTout、空気圧縮機入口エンタルピーｈcompin、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutが求まれば、求めることができる。
【００３２】
ガスタービン出力ＧＴoutはステップＳ２により精度よく求めることができる。燃料流量Ｇfuel及び燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuelは、使用する燃料がわかれば容易に求めることができる。
【００３３】
一般に、エンタルピーｈは、圧力Ｐと温度Ｔとの関数で表されるので、ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutは、ガスタービン出口圧力ＰGTout及びガスタービン出口温度ＴGToutがわかれば求めることができる。ガスタービン出口圧力ＰGToutは圧力計で容易に検出でき、ガスタービン出口温度ＴGToutは温度計で容易に検出できる。同様に、空気圧縮機入口エンタルピーｈcompinは、空気圧縮機１３の入口圧力Ｐcompinを圧力計で検出し、空気圧縮機１３の入口温度Ｔcompinを温度計で検出することで容易に求めることができる。さらに、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutは、空気圧縮機１３の出口圧力Ｐcompoutを圧力計で検出し、空気圧縮機１３の出口温度Ｔcompoutを温度計で検出することで容易に求めることができる。
【００３４】
このようにして、ステップＳ３でガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutを求め、エンタルピーｈは、圧力Ｐと温度Ｔとの関数で表されることから、ステップＳ４において、ガスタービン入口圧力ＰGTinを圧力計で検出して、ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutとガスタービン入口圧力ＰGTinとから、ガスタービン入口温度ＴGTinを求める。なお、ガスタービン入口の流体温度は非常に高いが、その流体圧力は、ガスタービン入口圧力ＰGTinを圧力計で検出できる。これは、高温流体の圧力を直接的に検出するのではなく、温度を低減させても圧力は同じであることから、温度を低下させた流体圧力を測定するからである。
【００３５】
第１の実施の形態によれば、光学的なトルク計測装置１８でガスタービン１１の回転軸のトルクを計測し、そのトルクに基づいてガスタービン出力を精度よく算出し、その出力に基づいてガスタービン入口温度を算出するので、非常に高温で直接的に計測が困難なガスタービン入口温度をきめ細かく把握できる。そして、精度よく算出したガスタービン入口温度を用いて燃焼器の燃焼制御を行うことができるので、ガスタービンの出力増や部品の寿命延伸につなげる運転が可能となる。また、ガスタービン入口温度によって窒素酸化物ＮＯxの量も分かるので、窒素酸化物ＮＯxの発生を抑制した運転も可能となる。
【００３６】
図３は本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート、図４は第２の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図である。この第２の実施の形態は、図１及び図２に示した第１の実施の形態に対し、ガスタービン１１のトルクに代えてガスタービン単体１２のトルクを光学的なトルク計測装置１８で計測し、ガスタービン入口温度を求めるようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３７】
図４において、ガスタービン１１は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３とを回転軸１４で連結し、燃焼器１５で得られた燃焼流体をガスタービン単体１２に供給して回転軸１４を駆動するように構成されている。図４では、ガスタービン１１の空気圧縮機１３に負荷２４が接続されたガスタービンプラントを示している。負荷２４は発電機や船舶のスクリュー等である。
【００３８】
光学的なトルク計測装置１８は、ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置に設置される。ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３との間である。これは、図４に示すようなガスタービンプラントでは、負荷２４はガスタービン１１で駆動され、ガスタービン単体１２が負荷２４と空気圧縮機１３の動力とを駆動することになるので、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３との間のトルクがガスタービン単体１２の出力トルクとなるからである。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法について説明する。図３に示すように、まず、ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８によりトルクを計測する（Ｓ１１）。そして、トルク計測装置１８で計測されたトルクからガスタービン単体出力ＧＴ’outを算出し（Ｓ１２）、算出したガスタービン単体出力ＧＴ’outを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する（Ｓ１３）。さらに、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinに基づいてガスタービン入口温度ＴGTinを算出する（Ｓ１４）。
【００４０】
すなわち、ステップＳ１１では、光学的なトルク計測装置１８により精度のよいガスタービンのトルクを検出し、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で検出したガスタービン単体１２のトルクに回転軸の角速度を乗算してガスタービン単体出力ＧＴ’outを算出する。ステップＳ１３では、以下のようにして、ガスタービン単体出力ＧＴ’outを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する。
【００４１】
まず、ガスタービン単体出力ＧＴ’outは、（２）式で示されるので、この（２）式に、（５）式及び（７）式を代入して、空気圧縮機流体流量Ｇcomp及びガスタービン流体流量ＧGTを消去し、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを求めると、（９）式が得られる。
【００４２】
ｈGTin＝｛ＧＴ’out・ｈcompout−Ｇfuel・ｈGTout（Ｑfuel−ｈcompout）｝
／｛ＧＴ’out−Ｇfuel・（Ｑfuel−ｈcompout）｝  …（９）
この（９）式からわかるように、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinは、ガスタービン単体出力ＧＴ’out、燃料流量Ｇfuel、燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuel、ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGTout、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutが求まれば、求めることができる。ガスタービン単体出力ＧＴ’outはステップＳ１２により精度よく求めることができる。燃料流量Ｇfuel及び燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuelは、使用する燃料がわかれば容易に求めることができる。ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutは、ガスタービン出口圧力ＰGTout及びガスタービン出口温度ＴGToutがわかれば求めることができる。ガスタービン出口圧力ＰGToutは圧力計で容易に検出でき、ガスタービン出口温度ＴGToutは温度計で容易に検出できる。また、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutは、空気圧縮機１３の出口圧力Ｐcompoutを圧力計で検出し、空気圧縮機１３の出口温度Ｔcompoutを温度計で検出することで容易に求めることができる。
【００４３】
このようにして、ステップＳ１３でガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutを求め、エンタルピーｈは、圧力Ｐと温度Ｔとの関数で表されることから、ステップＳ１４において、ガスタービン入口圧力ＰGTinを圧力計で検出して、ガスタービン出口の流体のエンタルピーｈGToutとガスタービン入口圧力ＰGTinとから、ガスタービン入口温度ＴGTinを求める。
【００４４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、光学的なトルク計測装置１８でガスタービン単体１２の回転軸のトルクを計測し、そのトルクに基づいてガスタービン単体出力を精度よく算出し、そのガスタービン単体出力に基づいてガスタービン入口温度を算出するので、非常に高温で直接的に計測が困難なガスタービン入口温度をきめ細かく把握できる。また、空気圧縮機１３の動力を考慮しなくてよいので計算が簡単となる。
【００４５】
図５は本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート、図６は第３の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図である。この第３の実施の形態は、図１及び図２に示した第１の実施の形態に対し、ガスタービン１１のトルクに代えて空気圧縮機１３のトルクを光学的なトルク計測装置１８で計測し、ガスタービン入口温度を求めるようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４６】
図６において、ガスタービン１１は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３とを回転軸１４で連結し、燃焼器１５で得られた燃焼流体をガスタービン単体１２に供給して回転軸１４を駆動するように構成されている。図６では、ガスタービン１１のガスタービン単体１２に負荷２４が接続されたガスタービンプラントを示している。負荷２４は発電機や船舶のスクリュー等である。
【００４７】
光学的なトルク計測装置１８は、空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置に設置される。空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３との間である。これは、図６に示すようなガスタービンプラントでは、負荷２４はガスタービン単体１２で直接的に駆動され、また、空気圧縮機１３もガスタービン単体１２で直接的に駆動されるようになっているので、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３との間のトルクが空気圧縮機１３の動力トルクとなるからである。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法について説明する。図５に示すように、まず、空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８によりトルクを計測する（Ｓ２１）。そして、トルク計測装置１８で計測されたトルクから空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを算出し（Ｓ２２）、算出した空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する（Ｓ２３）。さらに、算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinに基づいてガスタービン入口温度ＴGTinを算出する（Ｓ２４）。
【００４９】
すなわち、ステップＳ２１では、光学的なトルク計測装置１８により精度のよいガスタービンのトルクを検出し、ステップＳ２２では、ステップＳ１１で検出した空気圧縮機１３のトルクに回転軸の角速度を乗算して空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを算出する。ステップＳ２３では、以下のようにして、空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを算出する。
【００５０】
まず、空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutは（３）式で示されるので、（３）式に、（７）式を代入して、空気圧縮機流体流量Ｇcompを消去し、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinを求めると、（１０）式が得られる。
【００５１】
ｈGTin＝｛ＣＯＭＰout・ｈcompout−Ｇfuel・Ｑfuel（ｈcompout−ｈcompin）｝
／｛ＣＯＭＰout−Ｇfuel・（ｈcompout−ｈcompin）｝  …（１０）
この（１０）式からわかるように、ガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTinは、空気圧縮機動力ＣＯＭＰout、燃料流量Ｇfuel、燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuel、空気圧縮機入口エンタルピーｈcompin、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutが求まれば、求めることができる。
【００５２】
空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutはステップＳ２２により精度よく求めることができる。燃料流量Ｇfuel及び燃料の単位流量あたりの発熱量Ｑfuelは、使用する燃料がわかれば容易に求めることができる。また、空気圧縮機入口エンタルピーｈcompinは、空気圧縮機１３の入口圧力Ｐcompinを圧力計で検出し、空気圧縮機１３の入口温度Ｔcompinを温度計で検出することで容易に求めることができる。同様に、空気圧縮機出口エンタルピーｈcompoutは、空気圧縮機１３の出口圧力Ｐcompoutを圧力計で検出し、空気圧縮機１３の出口温度Ｔcompoutを温度計で検出することで容易に求めることができる。
【００５３】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、光学的なトルク計測装置１８で空気圧縮機１３の回転軸のトルクを計測し、そのトルクに基づいて空気圧縮機動力を精度よく算出し、その空気圧縮機動力に基づいてガスタービン入口温度を算出するので、非常に高温で直接的に計測が困難なガスタービン入口温度をきめ細かく把握できる。また、ガスタービン単体１２の出力を考慮しなくてよいので計算が簡単となる。
【００５４】
図７は本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート、図８は第４の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図である。この第４の実施の形態は、図１及び図２に示した第１の実施の形態に対し、ガスタービン１１のトルクに代えてガスタービン単体１２及び空気圧縮機１３のトルクを光学的なトルク計測装置１８で計測し、ガスタービン入口温度を求めるようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５５】
図８において、ガスタービン１１は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３とを回転軸１４で連結し、燃焼器１５で得られた燃焼流体をガスタービン単体１２に供給して回転軸１４を駆動するように構成されている。図８では、ガスタービン１１のガスタービン単体１２に負荷２４が接続されたガスタービンプラントを示している。負荷２４は発電機や船舶のスクリュー等である。
【００５６】
光学的なトルク計測装置１８ａは、ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置に設置される。ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置は、ガスタービン単体１２と負荷２４との間である。これは、図８に示すようなガスタービンプラントでは、負荷２４はガスタービン単体１２に直接的に接続されているからである。一方、光学的なトルク計測装置１８ｂは、空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置に設置される。空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置は、ガスタービン単体１２と空気圧縮機１３との間である。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法について説明する。図７に示すように、まず、ガスタービン単体１２の出力負荷が掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８ａによりトルクを計測するとともに、空気圧縮機１３が負荷として掛かる回転軸位置で光学的なトルク計測装置１８ｂによりトルクを計測する（Ｓ３１）。そして、トルク計測装置１８ａで計測されたトルクからガスタービン単体出力ＧＴ’outを算出するとともに、トルク計測装置１８で計測されたトルクから空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを算出する（Ｓ３２）。
【００５８】
次に、ステップＳ３２で算出したガスタービン単体出力ＧＴ’outを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin1を算出し（Ｓ３３）、ステップＳ３３で算出した空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutを用いてガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin2を算出する（Ｓ３４）。さらに、ステップＳ３３及びステップＳ３４で算出したガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin1、ｈGTin2に基づいてガスタービン入口温度ＴGTin1、ガスタービン入口温度ＴGTin1、ＴGTin２を算出する（Ｓ３５）。そして、ステップＳ３５で求めた２つのガスタービン入口温度ＴGTin1、ＴGTin２の平均値を求める（Ｓ３６）。
【００５９】
ステップＳ３３でのガスタービン単体出力ＧＴ’outに基づくガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin1の算出は、第２の実施の形態と同様に、（９）式に基づいて算出される。ステップＳ３４での空気圧縮機動力ＣＯＭＰoutに基づくガスタービン入口の流体のエンタルピーｈGTin2の算出は、第３の実施の形態と同様に、（１０）式に基づいて算出される。
【００６０】
第４の実施の形態によれば、光学的なトルク計測装置１８でガスタービン単体１２及び空気圧縮機１３の回転軸のトルクを計測し、それらのトルクに基づいてガスタービン単体出力及び空気圧縮機動力を精度よく算出し、そのガスタービン単体出力及び空気圧縮機動力に基づいて、それぞれガスタービン入口温度を算出して平均値を算出するので、より信頼性の高いガスタービン入口温度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を実現するためのガスタービン入口温度算出装置の構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法を示すフローチャート。
【図８】第４の実施の形態に係わるガスタービン入口温度算出方法が適用されるプラントの構成図。
【符号の説明】
【００６２】
１１…ガスタービン、１２…ガスタービン単体、１３…空気圧縮機、１４…回転軸、１５…燃焼器、１６…蒸気タービン、１７…発電機、１８…トルク計測装置、１９…演算装置、２０…出力装置、２１…ガスタービン出力算出手段、２２…ガスタービン入口エンタルピー算出手段、２３…ガスタービン入口温度算出手段、２４…負荷
【図１】
2008163746.tif 000003
【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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