(57)【要約】  【課題】  いずれかの燃焼器で異常が発生したのを確実に検出することができるガスタービンの燃焼監視システム及び燃焼監視方法を提供する。  【解決手段】  燃焼器と、各燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、排気部に設けられ燃焼ガスの温度を測定する熱電対とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、１分毎に熱電対によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶するデータベース１と、２４時間に亘ってデータベースに記憶された燃焼ガスの温度を、１ＭＷ毎に分類し、この出力範囲毎に最大値及び最小値を算出するとともに、当該最大値及び最小値と教師データとを比較し、その差が所定値以上である場合に、燃焼器に異常が発生していると判定する演算部３とを備えている。【選択図】  図１
2005069088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記排気部に設けられ前記燃焼ガスの温度を測定する測定手段とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときの前記ガスタービンの出力と対応付けて記憶する記憶手段と、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、所定の出力範囲毎に分類し、当該出力範囲毎に最大値及び最小値を算出するとともに、当該最大値及び最小値と教師データとを比較し、その差が所定値以上である場合に、前記燃焼器に異常が発生していると判定する演算手段と
を備えているガスタービンの燃焼監視システム。
【請求項２】
環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶する記憶手段と、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を所定の出力範囲毎に分類して各測定手段毎の最大値及び最小値を求め、これら最大値及び最小値の平均値をそれぞれ算出した後、この平均値と教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定する演算手段とを備え、
いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、前記演算手段は、
測定された各出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定し、
前記複数の測定手段が配置された円周に対応し、各測定手段の位置が特定された演算線を規定し、
所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付し、
さらに、前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するガスタービンの燃焼監視システム。
【請求項３】
環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶する記憶手段と、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、各測定手段毎に所定の出力範囲毎に分類して平均値を算出し、前記出力範囲毎に平均値の最大値及び最小値を導出するとともに、当該平均値の最大値及び最小値を教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定する演算手段とを備え、
いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、前記演算手段は、
測定された各出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定し、
前記複数の測定手段が配置された円周に対応し各測定手段の位置が特定された演算線を規定し、
所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付し、
さらに、前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するガスタービンの燃焼監視システム。
【請求項４】
前記演算線上に前記重み値を付すにあたって、前記特定された各測定手段に対応する重み値は、前記特定位置を中心に所定の範囲に渡って前記演算線上に付される請求項２または３に記載のガスタービンの燃焼監視システム。
【請求項５】
燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記排気部に設けられ前記燃焼ガスの温度を測定する測定手段とを備えたガスタービンの燃焼監視方法であって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときの前記ガスタービンの出力と対応付けて記憶するステップと、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、所定の出力範囲毎に分類し、当該出力範囲毎に最大値及び最小値を算出するとともに、当該最大値及び最小値と教師データとを比較し、その差が所定値以上である場合に、前記燃焼器に異常が発生していると判定するステップと
を備えているガスタービンの燃焼監視方法。
【請求項６】
環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンの燃焼監視方法であって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶するステップと、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を所定の出力範囲毎に分類して各測定手段毎の最大値及び最小値を求め、これら最大値及び最小値の平均値をそれぞれ算出した後、この平均値と教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定するステップと、
いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、測定された出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定するステップと、
前記複数の測定手段が配置された円周に対応し各測定手段の位置が特定された演算線を規定するステップと、
所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付すステップと、
前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するステップとを備えているガスタービンの燃焼監視方法。
【請求項７】
環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンの燃焼監視方法であって、
所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶するステップと、
所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、各測定手段毎に所定の出力範囲毎に分類して平均値を算出し、前記出力範囲毎に平均値の最大値及び最小値を導出するとともに、当該平均値の最大値及び最小値を教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定するステップと、
いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、測定された出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定するステップと、
前記複数の測定手段が配置された円周に対応し各測定手段の位置が特定された演算線を規定するステップと、
所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付すステップと、
前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するステップとを備えているガスタービンの燃焼監視方法。
【請求項８】
前記演算線上に前記重み値を付すにあたって、前記特定された各測定手段に対応する重み値は、前記特定位置を中心に所定の範囲に渡って前記演算線上に付される請求項６または７に記載のガスタービンの燃焼監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼状態を監視する監視システム及び監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来より発電プラントに設置されているガスタービンの一例である。同図に示すようにこのガスタービンは、圧縮部５１、タービン部５３、及び排気部５５によって構成されている。圧縮部５１は、空気を圧縮してタービン部５３に送るためのものである。タービン部５３は円筒状に形成され、その内部には発電機（図示省略）に接続されたタービン翼５３１が回転自在に設けられている。また、タービン部５３の外周縁には高温高圧の燃焼ガスを発生する複数の燃焼器５３２が環状に配置されている。そして、圧縮部５１で圧縮された空気は燃焼器５３２に導入されて天然ガス等の燃料と混合され、各燃焼器５３２からタービン翼５３１に対して燃焼ガスが導入される。この燃焼ガスによってタービン翼５３１が回転され、発電機において発電が行われる。こうしてタービン翼５３１を回転させて仕事をした後の燃焼ガスは、排気部５５に送られる。
【０００３】
ところで、上記のようなガスタービンの燃焼器５３１は、高温高圧下で稼動しているため、より十分な監視を伴う運転が要求されている。そのような監視方法の一つとして、燃焼ガスの温度を測定して燃焼器５３１の異常を検出する方法が採られている。より詳細には、排気部５５に複数の熱電対５５１を環状に配置して燃焼器５３１と対向させ、各熱電対５５１で検出される瞬時の燃料ガスの温度と基準値とを比較していた。そして、その差が所定値以上になったときに燃焼器５３２に異常が発生していると判断していた。このほか、従来のガスタービンの燃焼監視システムとしては、例えば特許文献１や特許文献２に示すものがある。
【特許文献１】特開平６−１２３２３９号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、燃料ガスの温度はばらつきが大きいため、従来のように各測定点の瞬時の温度と基準値とを比較するだけでは、微妙な温度変化の傾向を把握することが難しかった。そのため、燃焼器５３２に異常が発生していても、失火等の事故による大きい温度変化を検出するまでは、その異常を把握することができず、燃焼器５３２の監視を十分に行えているとは言えなかった。
【０００５】
また、次のような問題もある。仕事をした後の燃料ガスは、タービン翼の回転の影響を受けて旋回した後、排気部５５に送られ、熱電対５５１によってその温度が検出される。つまり、異常が発生した燃焼器５３２は、異常な温度変化を検出した熱電対５５１と対向する位置ではなく、ずれた位置に存在することになる。したがって、異常が発生した燃焼器５３２を特定するには、旋回特性を考慮する必要があるが、それを考慮したとしても、上記のような瞬時の温度を監視する方法では、異常が発生した燃焼器５３２を正確に特定するのは容易ではなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、いずれかの燃焼器で異常が発生したのを確実に検出することができるガスタービンの燃焼監視システム及び燃焼監視方法を提供することを第１の目的とする。また、いずれかの燃焼器に異常が発生した場合、異常が発生した燃焼器を正確に特定することができるガスタービンの燃焼監視システム及び燃焼監視方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記排気部に設けられ前記燃焼ガスの温度を測定する測定手段とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、上記第１の目的を達成するためになされたものであり、所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときの前記ガスタービンの出力と対応付けて記憶する記憶手段と、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、所定の出力範囲毎に分類し、当該出力範囲毎に最大値及び最小値を算出するとともに、当該最大値及び最小値と教師データとを比較し、その差が所定値以上である場合に、前記燃焼器に異常が発生していると判定する演算手段とを備えている。
【０００８】
この構成によれば、所定期間内に測定された燃焼ガスの温度をガスタービンの出力毎に平均し、その平均値の最大値及び最小値を教師データと比較している。このように、燃焼ガスの温度変化の平均値を用いているため、従来例のように瞬時に測定された温度と基準値とを直接比較する場合に比べて、燃焼ガスの微妙な温度変化を把握することが可能となる。したがって、燃焼器が故障し火炎が失火する前に、異常を検出することが可能となり、メンテナンス計画を予め立案することができる。その結果、燃焼器のメンテナンスを効果的に行うことができる。
【０００９】
なお、本明細書中でいう「ガスタービンの出力」とは、例えばガスタービンに接続された発電機の出力を用いることができるが、これと等価であるものであれば、ガスタービンの出力として用いることができる。例えばガスタービンに対する燃料指令値を用いることができる。
【００１０】
以上の例では、燃焼器が一つだけ設けられた、例えばコージェネレーションシステム等に活用されている単缶型ガスタービンを対象としているが、燃焼器が複数個設けられたガスタービンでは、つぎのようなシステムを提案することができる。
【００１１】
すなわち、第２の本発明は、環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンに設けられる燃焼監視システムであって、上記第２の目的を達成するためになされたものであり、所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶する記憶手段と、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を所定の出力範囲毎に分類して各測定手段毎の最大値及び最小値を求め、これら最大値及び最小値の平均値をそれぞれ算出した後、この平均値と教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定する演算手段とを備え、いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、前記演算手段は、測定された出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定し、前記複数の測定手段が配置された円周に対応し各測定手段の位置が特定された演算線を規定し、所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付し、さらに、前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するものである。
【００１２】
この構成によれば、まず、所定期間内に検出された燃焼ガスの温度を、各測定手段毎に、ガスタービンの所定出力範囲毎に分類し、各出力範囲毎に燃焼ガスの温度の平均値を算出した後、その最大値及び最小値と教師データと比較している。したがって、燃焼器が複数個配置されている場合であっても、上記第１の発明と同様に、燃焼ガスの微妙な温度変化を正確に把握することができ、これによって燃焼器の異常を早期に発見することができる。
【００１３】
また、いずれかの燃焼器に異常が発生していると判断された場合には、測定温度の最小値又は最大値を検出した各測定手段について、その値を検出した確率に応じて重み値を決定し、旋回特性を考慮して、この重み値の合計の最も高い位置に対応する燃焼器に異常が発生したと判定している。このように、測定確率による重み値に基づいて燃焼器を特定しているため、複数の測定手段が同様の温度変化を測定した場合であっても、異常が発生した燃焼器の特定を正確に行うことができる。
【００１４】
なお、上記演算手段における異常判定処理は、次のようにすることもできる。すなわち、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、各測定手段毎に所定の出力範囲毎に分類して平均値を算出し、前記出力範囲毎に平均値の最大値及び最小値を導出するとともに、当該平均値の最大値及び最小値を教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定することもできる。
【００１５】
さらに、上記システムにおいて、演算線上に重み値を付すにあたって、特定された各測定手段に対応する重み値を、特定位置を中心に所定の範囲に渡って演算線上に付すと、旋回特性のばらつきを考慮することができ、その結果、異常が発生した燃焼器をより正確に特定することができる。
【００１６】
また、第３の本発明は、燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記排気部に設けられ前記燃焼ガスの温度を測定する測定手段とを備えたガスタービンの燃焼監視方法であって、上記第１の目的を達成するためになされたものであり、所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときの前記ガスタービンの出力と対応付けて記憶するステップと、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、所定の出力範囲毎に分類し、当該出力範囲毎に最大値及び最小値を算出するとともに、当該最大値及び最小値と教師データとを比較し、その差が所定値以上である場合に、前記燃焼器に異常が発生していると判定するステップとを備えている。
【００１７】
この構成よれば、上記第１の発明と同様に、燃焼器が完全に故障する前に、燃焼器の異常を検出することができるため、効果的なメンテナンスが可能となる。
【００１８】
さらに、第４の本発明は、環状に配置された複数の燃焼器と、当該燃焼器から供給される燃焼ガスによって回転するタービン翼と、当該タービン翼に対して仕事をした後の燃焼ガスが導入される排気部と、前記複数の燃焼器と対向するように前記排気部内に環状に配置され前記燃焼ガスの温度を測定する複数の測定手段とを備えたガスタービンの燃焼監視方法であって、上記第２の目的を達成するためになされたものであり、所定時間毎に前記測定手段によって検出された燃焼ガスの温度を、そのときのガスタービンの出力と対応付けて記憶するステップと、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を所定の出力範囲毎に分類して各測定手段毎の最大値及び最小値を求め、これら最大値及び最小値の平均値をそれぞれ算出した後、この平均値と教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定するステップと、いずれかの燃焼器に異常が発生していると判定された場合に、測定された出力における燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した前記測定手段を特定した後、前記出力範囲毎に、当該特定された各測定手段が前記燃焼ガスの温度の最大値又は最小値を検出した確率に応じた重み値を決定するステップと、前記複数の測定手段が配置された円周に対応し各測定手段の位置が特定された演算線を規定するステップと、所定の旋回特性に基づいて前記出力範囲に応じた旋回角を導出し、前記出力範囲毎に、前記特定された各測定手段の位置から旋回方向とは逆方向に前記旋回角だけ戻った前記演算線上の特定位置に前記重み値を付すステップと、前記重み値が付された前記出力範囲毎の演算線を重ね合わせ、前記重み値の合計が最も高い位置に対応する燃焼器で異常が発生していると判定するステップとを備えている。
【００１９】
この構成によれば、上記第２の発明と同様に、燃焼器の異常をいち早く検出することができるとともに、異常の発生した燃焼器を正確に特定することができる。また、異常判定処理は、次のようにすることもできる。すなわち、所定期間に亘って前記記憶手段に記憶された燃焼ガスの温度を、各測定手段毎に所定の出力範囲毎に分類して平均値を算出し、前記出力範囲毎に平均値の最大値及び最小値を導出するとともに、当該平均値の最大値及び最小値を教師データと比較し、その差が所定値以上である場合に、いずれかの前記燃焼器に異常が発生していると判定することもできる。また、上記の方法において、演算線上に前記重み値を付すにあたって、特定された各測定手段に対応する重み値を、特定位置を中心に所定の範囲に渡って演算線上に付すと、燃焼器の特定をより正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガスタービンの燃焼監視システム及び燃焼監視方法によれば、いずれかの燃焼器で異常が発生したのを確実に検知することができる。また、いずれかの燃焼器に異常が発生した場合、異常が発生した燃焼器を正確に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明に係るガスタービンの燃焼監視システムの一実施形態について説明する。図１は、本発明に係るシステムの概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
以下では、従来例で示した図１３のガスタービンに、このシステムを適用した場合について説明するため、同図も適宜参照する。このガスタービンには、１４個の燃焼器が環状に配置されるとともに、これと対向する排気部内の所定の位置に２７個の熱電対（測定手段）が環状に配置されている。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のシステムは、データベース１（記憶手段）と、演算部３（演算手段）とを備えている。データベース１は、ガスタービンの排気部５５に配設された各熱電対からなる温度測定装置５５１（測定手段）、及び発電機の出力を測定する出力計測装置５７と接続されており、熱電対５５１で検出された燃焼ガスの温度と、そのときの発電機の出力とを対応付けて記憶するように構成されている。本実施形態では、一例として、１分おきに各熱電対５５１で検出された温度を記憶するようになっている。また、データベース１には、後述する教師データ及び対象となるガスタービンの旋回特性も記憶されている。なお、本実施形態では、発電機の出力をガスタービンの出力と等価とみなし、以下、断りのない限り、「ガスタービンの出力」は発電機の出力を表すものとする。
【００２４】
演算部３には２つの機能がある。第１の機能は、データベース１から所定期間に亘る燃焼ガスの温度とこれに対応する出力とを読み出し、これらと教師データとを比較することで、いずれかの燃焼器５３２に異常が発生しているかを判定することである。一方、第２の機能は、燃焼器５３２に異常が発生していると判定された場合に、異常が発生している燃焼器５３２を特定することである。
【００２５】
まず、第１の機能について図面を参照しつつ説明する。図２は、燃焼器の異常判定処理を示すフローチャートである。この燃焼監視システムでは、まず、上記のように、１分ごとに各熱電対５５１で燃焼ガス温度を測定するとともに、その時の出力と燃焼ガス温度とを対応付けてデータベース１に記憶する（ステップＳ１）。これらのデータは、例えば図３に示すような形式でデータベース１に記憶されている。すなわち、ある時刻におけるガスタービンの出力とこのときの各熱電対（１〜２７番）で検出された燃焼ガスの温度とが、１分おきに記憶されている。次に、検査対象となる所定の期間、例えばある一日の２４時間分のデータをデータベース１から読み出す（ステップＳ２）。このとき読み出されるデータは、各熱電対５５１について１４４０個（＝６０（分）×２４（時間））ずつである。こうして読み出されたデータは、演算部３において、出力の小さい順に並べ替えられる（ステップＳ３）。図４は、並べ替えられたデータを示したものである。
【００２６】
続いて、演算部では、図５（ａ）に示すように、所定の出力範囲内、例えば１ＭＷ内の各熱電対５５１における測定温度の最大値と最小値とを読み出した後、これら最大値及び最小値の平均値を算出する（ステップＳ４）。図５（ｂ）では、その一例として、６１．０〜６１．９ＭＷの出力において各熱電対が検出した温度の最大値と最小値とを示しており、最大値及び最小値の平均値を導出している。続いて、こうして算出された最小値又は最大値の平均値を出力の小さいものから並べて教師データと比較する。図６は、燃焼ガス温度の最小値の平均と出力との関係をグラフ化したものである。ここで、教師データとは、監視対象となるガスタービンの定期検査後等の健全性が推定されるときにおいて、上記と同様に導出された最小値又は最大値の平均と出力との関係を用いており、全てのガスタービンに共通の基準値を用いているのではない。これは、ガスタービンは、個体毎のばらつきが大きく、また定期検査によって分解・組立を行うと、その都度燃焼特性が変化することがあるからである。
【００２７】
そして、演算部３は、図６のように、導出された最小値と教師データとを比較し、その間に所定値以上、例えば各出力毎の温度差が平均８℃以上あれば、いずれかの燃焼器５３２に異常が発生したと判断する（ステップＳ５）。上記の例では、最小値について示したが、最大値と教師データとの比較も同様にして行う。すなわち、最大値又は最小値のいずれか一方の比較で、教師データとの間に所定値以上の温度差があれば、異常が発生していると判断する。ここで、異常が発生していないと判断されると、処理が終了する（ステップＳ５のＮＯ）。
【００２８】
上記のようなステップを経て、いずれかの燃焼器５３２に異常が発生したと判断した場合には、どの燃焼器に異常が発生したかを特定する必要がある。以下、異常の発生した燃焼器の特定について説明する。
【００２９】
異常が発生していると判断されると（ステップＳ５のＹＥＳ）、演算部３は異常を判断したデータ、つまり最大値の平均及び最小値の平均のいずれかのデータを用いて燃焼器５３２を特定する。例えば、最小値に異常が認められた場合には、出力範囲毎に、いずれの熱電対５５１で最小値が測定されたかを特定し、特定された熱電対で最小値が測定された確率に基づいて重み値を決定する（ステップＳ６）。その例を図７に示す。
【００３０】
同図では、出力が６２．０〜６２．９ＭＷの範囲で検出された燃焼ガスの温度を示している。ここで、まず各出力における最小値を特定する。この例では、１列目の６２．２ＭＷの出力において最小値として６１５℃が２回測定されている。また、４列目の６２．９ＭＷの出力においては最小値として６１６℃が１回観測されている。このように、出力が６２．０〜６２．９ＭＷの範囲では最小値が６回測定されている。ここから、各熱電対についての検出確率を算出する。例えば、２１番の熱電対では、最小値を１回測定しているため、この熱電対での検出確率は、１／６＝０．１７となり、この値が重み値となる。また、２６番の熱電対では、最小値を３回測定しているので、検出確率、つまり重み値が、３／６＝０．５となる。また、２７番の熱電対は同様にして重み値が０．３３となる。こうして、各出力範囲毎に、各熱電対の最低温度の検出確率を重み付けし、これをグラフ化したものが図８である。このグラフでは、重み値の高いものを濃い色で表している。
【００３１】
なお、６２．５ＭＷの出力において２６番及び２７番の熱電対で最低温度６１５℃が２回測定されているのに対し（表の３列目）、上記説明では、これを２６番及び２７番でそれぞれ１回ずつ測定回数としてカウントしているが、次のようにしてもよい。すなわち、この６１５℃の測定を１回の測定と考え、２６番及び２７番に０．５回ずつ割り付けるようにしてもよい。これにより、２６番での最低温度の測定回数が２．５回、２７番での測定回数が１．５回となり、これに基づいて重み値を決定することができる。
【００３２】
次に、旋回特性を考慮して異常のある燃焼器の特定を行う。ガスタービンでは、タービン翼５３１が回転しているため、燃焼器５３２から発せられた燃焼ガスは、そのまま軸方向に直線的に排気部５５へと流れ込むのではなく、旋回しながら排気部５５へと流れ込む。図９は、燃焼ガスの旋回角と出力との関係を示した旋回特性の一例を示すグラフである。この旋回特性によって、ある出力時の旋回角を導出することが可能となる。なお、この旋回特性は、データベース１に記憶されている。
【００３３】
続いて、この旋回特性に基づいて、各出力範囲毎に、異常の発生した燃焼器の特定を行う。図７で示した、出力が６２．０〜６２．９ＭＷの範囲を例にすると、まず、この範囲での旋回角を旋回特性に基づいて導出する。導出された旋回角をθとすると、ばらつきを考慮して、このθから所定の範囲（±α）の角度、例えば、θ±１５°を算出旋回角として用いる。また、熱電対５５１が配置された円周に対応し、各熱電対５５１の位置が特定された演算線を規定し、最低温度を測定した各熱電対から算出旋回角だけ、旋回方向とは逆の方向に戻り、演算線上に重み値を付する（ステップＳ７）。例えば、図１０に示すように、演算線２１上の２６番の熱電対が配置されている位置からθ±１５°だけ戻った範囲に重み値０．５０を付す。同様に、２７番の熱電対が配置されている位置からθ±１５°だけ戻った範囲に重み値０．３３を付す。さらに、２１番の熱電対について重み値０．１７を付す。
【００３４】
こうして、各出力範囲毎に演算線２１上に重み値を付した後、図１１に示すように、これら演算線２１を重ね合わせ、重み値の合計が最も高い位置を特定する（ステップＳ８）。この場合の位置を特定する方法は種々の方法があるが、例えば、各重み値に対応する高さで、且つ上記範囲αに対応する幅を有する積木２２を積み重ねて、重み値の分布２３を作成し、この分布において高さが最も高くなる部分を特定する。そして、この演算線２１と燃焼器が配置された線分２４とを対応させ、分布２３の高さが最も高くなっている部分の燃焼器が異常の発生した燃焼器であると特定する（ステップＳ９）。この例では、１０番の燃焼器において異常が発生したと認定することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、２４時間に亘って測定された燃焼ガスの温度を各熱電対毎にガスタービンの出力毎に最大値及び最小値を読み出し、これらの平均値と教師データと比較している。このように、燃焼ガスの温度変化の平均値を用いているため、従来例のように測定した瞬時の温度と基準値とを直接比較する場合に比べて、燃焼ガスの微妙な温度変化を把握することが可能となる。したがって、燃焼器の異常を早期に発見することが可能となる。その結果、燃焼器の異常の発見と同時にメンテナンス計画を予め立案することができるため、燃焼器のメンテナンスを効果的に行うことができる。
【００３６】
また、いずれかの燃焼器に異常が発生していると判断された場合には、測定温度の最小値又は最大値を検出した各熱電対５５１について、その値を検出した確率に応じて重み値を決定し、旋回特性を考慮して、この重み値の合計の最も高い位置に対応する燃焼器に異常が発生したと判定している。このように、測定確率による重み値に基づいて燃焼器を特定しているため、例えば複数の熱電対５５１が同様の温度変化を測定した場合であっても、異常が発生した燃焼器の特定を正確に行うことができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、燃焼器５３２の異常を判断する処理において、各熱電対５５１毎の測定温度の最大値及び最小値を読み出してから、これらを全ての熱電対について平均しているが、次のようにすることもできる。すなわち、図１２（ａ）に示すように、所定の出力範囲内、例えば１ＭＷ毎の各熱電対５５１で検出された燃焼ガス温度の平均値を算出するとともに、図１２（ｂ）に示すように、各熱電対５５１毎に各出力範囲内で算出された平均値の、最大値及び最小値を導出することもできる。このように、最大値及び最小値を導出する方法として、図５及び図１３の方法を示したが、これらは、最大値及び最小値を読み出してから、それらの平均値を導出するか、或いは平均値を算出してからそれらの最大値及び最小値を導出するかという計算の順序の差だけであり、いずれの方法を採ったとしても最終的に得られる値に大きな差はなく、上記した本発明の効果を十分に得ることができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、旋回特性に基づく旋回角θに所定の範囲αを付加した算出旋回角θ±αを用いて重み値を付しているが、算出旋回角θ±αを用いず、旋回角θをそのまま用いることもできる。但し、燃焼器の特定をより正確に行うには、算出旋回角を用いることが好ましい。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、複数の燃焼器が設けられたガスタービンを対象としているが、燃焼器が一個のみ設けられたガスタービンに対しても適用することができる。この場合は、異常が発生した燃焼器の特定は必要ないので、燃焼ガスの測定温度の平均値の最小値及び最大値を、教師データと比較して異常を検出すればよい。
【００４０】
上記実施形態では、測定手段として熱電対を用いているが、燃焼ガスの温度を測定できるものであれば、それ以外の測定装置を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るガスタービンの燃焼監視システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】ガスタービンの燃焼監視処理を示すフローチャートである。
【図３】図１のデータベースに記憶された燃焼ガスの測定温度の一例である。
【図４】図３の測定温度を出力毎に並べ替えた例である。
【図５】図４に示す測定温度から教師データと比較する最小値及び最大値を導出する例を説明する図である。
【図６】図５で導出した最小値と教師データとを比較したグラフである。
【図７】最小値の測定回数を導出する説明図である。
【図８】熱電対毎の最小値の測定確率を示したグラフである。
【図９】旋回特性の一例を示したグラフである。
【図１０】演算線の概略を示す図である。
【図１１】演算線の重ね合わせによる異常の発生した燃焼器の特定を説明する図である。
【図１２】図４に示す測定温度から教師データと比較する最小値及び最大値を導出する他の例を説明する図である。
【図１３】ガスタービンの一例を示す一部切欠斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    データベース
３    演算部（演算手段）
５３１  タービン翼
５３２  燃焼器
５５  排気部
５５１  熱電対（測定手段）
【図１】
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【図２】
2005069088.tif 000004
【図３】
2005069088.tif 000005
【図４】
2005069088.tif 000006
【図５】
2005069088.tif 000007
【図６】
2005069088.tif 000008
【図７】
2005069088.tif 000009
【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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