(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第１の着火検出装置と；油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第２の着火検出装置と；前記第１と第２の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と；前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と；同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第１着火検出装置か又は前記第２着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴とするガスタービン着火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器の着火検出を排ガス温度を検知して行う着火検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は現在用いられているガスタービンの火炎検知器の機器構成図を示す。ガスタービンに採用されている火炎検知器は、ガスタービン燃焼器５１の本体に取付ける紫外線検出器５２及び耐圧ガラス５３と制御室に設置する火炎スイッチ５４で構成されている。
【０００３】
紫外線検出器５２には、真空管５５が使用されており、燃焼器５１内の火炎７０から発生する紫外線６０をレンズ６１を介して受けると、電極間において放電が開始され、電流が流れる。この電流を火炎スイッチ５４内に設けられている電子回路５６において増幅し、リレー動作させる事により火炎有りを外部に出力する。
【０００４】
紫外線検出器５２の動作の原理は、紫外線検出器５２が１９００〜２６００オングストロームの波長を持つ紫外線に反応し、この紫外線は通常のどの様な炎からでも放射されているものであり、反射や輻射は生じない。また検出部は特殊なガラスの容器で構成されており、中に電極が設けられ、純粋なガスをガラス容器内に封入してある。電極には、ＡＣ電圧がかけられており、電極が上記波長帯の紫外線光子を感ずると電流が流れる。単位時間あたりの電流パルス量は光線の強さに比例する。信号パルスは紫外線検出器５２よりケーブル５７によって火炎スイッチ５４内の電子回路５６へ入力し、増幅器に送られ、ここでフィルターにかけられ、積分されて増幅される。そして増幅された信号がリレーを作動させ、接点出力５８を出力する。この接点出力５８は「ＯＮ」の時には火炎有りで、失火と判断され、「ＯＦＦ」の時には火炎なしと判断される。なお、５９はチェック用のジャックである。火炎検出器は上記のような構成機器及び動作原理からなり、該検出器５２を燃焼器本体５１に取付けることによって油燃焼、ガス燃焼或いは油・ガス混焼による火炎監視を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の火炎検出器は火炎の光により失火の検出を行い、特に、ガスタービン起動中の失火トリップの検出をしている重要な計測機器である。しかし火炎検知器の設置環境が劣悪なこともあって次の様な課題がある。
【０００６】
（１）センサー部分の寿命が短く、消耗品扱いされているのが現状である。
（２）また計装品の中では、比較的コスト高で、メンテナンス費用全体に占める割合も大きい。
【０００７】
（３）火炎検出器の自己放電による誤った火炎検出が懸念される。
（４）火炎検出が何らかの理由で検出できなかった場合、未だ燃焼に至らぬ燃料が爆発を起こし、人災を惹起する可能性がある。
【０００８】
通常、ガスタービンの燃料は多種多様であるが、燃焼器内での着火は燃料の種類を問わず検出する必要がある。又着火検出方式は、燃料の種類を問わず一定の方式が望ましい。
【０００９】
着火時の排ガス温度の上昇パターンは大きく別けて図６に示すＡ型，Ｂ型の２通りがあり、ガス燃料では殆どＡ型であり、油燃料ではＡ型，Ｂ型のいずれかとなる。又着火検出は出来るだけ早く且つ確実にする必要がある。何故ならば、未燃燃料の過投入を避けるため着火検出時間を極力短くする必要があるからである。特にガス燃料に於いては必要なことである。
【００１０】
又、温度上昇パターンがＢ型の場合、着火検出をＡ型の検出方式で行うと、図６（ｂ）のＢ型のα部でカウントアップしてしまい着火検出出来ない場合がある。
【００１１】
本発明は通常のガスタービン制御に於ける燃料の種類の違いによる着火検出方式の上記のような問題点を解消し、且つ着火検出に要する時間を短縮することのできるガスタービン着火検出装置を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【００１３】
ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第１の着火検出装置と；油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第２の着火検出装置と；前記第１と第２の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と；前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と；同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第１着火検出装置か又は第２着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴とするガスタービン着火検出装置。
【００１４】
本発明の着火検出装置は、第１の着火検出装置により主にガス燃料による温度上昇パターン（Ａ型）の場合の平均ブレードパス温度の上昇監視を行い、着火を検出する。この場合、Ａ型の排ガス温度は燃料入から着火点までは温度が下降ぎみに推移し、着火後急激に上昇する。第１の着火検出装置では、燃料入時の平均ブレードパス温度に対し、着火後の温度上昇率と上昇幅を設定しておく。この温度設定値は、例えば燃料入時の平均ブレードパス温度＋１０℃（ＢＰＴ１）と、このＢＰＴ１から３秒以内に更に＋３０℃の温度上昇を設定（ＢＰＴ２）しておき、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度上昇すれば、“着火検出”とする。これは着火前のブレードパス温度がＨＯＴ  ＳＴＡＲＴ又はＣＯＬＤ  ＳＴＡＲＴ等の条件により一概に決められないために燃料入時の温度を記憶し、そこを基準としＢＰＴ１，ＢＰＴ２の設定を行い、実際の平均ブレードパス温度が到達すれば“着火”とするものである。温度上昇パターンがＡ型の場合には、第１の着火検出装置において着火検出ＢＰＴ１から着火検出ＢＰＴ２迄の時間は数百ｍｓｅｃであり、着火検出時間を極力短くすることが出来る。
【００１５】
又一方温度上昇パターンが主に油燃料の場合は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急激な温度上昇となる型（Ｂ型）であり、上記の第１の着火検出装置では着火検出がむずかしい。このため第２の着火検出装置により着火検出を行う。この場合には、平均ブレードパス温度の上昇率を所定値、例えば１０℃／sec に設定しておき、１０℃／sec が３秒以上続けば着火とみなすようにする。このように第１，第２の着火検出装置を並設し、いずれかの検出値を出力する回路により着火検出信号を出力し、着火検出の確度を高めるものである。
【００１６】
更に、本発明では着火不充分状態検出回路を設け、所定の温度上昇率、例えば１０℃／ｓｅｃが所定の着火検出時間、例えば、Ａ型では２秒、Ｂ型では３秒以上継続しないと失火又は着火不充分とみなして着火不充分信号をリセット回路へ出力し、着火検出信号をリセットするので着火検出の信頼性が向上する。このように、本発明によれば、着火検出時間の短縮と着火検出の確実性の向上を可能にする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明のガスタービン着火検出装置のブロック図である。図において、１０は着火検出装置本体であり、ガスタービン平均ブレードパス温度信号２１を入力し、着火検出信号２２を出力し、油、ガス燃焼、あるいは油、ガス混焼火炎の監視に供されるものである。
【００１８】
１０は着火検出装置本体であり、着火検出装置１、着火検出装置２とが設けられ、ＯＲ回路３によりその信号をセットリセット回路５へ入力している。４はＡＮＤ回路であり、６は着火不充分検出装置である。ＡＮＤ回路４には着火不充分検出装置６とセットリセット回路５の出力信号とが入力され、その出力はセットリセット回路５のリセット側へ入力する構成である。
【００１９】
上記構成の着火検出装置においては、着火検出装置１と２とを併用し、温度上昇パターンが図６（ａ）に示すようなＡ型の場合は、着火検出装置１で、温度上昇パターンＢ型の場合は、着火検出２で着火検出し、その信号をＯＲ回路３からセットリセット回路５へ送り、着火検出信号２２を出力する。
【００２０】
又、更に着火検出後、一定時間排ガス温度の上昇率監視を継続して行う。又着火不充分検出装置６を設置して着火検出時間の短縮と確実な着火検出を実現させる。即ち、着火検出信号２２が出力している状態で着火不充分検出装置６が着火不充分を検出するとＡＮＤ回路４からの信号によりセットリセット回路５をリセットし、着火検出の確実性を増すようにしている。
【００２１】
図２は着火検出装置１の動作説明図である。図中、実線はＡ型の平均ブレードパス温度（平均ＢＰＴ）を示し、実際の平均ＢＰＴの着火検出（設定）ＢＰＴ１に到達後３秒以内に着火検出（設定）ＢＰＴ２以上に温度上昇すれば着火とみなして着火信号を発する。着火検出（設定）ＢＰＴ１はＦＬＯＮ（燃料入）から１０℃上昇した温度とし、着火検出（設定）ＢＰＴ２は更にＢＰＴ１より３０℃上昇した温度に設定している。
【００２２】
平均ＢＰＴはＦＬＯＮ（燃料入）後から着火点以降は急激に上昇し、ＢＰＴ１に到達し、その後３秒以内の間でＢＰＴ２に温度上昇すれば着火検出とする。このように温度上昇パターンがＡ型の場合に着火を確実に検出するものである。
【００２３】
図３は着火検出装置２の動作説明図である。図中、実線はＢ型の平均ブレードパス温度（平均ＢＰＴ）を示し、ΔＢＰＴ／Δｔを１０℃／sec に設定しておき、ΔＢＰＴ＞１０℃／sec が３秒以上続けば着火とする。このようにして温度上昇パターンＢ型の着火を確実に検出するものである。
【００２４】
図４は温度上昇パターンＡ型の場合の着火検出直後の着火不充分検出の動作説明図である。図において、着火検出直後、平均ブレードパス温度が２秒間にわたり＞１０℃／sec で継続して上昇し続けることを条件とし、さもないと失火又は着火不充分とする。
【００２５】
図５は温度上昇パターンＢ型の着火検出後の失火及び着火不充分検出の動作説明図である。図において、着火検出直後、着火が確認された後、２秒以内にΔＢＰＴ／Δｔ＜１０℃／sec となれば、失火又は着火不充分とする。
【００２６】
図１に示す着火不充分検出装置６は温度上昇パターンＡ型の場合は図４に示す方式で、Ｂ型の場合には図５に示す方式で失火又は着火不充分の状態を検出し、着火検出信号を確実なものとする。
【００２７】
ガスタービンにおいては、未燃燃料の過投入を避けるために着火検出時間は極力短くする必要があること及び着火検出のカウントアップによる着火検出不可の防止をし着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行う必要がある。
【００２８】
そのため着火検出装置１により温度上昇パターンＡ型の平均ブレードパス温度の上昇を監視し、着火を検出する。ＦＬＯＮ（燃料入）時の平均ブレードパス温度に対し、図２に示すように着火後の温度〔この場合（燃料入）時の平均ブレードパス温度＋１０℃に上昇後３秒以内に更に＋３０℃の温度上昇〕を設定しておき、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度上昇すれば、“着火検出”としている。
【００２９】
これは着火前の平均ブレードパス温度がＨＯＴ  ＳＴＡＲＴ又はＣＯＬＤ  ＳＴＡＲＴ等の条件により一概に決められないためにＦＬＯＮ（燃料入）時の温度を記憶し、そこを基準とし設定を行い、実際の平均ブレードパス温度が到達すれば“着火”とするものである。このように温度上昇パターンがＡ型の場合は、着火検出装置１の検出回路に於いて着火検出ＢＰＴ１から着火検出ＢＰＴ２迄の時間は数百ｍｓｅｃであり、着火検出時間を極力短くすることが出来る。
【００３０】
又、一方温度上昇パターンがＢ型の場合は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急な温度上昇となるため、着火検出装置１では検出できない。このため着火検出装置を併設し、この検出装置２により着火検出直後の温度上昇幅を監視する。
【００３１】
本実施の形態においては、上記の２通りの着火検出装置１，２を併用し、着火検出の精度を高め、更に着火検出後の着火不充分検出装置の設置により着火、検出時間の短縮と着火検出の確実性を向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のガスタービン着火検出装置は、ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第１の着火検出装置と；油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第２の着火検出装置と；前記第１と第２の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と；前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と；同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第１着火検出装置か又は前記第２着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴としている。このような構成により、次のような効果を奏する。
【００３３】
（１）火炎検出を平均ブレードパス温度の検出に替えることによって検出方法をソフトウェア化（センサーの廃止）することができ調達費及び保修費の低減を可能にするものである。
【００３４】
（２）燃料の種類に拘わらず着火検出方式が一定化し着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行い、未燃燃料の過投入及び着火検出のカウントアップを避け着火の判定を確実なものにする。従ってガスタービン運転に於ける信頼性は一段と向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置のブロック図である。
【図２】図１に示す着火検出装置１の作用の説明図である。
【図３】図１に示す着火検出装置２の作用の説明図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置における温度上昇パターンでの着火不充分検出装置の作用の説明図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置における他の温度上昇パターンでの着火不充分検出装置の作用の説明図である。
【図６】ガスタービンの燃料種類による一般的な排ガス温度上昇パターン図であり、（ａ）はガス燃料、（ｂ）は油燃料の場合のパターンである。
【図７】現状の火炎検知器の構成図である。
【符号の説明】
１，２  着火検出器
３      ＯＲ回路
４      ＡＮＤ回路
５      セットリセット回路
６      着火不充分検出装置
１０    着火検出装置全体
２１    平均ブレードパス温度信号
２２    着火検出信号
【図１】
0003950220.tif 000002
【図２】
0003950220.tif 000003
【図３】
0003950220.tif 000004
【図４】
0003950220.tif 000005
【図５】
0003950220.tif 000006
【図６】
0003950220.tif 000007
【図７】
0003950220.tif 000008