压缩机的控制装置及方法、劣化判定方法以及压缩设备 |
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| 申请号 | CN201480029991.4 | 申请日 | 2014-06-26 | 公开(公告)号 | CN105247222B | 公开(公告)日 | 2017-06-09 |
| 申请人 | 三菱日立电力系统株式会社; | 发明人 | 东谅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 压缩机 的控制装置及方法、劣化判定方法以及压缩设备。本发明用转数测量仪(45)检测压缩机(30)的转数，用音速仪(40)检测被吸入到压缩机(30)内的吸入气体的音速。校正转数运算部(53)利用吸入气体的基准 比热 比、用基准气体常数以及基准 温度 确定的基准状态量、压缩机(30)的基准转数、由转数测量仪(45)检测出的转数，以及由音速仪(40)检测出的音速，求出压缩机(30)的校正转数。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压缩机的控制装置，其特征在于，具备：计算压缩机的校正转数的校正转数计算装置； |
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| 说明书全文 | 压缩机的控制装置及方法、劣化判定方法以及压缩设备技术领域[0001] 本发明涉及一种压缩机的控制装置及方法、劣化判定方法以及压缩设备。本发明依据2013年6月27日向日本提出申请的日本专利特愿2013-135167号，主张优先权，并将其内容引用在此作为参考。 背景技术[0002] 在压缩机的运转中，从保护压缩机和其周边机器等的观点来看，需要避开伴随压缩机内的压力变动或逆流而产生的、称作喘振的震动现象。 [0003] 该喘振可通过将压缩机的实际压力控制成比临界压力比小来防止。该临界压力比是根据每个压缩机的校正转数而分别定。该校正转数是除了根据压缩机的实际转数N以外，还根据吸入气体的比热比K、吸入气体的气体常数R、吸入气体的绝对温度T而定的值。因此，该校正转数对应吸入气体的温度或组成等而变化。即，若吸入气体的温度或组成等变化的话，随之校正转数会变化，其结果临界压力比也会变化。 [0004] 在此，在以下的专利文献1中公开了一种检测吸入气体的温度，并求出相应于该温度的校正转数，从而确定相应于该校正转数的临界压力比的方法。另外，在该专利文献1中还公开了一种检测吸入气体的温度以及密度，并求出相应于这些温度以及密度的校正转数，从而确定相应于该校正转数的临界压力比的方法。进一步，在该专利文献1中还公开了在检测吸入气体的温度的同时，用气体层析仪检测吸入气体的组成，并求出相应于这些温度以及组成的校正转数，从而确定相应于该校正转数的临界压力比的方法等。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：国际公开第2012/132062号 发明内容[0008] 要解决的技术问题 [0009] 上述专利文献1所记载的方法，在被吸入到压缩机内的吸入气体的状态，例如，温度或组成等变化的情况下，基本上有效。但是，上述专利文献1所记载的方法中，在求压缩机的校正转数时，存在检测吸入气体的温度或组成等需要花费比较长的时间，且不能完全对应骤变的温度变化或组成变化的问题。进一步，上述专利文献1所记载的方法中，因为是根据吸入气体的密度等来推定吸入气体的热比热K以及气体常数R，因此还存在不能准确的求出压缩机的校正转数的问题。 [0010] 因此，本发明的目的在于提供一种，能够在短时间内求出正确的校正转数的压缩机的控制装置及方法、劣化判定方法以及压缩设备。 [0011] 技术方案 [0012] 作为解决上述问题的本发明所涉及的一个方式的校正转数计算装置，具备： [0013] 接收部，其接收由转数测量仪检测出的压缩机的转数，以及由音速仪检测出的被吸入到所述压缩机内的气体即吸入气体的音速；校正转数运算部，其利用所述吸入气体的在基准状态下的基准比热比、由基准气体常数以及基准温度确定的基准状态量、所述接收部所接收的所述音速，以及，所述接收部所接收的所述转数，求出所述压缩机的校正转数。 [0014] 作为确定校正转数的参数，可列举：吸入气体的基准状态量、吸入气体的实际状态量、压缩机的实际转数。在这些参数中，吸入气体的基准状态量为预先设定的固定值。另一方面，吸入气体的实际状态量会随着吸入气体的组成和温度变化而变化，同样压缩机的实际转数也会随着压缩机的运转形态的变化而变化。 [0015] 在此，吸入气体的状态量是根据吸入气体的比热比、气体常数以及温度而设定的量，是该吸入气体的音速本身。因此，通过检测吸入气体的音速，能够获得吸入气体的实际状态量。 [0016] 其中，该校正转数计算装置，再用来确定校正转数的参数当中，作为变化的参数之一的压缩机的转数由转数测量仪获得，剩余的作为变化的参数的吸入气体的状态量由音速仪获得。而且，该校正转数计算装置，利用预先设定的吸入气体的基准状态量、由转数测量仪检测出的转数、由音速仪检测出的音速(＝状态量)，来求校正转数。 [0017] 因此，该校正转数计算装置，与根据吸入气体的温度等来推定吸入气体的实际状态量的情况相比，能够求出更加正确的校正转数。 [0018] 另外，音速仪以及转数测量仪两者对检测对象的变化的应答延迟时间极短。因此，该校正转数计算装置，与用温度计或气体层析仪等来检测用来确定校正转数的一个参数，且基于该参数来求出校正转数相比，能够在极短的时间内求出校正转数。 [0019] 在此，在所述校正转数计算装置中，也可具备所述转数测量仪以及所述音速仪。 [0020] 在这种情况下，在所述校正转数计算装置中，所述音速仪可被安装在所述吸入气体流动的导管上，且具有在垂直于所述导管轴的方向上，相对向而配置的声波发射元件以及声波接收元件。而且，这里所说的导管是指，形成吸入气体流动的流路的构件，不仅包括截面为环状的钢管等导管，还包括将薄板形成为矩形的管道之类。 [0021] 该校正转数计算装置中，音速仪的声波发射元件以及声波接收元件，在垂直于吸入气体流动的导管轴的方向上，相对向而配置。因此，该校正转数计算装置，可获得关于导管截面的各位置上的吸入气体的音速的平均值。另外，该校正转数计算装置，当吸入气体的组成发生了变化时，可获得导管的轴向，即导管中吸入气体的流动方向上的仅在特定位置上的吸入气体的音速。因此，该校正转数计算装置，与将声波发射元件以及声波接收元件在导管的轴向上相对向而配置情况相比，能够更准确地检测出伴随吸入气体的组成变化而产生的音速变化。 [0022] 另外，在以上的任意一个所述校正转数计算装置中，可具备输出所述校正转数运算部求出的所述校正转数的输出部。 [0023] 该校正转数计算装置，通过输出校正转数，能使压缩机的操作人员等认识压缩机的状态。 [0024] 另外，作为用于解决上述问题的本发明的一个形态的压缩机的控制装置，其特征在于， [0025] 具备以上的任意一个所述校正转数计算装置，以及控制用来防止所述压缩机喘振的操作端的喘振控制部，其中， [0026] 所述接收部至少接收由压力计检测出的所述压缩机的吐出压力，所述喘振控制部利用预先设定的校正转数，以及所述压缩机的临界压力比或者相比所述临界压力比仅小预先设定的部分的压力比的临界前压力比之间的关系，确定相对于由所述校正转数计算装置求出的所述校正转数的临界压力比或者临界前压力比，且比较所述临界压力比或者所述临界前压力比和由所述接收部接收且根据所述吐出压力而定的所述压缩机的实际压力比，并根据比较结果控制所述操作端。 [0027] 关于压缩机喘振的校正转数与临界压力比或者临界前压力比，具有一定的关系。因此，通过获得校正转数，能够获得该校正转数的临界压力比或者临界前压力比。 [0028] 该控制装置具有所述校正转数计算装置，因此对于吸入气体的组成等变化，能够在极短的时间内获得正确的校正转数。因此，该压缩机的控制装置中，对于吸入气体的组成等变化，能够在极短的时间内获得正确的临界压力比或者临界前压力比。因此，该控制装置，对于吸入气体的组成等变化，能够在极短的时间内将正确的临界压力比或者临界前压力比和压缩机的实际压力比进行比较。 [0029] 从而，该控制装置，即使是在燃气的状态量发生变化，从而燃气压缩机发生喘振的可能性升高的情况下，也能够正确的把握该可能性，且能够在发生喘振之前，执行对应该喘振的控制处理。 [0030] 在此，在所述压缩机的控制装置中，所述操作端可具有用来调节所述吸入气体的流量的吸入量调节器，且所述喘振控制部可根据所述比较结果，对所述吸入量调节器输出增加所述吸入气体的流量的指令。 [0031] 另外，在以上的任意一个所述压缩机的控制装置中，所述操作端可具有再循环量调节器，其是用来调节从所述压缩机吐出的所述气体中，要送回至所述压缩机的吸入侧的所述气体的流量，所述喘振控制部可根据所述比较结果，对所述再循环量调节器输出增加返回到所述吸入侧的所述气体的流量的指令。 [0032] 另外，在以上的任意一个所述压缩机的控制装置中，所述操作端可具有抽气量调节器，其是用来调节从所述压缩机抽出的所述气体的流量，所述喘振控制部可根据所述比较结果，对所述抽气量调节器输出增加要抽出的所述气体的流量的指令。 [0033] 另外，在以上的任意一个所述压缩机的控制装置中，所述操作端可具有使所述压缩机停止的松开(trip)操作端，所述喘振控制部可根据所述比较结果，对所述松开操作端输出执行停止所述压缩机动作的指令。 [0034] 另外，在以上的任意一个所述压缩机的控制装置中，所述喘振控制部可确定相对于由所述校正转数计算装置求出的所述校正转数的所述临界前压力比，若所述实际压力比变成所述临界前压力比以上的话，对所述操作端输出指令。 [0035] 另外，在以上的任意一个所述压缩机的控制装置中，可具备：效率计算部，其利用预先设定的校正转数和压力比和所述压缩机效率之间的关系，根据由所述校正转数运算部求出的所述校正转数，以及由所述接收部接收且根据所述吐出压力而定的所述压缩机的实际压力比，计算所述压缩机的效率；以及，输出部，其输出由所述效率计算部计算的所述效率。 [0036] 该控制装置中，通过比较从输出部输出的效率与压缩机的实际效率，能够认识压缩机性能的劣化程度。 [0037] 另外，作为用于解决上述问题的本发明的一个形态的压缩设备，[0038] 其特征在于，具备以上的任意一个所述压缩机的控制装置、所述压缩机，以及所述操作端。 [0040] 另外，作为解决上述问题的本发明所涉及的一个方式的校正转数计算方法，[0041] 其特征在于，执行以下工序：音速检测工序，其检测被吸入到所述压缩机内的气体即吸入气体的音速，以及，校正转数运算工序，其利用根据所述吸入气体的在基准状态下的基准比热比、基准气体常数以及基准温度而定的基准状态量，和在所述音速检测工序中检测出的所述音速，以及，在所述转数检测工序中检测出的所述转数，求出所述压缩机的校正转数。 [0042] 另外，作为用于解决上述问题的本发明的一个形态的压缩机的控制方法，[0043] 其特征在于，在执行所述校正转数计算方法的同时，执行检测所述压缩机的吐出压力的吐出压力检测工序，以及，控制防止所述压缩机喘振的操作端动作的喘振控制工序，[0044] 所述喘振控制工序中，利用预先设定的校正转数，以及所述压缩机的临界压力比或者相比所述临界压力比仅小预先设定的部分的压力比的临界前压力比之间的关系，确定相对于通过执行所述校正转数计算方法求出的所述校正转数的临界压力比或者临界前压力比，且比较所述临界压力比或者所述临界前压力比和在所述吐出压力检测工序中检测出且根据所述吐出压力而定的所述压缩机的实际压力比，并根据比较结果控制所述操作端。 [0045] 在此，在所述压缩机的控制方法中，所述喘振控制工序中，确定相对于通过执行所述校正转数计算方法求出的所述校正转数的所述临界前压力比，若所述实际压力比变成所述临界前压力比以上的话，对所述操作端输出指令。 [0046] 另外，作为用于解决上述问题的本发明的一个形态的压缩机的劣化判定方法，[0047] 其特征在于，在执行所述校正转数计算方法的同时，执行以下工序：吐出压力检测工序，其检测所述压缩机的吐出压力；压力比运算工序，其求出在所述吐出压力检测工序中检测出且根据所述吐出压力而定的所述压缩机的实际压力比；第一效率计算工序，其计算所述压缩机的实际效率；第二效率计算工序，其利用预先设定的校正转数和压力比和所述压缩机效率的关系，根据通过执行所述校正转数计算方法求出的所述校正转数，以及在压力比运算工序中求出的所述压力比，计算所述压缩机的效率，以及，比较工序，其比较在所述第一效率计算工序中计算的所述效率和在所述第二效率计算工序中计算的所述效率。 [0048] 有益效果 [0051] 图2是表示本发明所涉及的一个实施方式的音速仪的结构的概念图。 [0052] 图3是表示压缩机的特性的曲线图。 [0053] 图4是表示本发明所涉及的一个实施方式的临界IGV开度特性曲线的曲线图。 [0054] 图5是表示本发明所涉及的一个实施方式的控制装置的动作的流程图。 [0055] 图6是表示本发明所涉及的一个实施方式的压缩机的劣化判定方法的流程图。 [0056] 图7是表示本发明所涉及的一个实施方式的变形例的临界IGV开度特性曲线的曲线图。 具体实施方式[0057] 以下，参照附图，详细说明含有本发明所涉及的压缩设备的燃气涡轮机设备的实施方式，以及各种变形例。 [0059] 燃气轮机10具备：空气压缩机11，其压缩空气；燃烧器12，其在由空气压缩机压缩的空气中使燃气燃烧并生成高温的燃气；涡轮机13，其利用燃烧气体进行驱动。 [0060] 燃气设备20具备：BFG管线21，其中作为来自制铁厂高炉的低热量燃气流通着BFG(Blast Furnace Gas)；COG管线22，其中作为来自焦化厂炼焦炉的高热量燃气流通着COG(Coke Oven Gas)；燃料管线24，其中作为燃料流通着来自BFG管线21的BFG和来自COG管线22的COG的任意一者或者两者；燃气压缩机30，其为压缩燃气的轴流式压缩机；燃料供应管线25，其将在燃气压缩机30中压缩的燃气供应至燃烧器12；燃料回流管线26，其将燃料供应管线25中的燃气送回至燃料管线24；抽气管线27，其将从燃气压缩机30抽出的燃气送至燃料回流管线26。 [0061] 燃气设备20还具备：静电集尘器(EP：electrostatic Precipitator)35，其收集流通在燃料管线24中的燃气中的粉尘等；冷却器36，其冷却流通在燃料回流管线26中的燃气。静电集尘器35在燃料管线24中，设置在相对于燃料回流管线26和燃料管线24的合流位置的下游一侧，即燃气压缩机30一侧。另外，冷却器36在燃料回流管线26中，设置在燃料回流管线26和抽气管线27的合流位置，与燃料回流管线26和燃料管线24的合流位置之间。 [0062] 在燃料管线24中，相对于静电集尘器35的下游一侧的位置上，设置有用于检测流通在燃料管线24中的燃气的音速的音速仪40。燃料供应管线25上设置有：供应量调节阀47，其用于调节经过燃料供应管线25被送至燃烧器12中的燃气的流量；压力计46，其用于检测从燃气压缩机30吐出的燃气的压力。在燃料回流管线26中，相对于和抽气管线27的合流位置的上游一侧位置上，设置有再循环量调节阀48即再循环量调节器，其用于调节燃料供应管线25中流动的燃气中，需要回送至燃料管线24的燃气的流量。抽气管线27上设置有抽气量调节阀49即抽气量调节器，其用于调节从燃气压缩机30抽出的燃气的流量。 [0063] 燃气压缩机30具有用来调节燃气的吸入量的吸入量调节器31。该吸入量调节器31具有：入口导叶(IGV：inlet guide vane)32，其被设置在燃气压缩机30的吸入口上；导叶驱动装置33，其用于改变入口导叶32的开度即IGV开度。燃气压缩机30的旋转轴，通过离合器38以及减速机39，与发电机19或者燃气轮机10的旋转轴被机械地连接。燃气压缩机30上设置有检测其旋转轴转数的转数测量仪45。 [0064] 燃气设备20还具备压缩机控制装置50，其基于由音速仪40、转数测量仪45以及压力计46检测出的值，控制用来防止燃气压缩机30喘振的操作端。在这里，操作端指的是吸入量调节器31。但是，操作端也可以如后述，是吸入量调节器31、再循环量调节阀48、抽气量调节阀49、供应量调节阀47、离合器38中的任意一个或者多个的组合。 [0065] 压缩机控制装置50具备：音速仪40；转数测量仪45；压力计46；接收由这些检测出来的值的接收部52；利用由音速仪40检测出的音速以及由转数测量仪45检测出的转数，求校正转数的校正转数运算部53；利用校正转数，向作为操作端的吸入量调节器31输出指令的喘振控制部55，以及，输出校正转数运算部53以及喘振控制部55所求出的值的显示器等输出部5。而且，本实施方式中，校正转数计算装置51由接收部52、校正转数运算部53，以及输出部54构成。进一步，本实施方式中，校正转数计算装置由该校正转数运算装置51、音速仪40，以及转数测量仪45构成。即，本实施方式的压缩机控制装置50的结构具有校正转数计算装置和喘振控制部55。 [0066] 如图2所示，音速仪40具有：发射超声波的声波发射元件41、接收声波发射元件41发射出的超声波的声波接收元件42、根据从声波发射元件41发射超声波到声波接收元件42接收该超声波为止的时间，求出声波发射元件41和声波接收元件42之间存在的气体中的音速的计算器43。声波发射元件41以及声波接收元件42，以垂直于构成燃料管线24的导管24a的轴Ap的方向，被相对向地安装在该导管24a上。计算器43上预先设定有声波发射元件41和声波接收元件42之间的距离D，换句话说预先设定有导管24a的内径。计算器43根据从声波发射元件41发射超声波到声波接收元件42接收该超声波为止的时间，以及预先设定的所述距离D，求出存在于声波发射元件41和声波接收元件42之间的气体，即被吸入至燃气压缩机30中的燃气的音速。 [0067] 接下来，利用图3所示的曲线图对压缩机的特性进行说明。而且，该曲线图的横轴为压缩机的校正流量，纵轴为压缩机的压力比。另外，该曲线图中，显示有表示各校正转数中的临界压力比的临界压力比曲线Cr，以及表示每个校正转数的校正流量和压力比之间的关系的校正转数特性曲线Nr。 [0068] 首先，在说明压缩机的特性之前，说明一下所使用的各种参数。 [0069] 压力比是指相对于吸入气体压力的吐出气体压力的比。因此，压力比随着相对于吸入气体的压力的吐出气体压力变高，而变大。 [0070] 校正流量是将压缩机吸入的吸入气体的实际质量流量，根据该吸入气体的状态而校正的流量，可用以下式(1)来定义。 [0071] G0＝G×[√(κ0RT/κROT0)]/(P/P0)··(1) [0072] 在此， [0073] G0：校正流量 [0074] G：吸入气体的实际质量流量 [0075] κ0：吸入气体的基准比热比 [0076] κ：吸入气体的实际比热比 [0077] R0：吸入气体的基准气体常数 [0078] R：吸入气体的实际气体常数 [0079] T0：吸入气体的基准温度 [0080] T：吸入气体的实际温度 [0081] P0：吸入气体的基准压力 [0082] P：吸入气体的实际压力 [0083] 校正转数是将压缩机的转数，根据该压缩机吸入的吸入气体的状态而校正的转数，可用以下式(2)来定义。 [0084] N0＝N×√(κ0ROT0)/√(κRT)……·(2) [0085] 在此， [0086] N0：校正转数 [0087] N：实际转数 [0088] 在用来确定校正转数的参数中，实际转数N、实际吸入气体的比热比κ、实际吸入气体的气体常数R、实际吸入气体的温度T，都为变化的参数。另一方面，剩余的参数，即吸入气体的基准比热比κ0、吸入气体的常数R0、吸入气体的基准温度T0，都是在压缩机的设计阶段确定的参数，为固定值。 [0089] 临界压力比为，若压缩机的压力一大于该临界压力比则会引起喘振的压力比。如图3所示，压缩机的临界压力比曲线Cr为，随着校正转数变高而临界压力比变大的曲线。 [0090] 对于校正流量的变化，在维持一定校正转数时，即在吸入气体的状态为一定的情况下，将压缩机的实际转数维持为一定时，校正流量在从临界压力比之下的校正流量增加的情况下，此时的压力比将急速地变小。即，一定校正转数的校正转数特性曲线Nr，如图3所示在曲线图中呈陡峭的向右倾斜的曲线。 [0091] 每个校正转数都有校正转数特性曲线Nr。高的校正转数的特性曲线Nr，相对于低的校正转数的特性曲线Nr，校正流量以及压力比大。 [0092] 校正转数特性曲线Nr和临界压力比曲线Cr之间的交点，将成为在其校正转数下的临界压力比。因此，可指定相对于校正转数的临界压力比。因此，通过按每个校正转数，预先准备好校正转数和临界压力比之间的关系，若在实际运转中的压缩机中，能够把握校正转数，就能够求出该校正转数的临界压力比。 [0093] 在此，本实施方式中，按每个校正转数，预先指定好临界压力比或者相比临界压力比仅小预先设定的部分的压力比，例如小临界压力的百分之几的临界前压力比和校正转数之间的关系，并将该关系预先存储在压缩机控制装置50的喘振控制部55中。而且，表示相对于校正流量以及压力比变化的临界前压力比变化的临界前压力比曲线Crb，如图3所示，与临界压力比曲线Cr一样，呈随着校正流量变高而临界压力比变大的曲线，即呈相对于临界压力比曲线Cr，压力比仅小预先设定的部分的压力比的曲线。 [0094] 校正转数N0，如上述式(2)所定义，由吸入气体的实际比热比κ、吸入气体的常数R、吸入气体的实际温度T确定，且根据吸入气体的实际状态量(√(κRT))而变化。 [0095] 如在先前技术中所述，专利文献1公开了一种方法，即，检测用于确定校正转数N0的参数之一的吸入气体的温度T，且将用于确定校正转数N0的其他参数设为固定值，而求出相对于该温度T的校正转数N0。另外，该专利文献1中，还公开了以下方法，即，检测吸入气体的温度T以及密度，并推定相应于密度的(κR)，而求出相对于该推定的(κR)和温度T的校正转数N0。进一步，该专利文献1中，还公开了以下方法，即，在检测吸入气体的温度T的同时，用气体层析仪检测出吸入气体的组成，并基于组成的检测结果，推定κ以及R，而求出相对于推定的κ以及R和温度T的校正转数N0。 [0096] 在只检测吸入气体的温度T的方法中，因为其假设在用来确定校正转数N0的参数中，除了吸入气体的温度T以外的参数都为固定值，因此，如果吸入气体的组成发生变化，就不能求出正确的校正转数N0。 [0097] 另外，在检测吸入气体的温度T以及密度的方法中，因为是推定相应于密度的(κR)，所以即使吸入气体的组成发生变化，也能够求出比较正确的校正转数N0。但是，即使是该方法，因为是根据密度而推定(κR)，因此不能获得正确的(κR)，其结果不能求出正确的校正转数N0。 [0098] 在检测吸入气体的温度T的同时，用气体层析仪检测吸入气体的组成的方法中，因为是根据吸入气体的组成推定κ以及R，因此能够获得正确的κ以及R。其结果，该方法可获得正确的校正转数N0。但是，通过气体层析仪来检测吸入气体的组成，则需要花费几分钟以上的时间，因此，所获得的校正转数N0为，从吸入气体的组成发生变化开始，过了几分钟后，吸入气体的组成发生了变化的时刻上的校正转数N0。因此，可预想到当吸入气体的组成发生变化时，即使用该方法求出校正转数N0，且基于与该校正转数N0相应的临界压力比，来控制压缩机，也会发生很多没能防止压缩机喘振的情况。在从由高炉穿风等原因引起的吸入气体组成急速变化的现象中防止压缩机喘振的情况下，用气体层析仪检测吸入气体组成的方法，不能说是很现实的方法。 [0099] 另外，专利文献1中公开的各方法，都是检测吸入气体的温度T的方法。吸入气体的温度检测中，当吸入气体的温度T发生变化时，直到温度计的检测端子适应于变化后的温度为止，不能检测变化后的温度。即，为了用温度计检测吸入气体的温度T，从温度变化的时刻开始需要花费一段时间，因此，从吸入气体的温度开始变化，过了一段时间以后，才能获得校正转数N0。因此，在防止压缩机喘振时，检测吸入气体的温度的方法中，可以预想到伴随着温度检测的迟延而导致压缩机的控制迟延，从而有时不能防止压缩机喘振。 [0100] 在此，吸入气体的音速V，可定义成如以下式(3)。 [0101] V＝√(κRT)………………·(3) [0102] 但是，在确定校正转数的参数中，除了实际转数N以外，如前所述，变化的参数为吸入气体的实际状态量(√(κRT))。如式(3)所示，该吸入气体的实际状态量(√(κRT))为吸入气体的音速V本身。因此，通过检测吸入气体的音速V，能够正确的取得吸入气体的实际状态量(√(κRT))。然而，用音速仪40检测音速，因为对于音速的变化应答性极高，因此几乎没有必要考虑伴随着音速检测的迟延而导致压缩机的控制迟延。 [0103] 在此，本实施方式中，在用转数测量仪45检测燃气压缩机30的实际转数N的同时，用音速仪40检测吸入气体的音速V，基于这些检测结果，求出校正转数N0，求出相对于该校正转数N0的临界压力比或者临界前压力比。 [0104] 接下来，参照图5所示的流程图，说明本实施方式中的压缩机控制装置50的动作。 [0105] 首先，用压缩机控制装置50中的校正转数计算装置，可求出燃气压缩机30的校正转数N0，即校正转数计算工序(S10)。 [0106] 校正转数计算工序(S10)中，执行利用转数测量仪45的燃气压缩机30的转数检测(S11)，以及利用音速仪40的吸入气体的音速检测(S12)。 [0107] 利用转数测量仪45的燃气压缩机30的转数检测中，相对于转数变化的转数检测的延误时间，相比花费在吸入气体的状态变化的时间极少。另外，利用音速仪40的音速检测中，相对于音速变化的音速检测的延误时间，相比花费在吸入气体的状态变化的时间极少。 [0108] 本实施方式中，如参照图2说明的前述内容，音速仪40的声波发射元件41以及声波接收元件42，在垂直于构成燃料管线24的导管24a的轴Ap的方向上，相对向而配置。因此，本实施方式中，可获得在导管截面的各位置上的吸入气体的音速相关的平均值。另外，本实施方式中，当吸入气体的组成发生了变化时，可获得导管24a的轴向，即导管24a中燃气的流动方向上的仅在特定位置上的吸入气体的音速。因此，相对于将声波发射元件41以及声波接收元件42在构成燃料管线24的导管24a的轴向上相对向而配置情况，能够更准确地检测出伴随吸入气体的组成变化而产生的音速变化。 [0109] 此外，以上说明中，将音速仪40的声波发射元件41以及声波接收元件42，在垂直于导管24a的轴Ap的方向上相对向而配置的。但是，也可以将音速仪40的声波发射元件41以及声波接收元件42，在垂直于导管24a的轴Ap的方向的一侧，并排配置。在这种情况下，从声波发射元件41发射的超声波，反射到导管24a的内面，即在垂直于导管24a的轴Ap的方向的另一侧的内面后，被声波接收元件42接收。 [0110] 执行转数以及音速检测后(S11，12)，压缩机控制装置50的接收部52，将接收被检测出的转数以及音速。接着，压缩机控制装置50的校正转数运算部53，根据接收部52接收的转数N以及音速V，由式(2)求出校正转数，即校正转数运算工序(S13)。此时，校正转数运算部53，作为式(2)的基准比热比κ0、基准气体常数R0、基准温度T0，使用预先存储的数据。或者，作为式(2)的基准状态量(√(κ0ROT0))使用预先指定的数据。进一步，校正转数运算部53作为式(2)中的吸入气体的实际状态量(√(κRT))，使用被检测出的吸入气体的音速V(＝√(κRT))。 [0111] 以上，结束校正转数计算工序(S10)。 [0112] 压力计46检测燃气压缩机30的吐出压力(S15)，且压缩机控制装置50的接收部52接收该吐出压力。而且，该吐出压检测(S15)与所述转数检测(S11)以及音速检测(S12)是相同的时刻。 [0113] 接着，对应于该校正转数N0，用压缩机控制装置50中的喘振控制部55，控制作为操作端的吸入量调节器31的动作，即喘振控制工序(S20)。 [0114] 喘振控制工序(S20)中，压缩机控制装置50的喘振控制部55，利用接收部52接收的吐出压力求出燃气压缩机30的实际压力比(S21)。本实施方式的燃气涡轮机设备中的燃气压缩机30的吸入压力几乎是固定的。因此，喘振控制部55利用预先存储的吸入压力和检测出的吐出压力，求出实际压力比(S21)。因此，在燃气压缩机30的吸入压力基本上为固定时，可将吐出压力在广义上当做“压力比”。而且，在吸入压力有较大变动时，优选为在步骤15中同吐出压力一并检测吸入压力，用检测出的吸入压力以及吐出压力求出实际压力比。 [0115] 接着，喘振控制部55利用临界压力比或者临界前压力比和校正转数之间预先设定的关系，指定相对于在校正转数计算工序(S10)中求出的校正转数的临界压力比或者临界前压力比(S22)。 [0116] 接着，喘振控制部55，比较在步骤222中指定的临界压力比或者临界前压力比和在步骤21中求出的实际压力比(S23)。该比较中，在步骤23中指定了临界前压力比的情况下，判断实际压力比是否是临界前压力比以上。另外，在步骤23中指定了临界压力比的情况下，也要判断实际压力比是否为，相比该临界压力比仅小预先指定的部分的压力比，即临界前压力比以上。 [0117] 该步骤23中，喘振控制部55，若判断实际压力比不是临界前压力比以上，即实际压力比不到临界前压力比时，则返回到步骤11，12，15。 [0118] 喘振控制部55在步骤23中，如果判断实际压力比为临界前压力比以上的话，燃气压缩机30发生喘振的可能性会高，因此求操作端的控制量，即吸入量调节器31的IGV开度(S24)。 [0119] 在此，利用图4，说明IGV开度和临界压力比或者临界前压力比之间的关系。而且，图4所示的曲线图中，横轴为IGV开度，纵轴为压力比。另外，该图4上，还画有表示每个校正转数的IGV开度与临界压力比或者临界前压力比之间的关系的临界IGV开度特性曲线Or。 [0120] 在某个校正转数的时候，如图4所示，IGV开度与临界压力比或者临界前压力比之间的关系，为随着IGV开度变大而临界压力比或者临界前压力比变大的关系。因此，相对于某个校正转数的临界IGV开度特性曲线Or呈向右上升的曲线。喘振控制部55上预先存储有每个校正转数的临界IGV开度曲线Or。在多个临界IGV开度曲线Or中，相对于大的校正转数的临界IGV开度曲线Or，与相对于比该校正转数小的校正转数的临界IGV开度特性曲线Or相比，对于相同的IGV开度的压力比更大。 [0121] 喘振控制部55，例如，首先在图4所示的曲线图中，抽出对应于在校正转数计算工序(S10)求出的校正转数的临界IGV开度曲线Or1。接着，标绘与在步骤21求出的压力比R1和现在的IGV开度O1相对应的位置P1，比较该位置P1和临界IGV开度曲线Or1的位置关系。在图4所示的曲线图中，位置P1在临界IGV开度曲线Or1的上方时，喘振控制部55指定比现在的IGV开度O1大的IGV开度O2。其结果，压力比从R1变成R2，运作点变成新的位置P2。图4所示的曲线图中，位置P2在临界IGV开度曲线Or1的下方，因此没有喘振的可能性。 [0122] 而且，喘振控制部55在求IGV开度的时候，在图4所示的曲线图中实际上不进行如上述的标绘，而进行相当于标绘的处理。 [0123] 喘振控制部55将在步骤24中指定的IGV开度输出至吸入量调节器31(S25)。其结果，吸入量调节器31的IGV开度成为从喘振控制部55输出的IGV开度，即IGV开度变大。IGV开度变大的话，相对于该IGV开度的临界压力比或者临界前压力比也会变大，显示的压力比会变得比临界压力比或者临界前压力比小，因此，燃气压缩机30发生喘振的可能性降低。 [0124] 以上，本实施方式中，在用来指定校正转数的参数中，变化的参数即吸入气体的实际状态量(√(κRT))，是通过检测吸入气体的音速V(＝√(κRT))而获得的。因此，本实施方式中，与利用温度或密度等来推定吸入气体的实际状态量(√(κRT))的情况相比，能够正确地求出校正转数。因此，本实施方式中，能够正确地把握由燃气的组成变化或温度变化导致的喘振的发生可能性。 [0125] 另外，本实施方式中，在确定校正转数的参数中，变化的参数即吸入气体的实际状态量(√(κRT))以及燃气压缩机30的转数，分别由音速仪40、转数测量仪45检测。音速仪40以及转数测量仪45，如前述，两者对检测对象的变化的应答延迟时间极短。因此，本实施方式中，能够将伴随这些检测延迟的燃气压缩机30的控制延迟控制在最小限度。因此，本实施方式中，即使是在燃气的状态量发生变化，而燃气压缩机30发生喘振的可能性升高的情况下，也能够在发生喘振之前，执行对应该喘振的控制处理。 [0126] 来自制铁所的高炉的BFG，根据高炉的状态其组成等容易变动。另外，本实施方式的燃气涡轮机设备中，当BFG的组成等发生变动从而单位热量降低时，则向该BFG混合高热量气体COG，将其作为燃气。即，本实施方式的燃气涡轮机设备中，燃气压缩机30所吸入的燃气组成容易发生变化。另外，BFG或COG两者都是从各自的产生设备通过导管被送至燃气压缩机30，因此，根据高炉等的操作状态温度也会有较大的变化。即，本实施方式的燃气压缩机30，发生起因于燃气的组成变化或温度变化的喘振的可能性较高。因此，对这种燃气压缩机30，执行以上所说明的控制处理是极为有用的。 [0127] 压缩机控制装置50的输出部54根据来自外部的指示，输出校正转数运算部53求出的校正转数或喘振控制部55求出的实际压力比或IGV开度等。因此，在本实施方式中，燃气轮机10设备的操作人员，能够通过来自输出部54的输出，认识燃气压缩机30的状态。 [0128] 燃气压缩机30在新的阶段中，能够利用预先设定的燃气压缩机30的效率和压力比和校正转数之间的关系，求出相应于压力比以及校正转数的效率。另一方面，如果运行燃气压缩机30，且在燃气压缩机30的叶片等上的燃气中所包含的异物等的附着量增加的话，该燃气压缩机30的性能将劣化，燃气压缩机30的效率将降低。 [0129] 本实施方式中，用以下所示的方法判定燃气压缩机30的性能劣化的程度。 [0130] 如图6的流程图所示，首先，转数测量仪45检测燃气压缩机30的转数(S31)。进一步，音速仪40检测吸入气体的音速(S32)，压力计46检测燃气压缩机30的吐出压力(S34)。被检测出的各值，都由压缩机控制装置50的接收部52接收。 [0131] 接着，压缩机控制装置50的校正转数运算部53，利用在步骤31中检测出的转数以及在步骤32中检测出的音速，如前所述，求出燃气压缩机30的校正转数(S33)。而且，步骤31，32，33中的处理是，与图6中的校正转数计算工序(S10)相同的校正转数计算工序(S30)。 进一步，压缩机控制装置50的喘振控制部55，利用在步骤34中检测出的吐出压力求出燃气压缩机30的实际压力比(S35)。而且，即使在这种情况下，也与图5中的步骤21中的处理相同，在吸入压力有较大变动时，优选用检测出的吸入压力以及吐出压力求出实际压力比。校正转数运算部53求出的校正转数以及喘振控制部55求出的压力比，都将根据操作人员等的指示，被输出到压缩机控制装置50的输出部54。 [0132] 接着，燃气涡轮机设备的操作人员等，利用表示现在的燃气压缩机30的运转状况的各种参数，计算现在的燃气压缩机的效率，即第一效率计算：S36。 [0133] 进一步，操作人员等利用预先设定的燃气压缩机30的效率和压力比和校正转数之间的关系，计算从输出部54输出的、相应于校正转数以及压力比的燃气压缩机30的效率，即第二效率计算：S37。该效率是，在燃气压缩机30的新的阶段，换而言之，在燃气压缩机30的性能没有劣化的阶段，以从输出部54输出的校正转数以及压力比进行运行时的效率。 [0134] 操作人员等比较现在的燃气压缩机30的效率和性能没有劣化的阶段中的燃气压缩机30的效率(S38)。并且，操作人员等判断，与性能没有劣化的阶段中的燃气压缩机30的效率相比，现在的燃气压缩机30的效率降低了多少程度。操作人员等根据现在的燃气压缩机30的效率的降低程度，进行燃气压缩机30的修理等。 [0135] 本实施方式中，如上所说明，能够正确地求出校正转数，因此，能够正确地求出燃气压缩机30的效率。其结果，本实施方式中，能够在对应于现在的燃气压缩机30的效率降低程度的确切时期，进行燃气压缩机30的修理等。 [0136] 而且，在此，在校正转数的运算(S33)以及实际压力比的运算(S35)之后，第二效率的计算(S37)之前，执行第一效率的计算(S36)，第一效率的计算(S36)只要是在比较两种效率之前(S38)的话，在任何阶段执行都可以。 [0137] 另外，在此，操作人员等执行第一效率的计算(S36)以及第二效率的计算(S37)，但也可以由压缩机控制装置50来执行。由压缩机控制装置50执行第一效率的计算(S36)时，可以接收部52通过传感器等接收表示现在的燃气压缩机30的运转状况的各种参数，并利用该各种参数计算现在的效率。另外，由压缩机控制装置50执行第二效率的计算(S37)时，可以预先将燃气压缩机30的效率和压力比和校正转数之间的关系存储在压缩机控制装置50中，并利用该关系，计算相应于校正转数以及压力比的效率。 [0138] “第一变形例” [0139] 本变形例是图7所示的IGV开度的运算(S24)的变形例。 [0140] 如利用图4说明的那样，在多个临界IGV开度曲线Or中，相对于大的校正转数的临界IGV开度曲线Or，与相对于比该校正转数小的校正转数的临界IGV开度特性曲线Or相比，对于相同的IGV开度的压力比更大。因此，在某个IGV开度时，校正转数与临界压力比或者临界前压力比之间的关系成为，随着校正转数变大而临界压力比或者临界前压力比变大的关系。因此，在图7的曲线图中，某个IGV开度的校正转数与临界压力比或者临界前压力比之间的关系，即临界IGV开度曲线Ora将成为向右上升的曲线。而且，图7所示的曲线图中，横轴为校正转数，纵轴为压力比。 [0141] 本变形例的喘振控制部55上预先存储有每个IGV开度的临界IGV开度曲线Ora。在多个临界IGV开度曲线Ora中，相对于大的IGV开度的临界IGV开度曲线Ora，与相对于比该IGV开度小的IGV开度的临界IGV开度曲线Or相比，对于相同的校正转数的压力比更大。 [0142] 在本变形例中，喘振控制部55首先在图7所示的曲线图中，抽出对应于未图示的现在的IGV开度O1的临界IGV开度曲线Oral。接着，标绘对应于在步骤21中求出的压力比R1和在步骤13中求出的校正转数N01的位置P1，比较该位置P1和临界IGV开度曲线Oral的位置关系。在图7所示的曲线图中，位置P1在临界IGV开度曲线Oral的上方时，指定比现在的IGV开度O1大的未图示的IGV开度O3。通过将实际的IGV开度设为O3，压力比从R1移动到R3，操作点变成新的位置P3。在图7所示的曲线图中，位置P3在于对应于重新定的IGV开度O3的临界IGV开度曲线Ora3的下方，因此没有喘振的可能性。 [0143] “第二变形例” [0144] 以上的实施方式以及第一变形例，都是在燃气压缩机30发生喘振的可能性升高的时候，控制作为操作端之一的吸入量调节器31，使燃气压缩机30发生喘振的可能性降低。但也可以控制其他的操作端，使燃气压缩机30发生喘振的可能性降低。 [0145] 作为这种操作端，例如有：再循环量调节阀即再循环量调节器48、抽气量调节阀即抽气量调节器49、供应量调节阀47，以及离合器38。 [0146] 若再循环量调节阀48的阀开度变大，燃气压缩机30的吐出压力会降低并且吸入压力升高。因此，通过将再循环量调节阀48的阀开度调大，能够使燃气压缩机30的压力比降低，发生喘振的可能性降低。另外，将抽气量调节阀49的阀开度调大时，燃气压缩机30的吐出压力也会降低。因此，通过将抽气量调节阀49的阀开度调大，能够使燃气压缩机30的压力比降低，发生喘振的可能性降低。 [0147] 在将再循环量调节阀48和抽气量调节阀49作为操作端而利用时，如果喘振控制部55在图5的步骤23中，判断实际压力比为临界前压力比以上的话，将对再循环量调节阀48和抽气量调节阀49输出将阀开度调大的指令。此时，喘振控制部55根据图4或图7中所列示的预先制定的规则，指定再循环量调节阀48和抽气量调节阀49的阀开度。其结果，再循环量调节阀48的阀开度和抽气量调节阀49的阀开度变大，通过这些阀48，49的燃气的流量增加，发生喘振的可能性变小。 [0148] 如果将供应量调节阀47慢慢关闭，向燃气轮机10的燃烧器12的燃气的供应量会减少，结果燃烧器12内的压力逐渐下降，且燃气压缩机30的吐出压力下降。在将该供应量调节阀47作为操作端而利用时，如果喘振控制部55在步骤23中判断实际压力比为临界前压力比以上的话，将对供应量调节阀47输出关闭的指令，即输出松开(trip)指令。其结果，供应量调节阀47关闭，从而能够防止燃气压缩机30的喘振。 [0149] 如果释放离合器38的话，燃气压缩机30的驱动力会消失，燃气压缩机30不会发生喘振。在将该离合器38作为操作端而利用时，如果喘振控制部55在步骤23中判断实际压力比为临界前压力比以上的话，将对离合器38输出释放的指令，即输出松开(trip)指令。其结果，离合器38释放，从而能够防止燃气压缩机30的喘振。 [0150] 而且，根据松开(trip)指令，供应量调节阀47或离合器38运作，则燃气压缩机30将与燃气轮机10一同被松开(trip)。 [0151] 如以上所述，作为在喘振控制中成为控制对象的操作端，除了吸入量调节器31以外，还有各种操作端。而且，以上是在喘振控制时，控制任意1个操作端，但也可以在多个操作端中，控制2个以上的操作端。如上所述，通过控制2以上的操作端，能够比控制1个操作端，更加降低发生喘振的可能性。 [0152] “其他变形例” [0153] 以上的燃气涡轮机设备中，作为燃气轮机10的燃气使用了BFG以及COG两种气体。但是，其他燃气，例如，石油残渣IGCC的产出气，将液体燃料气化的气体，发酵有机性废弃物即生活垃圾等或者家畜的粪尿等而获得的可燃性气体等的生物沼气，也可以作为燃气轮机 10的燃气。 [0154] 另外，以上的本实施方式是对燃气涡轮机设备中的燃气压缩机30进行控制的例子，但是也可以对该燃气涡轮机设备中的空气压缩机11进行同样的控制。进一步，对化学设备等其他设备中的气体压缩机也可以进行同样的控制。 [0155] 另外，以上所说明的控制，对吸入气体的组成变化的压缩机的控制极为有效，但是例如，对仅有吸入气体的温度发生变化的压缩机的控制，也可以利用以上所说明的控制。 [0156] 另外，压缩机不仅限定于轴流式，也可以是离心式。 [0157] 工业实用性 [0158] 本发明的一个形态中，即使是在吸入气体的温度或组成等发生变化的情况下，也能够在极短的时间内求出正确的校正转数。 [0159] 附图标记说明 [0160] 10 燃气涡轮机 [0161] 11 空气压缩机 [0162] 12 燃烧器 [0163] 13 涡轮机 [0164] 19 发电机 [0165] 20 燃气设备 [0166] 21 BFG管线 [0167] 22 COG管线 [0168] 24 燃料管线 [0169] 25 燃料供应管线 [0170] 26 燃料回流管线 [0171] 27 抽气管线 [0172] 30 燃气压缩机(或一压缩机) [0173] 31 吸入量调节器 [0174] 38 离合器 [0175] 39 减速机 [0176] 40 音速仪 [0177] 41 声波发射元件 [0178] 42 声波接收元件 [0179] 43 计算器 [0180] 45 转数测量仪 [0181] 46 压力计 [0182] 47 供应量调节阀 [0183] 48 再循环量调节阀(再循环量调节器) [0184] 49 抽气量调节阀 [0185] 50 压缩机控制装置 [0186] 51 校正转数运算装置 [0187] 52 接收部 [0188] 53 校正转数运算部 [0189] 54 输出部 [0190] 55 喘振控制部 |
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