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JP4633976B2 - Combustion vibration monitoring device for gas turbine combustor - Google Patents
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JP4633976B2 - Combustion vibration monitoring device for gas turbine combustor - Google Patents

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JP4633976B2
JP4633976B2 JP2001254676A JP2001254676A JP4633976B2 JP 4633976 B2 JP4633976 B2 JP 4633976B2 JP 2001254676 A JP2001254676 A JP 2001254676A JP 2001254676 A JP2001254676 A JP 2001254676A JP 4633976 B2 JP4633976 B2 JP 4633976B2
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combustion
combustion vibration
vibration
combustor
monitoring device
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洋一 岩崎
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用燃焼器の燃焼振動を監視する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器として、いわゆる予混合式燃焼器が実用されている。この燃焼器は、メインノズルから噴射される燃料を予め空気と混合して燃焼させるとともに、パイロットノズルから噴射される燃料を拡散燃焼させ、かつ、圧縮機から供給される燃焼用空気の一部をバイパス弁を介して燃焼ガスに混合するように構成されている。
この燃焼器は、希薄予混合気を燃焼させるので、NOxの生成を抑制するために有効である。なお、上記拡散燃焼は、予混合気の燃焼による火炎の安定化を図るために実施される。
【0003】
上記構成の燃焼器において所定レベル以上の燃焼振動が発生すると、該燃焼器の構成要素が共振して損傷する虞がある。そこで、従来は、上記バイパス弁の開度や、パイロット比(メインノズルへの燃料供給量に対するパイロットノズルへの燃料供給量の割合)等を調整して試行錯誤的に燃焼条件を変更し、それによって燃焼振動のレベルを低下させるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記予混合燃焼器においては、1000Hz以上の超高周波数に至る広い周波数範囲で燃焼振動が発生する。そして、燃焼振動を抑制するための処置は、該燃焼振動の周波数が上記広い周波数範囲のいずれの周波数域に属しているかによって異なる。
すなわち、上記周波数範囲のある周波数域における燃焼振動が、例えば、上記バイパス弁の開度を増加することによって低下されたとしても、この処置は、必ずしも他の周波数域の燃焼振動が発生した場合の有効な振動低下処置にはなり得ず、場合によっては、バイパス弁の開度を減少することによって当該周波数域の燃焼振動が抑制されることもあり得る。
したがって、上記試行錯誤的な手法では、熟練度の高い作業員であっても、燃焼振動を所定のレベル以下にするまでに多大の時間を要する。
【0005】
そこで、本発明の課題は、1000Hz以上の高い周波数におよぶ広い周波数範囲の燃焼振動を監視して、この周波数範囲における複数の周波数域での燃焼振動の周波数解析結果を表示することにある。
また、本発明の他の課題は、上記複数の周波数域の燃焼振動を低下させるための処置をそれぞれ表示することにある。
更に、本発明の別の課題は、前記燃焼器における燃焼状態調整要素を燃焼振動が低下される方向に制御することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、メインノズルから噴射される燃料を予混合燃焼させるとともに、パイロットノズルから噴射される燃料を拡散燃焼させ、かつ、圧縮機から供給される燃焼用空気の一部をバイパス弁を介して燃焼ガスに混合するように構成されたガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置であって、前記燃焼器の燃焼振動を検出する振動検出手段と、前記燃焼振動の大きさを0から1000Hz以上の周波数範囲において解析する周波数解析手段と、前記周波数範囲における複数の周波数域での前記燃焼振動の周波数解析結果を表示する表示手段とを備えている。
前記振動検出手段としては、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力を検出する圧力検出センサ、予混合気または燃焼ガスの流速を検出する流速検出センサ、予混合燃料の燃焼火炎の輝度を検出する輝度検出センサの少なくとも1つを使用することができる。
前記複数の周波数域における燃焼振動の周波数解析結果に基づき、該各周波数域の燃焼振動を低下させるための処置をそれぞれ表示する表示手段を更に備えることができる。
前記燃焼振動を低下させる処置として、前記バイパス弁の開度の変更、前記メインノズルへの燃料供給量に対する前記パイロットノズルへの燃料供給量の割合を決定するパイロット比の変更、前記圧縮機の吸気量の変更の内の少なくとも1つが採用される。
前記複数の周波数域における燃焼振動の周波数解析結果に基づいて、前記燃焼器における燃焼状態調整要素を前記燃焼振動が低下させる方向に制御する制御手段を更に付加することができる。
前記燃焼状態調整要素として、前記バイパス弁の開度を調整する要素、前記メインノズルへの燃料供給量に対する前記パイロットノズルへの燃料供給量の割合を決定するパイロット比を調整する要素、前記圧縮機の吸気量を調整する要素の内の少なくとも1つを採用することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1において、ガスタービンGTは、入口にインレット・ゲート・ベーン(IGV)11を設けた空気圧縮機10、燃焼器20およびタービン30によって構成されている。
燃焼器20は、図2に拡大して示すように、内筒21の上流側に設けた複数本のメインノズル22および一本のパイロットノズル23と、内筒21の下流側に連接した尾筒24と、これらの要素を内包する外部ハウジング25とを備えている。
【0008】
メインノズル21およびパイロットノズル22には、それぞれメイン用燃料調整弁26およびパイロット用燃料調整弁27を介して燃料が供給される。尾筒24には、該尾筒24内とハウジング25内を連通させるバイパス管29が設けられ、このバイパス管28の途中にバイパス弁29が設けられている。
【0009】
上記燃焼器20においては、圧縮機10(図1参照)から供給される燃焼用空気が各メインノズル22およびパイロットノズル23の上流側から供給される。各メインノズル22の上流側に供給された燃焼用空気は、該メインノズル22から噴出する予混合用燃料と混合されて予混合気を形成し、これらのメインノズル22の前方域で予混合火炎を発生させる。
【0010】
一方、パイロットノズル22の上流側に供給された燃焼用空気は、該パイロットノズル22から噴出するパイロット燃焼用燃料と混合されて、拡散燃焼火炎を形成する。
上記予混合火炎および拡散燃焼火炎によって生成された高温の燃焼ガスは、図1に示したタービン30に供給され、その膨張作用によって該タービンを回転駆動する。
【0011】
ここで、上記バイパス弁29の作用について説明する。バイパス弁29が閉じた状態にあると、圧縮機10から供給された燃焼用空気の全てが燃焼のために使用される。一方、バイパス弁29が開かれると、その開度に対応した量の空気が燃焼ガスに直接混入されることになる。したがって、このバイパス弁29の開度を調整すれば、燃焼器20における燃空比を変化することができる。
【0012】
上記構成の燃焼器20は、例えば16個(1CH〜16CH)配設され、それぞれ図1に示す燃焼振動監視装置40によってその燃焼振動が監視される。
図1に示す圧力検出センサ41は燃焼器20内の燃焼ガスの圧力を、流速検出センサ42は予混合気または燃焼ガスの流速を、また、輝度検出センサ43は予混合燃料の燃焼火炎の輝度をそれぞれ検出するものであり、上記1CH〜16CHの燃焼器20のそれぞれに対して配設される。そして、各センサ41の検出信号は、インタフェース部44を介してフーリエ変換器等からなる周波数分析部45に加えられ、ここで周波数解析される。
【0013】
燃焼振動は、一種の共鳴振動であるので、燃焼ガスの圧力変動、予混合気や燃焼ガスの流速の変動および予混合燃料の燃焼火炎の輝度の変動として現れる。したがって、上記センサ41〜43の検出信号は、実質的に燃焼振動を示すことになる。
そこで、周波数分析部45は、例えば、上記圧力検出センサ41の検出信号をフーリエ変換して燃焼振動のスペクトルを求め、かつ、フィルタ要素によって図3に示す低周波数域(0〜50Hz)、中周波数域(50〜500Hz)、高周波数域(160〜500Hz)、高々周波数域1(1200〜1500Hz)、高々周波数域2(2000〜2500Hz)および高々周波数域3(3500〜4200Hz)の振動成分を抽出する。
【0014】
周波数分析部45によって得られた振動のスペクトルおよび上記各周波数域の振動成分は、CPU等からなる処理部46に加えられる。上記スペクトルは、処理部46から表示部47に転送され、該表示部47において図4および図5に例示したように表示される。
【0015】
なお、図4は、1CHないし8CHの燃焼器20の0〜5KHzの周波数範囲における燃焼振動のスペクトルを例示し、また、図5は、11CHないし16CHの燃焼器20の0〜500Hzの周波数範囲における燃焼振動のスペクトルを例示している。もちろん、表示部47においては、1CHないし16CHの他の他の周波数範囲のスペクトルも必要に応じて選択表示することができる。
【0016】
一方、処理部46は、1CHないし16CHの各燃焼器20の上記各周波数域における振動成分のピーク値をホールドし、そのピーク値を図6に示す態様で表示部47に表示させる。なお、図6に示すOAは、0〜500Hzの広域周波数における振動成分のピーク値を示している。
更に、処理部46は、上記各周波数域の振動成分のピーク値を該各周波数域に対して予め設定された所定の許容基準レベルとそれぞれ比較し、該振動成分が対応する許容基準レベル以上の場合に、警報を発するとともに、図3に示した振動抑制処置を表示部47に表示させる。
【0017】
上記振動抑制処置は、前記バイパス弁29の開度変更、後述のパイロット比の変更および前記IGV11の角度変更を内容とするものであり、例えば、周波数域3500〜4200Hzにおける振動成分のピーク値が許容基準レベル以上になった場合には、前記バイパス弁29の開度減少操作と、パイロット比の低下操作と、IGV11の開度増大操作とが振動抑制処置として表示される。
【0018】
なお、バイパス弁29の開度変更操作と、IGV11の開度変更操作は、燃焼ガスの燃空比を変化させることになる。また、上記振動抑制処置は、実験やシュミレーションに基づいて予め決定したものであり、処理部46に内蔵させた図示していないメモリに予め記憶される。
【0019】
上記パイロット比は、メインノズル22への燃料供給量Gmに対するパイロットノズル23への燃料供給量Gpの割合を示すものであり、以下のように表わされる。
パイロット比=Gp/(Gm+Gp)
したがって、上記パイロット比は、図1に示したメイン用燃料調整弁26およびパイロット用燃料調整弁27の開度を調整することによって変化させることができる。
【0020】
なお、前記バイパス弁29の開度変更操作と、パイロット比の変更操作と、IGV11の開度変更操作の内の少なくとも1つを実行することによっても、燃焼振動を抑制することができるが、これらの操作を同時に実行すれば、より速やかな振動抑制効果が得られる。
【0021】
図4、図5および図6に示した振動の解析結果は、圧力検出センサ41の検出信号に基づくものである。しかし、予混合気または燃焼ガスの流速を表わす流速検出センサ42の検出信号や、予混合燃料の燃焼火炎の輝度を表わす輝度検出センサ43の検出信号を用いた場合でも図4、図5および図6の解析結果に準じた解析結果を得ることができるので、これらのセンサ42,43のいずれかを圧力検出センサ41に代用することができる。
【0022】
もちろん、圧力検出センサ41、流速検出センサ42および輝度検出センサ43の検出信号の解析結果を全て利用する振動抑制処置を設定して、その振動抑制処置を実行するようにしてもよい。かくすれば、より効果的な振動抑制作用が期待できる。
【0023】
上記振動抑制処置を自動的に実行することも可能である。その場合、図1に示す制御部48が設けられるとともに、メイン用燃料調整弁26、パイロット用燃料調整弁27およびバイパス弁29として電磁式のものが用いられる。そして、上記処理部46から制御部48に上記振動抑制処置を指示する制御指令信号を与えて、弁26,27および28とIGV11の駆動アクチュエータを上記振動抑制処置に従がうように制御する。
【0024】
すなわち、例えば、図3に示した周波数域3500〜4200Hzにおける振動成分のピーク値が許容基準レベル以上になった場合には、バイパス弁29が所定の基準制御量だけ閉じ方向に作動するように制御されるとともに、パイロット比が所定の基準制御量だけ低下するようにメイン用燃料調整弁26およびパイロット用燃料調整弁27が制御され、更に、IGV11が所定の基準制御量だけ開方向に作動するように制御される。なお、上記各基準制御量も実験やシュミレーションに基づいて予め適宜決定される。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、予混合式燃焼器に必要とする1000Hz以上の高い周波数におよぶ広い周波数範囲(例えば、0〜5000Hz)の燃焼振動を監視して、この周波数範囲における複数の周波数域での燃焼振動の周波数解析結果を表示することができる。したがって、その解析結果の表示内容に基づいて適正な振動抑制処置を講じることが可能になる。
また、本発明によれば、上記複数の周波数域の燃焼振動を低下させるための処置をそれぞれ表示することができるので、容易かつ速やかに燃焼振動を抑制することが可能である。
さらに、本発明によれば、燃焼状態調整要素を燃焼振動が低下される方向に制御する制御手段を設けているので、燃焼振動を自動的に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃焼振動監視装置の実施形態を示したブロック図。
【図2】予混合式燃焼器の構造を概念的に例示した断面図。
【図3】振動抑制の手順を示したフローチャート。
【図4】ある周波数範囲における燃焼振動のスペクトルを例示したグラフ。
【図5】他の周波数範囲における燃焼振動のスペクトルを例示したグラフ。
【図6】複数の周波数域における燃焼振動のレベルを例示したグラフ。
【符号の説明】
10 圧縮機
20 燃焼器
22 メインノズル
23 パイロットノズル
30 タービン
40 燃焼振動監視装置
41 圧力検出センサ
42 流速検出センサ
43 輝度センサ
45 周波数分析部
46 処理部
47 表示部
48 制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for monitoring combustion vibration of a gas turbine combustor.
[0002]
[Prior art]
A so-called premix combustor has been put to practical use as a combustor for a gas turbine. In this combustor, the fuel injected from the main nozzle is previously mixed with air and burned, and the fuel injected from the pilot nozzle is diffused and burned, and part of the combustion air supplied from the compressor is burned. It is configured to mix with the combustion gas via a bypass valve.
Since this combustor burns the lean premixed gas, it is effective for suppressing the generation of NOx. The diffusion combustion is performed in order to stabilize the flame by the combustion of the premixed gas.
[0003]
When combustion vibration of a predetermined level or more occurs in the combustor having the above configuration, the combustor components may resonate and be damaged. Therefore, conventionally, the combustion conditions are changed by trial and error by adjusting the opening degree of the bypass valve, the pilot ratio (the ratio of the fuel supply amount to the pilot nozzle with respect to the fuel supply amount to the main nozzle), etc. This reduces the level of combustion vibration.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the premixed combustor, combustion vibrations are generated in a wide frequency range up to an ultrahigh frequency of 1000 Hz or higher. The treatment for suppressing the combustion vibration differs depending on which frequency range of the wide frequency range the combustion vibration frequency belongs to.
That is, even if the combustion vibration in a certain frequency range of the frequency range is reduced, for example, by increasing the opening of the bypass valve, this treatment is not necessarily performed when combustion vibration in another frequency range occurs. It cannot be an effective vibration reduction treatment, and in some cases, the combustion vibration in the frequency range may be suppressed by reducing the opening of the bypass valve.
Therefore, in the above trial and error method, even a highly skilled worker takes a long time to bring the combustion vibration to a predetermined level or less.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to monitor combustion vibrations in a wide frequency range over a high frequency of 1000 Hz or higher, and to display the frequency analysis results of combustion vibrations in a plurality of frequency ranges in this frequency range.
Another object of the present invention is to display a treatment for reducing combustion vibrations in the plurality of frequency ranges.
Another object of the present invention is to control the combustion state adjusting element in the combustor in a direction in which the combustion vibration is reduced.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention premixes and injects fuel injected from a main nozzle, diffuses and injects fuel injected from a pilot nozzle, and passes a part of combustion air supplied from a compressor through a bypass valve. A combustion vibration monitoring device for a gas turbine combustor configured to be mixed with combustion gas, wherein the vibration detection means detects the combustion vibration of the combustor, and the magnitude of the combustion vibration is 0 to 1000 Hz or more. Frequency analysis means for analyzing in the frequency range, and display means for displaying the frequency analysis result of the combustion vibration in a plurality of frequency ranges in the frequency range are provided.
The vibration detection means includes a pressure detection sensor for detecting the pressure of the combustion gas in the combustor, a flow rate detection sensor for detecting the flow rate of the premixed gas or the combustion gas, and a luminance for detecting the brightness of the combustion flame of the premixed fuel. At least one of the detection sensors can be used.
Display means for displaying each treatment for reducing the combustion vibration in each frequency range based on the frequency analysis result of the combustion vibration in the plurality of frequency ranges may be further provided.
As measures for reducing the combustion vibration, the opening of the bypass valve is changed, the pilot ratio that determines the ratio of the fuel supply amount to the pilot nozzle with respect to the fuel supply amount to the main nozzle, the intake air of the compressor At least one of the quantity changes is employed.
Control means for controlling the combustion state adjusting element in the combustor in the direction in which the combustion vibration is reduced can be further added based on the frequency analysis result of the combustion vibration in the plurality of frequency ranges.
As the combustion state adjusting element, an element for adjusting the opening degree of the bypass valve, an element for adjusting a pilot ratio for determining a ratio of the fuel supply amount to the pilot nozzle with respect to the fuel supply amount to the main nozzle, the compressor It is possible to employ at least one of the elements that adjust the intake air amount.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, the gas turbine GT is configured by an air compressor 10, a combustor 20, and a turbine 30 each having an inlet gate vane (IGV) 11 at an inlet.
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the combustor 20 includes a plurality of main nozzles 22 and one pilot nozzle 23 provided on the upstream side of the inner cylinder 21, and a tail cylinder connected to the downstream side of the inner cylinder 21. 24 and an outer housing 25 containing these elements.
[0008]
Fuel is supplied to the main nozzle 21 and the pilot nozzle 22 via a main fuel adjustment valve 26 and a pilot fuel adjustment valve 27, respectively. The tail pipe 24 is provided with a bypass pipe 29 that allows the inside of the tail pipe 24 and the housing 25 to communicate with each other, and a bypass valve 29 is provided in the middle of the bypass pipe 28.
[0009]
In the combustor 20, combustion air supplied from the compressor 10 (see FIG. 1) is supplied from the upstream side of each main nozzle 22 and pilot nozzle 23. The combustion air supplied to the upstream side of each main nozzle 22 is mixed with the premixed fuel ejected from the main nozzle 22 to form a premixed gas, and a premixed flame is formed in the front area of these main nozzles 22. Is generated.
[0010]
On the other hand, the combustion air supplied to the upstream side of the pilot nozzle 22 is mixed with the pilot combustion fuel ejected from the pilot nozzle 22 to form a diffusion combustion flame.
The high-temperature combustion gas generated by the premixed flame and the diffusion combustion flame is supplied to the turbine 30 shown in FIG. 1, and rotates the turbine by its expansion action.
[0011]
Here, the operation of the bypass valve 29 will be described. When the bypass valve 29 is closed, all of the combustion air supplied from the compressor 10 is used for combustion. On the other hand, when the bypass valve 29 is opened, an amount of air corresponding to the opening degree is directly mixed into the combustion gas. Therefore, the fuel-air ratio in the combustor 20 can be changed by adjusting the opening degree of the bypass valve 29.
[0012]
For example, 16 combustors 20 (1CH to 16CH) are arranged, and the combustion vibration is monitored by the combustion vibration monitoring device 40 shown in FIG.
1 is the pressure of the combustion gas in the combustor 20, the flow velocity detection sensor 42 is the flow velocity of the premixed gas or the combustion gas, and the luminance detection sensor 43 is the luminance of the combustion flame of the premixed fuel. , And is disposed for each of the above-mentioned combustors 20 of 1CH to 16CH. Then, the detection signal of each sensor 41 is applied to a frequency analysis unit 45 including a Fourier transformer or the like via the interface unit 44, where frequency analysis is performed.
[0013]
Since the combustion vibration is a kind of resonance vibration, it appears as a fluctuation in the pressure of the combustion gas, a fluctuation in the flow velocity of the premixed gas or the combustion gas, and a fluctuation in the brightness of the combustion flame of the premixed fuel. Therefore, the detection signals of the sensors 41 to 43 substantially indicate combustion vibration.
Therefore, for example, the frequency analysis unit 45 obtains a combustion vibration spectrum by Fourier-transforming the detection signal of the pressure detection sensor 41, and the low frequency region (0 to 50 Hz) and medium frequency shown in FIG. Extracts vibration components in the frequency range (50 to 500 Hz), high frequency range (160 to 500 Hz), high frequency range 1 (1200 to 1500 Hz), high frequency range 2 (2000 to 2500 Hz) and high frequency range 3 (3500 to 4200 Hz) To do.
[0014]
The vibration spectrum obtained by the frequency analysis unit 45 and the vibration components in the respective frequency ranges are added to a processing unit 46 composed of a CPU or the like. The spectrum is transferred from the processing unit 46 to the display unit 47 and displayed on the display unit 47 as illustrated in FIGS. 4 and 5.
[0015]
4 exemplifies the spectrum of combustion vibration in the frequency range of 0 to 5 KHz of the 1CH to 8CH combustor 20, and FIG. 5 illustrates the spectrum of the combustor 20 of 11CH to 16CH in the frequency range of 0 to 500Hz. The spectrum of combustion vibration is illustrated. Of course, the display unit 47 can also selectively display spectra in other frequency ranges of 1CH to 16CH as necessary.
[0016]
On the other hand, the processing unit 46 holds the peak value of the vibration component in each frequency region of each of the 1CH to 16CH combustors 20 and causes the display unit 47 to display the peak value in the manner shown in FIG. In addition, OA shown in FIG. 6 has shown the peak value of the vibration component in the wide frequency of 0-500 Hz.
Further, the processing unit 46 compares the peak value of the vibration component in each frequency range with a predetermined allowable reference level preset for each frequency range, and the vibration component is equal to or higher than the corresponding allowable reference level. In such a case, an alarm is issued and the vibration suppression treatment shown in FIG.
[0017]
The vibration suppression treatment includes changing the opening of the bypass valve 29, changing the pilot ratio described later, and changing the angle of the IGV11. For example, the peak value of the vibration component in the frequency range 3500 to 4200 Hz is allowed. When the reference level is exceeded, an opening reduction operation of the bypass valve 29, a pilot ratio reduction operation, and an opening increase operation of the IGV 11 are displayed as vibration suppression measures.
[0018]
Note that the opening degree changing operation of the bypass valve 29 and the opening degree changing operation of the IGV 11 change the fuel-air ratio of the combustion gas. The vibration suppression treatment is predetermined based on experiments and simulations, and is stored in advance in a memory (not shown) built in the processing unit 46.
[0019]
The pilot ratio indicates the ratio of the fuel supply amount Gp to the pilot nozzle 23 with respect to the fuel supply amount Gm to the main nozzle 22, and is expressed as follows.
Pilot ratio = Gp / (Gm + Gp)
Therefore, the pilot ratio can be changed by adjusting the opening degrees of the main fuel adjustment valve 26 and the pilot fuel adjustment valve 27 shown in FIG.
[0020]
The combustion vibration can also be suppressed by executing at least one of the opening degree changing operation of the bypass valve 29, the pilot ratio changing operation, and the opening degree changing operation of the IGV 11. If these operations are executed simultaneously, a quicker vibration suppressing effect can be obtained.
[0021]
The vibration analysis results shown in FIGS. 4, 5, and 6 are based on the detection signal of the pressure detection sensor 41. However, even when the detection signal of the flow velocity detection sensor 42 representing the flow velocity of the premixed gas or the combustion gas or the detection signal of the luminance detection sensor 43 representing the luminance of the combustion flame of the premixed fuel is used, FIGS. Therefore, any one of these sensors 42 and 43 can be used in place of the pressure detection sensor 41.
[0022]
Of course, it is also possible to set a vibration suppression treatment that uses all analysis results of the detection signals of the pressure detection sensor 41, the flow velocity detection sensor 42, and the luminance detection sensor 43, and execute the vibration suppression treatment. In this way, more effective vibration suppressing action can be expected.
[0023]
It is also possible to automatically execute the vibration suppression treatment. In this case, the control unit 48 shown in FIG. 1 is provided, and an electromagnetic type is used as the main fuel adjustment valve 26, the pilot fuel adjustment valve 27, and the bypass valve 29. Then, a control command signal for instructing the vibration suppression treatment is given from the processing unit 46 to the control unit 48 to control the valves 26, 27 and 28 and the drive actuator of the IGV 11 so as to follow the vibration suppression treatment.
[0024]
That is, for example, when the peak value of the vibration component in the frequency range 3500 to 4200 Hz shown in FIG. 3 exceeds the allowable reference level, the bypass valve 29 is controlled to operate in the closing direction by a predetermined reference control amount. At the same time, the main fuel adjustment valve 26 and the pilot fuel adjustment valve 27 are controlled so that the pilot ratio decreases by a predetermined reference control amount, and the IGV 11 operates in the opening direction by a predetermined reference control amount. Controlled. Each reference control amount is also appropriately determined in advance based on experiments and simulations.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, combustion vibrations in a wide frequency range (for example, 0 to 5000 Hz) over a high frequency of 1000 Hz or more required for a premixed combustor are monitored, and a plurality of frequency ranges in this frequency range are monitored. The frequency analysis result of combustion vibration can be displayed. Therefore, it is possible to take appropriate vibration suppression measures based on the display contents of the analysis result.
In addition, according to the present invention, since the measures for reducing the combustion vibrations in the plurality of frequency ranges can be displayed, the combustion vibrations can be easily and quickly suppressed.
Furthermore, according to the present invention, since the control means for controlling the combustion state adjusting element in the direction in which the combustion vibration is reduced is provided, the combustion vibration can be automatically suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a combustion vibration monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view conceptually illustrating the structure of a premix combustor.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for vibration suppression.
FIG. 4 is a graph illustrating a spectrum of combustion vibration in a certain frequency range.
FIG. 5 is a graph illustrating a spectrum of combustion vibration in another frequency range.
FIG. 6 is a graph illustrating combustion vibration levels in a plurality of frequency ranges.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compressor 20 Combustor 22 Main nozzle 23 Pilot nozzle 30 Turbine 40 Combustion vibration monitoring apparatus 41 Pressure detection sensor 42 Flow velocity detection sensor 43 Brightness sensor 45 Frequency analysis part 46 Processing part 47 Display part 48 Control part

Claims (6)

メインノズルから噴射される燃料を予混合燃焼させるとともに、パイロットノズルから噴射される燃料を拡散燃焼させ、かつ、圧縮機から供給される燃焼用空気の一部をバイパス弁を介して燃焼ガスに混合するように構成されたガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置であって、
前記燃焼器の燃焼振動を検出する振動検出手段と、
前記燃焼振動の大きさを0から1000Hz以上の周波数範囲において解析する周波数解析手段と、
前記周波数範囲における複数の周波数域での前記燃焼振動の周波数解析結果を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。
The fuel injected from the main nozzle is premixed and burned, the fuel injected from the pilot nozzle is diffusely burned, and part of the combustion air supplied from the compressor is mixed with the combustion gas via the bypass valve. A combustion vibration monitoring device for a gas turbine combustor configured to include:
Vibration detecting means for detecting combustion vibration of the combustor;
A frequency analysis means for analyzing the magnitude of the combustion vibration in a frequency range from 0 to 1000 Hz;
Display means for displaying a frequency analysis result of the combustion vibration in a plurality of frequency ranges in the frequency range;
A combustion vibration monitoring device for a gas turbine combustor.
前記振動検出手段として、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力を検出する圧力検出センサ、予混合気または燃焼ガスの流速を検出する流速検出センサ、予混合燃料の燃焼火炎の輝度を検出する輝度検出センサの少なくとも1つを使用したことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。As the vibration detection means, a pressure detection sensor for detecting the pressure of the combustion gas in the combustor, a flow rate detection sensor for detecting the flow rate of the premixed gas or combustion gas, and a luminance detection for detecting the brightness of the combustion flame of the premixed fuel The combustion vibration monitoring device for a gas turbine combustor according to claim 1, wherein at least one of the sensors is used. 前記複数の周波数域における燃焼振動の周波数解析結果に基づき、該各周波数域の燃焼振動を低下させるための処置をそれぞれ表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項1または2に記載のガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。3. The display device according to claim 1, further comprising display means for displaying a treatment for reducing the combustion vibration in each frequency range based on the frequency analysis result of the combustion vibration in the plurality of frequency ranges. Combustion vibration monitoring device for gas turbine combustors. 前記燃焼振動を低下させる処置が、前記バイパス弁の開度、前記メインノズルへの燃料供給量に対する前記パイロットノズルへの燃料供給量の割合を決定するパイロット比および前記圧縮機の吸気量の少なくとも1つを変更することであることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。The measures for reducing the combustion vibration include at least one of an opening degree of the bypass valve, a pilot ratio that determines a ratio of a fuel supply amount to the pilot nozzle with respect to a fuel supply amount to the main nozzle, and an intake air amount of the compressor. The combustion vibration monitoring device for a combustor for a gas turbine according to claim 3, wherein one of the two is changed. 前記複数の周波数域における燃焼振動の周波数解析結果に基づき、前記燃焼器における燃焼状態調整要素を前記燃焼振動が低下される方向に制御する制御手段を更に付加したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。The control means for controlling the combustion state adjusting element in the combustor in a direction in which the combustion vibration is reduced is further added based on the frequency analysis result of the combustion vibration in the plurality of frequency ranges. 4. A combustion vibration monitoring apparatus for a gas turbine combustor according to any one of 4 above. 前記燃焼状態調整要素が、前記バイパス弁の開度、前記メインノズルへの燃料供給量に対する前記パイロットノズルへの燃料供給量の割合を決定するパイロット比および前記圧縮機の吸気量の少なくとも1つを調整する要素であることを特徴とする請求項5に記載のガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置。The combustion state adjusting element includes at least one of an opening degree of the bypass valve, a pilot ratio that determines a ratio of a fuel supply amount to the pilot nozzle with respect to a fuel supply amount to the main nozzle, and an intake air amount of the compressor. 6. The combustion vibration monitoring device for a gas turbine combustor according to claim 5, wherein the combustion vibration monitoring device is an element to be adjusted.
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