CH707647A2 - Verfahren und System zur Frequenztrennung in einer Gasturbine. - Google Patents

Verfahren und System zur Frequenztrennung in einer Gasturbine. Download PDF

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CH707647A2
CH707647A2 CH00269/14A CH2692014A CH707647A2 CH 707647 A2 CH707647 A2 CH 707647A2 CH 00269/14 A CH00269/14 A CH 00269/14A CH 2692014 A CH2692014 A CH 2692014A CH 707647 A2 CH707647 A2 CH 707647A2
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Sarah Lori Crothers
Matthew Durham Collier
Scott Edward Sherman
Joseph Vincent Citeno
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Abstract

Es ist hierin ein Verfahren und System zur Frequenztrennung in einer Gasturbine (100) geschaffen. Die Systeme und Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine (100) enthalten ein Bestimmen einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente, Bestimmen einer Verbrennungsdynamikamplitude und/oder -frequenz und Modifizieren einer Verdichterauslasstemperatur zur Trennung der Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente.

Description

Gebiet der Offenbarung
[0001] Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Beeinflussung von Verbrennungsdynamikfrequenzen.
Hintergrund zu der Offenbarung
[0002] Brennkammern werden üblicherweise in industriellen und kommerziellen Arbeitsgängen verwendet, um einen Brennstoff zu zünden, um Verbrennungsgase mit einer hohen Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Zum Beispiel enthalten Gasturbinen oder andere Turbomaschinen gewöhnlich eine oder mehrere Brennkammern, um Leistung oder Schub zu erzeugen. Eine typische Gasturbine, die verwendet wird, um elektrischen Strom zu erzeugen, enthält einen Axialverdichter im vorderen Bereich, mehrere Brennkammern in etwa in der Mitte und eine Turbine im hinteren Bereich, Umgebungsluft tritt in den Verdichter als ein Arbeits-fluid ein, und der Verdichter verleiht dem Arbeitsfluid zunehmend kinetische Energie, um ein verdichtetes Arbeitsfluid in einem hoch energetischen Zustand zu erzeugen. Das verdichtete Arbeitsfluid verlässt den Verdichter und strömt durch einen oder mehrere Brennstoffinjektoren in den Brennkammern, in denen sich das verdichtete Arbeitsfluid mit einem Brennstoff vermischt, bevor es gezündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen. Die Verbrennungsgase strömen zu der Turbine, in der sie expandieren, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann eine Expansion der Verbrennungsgase in der Turbine eine Welle drehen, die mit einem Generator verbunden ist, um Elektrizität zu erzeugen.
[0003] Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann die Verbrennungsdynamik bei spezifischen Frequenzen und bei hinreichenden Amplituden, die phasengleich und kohärent sind, unerwünschte Mitschwingungen in der Turbine und/oder anderen stromabwärts befindlichen Komponenten hervorrufen. Gewöhnlich wird dieses Problem durch ein Abstimmen einer Brennkammer bewältigt. Ein Abstimmen einer Brennkammer, um die Turbinenlaufschaufeln zu schützen, kann jedoch ernsthafte Beschränkungen hinsichtlich der Arbeitsweise und Funktionsfähigkeit der Brennkammer auferlegen. Somit besteht ein kontinuierlicher Bedarf nach einer Verbesserung der Fähigkeit, die Verbrennungsdynamikfrequenzen und die Eigenfrequenzen von Turbinenlaufschaufeln zu trennen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0004] Einige oder all die vorstehenden Bedürfnisse und/ oder Probleme können durch bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angegangen werden. Gemäss einer Ausführungsform ist ein Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine offenbart. Das Verfahren kann ein Bestimmen einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente enthalten. Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen einer Verbrennungsdynamikfrequenz enthalten. Ausserdem kann das Verfahren ein Modifizieren einer Verdichterauslasstemperatur enthalten, um die Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente zu trennen.
[0005] Das Verfahren kann aufweisen, dass das Bestimmen der Verbrennungsdynamikamplitude und/oder -frequenz ein Überwachen einer Brennkammer mit wenigstens einem dynamischen Drucksensor aufweist.
[0006] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen, dass das Bestimmen der Verdichterauslasstemperatur durch Überwachen eines Verdichters mit wenigstens einem Temperatursensor erfolgt.
[0007] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann aufweisen, dass das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Einstellen einer oder mehrerer Einlassleitschaufeln aufweist.
[0008] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann aufweisen, dass das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Anpassen eines Einlasswärmezapfstroms aufweist.
[0009] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann aufweisen, dass das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Anpassen der Temperatur der in einen Verdichter eintretenden Luft aufweist.
[0010] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein System zur Frequenztrennung in einer Gasturbine offenbart. Das System kann einen Verdichter, eine Brennkammer in Verbindung mit dem Verdichter und eine Turbine in Verbindung mit dem Verdichter und der Brennkammer enthalten. Das System kann ferner eine Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung mit wenigstens einer bzw. einem von dem Verdichter, der Brennkammer und/oder der Turbine enthalten. Die Steuereinrichtung kann konfiguriert sein, um eine Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren, um eine Verbrennungsdynamikfrequenz von einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente zu trennen.
[0011] Das System kann ferner wenigstens einen dynamischen Drucksensor aufweisen, der der Brennkammer zugeordnet und konfiguriert ist, um die Verbrennungsdynamikfrequenz zu überwachen.
[0012] Ein beliebiges vorstehend erwähntes System kann ferner wenigstens einen Temperatursensor aufweisen, der einem Verdichterauslass zugeordnet und konfiguriert ist, um die Verdichterauslasstemperatur zu überwachen.
[0013] Ein beliebiges vorstehend erwähntes System kann ferner eine oder mehrere Einlassleitschaufeln aufweisen, die dem Verdichter zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die eine oder mehreren Einlassleitschaufeln einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0014] Ein beliebiges vorstehend erwähntes System kann ferner einen Einlasswärmezapfström aufweisen, der dem Verdichter zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den Einlasswärmezapfström für den Verdichter einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0015] Die Steuereinrichtung eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann konfiguriert sein, um eine Temperatur einer in den Verdichter eintretenden Luft einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0016] Die Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann eine einzige Frequenz oder einen Frequenzbereich aufweisen.
[0017] Die Heissgaspfadkomponente eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann eine Turbinenlaufschaufel aufweisen.
[0018] Die Verbrennungsdynamikfrequenz eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann eine einzige Frequenz oder einen Frequenzbereich aufweisen.
[0019] Ferner ist gemäss einer weiteren Ausführungsform ein System zu Frequenztrennung offenbart. Das System kann eine Gasturbine und eine Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung mit der Gasturbine enthalten. Die Steuereinrichtung kann wenigstens einen Speicher, der computerausführbare Instruktionen speichert, und wenigstens einen Prozessor enthalten, der konfiguriert ist, um auf den wenigstens einen Speicher zuzugreifen. Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, um die computerausführbaren Instruktionen auszuführen, um: eine Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente zu bestimmen; eine Verbrennungsdynamikfrequenz zu bestimmen; und eine Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren, um die Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente zu trennen.
[0020] Das System der vorstehend erwähnten Bauart kann ferner eine oder mehrere Einlassleitschaufeln, die einem Verdichter zugeordnet sind, aufweisen, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die eine oder mehreren Einlassleitschaufeln einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0021] Ein beliebiges vorstehend erwähntes System kann ferner einen Einlasswärmezapfström, der einem Verdichter zugeordnet ist, aufweisen, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den Einlasswärmezapfström einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0022] Die Steuereinrichtung eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann ferner konfiguriert sein, um die Temperatur der in einen Verdichter eintretenden Luft anzupassen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
[0023] Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale des Offenbarungsgegenstands werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0024] Es wird nun auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, die nicht notwendigerweise massstabsgetreu gezeichnet ist. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Diagramms eines Gasturbinensystems, das konfiguriert ist, um Verbrennungsdynamikfrequenzen zu steuern, gemäss einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0025] Anschauliche Ausführungsformen sind nun hier nachstehend in grösseren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. Der vorliegende Offenbarungsgegenstand kann in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin erläuterten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall auf gleiche Elemente.
[0026] Veranschaulichende Ausführungsformen sind unter anderem auf Systeme und Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine gerichtet. Zum Beispiel kann eine Verbrennungsdynamikfrequenz in manchen Ausführungsformen aktiv von einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente getrennt (oder weg verschoben) werden, indem eine Verdichterauslasstemperatur modifiziert wird. D.h., die mit einer Brennkammer in einer Gasturbine im Zusammenhang stehenden Verbrennungsdynamikfrequenzen können modifiziert werden, indem eine Verdichterauslasstemperatur angepasst wird. In einigen Fällen kann die Verbrennungsauslasstemperatur durch Einstellung einer oder mehrerer Einlassleitschaufeln, die einem Verdichter zugeordnet sind, modifiziert werden. In anderen Fällen kann die Verdichterauslasstemperatur modifiziert werden, indem eine einem Verdichter zugeordnete Einlasszapfwärme angepasst wird. In noch anderen Fällen kann die Verdichterauslasstemperatur modifiziert werden, indem die Temperatur der in den Verdichterabschnitt eintretenden Luft durch Verdampfungskühlung, Wärmetauscher oder andere Temperatur verändernde Vorrichtungen, wie sie in der Technik bekannt sind, eingestellt wird. Ferner kann die Verdichterauslasstemperatur durch eine Kombination aus Einstellung einer oder mehrerer Einlassleitschaufeln und/oder Einstellung der Einlasszapfwärme und/oder Einstellung der Temperatur der in den Verdichter eintretenden Luft modifiziert werden.
[0027] Die Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente kann eine einzelne interessierende Frequenz oder eine Bandbreite an interessierenden Frequenzen enthalten. In einigen Fällen kann die Heissgaspfadkomponente eine Turbinenlaufschaufel (wie z.B. eine Turbinenlaufschaufel der ersten Stufe) oder eine andere Turbinenkomponente sein. Die Heissgaspfadkomponente kann eine beliebige Turbinenkomponente in einer beliebigen Stufe in der Turbine enthalten. In ähnlicher Weise kann die Verbrennungsdynamikfrequenz eine einzige interessierende Frequenz oder einen interessierenden Frequenzbereich enthalten.
[0028] Wie bereits erwähnt, kann die Verdichterauslasstemperatur eingestellt werden, indem ein Einlassleitschaufelwinkel und/oder ein Einlasswärmezapfström zu einem Verdichter geregelt und/oder die Temperatur der in den Verdichter eintretenden Luft eingestellt wird. Zum Beispiel kann eine Steuereinrichtung in einigen Ausführungsformen eingerichtet sein, um eine Frequenz und Amplitude einer Brennkammertons in Echtzeit anhand eines oder mehrerer dynamischer Drucksensoren oder dergleichen zu überwachen. Auf diese Weise kann eine aktive Steuerung mittels der Steuereinrichtung realisiert werden, um die interessierende Frequenz der Brennkammer in Echtzeit einzustellen, indem diese von einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente getrennt (oder gegenüber dieser verschoben) wird. Die interessierende Frequenz der Brennkammer kann modifiziert werden, um die Frequenztrennung zwischen den Turbinenlaufschaufeln und der Brennkammer aufrechtzuerhalten und dabei eine inakzeptable Reaktion der Turbinenlaufschaufel aufgrund einer Frequenzüberlappung zu verhindern.
[0029] In manchen Ausführungsformen kann die Verdichterauslasstemperatur eingestellt werden, um interessierende Verbrennungsdynamikfrequenzen zu steuern, um einen Trennabstand zu Eigenfrequenzen von Heissgaspfadkomponenten aufrechtzuerhalten. Die Rolle der Verdichterauslasstemperatur bei der Beeinflussung der Verbrennungsdynamikfrequenzen ist zweierlei. Erstens verändert eine Veränderung der Temperatur der in das Verbrennungssystem eintretenden Luft die Schallgeschwindigkeit und folglich die akustische Eigenfrequenz der Brennkammer. Zweitens kann eine Veränderung der Verdichterauslasstemperatur von einer Veränderung des Luftflusses durch die Brennkammer und deshalb durch das Verbrennungssystem begleitet sein oder davon herrühren. Eine Veränderung des Luftdurchflusses durch das Verbrennungssystem beeinflusst die Kopplung zwischen der dem Verbrennungsprozess inhärenten Wärmefreisetzungsschwankung und den akustischen Resonanzfrequenzen der Brennkammer. Ein spezieller Mechanismus, von dem in der Technik bekannt ist, dass dieser eine bedeutende Rolle bei dieser Kopplung zwischen der Wärmefreisetzung und den akustischen Resonanzen der Brennkammer spielt, tritt auf, wenn durch die Schwankungen der Wärmefreisetzung angetriebene akustische Pulsationen Massendurchfluss-schwankungen durch die Brennstoffanschlüsse hervorrufen, die dann zur Folge haben, dass das Brennstoff/Luft-Verhältnis der Flammenzone schwankt. Wenn die resultierende Schwankung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses und die akustischen Druckpulsationen phasengleich sind, ist eine selbsterregte Rückkopplungsschleife die Folge. Dieser Mechanismus ist von der Zeitdauer abhängig, in der die Störung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses die Flammenzone erreicht, die in der Technik als die konvektive Zeit (Tau) bekannt ist, und ist folglich zu dem Durchfluss durch die Brennkammer umgekehrt proportional. Wenn die konvektive Zeit zunimmt, sinkt die Frequenz der Verbrennungsinstabilität, und wenn die konvektive Zeit abnimmt, steigt die Frequenz der Verbrennungsinstabilität. Durch Veränderung der Verdichterauslasstemperatur durch eine Änderung der Einlassleitschaufel, des Einlasswärmezapfstroms und/oder der Temperatur der in den Verdichter eintretenden Luft wird bzw. werden sich folglich die akustische Eigenfrequenz und/oder die konvektive Zeit der Brennkammer verändern. Durch eine Verschiebung der Verbrennungsdynamikfrequenz weg von den Eigenfrequenzen von Heissgaspfadkomponenten kann ein Betrieb der Gasturbine ohne die Gefahr einer Beschädigung an den Turbinenlaufschaufeln aufgrund einer Ermüdung bei hoher Lastspielzahl fortgesetzt werden.
[0030] Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Gasturbinensystems 100 zeigt, wie es hierin verwendet werden kann. Zum Beispiel kann das Gasturbinensystem 100 einen Verdichter 102 enthalten. Der Verdichter 102 kann einen ankommenden Luftstrom 104 verdichten. Der Verdichter 102 kann den verdichteten Luftstrom 104 zu einer Brennkammer 106 liefern. Die Brennkammer 106 kann den verdichteten Luftstrom 104 mit einem unter Druck stehenden Brennstoffström 108 vermischen und das Gemisch zünden, um einen Strom von Verbrennungsgasen 110 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 106 veranschaulicht ist, kann das Gasturbinensystem 100 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 106 enthalten. Die Strömung der Verbrennungsgase 110 kann wiederum zu einer Turbine 112 geliefert werden. Die Turbine 112 kann eine Anzahl von Laufschaufeln 132 enthalten, die in Stufen, wie beispielsweise einer Stufe 1, Stufe 2, Stufe 3, etc., angeordnet sind. Die Strömung der Verbrennungsgase 110 kann die Laufschaufeln 132 innerhalb der Turbine 112 antreiben, um so mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 112 verrichtete mechanische Arbeit kann den Verdichter 102 über eine Welle 114 und eine externe Last 116, wie beispielsweise einen elektrischen Generator oder dergleichen, antreiben.
[0031] Das Gasturbinensystem 100 kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Brennstoffarten verwenden. Das Gasturbinensystem 100 kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Ausserdem können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen oder andere Arten einer Energieerzeugungsausrüstung auch gemeinsam hierin verwendet werden.
[0032] Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 1 kann das Gasturbinensystem 100 ein Einlasswärmezapfsystem 120 enthalten, das dem Verdichter 102 zugeordnet ist. Das Einlasswärmezapfsystem 120 kann konfiguriert sein, um heisse Luft aus einem hinteren Abschnitt des Verdichters 102 abzuführen und um anschliessend die heisse Luft zurück zu dem Verdichter 102 für eine Rezirkulation durch diesen zuzuführen. In manchen Ausführungsformen kann das Einlasswärmezapfsystem 120 ein Ventil 124 oder eine andere Steuereinrichtung zur Regulierung des Einlasswärmezapfsystems 120 enthalten. Die Menge der Einlasszapfwärme kann eine Auswirkung aus die Verdichterauslasstemperatur und/ oder die Durchflussrate der Luft durch den Verdichter haben.
[0033] In manchen Ausführungsformen kann das Gasturbinensystem 100 ein Einlassleitschaufelsystem 118 enthalten, das dem Verdichter 102 zugeordnet ist. Das Einlassleitschaufelsystem 118 kann eine Anzahl von feststehenden und/oder verstellbaren Leitschaufeln darin enthalten. Der Winkel der Einlassleitschaufeln kann eine Auswirkung auf die Verdichterauslasstemperatur und/oder die Durchflussrate der Luft durch den Verdichter haben.
[0034] In manchen Ausführungsformen kann das Gasturbinensystem 100 einen oder mehrere Sensoren enthalten, die an verschiedenen Stellen an dem Gasturbinensystem 100 positioniert sind. Die Sensoren können verschiedenen Komponenten des Gasturbinensystems 100 für deren Überwachung zugeordnet sein. Zum Beispiel kann ein dynamischer Drucksensor 128 der Brennkammer 106 zugeordnet sein, um eine Verbrennungsdynamikfrequenz und Verbrennungsdynamikamplitude der Brennkammer 106 zu überwachen. Ein Temperatursensor 130 kann stromabwärts von dem Verdichter 102 positioniert sein, um eine Verdichterauslasstemperatur und/oder eine Brennkammereinlasstemperatur zu überwachen. Ein Beschleunigungsmesser, ein Dehnungsaufnehmer oder ein optischer Sensor 134 kann der Turbine 112, wie beispielsweise einer Laufschaufel 132 der ersten Stufe, zugeordnet sein, um die Schwingungsantwort der Laufschaufel 132 zu überwachen. Es können auch andere Sensoren verwendet werden. Die Sensoren können von herkömmlicher Konstruktion sein. Es können andere Arten von Betriebsparametern hierin überwacht werden. Ausserdem kann eine beliebige Stufe in der Turbine 112 überwacht werden.
[0035] In manchen Ausführungsformen kann das Gasturbinensystem 100 eine oder mehrere Steuereinrichtungen 122 in Kommunikationsverbindung mit den verschiedenen Komponenten des Gasturbinensystems 100 zur Überwachung und/oder Steuerung derselben enthalten. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 122 unter anderem mit dem Verdichter 102, der Brennkammer 106, der Turbine 112, dem Einlassleitschaufelsystem 118, dem Ventil 124 des Einlasszapfwärmesystems 120, dem Temperatursensor 130, dem dynamischen Drucksensor 128 und/oder dem Vibrationssensor 134, etc., in Kommunikationsverbindung stehen. Die Steuereinrichtung 122 kann wenigstens einen Speicher 124 und eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten (oder Prozessoren) 126 enthalten. Die Prozessoren 126 können, wie es geeignet ist, in Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen von diesen implementiert sein. Software- oder Firmware-Implementierungen der Prozessoren 126 können computerausführbare oder maschinenausführbare Instruktionen enthalten, die in einer beliebigen geeigneten Programmiersprache geschrieben sind, um die verschiedenen beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Ausserdem können die Prozessoren 126 einem Netzwerk, einem Server, einem Computer oder einer mobilen Vorrichtung zugeordnet sein.
[0036] In einigen Fällen kann die Steuereinrichtung 122 konfiguriert sein, um eine Verbrennungsdynamikfrequenz von einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente durch Steuerung einer Verdichterauslasstemperatur aktiv zu trennen (oder gegenüber dieser zu verschieben). In einigen Fällen kann die Heissgaspfadkomponente eine Laufschaufel 132 einer ersten Stufe sein, obwohl eine beliebige Laufschaufelstufe hierin verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 122 konfiguriert sein, um eine Antwortamplitude und/oder -frequenz einer Heissgaspfadkomponente, eine Verbrennungsdynamikamplitude und/oder -frequenz und/oder eine Verdichterauslasstemperatur zu bestimmen, vorherzusagen, zu überwachen, zu identifizieren oder dergleichen. Die Steuereinrichtung kann ferner konfiguriert sein, um die Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente durch Steuerung/Regelung der Verdichterauslasstemperatur zu trennen (oder gegenüber dieser zu verschieben). Zum Beispiel kann die Verdichterauslasstemperatur durch Einstellung des Winkels der Einlassleitschaufeln 118, die dem Verdichter 102 zugeordnet sind, durch Einstellung des Einlasswärmezapfsystems 120, das dem Verdichter 102 zugeordnet ist, durch Einstellung der Temperatur der in den Verdichter eintretenden Luft oder durch eine Kombination von diesen beeinflusst werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung das Ventil 124 öffnen oder schliessen, um die Einlasszapfwärme zu vergrössern oder zu verringern.
[0037] Die der Steuereinrichtung 122 zugeordneten Algorithmen zur Trennung (oder Verschiebung) der Verbrennungsfrequenz können deutlich variieren und hängen unter anderem von der Verbrennungsarchitektur ab. Obwohl Ausführungsformen in einer Sprache beschrieben sind, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, wird verstanden, dass die Offenbarung nicht notwendigerweise auf die beschriebenen speziellen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Handlungen als anschauliche Formen der Umsetzung der Ausführungsformen offenbart.
[0038] Es sind hierin Systeme und Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine geschaffen. Die Systeme und Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine können ein Bestimmen einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente, Bestimmen einer Verbrennungsdynamikfrequenz und Modifizieren einer Verdichterauslasstemperatur zur Trennung der Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente enthalten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Frequenztrennung in einer Gasturbine, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente; Bestimmen einer Verbrennungsdynamikamplitude und/oder -frequenz; und Modifizieren einer Verdichterauslasstemperatur, um die Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente zu trennen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Verbrennungsdynamikamplitude und/oder -frequenz ein Überwachen einer Brennkammer mit wenigstens einem dynamischen Drucksensor aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Bestimmen der Verdichterauslasstemperatur durch Überwachung eines Verdichters mit wenigstens einem Temperatursensor aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Einstellen einer oder mehrerer Einlassleitschaufeln aufweist; und/oder wobei das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Einstellen eines Einlasswärmezapfstroms aufweist; und/oder wobei das Modifizieren der Verdichterauslasstemperatur ein Einstellen der Temperatur einer in einen Verdichter eintretenden Luft aufweist.
5. System zur Frequenztrennung in einer Gasturbine, wobei das System aufweist: einen Verdichter; eine Brennkammer in Verbindung mit dem Verdichter; eine Turbine in Verbindung mit dem Verdichter und der Brennkammer; und eine Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung mit wenigstens einer bzw. einem von dem Verdichter, der Brennkammer und/oder der Turbine, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um eine Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren, um eine Verbrennungsdynamikfrequenz von einer Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente zu trennen.
6. System nach Anspruch 5, das ferner wenigstens einen dynamischen Drucksensor aufweist, der der Brennkammer zugeordnet und konfiguriert ist, um die Verbrennungsdynamikfrequenz zu überwachen; und/oder das ferner wenigstens einen Temperatursensor aufweist, der einem Verdichterauslass zugeordnet und konfiguriert ist, um die Verdichterauslasstemperatur zu überwachen; und/oder das ferner eine oder mehrere Einlassleitschaufeln aufweist, die dem Verdichter zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die eine oder mehreren Einlassleitschaufeln einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren; und/oder das ferner einen Einlasswärmezapfstrom aufweist, der dem Verdichter zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den Einlasswärmezapfstrom für den Verdichter anzupassen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
7. System nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um eine Temperatur einer in den Verdichter eintretenden Luft einzustellen, um die Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren.
8. System nach Anspruch 5, wobei die Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente eine einzelne Frequenz oder einen Bereich von Frequenzen aufweist; und/oder wobei die Heissgaspfadkomponente eine Turbinenlaufschaufel aufweist.
9. System nach Anspruch 5, wobei die Verbrennungsdynamikfrequenz eine einzelne Frequenz oder einen Frequenzbereich aufweist.
10. System zur Frequenztrennung, das aufweist: eine Gasturbine; und eine Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung mit der Gasturbine, wobei die Steuereinrichtung aufweist: wenigstens einen Speicher, der computerausführbare Instruktionen speichert; wenigstens einen Prozessor, der konfiguriert ist, um auf den wenigstens einen Speicher zuzugreifen, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, um die computerausführbaren Instruktionen auszuführen, um: eine Eigenfrequenz einer Heissgaspfadkomponente zu bestimmen; eine Verbrennungsdynamikfrequenz zu bestimmen; und eine Verdichterauslasstemperatur zu modifizieren, um die Verbrennungsdynamikfrequenz von der Eigenfrequenz der Heissgaspfadkomponente zu trennen.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10088165B2 (en) 2015-04-07 2018-10-02 General Electric Company System and method for tuning resonators
US9745896B2 (en) * 2013-02-26 2017-08-29 General Electric Company Systems and methods to control combustion dynamic frequencies based on a compressor discharge temperature
US9964045B2 (en) 2014-02-03 2018-05-08 General Electric Company Methods and systems for detecting lean blowout in gas turbine systems
US9709279B2 (en) 2014-02-27 2017-07-18 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9709278B2 (en) 2014-03-12 2017-07-18 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9644846B2 (en) 2014-04-08 2017-05-09 General Electric Company Systems and methods for control of combustion dynamics and modal coupling in gas turbine engine
US9845956B2 (en) 2014-04-09 2017-12-19 General Electric Company System and method for control of combustion dynamics in combustion system
US9845732B2 (en) 2014-05-28 2017-12-19 General Electric Company Systems and methods for variation of injectors for coherence reduction in combustion system
US9551283B2 (en) 2014-06-26 2017-01-24 General Electric Company Systems and methods for a fuel pressure oscillation device for reduction of coherence
US10113747B2 (en) 2015-04-15 2018-10-30 General Electric Company Systems and methods for control of combustion dynamics in combustion system
KR20170001104A (ko) * 2015-06-25 2017-01-04 두산중공업 주식회사 진동제어를 통한 제어방법
US11092083B2 (en) 2017-02-10 2021-08-17 General Electric Company Pressure sensor assembly for a turbine engine
KR101898386B1 (ko) * 2017-04-24 2018-09-12 두산중공업 주식회사 가스터빈 시스템 및 제어 방법
US11421877B2 (en) * 2017-08-29 2022-08-23 General Electric Company Vibration control for a gas turbine engine

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199936A (en) * 1975-12-24 1980-04-29 The Boeing Company Gas turbine engine combustion noise suppressor
JP3177767B2 (ja) * 1996-06-28 2001-06-18 株式会社日立製作所 コンバインド発電プラントの起動／停止方法
US6272842B1 (en) * 1999-02-16 2001-08-14 General Electric Company Combustor tuning
JP4056232B2 (ja) * 2001-08-23 2008-03-05 三菱重工業株式会社 ガスタービン制御装置、ガスタービンシステム及びガスタービン遠隔監視システム
US6968696B2 (en) * 2003-09-04 2005-11-29 Siemens Westinghouse Power Corporation Part load blade tip clearance control
US7096667B2 (en) * 2004-01-09 2006-08-29 Siemens Power Generation, Inc. Control of gas turbine for catalyst activation
US7252481B2 (en) * 2004-05-14 2007-08-07 Pratt & Whitney Canada Corp. Natural frequency tuning of gas turbine engine blades
US7337057B2 (en) 2004-05-28 2008-02-26 General Electric Company Methods and apparatus for predicting and/or for avoiding lean blow-outs
US7278266B2 (en) 2004-08-31 2007-10-09 General Electric Company Methods and apparatus for gas turbine engine lean blowout avoidance
US7451601B2 (en) 2005-05-10 2008-11-18 General Electric Company Method of tuning individual combustion chambers in a turbine based on a combustion chamber stratification index
JP4271678B2 (ja) * 2005-09-07 2009-06-03 株式会社タクボ精機製作所 眼鏡レンズ研削装置
US7441411B2 (en) * 2005-09-16 2008-10-28 General Electric Company Method and apparatus to detect onset of combustor hardware damage
US7805922B2 (en) 2006-02-09 2010-10-05 Siemens Energy, Inc. Fuel flow tuning for a stage of a gas turbine engine
US8479523B2 (en) * 2006-05-26 2013-07-09 General Electric Company Method for gas turbine operation during under-frequency operation through use of air extraction
US9043118B2 (en) * 2007-04-02 2015-05-26 General Electric Company Methods and systems for model-based control of gas turbines
US7908072B2 (en) 2007-06-26 2011-03-15 General Electric Company Systems and methods for using a combustion dynamics tuning algorithm with a multi-can combustor
US7620461B2 (en) 2007-06-26 2009-11-17 General Electric Company Systems and methods for using a combustion dynamics tuning algorithm with a multi-can combustor
US7997083B2 (en) 2007-08-28 2011-08-16 General Electric Company Method and system for detection of gas turbine combustion blowouts utilizing fuel normalized power response
US20090155082A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Loc Duong Method to maximize resonance-free running range for a turbine blade
JP2010275973A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械
US20110072826A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 General Electric Company Can to can modal decoupling using can-level fuel splits
GB201001284D0 (en) * 2010-01-27 2010-03-10 Rolls Royce Plc Apparatus for generating vibrations in a component
US9068463B2 (en) * 2011-11-23 2015-06-30 General Electric Company System and method of monitoring turbine engines
US9745896B2 (en) * 2013-02-26 2017-08-29 General Electric Company Systems and methods to control combustion dynamic frequencies based on a compressor discharge temperature
US9631816B2 (en) * 2014-11-26 2017-04-25 General Electric Company Bundled tube fuel nozzle

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Publication number Publication date
JP2014163382A (ja) 2014-09-08
US20140238033A1 (en) 2014-08-28
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US20170356344A1 (en) 2017-12-14
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US9745896B2 (en) 2017-08-29

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