DE102008022117A1

DE102008022117A1 - Verfahren und Prüfstand zum Bestimmen einer Transferfunktion

Info

Publication number: DE102008022117A1
Application number: DE102008022117A
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr. Schuermans; Felix Dr. Güthe
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: Ansaldo Energia Switzerland AG
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2028-05-06
Also published as: DE102008022117B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer thermoakustischen Transferfunktion eines Brenners (3) eines Verbrennungssystems, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Wärmeabgabeschwankungen und relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt. Um das Bestimmen der Transferfunktion zu verbessern, wird die Transferfunktion durch Addition einer ersten Teil-Transferfunktion, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Brennstoffluftzahlschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt, mit einer zweiten Teil-Transferfunktion gebildet, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Luftmassenstromschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer thermoakustischen Transferfunktion eines Brenners eines Verbrennungssystems, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Wärmeabgabeschwankungen und relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners beschreibt. Derartige Transferfunktionen dienen zum Verständnis thermoakustischer Verbrennungsinstabilitäten, die für eine Vielzahl verschiedener Verbrennungssysteme, wie etwa Haushaltsbrenner, Gasturbinen oder Raketenantriebe, eine Gefahr darstellen. Solche Instabilitäten erzeugen eine Rückkopplung zwischen den Schwankungen von Druck und Geschwindigkeit und der Wärmefreisetzungsrate des Verbrennungsprozesses. Bei bestimmten Frequenzen kann es zu Druckschwankungen mit vergleichsweise großen Schwingungsamplituden kommen, was zu unerwünschten Effekten führen kann, wie zum Beispiel einer unerwünscht hohen mechanischen Belastung der jeweiligen Brennkammer, unerwünscht hohen Emissionen aufgrund einer inhomogenen Verbrennung oder zu einem Erlöschen der Flamme.
Um die Entwicklungs- und Herstellungskosten bei der Konstruktion von aufwendigen Verbrennungssystemen, wie zum Beispiel einer Gasturbinenbrennkammer, zu senken, ist es von Vorteil, die thermoakustischen Eigenschaften des Gesamtsystems möglichst frühzeitig abschätzen zu können. Hierzu werden physikalische und akustische Modelle herangezogen. Dabei lässt sich das Gesamtmodell durch ein Netzwerk einzelner akustischer Elemente oder Teilmodelle aufbauen. Beispielsweise bilden die einzelnen Brenner des Verbrennungssystems jeweils ein derartiges akustisches Element, für das es ein physikalisches Modell gibt. Ein wichtiger Bestandteil dieses akustischen Modells ist dabei die eingangs genannte Transferfunktion, die es ermöglicht, das thermoakustische Verhalten des einzelnen Brenners in das Gesamtmodell mit einzubinden.
Stand der Technik
Um für einen solchen Brenner die zugehörige Transferfunktion ermitteln zu können, ist ein Testbetrieb des jeweiligen Brenners in einem entsprechenden Prüfstand erforderlich. Durch Messen vorbestimmter Parameter beim Durchfahren bestimmter Betriebszustände kann die jeweilige Transferfunktion ermittelt werden. Beispielsweise ist es aus der EP 0 918 194 A1 bekannt, mit Hilfe von Lautsprechern und Mikrophonen Druckmessungen am Brenner stromauf und stromab der Verbrennungsreaktion durchzuführen, um daraus Rückschlüsse auf die relativen Geschwindigkeitsschwankungen und auf die relativen Wärmeabgabeschwankungen ziehen zu können, um so die jeweilige Transferfunktion zu ermitteln. Für die vielfältigen Druckmessungen werden Felder von Mikrophonen am Brenner montiert. Zur Erzeugung der Druckschwankungen wird der zugehörige Prüfstand mit Feldern von Lautsprechern versehen. Um die erforderlichen Druckschwankungen hinreichend genau messen zu können, müssen die hierbei verwendeten Mikrophone vergleichsweise empfindlich sein. Dementsprechend kann der Prüfstand beim bekannten Verfahren nur unter atmosphärischem Umgebungsdruck betrieben werden, jedoch nicht bei einem vergleichsweise hohen Betriebsdruck des Verbrennungssystems, der bei einer Gasturbine beispielsweise bei etwa 20 bar liegen kann. Ebenso arbeiten die verwendeten Lautsprecher nur bei Umgebungsdruck hinreichend genau, um die erwünschten Druckschwankungen generieren zu können. Durch die Abweichung zwischen dem Druck im Prüfstand und dem Betriebsdruck des fertigen Gesamtsystems können sich signifikante Abweichungen hinsichtlich des thermoakustischen Schwingungsverhaltens zwischen dem modellierten Soll-Verhalten und dem beim fertigen Verbrennungssystem tatsächlich auftretenden Ist-Verhalten ergeben.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren beziehungsweise für einen Prüfstand der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass damit eine Transfermatrix erhöhter Zuverlässigkeit ermittelt werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Transferfunktion in zwei Teil-Transferfunktionen aufzuteilen. Die erste Teil-Transferfunktion beschreibt dabei einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Brennstoffluftzahlschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners. Im Unterschied dazu beschreibt die zweite Teil-Transferfunktion einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Luftmassenstromschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners. Durch die Auftrennung in zwei Teil-Transferfunktionen, die auf einfache Weise durch Addition zur gewünschten Gesamt-Transferfunktion zusammengefasst werden können, vereinfacht sich die Ermittlung der Transferfunktion, da einerseits die einzelnen Teil-Transferfunktionen einfacher hinreichend genau ermittelt werden können und da andererseits die beiden Teil-Transferfunktionen die Einflüsse sowohl der Brennstoffluftzahlschwankungen als auch der Luftmassenstromschwankungen auf die Wärmeabgabeschwankungen berücksichtigen.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher zur Ermittlung der relativen Brennstoffluftzahlschwankungen sowie der relativen Luftmassenstromschwankungen relative Chemilumineszenzintensitätsschwankungen von wenigstens zwei verschiedenen chemischen Stoffen oder Zwischenprodukten verwendet werden. Die Intensitäten von Chemilumineszenzen chemischer Stoffe lassen sich optisch und dadurch unabhängig vom Druck ermitteln. Somit ist es insbesondere möglich, den jeweiligen Brenner im Prüfstand bei einem erhöhten Druck zu betreiben, und zwar insbesondere beim Betriebsdruck des Verbrennungssystems, für den der Brenner bestimmt ist. Durch die Verwendung erhöhter Drücke während des Testbetriebs lässt sich die Zuverlässigkeit der so ermittelten Transferfunktion verbessern.
Vorzugsweise lassen sich die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen relativ einfach ermitteln, indem die Intensität der Chemilumineszenz für den jeweiligen Stoff in Abhängigkeit der Zeit gemessen wird.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform können zumindest zwei stationäre Messungen der Chemilumineszenzintensität der wenigstens zwei Stoffe durchgeführt werden, um die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen der wenigstens zwei Stoffe ermitteln zu können. Dabei wird während einer ersten stationären Messung der Luftmassenstrom konstant gehalten, während die Brennstoffluftzahl variiert wird. Bei einer zweiten stationären Messung wird dann die Brennstoffluftzahl konstant gehalten, während der Luftmassenstrom variiert wird. Eine derartige Vorgehensweise ist bei einem Prüfstand vergleichsweise einfach durchführbar und kann zur Erzielung relativ genauer Messergebnisse genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der jeweilige Brenner zur Ermittlung der relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen der wenigstens zwei Stoffe oder Zwischenprodukte in zumindest drei Betriebspunkten betrieben wird, um die Chemilumineszenzintensitäten der wenigstens zwei Stoffe messen zu können. Dabei werden für einen ersten Betriebspunkt ein erster Luftmassenstrom und eine erste Brennstoffluftzahl eingestellt. Für einen zweiten Betriebspunkt werden wieder der erste Luftmassenstrom und eine zweite Brennstoffluftzahl eingestellt. Für einen dritten Betriebspunkt werden ein zweiter Luftmassenstrom und eine beliebige Brennstoffluftzahl, bei der es sich bevorzugt um die erste Brennstoffluftzahl oder um die zweite Brennstoffluftzahl handeln kann, eingestellt. Da somit insgesamt nur drei Betriebspunkte erforderlich sind, um die gewünschten relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen für die wenigstens zwei Stoffe ermitteln zu können, ist der Aufwand zur Realisierung der vorgeschlagenen Vorgehensweise für die Ermittlung der Transferfunktion relativ klein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Prüfstands.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend 1 umfasst ein Prüfstand 1 einen Aufnahmeraum 2 zur Aufnahme eines Brenners 3 und einen Brennraum 4. Ferner ist eine Einrichtung 5 vorgesehen, mit deren Hilfe die Intensitäten von Chemilumineszenzen bei wenigstens zwei verschiedenen chemischen Stoffen, insbesondere gleichzeitig, messbar ist. Im hier beschriebenen Beispiel werden ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Chemilumineszenzen von OH und CH gemessen. Die Messeinrichtung 5 umfasst zum Beispiel eine Optik 6, die auf eine Reaktionszone 7 im Brennraum 4 ausgerichtet ist. Die Optik 6 ist beispielsweise über Lichtleitfasern 8 mit einem Spektralanalyseapparat 9 verbunden, der aus den Aufnahmen der Optik 6 die gewünschten Chemilumineszenzen herausfiltert und deren Intensitäten misst. Beispielsweise kann hierzu ein Photomultiplier mit zwei oder drei Kanälen verwendet werden. Ebenso können hierzu lichtempfindliche Dioden und entsprechende Filter verwendet werden. Insbesondere kann ein Lichtstrahl in zumindest zwei verschiedene Bänder unterschiedlicher Wellenlängen (Farben) aufgesplittet werden. Dies kann durch die Verwendung dichromatischer Spiegel und optischer Filter oder Gitter erfolgen. Die Intensitäten der verschiedenen Farben lassen sich in Abhängigkeit der Zeit bzw. zeitaufgelöst messen, z. B. mit Mehrfach-Photo-Sensoren, wie Photomultiplier oder Dioden.
Der Prüfstand 1 kann außerdem zumindest einen Aktuator 10 aufweisen, mit dessen Hilfe ein dem Brenner 3 zugeführter Luftstrom moduliert werden kann. Im gezeigten Beispiel ist der Aktuator 10 stromauf des Brenners 3 angeordnet. Grundsätzlich ist auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher der Aktuator 10 stromab des Brenners 3 angeordnet ist.
Ferner umfasst der Prüfstand 1 zweckmäßig eine Drucksensorik 11, die im vorliegenden Fall zumindest zwei einzelne Drucksensoren 12 und 13 aufweist. Dabei ist der eine Drucksensor 12 so angeordnet, dass damit der Druck im kalten Bereich, also stromauf der Flamme beziehungsweise der Verbrennungsreaktion gemessen werden kann, während der andere Drucksensor 13 so positioniert ist, dass damit der Druck im heißen Bereich, also quasi in der Flamme gemessen werden kann.
Der Prüfstand 1 ist mit Hilfe der Messeinrichtung 5 so ausgestaltet, dass damit eine thermoakustische Transferfunktion T des Brenners 3 bestimmt werden kann. Dabei ist der Prüfstand 1 insbesondere so ausgelegt, dass der Betriebsdruck für den Brenner 3 so eingestellt werden kann, dass es den realen Betriebsbedingungen des Brenners 3 in einem dafür vorgesehenen Verbrennungssystem entspricht. Insbesondere handelt es sich beim Brenner 3 um einen von mehreren Brennern 3 einer Brennkammer einer Gasturbine. Der normale Betriebsdruck des Brenners 3 in einem derartigen Verbrennungssystem kann oberhalb von 10 bar liegen, insbesondere sogar oberhalb von 20 bar.
Die Transferfunktion T beschreibt entsprechend der folgenden Gleichung:
Einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Wärmeabgabeschwankungen des Brenners 3 und relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners 3. Die Wärmeabgabe wird dabei mit Q abgekürzt, während die Geschwindigkeit mit u bezeichnet wird. Gemeint ist dabei die Strömungsgeschwindigkeit der Brennerabgase am Auslass des Brenners 3. Die relativen Schwankungen werden hier jeweils durch die absoluten Schwankungen gebildet, die durch den Mittelwert der jeweiligen Größe normiert sind. Beispielsweise kennzeichnet Q ^ die absoluten Wärmeabgabeschwankungen, während Q die mittlere Wärmeabgabemenge repräsentiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der thermoakustischen Transferfunktion T beruht nun zunächst auf der Überlegung, dass die Wärmeabgabe in der Flamme im wesentlichen aufgrund von zwei Gründen schwanken kann. Zum einen schwankt der die Flamme durchströmende Luftmassenstrom m. Zum anderen schwankt die Brennstoffluftzahl Φ des der Flamme zugeführten Brennstoff-Luft-Gemischs. Diese Überlegungen werden bei der Erfindung dazu genutzt, die Transferfunktion T durch die Summe aus zwei Teil-Transferfunktionen H und G zu ersetzen. Die beiden Teil-Transferfunktionen H und G werden dabei wie folgt hergeleitet:
Die erste Teil-Transferfunktion H beschreibt somit einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Brennstoffluftzahlschwankungen des Brenners 3 und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners 3. Im Unterschied dazu beschreibt die zweite Teil-Transferfunktion G somit einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Luftmassenstromschwankungen des Brenners 3 und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners 3.
Die Chemilumineszenzintensitäten I stehen in Relation zur Wärmeabgabe Q. Folglich lassen sich die relativen Chemilumineszenzintensitätschwankungen ebenfalls als Funktionen von Schwankungen der Brennstoffluftzahl und des Luftmassenstroms darstellen:
Im Beispiel ist hier die Chemilumineszenzintensität für OH wiedergegeben. Die relativen Chemilumineszenzintensitätschwankungen sind hierbei gebildet durch die Addition eines Produkts aus einem Koeffizienten A und der relativen Brennstoffluftzahlschwankung mit einem Produkt aus einem Koeffizienten B und der relativen Luftmassenstromschwankung. Dabei ist es wichtig, hier festzustellen, dass die beiden Koeffizienten A, B nicht gleich sind, so dass insbesondere gilt:
Da die beiden Koeffizienten A, B ungleich sind, lässt sich die Chemilumineszenzintensitätschwankung nicht direkt als Wärmeabgabeschwankung interpretieren. Zwar besteht ein Zusammenhang zwischen den beiden Größen, aus dem jedoch keine quantitative Messung der Wärmeabgabe unmittelbar durch die Messung der Cemielumineszenzintensität herleitbar ist. Hier hilft der erfindungsgemäße Vorschlag, die Chemilumineszenzintensität für wenigstens zwei verschiedene chemische Stoffe zu messen. Somit lässt sich ein Gleichungssystem wie folgt aufstellen:
Als chemische Stoffe, deren Chemilumineszenzintensität gemessen wird, sind hier rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit OH und CH verwendet worden. Das Gleichungssystem besitzt für jeden Stoff, dessen Chemilumineszenz gemessen wird, eine Gleichung der weiter oben beschriebenen Art, welche die relative Chemilumineszenzintensitätsschwankung als Summe eines Produkts aus einem Koeffizienten A bzw. C und der relativen Brennstoffluftzahlschwankung mit einem Produkt aus einem Koeffizienten B bzw. D und der relativen Luftmassenstromschwankung entspricht. Dieses Gleichungssystem kann wie folgt in ein Matrixsystem transformiert werden:
Die Transformation wird dabei so durchgeführt, dass die Koeffizienten A, B, C, D der gesuchten Schwankungen, also der Brennstoffluftzahlschwankungen und der Luftmassenstromschwankungen eine Koeffizientenmatrix bilden. Bei zwei verschiedenen Stoffen umfasst das Gleichungssystem zwei Gleichungen mit jeweils zwei Koeffizienten, so dass die Koeffizientenmatrix insgesamt vier Koeffizienten aufweist, die quadratisch angeordnet sind.
Das Matrixsystem kann auf einfache Weise invertiert und umgestellt werden, so dass sich folgende Schreibweise ergibt:
In diesem invertierten Matrixsystem finden sich links die gesuchten Schwankungen und rechts einerseits die Koeffizienten und andererseits die mit Hilfe der Messeinrichtung 5 messbaren Schwankungen.
Um nun die Koeffizienten der Koeffizientenmatrix bestimmen zu können, wird der Brenner 3 im Prüfstand 1 einer Prozedur unterzogen, bei der zumindest zwei stationäre Messungen der Chemilumineszenzintensität der wenigstens zwei Stoffe, hier OH und CH, durchgeführt werden. Diese Messungen werden dabei in Abhängigkeit der Zeit durchgeführt, wodurch es möglich ist, aus den Messdaten jeweils die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen für den jeweiligen Stoff zu ermitteln. Dabei wird eine erste stationäre Messung so durchgeführt, dass dabei der Luftmassenstrom m konstant gehalten wird, während die Brennstoffluftzahl Φ variiert wird. In einer zweiten stationären Messung wird im Unterschied dazu die Brennstoffluftzahl Φ konstant gehalten, während der Luftmassenstrom m variiert wird. Diese Prozedur lässt sich insbesondere vereinfacht dadurch realisieren, dass für die erste stationäre Messung zunächst ein erster Betriebspunkt eingestellt wird, der sich durch einen ersten Luftmassenstrom m₁ und eine erste Brennstoffluftzahl Φ₁ charakterisiert. Im Rahmen der ersten stationären Messung wird dann ein zweiter Betriebspunkt eingestellt, der wieder den ersten Luftmassenstrom m₁ sowie eine zweite Brennstoffluftzahl Φ₂ aufweist. Dieser zweite Betriebspunkt kann gleichzeitig auch für die zweite stationäre Messung benutzt werden. Um für die zweite stationäre Messung den Luftmassenstrom m zu variieren, wird ein dritter Betriebspunkt eingestellt, der sich durch einen zweiten Luftmassenstrom m₂ und die zweite Brennstoffluftzahl Φ₂ charakterisiert. Um diese drei unterschiedlichen Betriebspunkte darstellen zu können, müssen somit lediglich zwei Einstellungen des Prüfstands 1 variiert werden, nämlich zum einen der Luftmassenstrom m und zum anderen die Brennstoffluftzahl Φ.
Durch die Messung der Chemilumineszenzen für zwei verschiedene Stoffe bei unterschiedlichen Brennstoffluftzahlen und verschiedenen Luftmassenströmen können die Koeffizienten des Gleichungssystems ermittelt werden. Beispielsweise können hierzu die Steigungen der Verlaufskurven der Chemilumineszenzintensitäten während der beiden stationären Messungen ausgewertet werden. Die Koeffizienten ergeben sich dann wie folgt:
Es ist klar, dass das vorliegend für zwei chemische Stoffe beschriebene Verfahren grundsätzlich auch für drei und mehr Stoffe durchführbar ist. Das Matrix-System ändert sich dann entsprechend. Zum Beispiel ergibt sich bei N Stoffen eine N × 2 Koeffizientenmatrix, die überbestimmt ist und beispielsweise mit der Methode der kleinsten Quadrate lösbar ist.
Nach der Bestimmung der Koeffizienten A, B, C und D liegt ein funktioneller Zusammenhang für die Brennstoffluftzahlschwankungen und die Massenstromschwankungen vor. Die weiter oben genannten Teil-Transferfunktionen H und G lassen sich in Verbindung mit den Brennstoffluftzahlschwankungen und den Luftmassenstromschwankungen besonders einfach ermitteln, wenn die Geschwindigkeitsschwankungen bekannt sind. Die Geschwindigkeitsschwankungen lassen sich am Prüfstand 1 zum Beispiel durch Druckdifferenzmessung über dem Brenner 3 ermitteln. Hierzu kann insbesondere auf das invertierte akustische Modell des Brenners 3 zurückgegriffen werden, das sich wie folgt darstellt:
Sobald die Geschwindigkeitsschwankungen, die Brennstoffluftzahlschwankungen und die Luftmassenstromschwankungen bekannt sind, liegen die Gleichungen für die Teil-Transferfunktionen H und G vor, wodurch dann auch die gesamte Transferfunktion T vorliegt.
Bemerkenswert für das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise für den erfindungsgemäßen Prüfstand 1 ist insbesondere, dass damit die Transferfunktion T beim Betriebsdruck des Verbrennungssystems ermittelt werden kann, dem der Brenner 3 im Betrieb des Verbrennungssystems ausgesetzt ist. Die Genauigkeit der so ermittelten Transferfunktion T ist dadurch erhöht.

1: Prüfstand
2: Aufnahmeraum
3: Brenner
4: Brennraum
5: Messeinrichtung
6: Optik
7: Verbrennungszone
8: Glasfaserkabel
9: Spektralanalyseapparat
10: Aktuator
11: Drucksensorik
12: Drucksensor
13: Drucksensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0918194 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer thermoakustischen Transferfunktion (T) eines Brenners (3) eines Verbrennungssystems, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Wärmeabgabeschwankungen und relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferfunktion (T) durch Addition einer ersten Teil-Transferfunktion (H), die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Brennstoffluftzahlschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt, mit einer zweiten Teil-Transferfunktion (G) gebildet wird, die einen frequenzabhängigen Zusammenhang zwischen relativen Luftmassenstromschwankungen und den relativen Geschwindigkeitsschwankungen des Brenners (3) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der relativen Brennstoffluftzahlschwankungen und der relativen Luftmassenstromschwankungen relative Chemilumineszenzintensitätsschwankungen von wenigstens zwei verschiedenen chemischen Stoffen oder Zwischenprodukten verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen durch Messen der Intensität der Chemilumineszenz des jeweiligen Stoffes in Abhängigkeit der Zeit ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Brennstoffluftzahlschwankungen und die relativen Luftmassenstromschwankungen anhand der relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen ermittelt werden, indem ein Gleichungssystem gelöst wird, das für jeden Stoff, dessen Chemilumineszenz gemessen wird, eine Gleichung enthält, bei der die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen des jeweiligen Stoffs durch Addition eines Produkts aus einem Koeffizienten (A, C) und den relativen Brennstoffluftzahlschwankungen mit einem Produkt aus einem Koeffizienten (B, D) und den relativen Luftmassenstromschwankungen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichungssystem dadurch gelöst wird, dass es in ein Matrixsystem transformiert wird, derart, dass die Koeffizienten (A, B, C, D) der gesuchten Schwankungen eine Koeffizientenmatrix bilden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixsystem dadurch gelöst wird, dass es invertiert wird und die Koeffizienten (A, B, C, D) der Koeffizientenmatrix bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest zwei stationäre Messungen der Chemilumineszenzintensitäten der wenigstens zwei Stoffe durchgeführt werden, um die relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen der wenigstens zwei Stoffe zu ermitteln, – dass für eine erste stationäre Messung der Luftmassenstrom (m) konstant gehalten wird, während die Brennstoffluftzahl (Φ) variiert wird, – dass für eine zweite stationäre Messung die Brennstoffluftzahl (Φ) konstant gehalten wird, während der Luftmassenstrom (m) variiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten (A, B, C, D) der Koeffizientenmatrix anhand der Steigungen der gemessenen Verläufe der Chemilumineszenzintensitäten bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, – dass der jeweilige Brenner (3) zur Ermittlung der relativen Chemilumineszenzintensitätsschwankungen der wenigstens zwei Stoffe in zumindest drei Betriebspunkten betrieben wird, um die Chemilumineszenzintensität der wenigstens zwei Stoffe zu messen, – dass für einen ersten Betriebspunkt ein erster Luftmassenstrom (m₁) und eine erste Brennstoffluftzahl (Φ₁) eingestellt werden, – dass für einen zweiten Betriebspunkt der erste Luftmassenstrom (m₁) und eine zweite Brennstoffluftzahl (Φ₂) eingestellt werden, – dass für einen dritten Betriebspunkt ein zweiter Luftmassenstrom (m₂) und die zweite Brennstoffluftzahl (Φ₂) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen der Intensitäten der Chemilumineszenz bei den wenigstens zwei Stoffen bei einem Betriebsdruck stattfindet, bei dem das den Brenner (3) umfassende Verbrennungssystem arbeitet.
Prüfstand zum Bestimmen einer thermoakustischen Transferfunktion (T) eines Brenners (3) eines Verbrennungssystems, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine, mit einer Einrichtung (5) zum Messen der Intensität der Chemilumineszenz bei wenigstens zwei verschiedenen chemischen Stoffe.