DE2715401A1

DE2715401A1 - Einrichtung zur verbrennungsueberwachung

Info

Publication number: DE2715401A1
Application number: DE19772715401
Authority: DE
Inventors: Kendall Edward Gilbert; Daniel Johnson; Robert Raymond Macier
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1978-06-29
Also published as: NO156183B; FR2375454B1; NO771142L; DE2715401C2; JPS5912851B2; FR2375454A1; IT1076437B; NO156183C; NL7704283A; JPS5382909A; GB1522947A

Description

Einrichtung zur VerbrennungsUberwachung

Die Erfindung betrifft Gasturbinen, sie bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Verbrennungssystems einer Gasturbine.

Verbrennungssysteme für Gasturbinen enthalten üblicherweise einen oder Mehrere Brennemäntel des ringförmigen oder des dosenför -■igen Typs, in denen Brennstoff verbrannt wird, üb einen im allgemeinen ringförmigen heißen Gasstrom zum Antrieb der Turbine zu erzeugen.

Aufgrund der extrem ungünstigen Druck- und Temperatur-Umgebungsbedingungen eines Verbrennungssystems einer Gasturbine können kleinere Probleme eines Verbrennungssysteme sich zu schweren

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Beschädigungen der Gasturbine auswachsen, sofern sie unbeobachtet bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur überwachung des Verbrennungssystems einer Gasturbine anzugeben, die die Turbine stillegt oder einen Alarm abgibt, wenn eine Anormalität oder Störung wahrgenommen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Einrichtung zu schaffen, die Probleme in Verbrennungsystemen von Gasturbinen zu einem frühen Zeitpunkt feststellt.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß Einrichtungen zum Abflihlen der Temperatur des im Verbrennungsystem einer Gasturbine erzeugten heißen Gasstromes vorgesehen sind, und daß ferner Einrichtungen vorgesehen sind, die feststellen, ob das Verbrennungssystem als Funktion der abge -fühlten Temperaturen und der Kompressorendtemperatur richtig funktioniert. Die Fühleinrichtung enthält mehrere Sensoren, wie Thermoelemente, die in einer beabstandeten ringförmigen Anordnung im Strömungspfad des heißen Gasstromes, wie z.B. im Auspuffkanal, angeordnet sind. Zur Bestimmung der abgefühlten mittleren Temperatur des heißen Gasstromes und zur Bestimmung der Temperaturgrenzen als Funktion der mittleren Temperatur und der Kompressorendtemperatur sind Einrichtungen vorgesehen, die ein Alara- und ein Gasturbinen-Abschaltsignal erzeugen, wenn eine vorgegebene Zahl von Auslesungen der Temperatursensoren derartige Grenzwerte in vorgegebener Weise überschreiten.

Die Erfindung enthält bevorzugt einen digitalen Rechner, einen Eingabekreis zur Eingabe der abgefühlten Temperaturwerte in den Rechner, und eine Temperatursensor-Wählschaltung, wobei der Rechner so programmiert ist, daß die Wählschaltung alle Temperatursensoren für den heißen Gasstrom sequentiell abtastet und die mittlere Temperatur des heißen Gasstromes bestimmt, und wobei der Rechner die zugelassenen Temperatürgrenzen berechnet und ein Signal erzeugt, wenn eine vorgegebene Zahl der Auslesungen der

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Temperatursensoren für den heißen Gasstrom die Temperaturgrenzen in einer vorgegebenen Weise überschreiten.

Im folgenden werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In den Figuren zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanordnung, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung zur überwachung des Brenners eingesetzt ist;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur überwa -chung des Brenners;

Fig. 3 ein scheaatisches Blockschaltbild einer Ausftihrungsform des digitalen Rechners nach Figur 2;

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Programms, das erfindungsgemäß in dem digitalen Rechner nach Figur 3 verwendbar ist; und

Fig. 5 eine Fortsetzung des Flußdiagramms nach Figur 4.

In Figur 1 ist ein Beispiel einer Hochleistungsturbine 10 dargestellt, die einen Kompressor 12, einen Brenner 14 und eine Turbine 16 enthält. Luft wird durch einen geeigneten Einlaß 18 dem Kompressor 12 zugeführt und wird komprimiert und über geeignete Leitungen, schematisch mit 20 dargestellt, an einen Brenner 14 abgegeben. Brennstoff wird über mehrere geeignete Brennstoff -düsen 22 an den Brenner 14 abgegeben und im Brenner verbrannt, um eine Antriebsströmung oder einen heißen Gasstrom zum Antreiben der Turbine 16 zu erzeugen.

Der durch den Brenner 14 erzeugte heiße Gasstrom wird durch geeignete Leitungen, schematisch mit 24 dargestellt, an die

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Turbine 16 abgegeben. Die Turbine 16 ist für Antriebszwecke mit dem Kompressor 12 und einer Last 26, z.B. einem Generator über die Wellenverbindungen 28 und 30 verbunden.

Eine geeignete Gasturbinen-Steuerung 32 zur Steuerung des Brennstoff-Flusses in die Gasturbine 10 spricht auf ein Geschwindigkeitssignal auf der Leitung 34 an, das durch einen geeigneten Geschwindigkeitsfühler 36 erzeugt wird, die Gasturbinen-Steuerung 32 spricht auf ein von einem geeigneten Flammendetektor 40 erzeugten Flammendetektorsignal auf der Leitung 38, und auf ein Abgastemperatursignal oder -Signale auf den Leitungen 42,

oder -sensoren

44, 46 und 48 an, die durch geeignete Temperaturfühler/50 erzeugt werden, wobei die Temperaturfühler 50 in einer ringförmigen Anordnung im Auspuffkanal 52 der Gasturbine angeordnet sind. Wie schematisch durch die Linie 5^ dargestellt ist, regelt die Gasturbinen-Steuerung 32 die Brennstoffzufuhr zu den Düsen 22 mittels einer geeigneten variablen Brennstoff-Versorgungspumpe Oder οines Gasventils S6.

Zur genaueren Beschreibung der Gasturbinen-Steuerung oder -Regelung 32 wird auf die US-PS 3 520 133 vom 14. Juli 1970 verwiesen, die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zusteht. Es sei jedoch bemerkt, daß auch andere Gasturbinen-Steuerungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, und daß die vorliegende Erfindung nicht auf eine Verwendung mit der beispielshalber zitierten Gasturbinen-Steuerung begrenz^ ist. Während die Gasturbine 10 z.B. als eine Gasturbine des Einzelrotor-Typs dargestellt und beschrieben wurde, so kann die Einrichtung zur überwachung des Brenners nach dieser Erfindung vorteilhaft auch bei Gasturbinen eingesetzt werden, die mehr als einen Rotor besitzen.

In Figur 1 empfängt die allgemein mit 58 bezeichnete Einrichtung zur Verbrennungsüberwachung ein Temperatursignal auf den Lei tungen 60, 42, 44, 46 und 48. Das Signal auf der Leitung 60 wird durch einen geeigneten Fühler 62 erzeugt, der die Temperatur der den Kompressor 12 verlassenden komprimierten Luft (Kompressor-

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endtemperatur) überwacht. Die Signale auf den Leitungen 42, 44, 46 und 48 zeigen die Auspuffgastemperatur an. Wie noch näher erläutert wird, arbeitet die Einrichtung zur VerbrennungsUberwachung auf der Grundlage dieser Eingangssignale, um zu bestimmen, ob das Verbrennungssystem (einschliesslich der Brennstoffdüse 22, des Brenners 14 und der Leitungsanordnungen 24) richtig arbeitet. Im Fall einer festgestellten Störung liefert die erfindungsgemäße Einrichtung ein geeignetes Abschaltsignal auf der Leitung 64 oder ein Alarmsignal auf der Leitung 66 oder 68 zur Gasturbinen-Steuerung 32.

Obwohl nur vier Auspuffgas-Temperaturfühler 50 in Figur 1 dargestellt sind, sei darauf hingewiesen, daß diese Darstellung vereinfacht ist, und daß in der Praxis zwölf oder mehr im allgemeinen gleichmäßig beabstandete Temperaturfühler oder -Sensoren in einer ringförmigen Anordnung verwendet werden. Der Abstand zwischen benachbarten Fühlern ist bevorzugt gleich und so ausgewählt, daß eine heiße oder eine kalte Schliere im heißen Gasstrom, die durch eine Störung im Verbrennungssystem erzeugt wird, mehr als einen Temperaturfühler beeinflusst.

Während die Fühler 50 als an verschiedenen axialen Stellen bezüglich des heißen Gasstromflusses sitzend dargestellt sind, sind in der Praxis im allgemeinen alle Fühler 50 ungefähr an derselben axialen Stelle, oder in anderen Worten, im allgemeinen äquidistant von der Turbine 16 angeordnet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung des Betriebs des Verbrennungssystems enthält allgemein Einrichtungen zum Abfühlen der Temperatur des heißen Gasstromes, wie z.B. Temperaturfühler 50 im Auspuffkanal 42, und Einrichtungen, wie z.B. die Brennerüberwachung 58 zur Bestimmung, ob das Verbrennungssystem der Gasturbine anormal als Funktion der abgefühlten Temperaturen arbeitet, und zur Erzeugung eines Signals, das die Gasturbinen-Steuerung 32 veranlasst, die Brennstoffzufuhr zum Brenner 14 abzuschalten, wenn ein anormaler Betrieb festgestellt ist.

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- .fir -

In Figur 2 ist die Brenner-Überwachung 58 in einer Ausführungsform dargestellt, die einen digitalen Rechner 70» einen Temperaturfühler-Eingabekreis 72, eine Temperaturfühler-^ählschaltung 74 und eine Anzeigeschaltung 78 enthält. Die Alarm- und Abschaltsignalleitungen 64, 66 und 68 enthalten bevorzugt einen geeigneten Photoisolator 78, um die Gasturbinen-Steuerung vor irgendwelchen Störsignalen aus dem digitalen Rechner 70 zu schützen.

Obwohl nur zwei Auspuffgas-Temperaturfühler 50 schematisch an der Stelle 80 dargestellt sind,sei darauf hingewiesen, daß bis zu zwölf oder mehr Fühler in der Praxis verwendet werden. Die Sensoren 50 sind mit der Gasturbinen-Steuerung 32 und dem Temperaturfühler-Eingabekreis 72 durch geeignete Schalteinrichtungen, wie z.B. durch normal geschlossene Kontakte 82 und normal offene Kontakte 84 eines Relais 86, und durch Leitungen 88, 90, 92 und 94 verbunden.

Der Kompressorendtemperatur-Fühler 62 ist ebenfalls durch Leitungen 92, 94 und durch Schalteinrichtungen, wie z.B. normal offene Kontakte 96 eines Relais 98 mit dem Eingabekreis 72 verbunden .

Die Temperaturfühler-Wählschaltung 74 enthält einen Adressendekodierer 100 zur Aufnahme eines binären 4-Bit-Signals auf der Leitung 102 vom digitalen Rechner 70 und zur selektiven Erregung eines der Relais 86 und 98 in Abhängigkeit eines derartigen Signals mittels eines geeigneten Treibers oder Verstärkers 104. Der Dekodierer 100 kann als "1 aus 16-Dekodierer" ( l of 16 decoder) ausgebildet sein.

Der Temperaturfühler-Eingabekreis 72 enthält gemäß der Darstellung einen Signalverstärker 106 zum Empfangen und Verstärken der Temperatursignale auf den Leitungen 92 und 94, einen Begrenzer 108 und einen Analog/Digitalwandler 110. Der Begrenzer 108 empfängt die Ausgangssignale vom Verstärker 106 auf der Leitung 112 und begrenzt die Eingangssignale des Wandler 110 auf der Leitung 114, wobei der Begrenzer 108 einen Dioden -

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begrenzer und einen Verstärker mit der Verstärkung 1 enthalten kann. Der Wandler 110 wandelt die auf der Leitung 114 empfangene Temperatursignale in ein geeignetes binäres 8-Bit-Signal zur Verarbeitung durch den Rechner 70 in Abhängigkeit eines "Rechenstart"-Signals um, das auf der Leitung 116 vom Rechner 70 geliefert wird. Der Wandler 110 liefert ferner über die Leitung 118 ein Signal an den Rechner 70, um anzuzeigen, wenn eine spezielle Analog/Digitalumwandlung durchgeführt wurde. Das vom Wandler 110 erzeugte digitale Temperatursignal wird über eine geeignete binäre 8-Bit-Leitung 120 an den Rechner 70 geliefert.

Die Anzeigeschaltung 76 enthält einen binär zu binär kodierten Dezimalwandler 122 für den Empfang eines binären 8-Bit-Temperaturverteilungssignals vom digitalen Rechner 70 auf der Leitung 124 und zur Umwandlung dieses Signals in ein binär kodiertes 10-Bit-Dezimalsignal. Dieses binär kodierte Dezimalsignal wird dann über die Leitungen 128 einer geeigneten digitalen Anzeigeeinrichtung 126 zugeführt.

Ein Photoisolator 78 lässt sich zwischen der Brenner-Überwachung und der Gasturbinen-Steuerung 32 für die Leitungen 64, 66 und 68 und für die Leitung 69 vorsehen. Die Leitung 69 gibt ein Einschaltsignal von der Gasturbinen-Steuerung 32 ab, das den Rechner 70 einschaltet.

Ein geeigneter Rücksetzschalter 130 legt selektiv die Leitung an Nasse und setzt dabei den Rechner 70 zurück, oder der Rücksetzschalter setzt zurück oder indiziert das Programm für den Rechner 70 auf seine "O"-Stellung.

In Figur 3 ist der digitale Rechner 70 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Der Rechner 70 enthält eine Eingabeeinrichtung 140, eine zentrale Datenverarbeitungeeinheit 142 (im nachfolgenden als "CPU" bezeichnet), eine Taktgeberschaltung 144 für die CPU, einen Speicherdekodierer 146, einen Zustandsdekodierer 148, einen Speicher 150, einen Eingabe/Ausgabedekodierer

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152 und eine Ausgabeeinrichtung 154.

Die Eingabeeinrichtung 140 empfängt selektiv ein Eingabesignal auf einer der Leitungen 69, 118, 120 in Abhängigkeit von einem auf einer der Leitungen 160 empfangenen Befehlssignal und gibt dieses Signal auf der Leitung 162 zur weiteren Verarbeitung in die CPU 142.

Die Taktgeberschaltung 144 bewirkt eine Zeitsteuerung der aufeinander folgenden Operationen der CPU 142, um sicherzustellen, daß eine neue Operation nicht gestartet wird, bis die vorausgegangene Operation vollendet ist.

Wenn Information in den Speicher 150 eingespeichert oder von dem Speicher 150 ausgelesen werden soll, wird ein Speicheradressensignal von der CPU 142 erzeugt und auf der Leitung 164 dem Speicherdekodierer 146 zugeführt. Auf der Grundlage des Speicheradressensignals liefert der Speicherdekodierer 146 ein Speicherwählsignal auf der Leitung 166 zum Speicher 150.

Der Zustanddekodierer 148 erregt selektiv in Abhängigkeit von einem auf der Leitung 168 von der CPU 142 gelieferten Signal die Eingabeeinrichtung 140 und die Ausgabeeinrichtung 154 über die Leitungen 170 bzw. 172 und teilt dem Speicher 150 mit, ob er im Speicher-Lesebetrieb oder im Speicher-Schreibbetrieb arbeiten soll. Wenn der Speicher-Lesebetrieb durch die Leitung eingestellt wird, wird die in dem vom Speicherdekodierer 146 ausgewählten Speicherplatz gespeicherte Information über die Leitung 176 der CPU 142 zugeführt. In ähnlicher Weise wird, wenn der Speicher-Schreibbetrieb über die Leitung 178 eingeschaltet ist, die Information über die Leitung 180 durch die CPU 142 geliefert und in der Speicheradresse gespeichert, die durch den Speicherdekodierer 146 ausgewählt ist.

Der Eingabe/Ausgabedekodierer 152 liefert als Antwort auf ein von der CPU 142 auf der Leitung 182 geliefertes Signal ein Wählsignal auf einer der Leitungen 160 an die Eingabeeinrichtung

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140 und an die Ausgabe-Multiplexeinrichtung 154, wobei dieses Wählsignal diesen Einrichtungen mitteilt, welche der Leitungen 64, 66, 68, 69, 102, 118, 120 oder 124 abgetastet werden soll. Wenn z.B. die Leitung 102 des Temperaturfühler-Wahlkreises 74 der Figur 2 ausgewählt ist, wird das kodierte Binärsignal, das bestiurt, welcher Temperaturfühler 50 abgetastet werden soll, von der CPU über die Leitung 184 und anschliessend über die Ausgabeeinrichtung auf der Leitung 102 abgegeben.

Während des Betriebs werden die zwölf Temperaturfühler 50 und der Koepressorendtemperatur-Fühler 62 sequentiell auf einer kontinuierlichen Basis abgetastet. Die entsprechenden Temperaturauslesewerte werden verstärkt, in ein versetztes binäres 8-Bit-Digitalsignal umgewandelt und durch den Temperaturfühler-Eingabekreis 72 der CPU 142 zugeführt.

Obwohl jede Verbindung zwischen den Elementen der Figur 2 und der Figur 3 als eine einzelne Leitung dargestellt wurde, sei darauf hingewiesen, daß diejenigen Leitungen, die digitale Information Übertragen, bevorzugt Mehrfachleiter enthalten.

Wie noch näher erläutert wird, bestimmt der Rechner 70 zuerst die mittlere Temperaturfühler-Auslesung "T " auf der Grundlage einer vollständigen Tastung aller Temperaturfühler 50. Auf der Grundlage von "T_n" berechnet der Rechner dann eine vorgegebene Zahl von Temperaturgrenzen als Funktion der Kompressorendtemperatur "T-j" und "T ■ und bestimmt, ob diese Grenzen von einer vorgegebenen Anzahl der Fühler 50 in einer vorgegebenen Weise überschritten werden.

In den Figuren 4 und 5 sind Flußdiagramme des digitalen Rechners 70 für die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbrennungs-Uberwachung vorgesehen, die zwölf Abgas-Temperaturfühler 50 enthält. In diesen Figuren stellt "T^" den von dem Kompressorendtemperatur-Fühler 62 ausgelesenen Temperaturwert dar, "T," stellt den von einem der Abgastemperatur-Fühler 50 ausgelesenen

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Temperaturwert dar, "T " stellt die mittlere Temperatur als Ergebnis einer einzigen Abtastung aller Temperaturfühler 50 dar» "Aj₁" stellt die obere Alarmgrenze, "A_L" die unte: e Alarmgrenze dar, und "TR-j" gibt die obere Ansprechgrenze, und "TR*" die untere Ansprechgrenze an.

Nach dem Einschalten und Rücksetzen des Zählers bei 1, wird die Kompressorendtemperatur bei 200 abgetastet und bei 202 mit einem oberen und einem unteren Grenzwert, wie z.B. 200 und 1200, verglichen. Sofern "T ." sich außerhalb dieser Grenzwerte befindet, wird dieser Wert als von einem schlechten Thermoelement herkommend an der Stelle 204 zurückgewiesen, und es wird an Stelle des getasteten Wertes "T ." ein vorgegebener Wert, z.B. 400⁰F (205 c) verwendet. Anschliessend wird jeder Auspuffgas-iemperaturfühler bei 206 abgetastet.

Bei 208 wird jede Auspuffgas-Temperaturauslesung mit der vorausgegangenen maximalen Auspffgas-Temperaturablesung und der vorausgegangenen minimalen Auspuffgas-Temperaturausleeung verglichen. Wenn eine Temperaturauslesung größer als der vorausgegangene hohe Auslesewert ist, verdrängt diese Temperaturauslesung die alte maximale Auslesung an 210. In ähnlicher Weise verdrängt die Temperaturauslesung die alte minimale Auslesung an der Stelle 210, sofern diese Temperaturauslesung kleiner als die alte niederste Auslesung ist. Nachdem alle Temperaturfühler 50 sequentiell abgetastet wurden, wird die mittlere Temperatur von einer derartigen einzigen Abtastung bei 212 bestimmt. Es sei bemerkt, daß bei Vorhandensein einer ungeraden Anzahl von Sensoren 50 die mittlere Temperatur (median temperature) gleich der Temperaturfühler-Auslesung des mittleren Auslese fühlers 1st, Ist dagegen eine gerade Zahl von Temperaturfühlern 50 vorhanden, so stellt die mittlere Temperatur den Durchschnitt der Auelesungen der zwei mittleren Auslesefühler dar. An der Stelle 214 werden der obere und der untere Alarmgrenzwert und der obere und der untere Ausläsewert (A„ und A, » und TRu und TR_L) als vorgegebene Funktionen der mittleren Temperatur und der Kompressorendtemperatur berechnet. Obwohl spezielle Funktionen

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von "T ■ und "T _d" bei 214 angegeben sind, sei darauf hingewiesen, daß die genaue verwendete Funktion von einer Gasturbinenanordnung zur anderen schwanken kann.

Alle Temperaturfühler-Auslesungen von einer einzigen vollständigen Abtastung werden an der Stelle 216 nit "A^" und ^MA_L" verglichen, um festzustellen, ob irgendeine Auslesung oberhalb ■A„" oder unterhalb "A." ist, und ua festzustellen, sofern irgendeine Auelesung außerhalb des zugelassenen Wertebereiches vorhanden ist, ob diese Werte außerhalb des zugelassenen Wertebereichs in eines vorgegebenem Muster oder einer vorgegebenen Weise vorhanden sind, vergleiche das Flußdiagramm nach Figur 5. In der Ausführungsform nach Figur 5 sind zwei derartige Muster adressiert. Sofern beliebige drei, am Umfang benachbart zu einander liegende Temperaturfühler oberhalb "A_H" oder unterhalb ■A_L" in irgendeiner Kombination liegen, und sofern dieser Zustand bei drei aufeinander folgenden Abtastungen der Fühler 50 existiert, wird an der Stelle 217 ein Alarmsignal abgegeben, um ein augliches Problem ia Verbrennungssystem anzuzeigen. In ähnlicher Weise wird das Alarmsignal an der Stelle 217 abgegeben, ua ein mögliches Problem innerhalb des Verbrennungssysteme anzugeben, wenn beliebige zwei am Umfang benachbart zueinander angeordnete Fühler 50 unterhalb der Grenze "A_L" liegen und wenn ein beliebiger Fühler 50 oberhalb "A₁₁" liegt. Ee wurde festgestellt, daß die genannten Muster ziemlich gut die Temperaturmuster vorwegnehmen, die bei den meisten Störungsarten eines Verbrennungssysteas einer Gasturbine erwartet werden können, obwohl sich diese Muster z.B. bezüglich der Anzahl der verwendeten Temperaturfühler und bezüglich des Brennertyps verändern lassen.

Während die Anordnung nach Figur 5 eine Abweichung bei drei aufeinander folgenden Abtastungen verlangt, damit verhindert wird, daß transiente Betriebsbedingungen einen Alarm auslösen, sei darauf hingewiesen, daß diese Zahl verändert werden kann.

Im Fall, daß irgendeines der Muster aus hohen oder niederen

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FUhlerablesungen der Stelle 216 festgestellt werden, werden die Temperaturfühler-Auslesungen an der Stelle 218 weiter analy -eiert, um zu bestimmen, ob die Fühlerauslesungen im gleichen Muster, wie in Verbindung mit 216 beschrieben, oberhalb "TRj₁" oder unterhalb "TR," liegen. Sofern eines der Muster der hohen und der niederen Temperaturfühler-Auslesungen an der Stelle 218 festgestellt wird und während neun aufeinander folgender Ab -tastungen existiert, wird ein Auslösesignal erzeugt, das die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine unterbricht.

Sofern keines der Muster an der Stelle 216 festgestellt oder sofern die Muster gemäß 218 während neun aufeinander folgender Abtastungen der Fühler 50 nicht festgestellt werden, dann wird an der Stelle 220 Jeder Fühler 50 überprüft, um festzustellen, ob dieser Fühler den Wert "TRj₁" überschreitet, oder unterhalb ^WTR_L" liegt. Sofern alle Fühler 50 innerhalb "TRj₁" und "TR_L" beim Auslesen liegen, wird an der Stelle A in Figur 4 eine neue Abtastung der Temperaturfühler begonnen. Sofern vier beliebige oder mehr Auslesungen von einer einzigen Abtastung der Temperaturfühler 50 oberhalb "TRj₁" oder unterhalb "TRr" in einer beliebigen Kombination liegt, und sofern dieser Zustand während neun aufeinander folgender Abtastungen vorliegt, wird ein normales Abschaltsignal an der Stelle 222 erzeugt, das die Gasturbine in einer normalen Folge abschaltet.

Es hat sich gezeigt, daß die Muster an den Stellen 216, 218 und 222 diejenigen Temperaturmuster oder Profile vernünftig vorausnehmen, die im Auspuffgasstrom bei den meisten Störungsdaten eines Verbrennungssystems einer Gasturbine vorliegen. Es sei jedoch bemerkt, daß sich diese Muster z.B. als eine Funktion der Anzahl der Temperaturfühler und des Typs des verwendeten Brenners verändern lassen.

Die Anordnung gemäß Figur 5 verlangt die Muster gemäß 216, 218 oder 222, die während einer speziellen Anzahl aufeinander folgender Abtastungen vorliegen müssen, bevor ein Alarmsignal oder ein Auslöse- oder Abschaltsignal erzeugt wird, um zu vermeiden,

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daß transiente Betriebsbedingungen diese Signale auslösen. Es sei jedoch bemerkt, daß die Anzahl der erforderlichen aufeinander folgenden Abtastungen verändert werden kann und auf eine Abtastung reduziert werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Überwachung der Verbrennung in einer Gasturbine, die einen Kompressor, ein Verbrennungssystem zur Aufnahme von Brennstoff und komprimierter Luft aus dem Kompressor und zur Erzeugung eines ringförmigen heißen Gasstromes, eine drehbar vom ringförmigen heißen Gasstrom angetriebene Turbine, die den Kompressor antreibt, einen Auspuffkanal zum Ausstoßen des heißen Gasstromes nach dem Durchgang durch die Turbine, und Steuereinrichtungen enthält, um den Betrieb der Gasturbine zu steuern und die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungssystem in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Gasturbine regeln, wobei die Einrichtung zur überwachung der Verbrennung Störungen im Verbrennungssystem frühzeitig wahrnimmt und die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungssystem in Abhängigkeit von einer festgestellten Störung unterbricht, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Temperaturfühler (62) in einer die Temperatur abfühlenden Beziehung zur Endströmung der komprimierten Luft aus dem Kompressor (12) vorgesehen ist, daß mehrere Temperaturfühler (30) in einer im allgemeinen gleich -mäßig beabstandeten Ringanordnung in einer die Temperatur abfühlenden Beziehung zu dem vom Verbrennungssystem erzeugten heißen Gasstrom angeordnet sind, daß Überwachungseinrichtungen (38; 70) zur automatischen und wiederholten Abtastung aller Temperaturfühler (30, 62) und zur Bestimmung der von den Gasstrom-Temperaturfühlern (30) während jeder vollständigen Abtastung der Temperaturfühler (50, 62) abgefühlten mittleren Temperatur vorgesehen sind, daß die überwachungseinrichtungen (58; 7o) einen hohen und einen niederen Auslösegrenzwert für jede vollständige Abtastung der Temperaturfühler (50, 62) als Funktion der Auslesung des Kompressorendtemperatur-Fühlers (62) und der mittleren Temperatur festlegen und jede Auslesung der Gasstrom-TemperaturfUhler (50) mit dem hohen und dem niederen Auslösegrenzwert vergleichen, und daß die Überwachungseinrichtungen (58, 70) ein Signal erzeugen, das die Gasturbinen-Steuerung (32) veranlaßt, die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungsystem zu beenden, wenn eine vorgegebene Anzahl der Gasstrom-Temperatur -fühler (50) in einem vorgegebenen Muster außerhalb der Auelösegrenzwerte liegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Muster drei einander benachbart angeordnete Gasstrom-TemperaturfUhler (50) enthält, die außerhalb der Auslösegrenzwerte liegen.

3· Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Muster zwei zu einander benachbart angeordnete Gasstrom-TemperaturfUhler (50) umfasst, die unterhalb des niederen Auslösegrenzwerts liegen, wobei

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außerdem irgendein anderer Gasstrom-Temperaturfühler (50) oberhalb des hohen Auslösegrenzwerts liegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Muster vier beliebige Gasstrom-TemperaturfUhler umfasst, die außerhalb der Auelösegrenzwerte liegen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal, welches die Gasturbinen-Steuerung (32) veranlasst, die Brennstoffzufuhr zum Verbrennungssystem zu unterbinden, nur erzeugt wird, wenn das vorgegebene Muster während einer vorgegebenen Anzahl vollständiger Abtastungen der Gasstrom-Temperaturfühler (50) existiert.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtungen (58; 70) Einrichtungen zum Vergleichen der Auslesung des Kompressorendtempeatur-Fühlers (62) mit einem vorgegebenen oberen und unteren Grenzwert enthalten, die einen vorgewählten Wert für die Kompressorendtemperatur bei der Bestimmung des hohen und des niederen Auslösegrenzwerts benutzen, wenn die Auslesung des Kompressorendtemperaturfühlers (62) außerhalb des vorgewählten oberen und unteren Grenzwerts liegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungseinrichtungen (58; 70) Einrichtungen zur Festlegung eines hohen und eines niederen Alarmgrenzwerts für Jede vollständige Abtastung der Temperaturfühler (50, 62) als Punktion der Auslesung des Kompressorendtemperatur-FUhlers (62) und der mittleren Temperatur enthält, um automatisch jede Auslosung der Gasstrom-Temperaturf ühler (50) mit dem hohen und dem niederen Alarm-

grenzvert zu vergleichen, und um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn eine vorgegebene Anzahl der Gasstrom-Temperaturf Uhler (50) in einem vorgegebenen Muster außerhalb der Alarmgrenzwerte während einer vorgegebenen Anzahl aufeinander folgender vollständiger Abtastungen der Temperaturfühler (50, 62) liegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungseinrichtungen (58; 70) einen digitalen Rechner (70), einen Eingabekreis (72) zum sequentiellen Empfangen des von den Temperaturfühlern (50) erzeugten Signals und zur Erzeugung eines binär kodierten, die ausgelesene Temperatur anzeigenden Signals zur Abgabe an den digitalen Rechner (70), und die Überwachungseinrichtungen (58) eine Temperaturfühler-Wählschaltung (74) enthalten, um einen ausgewählten Temperaturfühler (50, 62) in Abhängigkeit von einem vom digitalen Rechner (70) erzeugten Signal mit dem Eingabekreis (72) verbinden, daß der digitale Rechner (70) so programmiert ist, daß der Eingabekreis (72) und die Wählschaltung (74) sequentiell alle Temperaturfühler (50, 62) abtasten, die mittlere Temperatur und den hohen und den niederen Auslösegrenzwert bestimmen, alle Auslosungen der Gasstrom-Temperaturf Uhler (50) mit dem hohen und dem niederen Auslösegrenzwert vergleichen und das Signal zur Unterbindung der Brennstoffzufuhr erzeugen, wenn eine vorgegebene Anzahl der Gasstrom-TemperaturfUhler (50) im vorgegebenen Muster außerhalb der Auslösegrenzwerte liegt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Rechner (7o) so programmiert ist, daß er das Signal zum Unterbinden der Brennstoffzufuhr erzeugt, wenn irgendeines von drei Mustern vorhanden ist, wobei eines der Muster da_frin besteht, daß drei einander benachbarte Gasstrom-TemperaturfUhler außerhalb der Auslöse-

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grenzwerte liegen, wobei das zweite Muster darin besteht, daß zwei beliebige einander benachbarte Gasstrom-Temperaturflihler (30) außerhalb des unteren Auslösegrenz werts und ein beliebiger Gasstrom-Temperaturfühler (50) oberhalb des hohen Auslösegrenzwerts liegt, und wobei das dritte Muster darin besteht, daß vier beliebige Gasstrom-Temperaturfühler (50) außerhalb der Auslösegrenzwerte liegen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Rechner (70) das die Brennstoffzufuhr unterbindende Signal nur erzeugt, wenn das vorgegebene Muster während einer vorgegebenen Anzahl vollständiger Abtastungen der Gasstrom-Temperaturfühler (50) erzeugt wird.