EP1688671A1

EP1688671A1 - Protection method and control system for a gas turbine

Info

Publication number: EP1688671A1
Application number: EP20060101128
Authority: EP
Inventors: Heinz Bollhalder; Hanspeter Zinn; Michael Habermann
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: US7751943B2; US20060266045A1; EP1688671B2; EP1688671B1

Abstract

Pressure pulsation (P) occurring during a gas turbine's (1) operation is measured. Generated from measured pressure pulsation, a pulsation time signal (PZS) is transformed into a pulsation frequency signal (PFS) used to determine a pulsation level (PL) for a predefined monitoring frequency band (12). An independent claim is also included for a control system for a gas turbine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Gasturbine vor Beschädigungen durch Druckpulsationen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuerungssystem zur Durchführung eines derartigen Schutzverfahrens.The present invention relates to a method for protecting a gas turbine from damage by pressure pulsations. The invention also relates to a control system for carrying out such a protection method.

Stand der TechnikState of the art

Im Betrieb einer Gasturbine kann es, insbesondere in einer Brennkammer der Gasturbine, aufgrund des Verbrennungsprozesses zu Druckpulsationen kommen. Derartige Erscheinungen können in Frequenzbereichen von 2 Hz bis mehreren kHz auftreten und werden entsprechend auch als Humming, Screetching oder allgemeiner auch als Flammeninstabilitäten bezeichnet. Diese Pulsationen können, wenn sie hohe Amplituden aufweisen oder zu lange andauern, ernsthafte Schäden an der Struktur bzw. an einzelnen Komponenten der Gasturbine, insbesondere an deren Brennkammer, verursachen, was die Lebenszeit der Gasturbine verkürzt. Des weiteren können Pulsationen Funktionsstörungen der Verbrennungsreaktion signalisieren, die beispielsweise durch Schwankungen in der Brennstoff- und/oder Frischluftversorgung oder durch abrupte Lastwechsel verursacht werden können. Im Einzelfall können die Pulsationen auch die Verbrennungsreaktion bzw. deren Flamme löschen, was zur Bildung eines explosiven Gasgemischs führt.During operation of a gas turbine, pressure pulsations may occur, in particular in a combustion chamber of the gas turbine, due to the combustion process. Such phenomena can occur in frequency ranges from 2 Hz to several kHz and are accordingly also referred to as humming, scraping or more generally also as flame instabilities. These pulsations, if they have high amplitudes or last too long, can cause serious damage to the structure or to individual components of the gas turbine, in particular to the combustion chamber, which shortens the lifetime of the gas turbine. Furthermore, pulsations can signal malfunctions of the combustion reaction, which can be caused for example by fluctuations in the fuel and / or fresh air supply or by abrupt load changes. In individual cases, the Pulsations also quench the combustion reaction or its flame, resulting in the formation of an explosive gas mixture.

Moderne Gasturbinen sind daher mit einem Pulsationsschutzsystem ausgestattet, das zum einen die im Betrieb der Gasturbine auftretenden Druckpulsationen erfasst, und das zum anderen beim Auftreten definierter Auslösebedingungen, wie zum Beispiel dem plötzlichen Auftreten von Pulsationen mit sehr hohen Amplituden oder dem Auftreten von Pulsationen mittlerer Amplitude während eines längeren Zeitraums, entsprechende Schutzaktionen veranlasst, wie beispielsweise das Abschalten der Gasturbine. Die Messung der Druckpulsationen kann beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Drucksensors erfolgen, mit dessen Hilfe ein Pulsations-Zeit-Signal generiert werden kann, das mit den auftretenden Pulsationen korreliert. Unter einem "Pulsations-Zeit-Signal" wird im vorliegenden Zusammenhang ein Signal verstanden, das die Amplituden der Pulsationen (Ordinatenwerte) in Abhängigkeit der Zeit (Abszissenwerte) repräsentiert. Das so ermittelte Pulsations-Zeit-Signal kann nun unter Anwendung elektronischer oder digitaler Methoden entsprechend Tchebychev od. ä. in bestimmte Überwachungsfrequenzbänder aufgeteilt werden, die individuell analysiert und ausgewertet werden können. Dabei kann es zweckmäßig sein, innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands eine Mittelwertbildung durchzuführen.Modern gas turbines are therefore equipped with a pulsation protection system, which detects on the one hand occurring during operation of the gas turbine pressure pulsations, on the other when defined trigger conditions, such as the sudden occurrence of pulsations with very high amplitudes or the occurrence of pulsations of medium amplitude during a longer period of time, appropriate protective actions causes, such as the shutdown of the gas turbine. The measurement of the pressure pulsations can take place, for example, with the aid of a corresponding pressure sensor with the aid of which a pulsation-time signal can be generated which correlates with the pulsations occurring. In the present context, a "pulsation time signal" is understood to mean a signal which represents the amplitudes of the pulsations (ordinate values) as a function of time (abscissa values). The pulsation time signal thus determined can now be divided into specific monitoring frequency bands using electronic or digital methods according to Tchebychev or the like, which can be individually analyzed and evaluated. It may be appropriate to perform averaging within the respective monitoring frequency band.

Eine derartige Vorgehensweise zum Schutz der Gasturbine vor Beschädigungen durch Druckpulsationen arbeitet jedoch vergleichsweise ungenau. Aus Sicherheitsgründen kann es daher zu Schutzaktionen, zum Beispiel zu einer Notabschaltung der Gasturbine kommen, auch wenn dies an sich noch nicht erforderlich wäre. Eine unnötig herbeigeführte Abschaltung der Gasturbine ist jedoch mit hohen Kosten und Einnahmeausfällen verbunden.However, such a procedure for protecting the gas turbine against damage by pressure pulsations works comparatively inaccurate. For safety reasons, it may therefore come to protective actions, for example to an emergency shutdown of the gas turbine, even if this would not be necessary in itself. However, an unnecessarily brought about shutdown of the gas turbine is associated with high costs and revenue losses.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für den Schutz einer Gasturbine vor Beschädigungen durch Druckpulsationen einen verbesserten Weg aufzuzeigen, der insbesondere eine vergleichsweise hohe Zuverlässigkeit aufweist und unnötige Schutzaktionen nach Möglichkeit vermeidet.The invention aims to remedy this situation. The invention, as characterized in the claims, deals with the problem of pointing out an improved way for the protection of a gas turbine against damage by pressure pulsations, which in particular has a relatively high reliability and avoids unnecessary protection actions as far as possible.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Druckpulsationen mit Hilfe eines Pulsations-Frequenz-Signals zu überwachen. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Bandfrequenzen sehr scharf eingehalten werden, und die Signal-Durchlässigkeit innerhalb des Bandes bzw. die Signal-Blockierung ausserhalb des Bandes beliebig ideal ist entsprechend der eingesetzten Systemleistung (zum Beispiel Rechnerleistung). Unter einem "Pulsations-Frequenz-Signal" wird im vorliegenden Zusammenhang ein Signal verstanden, das die Amplituden der Pulsationen (Ordinatenwerte) in Abhängigkeit der Frequenz (Abszissenwerte) darstellt. Aus einem derartigen Pulsations-Frequenz-Signal lassen sich vorbestimmte Überwachungsfrequenzbänder besonders einfach entnehmen. Des weiteren können die Frequenzbänder ideal schmal entsprechend eingesetzter Systemleistung (Rechnerleistung) ausgewählt werden, was es ermöglicht, bestimmte Pulsationsfrequenzen gezielt und separat zu überwachen, ohne deren Amplituden zu verfälschen. Die Erfindung beruht dabei auch auf der Erkenntnis, dass störende oder kritische, also gefährliche Pulsationsfrequenzen relativ dicht neben harmlosen Pulsationsfrequenzen liegen können, so dass ein vergleichsweise breites Überwachungsfrequenzband systembedingt auch harmlose Pulsationsfrequenzen erfasst und dementsprechend nicht von den kritischen Pulsationsfrequenzen unterscheiden kann sowie eine Verfälschung, insbesondere Überhöhung, der Amplituden gewisser Pulsationsfrequenzen auftritt. Die Breite der Überwachungsfrequenzbänder kann bei einem Pulsations-Zeit-Signal mittels herkömmlicher Bandfilter (Tchebychev od. ä.) nicht beliebig klein gewählt werden. Dies wirkt sich aufgrund der technischen Merkmale dieser Bandfilter umso deutlicher aus, je größer die auszufilternden Frequenzen sind. Da die kritischen Pulsationsfrequenzen je nach Typ der Gasturbine, insbesondere bei mehr als 1 kHz liegen, sind die bei einem Pulsations-Zeit-Signal auswählbaren Überwachungsfrequenzbänder regelmäßig relativ breit. Im Unterschied dazu lassen sich die Überwachungsfrequenzbänder beim Pulsations-Frequenz-Signal ideal eng entsprechend eingesetzter Systemleistung wählen, so dass es insbesondere möglich ist, dicht benachbarte harmlose Pulsationsfrequenzen von der Pulsationsüberwachung auszugrenzen.
Weiterhin kann bei einer bevorzugten Ausführungsform eine dynamische Anpassung der Systemparameter (insbesondere Bandpassgrenzen, Zeitkonstanten etc.) an unterschiedliche Betriebszustände der Gasturbine, beispielsweise Normalbetrieb, Hochfahren, Ablasten, Brennstoffwechsel etc., erfolgen.The invention is based on the general idea of monitoring the pressure pulsations with the aid of a pulsation frequency signal. The invention is characterized in that the band frequencies are kept very sharp, and the signal transmission within the band or the signal blocking outside the band is arbitrarily ideal according to the system performance used (for example, computer power). In the present context, a "pulsation frequency signal" is understood to mean a signal which represents the amplitudes of the pulsations (ordinate values) as a function of the frequency (abscissa values). From such a pulsation frequency signal, predetermined monitoring frequency bands can be taken out particularly easily. Furthermore, the frequency bands can ideally be narrowly selected according to the system power used (computer power), which makes it possible to specifically and separately monitor specific pulsation frequencies without distorting their amplitudes. The invention is also based on the recognition that disturbing or critical, that is dangerous pulsation frequencies can be relatively close to harmless pulsation frequencies, so that a comparatively broad monitoring frequency band due to the system also detects harmless pulsation frequencies and accordingly can not distinguish from the critical pulsation frequencies and a falsification, in particular overshoot, the amplitudes of certain pulsation occurs. The width of the monitoring frequency bands can not be selected arbitrarily small in the case of a pulsation-time signal by means of conventional band filters (Tchebychev or the like). Due to the technical features of these bandpass filters, this has an even greater effect, the larger the frequencies to be filtered out. Since the critical pulsation frequencies, depending on the type of gas turbine, in particular at more than 1 kHz, the selectable in a pulsation time signal monitoring frequency bands are regularly relatively wide. In contrast, the monitoring frequency bands in the pulsation frequency signal can ideally be chosen to be closely in accordance with the system power used, so that it is possible, in particular, to exclude closely adjacent harmless pulsation frequencies from the pulsation monitoring.
Furthermore, in a preferred embodiment, a dynamic adaptation of the system parameters (in particular bandpass limits, time constants, etc.) to different operating states of the gas turbine, for example normal operation, startup, unloading, fuel change, etc., take place.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Pulsationspegel, der innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands überwacht wird, durch den maximalen Pulsationswert im jeweiligen Überwachungsfrequenzband gebildet sein. Das heißt, innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands wird jeweils das Pulsationsmaximum (Peak) überwacht. Im Unterschied zu einer alternativ möglichen Summenbildung oder Integration bzw. allgemein einer Mittelwertbildung gewährleistet die Überwachung des Pulsationsmaximums, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschließlich der Pegel der tatsächlich gefährlichen bzw. kritischen Pulsationsfrequenz beobachtet wird, was die Zuverlässigkeit der Überwachung verbessert.In a preferred embodiment, a pulsation level, which is monitored within the respective monitoring frequency band, may be formed by the maximum pulsation value in the respective monitoring frequency band. That is, within the respective monitoring frequency band, the pulsation maximum (peak) is monitored in each case. In contrast to an alternative possible summation or integration or general averaging the monitoring of Pulsationsmaximums ensures that with high probability only the level of the actual dangerous or critical Pulsationsfrequenz is observed, which improves the reliability of the monitoring.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann das Überwachungsfrequenzband bei einer Frequenzverschiebung des maximalen Pulsationswerts dem maximalen Pulsationswert durch einen geeigneten Algorithmus nachgeführt werden, und zwar so, dass der maximale Pulsationspegel stets innerhalb des Überwachungsfrequenzbands verbleibt. Bei dieser Ausführungsform wird berücksichtigt, dass sich die dem jeweiligen Überwachungsfrequenzband zugeordnete kritische Pulsationsfrequenz verändern kann. Beispielsweise hängt die gemessene Pulsationsfrequenz von der Schallgeschwindigkeit am Entstehungsort der Pulsationen ab, die ihrerseits temperaturabhängig ist. Im Betrieb der Gasturbine kann sich insbesondere in deren Brennkammer die Temperatur verändern, was eine entsprechende Änderung der Schallgeschwindigkeit zur Folge hat und somit zu einer Verschiebung der kritischen Pulsationsfrequenzen führt. Andere Parameter, welche die Pulsationsfrequenz beeinflussen, sind beispielsweise die Gaszusammensetzung. Diese kann sich beispielsweise dadurch ändern, dass ein anderer Brennstoff verwendet wird und/oder ein anderes Brennstoff-LuftGemisch (λ-Wert) und/oder ein anderes Brennstoff-Wasser-Gemisch (Ω-Wert) eingestellt wird. Durch die automatische Nachführung des Überwachungsfrequenzbands kann die zu überwachende kritische Pulsationsfrequenz nicht aus dem Überwachungsfrequenzband hinauswandern. Dies führt dazu, dass mit Hilfe der Erfindung unnötigerweise ausgelöste Schutzaktionen, Steuerungsfehler oder Fehlinterpretationen der Druckpulsationen aufgrund oben genannter Veränderungen nicht mehr auftreten.According to a particularly advantageous development, the monitoring frequency band can be tracked with a frequency shift of the maximum pulsation value to the maximum pulsation value by a suitable algorithm, in such a way that the maximum pulsation level always remains within the monitoring frequency band. In this embodiment, it is taken into account that the critical pulsation frequency assigned to the respective monitoring frequency band can change. For example, the measured pulsation frequency depends on the speed of sound at the point of origin of the pulsations, which in turn is temperature-dependent. During operation of the gas turbine, the temperature can change, in particular in its combustion chamber, which results in a corresponding change in the speed of sound and thus leads to a shift in the critical pulsation frequencies. Other parameters which influence the pulsation frequency are, for example, the gas composition. This may change, for example, by using a different fuel and / or adjusting a different fuel / air mixture (λ value) and / or another fuel / water mixture (Ω value). Due to the automatic tracking of the monitoring frequency band, the critical pulsation frequency to be monitored can not move out of the monitoring frequency band. As a result, unnecessarily triggered protective actions, control errors or misinterpretations of the pressure pulsations due to the above-mentioned changes no longer occur with the aid of the invention.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das erfindungsgemäße Signalverarbeitungsverfahren für den Maschinenschutz entsprechend einer Auslösestrategie verwendet werden. Diese Auslösestrategie kann sich dadurch kennzeichnen, dass sie mit einem Auslösezähler und mit einem Rückstellzähler arbeitet, wobei der Auslösezähler die Zeit, während der der jeweilige Pulsationspegel oberhalb eines vorbestimmten Pegelgrenzwerts liegt, auf den jeweils vorausgehenden Zählerstand aufsummiert. Die Auslösebedingung tritt dann auf und die vorbestimmte Schutzaktion wird dann gestartet, wenn der Auslösezähler einen vorbestimmten Auslösezählerstand erreicht. Im Unterschied dazu summiert der Rückstellzähler die Zeit, während der der jeweilige Pulsationspegel nicht oberhalb des zuvor genannten Pegelgrenzwerts liegt, jeweils auf einen auf Null gestellten Zählerstand auf. Des Weiteren wird immer dann der Zählerstand des Auslösezählers auf Null gestellt, sobald der Rückstellzähler einen vorbestimmten Rückstellzählerstand erreicht. Durch die erfindungsgemäße Auslösestrategie führen zum einen kritische Pulsationsfrequenzen, deren Amplitude für längere Zeit oberhalb des vorbestimmten Pegelgrenzwerts liegt, zum Auslösen der jeweiligen Schutzaktion. Zum anderen löst auch eine Abfolge von kritischen Pulsationsamplituden, die zwar jeweils nur relativ kurzzeitig auftreten, jedoch mit vergleichsweise kleinen Abständen aufeinander folgen, ebenfalls die jeweilige Schutzaktion aus. Andererseits wird der Auslösezähler auf Null zurückgestellt, wenn während eines Zeitraums, der durch den vorbestimmten Rückstellzählerstand definiert ist, keine kritischen Pulsationsamplituden auftreten. Auf diese Weise können kurzzeitige, vorübergehende und unschädliche Störungen von ernsthaften Störungen des Pulsationsverhaltens unterschieden werden. Dementsprechend kann auch durch dieses Schutzverfahren ein unnötiges Abschalten der Gasturbine vermieden werden. Des Weiteren lassen sich mit diesem Schutzverfahren verschiedene Auslösebedingungen abdecken. Beispielsweise können die Zeiteinstellung und/oder der Triggerpegel für verschiedene Betriebszustände der Gasturbine, beispielsweise Normalbetrieb, Hochfahren, Abschalten, unterschiedlich gewählt werden. Durch die vorgeschlagene Kombination kann ein besonders effektiver Schutz der Gasturbine vor Beschädigungen durch Druckpulsationen erreicht werden.In an advantageous development, the signal processing method according to the invention for machine protection according to a Triggering strategy can be used. This tripping strategy can be characterized in that it operates with a trip counter and with a reset counter, wherein the trip counter summed the time during which the respective pulsation level is above a predetermined level limit value to the respective preceding counter reading. The trigger condition then occurs and the predetermined protection action is started when the trip counter reaches a predetermined trip count. In contrast, the reset counter sums the time during which the respective pulsation level is not above the previously mentioned level limit, in each case to a count set to zero. Furthermore, the counter reading of the trip counter is always set to zero as soon as the reset counter reaches a predetermined reset counter reading. Due to the triggering strategy according to the invention, on the one hand, critical pulsation frequencies whose amplitude is above the predetermined level limit value for a longer time lead to the triggering of the respective protective action. On the other hand, a sequence of critical pulsation amplitudes, which in each case only occur for a relatively short time but also follow one another with comparatively small distances, also triggers the respective protective action. On the other hand, the trip counter is reset to zero if no critical pulsation amplitudes occur during a period of time defined by the predetermined reset count. In this way, short-term, temporary and harmless disturbances can be distinguished from serious disturbances of the pulsation behavior. Accordingly, an unnecessary shutdown of the gas turbine can be avoided by this protection method. Furthermore, this protection method can cover various triggering conditions. For example, the time setting and / or the trigger level for different operating conditions of the gas turbine, for example, normal operation, startup, shutdown, be chosen differently. By the proposed combination can a particularly effective protection of the gas turbine from damage caused by pressure pulsations can be achieved.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1: ein Schaubild nach Art eines Flussdiagramms des erfindungsgemäßen Schutzverfahrens,
Fig. 2: eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch für einen anderen Bestandteil des Verfahrens,
Fig. 3: eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Steuerungssystems nach der Erfindung.

Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components. Show, in each case schematically,

Fig. 1: a diagram in the manner of a flow chart of the protection method according to the invention,
Fig. 2: a view as in FIG. 1, but for another part of the method,
Fig. 3: a circuit diagram-like schematic diagram of a control system according to the invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Gasturbine 1 üblicherweise einen Verdichter 2, eine Brennkammer 3 sowie eine Turbine 4. In der Gasturbine 1, insbesondere in deren Brennkammer 3, können im Betrieb der Gasturbine 1 Druckpulsationen P auftreten. Diese Druckpulsationen oder kurz Pulsationen P werden z.B. im Bereich der Brennkammer 3 mit Hilfe einer geeigneten Sensorik 5 gemessen. Die Sensorik 5 kann dabei beispielsweise ein Mikrophon, einen dynamischen Druckübersetzer, einen piezoelektrischen Druckaufnehmer, einen piezoresistiven Druckaufnehmer oder eine sonstige zur Erfassung der Druckpulsationen geeignete Einrichtung aufweisen. Ebenso können die Druckpulsationen P beispielsweise indirekt über die Beschleunigung von Brennkammerkomponenten ermittelt werden. Die gemessenen Druckpulsationen P können beispielsweise mittels eines geeigneten Verstärkers 6 aufbereitet werden, um daraus ein Pulsations-Zeit-Signal PZS zu generieren. Das Pulsations-Zeit-Signal PZS repräsentiert dabei die Abhängigkeit der Pulsation P von der Zeit t. In Fig. 1 ist dieser Zusammenhang durch ein Diagramm 7 visualisiert, bei dem die Pulsation P die Ordinate bildet, während die Zeit t die Abszisse bildet.According to FIG. 1, a gas turbine 1 usually comprises a compressor 2, a combustion chamber 3 and a turbine 4. In the gas turbine 1, in particular in its combustion chamber 3, during operation of the gas turbine 1 Pressure pulsations P occur. These pressure pulsations or pulsations P are measured for example in the region of the combustion chamber 3 with the aid of a suitable sensor 5. The sensor 5 may have, for example, a microphone, a dynamic pressure booster, a piezoelectric pressure transducer, a piezoresistive pressure transducer or other suitable for detecting the pressure pulsations device. Likewise, the pressure pulsations P can be determined, for example, indirectly via the acceleration of combustion chamber components. The measured pressure pulsations P can, for example, be processed by means of a suitable amplifier 6 in order to generate a pulsation time signal PZS therefrom. The pulsation time signal PZS represents the dependence of the pulsation P on the time t. In Fig. 1, this relationship is visualized by a diagram 7, in which the pulsation P forms the ordinate, while the time t forms the abscissa.

Bei der vorliegenden Erfindung wird nun das Pulsations-Zeit-Signal PZS in ein Pulsations-Frequenz-Signal PFS transformiert, das die Abhängigkeit der Pulsation P von der Frequenz f beinhaltet (Frequenzspektrum). Das so ermittelte Pulsations-Frequenz-Signal PFS ist in Fig. 1 durch ein Diagramm 8 visualisiert, dessen Ordinate durch die Pulsation P gebildet ist, und dessen Abszisse durch die Frequenz f gebildet ist. Das Pulsations-Frequenz-Signal PFS kann aus dem Pulsations-Zeit-Signal PZS mit Hilfe einer geeigneten mathematischen, insbesondere numerischen Methode, beispielsweise mit Hilfe eines Fourier-Transformators 9, hergeleitet werden, der hierzu eine entsprechende Fourier-Analyse durchführt. Die Fourier-Transformation ist in Fig. 1 durch ein Diagramm 10 symbolisch dargestellt. Der Fourier-Transformator 9 kann beispielsweise mittels FFT (Fast-Fourier-Transformation) oder mittels DFT (Diskrete-Fourier-Transformation) arbeiten. Dem FourierTransformator 9 kann ein Gleichrichter 11, insbesondere ein RMS-Gleichrichter nachgeschaltet sein, wobei RMS für Root Mean Square steht (also quadratischer Mittelwert, hier Effektivsignalpegel).In the present invention, the pulsation time signal PZS is now transformed into a pulsation frequency signal PFS which includes the dependence of the pulsation P on the frequency f (frequency spectrum). The thus determined pulsation frequency signal PFS is visualized in Fig. 1 by a diagram 8, whose ordinate is formed by the pulsation P, and whose abscissa is formed by the frequency f. The pulsation frequency signal PFS can be derived from the pulsation time signal PZS by means of a suitable mathematical, in particular numerical, method, for example with the aid of a Fourier transformer 9, which performs a corresponding Fourier analysis for this purpose. The Fourier transformation is represented symbolically in FIG. 1 by a diagram 10. The Fourier transformer 9 can operate, for example, by means of FFT (Fast Fourier Transformation) or by means of DFT (Discrete Fourier Transformation). The Fourier transformer 9 can be a rectifier 11, in particular an RMS rectifier RMS stands for Root Mean Square (ie root mean square, here RMS signal level).

Des weiteren kann das Pulsations-Frequenz-Signal PFS zusätzlich aufbereitet werden. Beispielsweise können Störungen unterdrückt werden.Furthermore, the pulsation frequency signal PFS can be additionally processed. For example, disturbances can be suppressed.

Innerhalb des Pulsations-Frequenz-Signals PFS wird wenigstens ein vorbestimmtes Überwachungsfrequenzband 12 überwacht. Vorzugsweise werden jedoch mehrere vorbestimmte Überwachungsfrequenzbänder 12 überwacht. Die Überwachungsfrequenzbänder 12 sind in einem weiteren Diagramm 13 mit geschweiften Klammern gekennzeichnet.Within the pulsation frequency signal PFS, at least one predetermined monitoring frequency band 12 is monitored. Preferably, however, a plurality of predetermined monitoring frequency bands 12 are monitored. The monitoring frequency bands 12 are marked in a further diagram 13 with curly braces.

Grundsätzlich ist es möglich, die Überwachungsfrequenzbänder 12 so zu wählen, dass mehrere zu überwachende störende oder kritische oder gefährliche Pulsationsfrequenzen im jeweiligen Überwachungsfrequenzband 12 liegen. Bevorzugt wird hier jedoch eine Ausführungsform, bei welcher in jedem Überwachungsfrequenzband 12 genau eine zu überwachende, kritische Pulsationsfrequenz liegt.In principle, it is possible to select the monitoring frequency bands 12 such that a plurality of disturbing or critical or dangerous pulsation frequencies to be monitored lie in the respective monitoring frequency band 12. However, an embodiment is preferred in which in each monitoring frequency band 12 exactly one critical pulsation frequency to be monitored is located.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, dass innerhalb des Pulsations-Frequenz-Signals PFS die Überwachungsfrequenzbänder 12 mit vergleichsweise kleinen Frequenzbandbreiten ausgewählt werden können. Hierdurch wird es ermöglicht, kritische, gefährliche Pulsationsfrequenzen klar von unkritischen, harmlosen Pulsationsfrequenzen zu trennen und somit zu unterscheiden, selbst wenn die harmlosen Pulsationsfrequenzen relativ dicht neben kritischen, gefährlichen Pulsationsfrequenzen liegen.A significant advantage of the present invention is seen in that within the pulsation frequency signal PFS the monitoring frequency bands 12 can be selected with comparatively small frequency bandwidths. This makes it possible to clearly distinguish critical, dangerous pulsation frequencies from uncritical, harmless pulsation frequencies and thus distinguish them, even if the harmless pulsation frequencies are relatively close to critical, dangerous pulsation frequencies.

Für jedes vorbestimmte Überwachungsfrequenzband 12 wird ein Pulsationspegel PL ermittelt. Dieser Pulsationspegel PL korreliert dabei mit einer Pulsationsamplitude der überwachten Pulsationsfrequenz innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands 12.For each predetermined monitoring frequency band 12, a pulsation level PL is determined. This pulsation level PL correlates with a pulsation amplitude of the monitored pulsation frequency within the respective monitoring frequency band 12th

Die Bestimmung des Pulsationspegels PL kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands 12 ein Mittelwert der im Überwachungsfrequenzband 12 auftretenden Pulsationsamplituden gebildet werden. Insbesondere können auch hier wieder Effektivwerte bzw. quadratische Mittelwerte gebildet werden. Die Mittelwertbildung eignet sich insbesondere dann für die Bestimmung des Pulsationspegels PL, wenn dem jeweiligen Überwachungsfrequenzband 12 mehr als eine vorbestimmte kritische Pulsationsfrequenz zugeordnet ist.The determination of the pulsation level PL can be carried out in different ways. For example, an average value of the pulsation amplitudes occurring in the monitoring frequency band 12 can be formed within the respective monitoring frequency band 12. In particular, rms values or quadratic averages can also be formed here. The averaging is particularly suitable for the determination of the pulsation level PL when the respective monitoring frequency band 12 is assigned more than a predetermined critical pulsation frequency.

Alternativ kann bei einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands 12 der Pulsationspegel PL dadurch bestimmt werden, dass für den Pulsationspegel PL jeweils der maximale Pulsationswert (Spitzenwert), der im jeweiligen Überwachungsfrequenzband 12 auftritt, verwendet wird. Dieser Zusammenhang ist im Diagramm 13 dargestellt. Die Pulsationsmaxima werden jeweils durch Spitzen (peaks) des Pulsations-Frequenz-Signals PFS gebildet und definieren dadurch den jeweiligen Pulsationspegel PL.Alternatively, in a preferred embodiment within the respective monitoring frequency band 12, the pulsation level PL can be determined by using the maximum pulsation value (peak value) occurring in the respective monitoring frequency band 12 for the pulsation level PL. This relationship is shown in diagram 13. The pulsation maxima are each formed by peaks of the pulsation frequency signal PFS and thereby define the respective pulsation level PL.

Erfindungsgemäß werden nun die Pulsationspegel PL im Hinblick auf das Auftreten wenigstens einer vorbestimmten Auslösebedingung überwacht. Diese Überwachung ist in Fig. 1 beispielhaft in einem weiteren Diagramm 14 wiedergegeben, das den zeitlichen Verlauf des Pulsationspegels PL darstellt. Dabei bildet im Diagramm 14 der Pulsationspegel PL die Ordinate, während die Abszisse durch die Zeit t gebildet ist. Das Diagramm 14 zeigt hier den zeitlichen Verlauf des Pulsationspegels PL, also ein Pulsationspegel-Zeit-Signal PLZS für ein einzelnes Überwachungsfrequenzband 12 und somit insbesondere für nur eine zu überwachende kritische Pulsationsfrequenz.According to the invention, the pulsation levels PL are now monitored with regard to the occurrence of at least one predetermined triggering condition. This monitoring is shown by way of example in FIG. 1 in a further diagram 14, which represents the time profile of the pulsation level PL. In this case, in the diagram 14, the pulsation level PL forms the ordinate, while the abscissa is formed by the time t. The diagram 14 shows here the time course of the pulsation level PL, ie a pulsation level time signal PLZS for a single monitoring frequency band 12 and thus in particular for only one critical pulsation frequency to be monitored.

Dementsprechend wird hier ein Pulsationspegel-Zeit-Signal PLZS generiert, das dann im Hinblick auf die wenigstens eine Auslösebedingung überwacht wird. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dieses Pulsationspegel-Zeit-Signal PLZS auf geeignete Weise aufzubereiten. Insbesondere kann auch hier eine Mittelwertbildung erfolgen, insbesondere durch Bestimmung des Effektivwerts.Accordingly, a pulsation level-time signal PLZS is generated here, which is then monitored with regard to the at least one triggering condition. It is basically possible to prepare this pulsation level-time signal PLZS in a suitable manner. In particular, averaging can also take place here, in particular by determining the effective value.

Die Pulsationspegel PL werden für die verschiedenen Überwachungsfrequenzbänder 12 zweckmäßig unabhängig voneinander überwacht.The pulsation levels PL are suitably monitored independently of one another for the various monitoring frequency bands 12.

Als Auslösebedingung kann beispielsweise ein maximaler Pulsationspegel PL_max dienen. Sobald der Pulsationspegel PL den maximalen Pulsationspegel PL_max erreicht, liegt diese Auslösebedingung vor. Dies ist im Diagramm 14 durch den Schnittpunkt des Pulsationspegel-Zeit-Signal PLZS mit dem Maximalwert des Pulsationspegels PL_max gegeben, der in den Diagrammen 13 und 14 mit 15 bezeichnet ist. Der Schnittpunkt 15 repräsentiert somit das Auftreten der genannten Auslösebedingung, was erfindungsgemäß eine vorbestimmte Schutzaktion auslöst, die hier in den Diagrammen 13 und 14 durch einen Pfeil 16 symbolisiert ist. Diese Schutzaktion 16 kann beispielsweise eine Zurücknahme der Brennstoffzufuhr und/oder eine Anfettung des Brennstoff/Luft-Gemischs oder ein Abschalten der Brennkammer 3, aber auch lediglich eine Alarmierung des Operators sein. Ebenso sind andere Schutzreaktionen 16 oder Kombinationen derartiger Maßnahmen möglich.As a triggering condition, for example, a maximum pulsation level PL _{max can be} used. As soon as the pulsation level PL reaches the maximum pulsation level PL _max , this triggering condition is present. This is indicated in the diagram 14 by the intersection of the pulsation level time signal PLZS with the maximum value of the pulsation level PL _max , which is denoted by 15 in the diagrams 13 and 14. The intersection point 15 thus represents the occurrence of said trigger condition, which according to the invention triggers a predetermined protective action, which is symbolized here in the diagrams 13 and 14 by an arrow 16. This protective action 16 may be, for example, a withdrawal of the fuel supply and / or an enrichment of the fuel / air mixture or a shutdown of the combustion chamber 3, but also only an alarm of the operator. Likewise, other protective reactions 16 or combinations of such measures are possible.

Sofern - wie hier - der Pulsationspegel PL innerhalb der einzelnen Überwachungsfrequenzbänder 12 durch den darin auftretenden Spitzenwert (peak) gebildet ist, bietet sich gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, das Überwachungsfrequenzband 12 nicht statisch festzulegen, sondern dieses dynamisch an Verschiebungen des maximalen Pulsationswerts, also hier des Pulsationspegels PL anzupassen. Dies erfolgt durch eine entsprechende Verschiebung des jeweiligen Überwachungsfrequenzbands 12, derart, dass der peak des Pulsations-Frequenz-Signals PFS innerhalb des Überwachungsfrequenzbands 12 verbleibt. Eine Verschiebung der zu überwachenden kritischen Pulsationsfrequenz entlang der Abszisse, also eine Frequenzverschiebung, tritt beispielsweise dann auf, wenn sich innerhalb der Brennkammer 3 zum Beispiel durch Temperaturänderung die Schallgeschwindigkeit verändert. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die zu überwachende Pulsationsfrequenz aus dem Überwachungsfrequenzband 12 hinauswandert, selbst wenn für das Überwachungsfrequenzband 12 nur eine sehr kleine Frequenzbandbreite gewählt wird.If-as here-the pulsation level PL is formed within the individual monitoring frequency bands 12 by the peak value occurring therein, according to an advantageous embodiment it is possible not to fix the monitoring frequency band 12 statically, but dynamically to shifts in the maximum pulsation value here to adjust the pulsation level PL. This is done by a corresponding shift of the respective monitoring frequency band 12, such that the peak of the pulsation frequency signal PFS remains within the monitoring frequency band 12. A shift of the critical pulsation frequency to be monitored along the abscissa, ie a frequency shift, occurs, for example, when the speed of sound changes within the combustion chamber 3, for example as a result of a change in temperature. In this way it can be avoided that the pulsation frequency to be monitored moves out of the monitoring frequency band 12, even if only a very small frequency bandwidth is selected for the monitoring frequency band 12.

Zur Aufbereitung des Pulsations-Frequenz-Signals PFS ist es außerdem möglich, Harmonische auszublenden. Beispielsweise wird hierzu beim Auftreten einer Pulsation in einem entsprechenden Prüfband zunächst überprüft, ob es sich hierbei um eine Harmonische einer Pulsation (Grundfrequenz, Basis) aus einem niedrigen Frequenzbereich handeln könnte. Ist dies der Fall, werden alle Harmonischen aus dem betrachteten Teil des Pulsations-Frequenz-Signals PFS gelöscht, das heißt, die Signalamplituden über den betreffenden Frequenzen auf Null gesetzt. Pulsationspegel werden somit nur dann bei der Überwachung berücksichtigt, wenn es sich bei der zugehörigen Pulsation eben nicht um eine Harmonische handelt. Denn die der Harmonischen zugrunde liegende Basispulsation wird ohnehin im eigenen Überwachungsfrequenzband 12 überwacht.For processing the pulsation frequency signal PFS, it is also possible to hide harmonics. For example, this is first checked when a pulsation occurs in a corresponding test band, if this could be a harmonic of a pulsation (fundamental frequency, base) from a low frequency range. If this is the case, all harmonics are deleted from the considered part of the pulsation frequency signal PFS, that is, the signal amplitudes over the respective frequencies set to zero. Pulsation levels are thus taken into account in the monitoring only if the associated pulsation is not a harmonic. Because the fundamental pulsation underlying the harmonics is already monitored in its own monitoring frequency band 12.

Entsprechend Fig. 2 kann die Überwachung des Pulsationspegels PL bzw. des Pulsationspegel-Zeit-Signals PLZS bei der Erfindung auch dadurch erfolgen, dass zumindest eine andere Auslösebedingung eine spezielle Auslösestrategie aufweist. Diese Auslösestrategie arbeitet mit einem Auslösezähler AZ und mit einem Rückstellzähler RZ. In Fig. 2 sind nun drei Diagramme zusammengefasst, von denen das obere den zeitlichen Verlauf des Pulsationspegels PL wiedergibt, während das mittlere den zeitlichen Verlauf des Auslösezählers AZ zeigt, und das untere den zeitlichen Verlauf des Rückstellzählers RZ wiedergibt. Dementsprechend zeigt das obere Diagramm das Pulsationspegel-Zeit-Signal PLZS, während die unteren Diagramme ein Auslösezähler-Signal AZS bzw. ein Rückstellzähler-Signal RZS wiedergeben.According to FIG. 2, the monitoring of the pulsation level PL or of the pulsation level time signal PLZS in the case of the invention can also be carried out by virtue of the fact that at least one other triggering condition has a special triggering strategy. This tripping strategy works with a tripping counter AZ and with a reset counter RZ. In Fig. 2, three diagrams are summarized, of which the upper the time course of the pulsation level PL while the middle represents the time course of the trigger counter AZ, and the lower represents the time course of the reset counter RZ. Accordingly, the upper diagram shows the pulsation level timing signal PLZS, while the lower diagrams represent a trip counter signal AZS and a reset counter signal RZS, respectively.

In das obere Diagramm ist außerdem ein Pegelgrenzwert PL_limit eingetragen. Dieser Pegelgrenzwert PL_limit kann kleiner sein als das Pulsationspegelmaximum PL_max aus dem Diagramm 14 gemäß Fig. 1. Während das Überschreiten bzw. das Erreichen des Pulsationspegelmaximums PL_max sofort die Schutzaktion 16 auslöst, führt das Erreichen bzw. Übersteigen des Pegelgrenzwerts PL_limit gemäß der im folgenden beschriebenen Auslösestrategie nicht sofort zum Auslösen der Schutzaktion 16. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass beide Auslösebedingungen nebeneinander bestehen.The upper diagram also contains a level _limit PL _limit . This level _limit value PL _limit can be smaller than the _maximum pulsation level PL _max from the diagram 14 according to FIG. 1. While the exceeding or reaching of the pulsation level _maximum PL _max immediately triggers the protective action 16, reaching or exceeding the level _limit value PL _limit results according to FIG in the following described trigger strategy not immediately to trigger the protection action 16. It is in principle possible that both trigger conditions exist side by side.

Der Auslösezähler AZ zählt die Zeit, während welcher der Pulsationspegel PL oberhalb des Pegelgrenzwerts PH_limit liegt. Dabei summiert der Auslösezähler AZ diese Zeit immer auf einen vorausgehenden Zählerstand auf. Sobald der Auslösezähler AZ einen vorbestimmten Auslösezählerstand AZ_limit erreicht, tritt die Auslösebedingung auf. In der Regel wird dazu ein Auslösesignal (Flag) gesetzt, und die jeweilige Schutzaktion 16 wird gestartet.The trip counter AZ counts the time during which the pulsation level PL is above the level _limit PH _limit . The trip counter AZ always adds this time to a previous counter reading. As soon as the trigger counter AZ reaches a predetermined trigger count AZ _limit , the trigger condition occurs. As a rule, a trigger signal (flag) is set for this purpose, and the respective protection action 16 is started.

Im Unterschied dazu zählt der Rückstellzähler RZ die Zeit, während der der Pulsationspegel PL unterhalb bzw. nicht oberhalb des Pegelgrenzwerts PL_limit liegt. Im Unterschied zum Auslösezähler AZ summiert der Rückstellzähler RZ jeweils auf einen auf Null gestellten Zählerstand auf. Sobald jedoch der Rückstellzähler RZ einen vorbestimmten Rückstellzählerstand RZ_limit erreicht, wird der Zählerstand des Auslösezählers AZ auf Null gestellt.In contrast, the reset counter RZ counts the time during which the pulsation level PL is below or not above the level _limit value PL _limit . In contrast to the trip counter AZ, the reset counter RZ adds up to a count set to zero. However, as soon as the reset counter RZ reaches a predetermined reset count RZ _limit , the count of the trigger counter AZ is set to zero.

Diese Auslösestrategie wird im folgenden nochmals anhand des in Fig. 2 gezeigten Beispiels näher erläutert:This tripping strategy is explained in more detail below with reference to the example shown in FIG. 2:

Zum Zeitpunkt t₀ beginnt die Überwachung. Der Pulsationspegel PL ist unterhalb des Pegelgrenzwerts PL_limit. In der Folge zählt der Rückstellzähler RZ beginnend vom Wert Null und summiert die Zeit auf. Zum Zeitpunkt t₁ übersteigt der Pulsationspegel PL den Pegelgrenzwert PL_limit. In der Folge beginnt der Auslösezähler AZ die Zeit zu zählen. Da zu Beginn der Auslösezählerstand im Beispiel den Wert Null aufweist, beginnt der Auslösezähler zum Zeitpunkt t₁ bei Null aufzusummieren. Zum Zeitpunkt t₂ fällt der Pulsationspegel PL wieder unter den Pegelgrenzwert PL_limit. In der Folge zählt der Auslösezähler AZ nicht weiter, während der Rückstellzähler RZ erneut von Null mit seiner Zeitzählung beginnt. Zum Zeitpunkt t₃ übersteigt der Pulsationspegel PL wieder den Pegelgrenzwert PH_limit; der Auslösezähler AZ zählt weiter, wobei er auf den vorangehenden Zählerstand aufsummiert. Zum Zeitpunkt t₄ sinkt der Pulsationspegel PL wieder unter den Pegelgrenzwert PL_limit, so dass der Auslösezähler AZ nicht weiterzählt und der Rückstellzähler RZ wieder bei Null mit seiner Zeitzählung beginnt.At time t ₀ , the monitoring begins. The pulsation level PL is below the level _limit PL _limit . As a result, the reset counter RZ counts from the value zero and sums up the time. At time t ₁ , the pulsation level PL exceeds the level _limit PL _limit . As a result, the trip counter AZ starts counting the time. Since at the beginning the trip counter reading in the example has the value zero, the trip counter starts to accumulate at zero at time t ₁ . At time t ₂ , the pulsation level PL falls below the level _limit PL _{limit again} . As a result, the trip counter AZ stops counting, while the reset counter RZ starts again from zero with its time counting. At time t ₃ , the pulsation level PL again exceeds the level _limit value PH _limit ; the trip counter AZ continues to count, adding up to the previous counter reading. At time t ₄ , the pulsation level PL decreases again below the level _limit PL _limit , so that the trip counter AZ does not continue counting and the reset counter RZ starts again at zero with its time count.

Zum Zeitpunkt t₅ übersteigt der Pulsationspegel PL wieder den Pegelgrenzwert PL_limit, so dass der Auslösezähler AZ wieder auf den vorigen Zählerstand aufsummiert. Zum Zeitpunkt t₆ erreicht der Zählerstand des Auslösezählers AZ den Auslösezählerstand AZ_limit. Folglich liegt die Auslösebedingung vor und die Schutzaktion 16 wird gestartet. Beispielsweise wird ein Alarm ausgegeben oder für die Dauer der Schutzaktion 16 die Brennstoffzuführung zur Brennkammer 3 verändert. Im mittleren Diagramm ist außerdem der Status der Schutzaktion 16 eingetragen, wobei hier vereinfacht nur zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand unterschieden wird. Der Verlauf des Schutzaktionsstatus ist dabei in Fig. 2 mit SAZ bezeichnet. Zum Zeitpunkt t₆ wird somit vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand umgeschaltet.At time t ₅ , the pulsation level PL again exceeds the level _limit value PL _limit , so that the trigger counter AZ adds up again to the previous counter reading. At time t ₆ , the counter reading of the trigger counter AZ reaches the trigger counter reading AZ _limit . As a result, the triggering condition is present and the protection action 16 is started. For example, an alarm is issued or changed for the duration of the protective action 16, the fuel supply to the combustion chamber 3. The status of the protective action 16 is also entered in the middle diagram, with a simplified distinction here only between an off state and an on state. The course of the protection action status is designated in FIG. 2 with SAZ. At time t ₆ is thus switched from the off state to the on state.

Durch die Schutzaktion 16 sinkt der Pulsationspegel PL wieder und unterschreitet zum Zeitpunkt t₇ den Pegelgrenzwert PL_limit. In der Folge beginnt der Rückstellzähler RZ wieder von Null an, die Zeit aufzusummieren. Zum Zeitpunkt t₈ erreicht der Rückstellzähler RZ einen mit RZ_SAZ bezeichneten Zählerstand. Bei diesem Zählerstand RZ_SAZ wird zum einen der Schutzaktionsstatus geändert, das heisst, vom Ein-Zustand auf den Aus-Zustand umgeschaltet. Zum anderen wird gleichzeitig der Auslösezähler AZ auf Null zurückgestellt.Due to the protective action 16, the pulsation level PL decreases again and falls below the level _limit PL _limit at time t ₇ . As a result, the reset counter RZ starts again from zero to total the time. At time t ₈ , the reset counter RZ reaches a counter reading designated RZ _SAZ . In this counter reading RZ _SAZ , on the one hand, the protection action status is changed, that is to say switched over from the on state to the off state. On the other hand, the trip counter AZ is reset to zero at the same time.

Zum Zeitpunkt t₉ erreicht der Rückstellzähler RZ zwar den Rückstellzählerstand RZ_limit, der an sich den Zählerstand des Auslösezählers AZ auf Null zurückstellt, dies ist jedoch im vorliegenden Fall bereits geschehen, da zuvor eine Schutzaktion 16 ausgelöst und beendet wurde. Dementsprechend ist hier der zugehörige Zählerstand RZ_SAZ kleiner gewählt als der Rückstellzählerstand RZ_limit.Although the reset counter RZ reaches the reset counter RZ _limit at time t ₉ , which itself resets the counter reading of the trigger counter AZ to zero, this has already been done in the present case since a protective action 16 was previously triggered and ended. Accordingly, the associated counter reading RZ _{SAZ is selected to be} smaller than the reset counter reading RZ _limit .

Zum Zeitpunkt t₁₀ überschreitet der Pulsationspegel PL erneut den Pegelgrenzwert PL_limit, so dass der Auslösezähler AZ erneut beginnt, die Zeit zu zählen. Dabei startet der Auslösezähler AZ diesmal aufgrund der zuvor erfolgten Rückstellung von dem Wert Null.At time t ₁₀ , the pulsation level PL again exceeds the level _limit PL _limit , so that the trip counter AZ starts counting the time again. In this case, the trip counter AZ starts this time because of the previous reset of the value zero.

Zum Zeitpunkt t₁₁ sinkt der Pulsationspegel PL wieder unter den Pegelgrenzwert PH_limit. Somit zählt der Auslösezähler AZ nicht weiter, während der Rückstellzähler RZ von neuem bei Null beginnt zu zählen. Zum Zeitpunkt t₁₂ erreicht der Rückstellzähler RZ seinen Rückstellzählerstand RZ_limit, was eine Rückstellung des Zählerstands des Auslösezählers AZ auf den Wert Null auslöst. Zum Zeitpunkt t₁₃ beginnt somit der Auslösezähler AZ wieder bei Null, wenn der Pulsationpegel PL den Pegelgrenzwert PL_limit überschreitet. Zum Zeitpunkt t₁₄ sinkt der Pulsationspegel PL wieder unter den Pegelgrenzwert PL_limit. Während der Zählerstand des Auslösezählers AZ gehalten wird, beginnt der Rückstellzähler RZ wieder von Null zu zählen. Zum Zeitpunkt t₁₅ erreicht der Rückstellzähler RZ seinen Rückstellzählerstand RZ_limit, was ein Rücksetzen des Auslösezählers AZ bewirkt. Gleichzeitig erreicht der Pulsationspegel PL zu diesem Zeitpunkt t₁₅ wieder seinen Pegelgrenzwert PL_limit, was sofort ein Zählen des Auslösezählers AZ auslöst. Zum Zeitpunkt t₁₆ sinkt der Pulsationspegel PL wieder unter den Pegelgrenzwert PL_limit. Der aufsummierte Zählerstand des Auslösezählers AZ wird gehalten, während der Rückstellzähler RZ erneut von Null an beginnt, die Zeit zu zählen.At time t ₁₁ , the pulsation level PL drops below the level _limit value PH _{limit again} . Thus, the trip counter AZ stops counting while the reset counter RZ starts counting again from zero. At time t ₁₂ , the reset counter RZ reaches its reset counter RZ _limit , which triggers a reset of the count of the trigger counter AZ to the value zero. Thus, at time t ₁₃ , the trip counter AZ starts again at zero when the pulsation level PL exceeds the level _limit value PL _limit . At time t ₁₄ , the pulsation level PL drops below the level _limit value PL _{limit again} . While the count of the trigger counter AZ is held, the reset counter RZ starts to count from zero again. At time t ₁₅ reaches the Reset counter RZ its reset counter RZ _limit , which causes a reset of the trigger counter AZ. At the same time, the pulsation level PL reaches its _limit value PL _limit again at this time t ₁₅ , which immediately triggers counting of the trigger counter AZ. At time t ₁₆ , the pulsation level PL drops below the level _limit value PL _{limit again} . The accumulated count of the trigger counter AZ is held, while the reset counter RZ starts again from zero to count the time.

Entsprechend Fig. 3 kann ein Steuerungssystem 17 der Gasturbine 1 eine Pulsationsmesseinrichtung 18, eine Pulsationsauswerteeinrichtung 19 sowie eine Steuereinrichtung 20 aufweisen. Des weiteren können auch eine Kontrolleinrichtung 21 sowie gegebenenfalls ein Anzeige- und/oder Diagnosesystem 22 vorgesehen sein.According to FIG. 3, a control system 17 of the gas turbine 1 may have a pulsation measuring device 18, a pulsation evaluation device 19 and a control device 20. Furthermore, a control device 21 and optionally a display and / or diagnostic system 22 may be provided.

Die Pulsationsmesseinrichtung 18 umfasst eine Sensorik 5 und den Signalverstärker 6 und kann darüber hinaus über eine galvanische Trenneinrichtung 23 verfügen. Die Pulsationsmesseinrichtung 18 dient somit zum Messen der Druckpulsationen P an der Gasturbine 1, insbesondere in deren Brennkammer 3. Des weiteren generiert die Pulsationsmesseinrichtung 18 das Pulsations-Zeit-Signal PZS.The pulsation measuring device 18 comprises a sensor system 5 and the signal amplifier 6 and can furthermore have a galvanic isolating device 23. The pulsation measuring device 18 thus serves to measure the pressure pulsations P at the gas turbine 1, in particular in the combustion chamber 3. Furthermore, the pulsation measuring device 18 generates the pulsation time signal PZS.

Die Pulsationsauswerteeinrichtung 19 umfasst beispielsweise ein Tiefpassfilter 24, einen analogen Eingang 25, einen analogen Ausgang 26, sowie einen digitalen Eingang 27 und einen digitalen Ausgang 28. Die Ein- und Ausgänge 25 bis 28 sind dabei in einen Rechner 29 eingebunden, der eine Echtzeitverarbeitung des Pulsations-Zeit-Signals PZS ermöglicht. Somit kann die Pulsationsauswerteeinrichtung 19 das Pulsations-Zeit-Signal PZS in das Pulsations-Frequenz-Signal PFS transformieren, aus dem Pulsations-Frequenz-Signal PFS für wenigstens ein vorbestimmtes Überwachungsfrequenzband 12 den Pulsationspegel PL ermitteln, diesen Pulsationspegel PL im Hinblick auf das Auftreten wenigstens einer vorbestimmten Auslösebedingung überwachen und beim Auftreten dieser wenigstens einen Auslösebedingung ein Auslösesignal generieren. Die Übertragung des Pulsations-Zeit-Signal PZS zwischen der Pulsationsmesseinrichtung 18 und der Pulsationsauswerteeinrichtung 19 kann dabei durch eine galvanisch entkoppelte Verbindung 30 erfolgen, das heisst, ohne direkten elektrischen Kontakt. Beispielsweise erfolgt die Signalübertragung optisch oder über einen Transformator. Die galvanische Entkopplung wird hier durch die galvanische Trenneinrichtung 23 erreicht.The Pulsationsauswerteinrichtung 19 includes, for example, a low-pass filter 24, an analog input 25, an analog output 26, and a digital input 27 and a digital output 28. The inputs and outputs 25 to 28 are integrated into a computer 29, the real-time processing of Pulsation time signal PZS allows. Thus, the Pulsationsauswerteeinrichtung 19 transform the pulsation time signal PZS in the pulsation frequency signal PFS, from the pulsation frequency signal PFS for at least one predetermined monitoring frequency band 12 to determine the pulsation level PL, this pulsation level PL with respect to monitor the occurrence of at least one predetermined trip condition and generate a trip signal upon the occurrence of that at least one trip condition. The transmission of the pulsation-time signal PZS between the pulsation measuring device 18 and the Pulsationsauswerteeinrichtung 19 can be effected by a galvanically decoupled connection 30, that is, without direct electrical contact. For example, the signal transmission takes place optically or via a transformer. The galvanic decoupling is achieved here by the galvanic separation device 23.

Die Steuereinrichtung 20 steuert zum einen den normalen Betrieb der Gasturbine 1 und ermöglicht durch ihre Einbindung in das Steuerungssystem 17 die Durchführung vorbestimmter Schutzaktionen, sofern das jeweilige Auslösesignal vorliegt. Dieses Auslösesignal erhält die Steuereinrichtung 20 von der Pulsationsauswerteeinrichtung 19, insbesondere von deren Rechner 29. Die Steuereinrichtung 20 kann aber auch die Pulsationspegel PL der Überwachungsbänder über den analogen Ausgang 26 erhalten und selbst die Evaluierung des Auslösesignals gemäß Fig. 2 durchführen.The control device 20 controls, on the one hand, the normal operation of the gas turbine 1 and, by virtue of its integration into the control system 17, makes it possible to carry out predetermined protective actions, provided that the respective triggering signal is present. The control device 20 can also receive the pulsation levels PL of the monitoring bands via the analog output 26 and even carry out the evaluation of the trigger signal according to FIG. 2.

Die Kontrolleinrichtung 21 kann über eine Netzwerkverbindung 31 und über einen Netzwerkcontroller 32 mit dem Rechner 29 der Pulsationsauswerteeinrichtung 19 kommunizieren. Die Kontrolleinrichtung 21 kann beispielsweise die Pulsationsüberwachung, die mit Hilfe der Pulsationsauswerteeinrichtung 19 durchgeführt wird, konfigurieren, visualisieren und/oder speichern. Des weiteren ist die Kontrolleinrichtung 21 hier mit dem Anzeige- und/oder Diagnosesystem 22 gekoppelt, zum Beispiel über Internet 33, was beispielsweise eine Auswertung des Langzeitbetriebs der Gasturbine 1 ermöglicht. Insbesondere kann diese Auswertung für mehrere verschiedene Gasturbinen 1, die global verteilt sein können, zentral erfolgen.The control device 21 can communicate with the computer 29 of the pulsation evaluation device 19 via a network connection 31 and via a network controller 32. The control device 21 can, for example, configure, visualize and / or store the pulsation monitoring which is carried out with the aid of the pulsation evaluation device 19. Furthermore, the control device 21 is here coupled to the display and / or diagnostic system 22, for example via the Internet 33, which allows, for example, an evaluation of the long-term operation of the gas turbine 1. In particular, this evaluation can be carried out centrally for several different gas turbines 1, which can be distributed globally.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gasturbinegas turbine
22: Verdichtercompressor
33: Brennkammercombustion chamber
44: Turbineturbine
55: Sensoriksensors
66: Verstärkeramplifier
77: Diagrammdiagram
88th: Diagrammdiagram
99: FouriertransformatorFourier transformer
1010: Diagrammdiagram
1111: RMS-GleichrichterRMS rectifier
1212: ÜberwachungsfrequenzbandMonitoring frequency band
1313: Diagrammdiagram
1414: Diagrammdiagram
1515: Schnittpunktintersection
1616: Schutzaktionprotection action
1717: Steuerungssystemcontrol system
1818: PulsationsmesseinrichtungPulsationsmesseinrichtung
1919: PulsationsauswerteeinrichtungPulsationsauswerteeinrichtung
2020: Steuereinrichtungcontrol device
2121: Kontrolleinrichtungcontrol device
2222: Anzeige- und/oder DiagnosesystemDisplay and / or diagnostic system
2323: galvanischer Separatorgalvanic separator
2424: TiefpassfilterLow Pass Filter
2525: Analogeinganganalog input
2626: Analogausganganalog output
2727: DigitaleingangDigital input
2828: DigitalausgangDigital output
2929: Rechnercomputer
3030: galvanisch entkoppelte Verbindunggalvanically decoupled connection
3131: NetzwerkverbindungNetwork Connection
3232: NetzwerkcontrollerNetwork Controller
3333: InternetInternet
PP: Pulsationpulsation
ZZ: ZeitTime
PZSPZS: Pulsations-Zeit-SignalPulsation-time signal
FF: Frequenzfrequency
PFSPFS: Pulsations-Frequenz-SignalPulsation frequency signal
PLPL: Pulsationspegelpulsation
PL_max PL _max: PulsationsmaximalwertPulsationsmaximalwert
PLZSPLZS: Pulsationspegel-Zeit-SignalPulsation-time signal
PL_limit PL _limit: Pegelgrenzwertlevel limit
AZAZ: Auslösezählertrigger counter
AZ_limit AZ _limit: AuslösezäherstandRelease Tough Stand
AZSAZS: Auslösezähler-Zeit-SignalTrigger counter-time signal
RZRZ: RückstellzählerReset counter
RZ_limit RZ _limit: RückstellzählerstandReset count
RZSRZS: Rückstellzähler-Zeit-SignalReset counter-time signal
SAZSAZ: SchutzaktionszustandProtective action status
RZ_SAZ RZ _SAZ: bestimmter Zählerstand des Rückstellzählersspecific counter reading of the reset counter
t₀- t₁₆ t ₀ - t ₁₆: bestimmte Zeitpunktecertain times

Claims

Method for protecting a gas turbine (1) from damage by pressure pulsations (P), in which pressure pulsations (P) occurring during operation of the gas turbine (1) are measured,

in which a pulsation time signal (PZS) is generated from the measured pressure pulsations (P),

in which the pulsation time signal (PZS) is transformed into a pulsation frequency signal (PFS),

in which a pulsation level (PL) is determined from the pulsation frequency signal (PFS) for at least one predetermined monitoring frequency band (12),

in which the pulsation level (PL) is monitored with regard to the occurrence of at least one predetermined triggering condition,

in which a predetermined protective action (16) is performed when the at least one triggering condition occurs.

Method according to claim 1,
characterized,
it is determined that the pulsation (PL) by summation or integration and / or by averaging the pulsation (P) in the respective monitoring frequency band (12).

Method according to claim 1,
characterized,
is formed that the pulsation (PL) by the maximum pulsation value (P) in the respective monitoring frequency band (12).

Method according to claim 3,
characterized,
that the monitoring frequency band (12) is adjusted to the maximum pulsation value (P) at a frequency shift of the maximum Pulsationswerts (P), so that the maximum pulsation value (P) within the monitoring frequency bands (12) remains.

Method according to one of claims 1 to 4,
characterized,
that the respective monitoring frequency band (12) is determined so that exactly one known critical pulsation (P) in its occurrence with its pulsation frequency in this monitoring frequency band (12).

Method according to one of claims 1 to 5,
characterized,
in that a pulsation level time signal (PLZS) is generated from the pulsation level (PL) which is monitored with regard to the at least one triggering condition.

Method according to claim 6,
characterized,
that the pulsation-time signal (PLZS) is prepared by averaging.

Method according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that the transformation from the pulsation time signal (PZS) into the pulsation frequency signal (PFS) is effected by means of a numerical-mathematical transformation, in particular by means of a fast Fourier transformation (FFT) or by means of a discrete Fourier transformation (DFT ), is carried out.

Method according to one of claims 1 to 8,
characterized,

in that, when a pulsation (P) occurs, it is checked whether this pulsation (P) is a harmonic of a pulsation (P) from a lower frequency range,

- In which the associated pulsation level (PL) is monitored only if it is not related to the associated pulsation (P) is such a harmonic.

Method according to one of claims 1 to 9,
characterized,
that the occurrence of a triggering condition, at least monitored for each monitoring frequency band (12) separately.

Method according to one of claims 1 to 10,
characterized,

that the at least one triggering condition has a tripping strategy which works with a tripping counter (AZ) and with a reset counter (RZ),

- That the trigger counter (AZ) the time (t) during which the respective pulsation level (PL) is above a predetermined level _limit value (PL _limit ), added to the respective previous counter reading,

that the trigger condition occurs and the predetermined protection action (16) is started as soon as the trigger counter (AZ) reaches a predetermined trigger count (AZ _limit ),

- That the reset counter (RZ) the time (t) during which the respective pulsation level (PL) is not above the level _limit (PL _limit ), each summed to a zero count,

- That the count of the trip counter (AZ) is set to zero as soon as the reset counter (RZ) reaches a predetermined reset count (RZ _limit ).

Method according to claim 11,
characterized,
that the protection action (16) is terminated and the count of the trigger counter (AZ) is set to zero when the reset counter (RZ) reaches a predetermined count (RZ _SAZ ) during the protection action (16).

Method according to claim 12,
characterized,
that said predetermined count (RZ _SAZ ) is less than the reset count (RZ _limit ).

Control system for a gas turbine (1), with a pulsation measuring device (18) which measures by means of a suitable sensor system (5) the pressure pulsations (P) occurring during operation of the gas turbine (1) and generates a pulsation time signal (PZS) correlated therewith,

- With a Pulsationsauswerteinrichtung (19), which transforms the pulsation time signal (PZS) into a pulsation frequency signal (PFS), from the pulsation frequency signal (PFS) for at least one predetermined monitoring frequency band (12) a pulsation level (PL) determines, monitors it with regard to the occurrence of at least one predetermined triggering condition and generates a triggering signal when the at least one triggering condition occurs,

- With a control device (20) which performs a predetermined protection action (16) in the present trigger signal.

Control system according to claim 14,
characterized,
in that an electrically decoupled connection (30) is arranged between the pulsation measuring device (18) and the pulsation evaluation device (19) in order to transmit the pulsation time signal (PZS).

Control system according to claim 14 or 15,
characterized,
that a control device (21) is provided, which is connected to the Pulsationsauswerteeinrichtung (19) via a network connection (31) and a configuration of the Pulsationsauswerteeinrichtung (19) enables and / or visualizes the Pulsationsüberwachung and / or stores.

Control system according to claim 16,
characterized,
in that the control device (21) is connected to a display and / or diagnostic system (22) which serves to evaluate the long-term operation of the gas turbine (1).