EP2417395B1 - Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine - Google Patents

Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine Download PDF

Info

Publication number
EP2417395B1
EP2417395B1 EP10713903.2A EP10713903A EP2417395B1 EP 2417395 B1 EP2417395 B1 EP 2417395B1 EP 10713903 A EP10713903 A EP 10713903A EP 2417395 B1 EP2417395 B1 EP 2417395B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
gas turbine
tendency
humming
stability parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP10713903.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2417395A2 (en
Inventor
Malte Blomeyer
Eberhard Deuker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP10713903.2A priority Critical patent/EP2417395B1/en
Publication of EP2417395A2 publication Critical patent/EP2417395A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2417395B1 publication Critical patent/EP2417395B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/24Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00Applications
    • F23N2241/20Gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing the tendency to hum of a combustion chamber and a method for controlling the operation of a gas turbine with a combustion chamber, provided that hum of the combustion chamber is prevented.
  • Generic methods are for example from the document EP 1 327 824 A1 known.
  • approaching the hum limit can be recognized by the fact that the shape of the spectrum of the parameter changes.
  • the ratio of the amplitudes of two frequency bands could be used to quantify the rumbling tendency.
  • the amplitude ratio remains constant when increasing the combustion load (despite the increase in the absolute amplitude values), there is no danger. Changes but the relation, one approaches the borderline or moves away from it.
  • the stability parameter can be used directly as a controlled variable for operating the gas turbine.
  • the instantaneous load of the gas turbine is directly correlated to the stability parameter, so that with the stability parameter, a power control of the gas turbine with regard to the avoidance of the hum of the combustion chamber can be accomplished.
  • the method of controlling the operation of the gas turbine further includes the step of: once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined distance value to at least one of the threshold values, controlling the operation of the gas turbine to reduce the rumble tendency.
  • the method of controlling the operation of the gas turbine comprises the step of, once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined and low rumble-defining distance value to at least one of the thresholds, controlling the operation of the gas turbine such that the operation the gas turbine is optimized in particular with regard to output power, emission and / or fuel consumption.
  • FIG. 2 a coordinate system is shown, over whose abscissa 8 the time from 0 to 2 minutes is plotted.
  • the left ordinate 6 is the stability parameter and the right ordinate 7 is a turbine outlet temperature.
  • the curve 10 of the turbine outlet temperature is 579 ° C. This results in the operating state in the combustion chamber, in which the sound pressure prevails, the spectrum of 1 in FIG. 1 is shown.
  • the stability parameter 6 for the spectrum 1 is 0.6, as it is in the in FIG. 2 shown diagram with the curve 9 at the time 0 minutes.
  • the turbine outlet temperature is increased to operate the gas turbine, as in the curve 10 in FIG.
  • a threshold 16 of the stability parameter 6 is plotted at 0.1.
  • the course 9 of the stability parameter 6 falls below (in FIG. 2 17), threshold 16 at a first time 18, which is 1.55 minutes.
  • the first time 18 is advanced 15 seconds from the second point in time 19, when the acceleration peak 15 occurs. If, during operation of the gas turbine, the threshold 16 is fallen below the stability parameter 6, then it remains FIG. 2 a reaction time of 15 seconds, during which the operation of the gas turbine is to be changed in such a way to attenuate the rumbling tendency that the hum of the combustion chamber and thus the resulting rapid shutdown of the gas turbine can be avoided.
  • the lowering of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin was not sufficient to achieve a sufficiently large distance to the hum of the combustion chamber, so falls after the fifth time 22, the curve 9 of the stability parameter 6 again and falls below the threshold 16 '.
  • the curve 10 of the turbine outlet temperature 7 is now lowered again by 1 Kelvin, which in turn decelerates the course 9 of the stability parameter 6 and vice versa, until finally the curve 9 of the stability parameter 6 has exceeded the threshold value 16 ' ,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der Brummneigung einer Brennkammer und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Gasturbine mit einer Brennkammer unter der Maßgabe, dass Brummen der Brennkammer verhindert wird. Gattungsgemäße Verfahren sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 327 824 A1 bekannt.The invention relates to a method for analyzing the tendency to hum of a combustion chamber and a method for controlling the operation of a gas turbine with a combustion chamber, provided that hum of the combustion chamber is prevented. Generic methods are for example from the document EP 1 327 824 A1 known.

Bei der Verbrennung eines Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemischs in einer Brennkammer, insbesondere in einer Brennkammer einer Gasturbine, kann es zur Ausbildung von Verbrennungsschwingungen kommen. Das Auftreten von Verbrennungsschwingungen ist auch als "Brennkammerbrummen" bekannt. Insbesondere neigt die Brennkammer der Gasturbine zum Brummen, wenn die Gasturbine mit einer hohen Turbineneintrittstemperatur betrieben wird, um einen hohen thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine zu erreichen. Die hohe Turbineneintrittstemperatur kann durch eine entsprechend hohe Verbrennungstemperatur in der Brennkammer erzielt werden, wodurch die Brennkammer zum Brummen neigt. Beim Brummen der Brennkammer treten zeitperiodisch korrelierte Fluktuationen des Verbrennungsumsatzes und des statischen Drucks in der Brennkammer auf, wobei die Verbrennungsschwingungen auf einer Wechselwirkung des in der Brennkammer strömenden Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemischs mit dem momentanen Verbrennungsumsatz in der Flamme beruhen. Durch eine Änderung des Verbrennungsumsatzes beispielsweise hervorgerufen durch eine Erhöhung der Brennstoffzufuhr in die Brennkammer, kann es zu Druckschwankungen kommen, die ihrerseits zu einer Änderung des Verbrennungsumsatzes und damit zur Ausbildung einer stabilen Druckschwingung führen können. Die Verbrennungsschwingungen verursachen eine verstärkte mechanische und thermische Beanspruchung der Brennkammerstruktur sowie deren Aufhängung. Die Verbrennungsschwingungen können plötzlich in einer derartigen Intensität auftreten, dass die Brennkammerstruktur selbst oder andere Komponenten der Gasturbine beschädigt werden können. Treten derartige Betriebszustände auf wird herkömmlich die Gasturbine mit einem hohen Lastgradienten entlastet, wodurch nachteilig die Gasturbinenabtriebsleistung reduziert wird.When combustion of a combustion air / fuel mixture in a combustion chamber, in particular in a combustion chamber of a gas turbine, it may lead to the formation of combustion oscillations. The occurrence of combustion oscillations is also known as "combustion chamber hum". In particular, the combustor of the gas turbine tends to hum when the gas turbine is operated at a high turbine inlet temperature to achieve high thermal efficiency of the gas turbine. The high turbine inlet temperature can be achieved by a correspondingly high combustion temperature in the combustion chamber, whereby the combustion chamber tends to hum. When the combustion chamber hums, time-periodically correlated fluctuations of the combustion conversion and of the static pressure in the combustion chamber occur, the combustion vibrations being based on an interaction of the combustion air / fuel mixture flowing in the combustion chamber with the instantaneous combustion conversion in the flame. By changing the combustion conversion, for example, caused by an increase in the fuel supply to the combustion chamber, there may be pressure fluctuations, which in turn can lead to a change in the combustion conversion and thus to the formation of a stable pressure oscillation. The combustion vibrations cause increased mechanical and thermal stress on the combustion chamber structure and its suspension. The combustion vibrations can suddenly occur in such a Intensity occur that the combustion chamber structure itself or other components of the gas turbine can be damaged. When such operating conditions occur, the gas turbine is conventionally relieved of a high load gradient, thereby adversely reducing gas turbine output.

Abhilfe schafft das Betreiben der Gasturbine mit genügendem Abstand von der Grenze der selbsterregten Verbrennungsschwingungen. Beispielsweise aufgrund sich ändernden Umgebungsbedingungen kann sich jedoch die Grenze der selbsterregten Verbrennungsschwingungen ungünstig verschieben, so dass für möglichst ungünstige Umgebungsbedingungen ein ausreichender Abstand von der Grenze der selbsterregten Verbrennungsschwingungen vorgehalten werden muss. Dabei ist es nachteilig, dass somit der obere Leistungsbereich der Gasturbine ausgegrenzt werden muss und nicht gefahren werden kann.Remedy is the operation of the gas turbine with sufficient distance from the limit of self-excited combustion oscillations. For example, due to changing environmental conditions, however, the limit of the self-excited combustion vibrations can unfavorably shift, so that for the most unfavorable environmental conditions, a sufficient distance from the limit of self-excited combustion vibrations must be maintained. It is disadvantageous that thus the upper power range of the gas turbine must be excluded and can not be driven.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Analyse der Brummneigung einer Brennkammer, ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Gasturbine mit einer Brennkammer und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern eines Betriebs einer Gasturbine zu schaffen, wobei mit dem Verfahren die Brennkammer mit ausreichend geringer Brummneigung effektiv betreibbar sind.The object of the invention is to provide a method for analyzing the rumble tendency of a combustion chamber, a method for controlling an operation of a gas turbine with a combustion chamber and a control device for controlling an operation of a gas turbine, the method being able to effectively operate the combustion chamber with sufficiently low rumbling tendency ,

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse der Brummneigung einer Brennkammer in einem Betriebszustand weist die Schritte auf: Betreiben der Brennkammer in dem Betriebszustand; Erfassen einer thermoakustischen Größe des Brennkammergasvolumens und/oder einer Schwingungsgröße der Brennkammerstruktur in dem Betriebszustand und Ermitteln einer Kenngröße aus der thermoakustischen Größe und/oder der Schwingungsgröße; Ermitteln des Spektrums der Kenngröße in dem Betriebszustand als den Amplitudenverlauf der Kenngröße über die Zeit; Identifizieren einer ersten Resonanz und einer zweiten Resonanz der Kenngröße mit Hilfe des Spektrums; Ermitteln des Amplitudenwerts der ersten Resonanz und des Amplitudenwerts der zweiten Resonanz; Berechnen des Verhältniswerts aus der Division des Amplitudenwerts der ersten Resonanz und des Amplitudenwerts der zweiten Resonanz als ein Stabilitätsparameter; Ermitteln des unteren Abstandswerts und/oder des oberen Abstandswerts, um die der Stabilitätsparameter oberhalb eines unteren vorherbestimmten Schwellenwerts und/oder unterhalb eines oberen vorherbestimmten Schwellenwerts liegt, wobei die Schwellenwerte derart gewählt sind, dass, wenn die Brennkammer in einem Betriebszustand mit gerade noch zulässig hoher Brummneigung betrieben wird, der Stabilitätsparameter in diesem Betriebszustand auf einem der Schwellenwerte liegt; Quantifizieren der Brummneigung mittels des unteren Abstandswerts und/oder des oberen Abstandswerts.The method according to the invention for analyzing the rumble tendency of a combustion chamber in an operating state comprises the steps of: operating the combustion chamber in the operating state; Detecting a thermoacoustic size of the combustion chamber gas volume and / or a vibration magnitude of the combustion chamber structure in the operating state and determining a characteristic from the thermoacoustic variable and / or the vibration magnitude; Determining the spectrum of the characteristic in the operating state as the amplitude characteristic of the parameter over time; Identifying a first resonance and a second resonance of the characteristic using the spectrum; Determining the amplitude value of the first resonance and the amplitude value of the second resonance; Calculating the ratio value from the division of the amplitude value of the first resonance and the amplitude value of the second resonance as a stability parameter; Determining the lower distance value and / or the upper distance value by which the stability parameter is above a lower predetermined threshold and / or below an upper predetermined threshold, wherein the thresholds are selected such that when the combustor is in an operating state with just a high allowable Brumbling is operated, the stability parameter in this operating condition is at one of the threshold values; Quantify the rumble slope using the lower distance value and / or the upper distance value.

Die Schwellenwerte können vom Betriebs- und Umgebungszustand abhängig gewählt werden. Die Größe der Amplitudenwerte der Kenngröße ändert sich moderat mit der Brennlast der Brennkammer und ist allein nur bedingt aussagefähig zur Analyse der Brummneigung der Brennkammer. Das Erreichen der Brummgrenze ist oft dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenwerte plötzlich sehr stark ansteigen. Man erkennt also an dem zunächst moderaten Verlauf der Amplitudenwerte nicht, dass man sich der Brummgrenze gefährlich annähert. Steigen die Amplituden dann beim Erreichen der Brummgrenze sprunghaft an (in der Regel in Bruchteilen einer Sekunde), so kann die Gasturbine nur noch durch drastische, aus der Sicht des Betreibers nachteilige Maßnahmen, wie z.B. sofortige, deutliche Lastabsenkung, vor mechanischen Schäden geschützt werden. Hier setzt die Erfindung an: Ein Annähern an die Brummgrenze lässt sich in bestimmten Fällen daran erkennen, dass sich die Form des Spektrums der Kenngröße verändert. So könnte z.B. das Verhältnis der Amplituden zweier Frequenzbänder zur Quantifizierung der Brummneigung herangezogen werden. Solange beim Steigern der Brennlast das Amplitudenverhältnis konstant bleibt (trotz Ansteigen der absoluten Amplitudenwerte), besteht keine Gefahr. Ändert sich aber das Verhältnis, so nähert man sich der Brummgrenze oder entfernt sich von ihr. Durch die Quantifizierung der Brummneigung kann eine Tendenz zum Annähern an die Brummgrenze erkannt werden und somit können rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, so dass das Erreichen der Brummgrenze mit seinen nachteiligen Folgen für den Betrieb vermieden wird.The threshold values can be selected depending on the operating and ambient conditions. The magnitude of the amplitude values of the parameter changes moderately with the combustion load of the combustion chamber and is only of limited significance for the analysis of the tendency to hum of the combustion chamber. Reaching the hum limit is often characterized by the fact that the amplitude values suddenly rise very sharply. It is therefore not recognized by the initially moderate course of the amplitude values that one approaches dangerously close to the hum. If the amplitudes rise suddenly when reaching the hum limit (usually in fractions of a second), the gas turbine can only be protected from mechanical damage by drastic measures which are disadvantageous from the point of view of the operator, such as immediate, significant load reduction. This is where the invention comes in: In certain cases, approaching the hum limit can be recognized by the fact that the shape of the spectrum of the parameter changes. For example, the ratio of the amplitudes of two frequency bands could be used to quantify the rumbling tendency. As long as the amplitude ratio remains constant when increasing the combustion load (despite the increase in the absolute amplitude values), there is no danger. Changes but the relation, one approaches the borderline or moves away from it. By quantifying the rumbling tendency, a tendency to approach the buzzing limit can be detected, and thus timely countermeasures can be taken so as to avoid reaching the buzz line with its adverse consequences for operation.

Es ist bevorzugt, dass der Stabilitätsparameter mit dem Verhältniswert aus der Division des Amplitudenwerts der ersten Resonanz und des Amplitudenwerts der zweiten Resonanz berechnet wird. Mit zunehmender Brennlast der Brennkammer verschieben sich die Frequenzlagen der Resonanzen, wobei für eine vorliegende Brennkammer Frequenzbänder, in denen die Resonanzen beim Betrieb der Brennkammer auftreten, beispielsweise experimentell vorherbestimmt werden können. Zum einfachen Identifizieren der Resonanzen können somit insbesondere diese Frequenzbänder untersucht werden, so dass ein Abtasten des gesamten Frequenzbereichs des Spektrums nicht zu erfolgen braucht.It is preferable that the stability parameter is calculated with the ratio value from the division of the amplitude value of the first resonance and the amplitude value of the second resonance. With increasing combustion load of the combustion chamber, the frequency positions of the resonances shift, wherein for a present combustion chamber frequency bands in which the resonances occur during operation of the combustion chamber, for example, can be predetermined experimentally. In order to easily identify the resonances, it is thus possible, in particular, to examine these frequency bands so that it is not necessary to scan the entire frequency range of the spectrum.

Bevorzugtermaßen wird der Stabilitätsparameter als der Logarithmus des Verhältniswerts gebildet. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Stabilitätsparameter über die Zeit mit einer Dämpfungsfunktion gedämpft wird. Damit können vorteilhaft übermäßige instationäre Veränderungen des Stabilitätsparameters eingedämmt werden. Beispielsweise kann eine Dämpfungsfunktion derart gebildet sein, dass zu einem Zeitpunkt n der Stabilitätsparameter gebildet wird aus dem arithmetischen Mittel des Verhältniswerts zum Zeitpunkt n und dem Verhältniswert zum Zeitpunkt n-1.Preferably, the stability parameter is formed as the logarithm of the ratio. It is further provided according to the invention that the stability parameter is attenuated over time with a damping function. In this way, excessive transient changes in the stability parameter can advantageously be contained. For example, an attenuation function may be formed such that at a time instant n the stability parameter is formed from the arithmetic mean of the ratio value at time n and the ratio value at time n-1.

Es ist bevorzugt, dass an mehreren Stellen die Kenngröße zeitgleich gemessen und für jede Stelle das lokale Spektrum ermittelt wird, wobei die lokalen Spektren eine Einhüllende haben, die als das Spektrum verwendet wird. Von dem mit der Einhüllenden gebildeten Spektrum ist der gesamte eventuell von räumlichen Inhomogenitäten bestimmte Betriebszustand der Brennkammer repräsentiert. Dadurch kann vorteilhaft die Brummneigung der Brennkammer in einem Betriebszustand abgeschätzt werden, bei dem die Brennkammer räumlich inhomogen beaufschlagt ist. Die Brennkammer ist bevorzugt als eine Ringbrennkammer rotationssymmetrisch um eine Achse ausgebildet und weist mehrere Stellen auf, an denen die Kenngrößen gemessen werden, wobei die Anzahl der Messstellen unter Ausnutzung der Symmetrie von Schwingungsformen reduziert ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Kenngröße der Schalldruck in der Brennkammer und/oder die Beschleunigung der Brennkammerstruktur ist.It is preferred that at multiple locations the characteristic is measured at the same time and for each site the local spectrum is determined, the local spectra having an envelope used as the spectrum. Of the spectrum formed by the envelope is the entire possibly determined by spatial inhomogeneities operating state of Combustion chamber represents. As a result, the tendency to hum of the combustion chamber can advantageously be estimated in an operating state in which the combustion chamber is spatially inhomogeneously charged. The combustion chamber is preferably designed as an annular combustion chamber rotationally symmetrical about an axis and has a plurality of points at which the parameters are measured, wherein the number of measuring points is reduced by utilizing the symmetry of vibration modes. Furthermore, it is preferred that the parameter is the sound pressure in the combustion chamber and / or the acceleration of the combustion chamber structure.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Gasturbine mit einer Brennkammer weist die Schritte auf: Durchführen des vorherigen Verfahrens zur Analyse der Brummneigung der Brennkammer der Gasturbine während deren Betrieb; sobald das Quantifizieren der Brummneigung ergibt, dass der Stabilitätsparameter mindestens einen der Schwellenwerte erreicht hat,Reduzieren der Abtriebsleistung der Gasturbine.The method according to the invention for controlling an operation of a gas turbine with a combustion chamber comprises the steps of: performing the previous method for analyzing the tendency to hum of the combustion chamber of the gas turbine during its operation; once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached at least one of the threshold values, reducing the output power of the gas turbine.

Somit kann der Stabilitätsparameter direkt als Regelgröße zum Betrieb der Gasturbine verwendet werden. Die momentane Last der Gasturbine steht in direkter Korrelation zum Stabilitätsparameter, so dass mit dem Stabilitätsparameter eine Leistungsregelung der Gasturbine im Hinblick auf das Abwenden von dem Brummen der Brennkammer bewerkstelligbar ist.Thus, the stability parameter can be used directly as a controlled variable for operating the gas turbine. The instantaneous load of the gas turbine is directly correlated to the stability parameter, so that with the stability parameter, a power control of the gas turbine with regard to the avoidance of the hum of the combustion chamber can be accomplished.

Das Verfahren zur Steuerung des Betriebs der Gasturbine weist ferner den Schritt auf: sobald das Quantifizieren der Brummneigung ergibt, dass der Stabilitätsparameter einen vorherbestimmten Abstandswert zu mindestens einem der Schwellenwerte erreicht hat, Steuern des Betriebs der Gasturbine derart, dass die Brummneigung herabgesetzt wird. Dadurch kann vorteilhaft im Vorfeld des Eintretens einer unzulässig hohen Brummneigung ein Herunterfahren der Gasturbine verhindert werden, so dass ein möglichst kontinuierlicher Betrieb der Gasturbine ermöglicht ist. Es ist bevorzugt, dass zum Herabsetzen der Brummneigung als Maßnahme die Turbinenaustrittstemperatur durch Veränderung des Verdichter-Luftmassenstroms in die Brennkammer als Stellgröße gegenüber ihrem Sollwert herabgesetzt wird und/oder die Temperatur des Brennstoffs in die Brennkammer als Stellgröße gegenüber ihrem Sollwert verändert wird und/oder die räumliche Verteilung der Brennstoffzufuhr in die Brennkammer als Stellgröße gegenüber ihrem Sollwert verändert wird und/oder - sofern mehrere Brennerstufen vorhanden sind - die Aufteilung auf verschiedene Brennerstufen als Stellgröße gegenüber ihrem Sollwert verändert wird. Nach der Manipulation der Stellgröße und sobald das Quantifizieren der Brummneigung ergibt, dass die Brummneigung sich weiter verringert hat, wird bevorzugt die Stellgröße auf ihren Sollwert zurückgesetzt.The method of controlling the operation of the gas turbine further includes the step of: once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined distance value to at least one of the threshold values, controlling the operation of the gas turbine to reduce the rumble tendency. As a result, a shutdown of the gas turbine can be advantageously prevented in the run-up to the occurrence of an inadmissibly high rumbling tendency, so that a possible continuous operation of the gas turbine is possible. It is preferred that to reduce the tendency to hum as a measure, the turbine outlet temperature is reduced by changing the compressor air mass flow into the combustion chamber as a manipulated variable compared to their target value and / or the temperature of the fuel is changed in the combustion chamber as a control variable to its desired value and / or spatial distribution of the fuel supply to the combustion chamber as a manipulated variable is changed from its desired value and / or - if more than one burner stages are available - the division is changed to different burner stages as a manipulated variable to its desired value. After the manipulation of the manipulated variable and as soon as the quantification of the rumbling tendency shows that the rumbling tendency has further decreased, the manipulated variable is preferably reset to its desired value.

Ferner weist das Verfahren zur Steuerung des Betriebs der Gasturbine den Schritt auf: sobald das Quantifizieren der Brummneigung ergibt, dass der Stabilitätsparameter einen vorherbestimmten und eine geringe Brummneigung definierenden Abstandswert zu mindestens einem der Schwellenwerte erreicht hat, Steuern des Betriebs der Gasturbine derart, dass der Betrieb der Gasturbine insbesondere hinsichtlich Abtriebsleistung, Emission und/oder Brennstoffverbrauch optimiert wird.Further, the method of controlling the operation of the gas turbine comprises the step of, once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined and low rumble-defining distance value to at least one of the thresholds, controlling the operation of the gas turbine such that the operation the gas turbine is optimized in particular with regard to output power, emission and / or fuel consumption.

Eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung zum Steuern eines Betriebs einer Gasturbine ist eingerichtet das vorher genannte Verfahren durchzuführen.A control device according to the invention for controlling an operation of a gas turbine is set up to carry out the aforementioned method.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse der Brummneigung einer Brennkammer und eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs einer Gasturbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

FIG 1
ein Diagramm eines Spektrums einer Kenngröße der Brennkammer bei unterschiedlichen Betriebszuständen,
FIG 2
ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs eines Stabilitätsparameters bei steigender Turbinenaustrittstemperatur,
FIG 3
ein Diagramm eines Steuerungsverlaufs für die Gasturbine bei sich ungünstig verändernden Umgebungsbedingungen und
FIG 4
ein Diagramm eines Steuerungsverlaufs für die Gasturbine bei Leistungsanhebung.
In the following, a preferred embodiment of the inventive method for analyzing the rumbling tendency of a combustion chamber and a method for controlling the operation of a gas turbine is explained with reference to the accompanying schematic drawings. Show it:
FIG. 1
a diagram of a spectrum of a characteristic of the combustion chamber at different operating states,
FIG. 2
a diagram of the time profile of a stability parameter with increasing turbine outlet temperature,
FIG. 3
a diagram of a control curve for the gas turbine in unfavorable changing environmental conditions and
FIG. 4
a diagram of a control curve for the gas turbine with power boost.

In FIG 1 ist ein Koordinatensystem gezeigt, in dem Spektren 1, 1' und 1" aufgetragen sind. Die Abszissenachse 4 des Koordinatensystems zeigt eine Frequenz in [Hz], wobei die Ordinatenachse 5 des Koordinatensystems eine Amplitude als eine dimensionslose Größe zeigt. Die Spektren 1, 1', 1" sind die Amplitudenverläufe einer Kenngröße über die Frequenz. Die Kenngröße ist der Schalldruck in einer Brennkammer, der beim Betrieb der Brennkammer auftritt. Der Schalldruck in der Brennkammer kann beispielsweise mit einem oder mehreren Mikrofonen in der Brennkammer gemessen werden.In FIG. 1 A coordinate system is shown in which spectra 1, 1 'and 1 "are plotted, and the axis of abscissa 4 of the coordinate system shows a frequency in [Hz], where the ordinate axis 5 of the coordinate system shows an amplitude as a dimensionless variable The spectra 1, 1 ', 1 "are the amplitude curves of a characteristic over the frequency. The parameter is the sound pressure in a combustion chamber, which occurs during operation of the combustion chamber. The sound pressure in the combustion chamber can be measured, for example, with one or more microphones in the combustion chamber.

Das Spektrum 1 ergibt sich, wenn die Brummneigung der Brennkammer gering ist. Wird der Betriebszustand der Brennkammer derart geändert, dass sich die Brummneigung erhöht, so verändert sich das Spektrum 1 in das Spektrum 1'. Wird der Betriebszustand der Brennkammer weiter verändert, dass die Brummneigung sich erhöht und in einen gerade noch zulässigen Grenzbereich gelangt, so verändert sich das Spektrum 1' in das Spektrum 1". Als eine erste Resonanz weisen die Spektren 1, 1', 1" ein erstes Amplitudenmaximum 2, 2', 2" und als eine zweite Resonanz ein zweites Amplitudenmaximum 3, 3', 3" auf.The spectrum 1 results when the Brummneigung the combustion chamber is low. If the operating state of the combustion chamber is changed in such a way that the tendency to humming increases, the spectrum 1 changes into the spectrum 1 '. If the operating state of the combustion chamber is further changed, that the rumbling tendency increases and reaches a just yet permissible limit range, the spectrum 1 'changes into the spectrum 1 ".As a first resonance, the spectra 1, 1', 1" first amplitude maximum 2, 2 ', 2 "and as a second resonance a second amplitude maximum 3, 3', 3" on.

Als ein Stabilitätsparameter zum Quantifizieren der Brummneigung der Brennkammer wird der natürliche Logarithmus des Verhältnisses gebildet aus dem ersten Amplitudenmaximum 2, 2', 2" und dem zweiten Amplitudenmaximum 3, 3', 3" genommen.As a stability parameter for quantifying the rumble tendency of the combustion chamber, the natural logarithm of the ratio is formed from the first amplitude maximum 2, 2 ', 2 "and the second amplitude maximum 3, 3', 3" taken.

In FIG 2 ist ein Koordinatensystem gezeigt, über dessen Abszisse 8 die Zeit von 0 bis 2 Minuten aufgetragen ist. Als linke Ordinate 6 ist der Stabilitätsparameter und als rechte Ordinate 7 eine Turbinenaustrittstemperatur aufgetragen. Im Zeitpunkt 0 Minuten liegt der Verlauf 10 der Turbinenaustrittstemperatur bei 579 °C. Daraus ergibt sich der Betriebszustand in der Brennkammer, in der der Schalldruck herrscht, dessen Spektrum 1 in FIG 1 dargestellt ist. Mit dem ersten Amplitudenmaximum 2 und dem zweiten Amplitudenmaximum 3 ergibt sich für das Spektrum 1 der Stabilitätsparameter 6 mit 0,6, wie er in dem in FIG 2 gezeigten Diagramm mit der Verlaufskurve 9 zum Zeitpunkt 0 Minuten gezeigt ist. Wird nun zum Betrieb der Gasturbine die Turbinenaustrittstemperatur erhöht, wie es in der Verlaufskurve 10 in FIG 2 gezeigt ist, so herrscht nach 0,75 Minuten ein Betriebszustand in der Brennkammer, in der der Schalldruck gemäß dem Spektrum 1' in FIG 1 vorherrscht. Aus dem Spektrum 1' ergibt sich mit dem ersten Amplitudenmaximum 1' und dem zweiten Amplitudenmaximum 3' der Stabilitätsparameter 6 mit 0,3, wie er in der Verlaufskurve 9 zum Zeitpunkt 0,75 Minuten in FIG 2 gezeigt ist. Schließlich wird der Verlauf der Turbinenaustrittstemperatur 10 bis auf ein erstes Niveau 11 angehoben. Wie es in FIG 2 gezeigt ist, ist der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 über die Zeit abfallend, was ein Indiz für die über die Zeit gesteigerte Brummneigung der Brennkammer ist.In FIG. 2 a coordinate system is shown, over whose abscissa 8 the time from 0 to 2 minutes is plotted. The left ordinate 6 is the stability parameter and the right ordinate 7 is a turbine outlet temperature. At time 0 minutes, the curve 10 of the turbine outlet temperature is 579 ° C. This results in the operating state in the combustion chamber, in which the sound pressure prevails, the spectrum of 1 in FIG. 1 is shown. With the first amplitude maximum 2 and the second amplitude maximum 3, the stability parameter 6 for the spectrum 1 is 0.6, as it is in the in FIG. 2 shown diagram with the curve 9 at the time 0 minutes. Now, the turbine outlet temperature is increased to operate the gas turbine, as in the curve 10 in FIG. 2 is shown, then prevails after 0.75 minutes an operating condition in the combustion chamber, in which the sound pressure according to the spectrum 1 'in FIG. 1 prevails. From the spectrum 1 'results with the first amplitude maximum 1' and the second amplitude maximum 3 'of the stability parameter 6 with 0.3, as in the course curve 9 at time 0.75 minutes in FIG. 2 is shown. Finally, the course of the turbine outlet temperature 10 is raised to a first level 11. As it is in FIG. 2 is shown, the course 9 of the stability parameter 6 is decreasing over time, which is an indication of the combustion chamber's increased tendency to burn over time.

In FIG 2 ist ferner der Verlauf der Beschleunigung 14 der Brennkammerstruktur gezeigt, die bis zum Anheben der Turbinenaustrittstemperatur 10 auf das erste Niveau 11 im Wesentlichen konstant ist. Wird die Turbinenaustrittstemperatur 10 auf ein zweites Niveau 12 erhöht, so fällt der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 weiter ab und in der Brennkammer tritt schließlich Brummen auf. Das Brummen hat zur Folge, dass mit den damit selbsterregten Verbrennungsschwingungen die Brennkammerstruktur stark schwingungsangeregt wird, wodurch die Beschleunigung 14 zu einer Beschleunigungsspitze 15 schlagartig ansteigt. Die Beschleunigungsspitze 15 ist derart hoch, dass mit einer Beschädigung der Brennkammerstruktur zu rechnen ist. Deshalb wird zum Abwenden eines Schadens der Brennkammerstruktur die Gasturbine abgeschaltet, was sich in einem rapiden Abfall des Verlaufs 10 der Turbinenaustrittstemperatur in FIG 2 zeigt.In FIG. 2 Furthermore, the course of the acceleration 14 of the combustion chamber structure is shown, which is substantially constant until the turbine outlet temperature 10 is raised to the first level 11. If the turbine outlet temperature 10 is increased to a second level 12, then the course 9 of the stability parameter 6 continues to drop and, in the combustion chamber, finally, hum occurs. The hum has the consequence that with it self-excited combustion vibrations, the combustion chamber structure is strongly vibrated, causing the acceleration 14 to abrupt acceleration peak 15 increases. The acceleration tip 15 is so high that damage to the combustion chamber structure is to be expected. Therefore, to prevent damage to the combustor structure, the gas turbine is shut down resulting in a rapid drop in the turbine discharge temperature curve 10 FIG. 2 shows.

In dem in FIG 2 gezeigten Diagramm ist ein Schwellenwert 16 des Stabilitätsparameters 6 bei 0,1 eingezeichnet. Der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 unterschreitet (in FIG 2 mit 17 gezeichnet) den Schwellenwert 16 zu einem ersten Zeitpunkt 18, der bei 1,55 Minuten liegt. Der erste Zeitpunkt 18 ist von dem zweiten Zeitpunkt 19, an dem die Beschleunigungsspitze 15 auftritt, 15 Sekunden vorverlegt. Wird beim Betrieb der Gasturbine der Schwellenwert 16 von dem Stabilitätsparameter 6 unterschritten, so bleibt gemäß FIG 2 eine Reaktionszeit von 15 Sekunden, während der der Betrieb der Gasturbine derart im Hinblick auf eine Abschwächung der Brummneigung geändert werden soll, dass das Brummen der Brennkammer und somit die daraus sich ergebende Schnellabschaltung der Gasturbine vermieden werden kann.In the in FIG. 2 a threshold 16 of the stability parameter 6 is plotted at 0.1. The course 9 of the stability parameter 6 falls below (in FIG. 2 17), threshold 16 at a first time 18, which is 1.55 minutes. The first time 18 is advanced 15 seconds from the second point in time 19, when the acceleration peak 15 occurs. If, during operation of the gas turbine, the threshold 16 is fallen below the stability parameter 6, then it remains FIG. 2 a reaction time of 15 seconds, during which the operation of the gas turbine is to be changed in such a way to attenuate the rumbling tendency that the hum of the combustion chamber and thus the resulting rapid shutdown of the gas turbine can be avoided.

Die Diagramme in FIG 3 und 4 sind ähnlich dem Diagramm in FIG 2 und zeigen einen Betrieb der Gasturbine unter der Maßgabe des Verhinderns von Brummen der Brennkammer. Die Brummneigung der Brennkammer kann sich zum Beispiel dadurch erhöhen, dass in einem Verdichter der Gasturbine aufgrund von Verschleiß oder Verschmutzung das Druckverhältnis abnimmt. Ferner kann sich die Brummneigung der Brennkammer dadurch erhöhen, dass beim Betrieb der Gasturbine die Umgebungstemperatur und somit die Verdichtereintrittstemperatur sich erhöht. Beispielsweise sei die Gasturbine bei einem Niveau der Turbinenaustrittstemperatur betrieben, wie es die Verlaufskurve 10 am Ursprung der Abszisse in FIG 3 zeigt. Hervorgerufen durch beispielsweise einen der vorher genannten Einflüsse erhöht sich die Brummneigung der Brennkammer, so dass der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 abfällt. Ohne ein Eingreifen in den Betrieb der Gasturbine würde sich dieser Prozess fortsetzen, bis schließlich die Brennkammer in das Brummen gelangt. In FIG 3 ist ein zweiter Schwellenwert 16' bei 0,2 eingezeichnet, der oberhalb des ersten Schwellenwerts 16 (Schwellenwert 16 bei 0,1) liegt. Sobald die Verlaufskurve 9 des Stabilitätsparameters 6 den Schwellenwert 16' erreicht hat, wird mit Hilfe einer Regelungseinrichtung für die Gasturbine beispielsweise die Brennstoffzufuhr in die Brennkammer zu einem dritten Zeitpunkt 20 derart reduziert, dass innerhalb von 3 Sekunden zum vierten Zeitpunkt 21 der Verlauf 10 der Turbinenaustrittstemperatur 7 sich um 1 Kelvin absenkt. Dadurch wird das Absenken des Verlaufs 9 des Stabilitätsparameters 6 abgebremst und umgekehrt, so dass schließlich die Verlaufskurve 9 des Stabilitätsparameters 6 den Schwellenwert 16' wieder zum fünften Zeitpunkt 22 überschreitet. Beispielsweise war zum Abfangen des Brummens der Brennkammer die Absenkung der Turbinenaustrittstemperatur 7 um 1 Kelvin nicht ausreichend, um einen hinreichend großen Abstand zum Brummen der Brennkammer zu erzielen, so fällt nach dem fünften Zeitpunkt 22 der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 wieder ab und unterschreitet den Schwellenwert 16'. In einer analogen Maßnahme wie zum dritten Zeitpunkt 20 wird nun der Verlauf 10 der Turbinenaustrittstemperatur 7 nochmals um 1 Kelvin abgesenkt, wodurch wiederum der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 abgebremst und umgekehrt wird, bis schließlich der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 den Schwellenwert 16' überschritten hat.The diagrams in 3 and 4 are similar to the diagram in FIG. 2 and show an operation of the gas turbine under the condition of preventing hum of the combustion chamber. The Brummneigung the combustion chamber may increase, for example, that decreases in a compressor of the gas turbine due to wear or contamination, the pressure ratio. Further, the Brummneigung the combustion chamber may increase by the fact that the ambient temperature and thus the compressor inlet temperature increases during operation of the gas turbine. For example, let the gas turbine operate at a turbine exhaust temperature level, as does the trajectory 10 at the origin of the abscissa in FIG FIG. 3 shows. Caused by, for example, one of the aforementioned Influences increase the Brummneigung the combustion chamber, so that the course 9 of the stability parameter 6 drops. Without intervention in the operation of the gas turbine, this process would continue until eventually the combustion chamber starts to hum. In FIG. 3 a second threshold 16 'is plotted at 0.2 which is above the first threshold 16 (threshold 16 at 0.1). As soon as the curve 9 of the stability parameter 6 has reached the threshold value 16 ', the fuel supply into the combustion chamber is reduced at a third time 20 by means of a control device for the gas turbine such that the curve 10 of the turbine outlet temperature within 3 seconds at the fourth time 21 7 lowers by 1 Kelvin. As a result, the lowering of the curve 9 of the stability parameter 6 is decelerated and vice versa, so that finally the curve 9 of the stability parameter 6 exceeds the threshold value 16 'again at the fifth time point 22. For example, to reduce the humming of the combustion chamber, the lowering of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin was not sufficient to achieve a sufficiently large distance to the hum of the combustion chamber, so falls after the fifth time 22, the curve 9 of the stability parameter 6 again and falls below the threshold 16 '. In an analogous measure as at the third time 20, the curve 10 of the turbine outlet temperature 7 is now lowered again by 1 Kelvin, which in turn decelerates the course 9 of the stability parameter 6 and vice versa, until finally the curve 9 of the stability parameter 6 has exceeded the threshold value 16 ' ,

Der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 steigt nun so weit an, bis ein Schwellenwert 16" bei 0,4 erreicht ist. In diesem Betriebszustand gilt die Brummneigung der Brennkammer als gering, so dass stufenweise das Niveau der Turbinenaustrittstemperatur 7 in ihrem Verlauf 10 wieder auf das ursprüngliche Niveau angehoben werden kann. Durch diese Eingriffe in die Steuerung des Betriebs der Gasturbine ist einerseits das Brummen der Brennkammer unterbunden, wobei dennoch eine hohe Leistungsabgabe der Gasturbine erzielt ist.The course 9 of the stability parameter 6 now increases until a threshold value 16 "at 0.4 is reached. In this operating state, the tendency of the combustion chamber to hum is considered low, so that the level of the turbine outlet temperature 7 gradually returns to its level in FIG original level can be raised through this Interventions in the control of the operation of the gas turbine on the one hand, the hum of the combustion chamber is suppressed, yet a high power output of the gas turbine is achieved.

In dem in FIG 4 gezeigten Diagramm ist der Betrieb der Gasturbine gezeigt, bei dem eine Seigerung der Abtriebsleistung der Gasturbine durch Erhöhen der Turbinenaustrittstemperatur 10 erzielt werden soll. Durch das Erhöhen des Verlaufs 10 der Turbinenaustrittstemperatur fällt der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 ab, bis dieser den Schwellenwert 16' erreicht hat. Durch ein Zurücksetzen des rampenförmigen Verlaufs 10 der Turbinenaustrittstemperatur 7 um 1 Kelvin wird es unterbunden, dass der Stabilitätsparameter 6 den Schwellenwerts 16 ereicht. Wäre diese Absenkung der Turbinenaustrittstemperatur 7 um 1 Kelvin nicht erfolgt, so wäre der Verlauf 9' des Stabilitätsparameters 6 derart, dass es zu einem Erreichen des Schwellenwerts 16 bei 0,1 kommt, wodurch bei dieser Unterschreitung 17 eine Schnellabschaltung der Gasturbine durchzuführen wäre. Durch das Absenken des Verlaufs 10 der Turbinenaustrittstemperatur 7 um 1 Kelvin wird das Abfallen des Verlaufs 9 des Stabilitätsparameters 6 abgebremst und umgekehrt, so dass schließlich der Verlauf 9 des Stabilitätsparameters 6 den Schwellenwert 16' bei 0,2 überschreitet und danach den Schwellenwert 16" bei 0,4 ebenfalls überschreitet. In diesem Betriebszustand gilt die Brummneigung der Brennkammer als gering, so dass die Turbinenaustrittstemperatur 7 über den in FIG 4 gezeigten Verlauf 10 auf das entsprechend geforderte Niveau 10' nachgefahren werden kann, wobei die Brummneigung der Brennkammer stets derart gering bleibt, dass eine Schnellabschaltung der Gasturbine nicht getätigt zu werden braucht.In the in FIG. 4 The diagram shown, the operation of the gas turbine is shown, in which a segregation of the output power of the gas turbine by increasing the turbine outlet temperature 10 is to be achieved. By increasing the curve 10 of the turbine outlet temperature, the profile 9 of the stability parameter 6 drops until it has reached the threshold value 16 '. By resetting the ramp-shaped course 10 of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin, it is prevented that the stability parameter 6 reaches the threshold value 16. If this lowering of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin was not carried out, the curve 9 'of the stability parameter 6 would be such that the threshold value 16 is reached at 0.1, which would result in an early shutdown of the gas turbine. By lowering the curve 10 of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin, the drop of the curve 9 of the stability parameter 6 is decelerated and vice versa, so that finally the curve 9 of the stability parameter 6 exceeds the threshold value 16 'at 0.2 and thereafter the threshold value 16 " 0.4 in this operating state, the tendency of the combustion chamber to hum is considered low, so that the turbine outlet temperature 7 exceeds that in FIG FIG. 4 Course shown 10 can be nachgefahren to the required level required 10 ', wherein the tendency to hum of the combustion chamber always remains so low that an emergency shutdown of the gas turbine need not be made.

Claims (15)

  1. Method for analyzing the humming tendency of a combustion chamber in an operating state, comprising the steps of:
    operating the combustion chamber in the operating state;
    detecting a thermoacoustic variable of the combustion chamber gas volume and/or a vibration variable of the combustion chamber structure in the operating state and determining a characteristic variable from the thermoacoustic variable and/or the vibration variable;
    determining the spectrum (1, 1', 1") of the characteristic variable in the operating state as the amplitude profile of the characteristic variable over time;
    identifying a first resonance and a second resonance of the characteristic variable with the aid of the spectrum (1, 1', 1") ;
    determining the amplitude value (2, 2', 2") of the first resonance and the amplitude value (3, 3', 3") of the second resonance;
    calculating a stability parameter (9, 9') as a function of the amplitude value (2, 2', 2") of the first resonance and the amplitude value (3, 3', 3") of the second resonance;
    determining the lower distance value and/or the upper distance value by which the stability parameter (9, 9') lies above a lower predetermined threshold value (16) and/or below an upper predetermined threshold value, the threshold values (16) being chosen such that, if the combustion chamber is operated in an operating state with a humming tendency that is just about at a permissible level, the stability parameter (9, 9') in this operating state lies at one of the threshold values (16);
    quantifying the humming tendency by means of the lower distance value and/or the upper distance value, the stability parameter (9, 9') being damped over time by a damping function.
  2. Method according to Claim 1,
    wherein the stability parameter (9, 9') is calculated with the ratio value from dividing the amplitude value (2, 2', 2") of the first resonance and the amplitude value (3, 3', 3") of the second resonance.
  3. Method according to Claim 1 or 2,
    wherein the stability parameter (9, 9') is formed as the logarithm of the ratio value.
  4. Method according to one of Claims 1 to 3,
    wherein the characteristic variable is measured simultaneously at a number of locations and the local spectrum is determined for each location,
    wherein the local spectra have an envelope that is used as the spectrum (1, 1', 1").
  5. Method according to Claim 4,
    wherein the combustion chamber is formed rotationally symmetrically about an axis as an annular combustion chamber and has a number of locations at which the characteristic variables are measured, the number of measuring locations being reduced by using the symmetry of forms of oscillation.
  6. Method according to one of Claims 1 to 5,
    wherein the characteristic variable is the acoustic pressure in the combustion chamber and/or the acceleration of the combustion chamber structure.
  7. Method for controlling operation of a gas turbine with a combustion chamber, comprising the steps of:
    carrying out the method for analyzing the humming tendency of the combustion chamber of the gas turbine during its operation according to one of Claims 1 to 6;
    reducing the output power of the gas turbine as soon as the quantifying of the humming tendency shows that the stability parameter (9, 9') has reached at least one of the threshold values (16).
  8. Method according to Claim 7,
    wherein the stability parameter is used directly as a controlled variable for operating the gas turbine.
  9. Method according to Claim 8,
    wherein the momentary load of the gas turbine is in direct correlation with the stability parameter, so that with the stability parameter a closed-loop control of the power of the gas turbine with a view to averting humming of the combustion chamber is accomplished.
  10. Method according to one of Claims 7-9, comprising the step of:
    controlling the operation of the gas turbine in such a way that the humming tendency is reduced as soon as the quantifying of the humming tendency shows that the stability parameter (9, 9') has reached a predetermined distance value (16') from at least one of the threshold values (16).
  11. Method according to Claim 10,
    wherein, as a measure for reducing the humming tendency, the turbine outlet temperature (10) as a manipulated variable is lowered with respect to its setpoint value (10') by changing the compressor air mass flow into the combustion chamber and/or the temperature of the fuel into the combustion chamber as a manipulated variable is changed with respect to its setpoint value and/or the spatial distribution of the fuel supply into the combustion chamber as a manipulated variable is changed with respect to its setpoint value.
  12. Method according to Claim 11,
    wherein there are a number of burner stages, the apportionment among different burner stages as a manipulated variable being changed with respect to its setpoint value.
  13. Method according to Claim 12,
    wherein the manipulated variable (10) is reset to its setpoint value (10') after the manipulation of the manipulated variable (10) and as soon as the quantifying of the humming tendency shows that the humming tendency has reduced further.
  14. Method according to one of Claims 7 to 13, comprising the step of:
    controlling the operation of the gas turbine in such a way that the operation of the gas turbine is optimized, in particular with regard to output power, emissions and/or fuel consumption, as soon as the quantifying of the humming tendency shows that the stability parameter (9, 9') has reached a distance value (16") from at least one of the threshold values (16) that is predetermined and defines a low humming tendency.
  15. Control device for controlling operation of a gas turbine, wherein the control device is designed for carrying out a method according to one of Claims 7 to 11.
EP10713903.2A 2009-04-08 2010-04-07 Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine Active EP2417395B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10713903.2A EP2417395B1 (en) 2009-04-08 2010-04-07 Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09157596A EP2239505A1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Method for analysing the tendency to hum of a combustion chamber and method for controlling a gas turbine
PCT/EP2010/054585 WO2010115921A2 (en) 2009-04-08 2010-04-07 Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine
EP10713903.2A EP2417395B1 (en) 2009-04-08 2010-04-07 Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2417395A2 EP2417395A2 (en) 2012-02-15
EP2417395B1 true EP2417395B1 (en) 2018-09-05

Family

ID=41010879

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09157596A Withdrawn EP2239505A1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Method for analysing the tendency to hum of a combustion chamber and method for controlling a gas turbine
EP10713903.2A Active EP2417395B1 (en) 2009-04-08 2010-04-07 Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09157596A Withdrawn EP2239505A1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Method for analysing the tendency to hum of a combustion chamber and method for controlling a gas turbine

Country Status (5)

Country Link
EP (2) EP2239505A1 (en)
CN (1) CN102713438B (en)
ES (1) ES2700444T3 (en)
RU (1) RU2548233C2 (en)
WO (1) WO2010115921A2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2520863B1 (en) * 2011-05-05 2016-11-23 General Electric Technology GmbH Method for protecting a gas turbine engine against high dynamical process values and gas turbine engine for conducting said method
EP3045676A1 (en) 2015-01-13 2016-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for avoiding a rotating stall
EP3101343A1 (en) * 2015-06-05 2016-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Intelligent control method with variable thresholds based on vibration readings
RU2618774C1 (en) * 2016-01-11 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine
DE102019204422A1 (en) 2019-03-29 2020-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Prediction of the combustion dynamics of a gas turbine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55110823A (en) * 1979-02-16 1980-08-26 Kobe Steel Ltd Controlling method of air ratio at combustion furnace
JPH0792225B2 (en) * 1986-08-05 1995-10-09 バブコツク日立株式会社 Combustion vibration monitoring device
RU2046312C1 (en) * 1991-10-08 1995-10-20 Машиностроительное конструкторское бюро "Гранит" Method of diagnosis of degree of choking of manifold with injectors of gas-turbine engine combustion chamber
US5719791A (en) * 1995-03-17 1998-02-17 Georgia Tech Research Corporation Methods, apparatus and systems for real time identification and control of modes of oscillation
US5706643A (en) * 1995-11-14 1998-01-13 United Technologies Corporation Active gas turbine combustion control to minimize nitrous oxide emissions
US5865609A (en) * 1996-12-20 1999-02-02 United Technologies Corporation Method of combustion with low acoustics
GB2344883B (en) * 1998-12-16 2003-10-29 Graviner Ltd Kidde Flame monitoring methods and apparatus
EP1327824A1 (en) * 2001-12-24 2003-07-16 ABB Schweiz AG Detection and control of gas turbine combustion operation above lean blowout condition
EP1688671B2 (en) * 2005-02-03 2019-01-09 Ansaldo Energia IP UK Limited Protection method and control system for a gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011145037A (en) 2013-05-20
WO2010115921A2 (en) 2010-10-14
ES2700444T3 (en) 2019-02-15
WO2010115921A3 (en) 2013-03-14
RU2548233C2 (en) 2015-04-20
CN102713438B (en) 2014-09-10
EP2417395A2 (en) 2012-02-15
CN102713438A (en) 2012-10-03
EP2239505A1 (en) 2010-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2417395B1 (en) Method for analysing the humming tendency of a combustion chamber, and method for controlling a gas turbine
EP1880141B1 (en) Method and apparatus for regulating the functioning of a gas turbine combustor
EP2562369B1 (en) Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant for implementing the method
EP2011963B1 (en) Method for operating a gas turbine with axial thrust balance
EP1483536B1 (en) Gas turbine
DE112008003188T5 (en) Active combustion control for a turbine engine
EP2789914A1 (en) Method for monitoring the status of a flame
DE102010016615A1 (en) Error detection and protection of multi-stage compressors
EP1621811A1 (en) Operating Method for a Combustion Apparatus
CH706985B1 (en) Method, apparatus and system for determining a target exhaust gas temperature for a gas turbine.
DE10144958B4 (en) Regeneration of a particulate filter of a diesel internal combustion engine
EP2805058A1 (en) Method for avoiding pump surges in a compressor
EP1971804B1 (en) Method for the operation of a firing plant
EP1934528B1 (en) Method and device for monitoring the deposition of solid particles, in particular in the fuel line of a gas turbine
EP3617481B1 (en) Monitoring of servo valve filter elements
EP1533569B1 (en) Method for operating a furnace
DE102014112839A1 (en) Method and system for increasing the detection reliability of secondary flame detectors in a gas turbine
DE102013211042B3 (en) Compressor operating method for aero engine gas turbine, involves controlling air valve arrangement based on detected operating mode, and cooling air flow by coolant valve arrangement through injecting arrangement
DE102008002610A1 (en) Online method for monitoring and controlling a gas-turbine installation calculates a mathematical-cum-physical processing model for a gas turbine
EP2946096B1 (en) Method for operating a gas turbine below the nominal power thereof
EP1792242A1 (en) Method and device for determining an error state in a rotating compressor
DE102015214702A1 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
EP2638269B1 (en) Method for controlling a gas turbine
EP4045851B1 (en) Method for controlling a combustor
EP2853717A1 (en) Gas turbine for CO compliant operation under partial load

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110829

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

R17D Deferred search report published (corrected)

Effective date: 20130314

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20180503

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1038259

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20180915

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502010015330

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: NV

Representative=s name: SIEMENS SCHWEIZ AG, CH

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: FP

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181206

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2700444

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

Effective date: 20190215

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190105

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190105

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502010015330

Country of ref document: DE

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

26N No opposition filed

Effective date: 20190606

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Payment date: 20190318

Year of fee payment: 11

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20190430

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190407

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190430

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190407

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1038259

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20190407

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190407

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502010015330

Country of ref document: DE

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20100407

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20210830

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200408

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20180905

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

Free format text: REGISTERED BETWEEN 20220908 AND 20220914

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: PD

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG; DE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), ASSIGNMENT; FORMER OWNER NAME: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Effective date: 20221220

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20230421

Year of fee payment: 14

Ref country code: FR

Payment date: 20230421

Year of fee payment: 14

Ref country code: DE

Payment date: 20220617

Year of fee payment: 14

Ref country code: CH

Payment date: 20230502

Year of fee payment: 14

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20230418

Year of fee payment: 14

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20240425

Year of fee payment: 15