JP2000088251A - ガスタ―ビン燃焼室における熱音響的な振動を減少する方法並びに装置 - Google Patents
ガスタ―ビン燃焼室における熱音響的な振動を減少する方法並びに装置Info
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービン燃焼室における熱音響的な振動
の圧力振幅を最小限に減少する方法並びに装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 ガスタービン燃焼室における熱音響的な
振動を減少する方法において、前混合バーナ内に液状又
はガス状の前混合燃料が調整して噴射される。前混合燃
料は２本の燃料ライン（１３，１４）を介して供給され
かつ供給された燃料量の調整は燃料ライン毎それぞれ１
つの燃料弁を介して行われる。
の圧力振幅を最小限に減少する方法並びに装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 ガスタービン燃焼室における熱音響的な
振動を減少する方法において、前混合バーナ内に液状又
はガス状の前混合燃料が調整して噴射される。前混合燃
料は２本の燃料ライン（１３，１４）を介して供給され
かつ供給された燃料量の調整は燃料ライン毎それぞれ１
つの燃料弁を介して行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
室における熱音響的な振動を最小限に減少する方法並び
に装置に関する。
室における熱音響的な振動を最小限に減少する方法並び
に装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、ガスタービンの燃焼室内
では頻繁に不所望の熱音響的な振動が生ずる。“熱音響
的な振動”という概念は、相互に増幅される熱的及び音
響的な外乱を意味する。この場合高い振動振幅が生じ、
これによって、例えば燃焼室が著しく機械的に負荷さ
れ、不均質な燃焼に基づきＮＯｘ・エミッションが増大
せしめられかつフレームが消炎せしめられるような不所
望の効果が生ずる。これは特に、音響的な減衰作用の劣
る燃焼システムの場合に生ずる。広範な作動領域に亘っ
てパルセーション及びエミッションに関連して高い出力
を保証するために、燃焼振動のアクティブな制御が必要
である。
では頻繁に不所望の熱音響的な振動が生ずる。“熱音響
的な振動”という概念は、相互に増幅される熱的及び音
響的な外乱を意味する。この場合高い振動振幅が生じ、
これによって、例えば燃焼室が著しく機械的に負荷さ
れ、不均質な燃焼に基づきＮＯｘ・エミッションが増大
せしめられかつフレームが消炎せしめられるような不所
望の効果が生ずる。これは特に、音響的な減衰作用の劣
る燃焼システムの場合に生ずる。広範な作動領域に亘っ
てパルセーション及びエミッションに関連して高い出力
を保証するために、燃焼振動のアクティブな制御が必要
である。
【０００３】ガスタービンバーナのフルイディック（fl
uidic）な安定性は、熱音響的な振動の発生のために極
めて重要である。バーナ内で発生するフルイディックな
不安定波によって渦流が発生せしめられる。コヒーレン
ト（coherent）な組織とも呼ばれる前記渦流は、空気と
燃料との混合プロセスにおいて極めて重要である。コヒ
ーレントな組織の動的作用は、燃焼及びこれに関連した
ヒートレリーズ（heatrelease）に影響を及ぼす。従っ
て渦流によって、バーナのフレームの周期的なヒートレ
リーズひいては圧力変動が生ぜしめられる。特にバーナ
の全エリアに亘って燃料と空気との均質な混合が得られ
ない場合には、コヒーレントな渦流組織の発生によって
熱音響的な不安定性の発生に著しく影響が及ぼされる。
従って、前混合バーナのフレームを安定させるためにバ
ーナの振動傾向を低減する別の可能性が生ずる。
uidic）な安定性は、熱音響的な振動の発生のために極
めて重要である。バーナ内で発生するフルイディックな
不安定波によって渦流が発生せしめられる。コヒーレン
ト（coherent）な組織とも呼ばれる前記渦流は、空気と
燃料との混合プロセスにおいて極めて重要である。コヒ
ーレントな組織の動的作用は、燃焼及びこれに関連した
ヒートレリーズ（heatrelease）に影響を及ぼす。従っ
て渦流によって、バーナのフレームの周期的なヒートレ
リーズひいては圧力変動が生ぜしめられる。特にバーナ
の全エリアに亘って燃料と空気との均質な混合が得られ
ない場合には、コヒーレントな渦流組織の発生によって
熱音響的な不安定性の発生に著しく影響が及ぼされる。
従って、前混合バーナのフレームを安定させるためにバ
ーナの振動傾向を低減する別の可能性が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、ガスタービン燃焼室における熱音響的な振動の圧力
振幅を最小限に減少する方法並びに装置を提供すること
にある。
は、ガスタービン燃焼室における熱音響的な振動の圧力
振幅を最小限に減少する方法並びに装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の、ガスタ
ービンにおける熱音響的な振動の圧力振幅を最小限に減
少する方法、並びに、特許請求の範囲第１１項の特徴部
分に記載の装置によって解決された。
ば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の、ガスタ
ービンにおける熱音響的な振動の圧力振幅を最小限に減
少する方法、並びに、特許請求の範囲第１１項の特徴部
分に記載の装置によって解決された。
【０００６】
【発明の効果】広範な渦流に変換される燃料量には、前
混合バーナの前混合燃料流の制御された調整によって影
響を及ぼすことができる。本発明によれば、前混合バー
ナへの液状又はガス状の燃料の噴射は調整して行われ
る。この場合、調整された噴射とは、本発明によれば時
間的に可変な各燃料噴射を意味する。本発明によれば調
整は任意の周波数で行うことができる。有利には噴射
は、０．３Ｈｚ乃至５ｋＨｚの周波数で行われ、この場
合５Ｈｚ乃至２００Ｈｚ範囲が特に有利である。この場
合噴射は、燃焼システム内の圧力振動とは位相的に無関
係に行われる。
混合バーナの前混合燃料流の制御された調整によって影
響を及ぼすことができる。本発明によれば、前混合バー
ナへの液状又はガス状の燃料の噴射は調整して行われ
る。この場合、調整された噴射とは、本発明によれば時
間的に可変な各燃料噴射を意味する。本発明によれば調
整は任意の周波数で行うことができる。有利には噴射
は、０．３Ｈｚ乃至５ｋＨｚの周波数で行われ、この場
合５Ｈｚ乃至２００Ｈｚ範囲が特に有利である。この場
合噴射は、燃焼システム内の圧力振動とは位相的に無関
係に行われる。
【０００７】第１図は、熱音響的な振動の圧力振幅を最
小限に減少するための本発明による方法が適用される前
混合バーナが図示されている。バーナは、開口１５を備
えた２つの燃料ライン１３，１４を有していて、前記開
口１５を介して、ガス状又は液状の燃料１６が燃焼空気
７と混合される。
小限に減少するための本発明による方法が適用される前
混合バーナが図示されている。バーナは、開口１５を備
えた２つの燃料ライン１３，１４を有していて、前記開
口１５を介して、ガス状又は液状の燃料１６が燃焼空気
７と混合される。
【０００８】燃料１６を燃焼空気７と混合する開口１５
の正確な位置は、第２図から明らかである。燃料ライン
１３，１４は分割体１，２に設けられているので、開口
１５は、前混合バーナの主中央軸線（バーナ軸線）２６
から等間隔をおいて平行に延びる２本の直線に沿って整
列している。全ての開口１５は一平面、つまり燃料噴射
平面に位置している。
の正確な位置は、第２図から明らかである。燃料ライン
１３，１４は分割体１，２に設けられているので、開口
１５は、前混合バーナの主中央軸線（バーナ軸線）２６
から等間隔をおいて平行に延びる２本の直線に沿って整
列している。全ての開口１５は一平面、つまり燃料噴射
平面に位置している。
【０００９】本発明によれば、開口１５を介した燃料の
噴射は時間的に一定に行われるのではなく、調整して行
われる。つまり、燃料ライン１３，１４を介して供給さ
れる燃料量は可変である。
噴射は時間的に一定に行われるのではなく、調整して行
われる。つまり、燃料ライン１３，１４を介して供給さ
れる燃料量は可変である。
【００１０】燃料ライン１３，１４は、個々の燃料ライ
ン（図示せず）によって燃料を供給される沈静化室（図
示せず）から分割体１，２の方向に延びている。この実
施態様によれば、調整は燃料弁の開閉によって行われ、
これによって、沈静化室に供給される燃料量ひいては燃
料ライン１３，１４を介して搬送される燃料量を変える
ことができる。つまり、前記本発明による本実施態様に
よれば、燃料量は両燃料ライン１３，１４において同じ
形式で（対称的に）変えることができる。
ン（図示せず）によって燃料を供給される沈静化室（図
示せず）から分割体１，２の方向に延びている。この実
施態様によれば、調整は燃料弁の開閉によって行われ、
これによって、沈静化室に供給される燃料量ひいては燃
料ライン１３，１４を介して搬送される燃料量を変える
ことができる。つまり、前記本発明による本実施態様に
よれば、燃料量は両燃料ライン１３，１４において同じ
形式で（対称的に）変えることができる。
【００１１】本発明の別の実施態様によれば、それぞれ
１つの燃料ラインを介して供給される燃料量はそれぞれ
１つの燃料弁を介して可変である。このために上述のバ
ーナは技術的に修正されねばならない。このことは、沈
静化室を貫通して燃料ライン１３，１４を案内し、これ
により両燃料ラインに燃料を別個の供給できるように行
われるか、又は、各燃料ライン１３，１４のためにそれ
ぞれ１つの別個の沈静化室を設けることによって行われ
る。この場合前記別個の沈静化室には別個に燃料が供給
される。
１つの燃料ラインを介して供給される燃料量はそれぞれ
１つの燃料弁を介して可変である。このために上述のバ
ーナは技術的に修正されねばならない。このことは、沈
静化室を貫通して燃料ライン１３，１４を案内し、これ
により両燃料ラインに燃料を別個の供給できるように行
われるか、又は、各燃料ライン１３，１４のためにそれ
ぞれ１つの別個の沈静化室を設けることによって行われ
る。この場合前記別個の沈静化室には別個に燃料が供給
される。
【００１２】上記いずれのケースでも、燃料ライン１
３，１４を介して前混合バーナに供給される燃料量は、
それぞれ１つの燃料弁を介して変えられる。従って、燃
料ライン１３を介して供給される燃料量の調整は、燃料
ライン１４を介して供給される燃料量の調整とは無関係
に行われる。つまり、調整された両燃料流の間では任意
の位相変位が生ずる。極端なケースでは燃料流の調整は
１８０度だけ位相変位させて（反対称的に）行われる、
即ち、一方の燃料ラインを介して最大の噴射が行われる
場合に他方の燃料ラインを介して最小の噴射が行われ
る。
３，１４を介して前混合バーナに供給される燃料量は、
それぞれ１つの燃料弁を介して変えられる。従って、燃
料ライン１３を介して供給される燃料量の調整は、燃料
ライン１４を介して供給される燃料量の調整とは無関係
に行われる。つまり、調整された両燃料流の間では任意
の位相変位が生ずる。極端なケースでは燃料流の調整は
１８０度だけ位相変位させて（反対称的に）行われる、
即ち、一方の燃料ラインを介して最大の噴射が行われる
場合に他方の燃料ラインを介して最小の噴射が行われ
る。
【００１３】当然上述の対称的な調整形式は修正された
バーナによっても、つまり、２つの燃料弁を用いても実
施することができる。この場合、一方の燃料弁によって
通流させられる燃料量はあらゆる時点で第２の燃料弁に
よって通流させられる燃料量にほぼ等しい。
バーナによっても、つまり、２つの燃料弁を用いても実
施することができる。この場合、一方の燃料弁によって
通流させられる燃料量はあらゆる時点で第２の燃料弁に
よって通流させられる燃料量にほぼ等しい。
【００１４】従って本発明によれば、両燃料流の間でそ
れぞれ任意の位相変位φを利用できる。有利な実施態様
によれば、調整は両燃料ラインにおいて等しく行われ
る。有利な別の実施態様によれば、燃料流の調整は１８
０度だけ位相変位させて行われる、即ち、一方の燃料ラ
インを介して最大の噴射が行われる場合に他方の燃料ラ
インを介して最小の噴射が行われる。
れぞれ任意の位相変位φを利用できる。有利な実施態様
によれば、調整は両燃料ラインにおいて等しく行われ
る。有利な別の実施態様によれば、燃料流の調整は１８
０度だけ位相変位させて行われる、即ち、一方の燃料ラ
インを介して最大の噴射が行われる場合に他方の燃料ラ
インを介して最小の噴射が行われる。
【００１５】φ＝１８０度の場合には、前混合バーナの
フレームの軸対称性が特に効果的に阻害される。振幅の
高い低周波数の熱音響的な圧力振動の場合には、周知の
ように、広範の軸対称的な渦流組織が周期的なヒートレ
リーズの原因となる。燃焼に関するこのような渦流組織
の作用には、フレームの軸対称性が阻害されることによ
って、極めて効果的に影響が及ぼされ、このことは本発
明によれば、両前混合燃料流の位相変位される調整によ
って得られる。特に有利な効果は、１８０度の位相変位
の場合に得られる。
フレームの軸対称性が特に効果的に阻害される。振幅の
高い低周波数の熱音響的な圧力振動の場合には、周知の
ように、広範の軸対称的な渦流組織が周期的なヒートレ
リーズの原因となる。燃焼に関するこのような渦流組織
の作用には、フレームの軸対称性が阻害されることによ
って、極めて効果的に影響が及ぼされ、このことは本発
明によれば、両前混合燃料流の位相変位される調整によ
って得られる。特に有利な効果は、１８０度の位相変位
の場合に得られる。
【００１６】選択的に噴射は、本発明の範囲において特
に有利な実施態様によれば、噴射が圧力振動と不変な位
相関係にあるように、行われる。この場合、圧力振動の
位相は例えば燃焼室内のマイクロホンを介して規定され
かつこの位相情報が噴射制御のために使用される。
に有利な実施態様によれば、噴射が圧力振動と不変な位
相関係にあるように、行われる。この場合、圧力振動の
位相は例えば燃焼室内のマイクロホンを介して規定され
かつこの位相情報が噴射制御のために使用される。
【００１７】有利には、燃料の瞬間的な噴射は、燃焼シ
ステムにおいて測定される信号に位相連結される。この
場合、燃焼システムにおいて熱音響的な振動に互いに関
連する信号が測定される。この信号は、バーナの下流側
で燃焼室内で又はバーナの上流側に配置された沈静化室
内で測定することができる。この場合有利には、燃料の
瞬間的な噴射を測定信号の関数として制御する手段が設
けられている。
ステムにおいて測定される信号に位相連結される。この
場合、燃焼システムにおいて熱音響的な振動に互いに関
連する信号が測定される。この信号は、バーナの下流側
で燃焼室内で又はバーナの上流側に配置された沈静化室
内で測定することができる。この場合有利には、燃料の
瞬間的な噴射を測定信号の関数として制御する手段が設
けられている。
【００１８】測定信号と瞬間的な噴射との間の、測定さ
れる信号形式に応じて種々異なる適当な位相差を選択す
ることによって、燃料の調整された噴射が最適な形式で
コヒーレントな組織発生に抗して作用するので、圧力脈
動の振幅が減少される。
れる信号形式に応じて種々異なる適当な位相差を選択す
ることによって、燃料の調整された噴射が最適な形式で
コヒーレントな組織発生に抗して作用するので、圧力脈
動の振幅が減少される。
【００１９】有利には燃焼システムにおいて、熱音響的
な振動と関連した圧力変動を表わす圧力信号が測定され
る。このことは例えば、燃焼室、沈静化室又は両室の一
方の室の壁部に配置された単数又は複数のマイクロホン
によって行われる。
な振動と関連した圧力変動を表わす圧力信号が測定され
る。このことは例えば、燃焼室、沈静化室又は両室の一
方の室の壁部に配置された単数又は複数のマイクロホン
によって行われる。
【００２０】別の可能性は、燃焼プロセスのヒートレリ
ーズ変動に互いに関連する光学的な信号の測定にある。
この場合、有利にはラジカル（radical）ＯＨ又はＣＨ
の１つによって化学発光・エミッションが測定される。
光学的な信号は、可視光線又は赤外線用のセンサによっ
て、有利には光学的なファイバープローブ（fiber prob
e）によって記録される。
ーズ変動に互いに関連する光学的な信号の測定にある。
この場合、有利にはラジカル（radical）ＯＨ又はＣＨ
の１つによって化学発光・エミッションが測定される。
光学的な信号は、可視光線又は赤外線用のセンサによっ
て、有利には光学的なファイバープローブ（fiber prob
e）によって記録される。
【００２１】有利には、燃焼システムにおいて測定され
る信号は、濾過され、移相されかつ増幅される。このよ
うにして得られた信号は、液状又はガス状の燃料の瞬間
的な噴射を制御するために入力信号として利用される。
必要である場合には、信号は濾過する前に付加的に増幅
される。濾過手段は、障害となるノイズ信号を抑制しか
つ有利には帯域フィルタから形成される。移相により、
通常位相変位が測定センサの配置、測定器械及び導路自
体に基づき生ぜしめられるこという事実が考慮される。
圧力振幅を最大限減少せしめるように、相対位相が選ば
れる場合には、全ての移相効果は暗示的に考慮される。
移相の値は、有利な値の規定に応じて、不変に維持され
る。しかし作動条件によって極めて有利な相対位相を変
えることができるので、相対位相は有利には可変に維持
されかつ例えば圧力変動の制御によって、常時著しい抑
制作用が保証されるように調和される。
る信号は、濾過され、移相されかつ増幅される。このよ
うにして得られた信号は、液状又はガス状の燃料の瞬間
的な噴射を制御するために入力信号として利用される。
必要である場合には、信号は濾過する前に付加的に増幅
される。濾過手段は、障害となるノイズ信号を抑制しか
つ有利には帯域フィルタから形成される。移相により、
通常位相変位が測定センサの配置、測定器械及び導路自
体に基づき生ぜしめられるこという事実が考慮される。
圧力振幅を最大限減少せしめるように、相対位相が選ば
れる場合には、全ての移相効果は暗示的に考慮される。
移相の値は、有利な値の規定に応じて、不変に維持され
る。しかし作動条件によって極めて有利な相対位相を変
えることができるので、相対位相は有利には可変に維持
されかつ例えば圧力変動の制御によって、常時著しい抑
制作用が保証されるように調和される。
【００２２】位相的に無関係な調整のために上述したよ
うに、前混合燃料流の位相連結した前記調整は、１つ
（対称的な調整）又は２つの燃料弁の開閉によって行わ
れ、これによって、燃料ライン１３，１４を介して供給
される燃料量を変えることができる。位相連結した調整
においても、２つの燃料弁を使用した場合に、本発明に
よれば一方の燃料ラインを介して供給される燃料量を第
２の燃料ラインを介して供給される燃料量の調整とは無
関係に変化させることができる。
うに、前混合燃料流の位相連結した前記調整は、１つ
（対称的な調整）又は２つの燃料弁の開閉によって行わ
れ、これによって、燃料ライン１３，１４を介して供給
される燃料量を変えることができる。位相連結した調整
においても、２つの燃料弁を使用した場合に、本発明に
よれば一方の燃料ラインを介して供給される燃料量を第
２の燃料ラインを介して供給される燃料量の調整とは無
関係に変化させることができる。
【００２３】従って本発明によれば、両燃料流の間でそ
れぞれ任意の位相変位φを生ぜしめることができる。有
利な実施態様では、両燃料ラインにおける調整は等しく
（φ＝０゜）行われる。別の有利な実施態様によれば、
燃料流の調整は１８０度だけ位相変位させて、つまり、
例えば燃料ライン１３を介した最大の噴射の場合に燃料
ライン１４を介した最小の噴射が行われる。
れぞれ任意の位相変位φを生ぜしめることができる。有
利な実施態様では、両燃料ラインにおける調整は等しく
（φ＝０゜）行われる。別の有利な実施態様によれば、
燃料流の調整は１８０度だけ位相変位させて、つまり、
例えば燃料ライン１３を介した最大の噴射の場合に燃料
ライン１４を介した最小の噴射が行われる。
【００２４】φ＝１８０度の場合には、位相的に無関係
な調整のために上述した特に有利な効果が得られる。
な調整のために上述した特に有利な効果が得られる。
【００２５】噴射される燃料を調整するために有利には
燃料弁が使用され、この噴射弁は制御信号に応答して、
噴射される燃料量を迅速に変更する（急動式の燃料
弁）。
燃料弁が使用され、この噴射弁は制御信号に応答して、
噴射される燃料量を迅速に変更する（急動式の燃料
弁）。
【００２６】単位時間当り噴射される燃料量を、本発明
の範囲において、広範に変えることができる。既述のよ
うに本発明によれば、前混合バーナに噴射される燃料量
の調整が行われる。この場合有利な実施態様によれば、
前混合バーナに一定量の燃料を噴射する以外に、時間的
に制限されたパルスの形式で付加的な調整された燃料量
が噴射され、この場合これに次いで規定の時間に亘って
付加的な燃料は噴射されない。このような措置は必要で
ある。それというのも、燃料流全体をパルス形式で変化
する場合規定の時点に燃料が全く噴射されないからであ
る。しかしこれによって、バーナのフレームの痩身化及
び消炎が生ずる虞れがある。従って、一定量の燃料の噴
射と時間的に制限されたパルス形式の付加的な燃料量の
噴射とが同時に行われる。
の範囲において、広範に変えることができる。既述のよ
うに本発明によれば、前混合バーナに噴射される燃料量
の調整が行われる。この場合有利な実施態様によれば、
前混合バーナに一定量の燃料を噴射する以外に、時間的
に制限されたパルスの形式で付加的な調整された燃料量
が噴射され、この場合これに次いで規定の時間に亘って
付加的な燃料は噴射されない。このような措置は必要で
ある。それというのも、燃料流全体をパルス形式で変化
する場合規定の時点に燃料が全く噴射されないからであ
る。しかしこれによって、バーナのフレームの痩身化及
び消炎が生ずる虞れがある。従って、一定量の燃料の噴
射と時間的に制限されたパルス形式の付加的な燃料量の
噴射とが同時に行われる。
【００２７】付加的な燃料噴射の周期がｔZugabe でか
つ付加的な燃料噴射を行わない周期がｔ0 で表される場
合には、燃料噴射調整の周期はτ＝ｔZugabe + ｔ0 に
なりかつ周波数はν＝１/τ＝１/（ｔZugabe + ｔ0）に
なる。
つ付加的な燃料噴射を行わない周期がｔ0 で表される場
合には、燃料噴射調整の周期はτ＝ｔZugabe + ｔ0 に
なりかつ周波数はν＝１/τ＝１/（ｔZugabe + ｔ0）に
なる。
【００２８】本発明の範囲では、“デューティサイクル
（duty cycle）”という概念によって百分率でτに対す
るｔZugabe の比が表される。従って、５０パーセント
のデューティサイクル（duty cycle）の場合、付加的な
燃料噴射の周期は付加的な燃料が噴射されない周期に等
しい。一定量の燃料の添加、つまり、付加的な噴射なし
は、１００パーセントのデューティサイクル（duty cyc
le）に等しい。
（duty cycle）”という概念によって百分率でτに対す
るｔZugabe の比が表される。従って、５０パーセント
のデューティサイクル（duty cycle）の場合、付加的な
燃料噴射の周期は付加的な燃料が噴射されない周期に等
しい。一定量の燃料の添加、つまり、付加的な噴射なし
は、１００パーセントのデューティサイクル（duty cyc
le）に等しい。
【００２９】前混合バーナへの燃料の噴射は、本発明に
よれば、１００パーセント以下のデューティサイクル
（duty cycle）で行われ、この場合、１パーセント≦デ
ューティサイクル≦５０パーセントの範囲が有利であ
る。
よれば、１００パーセント以下のデューティサイクル
（duty cycle）で行われ、この場合、１パーセント≦デ
ューティサイクル≦５０パーセントの範囲が有利であ
る。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明の上述の最も一般的な実施
態様によれば、燃料の噴射は、燃焼システムにおける圧
力振動とは位相的に無関係に行われる。選択的に特に有
利な実施態様によれば噴射は、噴射が圧力振動と不変な
位相関係にあるように行われる。位相連結して調整され
た燃料噴射をフローチャート（第３図）に基づき説明す
る。燃料弁３０，３１を制御するために閉じられた制御
ループが使用される。燃焼室において測定される圧力信
号又は発光信号は、ノイズ抑制のために濾過され（符号
３６）、移相され（符号３８）、増幅され（符号４０）
かつ燃料弁３０，３１の制御のために利用される。燃料
弁３０，３１を用いて調整された燃料は、バーナ３２に
噴射され、このバーナに続いて燃焼室を含むチャンバ３
４が設けられている。燃焼システムのチャンバ（沈静化
室又は燃焼室）の１つには、上述の圧力信号又は発光信
号の測定が行われ、これによって、制御ループが閉じら
れる。
態様によれば、燃料の噴射は、燃焼システムにおける圧
力振動とは位相的に無関係に行われる。選択的に特に有
利な実施態様によれば噴射は、噴射が圧力振動と不変な
位相関係にあるように行われる。位相連結して調整され
た燃料噴射をフローチャート（第３図）に基づき説明す
る。燃料弁３０，３１を制御するために閉じられた制御
ループが使用される。燃焼室において測定される圧力信
号又は発光信号は、ノイズ抑制のために濾過され（符号
３６）、移相され（符号３８）、増幅され（符号４０）
かつ燃料弁３０，３１の制御のために利用される。燃料
弁３０，３１を用いて調整された燃料は、バーナ３２に
噴射され、このバーナに続いて燃焼室を含むチャンバ３
４が設けられている。燃焼システムのチャンバ（沈静化
室又は燃焼室）の１つには、上述の圧力信号又は発光信
号の測定が行われ、これによって、制御ループが閉じら
れる。
【００３１】第４図では、燃焼システムがほぼ１００Ｈ
ｚの周波数の場合に軸対称的な熱音響的な振動にさらさ
れる実施態様における圧力変動の実験規定の結果を図示
している。更に第４図では、位相連結して調整された燃
料噴射の場合の圧力変動を、一定燃料量噴射（１００パ
ーセント）の場合の圧力変動に関連して図示している。
燃料の噴射は急動式の燃料弁（MOOG社）によって行われ
る。
ｚの周波数の場合に軸対称的な熱音響的な振動にさらさ
れる実施態様における圧力変動の実験規定の結果を図示
している。更に第４図では、位相連結して調整された燃
料噴射の場合の圧力変動を、一定燃料量噴射（１００パ
ーセント）の場合の圧力変動に関連して図示している。
燃料の噴射は急動式の燃料弁（MOOG社）によって行われ
る。
【００３２】実施例では、Ｂ＆Ｋ水冷式のマイクロホン
によってチャンバの音響的な共振が記録される。信号
は、増幅され、帯域濾過されかつ移相される。この場
合、移相は零度乃至１９０度で系統的に変えられる。形
成される信号は、燃料弁を増幅段を介して制御する信号
発生器用のトリガを成す。両燃料流の調整は、相互の位
相変位なしに（φ＝０゜）行われる。第４図から明らか
なように、圧力振幅は移相を適当に選択した場合に８７
パーセントポイントまでだけ減少される。
によってチャンバの音響的な共振が記録される。信号
は、増幅され、帯域濾過されかつ移相される。この場
合、移相は零度乃至１９０度で系統的に変えられる。形
成される信号は、燃料弁を増幅段を介して制御する信号
発生器用のトリガを成す。両燃料流の調整は、相互の位
相変位なしに（φ＝０゜）行われる。第４図から明らか
なように、圧力振幅は移相を適当に選択した場合に８７
パーセントポイントまでだけ減少される。
【００３３】第５図では、燃焼システムがほぼ１００Ｈ
ｚの周波数の場合に軸対称的な熱音響的な振動にさらさ
れる実施態様における圧力変動の実験規定の結果を図示
している。更に第５図では、位相連結して調整された燃
料噴射の場合の圧力変動を、一定燃料量噴射（１００パ
ーセント）の場合の圧力変動に関連して図示している。
燃料の噴射は急動式の燃料弁（MOOG社）によって行われ
る。
ｚの周波数の場合に軸対称的な熱音響的な振動にさらさ
れる実施態様における圧力変動の実験規定の結果を図示
している。更に第５図では、位相連結して調整された燃
料噴射の場合の圧力変動を、一定燃料量噴射（１００パ
ーセント）の場合の圧力変動に関連して図示している。
燃料の噴射は急動式の燃料弁（MOOG社）によって行われ
る。
【００３４】実施例では、Ｂ＆Ｋ水冷式のマイクロホン
によってチャンバの音響的な共振が記録される。信号
は、増幅され、帯域濾過されかつ移相される。この場
合、移相は零度乃至３６０度で系統的に変えられる。形
成される信号は、燃料弁を増幅段を介して制御する信号
発生器用のトリガを成す。両燃料弁に対する信号は、い
ずれの場合でも付加的に１８０度だけ互いに相対的に位
相変位され、これによって、両燃料流の調整は１８０度
の位相変位（φ＝１８０゜）で行われる。第５図から明
らかなように、圧力振幅は相対位相を適当に選択した場
合に５５パーセントポイントまでだけ減少される。
によってチャンバの音響的な共振が記録される。信号
は、増幅され、帯域濾過されかつ移相される。この場
合、移相は零度乃至３６０度で系統的に変えられる。形
成される信号は、燃料弁を増幅段を介して制御する信号
発生器用のトリガを成す。両燃料弁に対する信号は、い
ずれの場合でも付加的に１８０度だけ互いに相対的に位
相変位され、これによって、両燃料流の調整は１８０度
の位相変位（φ＝１８０゜）で行われる。第５図から明
らかなように、圧力振幅は相対位相を適当に選択した場
合に５５パーセントポイントまでだけ減少される。
【図１】前混合バーナの適当に破断した斜視図。
【図２】第１図による前混合バーナを別の方向からみた
簡単な斜視図。
簡単な斜視図。
【図３】位相連結して調整された燃料噴射のための本発
明による方法の一実施形態のフローチャート。
明による方法の一実施形態のフローチャート。
【図４】測定信号と瞬間的な噴射との間の相対位相の関
数として、一定量の燃料噴射（１００パーセント）の場
合の圧力変動に関連して、位相連結して調整された燃料
噴射（φ＝０゜）の場合の相対的な圧力変動を記入した
図。
数として、一定量の燃料噴射（１００パーセント）の場
合の圧力変動に関連して、位相連結して調整された燃料
噴射（φ＝０゜）の場合の相対的な圧力変動を記入した
図。
【図５】測定信号と瞬間的な噴射との間の相対位相の関
数として、一定量の燃料噴射（１００パーセント）の場
合の圧力変動に関連して、位相連結して調整された燃料
噴射（φ＝１８０゜）の場合の相対的な圧力変動を記入
した図。
数として、一定量の燃料噴射（１００パーセント）の場
合の圧力変動に関連して、位相連結して調整された燃料
噴射（φ＝１８０゜）の場合の相対的な圧力変動を記入
した図。
１，２ 分割体 ７ 燃焼空気 １３，１４ 燃料ライン １５ 開口 ２６ 主中央軸線 ３０，３１ 燃料弁 ３４ チャンバ ３６ フィルタ ３８ 移相 ４０ 増幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エフレイム ガットマーク アメリカ合衆国 ルイジアナ バトン ル ージュ シャディー レイク パークウェ イ 336 (72)発明者 ヴォルフガング ポリフケ スイス国 ヴィンディッシュ レンデシュ トラーセ ４
Claims (14)
- 【請求項１】 液状又はガス状の前混合燃料を調整して
噴射することにより燃焼システムにおける熱音響的な振
動の圧力振幅を減少する方法において、前混合燃料を２
本の燃料ライン（１３，１４）を介して供給し、供給さ
れた燃料量の調整を燃料ライン毎それぞれ１つの燃料弁
を介して行うことを特徴とする、燃焼システムにおける
熱音響的な振動の圧力振幅を減少する方法。 - 【請求項２】 前記調整を、一定量の前混合燃料以外に
付加的に時間的に制限されたパルスの形式で燃料を噴射
することにより行い、この際完全な調整周期が、時間的
に制限されたパルス形式の噴射とこれに続く付加燃料無
供給とから成る、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記調整の周波数が、０．３Ｈｚ乃至５
ＫＨｚ、有利には５Ｈｚ乃至２００Ｈｚである、請求項
１記載の方法。 - 【請求項４】 デューティサイクルが１００パーセント
よりも小さく、有利には条件１パーセント≦（小さいか
又は等しい）デューティサイクル≦（小さいか又は等し
い）５０パーセントを満たす、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 液状又はガス状の前混合燃料の瞬間的な
噴射を、燃焼システムにおいて測定される信号に位相連
結する、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 燃焼システムにおいて測定される信号を
濾過し、移相しかつ増幅し、このようにして得られた信
号により、液状又はガス状の前混合燃料の瞬間的な噴射
を調整する燃料ノズルを制御する、請求項５記載の方
法。 - 【請求項７】 燃焼システムにおいて測定される信号
が、圧力信号又は化学発光信号、有利にはラジカルＯＨ
又はＣＨの１つのエミッションの化学発光信号である、
請求項５又は６記載の方法。 - 【請求項８】 燃焼システムにおいて測定される信号を
燃焼室又は鎮静化室内で測定する、請求項５から７まで
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項９】 両燃料ラインにおいて供給される前混合
燃料量の調整を、任意の相対的な位相変位φで行う、請
求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 両燃料ラインにおいて供給される前混
合燃料量の調整を、位相変位φ＝０゜又は位相変位φ＝
１８０゜で行う、請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 バーナを備えた燃焼システムにおける
熱音響的な振動を制御する装置であって、バーナが、液
状又はガス状の燃料を噴射するための開口（１５）を備
えた２本の燃料ライン（１３，１４）を有している形式
のものにおいて、燃焼システム内に、熱音響的な振動を
測定するための単数又は複数のセンサ、並びに、前記セ
ンサの測定信号に関連して前混合燃料の瞬間的な噴射を
制御するための手段が配置されていることを特徴とす
る、燃焼システムにおける熱音響的な振動を制御する装
置。 - 【請求項１２】 熱音響的な振動を測定するための、燃
焼システム内に配置された単数又は複数のセンサが、圧
力センサ、有利にはマイクロホン、特に有利には水冷式
のマイクロホンである、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 熱音響的な振動を測定するための、燃
焼システム内に配置された単数又は複数のセンサが、可
視光線又は赤外線用の光学的なセンサ、有利には光学的
なファイバープローブである、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１４】 付加的な燃料の瞬間的な噴射を制御す
る手段が、前記センサの測定信号を濾過、移相及び増幅
する手段を有している、請求項１１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98810903.9 | 1998-09-10 | ||
| EP98810903A EP0985810B1 (de) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | Verfahren zum Minimieren thermoakustischer Schwingungen in Gasturbinenbrennkammern |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088251A true JP2000088251A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=8236311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11253095A Pending JP2000088251A (ja) | 1998-09-10 | 1999-09-07 | ガスタ―ビン燃焼室における熱音響的な振動を減少する方法並びに装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6840046B2 (ja) |
| EP (1) | EP0985810B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000088251A (ja) |
| DE (1) | DE59810032D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6705857B2 (en) * | 2000-11-09 | 2004-03-16 | Alstom Technology Ltd. | Method for injecting fuel into a burner |
| JP2009079588A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-04-16 | Delavan Inc | アクティブ燃焼制御のための可変容量２連式弁装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10040868A1 (de) * | 2000-08-21 | 2002-03-07 | Alstom Power Nv | Verfahren zur Reduzierung thermoakustischer Schwingungen in Strömungskraftmaschinen mit einem Brennersystem |
| DE10056124A1 (de) | 2000-11-13 | 2002-05-23 | Alstom Switzerland Ltd | Brennersystem mit gestufter Brennstoff-Eindüsung und Verfahren zum Betrieb |
| EP1215382B1 (de) | 2000-12-16 | 2007-08-22 | ALSTOM Technology Ltd | Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners |
| DE10104150A1 (de) | 2001-01-30 | 2002-09-05 | Alstom Switzerland Ltd | Brenneranlage und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| DE10160907A1 (de) * | 2001-12-12 | 2003-08-14 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren zur Verhinderung von Strömungsinstabilitäten in einem Brenner |
| DE10213682A1 (de) | 2002-03-27 | 2003-10-09 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle von thermoakustischen Instabilitäten bzw. Schwingungen in einem Verbrennungssystem |
| DE10257244A1 (de) * | 2002-12-07 | 2004-07-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung thermoakustischer Schwingungen in Verbrennungssystemen |
| DE10257245A1 (de) * | 2002-12-07 | 2004-07-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung thermoakustischer Schwingungen in Verbrennungssystemen |
| DE10257275A1 (de) | 2002-12-07 | 2004-06-24 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung thermoakustischer Schwingungen in Verbrennungssystemen |
| GB2398863B (en) * | 2003-01-31 | 2007-10-17 | Alstom | Combustion Chamber |
| US7377114B1 (en) * | 2004-06-02 | 2008-05-27 | Kevin P Pearce | Turbine engine pulsed fuel injection utilizing stagger injector operation |
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| US20070255563A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Machine prognostics and health monitoring using speech recognition techniques |
| US20090277185A1 (en) * | 2008-05-07 | 2009-11-12 | Goeke Jerry L | Proportional fuel pressure amplitude control in gas turbine engines |
| US9759424B2 (en) * | 2008-10-29 | 2017-09-12 | United Technologies Corporation | Systems and methods involving reduced thermo-acoustic coupling of gas turbine engine augmentors |
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| US8437941B2 (en) | 2009-05-08 | 2013-05-07 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
| US9267443B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-02-23 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
| US9671797B2 (en) | 2009-05-08 | 2017-06-06 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications |
| US9354618B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-05-31 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems |
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| US5082421A (en) * | 1986-04-28 | 1992-01-21 | Rolls-Royce Plc | Active control of unsteady motion phenomena in turbomachinery |
| JPH07501137A (ja) * | 1991-11-15 | 1995-02-02 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ガスタービン設備の燃焼室内の燃焼振動抑制装置 |
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-
1998
- 1998-09-10 DE DE59810032T patent/DE59810032D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-10 EP EP98810903A patent/EP0985810B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-09-07 JP JP11253095A patent/JP2000088251A/ja active Pending
- 1999-09-10 US US09/393,714 patent/US6840046B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| US6840046B2 (en) | 2005-01-11 |
| DE59810032D1 (de) | 2003-12-04 |
| EP0985810B1 (de) | 2003-10-29 |
| US20010027638A1 (en) | 2001-10-11 |
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| Lang | Harmonic frequency generation by oscillating flames |
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