JP2003293793A

JP2003293793A - 燃焼振動予兆検知装置、ガスタービンシステム及び燃焼振動予兆検知方法

Info

Publication number: JP2003293793A
Application number: JP2002103796A
Authority: JP
Inventors: Akinori Natsume; 明典夏目; Shintaro Kumano; 信太郎熊野; Katsunori Tanaka; 克則田中; Narizo Toyama; 造三外山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼振動の予兆を検知可能な燃焼振動予兆検
知装置を提供する。【解決手段】ガスタービンの燃焼器内での圧力または
加速度の振動１１，１２を局所高速フーリエ変換２１に
より周波数分析し、前記局所高速フーリエ変換による周
波数分析の結果に基づいて、ガスタービンの燃焼振動の
予兆を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの燃
焼振動の予兆を高い精度で早期に検知可能な燃焼振動予
兆検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービンでは、発電機出力、
大気温度・湿度などに基づいて、燃焼器へ送る空気流
量、燃料流量を予め決定し、その値を用いて運転を行な
っている。しかし、圧縮機の性能劣化やフィルターの目
詰まりなどの経年変化により、実際の流量は計画時や試
運転調整時とずれる可能性がある。その場合、燃焼安定
性が低下したり、燃焼振動が発生する恐れがある。燃焼
振動が発生すると、ガスタービンの運転に大きな支障を
きたすだけではなく、機器を破損する恐れがある。その
ため、燃焼振動の発生を早期に検知し回避することがガ
スタービンの運転上、必須である。

【０００３】従来、燃焼器の内圧変動等を検出し、高速
フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数分析でスペクトル
を求め、このレベルをしきい値と比較することで燃焼振
動を検出する方法は知られている。

【０００４】しかしながら、従来の方法によれば、明ら
かに燃焼振動が発生した時点でないと検知できないた
め、兆候段階で燃焼振動を検知する手法と装置が求めら
れている。

【０００５】特開平９−２６９１０７号公報に、燃焼器
の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法が開示されてい
る。この燃焼器の燃焼振動抑制装置は、燃焼振動抑制部
を備える。燃焼振動抑制部は、燃焼器内の圧力センサー
によって検出された、燃焼ガスの圧力変動を周波数分析
する周波数分析装置と、この周波数分析装置によって分
析された圧力変動の周波数帯域に基づき振動安定性を処
理する中央演算処理装置と、この中央演算処理装置の出
力信号を増幅する電圧増幅器と、増幅された出力信号を
弁開閉信号として燃料弁に与えて制御するコントローラ
部とをそれぞれ備える。

【０００６】この抑制方法は、低周波数の燃焼振動に着
目している。燃焼振動が起きた時の燃空比から、燃焼振
動の周波数を予測する。そして、低周波数の燃焼振動の
場合、燃空比を変化させて、低周波の燃焼振動の発生を
抑制することができる。低周波の燃焼振動は、機器に影
響を与えやすいので、それを抑制することで、機器の損
傷を抑制する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、燃焼振動の予兆を検知可能な燃焼振動予兆検知装置
を提供することである。

【０００８】また、本発明の別の目的は、ガスタービン
で発生する燃焼振動の予兆を高い精度で検知可能な燃焼
振動予兆検知装置を提供することである。

【０００９】また、本発明の更に別の目的は、ガスター
ビンで発生する燃焼振動の予兆を早期に検知可能な燃焼
振動予兆検知装置を提供することである。

【００１０】本発明の更に他の目的は、燃焼振動の予兆
を検知できるだけでなく、緩やかにレベルが上昇する燃
焼振動も同時に検知可能な燃焼振動予兆検知装置を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼振動予兆検
知装置は、ガスタービンの燃焼器内での圧力または加速
度の振動を局所高速フーリエ変換により周波数分析し、
前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果に基
づいて、ガスタービンの燃焼振動の予兆を検知する。

【００１２】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果から
定常ノイズを除去した結果に基づいて、前記燃焼振動の
予兆を検知する。

【００１３】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果に対
して、不完全微分処理を行うことによって、前記定常ノ
イズを除去する。

【００１４】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果を複
数の周波数帯に分割した周波数帯別分析結果を求め、前
記複数の周波数帯別分析結果のそれぞれをしきい値と比
較し、前記比較の結果に基づいて、前記燃焼振動の予兆
を検知する。

【００１５】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
前記複数の周波数帯別分析結果にそれぞれ設けられた複
数の前記しきい値は、互いに異なる値に設定されてい
る。

【００１６】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
更に、前記圧力または加速度の振動を高速フーリエ変換
により周波数分析し、前記高速フーリエ変換による周波
数分析の結果と、前記局所高速フーリエ変換による周波
数分析の結果に基づいて、前記燃焼振動の予兆を検知す
る。

【００１７】本発明の燃焼振動予兆検知装置において、
更に、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結
果の変化率を求め、前記変化率も考慮して、前記燃焼振
動の予兆を検知する。

【００１８】本発明のガスタービンシステムは、上記の
燃焼振動予兆検知装置と、前記燃焼器を有する前記ガス
タービンと、を具備するガスタービンシステムである。

【００１９】本発明の燃焼振動予兆検知方法は、燃焼器
内での圧力または加速度の振動を局所高速フーリエ変換
により周波数分析するステップと、前記局所高速フーリ
エ変換による周波数分析の結果に基づいて、燃焼振動の
予兆を検知するステップとを備えている。

【００２０】本発明のプログラムは、上記の燃焼振動予
兆検知方法をコンピュータに実行させるためのプログラ
ムである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃焼振動予兆検知
装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。本実施形態において、ガスタービンに使用される燃
焼振動予兆検知装置を例に示して説明するが、他の燃焼
振動が発生する燃焼装置の燃焼振動予兆検知装置におい
ても、適用可能である。

【００２２】図９から図１７を参照して、本実施形態に
ついて説明する。

【００２３】本実施形態は、燃焼器に取り付けた内圧変
動検出器やケーシングに取り付けた加速度検出器からの
計測信号を入力し，ウィンドウサイズが小さく感度が高
い局所高速フーリエ変換（ＬＦＦＴ）に基づく周波数分
析によりスペクトルを求め，各周波数毎のスペクトルの
時間変動に対して不完全微分処理を行った結果が設定レ
ベルを設定時間以上連続して超えた場合に予兆検知と判
定することにより，燃焼振動の兆候を検知できかつター
ビンや圧縮機の固有振動で定常的に発生するスペクトル
ピークによる誤検知を回避可能な燃焼振動予兆検知装置
である。

【００２４】ＬＦＦＴ（局所ＦＦＴ）手法は、通常のＦ
ＦＴ（高速フーリエ変換）よりも小さいウィンドウサイ
ズで周波数分析することにより、予兆振動の検出感度を
高める方法である。ＬＦＦＴ手法の特徴と燃焼振動予兆
検知への適用にあたっての対応策を図９に示す。

【００２５】図９に示すように、ＦＦＴは、大きなウィ
ンドウサイズで周波数分析するのに対し、ＬＦＦＴは、
小さなウィンドウサイズで周波数分析を行う。ＦＦＴ
は、１０２４点の時系列のサンプリングデータを対象と
して周波数解析するのに対して、ＬＦＦＴは、例えば１
２８点の時系列のサンプリングデータを対象として周波
数解析を行う（１／８のデータ数）。なお、ＬＦＦＴの
ウィンドウサイズとしては、上記の１２８点に限られ
ず、６４点又は２５６点でもよい。

【００２６】ＦＦＴは、感度が低いのに対し、ＬＦＦＴ
は、感度が高い（利点）。ＦＦＴは、局所的に現れる振
動は平均化されてキャッチできないのに対し、ＬＦＦＴ
は、局所的に現れる振動を顕著なピークとしてキャッチ
することができる。ＬＦＦＴの感度の高さを活かして燃
焼振動の予兆を検知することができる。図１０から図１
２を参照して、この感度の違いについて説明する。

【００２７】図１０は、燃焼器に取り付けられた内圧変
動検出器またはケーシングに取り付けられた加速度検出
器からの計測信号を示している。図１０の縦軸は、その
計測値のレベルを示し、横軸は時間軸である。図１０に
示すように、本格的に燃焼振動が発生する以前には、短
時間の間、燃焼振動の兆候が、局所的な振動として現れ
ることが多い。上記のように、ＦＦＴはウィンドウサイ
ズが大きいため、ＦＦＴによる周波数解析の結果は、図
１１のようになる。実際は、例えば４０００Ｈｚ付近で
燃焼振動の兆候が発生しているにもかかわらず、図１１
では、その振動レベルが低くしか現れず、検出できな
い。一方、ＬＦＦＴはウィンドウサイズが小さいため、
ＬＦＦＴによる周波数解析の結果は、図１２のようにな
る。図１２では、４０００Ｈｚ付近での振動レベルが大
きく現れるため、燃焼振動の兆候を検出することができ
る。

【００２８】図９に示すように、ＦＦＴは、周波数分解
能が細かいのに対し、ＬＦＦＴは、周波数分解能が粗い
（欠点）。ＬＦＦＴのウィンドウサイズがＦＦＴに比べ
て１／８と小さいことに対応している。ＦＦＴは、ター
ビン翼のＮＺ（固有周波数）成分と燃焼振動の周波数を
分離できるため、予め、タービン翼のＮＺ成分を除去で
きる。ＬＦＦＴは、タービン翼のＮＺ（固有周波数）成
分と燃焼振動の周波数が重なる場合があり、予め、ター
ビン翼のＮＺ成分を除去できない。圧縮機やタービンは
回転体であり、固有周波数を有しており、その固有周波
数は、一定の値である。ＬＦＦＴの適用に際しては、後
述する定常ノイズ除去処理により、ＮＺ成分と燃焼振動
の周波数を分類する。

【００２９】ＦＦＴは、演算処理が遅いのに対し、ＬＦ
ＦＴは、演算処理が速い（利点）。ＦＦＴは、演算に要
する時間がＬＦＦＴよりも大きい。ＬＦＦＴは、ウィン
ドウサイズが小さいため、演算に要する時間が少なく、
リアルタイム処理に向いている。ＬＦＦＴを適用すれ
ば、短時間の対象区間毎の高速な診断が可能であり、燃
焼振動の予兆を迅速に検知して、本格的な燃焼振動が発
生する前の対応を取り易くできる。

【００３０】次に、図１３から図１６を参照して、燃焼
振動の予兆の検知例について説明する。

【００３１】図１３は、縦軸が内圧の変動を示してお
り、横軸が時間を示している。図１３の○印の時点で燃
焼振動の予兆が発生しており、△印の時点で燃焼振動が
発生している。○印の時点で燃焼振動の予兆は、ａＨｚ
付近で生じているものとする。

【００３２】従来のＦＦＴを用いた手法であると、△印
の時点でしか振動を検知できなかったのに対し、本実施
形態のＬＦＦＴを用いた手法では、以下の理由により、
△印より約３秒前の○印の時点で振動を検知することが
できた。３秒前に予兆を検知できれば、燃焼振動発生を
未然に回避するための、燃料調節弁の開度等の制御を行
うことができる。

【００３３】図１４は、図１３の○印付近でＦＦＴによ
る周波数解析を行った結果を示している。横軸が周波数
であり、縦軸が振動レベルである。図１４では、ａＨｚ
付近でピークが現れているが、そのピークは顕著には現
れていない。前述したように、ＦＦＴのウィンドウサイ
ズが大きいためである。ＦＦＴのサンプリング時間に対
して、ａＨｚの振動が発生している時間の占める割合が
小さいため、従来手法では平均化されて大きなピークと
はならない。

【００３４】図１５は、図１３の○印付近でＬＦＦＴに
よる周波数解析を行った結果を示している。図１５で
は、ＬＦＦＴのウィンドウサイズが小さいため、ａＨｚ
付近でピークが顕著に現れている。そのピークは、しき
い値を大きく超えた値として検出される。

【００３５】ただし、図１５では、ｂＨｚ付近にもう一
つのピークが、しきい値を超えて顕著に現れている。こ
のｂＨｚ付近の振動は、上記回転体の固有周波数の定常
ノイズに相当している。前述のように、ＬＦＦＴは、周
波数分解能が粗いことに起因している。

【００３６】ＬＦＦＴを用いる手法においては、後述す
る方法により、その定常ノイズの成分を、図１５の破線
（定常成分）に示すように求めることができる。そこ
で、図１５において、実線で示される局所ＦＦＴの結果
から、破線で示される定常成分を引くと、その差分とし
て図１６が得られる。

【００３７】図１６によれば、ａＨｚ付近の振動（燃焼
振動の兆候）のみが、しきい値を超えた値として現れ
る。定常ノイズ除去処理を行うことで、急激に増大して
いるスペクトルのみを取り出すことができ、誤検知耐力
に優れた予兆検知が可能になっている。

【００３８】次に、図１７を参照して、本実施形態のロ
ジックについて説明する。

【００３９】図１７に示すように、ＬＦＦＴ演算器（Ｌ
ＦＦＴによる周波数解析部）２１には、１２８点の時系
列の内圧または加速度のデータ２０が、ＬＦＦＴ演算時
の一単位として入力される。ＬＦＦＴ演算器２１から
は、ＬＦＦＴの周波数分解能毎のスペクトルの値３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ…が出力される。そのＬＦＦＴの周
波数分解能毎のスペクトルの値３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
…のそれぞれに対して、次の処理が実行される。以下で
は、値３１ａについてのみ説明するが、値３１ｂ、値３
１ｃ…についても同様の処理が実行される。

【００４０】ＬＦＦＴの周波数分解能に対応した単一の
周波数帯のスペクトルのデータ３１ａは、一次遅れ器２
２に入力され、一次遅れを有するデータ３２ａが一次遅
れ器２２から出力される。

【００４１】加算器２３では、データ３１ａから、一次
遅れ器２２からの出力値３２ａが減算され、その減算値
３３ａが加算器２３から出力される。データ３１ａは、
図１５に実線で示される局所ＦＦＴ結果のうちのデータ
３１ａに対応する周波数帯の部分に相当している。デー
タ３２ａは、図１５に破線で示される定常成分のうちの
データ３１ａに対応する周波数帯の部分に相当してい
る。データ３３ａは、図１６に示されるグラフのうちの
データ３１ａに対応する周波数帯の部分に相当してい
る。

【００４２】一次遅れ器２２および加算器２３は、定常
ノイズ除去処理部（不完全微分処理部）４０に含まれて
いる。一次遅れ器２２は、伝達関数Ｇ（ｓ）で示せば、
Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）である。不完全微分処理部
４０から出力されるデータ３３ａは、伝達関数Ｇ（ｓ）
＝１−１／（１＋Ｔｓ）＝Ｔｓ／（１＋Ｔｓ）である。
すなわち、定常ノイズ除去処理部は、スペクトルデータ
３１ａの時間変動成分を取り出す働きをする。

【００４３】加算器２３から出力されたデータ３３ａ
は、移動平均処理部２４に入力される。移動平均処理部
２４では、過去に入力した１回から複数回（例えば５
回）のデータ３３ａを平均化し、その平均化した結果を
データ３４ａとして出力する。ここで、平均化するのは
誤検知防止（ノイズ除去）のためである。

【００４４】移動平均処理部２４から出力されたデータ
３４ａは、設定値比較部２５に入力される。設定値比較
部２５では、設定されたしきい値と、データ３４ａとが
比較され、その比較の結果、データ３４ａがしきい値を
超えていれば、設定値比較部２５からデータ３５ａとし
てオン信号が出力される。一方、その比較の結果、デー
タ３４ａがしきい値以下であれば、データ３５ａとして
オフ信号が出力される。

【００４５】設定値比較部２５から出力されたデータ３
５ａは、オンディレイ処理部２６に入力される。オンデ
ィレイ処理部２６は、過去に入力した１回から複数回
（例えば５回）分のデータ３５ａが連続してオン信号で
あるときに、データ３６ａとして、オン信号を出力す
る。一方、オンディレイ処理部２６は、過去に入力した
１回から複数回（例えば５回）分のデータ３５ａが連続
してオン信号とはならなかったときには、データ３６ａ
として、オフ信号を出力する。データ３６ａとしてオン
信号が出力されたときには、燃焼振動の兆候として検出
される。ここで、オンディレイ処理を行うのは誤検知防
止（ノイズ除去）のためである。

【００４６】上述したように、上記データ３６ａのみに
基づいて、燃焼振動の兆候を検知することもできるが、
次に述べる手法を行うこともできる。

【００４７】上記の移動平均処理部２４、設定値比較部
２５、オンディレイ処理部２６を含むレベル比較処理
（高設定）部４１に加えて、レベル比較処理（低設定）
部４２と、変化率比較処理部４３を追加することができ
る。

【００４８】レベル比較処理（低設定）部４２は、移動
平均処理部２４ａ、設定値比較部２７、オンディレイ処
理部２６ａを含んでいる。設定値比較部２７では、レベ
ル比較処理（高設定）部４１の設定値比較部２５で設定
されたしきい値よりも低い値のしきい値が設定されてい
る。設定値比較部２７からの出力値がデータ３７ａとし
て出力される。移動平均処理部２４ａで行う処理は、移
動平均処理部２４と同様である。オンディレイ処理部２
６ａで行う処理は、オンディレイ処理部２６と同様であ
る。

【００４９】変化率比較処理部４３は、差分処理部２８
と、移動平均処理部２４ｂと、設定値比較部２９と、オ
ンディレイ処理部２６ｂを含んでいる。差分処理部２８
は、過去に入力した直前回のデータ３３ａから、現在入
力したデータ３３ａを減算してなる差分値がデータ３８
ａとして出力される。データ３８ａは、前回から現在ま
での値３３ａの変化を示す傾きに相当している。移動平
均処理部２４ｂで行う処理は、移動平均処理部２４と同
様である。設定値比較部２９では、上記傾きに対応する
しきい値が設定されており、設定値比較部２９への入力
データが、そのしきい値を超えていれば、設定値比較部
２９からデータ３９ａとしてオン信号が出力され、その
しきい値を超えていなければデータ３９ａとしてオフ信
号が出力される。オンディレイ処理部２６ｂで行う処理
は、オンディレイ処理部２６と同様である。

【００５０】レベル比較処理（低設定）部４２からの出
力データと、変化率比較処理部４３からの出力データの
双方がオン状態を示しているときのみ（ＡＮＤ条件）、
データ４０ａは、オン状態となる（燃焼振動の兆候の検
出を示す）。

【００５１】そして、上記データ３６ａ及びデータ４０
ａの少なくともいずれか一方がオン状態であれば、オン
状態のデータ５０ａが出力される。データ５０ａがオン
状態を示しているときには、データ３１ａの周波数帯に
おいて、燃焼振動の予兆が検出されたことを示してい
る。

【００５２】そして、上記と同様にして、データ３１ｂ
に対しては、データ５０ｂが出力され、データ３１ｃに
対しては、データ５０ｃが出力される。データ５０ａ、
５０ｂ、５０ｃ…のうちの少なくともいずれか一つがオ
ン状態であれば、データ５５がオン状態となる。データ
５５がオン状態にあるとき、燃焼振動の予兆が検出され
たことになる。

【００５３】なお、単一の周波数帯のスペクトルのデー
タ３１ａに対して設定された、設定値比較部２５のしき
い値は、他の単一の周波数帯のスペクトルのデータ３１
ｂ、３１ｃ…に対して設定された、設定値比較部２５の
しきい値と異なる値に設定される。同様に、データ３１
ａに対して設定された、設定値比較部２７のしきい値
は、データ３１ｂ、３１ｃ…に対して設定された、設定
値比較部２７のしきい値と異なる値に設定され、更に、
データ３１ａに対して設定された、設定値比較部２９の
しきい値は、データ３１ｂ、３１ｃ…に対して設定され
た、設定値比較部２９のしきい値と異なる値に設定され
る。

【００５４】以上が本実施形態であるが、この実施形態
に基づいて、以下の第１から第８実施例を考えることが
できる。

【００５５】（第１実施例）図１を参照して、第１実施
例について説明する。なお、図１において、図１７と共
通する部分については同じ符号を付し、その詳細な説明
を省略する。

【００５６】第１実施例は、ガスタービン２の燃焼器に
取り付けた内圧変動検出器１１やケーシングに取り付け
た加速度検出器１２からの計測信号２０を入力し、ウィ
ンドウサイズが小さく感度が高い局所高速フーリエ変換
（ＬＦＦＴ）に基づく周波数分析（ＬＦＦＴ演算部２
１）によりスペクトル（データ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
…）を求め、各周波数毎のスペクトル（データ３１ａ、
３１ｂ、３１ｃ…）の時間変動に対して不完全微分処理
（不完全微分処理部４０）を行った結果（データ３３
ａ）が、少なくとも２つに分割された周波数帯毎に異な
る値に設定された設定レベル（設定値比較部２５）を設
定時間以上連続して超えた場合（オンディレイ処理部２
６）に予兆検知と判定することにより，燃焼振動の兆候
を検知できかつタービンや圧縮機の固有振動で定常的に
発生するスペクトルピークによる誤検知を回避可能な燃
焼振動予兆検知装置である。燃焼振動の兆候を検知した
場合には、警報が鳴らされる。

【００５７】（第２実施例）図２を参照して、第２実施
例について説明する。

【００５８】第２実施例は、燃焼器に取り付けた内圧変
動検出器１１やケーシングに取り付けた加速度検出器１
２からの計測信号２０を入力し，高速フーリエ変換（Ｆ
ＦＴ）に基づく周波数分析（高速フーリエ変換演算部６
１）により求めたスペクトルが少なくとも２つに分割さ
れた周波数帯毎に異なる値に設定された設定レベル（設
定値比較部６２）を設定時間以上連続して超えた場合
（オンディレイ処理部６３、データ３６ａ）と，（実施
例１）の検知結果（データ３６ａ）との論理和を求める
ことにより，燃焼振動の兆候を検知できるだけでなく緩
やかにスペクトルレベルが上昇する燃焼振動も同時に検
知できる燃焼振動予兆検知装置である。

【００５９】図１４から図１６に示すように、主とし
て、５００〜５０００Ｈｚ程度の高周波領域で発生する
燃焼振動の兆候は、瞬時に大きな振幅を有する振動とし
て発生することが多い。そのため、ＬＦＦＴによる周波
数分析によって、検知し易い。

【００６０】これに対し、例えば５００Ｈｚ以下の低周
波領域の振動は、ある程度の長さの時間をかけて初め小
さかった振幅が漸次大きくなっていく振動（緩やかにス
ペクトルレベルが上昇する燃焼振動）として発生するケ
ースがある。このように緩やかにレベルが上昇する主と
して低周波領域での振動は、上記実施例１のＬＦＦＴを
用いた手法であると、不完全微分処理部４０にて定常ノ
イズとして除去されてしまうため検知できない一方、Ｆ
ＦＴによる周波数分析では問題なく検知することができ
る。そこで、ＦＦＴによる周波数分析結果を用いて得ら
れたデータ６３ａと、上記実施例１によって得られたデ
ータ３６ａとの論理和を求めることにより、多様な形態
で発生する燃焼振動の兆候を確実に検知することができ
る。

【００６１】なお、ＦＦＴは、上記のように、周波数分
解能が細かいため、不完全微分処理は不要である。

【００６２】（第３実施例）図３を参照して、第３実施
例について説明する。

【００６３】第３実施例は、（実施例１）の不完全微分
処理結果のレベル比較（データ３６ａ）に加え，差分に
よる時間変化率（差分処理部２８）が少なくとも２つに
分割された周波数帯毎に異なる値に設定された設定レベ
ル（設定値比較部２９）を設定時間以上連続して超え
（オンディレイ処理部２６ｂ），かつ不完全微分処理結
果（データ３３ａ）が単独レベル比較（設定値比較部２
５）よりも低い設定値の少なくとも２つに分割された周
波数帯毎に異なる値に設定された設定レベル（設定値比
較部２７）を設定時間以上連続して超えた場合（オンデ
ィレイ処理部２６ａ）に兆候検知と判定することによ
り，より早期に燃焼振動の兆候を検知できる燃焼振動予
兆検知装置である。

【００６４】図３の第３実施例は、上述した図１７の本
実施形態の構成に対応している。

【００６５】（第４実施例）図４を参照して、第４実施
例について説明する。

【００６６】第４実施例は、（実施例２）の不完全微分
処理結果のレベル比較に加え，差分による時間変化率が
少なくとも２つに分割された周波数帯毎に異なる値に設
定された設定レベルを設定時間以上連続して超え，かつ
不完全微分処理結果が単独レベル比較よりも低い設定値
の少なくとも２つに分割された周波数帯毎に異なる値に
設定された設定レベルを設定時間以上連続して超えた場
合に兆候検知と判定することにより，より早期に燃焼振
動の兆候を検知できる燃焼振動予兆検知装置である。

【００６７】図４の第４実施例は、実施例２と実施例３
を合わせた構成になっている。

【００６８】（第５実施例）図５を参照して、第５実施
例について説明する。

【００６９】第５実施例は、（実施例１）において，レ
ベル比較後のオンディレイタイマ設定を固定ではなく，
レベル比較の設定値（設定値比較部２５）と計測スペク
トルとの偏差の時間積分値が誤差設定値（誤差比較処理
部７１）を超えた場合に燃焼振動発生と判定する燃焼振
動予兆検知装置である。

【００７０】図５に示すように、第５実施例では、図１
の第１実施例のオンディレイ処理部２６に代えて、誤差
比較処理部７１が設けられている。図１８及び図２０に
示すように、誤差比較処理部７１では、計測スペクトル
３３ａが設定値比較部２５でのしきい値Ｖ１を超えた偏
差を時間で積分した値を求め、その時間積分値が誤差比
較処理部７１に設定されているしきい値（誤差設定値）
を超えたときに、兆候検知を示すオン状態のデータ７１
ａを出力する。

【００７１】第１実施例のオンディレイ処理部２６で
は、設定時間ｔ１が固定であったため、符号Ｗ１で示す
ように、データ３３ａが連続してしきい値Ｖ１を超えて
いる時間が設定時間ｔ１を超えたときに初めて、兆候検
知を示すオン状態のデータ３６ａを出力する（図１９参
照）。

【００７２】これに対し、図１８及び図２０に示すよう
に、第５実施例の誤差比較処理部７１では、符号Ｗ２に
示すような、急激にしきい値Ｖ１を大きく超えるデータ
３３ａに対して、その偏差の時間積分値が誤差設定値を
超えた時点で、オン状態のデータ７１ａを出力するた
め、瞬時にしきい値Ｖ１を大きく超える計測スペクトル
（Ｗ２）に対しては、オンディレイ処理部２６の設定時
間ｔ１を経過する以前に（迅速に）、兆候を検知するこ
とができる。なお、誤差比較処理部７１では、オンディ
レイ処理部２６の設定時間ｔ１を経過する以前に、一旦
しきい値Ｖ１を下回った場合は、積分値を０にリセット
する。

【００７３】（第６実施例）図６を参照して、第６実施
例について説明する。

【００７４】第６実施例は、（実施例２）において，レ
ベル比較後のオンディレイタイマ設定を固定ではなく，
レベル比較の設定値と計測スペクトルとの偏差の時間積
分値が誤差設定値を超えた場合に燃焼振動発生と判定す
る燃焼振動予兆検知装置である。

【００７５】第６実施例では、図２の第２実施例のオン
ディレイ処理部２６に代えて、誤差比較処理部７１が設
けられ、オンディレイ処理部６３に代えて、誤差比較処
理部７２が設けられている。

【００７６】第６実施例の変形例（図示せず）として
は、図６の構成のうち、オンディレイ処理部２６の誤差
比較処理部７１への置換、及びオンディレイ処理部６３
の誤差比較処理部７２への置換をいずれか一方のみを行
ってもよい。

【００７７】（第７実施例）図７を参照して、第７実施
例について説明する。

【００７８】第７実施例は、（実施例３）において，レ
ベル比較後のオンディレイタイマ設定を固定ではなく，
レベル比較の設定値と計測スペクトルとの偏差の時間積
分値が誤差設定値を超えた場合に燃焼振動発生と判定す
る燃焼振動予兆検知装置である。

【００７９】第７実施例では、図３の第３実施例のオン
ディレイ処理部２６に代えて、誤差比較処理部７１が設
けられ、オンディレイ処理部２６ａに代えて、誤差比較
処理部７３が設けられ、オンディレイ処理部２６ｂに代
えて、誤差比較処理部７４が設けられている。

【００８０】第７実施例の変形例（図示せず）として
は、図７の構成のうち、オンディレイ処理部２６の誤差
比較処理部７１への置換、オンディレイ処理部２６ａの
誤差比較処理部７３への置換、及びオンディレイ処理部
２６ｂの誤差比較処理部７４への置換の少なくともいず
れか一つ又は二つのみを行ってもよい。

【００８１】（第８実施例）図８を参照して、第８実施
例について説明する。

【００８２】第８実施例は、（実施例４）において，レ
ベル比較後のオンディレイタイマ設定を固定ではなく，
レベル比較の設定値と計測スペクトルとの偏差の時間積
分値が誤差設定値を超えた場合に燃焼振動発生と判定す
る燃焼振動予兆検知装置である。

【００８３】第８実施例では、図４の第４実施例のオン
ディレイ処理部２６に代えて、誤差比較処理部７１が設
けられ、オンディレイ処理部２６ａに代えて、誤差比較
処理部７３が設けられ、オンディレイ処理部２６ｂに代
えて、誤差比較処理部７４が設けられ、オンディレイ処
理部６３に代えて、誤差比較処理部７２が設けられてい
る。

【００８４】第８実施例の変形例（図示せず）として
は、図８の構成のうち、オンディレイ処理部２６の誤差
比較処理部７１への置換、オンディレイ処理部２６ａの
誤差比較処理部７３への置換、オンディレイ処理部２６
ｂの誤差比較処理部７４への置換、及びオンディレイ処
理部６３の誤差比較処理部７２への置換の少なくともい
ずれか一つから三つのみを行ってもよい。

【００８５】

【発明の効果】本発明により、燃焼振動の予兆を高い精
度で早期に検知・通報することで，機器へのダメージを
最小限に食い止めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第１の実
施の形態を示す構成図である。

【図２】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第２の実
施の形態を示す構成図である。

【図３】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第３の実
施の形態を示す構成図である。

【図４】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第４の実
施の形態を示す構成図である。

【図５】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第５の実
施の形態を示す構成図である。

【図６】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第６の実
施の形態を示す構成図である。

【図７】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第７の実
施の形態を示す構成図である。

【図８】本発明である燃焼振動予兆検知装置の第８の実
施の形態を示す構成図である。

【図９】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の形
態にて用いられるＬＦＦＴ手法の特徴を示す図である。

【図１０】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法の特徴を示す他の図で
ある。

【図１１】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法との対比でＦＦＴ手法
にて周波数解析を行った結果の一例を示す図である。

【図１２】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法にて周波数解析を行っ
た結果の一例を示す図である。

【図１３】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて行う予兆検知を説明するための図である。

【図１４】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法との対比でＦＦＴ手法
にて周波数解析を行った結果の一例を示す図である。

【図１５】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法にて周波数解析を行っ
た結果の一例を示す図である。

【図１６】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態にて用いられるＬＦＦＴ手法にて周波数解析を行っ
た結果に対して処理を行った後の一例を示す図である。

【図１７】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態の更に他の例を示す図である。

【図１８】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態の更に他の例を説明するためのタイミングチャート
である。

【図１９】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態の更に他の例を説明するための他のタイミングチャ
ートである。

【図２０】本発明である燃焼振動予兆検知装置の実施の
形態の更に他の例を説明するための更に他のタイミング
チャートである。

【符号の説明】

１１内圧変動検出器１２加速度検出器２１ＬＦＦＴ演算器２２一次遅れ器２３加算器２４移動平均処理部２４ａ移動平均処理部２４ｂ移動平均処理部２５設定値比較部２６オンディレイ処理部２６ａオンディレイ処理部２６ｂオンディレイ処理部２７設定値比較部２８差分処理部２９設定値比較部４１レベル比較処理（高設定）部４２レベル比較処理（低設定）部４３変化率比較処理部７１誤差比較処理部７２誤差比較処理部７３誤差比較処理部７４誤差比較処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中克則兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者外山造三兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンの燃焼器内での圧力または
加速度の振動を局所高速フーリエ変換により周波数分析
し、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果
に基づいて、ガスタービンの燃焼振動の予兆を検知する
燃焼振動予兆検知装置。
【請求項２】請求項１記載の燃焼振動予兆検知装置に
おいて、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果から
定常ノイズを除去した結果に基づいて、前記燃焼振動の
予兆を検知する燃焼振動予兆検知装置。
【請求項３】請求項２記載の燃焼振動予兆検知装置に
おいて、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果に対
して、不完全微分処理を行うことによって、前記定常ノ
イズを除去する燃焼振動予兆検知装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項に記載の
燃焼振動予兆検知装置において、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果を複
数の周波数帯に分割した周波数帯別分析結果を求め、前
記複数の周波数帯別分析結果のそれぞれをしきい値と比
較し、前記比較の結果に基づいて、前記燃焼振動の予兆
を検知する燃焼振動予兆検知装置。
【請求項５】請求項４記載の燃焼振動予兆検知装置に
おいて、前記複数の周波数帯別分析結果にそれぞれ設けられた複
数の前記しきい値は、互いに異なる値に設定されている
燃焼振動予兆検知装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項に記載の
燃焼振動予兆検知装置において、更に、前記圧力または加速度の振動を高速フーリエ変換
により周波数分析し、前記高速フーリエ変換による周波数分析の結果と、前記
局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果に基づい
て、前記燃焼振動の予兆を検知する燃焼振動予兆検知装
置。
【請求項７】請求項１から６のいずれか１項に記載の
燃焼振動予兆検知装置において、更に、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結
果の変化率を求め、前記変化率も考慮して、前記燃焼振
動の予兆を検知する燃焼振動予兆検知装置。
【請求項８】請求項１から７のいずれか１項に記載の
燃焼振動予兆検知装置と、前記燃焼器を有する前記ガスタービンと、を具備するガスタービンシステム。
【請求項９】燃焼器内での圧力または加速度の振動を
局所高速フーリエ変換により周波数分析するステップ
と、前記局所高速フーリエ変換による周波数分析の結果に基
づいて、燃焼振動の予兆を検知するステップとを備えた
燃焼振動予兆検知方法。
【請求項１０】請求項９に記載の燃焼振動予兆検知方
法をコンピュータに実行させるためのプログラム。