JP2012082824A - System and method for determining flame condition in combustor - Google Patents

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ダグラス・スコット・バード
Joseph Robert Law
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system and a method for determining a flame condition in a combustor.SOLUTION: The system (10) for determining the flame condition in the combustor (16) includes a pressure sensor (34) that generates a pressure signal (38) reflective of a pressure in the combustor (16). A controller (36) receives the pressure signal (38) and generates a flame signal (40) reflective of the flame condition in the combustor (16). A method for determining the flame condition in the combustor (16) includes a step of measuring a pressure in the combustor (16), a step of comparing the measured pressure in the combustor (16) to a predetermined limit, and a step of generating a flame signal (40) based on the comparison of the measured pressure in the combustor (16) to the predetermined limit, wherein the flame signal reflects the flame condition in the combustor (16).

Description

本発明は、総括的には燃焼器内における火炎状態を判定するためのシステム及び方法に関係する。具体的には、本発明の特定の実施形態は、燃焼器内の圧力を監視して、該燃焼器内における火炎の存在及び／又は不在を判定する。   The present invention relates generally to systems and methods for determining flame conditions in a combustor. Specifically, certain embodiments of the present invention monitor the pressure in the combustor to determine the presence and / or absence of a flame in the combustor.

当技術分野では、料気を空燃と共に点火燃焼させて高い温度及び圧力を有する燃焼ガスを生成する燃焼器が知られている。例えば、ガスタービンシステムは一般的に、圧縮機からの加圧作動流体を燃料と混合しかつその混合気を燃焼させて高い温度及び圧力の燃焼ガスを発生させる複数の燃焼器を含む。燃焼器の最初の着火時には、一般的に燃焼器内に燃料を導入する直ぐ前に又は燃料を導入した僅か後に、燃焼器内に安定火炎を発生させかつ維持して燃焼器内で燃焼を開始しかつ維持することが望ましい。定常状態運転及び過渡運転時には、燃料−空気混合気を絶えず調整し続けて、熱力学的効率を最適にしかつ窒素酸化物、一酸化炭素及びその他の燃焼副生成ガスの望ましくないエミッションを減少させている。燃料−空気混合気に対する調整は、燃焼器内に火炎の吹消え又は減退を生じさせる可能性がある火炎の不安定性を発生させ、従って燃焼プロセスの連続性を中断させる可能性がある。いずれの場合でも、燃焼器内における火炎状態を検出しかつ監視して燃焼器の安全かつ連続作動を保証することが望ましい。   Combustors are known in the art that ignite and burn air with air and fuel to produce combustion gases having high temperatures and pressures. For example, gas turbine systems typically include a plurality of combustors that mix pressurized working fluid from a compressor with fuel and combust the mixture to produce high temperature and pressure combustion gases. During the first ignition of the combustor, a combustion flame is generally generated and maintained in the combustor immediately before or after the introduction of fuel into the combustor and combustion is started in the combustor. And it is desirable to maintain. During steady state and transient operation, the fuel-air mixture is continually adjusted to optimize thermodynamic efficiency and reduce undesirable emissions of nitrogen oxides, carbon monoxide and other combustion by-products. Yes. Adjustments to the fuel-air mixture can create flame instabilities that can cause the flame to blow out or fade in the combustor and thus disrupt the continuity of the combustion process. In any case, it is desirable to detect and monitor the flame condition in the combustor to ensure safe and continuous operation of the combustor.

当技術分野では、燃焼器内における火炎状態を検出しかつ／又は監視する様々なシステムが知られている。例えば、燃焼火炎によって発生する光線、紫外線又はその他のエミッションを検出する光センサを使用して、燃焼器内における火炎状態を判定することもできる。しかしながら、光センサは一般的に、燃焼器並びに／或いは下流構成部品の効率及び作動を阻害する傾向を有する何らかの形態の冷却を必要とする。燃焼器内に又は該燃焼器の下流に配置された温度検出器もまた、燃焼器内における火炎状態を検出しかつ監視するために使用することができる。しかしながら、温度検出器の応答時間は一般的に、燃焼器内における火炎状態の突然の変化に対してタイミングよく応答を行なうには余りにも緩慢すぎる。   Various systems are known in the art for detecting and / or monitoring flame conditions in a combustor. For example, an optical sensor that detects light, ultraviolet light, or other emissions generated by the combustion flame can be used to determine the flame condition in the combustor. However, optical sensors typically require some form of cooling that tends to hinder the efficiency and operation of the combustor and / or downstream components. A temperature detector located in or downstream of the combustor can also be used to detect and monitor flame conditions in the combustor. However, the response time of temperature detectors is generally too slow to respond in a timely manner to sudden changes in flame conditions within the combustor.

米国特許第７７４３５９９号明細書US Pat. No. 7,743,599

その結果、燃焼器内における火炎状態を判定するための改良型のシステム及び方法が有用であると言える。   As a result, an improved system and method for determining the flame condition in a combustor may be useful.

本発明の態様及び利点は、次の説明においてその一部を記載しており、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。   Aspects and advantages of the present invention are set forth in part in the description which follows, or can be understood from the description, or can be learned by practice of the invention.

本発明の一実施形態は、燃焼器内における火炎状態を判定するためのシステムである。本システムは、燃焼器内の圧力を反映した圧力信号を発生する圧力センサを含む。制御装置が、圧力センサから圧力信号を受信しかつ燃焼器内における火炎状態を反映した火炎信号を発生する。   One embodiment of the present invention is a system for determining a flame condition in a combustor. The system includes a pressure sensor that generates a pressure signal that reflects the pressure in the combustor. A controller receives a pressure signal from the pressure sensor and generates a flame signal that reflects the flame condition in the combustor.

本発明の別の実施形態は、燃焼器内における火炎状態を判定するためのシステムである。本システムは、異なる時間における燃焼器内の圧力を反映した一連の時間インデックス圧力信号を発生する圧力センサを含む。制御装置が、圧力センサから時間インデックス圧力信号を受信しかつ燃焼器内における火炎状態を反映した火炎信号を発生する。   Another embodiment of the invention is a system for determining a flame condition in a combustor. The system includes a pressure sensor that generates a series of time index pressure signals that reflect the pressure in the combustor at different times. A controller receives a time index pressure signal from the pressure sensor and generates a flame signal reflecting a flame condition in the combustor.

本発明の実施形態はまた、燃焼器内における火炎状態を判定する方法を提供することができる。本方法は、燃焼器内の圧力を測定するステップと、燃焼器内の測定圧力を所定の限界値と比較するステップと、燃焼器内の測定圧力の所定の限界値との比較に基づいて、該燃焼器内における火炎状態を反映した火炎信号を発生するステップとを含む。   Embodiments of the present invention can also provide a method for determining a flame condition in a combustor. The method is based on comparing the pressure in the combustor, comparing the measured pressure in the combustor with a predetermined limit value, and comparing the measured pressure in the combustor with a predetermined limit value. Generating a flame signal reflecting a flame condition in the combustor.

本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。   Upon review of this specification, those skilled in the art will better understand the features and aspects of such embodiments as well as others.

添付図面の図を参照することを含む本明細書の以下の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示をより具体的に説明する。   In the following remainder of this specification, including with reference to the drawings in the accompanying drawings, a more complete and effective disclosure of the present invention, including the best mode of the present invention, will be described more specifically.

本発明の一実施形態に係るシステムの簡略ブロック図。1 is a simplified block diagram of a system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るアルゴリズムのブロック図。The block diagram of the algorithm which concerns on one Embodiment of this invention. １４個の異なる燃焼器の各々内の圧力の例示的なグラフ。An exemplary graph of pressure within each of 14 different combustors. 本発明の別の実施形態に係るアルゴリズムのブロック図。The block diagram of the algorithm which concerns on another embodiment of this invention. 燃焼器における例示的な時間−圧力グラフ。An exemplary time-pressure graph in a combustor.

次に、その１以上の実施例を添付図面に示している本発明の現在の実施形態を詳細に参照することにする。詳細な説明では、図面における特徴要素を参照して、数字及び文字表示を使用する。図面及び説明における同様又は類似の表示は、本発明の同様の又は類似の部分を説明するのにも使用している。   Reference will now be made in detail to the present embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the detailed description, numerals and letter designations are used with reference to features in the drawings. Similar or similar designations in the drawings and description are used to describe similar or similar parts of the invention.

各実施例は、本発明の限定ではなく、本発明の説明の目的で示している。実際に、その技術的範囲又は技術思想から逸脱せずに、本発明において修正及び変更を行なうことができることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示した又は説明した特徴要素は、別の実施形態で使用してさらに別の実施形態を生み出すことができる。従って、本発明は、そのような修正及び変更を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。   Each example is provided by way of explanation of the invention, not limitation of the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. For example, features illustrated or described as part of one embodiment can be used in another embodiment to yield a still further embodiment. Accordingly, the present invention is intended to protect such modifications and changes as fall within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

本発明の様々な実施形態は、燃焼器内における火炎状態を判定するためのシステム及び方法を提供する。本明細書で使用する場合に、「火炎状態」というのは、燃焼器内におけて火炎が存在していること（火炎の存在）、存在していないこと（火炎の不在）及び／又は安定していること（火炎の安定性）を意味するものとして定義される。具体的には、本発明の実施形態は、燃焼器内における圧力、圧力変化及び／又は圧力変化量を検知しかつ測定して、燃焼器内における火炎状態を判定することができる。その結果として、本発明の実施形態は、燃焼器内における火炎状態を監視して該燃焼器の全体的な信頼性及び性能を向上させる冗長であり、信頼性がありかつ／又は交換用のシステム及び方法を提供することができる。本発明の例示的な実施形態は、ガスタービンシステム内に組入れた燃焼器に関連して説明しているが、本発明の教示は、燃料の燃焼に関連するあらゆるシステム又は方法に適用可能とすることができること、また本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に特に記載していない限りあらゆる特定の燃焼器用途に限定されるものではないことは、当業者には容易に分かるであろう。   Various embodiments of the present invention provide systems and methods for determining flame conditions in a combustor. As used herein, a “flame condition” refers to the presence of a flame in the combustor (the presence of a flame), the absence (the absence of a flame) and / or stability. It is defined as meaning what is being done (flame stability). Specifically, embodiments of the present invention can detect and measure pressure, pressure change and / or amount of pressure change in the combustor to determine the flame condition in the combustor. As a result, embodiments of the present invention provide a redundant, reliable and / or replacement system that monitors flame conditions in the combustor to improve the overall reliability and performance of the combustor. And methods can be provided. Although the exemplary embodiments of the present invention are described in the context of a combustor integrated within a gas turbine system, the teachings of the present invention are applicable to any system or method related to fuel combustion. It will be readily apparent to one skilled in the art that the technical scope of the present invention is not limited to any particular combustor application unless specifically stated in the claims. .

図１は、本発明の一実施形態に係る、ガスタービンシステム１２に関連したシステム１０の簡略ブロック図を示している。当技術分野では公知のように、ガスタービンシステム１２は一般的に、前部における軸流圧縮機１４、中央部の周りの１以上の燃焼器１６、及び後部におけるタービン１８を含む。周囲空気２０は、圧縮機１４に流入し、該圧縮機１４内の回転ブレード及び固定ベーンは、空気に対して運動エネルギーを徐々に与えて、高エネルギー状態の加圧作動流体２２を生成する。図１に示すように、圧縮機１４は、入口案内ベーン２４を含むことができ、この入口案内ベーン２４は、圧縮機１４に流入する周囲空気の量を制御するか又は調整するように調整可能であり、従って圧縮機１４から流出する加圧作動流体２２の質量流量及び／又は圧力を制御することができる。加圧作動流体２２は、圧縮機１４から流出しかつ燃焼器１６内に流れ、この燃焼器１６において加圧作動流体２２は、燃料システム２６によって供給された燃料と混合する。この混合気は、点火燃焼されて、高い温度及び圧力を有する燃焼ガス２８を発生させる。燃焼ガス２８は、タービン１８内で膨張して仕事を産生する。例えば、タービン１８内での燃焼ガス２８の膨張は、発電機３２に連結されたシャフト３０を回転させて電力を発生させることができる。   FIG. 1 shows a simplified block diagram of a system 10 associated with a gas turbine system 12 according to an embodiment of the present invention. As is known in the art, the gas turbine system 12 generally includes an axial compressor 14 at the front, one or more combustors 16 around the center, and a turbine 18 at the rear. Ambient air 20 flows into the compressor 14 and the rotating blades and stationary vanes within the compressor 14 gradually impart kinetic energy to the air to produce a pressurized working fluid 22 in a high energy state. As shown in FIG. 1, the compressor 14 can include an inlet guide vane 24 that can be adjusted to control or regulate the amount of ambient air that flows into the compressor 14. Therefore, the mass flow rate and / or pressure of the pressurized working fluid 22 flowing out of the compressor 14 can be controlled. Pressurized working fluid 22 exits compressor 14 and flows into combustor 16 where it is mixed with fuel supplied by fuel system 26. This air-fuel mixture is ignited to generate combustion gas 28 having a high temperature and pressure. The combustion gas 28 expands in the turbine 18 to produce work. For example, the expansion of the combustion gas 28 in the turbine 18 can generate power by rotating the shaft 30 coupled to the generator 32.

図１に示すこの実施形態では、システム１０は一般的に、ガスタービンシステム１２に作動連結されて、１以上の燃焼器１６内における火炎状態を判定する圧力センサ３４及び制御装置３６を含む。燃焼器１６内の圧力を検出しかつ測定し、また該燃焼器１６内の圧力を反映した１以上の圧力信号を発生する圧力センサ３４は、当技術分野では公知のあらゆる好適な計器を含むことができる。制御装置３６は、各圧力センサ３４から１以上の圧力信号３８を受信しかつ各燃焼器１６内における火炎状態を反映した火炎信号４０を発生する。   In this embodiment shown in FIG. 1, the system 10 generally includes a pressure sensor 34 and a controller 36 that are operatively coupled to the gas turbine system 12 to determine a flame condition in one or more combustors 16. The pressure sensor 34 that detects and measures the pressure in the combustor 16 and generates one or more pressure signals reflecting the pressure in the combustor 16 includes any suitable instrument known in the art. Can do. The controller 36 receives one or more pressure signals 38 from each pressure sensor 34 and generates a flame signal 40 that reflects the flame condition in each combustor 16.

制御装置３６は、ラップトップ、パーソナルコンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、或いは工業用コントローラ、マイクロコントローラ又は内蔵システムのような当技術分野では公知のあらゆるコンピュータシステム内に含まれる独立型コンポーネント又はサブコンポーネントとすることができる。本明細書で説明する様々な制御装置及びコンピュータシステムは、あらゆる特定のハードウェアアーキテクチャ又はコンフィギュレーションに限定されるものではない。本明細書に記載したシステム及び方法の実施形態は、あらゆる好適な方法で用いられて所望の機能を発揮する１以上の汎用又は専用制御装置によって実施することができる。制御装置３６は、本主題に補完的であるか又は関係がないかのいずれかの付加的機能を行なうようにすることができる。例えば、１以上の制御装置は、コンピュータ可読形式で表現されたソフトウェア命令にアクセスすることによって記述機能を行なうようにすることができる。ソフトウェアを用いると、あらゆる好適なプログラム、スクリプト、或いは他の形式の言語又は該言語の組合せを使用して、本明細書に含まれる教示を実施することができる。しかしながら、ソフトウェアは、それのみを独占的に使用する必要はないし、或いは全く使用しなくする必要もない。例えば、更なる詳細な説明を必要とせずに当業者には解るように、本明細書に記載しかつ開示した幾つかのシステム及び方法はまた、それに限定されないが、特定用途向け回路を含む配線論理又はその他の回路によって実施することができる。言うまでもなく、コンピュータ実行ソフトウェア及び配線論理又はその他の回路の組合せもまた、好適なものとすることができる。   The controller 36 is a stand-alone component or subcomponent included in a laptop, personal computer, minicomputer, mainframe computer, or any computer system known in the art such as an industrial controller, microcontroller or embedded system. It can be. The various controllers and computer systems described herein are not limited to any particular hardware architecture or configuration. The system and method embodiments described herein may be implemented by one or more general purpose or special purpose controllers that are used in any suitable manner to perform a desired function. The controller 36 may perform additional functions that are either complementary or irrelevant to the present subject matter. For example, one or more control devices can perform a description function by accessing software instructions expressed in a computer-readable format. With the software, any suitable program, script, or other form of language or combination of languages can be used to implement the teachings contained herein. However, the software need not be used exclusively or not at all. For example, as will be appreciated by those skilled in the art without the need for further detailed description, some of the systems and methods described and disclosed herein also include, but are not limited to, wiring that includes application specific circuitry It can be implemented by logic or other circuitry. Of course, combinations of computer-implemented software and wiring logic or other circuitry may also be suitable.

圧力センサ３４及び制御装置３６は、断続的に、連続的に、及び／又はオペレータが指図した時に作動させることができる。例えば、図２は、プログラムし、配線し、又はそれとは別に制御装置３６によって実行して、燃焼器１６内における火炎状態を判定することができるアルゴリズムのブロック図を示している。ブロック５０は、火炎検出システム１０の起動を示している。起動は、手動で又は自動的に行なうことができる。例えば、燃焼器１６の最初の着火時には、オペレータは、火炎検出システム１０を手動で起動して、燃焼器１６内で燃焼が起った時を判定するのを助けることができる。それに代えて、燃焼器内における火炎の吹消え又は減退状態に続いて、保護又は補正システムは、火炎検出システム１０を自動的に起動させて、燃焼器１６内における火炎の再点火を監視することができる。   The pressure sensor 34 and the controller 36 can be activated intermittently, continuously, and / or when directed by the operator. For example, FIG. 2 shows a block diagram of an algorithm that can be programmed, wired, or otherwise executed by the controller 36 to determine a flame condition within the combustor 16. Block 50 illustrates activation of the flame detection system 10. Activation can be done manually or automatically. For example, upon initial ignition of the combustor 16, the operator can manually activate the flame detection system 10 to help determine when combustion has occurred in the combustor 16. Alternatively, following a flame blowout or decay condition in the combustor, the protection or correction system automatically activates the flame detection system 10 to monitor the flame reignition in the combustor 16. Can do.

ブロック５２において、システム１０は、燃焼器１６に作動連結された点火装置５４を作動させて、該燃焼器１６のためのスパーク、パイロット点火、レーザビーム、又はその他の点火源を構成することができる。さらに、ブロック５２において、圧力センサ３４は、燃焼器１６内の圧力を測定しかつ制御装置３６への１以上の圧力信号３８を発生し始める。   At block 52, the system 10 may activate an igniter 54 operatively coupled to the combustor 16 to configure a spark, pilot ignition, laser beam, or other ignition source for the combustor 16. . Further, at block 52, the pressure sensor 34 begins to measure the pressure in the combustor 16 and generate one or more pressure signals 38 to the controller 36.

ブロック５６において、制御装置３６は、１以上の圧力信号３８を所定の限界値と比較して、燃焼器１６内における火炎状態を判定する。所定の限界値は、燃焼器１６内における火炎の存在又は不在の指標となり、かつ計算、運転上の経験、モデリング、又は当技術分野では公知のその他の方法によって設定することができる。例えば、各燃焼器１６内における瞬間圧力は、比較的短い時間間隔にわたって大幅に変化する可能性があるが、あらゆる燃焼器１６内における瞬間圧力は、個々の燃焼器１６内における火炎の存在又は不在を示すために高い信頼性で使用することができる。このことを例示するために、図３は、ガスタービンシステム１２内の１４個の異なる燃焼器１６の各々内における瞬間圧力の例示的なグラフを示している。図３に示すように、燃焼器番号１１内における瞬間圧力は、あらゆる他の燃焼器内における瞬間圧力よりも大幅に低くなっており、従って燃焼器番号１１内における火炎の減退又は欠如を示している。所定の限界値は、瞬間圧力に必ずしも限定されないものであることは当業者には容易に分かるであろう。例えば、別の実施形態における所定の限界値は、燃焼器１６内における火炎の存在又は不在を示す圧力の変化、圧力の変化率、及び／又は燃焼器１６内における圧力の別の計算値又は派生値とすることができる。   In block 56, the controller 36 compares the one or more pressure signals 38 to a predetermined limit value to determine a flame condition in the combustor 16. The predetermined limit value is an indicator of the presence or absence of a flame in the combustor 16 and can be set by calculation, operational experience, modeling, or other methods known in the art. For example, the instantaneous pressure in each combustor 16 can vary significantly over a relatively short time interval, but the instantaneous pressure in any combustor 16 can be the presence or absence of a flame in an individual combustor 16. Can be used with high reliability to show. To illustrate this, FIG. 3 shows an exemplary graph of instantaneous pressure in each of 14 different combustors 16 in gas turbine system 12. As shown in FIG. 3, the instantaneous pressure in combustor number 11 is significantly lower than the instantaneous pressure in any other combustor, thus indicating a diminishing or absent flame in combustor number 11. Yes. One skilled in the art will readily appreciate that the predetermined limit value is not necessarily limited to the instantaneous pressure. For example, the predetermined limit value in another embodiment may be a change in pressure indicative of the presence or absence of a flame in the combustor 16, a rate of change in pressure, and / or another calculated value or derivation of the pressure in the combustor 16. Can be a value.

制御装置３６は、１以上の圧力信号３８及び所定の限界値間での比較に基づいて、燃焼器１６内における火炎状態を反映した火炎信号４０を発生する。例えば、１以上の圧力信号３８及び所定の限界値間での比較が、燃焼器１６内における火炎の存在を示す場合には、ブロック５８によって示すように、制御装置３８は、点火装置５４に火炎信号４０を送信して該点火装置５４を遮断しかつ／又は火炎検出システム１０を停止させることができる。それに代えて、１以上の圧力信号３８及び所定の限界値間での比較が、燃焼器１６内における火炎の不在を示す場合には、火炎信号４０は点火装置５４を励起状態のままにして置くことができる。   The controller 36 generates a flame signal 40 reflecting the flame condition in the combustor 16 based on the comparison between the one or more pressure signals 38 and a predetermined limit value. For example, if the comparison between the one or more pressure signals 38 and the predetermined limit value indicates the presence of a flame in the combustor 16, the controller 38 causes the igniter 54 to flame as indicated by block 58. A signal 40 can be transmitted to shut off the igniter 54 and / or shut down the flame detection system 10. Alternatively, the flame signal 40 leaves the igniter 54 in an excited state if comparison between the one or more pressure signals 38 and the predetermined limit value indicates the absence of a flame in the combustor 16. be able to.

図２におけるブロック６０で示すように、アルゴリズムはさらに、所定の制限時間を含むことができる。例えば、１以上の圧力信号３８間での比較が、燃焼器１６内における火炎の不在を示しかつ所定の制限時間を越えていない場合には、火炎信号４０は、点火装置５４を励起状態のままにして置くことができる。しかしながら、所定の制限時間を越えておりかつ所定の時間内に燃焼器１６を点火燃焼させることができないことを示す場合には、制御装置３６は、ブロック５８で示すように点火装置５４及び／又は火炎検出システム１０を遮断する信号を発生することができ並びに／或いは燃焼器１６に対する燃料の流れを増加させるか又は減少させることができる。   As indicated by block 60 in FIG. 2, the algorithm may further include a predetermined time limit. For example, if a comparison between one or more pressure signals 38 indicates the absence of a flame in the combustor 16 and the predetermined time limit has not been exceeded, the flame signal 40 will leave the ignition device 54 in an excited state. Can be placed. However, if the predetermined time limit has been exceeded and indicates that the combustor 16 cannot be ignited within the predetermined time, the controller 36 may ignite the igniter 54 and / or as indicated by block 58. A signal can be generated to shut off the flame detection system 10 and / or the flow of fuel to the combustor 16 can be increased or decreased.

図４は、制御装置３６によってプログラムし、配線し又は別の方法で実行して、燃焼器１６内における火炎状態を判定しかつ／又は火炎状態における予測変化に応答することができるアルゴリズムの別の実施例のブロック図を示している。ブロック７０は、火炎検出システム１０の起動を示している。図２に関して前述しかつ図示した実施形態と同様に、起動は、手動で又は自動的に行なうようにすることができる。例えば、オペレータは、過渡運転時に火炎検出システム１０を手動で起動させて、火炎状態をより緊密に監視して燃焼器１６内における火炎の不用意な吹消え又は減退を回避することができる。それに代えて、保護システム又は補正システムは、過渡運転時に火炎検出システム１０を自動的に起動させて、火炎状態をより緊密に監視することができる。   FIG. 4 illustrates another algorithm that can be programmed, wired, or otherwise executed by the controller 36 to determine a flame condition in the combustor 16 and / or respond to a predicted change in the flame condition. 1 shows a block diagram of an embodiment. Block 70 illustrates activation of the flame detection system 10. Similar to the embodiment described and illustrated above with respect to FIG. 2, activation may be performed manually or automatically. For example, the operator can manually activate the flame detection system 10 during transient operation to more closely monitor the flame condition to avoid inadvertent flame blowout or decay in the combustor 16. Alternatively, the protection system or correction system can automatically activate the flame detection system 10 during transient operation to more closely monitor the flame condition.

ブロック７２において、圧力センサ３４はここでも同様に、燃焼器１６内の圧力を測定しかつ制御装置３６への１以上の圧力信号３８を発生する。この特定の実施形態では、圧力信号３８は、異なる時間における燃焼器１６内の圧力を反映した圧力信号の連続ストリームを構成するような時間インデックス付きとすることができる。特定の実施形態に応じて、システム１０はまた、燃焼器１６に作動連結された点火装置５４を励起して、燃焼器１６に対するスパーク、パイロット点火、レーザビーム、又はその他の点火源を構成することができる。   At block 72, the pressure sensor 34 again measures the pressure in the combustor 16 and generates one or more pressure signals 38 to the controller 36. In this particular embodiment, the pressure signal 38 may be time indexed to constitute a continuous stream of pressure signals that reflect the pressure in the combustor 16 at different times. Depending on the particular embodiment, the system 10 may also excite an igniter 54 operatively coupled to the combustor 16 to configure a spark, pilot ignition, laser beam, or other ignition source for the combustor 16. Can do.

ブロック７４において、制御装置３６は、１以上の圧力信号３８を時間間隔にわたる圧力プロフィールのような所定のプロフィールと比較して、燃焼器１６内における火炎状態を判定する。所定のプロフィールは、過渡運転時の燃焼器内における火炎の吹消え又は減退状態に至る或いはそのような火炎の吹消え又は減退状態に対する前兆として高い信頼性で役立つ、火炎状態の存在又は不在の指標を構成する。所定のプロフィールは、計算、作動上の経験、モデリング、又は当技術分野では公知のその他の方法によって開発することができる。例えば、個々の燃焼器は、時間間隔にわたる特有の、反復性のかつ観察可能な圧力の変化を示す可能性があり、この圧力の変化を使用して、燃焼器内における火炎の吹消え又は減退状態を予測するか又は予想することができる。このことを例示するために、図５は、燃焼器の吹消え状態７８及びその後の再点火８０時における燃焼器の例示的な圧力プロフィール７６を示している。図５に示すように、圧力プロフィール７６は、燃焼器の吹消え状態７８及びその後の再点火８０時における燃焼器１６内の特有の圧力、圧力の変化、並びに／或いは圧力の変化率を示している。従って、制御装置３６は、時間インデックス圧力信号３８をこの所定のプロフィールと比較して、燃焼器１６内における火炎状態を反映した火炎信号４０を発生させることができる。所定のプロフィールは燃焼器１６内の圧力の単一の計算値又は派生値に必ずしも限定されるものではなく、また所定のプロフィールは燃焼器１６内の圧力の複数の計算値又は派生値の組合せを含むことができることは、当業者には容易に分かるであろう。例えば、別の実施形態における所定のプロフィールは、燃焼器１６内の時間インデックス圧力、時間インデックス圧力変化、時間インデックス圧力変化率、並びに／或いはその他の圧力計算値又は派生値の個々のプロフィールの組合せとすることができ、このプロフィールの組合せは、燃焼器１６内における火炎状態の吹消え又は減退に対する前兆として高い信頼性で使用することができる。   At block 74, the controller 36 compares the one or more pressure signals 38 with a predetermined profile, such as a pressure profile over a time interval, to determine a flame condition within the combustor 16. Predetermined profile is an indicator of the presence or absence of a flame condition that leads to a flame blow-off or decay condition in the combustor during transient operation or serves with high reliability as a precursor to such a flame blow-off or decay condition Configure. The predetermined profile can be developed by calculation, operational experience, modeling, or other methods known in the art. For example, individual combustors may exhibit a unique, repetitive and observable pressure change over a time interval that can be used to blow out or decay a flame in the combustor. The state can be predicted or predicted. To illustrate this, FIG. 5 shows an exemplary combustor pressure profile 76 during a combustor blowout state 78 and subsequent reignition 80. As shown in FIG. 5, the pressure profile 76 shows the specific pressure in the combustor 16, the change in pressure, and / or the rate of change in pressure during the combustor blowout state 78 and subsequent reignition 80. Yes. Accordingly, the controller 36 can compare the time index pressure signal 38 with this predetermined profile to generate a flame signal 40 that reflects the flame condition in the combustor 16. The predetermined profile is not necessarily limited to a single calculated value or derivative value of the pressure in the combustor 16, and the predetermined profile is a combination of multiple calculated values or derived values of the pressure in the combustor 16. Those skilled in the art will readily understand that they can be included. For example, the predetermined profile in another embodiment is a combination of individual profiles of time index pressure, time index pressure change, time index pressure change rate, and / or other pressure calculations or derived values in the combustor 16 This combination of profiles can be used with high confidence as a precursor to a blowout or decay of a flame condition in the combustor 16.

図４に戻ると、ブロック８２は、システム１０がさらにガスタービンシステム１２における様々なパラメータを調整するように火炎信号４０を使用して、燃焼器１６内における火炎の吹消え又は減退状態を回避することができることを示している。例えば、図１及び図２に示す実施形態に関して前述したように、点火装置５４は、火炎信号４０を受信して該点火装置５４を励起しかつ直接点火源を構成して燃焼器１６内で火炎を再点火するようにすることができる。それに代えて、又は加えて、制御装置３６は、入口案内ベーン２４の位置を変化させるために圧縮機１４に対して、燃焼器１６に供給される燃料量を変化させるために燃料システム２６に対して、及び／又はタービン１８上に作用する負荷を変化させるために発電機３２に対して、火炎信号４０を送信することができる。システム１０は、火炎信号４０に応答して個々に又は組合せてこれらの動作の各々を行って、そうでない場合には燃焼器１６内における火炎の吹消え又は減退状態を生じる可能性がある過渡運転時に燃焼器１６内の火炎を安定させることができる。   Returning to FIG. 4, block 82 uses the flame signal 40 to cause the system 10 to further adjust various parameters in the gas turbine system 12 to avoid a blow out or decay condition in the combustor 16. It shows that you can. For example, as previously described with respect to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the igniter 54 receives the flame signal 40 to excite the igniter 54 and constitutes a direct ignition source to flame within the combustor 16. Can be re-ignited. Alternatively or in addition, the controller 36 is for the compressor 14 to change the position of the inlet guide vane 24 and for the fuel system 26 to change the amount of fuel supplied to the combustor 16. And / or a flame signal 40 may be transmitted to the generator 32 to vary the load acting on the turbine 18. The system 10 performs each of these operations individually or in combination in response to the flame signal 40, otherwise transient operation may result in a flame blowout or decay condition in the combustor 16. Sometimes the flame in the combustor 16 can be stabilized.

本発明の実施形態は、既存の技術に勝る幾つかの利点をもたらすことが予測される。例えば、図１〜図５に関して説明した本システム１０及び方法は、使用している既存の光及び熱センサを補足するように並びに／或いは既存の光及び熱センサに置き換わるように使用して、燃焼器内における火炎状態を判定することができる。さらに、本発明の実施形態は、火炎状態に不安定性をもたらす可能性がある状態又は前兆を検出するように使用することができ、また特定の実施形態では、本システム１０は、そのような状態又は前兆を取除くか或いは補正して、燃焼プロセスにおける連続性を保証するための適切な動作を行なうことができる。   Embodiments of the present invention are expected to provide several advantages over existing technologies. For example, the present system 10 and method described with respect to FIGS. 1-5 may be used to supplement and / or replace existing light and heat sensors in use. The flame condition in the vessel can be determined. Furthermore, embodiments of the present invention can be used to detect conditions or precursors that can cause instability in a flame condition, and in certain embodiments, the system 10 can be used to detect such conditions. Alternatively, precursors can be removed or corrected to take appropriate action to ensure continuity in the combustion process.

本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含むか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することを意図している。   This written description uses examples, including the best mode, to disclose the invention and to enable any person skilled in the art to make and use any device or system and perform any embedded method. It also makes it possible to implement. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other embodiments may include structural elements that do not differ from the language of the claims or that they contain equivalent structural elements that have substantive differences from the language of the claims. Is intended to fall within the scope of the appended claims.

１０ システム
１２ ガスタービンシステム
１４ 圧縮機
１６ 燃焼器
１８ タービン
２０ 周囲空気
２２ 加圧作動流体
２４ 入口案内ベーン
２６ 燃料システム
２８ 燃焼ガス
３０ シャフト
３２ 発電機
３４ 圧力センサ
３６ 制御装置
３８ 圧力信号
４０ 火炎信号
５０ 起動
５２ 点火装置を励起させる
５４ 点火装置
５６ 比較
５８ 作動停止
６０ 制限時間
７０ 起動
７２ 圧力センサを励起させる
７４ 比較
７６ 圧力プロフィール
７８ リーン吹消え状態
８０ 再点火
８２ 補正 10 System 12 Gas Turbine System 14 Compressor 16 Combustor 18 Turbine 20 Ambient Air 22 Pressurized Working Fluid 24 Inlet Guide Vane 26 Fuel System 28 Combustion Gas 30 Shaft 32 Generator 34 Pressure Sensor 36 Controller 38 Pressure Signal 40 Flame Signal 50 Start-up 52 Exciter igniter 54 Ignition device 56 Compare 58 Shut-down 60 Time limit 70 Start-up 72 Exciting pressure sensor 74 Compare 76 Pressure profile 78 Lean blow-off state 80 Re-ignition 82 Correction

Claims (15)

燃焼器（１６）内における火炎状態を判定するためのシステム（１０）であって、
ａ．前記燃焼器（１６）内の圧力を反映した圧力信号（３８）を発生する圧力センサ（３４）と、
ｂ．前記圧力センサ（３４）から前記圧力信号（３８）を受信しかつ前記燃焼器（１６）内における前記火炎状態を反映した火炎信号（４０）を発生する制御装置（３６）と
を備えるシステム（１０）。 A system (10) for determining a flame condition in a combustor (16) comprising:
a. A pressure sensor (34) for generating a pressure signal (38) reflecting the pressure in the combustor (16);
b. A controller (36) that receives the pressure signal (38) from the pressure sensor (34) and generates a flame signal (40) reflecting the flame condition in the combustor (16). ). 前記制御装置（３６）が前記圧力信号（３８）を所定の限界値と比較する、請求項１記載のシステム（１０）。   The system (10) of claim 1, wherein the controller (36) compares the pressure signal (38) to a predetermined limit value. 前記所定の限界値が所定の圧力を含む、請求項２記載のシステム（１０）。   The system (10) of claim 2, wherein the predetermined limit value comprises a predetermined pressure. 前記圧力センサ（３４）が前記制御装置（３６）に対して複数の圧力信号（３８）を発生し、前記複数の圧力信号（３８）の各々が異なる時間における前記燃焼器（１６）内の前記圧力を反映する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシステム（１０）。   The pressure sensor (34) generates a plurality of pressure signals (38) to the controller (36), each of the plurality of pressure signals (38) in the combustor (16) at a different time. The system (10) according to any one of claims 1 to 3, which reflects the pressure. 前記制御装置（３６）が、前記圧力センサ（３４）から前記複数の圧力信号（３８）を受信しかつ前記燃焼器（１６）内における前記火炎状態を反映した前記火炎信号（４０）を発生する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム（１０）。   The controller (36) receives the plurality of pressure signals (38) from the pressure sensor (34) and generates the flame signal (40) reflecting the flame condition in the combustor (16). A system (10) according to any one of claims 1 to 4. 前記制御装置（３６）が前記複数の圧力信号（３８）を所定のプロフィールと比較する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム（１０）。   The system (10) according to any of the preceding claims, wherein the controller (36) compares the plurality of pressure signals (38) to a predetermined profile. 前記所定のプロフィールが所定の圧力プロフィールを含む、請求項６記載のシステム（１０）。   The system (10) of claim 6, wherein the predetermined profile comprises a predetermined pressure profile. 前記火炎信号（４０）を受信する点火装置（５４）をさらに含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム（１０）。   The system (10) of any preceding claim, further comprising an igniter (54) that receives the flame signal (40). 燃焼器（１６）内における火炎状態を判定する方法であって、
ａ．前記燃焼器（１６）内の圧力を測定するステップと、
ｂ．前記燃焼器（１６）内の前記測定圧力を所定の限界値と比較するステップと、
ｃ．前記燃焼器（１６）内の前記測定圧力の前記所定の限界値との比較に基づいて、該燃焼器（１６）内における前記火炎状態を反映した火炎信号（４０）を発生するステップと
を含む方法。 A method for determining a flame condition in a combustor (16), comprising:
a. Measuring the pressure in the combustor (16);
b. Comparing the measured pressure in the combustor (16) with a predetermined limit value;
c. Generating a flame signal (40) reflecting the flame condition in the combustor (16) based on a comparison of the measured pressure in the combustor (16) with the predetermined limit value. Method. 前記火炎信号（４０）を点火装置（５４）に送信するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。   The method of claim 9, further comprising: transmitting the flame signal (40) to an igniter (54). 前記火炎信号（４０）を圧縮機（１４）に送信するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。   The method according to any one of claims 9 to 10, further comprising the step of transmitting the flame signal (40) to a compressor (14). 前記火炎信号（４０）を燃料システム（２６）に送信するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。   The method according to any one of claims 9 to 11, further comprising the step of transmitting the flame signal (40) to a fuel system (26). 前記火炎信号（４０）を発電機（３２）に送信するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。   The method according to any one of claims 9 to 12, further comprising the step of transmitting the flame signal (40) to a generator (32). 異なる時間における前記燃焼器（１６）内の複数の圧力を測定するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１３のいずれか１項記載の方法。   The method of any one of claims 9 to 13, further comprising measuring a plurality of pressures in the combustor (16) at different times. 前記燃焼器（１６）内の前記複数の測定圧力に基づいて、該燃焼器（１６）内における前記火炎状態を反映した前記火炎信号（４０）を発生するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。   15. The method of claim 14, further comprising generating the flame signal (40) reflecting the flame condition in the combustor (16) based on the plurality of measured pressures in the combustor (16). Method.
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