JPH05195818A - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

ガスタービンの燃焼器

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JPH05195818A
JPH05195818A JP726592A JP726592A JPH05195818A JP H05195818 A JPH05195818 A JP H05195818A JP 726592 A JP726592 A JP 726592A JP 726592 A JP726592 A JP 726592A JP H05195818 A JPH05195818 A JP H05195818A
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JP
Japan
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flame
combustor
physical quantity
gas turbine
evaluating
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JP726592A
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English (en)
Inventor
Kazuyuki Ito
和行 伊藤
Kenichi Soma
憲一 相馬
Shigeru Azuhata
茂 小豆畑
Kazumi Iwai
一躬 岩井
Michio Kuroda
倫夫 黒田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高速応答性に対応できる火炎の燃焼性評価手段
を提供する。 【構成】火炎の特定の2波長の発光像を画像処理し、強
度比から火炎の燃焼性を評価する物理量の分布を算出す
る。また、該手段よりも高速でしかも前記画像処理用に
採光する火炎の採光面積よりも狭い個所における火炎の
燃焼性を評価する物理量を検出する。 【効果】火炎の監視あるいは制御に対する高速応答性を
達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は火炎の監視装置を備えた
ガスタービン燃焼器に係り、特に火炎の発光画像により
火炎の燃焼性を評価する物理量を演算する手段に加え、
該手段よりも高速で局所におけるガスタービン燃焼器の
特性を評価できる手段を備えたガスタービン燃焼器に関
する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン燃焼器内の火炎の状態は、
NOx,CO,未燃炭化水素等の排出量や燃焼振動に直
接影響を及ぼすため、火炎状態の検出と定量的な評価が
大きな技術課題となっている。これに対処する方法とし
ては、イメージファイバを用いて採光し、火炎を映像あ
るいは画像として監視する方法がある。また、近年の画
像処理技術の発達により、火炎の発光画像から火炎状態
をより詳細に表示したり、燃焼性を評価できる物理量を
求めることが可能となってきた。
【0003】ガスタービン燃焼器の火炎の監視、あるい
は火炎の画像処理に関する公知例として、特開昭63−25
9126号,特開昭63−267836号,特開昭62−105016号,特
開昭63−150634号,特開昭63−263427号、等が上げられ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービン燃焼器の
火炎を採光し、これに画像処理技術を適用する場合に
は、光線束を電気信号に変換し、光強度の違いがわかる
ように演算する。火炎状態を監視するためには、採光す
る面積と発光画像が大きい方がよく、火炎全体の発光画
像が得られるのが望ましい。画像処理技術によれば、火
炎全体の発光画像の取得は比較的容易であり、この技術
の利点の一つに上げられる。しかるに、画像処理の演算
には、まだ長時間を要するのが実情であり、火炎状態の
変化をすばやく追従できる監視装置ではない。したがっ
て、このままでは速い応答を要求される制御手段に適用
するのは難しい。更に、火炎の発光画像について2つ以
上の波長成分の光強度を求め、これらの波長の中の特定
の2つの波長の比から採光した火炎の燃焼性を評価する
物理量を演算する場合には、演算時間が更にかかること
になり、上記の困難性は拡大する。
【0005】本発明は、火炎画像全体における光強度あ
るいは物理量の分布が得られる画像処理の特長を活か
し、更に、監視や制御に要求される高速応答性に対応で
きる手段を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、画像処理に
よる火炎の燃焼性を評価する物理量の算出に加え、該手
段よりも高速で火炎の燃焼性を評価する物理量の検出手
段を配置することにより、火炎全体における光強度ある
いは物理量の分布の採取を高速で行なうようにした。ま
た、高速検出手段は前記画像処理用に採光する火炎の採
光面積よりも狭い個所に配置した。以下、具体的に説明
する。
【0007】火炎中のCHラジカルとC2 ラジカルの発
光強度比は、空気と燃料との比率である空気比と相関関
係にあることが知られている。前者の波長は431n
m、後者は517nmであるから、これらの波長の光強
度の比から空気比が算出できる。同様に、797nmと
502nmの波長の光強度の比から温度が算出できる。
これら空気比あるいは温度の分布は画像処理技術による
演算で求めるから、結果がでるまでに時間がかかる。
【0008】一方、前記画像処理技術による手段よりも
高速で火炎の燃焼性を評価する手段としては、火炎の発
光強度を直接検出する方法がある。この場合、特定の波
長のみを検出してもよい。また、火炎の放射量の検出
や、熱電対あるいはレーザー等による火炎温度の検出も
有効である。これらは火炎の物理量を直接検出する手段
であるが、間接的に火炎の燃焼性を評価する物理量を検
出してもよい。この方法として、燃焼器を構成する構造
体の局所温度を検出し、その近傍の火炎の状態を評価す
ることができるようにした。これらの手段はいずれも前
記画像処理用に採光する火炎の採光面積よりも狭い個所
における火炎の燃焼性を評価する手段であり、物理量の
分布を得るための画像処理よりも本質的に高速の応答性
が達成できる。
【0009】
【作用】本発明は、画像処理により空気比や温度等の物
理量の分布を算出する間に、この算出時間間隔よりも速
い応答が得られる物理量の検出手段によってガスタービ
ン燃焼器内の火炎状態の変化に対応するものである。
【0010】燃焼器内に形成される火炎を採光し、光線
束を2つ以上に分岐させる。分岐した光線束をそれぞれ
特定の波長の光干渉フィルタに通し、光強度を電気信号
に変換し、画像処理する。それぞれの波長の画像処理結
果に基づいて特定の2つの波長の比を計算する。また、
計算結果から、採光した火炎の燃焼性を評価する空気比
や温度等の物理量の分布を演算する。本発明の一方法で
は、前記採光する火炎の採光面積よりも狭い個所におけ
る放射量や温度等の物理量を検出する。これらは、前記
画像処理による物理量の分布の演算中にも検出を続け
る。予め検出個所における物理量の変化の特性と前記画
像処理による物理量の分布の変化の特性との相関を把握
しておき、前者の変化から後者の変化量を予測する。後
者の演算結果がでたら、前記特性の相関を補正する。
【0011】本発明の他の方法では、前記画像処理によ
る物理量の分布の演算に加え、燃焼器を構成する構造体
の局所温度を検出する。この場合にも、前記方法と同様
に局所温度の変化の特性と前記画像処理による物理量の
分布の変化の特性との相関を把握し、前者の変化から後
者の変化量を予測する。後者の演算結果がでたら、前記
特性の相関を補正する。
【0012】本発明の他の方法では、燃焼器に流入する
燃料と空気の流量の少なくとも一方を制御する制御手段
を更に有する。検出した放射量や温度等の物理量、ある
いは燃焼器を構成する構造体の局所温度の変化に基づい
て燃料と空気の流量の少なくとも一方を制御する。この
場合、制御の操作量は、画像処理による物理量の分布の
計算結果に応じて補正する。
【0013】燃焼器を複数個配置したガスタービンにお
いては、前記制御手段を複数個、望ましくは全部の燃焼
器に設置する。各燃焼器からの検出信号に対応して、そ
れぞれの燃焼器に流入する燃料と空気の流量の少なくと
も一方を制御する。
【0014】
【実施例】
(実施例1)本発明による一実施例を図1に示す。本実
施例においては、火炎は燃焼室1及び2に形成される。
燃焼室1へは、燃料は燃料供給口3から流入し、燃料ノ
ズル5から噴射され、空気は空気流入口4から導入され
る。燃焼室2へは、燃料は燃料供給口6から流入し、燃
料ノズル7から噴射され、空気は空気流入口8から導入
される。燃焼室1,2に形成される火炎は採光装置10
によって光線束となり、イメージファイバ11により光
学装置27に導入される。光学装置27では、光線束は
分岐鏡12により、16aと16bの2つの光線束に分
岐される。光線束16bは、レンズの組合せで構成され
る光学系20で光量,火炎像の大きさ,焦点等を調節さ
れた後、分岐鏡21で26aと26bの光線束に2分岐
される。光線束26a,26bは、それぞれ光干渉フィ
ルタ22及び24によって特定の波長のみが選択され
る。これら特定波長の発光強度は、カメラ23,24に
よって電気信号に変換され、画像取り込み装置30で画
像処理される。画像処理された特定波長の発光画像か
ら、演算装置31によって空気比や温度等の火炎の燃焼
性を評価する物理量を算出する。発光画像あるいは物理
量の算出結果は、出力用モニタで監視する。一方、分岐
鏡12で分岐された光線束16aは、レンズの組合せで
構成される光学系13で光量,火炎像の大きさ,焦点等
を調節された後、光干渉フィルタ14で発光強度が火炎
の燃焼性と相関関係のある特定の波長のみが選択され
る。選択された波長の発光強度は、カメラ15で電気信
号に変換される。ここで、カメラ15で検出する火炎は
図2に示すように採光された火炎の一部分のみとする。
図2の例では、図1の燃焼器の燃焼室1,2に対応して
形成される火炎1,2のそれぞれについて40,41の
火炎の部分の発光強度を検出する。全体の火炎像から火
炎の一部分40,41を取り出すのは、光学的なマスキ
ングをするのが簡便である。カメラ15は検出する火炎
像の数だけ設置してもよいし、あるいは、1台のカメラ
に順次火炎像が照射されるようにしてもよい。いずれの
場合であっても、火炎像40,41は、画像取り込み装
置30で画像処理する火炎像よりも小さく、かつカメラ
15からの検出信号の出力速度は演算装置31による演
算結果の出力速度よりも大きくなるようにする。また、
火炎像40,41の発光強度の検出信号と演算装置31
による演算結果の出力との相関を求める。
【0015】本実施例によれば、採光された光線束を分
岐することで画像処理用の発光像と、これよりも小さい
面積の発光像で、その発光強度が火炎の燃焼性と相関関
係のある発光像を得ることができるので、採光部を簡単
にできる効果がある。
【0016】(実施例2)本発明による他の実施例を図
3に示す。図1の実施例と異なるのは、発光強度による
検出信号の代わりに燃焼室1,2の壁面温度を検出信号
とした点にある。画像取り込み装置30による画像処理
と演算装置31による物理量の算出は図1の実施例と同
様である。燃焼室1の壁面51に熱電対52を貼付し、
燃焼室2の壁面53に熱電対54を貼付して温度を検出
する。熱電対による温度の検出は局所的であり、しかも
その応答は十分に速い。また燃焼室の壁面温度は燃焼室
内の火炎の状態で変化するから、火炎の画像処理から算
出される物理量との相関を求めることができる。
【0017】本実施例によれば、燃焼室の保全上重要な
燃焼室壁面の温度と火炎の画像処理から算出される物理
量の両方を検出するので、火炎状態と燃焼室の材料の状
態の両方を監視できる効果がある。
【0018】(実施例3)本発明の他の実施例を図4に
示す。本実施例においては、実施例1,2で示した画像
取り込み装置30で画像処理した後、演算装置31で火
炎の燃焼性を評価する物理量を算出し、この結果を評価
装置33に導入する。導入する時間間隔は任意であり、
場合によっては、種々のパターンをメモリーとして保存
してもよい。これに対し、評価装置33へは、実施例1
で記載した発光強度の検出信号35あるいは実施例2で
記載した壁面温度の検出信号35が随時入力される。評
価装置33では、検出信号35と演算装置31からの算
出結果から、燃焼器に流入する燃料と空気の流量の少な
くとも一方を制御する制御装置34の操作量を決定す
る。本実施例では、制御装置34の操作は検出信号35
の変化により制御されるが、その操作量は演算装置31
からの算出結果により適宜補正される。
【0019】本実施例によれば、制御装置の操作量を火
炎の状態に応じて補正できる効果がある。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、画像処理による火炎の
燃焼性を評価する物理量の分布の算出に加え、該手段よ
りも高速でしかも前記画像処理用に採光する火炎の採光
面積よりも狭い個所における火炎の燃焼性を評価する物
理量を検出できるので、火炎画像全体における光強度あ
るいは物理量の分布と高速応答性の両方を同時に達成す
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の
断面図と装置の構成図。
【図2】本発明の一実施例による火炎像の検出を説明す
る図。
【図3】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の
断面図。
【図4】本発明の一実施例による装置の構成を説明する
図。
【符号の説明】
1,2…燃焼室、3,6…燃料供給口、4,8…空気流
入口、5、7…燃料ノズル、10…採光装置、11…イ
メージファイバ、12,21…分岐鏡、13,20…レ
ンズ系、14,22,24…光干渉フィルタ、15,2
3,25…カメラ、16a,16b,26a,26b…
光線束、30…画像取り込み装置、31…演算装置、3
2…出力モニタ、40,41…火炎の部分、51,53
…燃焼室壁、52,54…熱電対。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 一躬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気を酸化剤とし、液体あるいは気体の炭
    化水素を燃料とするガスタービンの燃焼器において、燃
    焼器内に形成される火炎の発光画像を採光し、該発光画
    像について2つ以上の波長成分の光強度を求め、これら
    の波長の中の特定の2つの波長の比から、採光した火炎
    の燃焼性を評価する物理量を演算する手段と、前記採光
    する火炎の採光面積よりも狭い個所における火炎の燃焼
    性を評価する物理量の検出手段とを有することを特徴と
    するガスタービンの燃焼器。
  2. 【請求項2】空気を酸化剤とし、液体あるいは気体の炭
    化水素を燃料とするガスタービンの燃焼器において、燃
    焼器内に形成される火炎の発光画像を採光し、該発光画
    像について2つ以上の波長成分の光強度を求め、これら
    の波長の中の特定の2つの波長の比から、採光した火炎
    の燃焼性を評価する物理量を演算する手段と、燃焼器を
    構成する構造体の局所温度を検出する手段とを有するこ
    とを特徴とするガスタービンの燃焼器。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記発光画像により演
    算された物理量と、前記採光する火炎の採光面積よりも
    狭い個所における火炎の燃焼性を評価する物理量に基づ
    いて、燃焼器に流入する燃料と空気の流量の少なくとも
    一方を制御する制御手段を更に有することを特徴とする
    ガスタービンの燃焼器。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記発光画像により演
    算された物理量と、前記燃焼器を構成する構造体の局所
    温度の検出値とに基づいて、燃焼器に流入する燃料と空
    気の流量の少なくとも一方を制御する制御手段を更に有
    することを特徴とするガスタービンの燃焼器。
  5. 【請求項5】請求項3において、前記採光する火炎の採
    光面積よりも狭い個所における火炎の燃焼性を評価する
    物理量に基づいて、燃焼器に流入する燃料と空気の流量
    の少なくとも一方を制御し、制御の操作量を前記発光画
    像により演算された物理量の計算値によって補正する制
    御機能を更に有することを特徴とするガスタービンの燃
    焼器。
  6. 【請求項6】請求項4において、前記燃焼器を構成する
    構造体の局所温度の検出値に基づいて、燃焼器に流入す
    る燃料と空気の流量の少なくとも一方を制御し、制御の
    操作量を前記発光画像により演算された物理量の計算値
    によって補正する制御機能を更に有することを特徴とす
    るガスタービンの燃焼器。
JP726592A 1992-01-20 1992-01-20 ガスタービンの燃焼器 Pending JPH05195818A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141957A (en) * 1997-05-20 2000-11-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Flame detector for combustor
JP2010203434A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 General Electric Co <Ge> 炎の可視化画像に基づいてエンジンパラメータを調整するシステム及び方法

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