JPH08226338A - 燃焼器の燃焼振動抑制装置 - Google Patents
燃焼器の燃焼振動抑制装置Info
- Publication number
- JPH08226338A JPH08226338A JP3320495A JP3320495A JPH08226338A JP H08226338 A JPH08226338 A JP H08226338A JP 3320495 A JP3320495 A JP 3320495A JP 3320495 A JP3320495 A JP 3320495A JP H08226338 A JPH08226338 A JP H08226338A
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- Japan
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- combustor
- combustion
- waveform
- fuel
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 燃焼器における燃焼振動を抑制する方法を提
供する。 【構成】 内部に燃料噴射用ノズルを有する燃焼器で、
燃焼室における圧力変動を検出する圧力センサ１２と燃
料の供給量を変動させる燃料流量調整弁１８を備え、フ
ィードバック・モードで燃焼室内の圧力変動が減少する
方向に燃料の供給量を変動させる燃焼振動抑制方法にお
いて、燃焼室における圧力変動を検出した波形から燃焼
振動成分の代表する成分をそれぞれ周波数分析手法にて
抽出し、個々の周波数成分ごとに制御用の位相値を移相
器により定め、その後合成して燃料の供給量を変動させ
る燃料流量調整弁の駆動波形をつくり、フィードバック
・モードで燃焼室内の圧力変動が減少する方向に燃料の
供給量を変動させ燃焼振動を抑制する。
供する。 【構成】 内部に燃料噴射用ノズルを有する燃焼器で、
燃焼室における圧力変動を検出する圧力センサ１２と燃
料の供給量を変動させる燃料流量調整弁１８を備え、フ
ィードバック・モードで燃焼室内の圧力変動が減少する
方向に燃料の供給量を変動させる燃焼振動抑制方法にお
いて、燃焼室における圧力変動を検出した波形から燃焼
振動成分の代表する成分をそれぞれ周波数分析手法にて
抽出し、個々の周波数成分ごとに制御用の位相値を移相
器により定め、その後合成して燃料の供給量を変動させ
る燃料流量調整弁の駆動波形をつくり、フィードバック
・モードで燃焼室内の圧力変動が減少する方向に燃料の
供給量を変動させ燃焼振動を抑制する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はガスタービンの燃焼器
の燃焼振動の制御に関するものである。
の燃焼振動の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの燃焼器は、一般に円筒形
状となっており、その内部で燃料が燃焼する際、気柱と
の共鳴により燃焼振動が発生する。この燃焼振動は、振
動レベルの大小はあるものの、燃焼という現象が生じて
いる限りにおいては、必ず生じる。この燃焼振動は、あ
る特有の振動周波数の範囲をもって生じ、燃焼器の長さ
および燃焼ガスの温度により左右されるが、燃焼器の燃
焼性能の観点より制約を受けるため、100Hz 前後から20
0 ないし300Hz 前後までの低周波の燃焼振動となってい
る。図６に燃焼器内の圧力変動の周波数分析図の一例を
示す。
状となっており、その内部で燃料が燃焼する際、気柱と
の共鳴により燃焼振動が発生する。この燃焼振動は、振
動レベルの大小はあるものの、燃焼という現象が生じて
いる限りにおいては、必ず生じる。この燃焼振動は、あ
る特有の振動周波数の範囲をもって生じ、燃焼器の長さ
および燃焼ガスの温度により左右されるが、燃焼器の燃
焼性能の観点より制約を受けるため、100Hz 前後から20
0 ないし300Hz 前後までの低周波の燃焼振動となってい
る。図６に燃焼器内の圧力変動の周波数分析図の一例を
示す。
【０００３】また同じく燃焼性能の観点から燃焼器の直
径、長さが決定され、急激な温度上昇・変化による熱応
力の緩和のため、肉厚が薄い形状とされ、さらには運転
中の熱伸び吸収のため、燃焼器の支持部にはかなりの隙
間を設けて組み込まれている。このような状態で、燃焼
振動が大きいか、もしくは燃焼振動と燃焼器とが共振し
た場合、燃焼器は極度に振動し、各支持部に過度の摩耗
が生じることになる。
径、長さが決定され、急激な温度上昇・変化による熱応
力の緩和のため、肉厚が薄い形状とされ、さらには運転
中の熱伸び吸収のため、燃焼器の支持部にはかなりの隙
間を設けて組み込まれている。このような状態で、燃焼
振動が大きいか、もしくは燃焼振動と燃焼器とが共振し
た場合、燃焼器は極度に振動し、各支持部に過度の摩耗
が生じることになる。
【０００４】また、燃焼器そのものの部材も振動するた
め、振動応力による高サイクル疲労によりクラック発生
等が問題となるため、燃焼振動を常に小さく維持するこ
とが大切である。
め、振動応力による高サイクル疲労によりクラック発生
等が問題となるため、燃焼振動を常に小さく維持するこ
とが大切である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃焼
器における低周波の燃焼振動を燃焼器の性能を下げるこ
となく、抑制する方法を提供することにある。
器における低周波の燃焼振動を燃焼器の性能を下げるこ
となく、抑制する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】燃焼室における圧力変動
を検出した波形から燃焼振動成分の代表する成分をそれ
ぞれ周波数分析手法にて抽出し、個々の周波数成分ごと
に制御用の位相値を移相器により定め、その後合成して
燃料の供給量を変動させる燃料流量調整弁の駆動波形を
つくり、フィードバック・モードで燃焼室内の圧力変動
が減少する方向に燃料の供給量を変動させ燃焼振動を抑
制する。
を検出した波形から燃焼振動成分の代表する成分をそれ
ぞれ周波数分析手法にて抽出し、個々の周波数成分ごと
に制御用の位相値を移相器により定め、その後合成して
燃料の供給量を変動させる燃料流量調整弁の駆動波形を
つくり、フィードバック・モードで燃焼室内の圧力変動
が減少する方向に燃料の供給量を変動させ燃焼振動を抑
制する。
【０００７】
【作用】燃焼振動の発生の原因は、不安定な放熱振動と
気柱振動との相互作用で生じる。つまり、燃料の揺らぎ
による放熱の振動と燃焼器内の気柱振動が連成し、発散
系のフィード・バック系となったときに大きな燃焼振動
を生じる。従って、燃焼振動の発生条件を崩すために
は、燃料に強制的に燃料振動の収束性の揺らぎを与えれ
ば可能となる。圧力変動と燃料供給の間には、振動を抑
制する適切な位相が存在する。この位相を燃焼振動の卓
越振動ごとに決定し、同時に広い周波数域で振動抑制さ
せる。
気柱振動との相互作用で生じる。つまり、燃料の揺らぎ
による放熱の振動と燃焼器内の気柱振動が連成し、発散
系のフィード・バック系となったときに大きな燃焼振動
を生じる。従って、燃焼振動の発生条件を崩すために
は、燃料に強制的に燃料振動の収束性の揺らぎを与えれ
ば可能となる。圧力変動と燃料供給の間には、振動を抑
制する適切な位相が存在する。この位相を燃焼振動の卓
越振動ごとに決定し、同時に広い周波数域で振動抑制さ
せる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１には、ガスタービンの燃料器部分の詳細と燃
焼振動制御方法の一実施例を示す。図１において、空気
１は圧縮機２より圧縮空気３となり、燃焼器内筒４内へ
流入し、燃料ノズル５より噴射された燃料と混合拡散
し、点火プラグ６により点火され燃焼し、燃焼ガス７と
なってタービン部８へ導かれ仕事をした後、排ガス９と
なって大気に放出されるようになっている。一般に燃料
を生じさせる燃料器内筒４と、その燃焼ガス７をタービ
ン部８へ導く尾筒10とを備えて構成されている。この燃
焼器において燃焼器外筒11を貫通し、燃焼器内の圧力を
検出する圧力センサ12を備え、その圧力検出波形を周波
数分析する周波数分析器13、周波数分析して得られた卓
越した周波数について位相を移相する移相器14、移相器
で得られた複数波形を合成する合成波形成形部15があ
る。周波数分析器13、移相器14および合成波形成形部15
をコントロールするコントローラ16がある。合成した波
形を電圧増幅する電圧増幅器17、その波形駆動される燃
料流量調整弁18から構成される。各圧力周波数について
の移相手段は、燃料流量に故意的に変動を与え、圧力セ
ンサで検出する変動圧力値が減少するように調節する。
従って、コントローラはフードバック・モードで作用す
る。
する。図１には、ガスタービンの燃料器部分の詳細と燃
焼振動制御方法の一実施例を示す。図１において、空気
１は圧縮機２より圧縮空気３となり、燃焼器内筒４内へ
流入し、燃料ノズル５より噴射された燃料と混合拡散
し、点火プラグ６により点火され燃焼し、燃焼ガス７と
なってタービン部８へ導かれ仕事をした後、排ガス９と
なって大気に放出されるようになっている。一般に燃料
を生じさせる燃料器内筒４と、その燃焼ガス７をタービ
ン部８へ導く尾筒10とを備えて構成されている。この燃
焼器において燃焼器外筒11を貫通し、燃焼器内の圧力を
検出する圧力センサ12を備え、その圧力検出波形を周波
数分析する周波数分析器13、周波数分析して得られた卓
越した周波数について位相を移相する移相器14、移相器
で得られた複数波形を合成する合成波形成形部15があ
る。周波数分析器13、移相器14および合成波形成形部15
をコントロールするコントローラ16がある。合成した波
形を電圧増幅する電圧増幅器17、その波形駆動される燃
料流量調整弁18から構成される。各圧力周波数について
の移相手段は、燃料流量に故意的に変動を与え、圧力セ
ンサで検出する変動圧力値が減少するように調節する。
従って、コントローラはフードバック・モードで作用す
る。
【０００９】図２は、本発明の一実施例として構成した
重要部品で、燃料流量調整弁18の断面図を示す。燃料流
量調整弁18は、可動体19とケーシング20とから構成さ
れ、流量調整部21の断面積を変化させることによって燃
料流量を変化させる。可動体19は、円錐状のニードル部
22、ピストン部23および両者の間に圧電素子で造った積
層型圧電スタッド24で構成される。ピストン部23の中心
孔には積層型圧電スタッド24駆動用の駆動電源用リード
線25が挿入され、電圧増幅器17と接続している。燃料流
量調整弁18の上部には、ピストン部23とシリンダ部26と
で油圧室27を形成し可動体を上下に作動できる。油圧は
外部の油圧源より油圧ホース28をもちいて供給する。
重要部品で、燃料流量調整弁18の断面図を示す。燃料流
量調整弁18は、可動体19とケーシング20とから構成さ
れ、流量調整部21の断面積を変化させることによって燃
料流量を変化させる。可動体19は、円錐状のニードル部
22、ピストン部23および両者の間に圧電素子で造った積
層型圧電スタッド24で構成される。ピストン部23の中心
孔には積層型圧電スタッド24駆動用の駆動電源用リード
線25が挿入され、電圧増幅器17と接続している。燃料流
量調整弁18の上部には、ピストン部23とシリンダ部26と
で油圧室27を形成し可動体を上下に作動できる。油圧は
外部の油圧源より油圧ホース28をもちいて供給する。
【００１０】次に、本実施例の作用およびその結果を説
明する。この燃焼振動抑制の基本的考えをまず説明す
る。燃焼振動の発生の原因は、不安定な放熱振動と気柱
振動との相互作用で生じると考えられる。つまり、燃料
の揺らぎによる放熱の振動と燃焼器内の気柱振動が連成
し、発散系のフィード・バック系となったときに大きな
燃焼振動を生じると予想される。従って、燃焼振動の発
生条件を崩すためには、燃料に強制的に燃焼振動の収束
性の揺らぎを与えれば可能となる。圧力変動と燃料供給
の間に振動を抑制する適切な移相が存在する。
明する。この燃焼振動抑制の基本的考えをまず説明す
る。燃焼振動の発生の原因は、不安定な放熱振動と気柱
振動との相互作用で生じると考えられる。つまり、燃料
の揺らぎによる放熱の振動と燃焼器内の気柱振動が連成
し、発散系のフィード・バック系となったときに大きな
燃焼振動を生じると予想される。従って、燃焼振動の発
生条件を崩すためには、燃料に強制的に燃焼振動の収束
性の揺らぎを与えれば可能となる。圧力変動と燃料供給
の間に振動を抑制する適切な移相が存在する。
【００１１】本実施例の作用を図３を用いて説明する。
圧力センサで検出された波形を周波数分析器13をもちい
て卓越周波数を分離・抽出する。この過程は、燃焼振動
の主成分のフィルタリングである。フィルタリング波形
（原波形）に対して、位相を移相（θ1 ，θ2 ，…，θ
i ）した波形を移相器14でつくり、合成波形成形部15で
波形の合成波形を作成する。燃料流量調整弁の駆動波形
は、周波数分析した各成分の振幅比に比例し、位相値の
みを可変にし、その後、合成波形を作成した。その波形
を電圧増幅器17で増幅し積層型圧電スタッドを伸び縮み
させ、ニードル部22を流量変動可能方向に振動29させ
る。このときの燃料流量の時間的変化を図示すると図４
のようになる。基本流量は負荷に応じて定まる流量で、
変動流量が燃焼振動を抑制するための流量変化である。
本実施例において、変動流量を得るために必要なニード
ル部22の振動を圧電素子を用いたスタッドで構成したた
め、応答性が極めて高く、周波数の高い領域まで可能と
なった。
圧力センサで検出された波形を周波数分析器13をもちい
て卓越周波数を分離・抽出する。この過程は、燃焼振動
の主成分のフィルタリングである。フィルタリング波形
（原波形）に対して、位相を移相（θ1 ，θ2 ，…，θ
i ）した波形を移相器14でつくり、合成波形成形部15で
波形の合成波形を作成する。燃料流量調整弁の駆動波形
は、周波数分析した各成分の振幅比に比例し、位相値の
みを可変にし、その後、合成波形を作成した。その波形
を電圧増幅器17で増幅し積層型圧電スタッドを伸び縮み
させ、ニードル部22を流量変動可能方向に振動29させ
る。このときの燃料流量の時間的変化を図示すると図４
のようになる。基本流量は負荷に応じて定まる流量で、
変動流量が燃焼振動を抑制するための流量変化である。
本実施例において、変動流量を得るために必要なニード
ル部22の振動を圧電素子を用いたスタッドで構成したた
め、応答性が極めて高く、周波数の高い領域まで可能と
なった。
【００１２】移相量（θ1 ，θ2 ，…，θi ）は、振動
が抑制される適当な移相量が前もって計算することがで
きないため、制御系はフードバック・モードで作動す
る。また、個々の周波数の振幅（制御におけるゲイン）
は、圧力波形の周波数分析値の振幅に比例する条件と
し、有効に同時に複数の周波数について振動抑制が可能
とした。
が抑制される適当な移相量が前もって計算することがで
きないため、制御系はフードバック・モードで作動す
る。また、個々の周波数の振幅（制御におけるゲイン）
は、圧力波形の周波数分析値の振幅に比例する条件と
し、有効に同時に複数の周波数について振動抑制が可能
とした。
【００１３】一方、燃焼振動を発生したときの燃焼器内
の圧力モードは、燃焼器内の気柱共鳴モードと一致す
る。例えば、図５に示すような圧力モード31を示した場
合、圧力センサ32ａは圧力の最大位置に取り付けている
が、圧力センサ32ｂは圧力の最小位置に取り付いてい
る。圧力センサ32ａの検出波形をもとに制御波形を導く
と最も有効に燃焼振動を打ち消すことができるが、圧力
センサ32ｂでは最悪の場合を全く振動抑制が不可能とな
ることも有り得る。従って、圧力センサを取り付ける位
置は、いずれの振動モードでも腹となる位置を選定す
る。この理由から圧力センサを取り付ける位置は、燃焼
器の最も上流側かもしくは下流側が適位置であるが、実
際的には上流側に近い燃焼器内が最適位置である。
の圧力モードは、燃焼器内の気柱共鳴モードと一致す
る。例えば、図５に示すような圧力モード31を示した場
合、圧力センサ32ａは圧力の最大位置に取り付けている
が、圧力センサ32ｂは圧力の最小位置に取り付いてい
る。圧力センサ32ａの検出波形をもとに制御波形を導く
と最も有効に燃焼振動を打ち消すことができるが、圧力
センサ32ｂでは最悪の場合を全く振動抑制が不可能とな
ることも有り得る。従って、圧力センサを取り付ける位
置は、いずれの振動モードでも腹となる位置を選定す
る。この理由から圧力センサを取り付ける位置は、燃焼
器の最も上流側かもしくは下流側が適位置であるが、実
際的には上流側に近い燃焼器内が最適位置である。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
燃焼室における圧力変動を検出した波形から燃焼振動成
分の代表する成分をそれぞれ周波数分析手法にて抽出
し、個々の周波数分析ごとに制御用の位相値を移相器に
より定め、その後合成して燃料の供給量を変動させる燃
料流量調整弁の駆動波形をつくり、フィードバック・モ
ードで燃焼室内の圧力変動が減少する方向に燃料の供給
量を変動させることにより、燃焼器における低周波の燃
焼振動を性能を下げることなく、抑制する方法を提供す
ることができる。
燃焼室における圧力変動を検出した波形から燃焼振動成
分の代表する成分をそれぞれ周波数分析手法にて抽出
し、個々の周波数分析ごとに制御用の位相値を移相器に
より定め、その後合成して燃料の供給量を変動させる燃
料流量調整弁の駆動波形をつくり、フィードバック・モ
ードで燃焼室内の圧力変動が減少する方向に燃料の供給
量を変動させることにより、燃焼器における低周波の燃
焼振動を性能を下げることなく、抑制する方法を提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】図１の実施例における燃料流量調節弁の詳細断
面図。
面図。
【図３】図１の実施例における作用を説明する作用説明
図。
図。
【図４】図１の実施例における作用を説明する作用説明
図。
図。
【図５】図１の実施例における圧力センサ取付位置を示
す説明図。
す説明図。
【図６】燃焼振動発生時の圧力変動の周波数分析図。
12…圧力センサ 13…周波数分析器
14…移相器 15…成波形成形部 16…コントローラ
17…電圧増幅器 18…燃料流量調整弁 19…可動体
20…ケーシング 21…流量調整部 22…ニードル部
23…ピストン部 24…積層型圧電スタッド 25…駆動電源用リード線
26…シリンダ部 27…油圧室 29…燃料器
30…タービン動翼 31…圧力モード 32…圧力センサ
33…燃料ノズル
14…移相器 15…成波形成形部 16…コントローラ
17…電圧増幅器 18…燃料流量調整弁 19…可動体
20…ケーシング 21…流量調整部 22…ニードル部
23…ピストン部 24…積層型圧電スタッド 25…駆動電源用リード線
26…シリンダ部 27…油圧室 29…燃料器
30…タービン動翼 31…圧力モード 32…圧力センサ
33…燃料ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｚ
Claims (4)
- 【請求項１】 内部に燃料噴射用ノズルを有する燃焼器
で、燃焼室における圧力変動を検出する圧力センサと燃
料の供給量を変動させる燃料流量調整弁を備え、フィー
ドバック・モードで燃焼室内の圧力変動が減少する方向
に燃料の供給量を変動させる燃焼振動抑制方法におい
て、 前記圧力センサで検出した波形から燃焼振動成分の代表
する成分をそれぞれ周波数分析手法にて抽出し、個々の
周波数成分ごとに制御用の位相値を移相器により定め、
その後、合成して燃料の供給量を変動させる燃料流量調
整弁の駆動波形をつくり、フィードバック・モードで燃
焼室内の圧力変動が減少する方向に燃料の供給量を変動
させることを特徴とする燃焼器の燃焼振動抑制装置。 - 【請求項２】 燃料調整弁の駆動波形は、周波数分析し
た各成分の振幅比に比例し、位相値のみを可変にし、そ
の後、合成波形を作成したことを特徴とする請求項１に
記載の燃焼器の燃焼振動抑制装置。 - 【請求項３】 燃料流量調整弁のニードル部を可動すア
クチュエータに圧電素子を使った積層型圧電スタッドを
用いたことを特徴とする請求項１記載の燃焼器の燃焼振
動抑制装置。 - 【請求項４】 圧力センサを取り付ける位置は、燃焼器
の燃料ノズル側で、燃焼器円筒の端部側としたことを特
徴とする請求項１記載の燃焼器の燃焼振動抑制装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3320495A JPH08226338A (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3320495A JPH08226338A (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08226338A true JPH08226338A (ja) | 1996-09-03 |
Family
ID=12379945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3320495A Pending JPH08226338A (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08226338A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2420615A (en) * | 2004-11-25 | 2006-05-31 | Rolls Royce Plc | Thermo acoustic pressure rise pulse combustor |
| KR100729049B1 (ko) * | 2005-10-31 | 2007-06-14 | 한국전력공사 | 가스터빈의 연소감시 및 연소튜닝 장치와 그 방법 |
| JP2007255815A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Niigata Power Systems Co Ltd | 燃料噴射弁 |
| US7637096B2 (en) | 2004-11-25 | 2009-12-29 | Rolls-Royce Plc | Pulse jet engine having pressure sensor means for controlling fuel delivery into a combustion chamber |
| EP1286031B2 (en) † | 2001-08-23 | 2018-07-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same |
| CN108870439A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-23 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种用于燃烧设备的燃烧振荡控制结构 |
-
1995
- 1995-02-22 JP JP3320495A patent/JPH08226338A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN108870439A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-23 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种用于燃烧设备的燃烧振荡控制结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040716 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20041126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |