JPH09269107A - 燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法 - Google Patents
燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法Info
- Publication number
- JPH09269107A JPH09269107A JP7763496A JP7763496A JPH09269107A JP H09269107 A JPH09269107 A JP H09269107A JP 7763496 A JP7763496 A JP 7763496A JP 7763496 A JP7763496 A JP 7763496A JP H09269107 A JPH09269107 A JP H09269107A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustion
- fuel
- vibration
- valve
- combustor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃焼器の燃焼ガス生成過程中、圧力変動に伴っ
て誘起する燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振動抑制装
置およびその抑制方法を提供する。 【解決手段】燃焼器の燃焼振動抑制装置は、振動抑制制
御部１８を備え、この振動抑制制御部１８は、圧力セン
サー１６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１９と、この周波数分析装置
１９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装置２０と、この中央演
算装置２０の出力信号を増幅する電圧増幅器２１と、増
幅された出力信号を弁開閉信号として燃料弁８に与えて
制御するコントローラ部２２とをそれぞれ備えた。
て誘起する燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振動抑制装
置およびその抑制方法を提供する。 【解決手段】燃焼器の燃焼振動抑制装置は、振動抑制制
御部１８を備え、この振動抑制制御部１８は、圧力セン
サー１６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１９と、この周波数分析装置
１９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装置２０と、この中央演
算装置２０の出力信号を増幅する電圧増幅器２１と、増
幅された出力信号を弁開閉信号として燃料弁８に与えて
制御するコントローラ部２２とをそれぞれ備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼器の燃焼振動
抑制装置およびその抑制方法に係り、特に燃焼器の燃焼
中に誘起する不安定燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振
動抑制装置およびその抑制方法に関する。
抑制装置およびその抑制方法に係り、特に燃焼器の燃焼
中に誘起する不安定燃焼振動を抑制する燃焼器の燃焼振
動抑制装置およびその抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼器、例えば発電用のガスタービン燃
焼器では、長筒状の燃焼室の頭部に設けられる燃料噴射
部から噴射する燃料に旋回空気が加えられ、燃料を燃焼
室内で拡散旋回させることにより燃焼ガスを生成してい
る。
焼器では、長筒状の燃焼室の頭部に設けられる燃料噴射
部から噴射する燃料に旋回空気が加えられ、燃料を燃焼
室内で拡散旋回させることにより燃焼ガスを生成してい
る。
【０００３】燃焼ガスは、燃料と旋回空気との持続的な
発熱酸化反応によって生成されるものであるが、その際
に数百Ｈｚから数ＫＨｚに亘る周波数を有する圧力変動
を伴うことがある。この圧力変動には、乱流燃焼に伴う
燃焼騒音と、燃料蒸発から燃焼までの時間遅れに伴う放
熱と拡散・旋回に伴う火炎伝播速度の変動との相互左様
によって誘起される燃焼振動とがある。
発熱酸化反応によって生成されるものであるが、その際
に数百Ｈｚから数ＫＨｚに亘る周波数を有する圧力変動
を伴うことがある。この圧力変動には、乱流燃焼に伴う
燃焼騒音と、燃料蒸発から燃焼までの時間遅れに伴う放
熱と拡散・旋回に伴う火炎伝播速度の変動との相互左様
によって誘起される燃焼振動とがある。
【０００４】特に、燃焼振動は、燃焼室の燃焼領域で発
生する上述相互作用を加振源として、燃焼室の気柱との
共鳴によってある特有の振動周波数の範囲で成長したも
のである。
生する上述相互作用を加振源として、燃焼室の気柱との
共鳴によってある特有の振動周波数の範囲で成長したも
のである。
【０００５】このような燃焼振動は、大小のレベルはあ
るものの、燃焼ガスの生成過程ではある程度不可避と考
えなければならないが、その大小レベルは燃焼器の容積
および燃焼ガス温度に基づく燃焼性能によって左右され
ている。具体的には、図８に示すように、実機のパワー
スペクトルとして１００Ｈｚ前後から３００Ｈｚまでの
比較的低周波数領域において高い振動強度が現われてい
る。
るものの、燃焼ガスの生成過程ではある程度不可避と考
えなければならないが、その大小レベルは燃焼器の容積
および燃焼ガス温度に基づく燃焼性能によって左右され
ている。具体的には、図８に示すように、実機のパワー
スペクトルとして１００Ｈｚ前後から３００Ｈｚまでの
比較的低周波数領域において高い振動強度が現われてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のガス
タービン燃焼器では、高出力化が求められており、これ
に伴って燃焼ガス温度も約１５００°以上になってい
る。このため、燃焼室は、燃焼ガスの急激な温度上昇や
ガスタービン負荷変動等に伴って生起する過大な熱応力
に対処して強度の高い耐熱鋼を選定する一方、高い燃焼
ガス温度によって生起する熱の伸びを考慮して燃焼領域
の節々の継ぎ部分同士を遊嵌接続する構成になってい
る。また、最近の燃焼室は、搬入・据付・点検等の労力
軽減を意図して、高強度の割合には比較的肉厚の薄い材
料が使用されている。
タービン燃焼器では、高出力化が求められており、これ
に伴って燃焼ガス温度も約１５００°以上になってい
る。このため、燃焼室は、燃焼ガスの急激な温度上昇や
ガスタービン負荷変動等に伴って生起する過大な熱応力
に対処して強度の高い耐熱鋼を選定する一方、高い燃焼
ガス温度によって生起する熱の伸びを考慮して燃焼領域
の節々の継ぎ部分同士を遊嵌接続する構成になってい
る。また、最近の燃焼室は、搬入・据付・点検等の労力
軽減を意図して、高強度の割合には比較的肉厚の薄い材
料が使用されている。
【０００７】ところが、燃焼室が周波数肉厚の薄い材料
で作製され、またその燃焼領域の節々の継ぎ部分が上述
構成であると、不測の過大な燃焼振動が発生した場合、
あるいは燃焼振動と燃焼室の気柱とが共振した場合、燃
焼室は極度に振動し、上述遊嵌接続の支持部材に過大な
損傷が生ずる。
で作製され、またその燃焼領域の節々の継ぎ部分が上述
構成であると、不測の過大な燃焼振動が発生した場合、
あるいは燃焼振動と燃焼室の気柱とが共振した場合、燃
焼室は極度に振動し、上述遊嵌接続の支持部材に過大な
損傷が生ずる。
【０００８】また、燃焼室自身も若干の振動を伴うた
め、上述支持部材は高サイクル疲労によるクラック発生
のおそれがある。このため、燃焼振動を抑制することが
燃焼器の構成部材の寿命の安定化につながり、ひいては
安定した燃焼ガスを得ることになる。
め、上述支持部材は高サイクル疲労によるクラック発生
のおそれがある。このため、燃焼振動を抑制することが
燃焼器の構成部材の寿命の安定化につながり、ひいては
安定した燃焼ガスを得ることになる。
【０００９】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、燃焼器の燃焼ガス生成過程の圧力変動に伴
って誘起される燃焼振動を極力抑制する燃焼器の燃焼振
動抑制装置およびその抑制方法を提供することを目的と
する。
れたもので、燃焼器の燃焼ガス生成過程の圧力変動に伴
って誘起される燃焼振動を極力抑制する燃焼器の燃焼振
動抑制装置およびその抑制方法を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃焼器の燃
焼振動抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項
１に記載したように、燃料弁から供給される燃料を、燃
焼室に噴射させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部か
ら噴射する燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の
燃焼領域に圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料
弁に与える弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備え
た燃焼器の燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制
御部は、上記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装置と、この中
央演算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上記燃料弁に与えて制
御するコントローラ部とをそれぞれ備えたことを特徴と
する。
焼振動抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項
１に記載したように、燃料弁から供給される燃料を、燃
焼室に噴射させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部か
ら噴射する燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の
燃焼領域に圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料
弁に与える弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備え
た燃焼器の燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制
御部は、上記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装置と、この中
央演算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上記燃料弁に与えて制
御するコントローラ部とをそれぞれ備えたことを特徴と
する。
【００１１】また、本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑制
装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載し
たように、燃料弁から供給される燃料を、燃焼室に噴射
させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部から噴射する
燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の燃焼領域に
圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料弁に与える
弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備えた燃焼器の
燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制御部は、上
記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装置と、この中央演算装置
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上記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とともに、上記燃料噴射
部に燃焼用空気を供給する流量弁に弁開閉信号を選択的
に与える切り替え器を備えたことを特徴とする。
装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載し
たように、燃料弁から供給される燃料を、燃焼室に噴射
させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部から噴射する
燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の燃焼領域に
圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料弁に与える
弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備えた燃焼器の
燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制御部は、上
記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装置と、この中央演算装置
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上記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とともに、上記燃料噴射
部に燃焼用空気を供給する流量弁に弁開閉信号を選択的
に与える切り替え器を備えたことを特徴とする。
【００１２】また、本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑制
方法は、上記目的を達成するために、請求項３に記載し
たように、燃焼室内の燃焼ガスの圧力変動を検出し、検
出された圧力変動信号を周波数分析し、分析された周波
数帯域に基づき振動安定性を演算処理し、演算処理信号
を増幅させて燃料噴射部に燃料を供給する燃料弁または
上記燃料噴射部に燃焼用空気を供給する流量弁のいずれ
かに選択的に弁開閉信号を与えることを特徴とする。
方法は、上記目的を達成するために、請求項３に記載し
たように、燃焼室内の燃焼ガスの圧力変動を検出し、検
出された圧力変動信号を周波数分析し、分析された周波
数帯域に基づき振動安定性を演算処理し、演算処理信号
を増幅させて燃料噴射部に燃料を供給する燃料弁または
上記燃料噴射部に燃焼用空気を供給する流量弁のいずれ
かに選択的に弁開閉信号を与えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃焼器の燃焼
振動抑制装置およびその抑制方法の一実施の形態を図面
を参照して説明する。
振動抑制装置およびその抑制方法の一実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１４】図１は、ガスタービン燃焼器を一例にし
た、燃焼器の燃焼振動抑制装置の構成を示す概略図であ
る。
た、燃焼器の燃焼振動抑制装置の構成を示す概略図であ
る。
【００１５】図１において、１つのロータ１には、圧縮
機２とガスタービン３とがそれぞれ設置されている。圧
縮機２は、大気の空気４を吸い込み、吸い込んだ空気４
を高圧化し、ガスタービン燃焼器６に送り出している。
また、ガスタービン燃焼器６においては、圧縮機２の高
圧空気５に、燃料配管７の燃料弁８を経て送られてくる
燃料が加えられ、燃焼領域１５で燃焼ガス１０を生成
し、この燃焼ガス１０を作動流体としてガスタービン３
に送り出している。
機２とガスタービン３とがそれぞれ設置されている。圧
縮機２は、大気の空気４を吸い込み、吸い込んだ空気４
を高圧化し、ガスタービン燃焼器６に送り出している。
また、ガスタービン燃焼器６においては、圧縮機２の高
圧空気５に、燃料配管７の燃料弁８を経て送られてくる
燃料が加えられ、燃焼領域１５で燃焼ガス１０を生成
し、この燃焼ガス１０を作動流体としてガスタービン３
に送り出している。
【００１６】ガスタービン３は、ガスタービン燃焼器６
から送られてくる作動流体としての燃焼ガス１０に膨張
仕事をさせて回転トルクを得、図示しない発電機を駆動
して電気出力を得る一方、膨張仕事後の作動流体を排気
ガス１１として大気に放出させている。
から送られてくる作動流体としての燃焼ガス１０に膨張
仕事をさせて回転トルクを得、図示しない発電機を駆動
して電気出力を得る一方、膨張仕事後の作動流体を排気
ガス１１として大気に放出させている。
【００１７】ガスタービン燃焼器６は、燃焼器外筒９に
包囲形成された筒状の燃焼器内筒１２を有し、この頭部
側に燃料を霧状に噴出する燃料噴射部１３を設置し、燃
料噴射部１３から噴射される燃料に圧縮機２の高圧空気
を加えて拡散・旋回を行っている。また、燃焼器内筒１
２は、燃料噴射部１３から噴射する燃料着火させる点火
プラグ１４と、着火により燃焼領域１５で生成される燃
焼ガス１０の圧力変動を検出する圧力センサー１６と、
燃焼ガス１０をガスタービン３に案内する尾筒１７とを
それぞれ備えている。
包囲形成された筒状の燃焼器内筒１２を有し、この頭部
側に燃料を霧状に噴出する燃料噴射部１３を設置し、燃
料噴射部１３から噴射される燃料に圧縮機２の高圧空気
を加えて拡散・旋回を行っている。また、燃焼器内筒１
２は、燃料噴射部１３から噴射する燃料着火させる点火
プラグ１４と、着火により燃焼領域１５で生成される燃
焼ガス１０の圧力変動を検出する圧力センサー１６と、
燃焼ガス１０をガスタービン３に案内する尾筒１７とを
それぞれ備えている。
【００１８】圧力センサー１６は、燃焼ガス１０に生起
する圧力変動のうち、燃料の蒸発から燃焼に至るまでの
時間遅れに伴う放熱と拡散旋回に伴う火炎伝播速度変動
との相互作用によって誘起する燃焼振動を検出してお
り、検出した圧力変動信号を振動抑制制御部１８に印加
する。
する圧力変動のうち、燃料の蒸発から燃焼に至るまでの
時間遅れに伴う放熱と拡散旋回に伴う火炎伝播速度変動
との相互作用によって誘起する燃焼振動を検出してお
り、検出した圧力変動信号を振動抑制制御部１８に印加
する。
【００１９】振動抑制制御部１８は、圧力センサー１６
によって検出された圧力変動を周波数分析する周波数分
析装置１９と、周波数分析装置１９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
央演算装置２０と、中央演算装置の処理信号を増幅させ
る電圧増幅器２１とをそれぞれ備えた構成になってい
る。また、振動抑制制御部１８には、振動安定性の処理
信号に基づいて燃料弁８に弁開閉信号を与えるコントロ
ーラ部２２が設けられている。
によって検出された圧力変動を周波数分析する周波数分
析装置１９と、周波数分析装置１９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
央演算装置２０と、中央演算装置の処理信号を増幅させ
る電圧増幅器２１とをそれぞれ備えた構成になってい
る。また、振動抑制制御部１８には、振動安定性の処理
信号に基づいて燃料弁８に弁開閉信号を与えるコントロ
ーラ部２２が設けられている。
【００２０】次に、燃焼器の燃焼振動抑制方法について
説明する。
説明する。
【００２１】一般に、燃料噴射部１３から噴射する燃
料、例えばＬＮＧ等の気体燃料は、図２に示すように、
拡散・旋回する燃焼ガス１０の安定火炎を求めるための
燃空比（理論空気量に対する理論燃料流量）を基準とす
るほかに、燃料噴射部１３から噴射する燃料圧力と燃焼
領域１５の器内圧力との圧力差も考慮して定められてい
る。すなわち、燃料噴射部１３から噴射する燃料の圧力
をＰ0 、密度をρ0 、比熱比をγ、燃焼領域１５の器内
圧力をＰ1 とすると、等エントロピ流れの基礎理論から
噴射速度ｕは下記（１）式により与えられる。
料、例えばＬＮＧ等の気体燃料は、図２に示すように、
拡散・旋回する燃焼ガス１０の安定火炎を求めるための
燃空比（理論空気量に対する理論燃料流量）を基準とす
るほかに、燃料噴射部１３から噴射する燃料圧力と燃焼
領域１５の器内圧力との圧力差も考慮して定められてい
る。すなわち、燃料噴射部１３から噴射する燃料の圧力
をＰ0 、密度をρ0 、比熱比をγ、燃焼領域１５の器内
圧力をＰ1 とすると、等エントロピ流れの基礎理論から
噴射速度ｕは下記（１）式により与えられる。
【００２２】
【数１】
【００２３】（１）式から理解されるように、燃料噴射
部１３の圧力差ΔＰ＝Ｐ0 −Ｐ1 が大きければ噴射速度
ｕも大きくなり、圧力差ΔＰ＝Ｐ0 −Ｐ1 がゼロ、すな
わちＰ0 ＝Ｐ1 のとき噴射速度ｕ＝０になる。
部１３の圧力差ΔＰ＝Ｐ0 −Ｐ1 が大きければ噴射速度
ｕも大きくなり、圧力差ΔＰ＝Ｐ0 −Ｐ1 がゼロ、すな
わちＰ0 ＝Ｐ1 のとき噴射速度ｕ＝０になる。
【００２４】このように、圧力差ΔＰが大きいほど燃料
噴射部１３から噴射する燃料が増加するが、燃焼領域で
何等かの事情により突発的に燃焼変調があり、過渡的に
火炎伝播速度が増加する場合、火炎伝播速度の増加によ
り器内圧力Ｐ1 が上昇し、燃料噴射部１３との圧力差Δ
Ｐは減少し、燃料噴射部１３から噴射する燃料流量は低
下する。また、燃料流量の低下に伴って燃料領域１５で
燃焼ガス１０が不足すると、火炎伝播速度の低下を招
き、燃焼領域１５の器内圧力Ｐ1 も低下する。燃焼領域
１５の器内圧力が低下すると、燃料噴射部１３と燃焼領
域１５とでは再び圧力差が上昇し、燃料流量は増加す
る。
噴射部１３から噴射する燃料が増加するが、燃焼領域で
何等かの事情により突発的に燃焼変調があり、過渡的に
火炎伝播速度が増加する場合、火炎伝播速度の増加によ
り器内圧力Ｐ1 が上昇し、燃料噴射部１３との圧力差Δ
Ｐは減少し、燃料噴射部１３から噴射する燃料流量は低
下する。また、燃料流量の低下に伴って燃料領域１５で
燃焼ガス１０が不足すると、火炎伝播速度の低下を招
き、燃焼領域１５の器内圧力Ｐ1 も低下する。燃焼領域
１５の器内圧力が低下すると、燃料噴射部１３と燃焼領
域１５とでは再び圧力差が上昇し、燃料流量は増加す
る。
【００２５】このような事象が繰り返される結果、燃焼
領域１５では、生成過程中の燃焼ガス１０に圧力振動が
現われる。また、上述圧力差に起因して発生する圧力振
動のほかにも、ガスタービン燃焼器６自体の固有振動、
燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動などが誘起さ
れ、これらの振動が共鳴したとき振動レベルは予想以上
の大きさになることがある。
領域１５では、生成過程中の燃焼ガス１０に圧力振動が
現われる。また、上述圧力差に起因して発生する圧力振
動のほかにも、ガスタービン燃焼器６自体の固有振動、
燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動などが誘起さ
れ、これらの振動が共鳴したとき振動レベルは予想以上
の大きさになることがある。
【００２６】したがって、燃焼ガス１０の生成過程中、
燃焼ガス１０が燃焼振動を誘起するのは、上述圧力差に
基づく圧力振動、ガスタービン燃焼器６自体の固有振
動、燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動とが連成
することによるものであると考えられる。連成振動の中
で、とりわけ上述圧力差による圧力振動が運転中、頻繁
に発生していることを考慮すると、圧力差に基づく圧力
振動を抑制することが重要である。
燃焼ガス１０が燃焼振動を誘起するのは、上述圧力差に
基づく圧力振動、ガスタービン燃焼器６自体の固有振
動、燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動とが連成
することによるものであると考えられる。連成振動の中
で、とりわけ上述圧力差による圧力振動が運転中、頻繁
に発生していることを考慮すると、圧力差に基づく圧力
振動を抑制することが重要である。
【００２７】このため、燃焼ガス１０の生成過程中に誘
起する燃焼振動を抑制するには、燃料噴射部１３から噴
射する燃料の圧力と燃焼ガス１０を生成する燃焼領域１
５との圧力差ΔＰを絶えず一定値に保持することが必要
である。燃料の圧力と燃焼領域１５内の燃焼ガス１０と
の圧力差Δｐを一定値に保持するには、燃料の燃空比
を、ガスタービン燃焼器６の運転に応じて制御するのが
現実的な燃焼振動の抑制方法の１つである。
起する燃焼振動を抑制するには、燃料噴射部１３から噴
射する燃料の圧力と燃焼ガス１０を生成する燃焼領域１
５との圧力差ΔＰを絶えず一定値に保持することが必要
である。燃料の圧力と燃焼領域１５内の燃焼ガス１０と
の圧力差Δｐを一定値に保持するには、燃料の燃空比
を、ガスタービン燃焼器６の運転に応じて制御するのが
現実的な燃焼振動の抑制方法の１つである。
【００２８】図３は、実際のガスタービン燃焼器６で測
定された燃料の燃空比と振動強度の関係を示しており、
燃空比が適用範囲よりも大きくても小さくても振動強度
が上昇する傾向が確認されている。また、図４は、燃空
比と周波数との関係を示し、燃空比の増加とともに燃焼
振動が高周波領域へシフトすることがわかる。
定された燃料の燃空比と振動強度の関係を示しており、
燃空比が適用範囲よりも大きくても小さくても振動強度
が上昇する傾向が確認されている。また、図４は、燃空
比と周波数との関係を示し、燃空比の増加とともに燃焼
振動が高周波領域へシフトすることがわかる。
【００２９】一方、燃空比の小さいところでは、低周波
数の燃焼振動が誘起され、ガスタービン燃焼器６の固有
振動、燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動との共
振を起こし易くなり、図３に示すように、低燃空比の領
域で振動強度が大きくなる。すなわち、実際のガスター
ビン燃焼器６のパワースペクトルは、図８に示すよう
に、１００Ｈｚ前後から３００Ｈｚまでの比較的低周波
数領域で高い振動強度が現われる。
数の燃焼振動が誘起され、ガスタービン燃焼器６の固有
振動、燃焼器内筒１２と尾筒１７を含む気柱振動との共
振を起こし易くなり、図３に示すように、低燃空比の領
域で振動強度が大きくなる。すなわち、実際のガスター
ビン燃焼器６のパワースペクトルは、図８に示すよう
に、１００Ｈｚ前後から３００Ｈｚまでの比較的低周波
数領域で高い振動強度が現われる。
【００３０】そこで本実施の形態では、図１に示すよう
に、燃焼器内筒１２の燃焼領域１５に設けた圧力センサ
ー１６により、燃焼ガス１０の生成過程中に誘起する燃
焼振動を検出し、検出信号を振動抑制制御部１８に印加
する。ここで、周波数分析器１９により分析された周波
数帯域から、中央演算装置２０により現時点の振動モー
ドが図３のどの点に位置するかを演算処理する。これに
より燃空比を増やすべきか減らすべきかを判断して、こ
の出力信号を電圧増幅器２１により増幅し、燃料弁８に
対する弁開閉信号としてコントローラ部２２に入力す
る。
に、燃焼器内筒１２の燃焼領域１５に設けた圧力センサ
ー１６により、燃焼ガス１０の生成過程中に誘起する燃
焼振動を検出し、検出信号を振動抑制制御部１８に印加
する。ここで、周波数分析器１９により分析された周波
数帯域から、中央演算装置２０により現時点の振動モー
ドが図３のどの点に位置するかを演算処理する。これに
より燃空比を増やすべきか減らすべきかを判断して、こ
の出力信号を電圧増幅器２１により増幅し、燃料弁８に
対する弁開閉信号としてコントローラ部２２に入力す
る。
【００３１】コントローラ部２２から弁開閉信号が与え
られた燃料弁８は、燃焼振動の強度レベルが低下する方
向に弁開閉制御され、燃料噴射部１３に供給する燃料の
増減を調整する。したがって、燃料弁８は燃料噴射部１
３に供給する燃料を調整し、燃空比を自動的に制御する
ので、燃焼振動を低く抑えることができる。
られた燃料弁８は、燃焼振動の強度レベルが低下する方
向に弁開閉制御され、燃料噴射部１３に供給する燃料の
増減を調整する。したがって、燃料弁８は燃料噴射部１
３に供給する燃料を調整し、燃空比を自動的に制御する
ので、燃焼振動を低く抑えることができる。
【００３２】図５は、従来の燃焼ガスの圧力変動と本発
明による燃焼ガスの圧力変動とを比較するグラフで、縦
軸に燃焼ガス圧力変動値を、横軸に時間を示す。実線は
従来の燃焼ガス圧力変動特性を、また破線は本発明によ
る燃焼ガス圧力変動特性をそれぞれ示す。このグラフか
ら本発明による燃焼ガス圧力変動の振幅値が小さくな
り、振動燃焼が少なくなっていることがわかる。
明による燃焼ガスの圧力変動とを比較するグラフで、縦
軸に燃焼ガス圧力変動値を、横軸に時間を示す。実線は
従来の燃焼ガス圧力変動特性を、また破線は本発明によ
る燃焼ガス圧力変動特性をそれぞれ示す。このグラフか
ら本発明による燃焼ガス圧力変動の振幅値が小さくな
り、振動燃焼が少なくなっていることがわかる。
【００３３】図６は、本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑
制装置およびその抑制方法の第１実施例を示す部分的な
概略図である。なお、第１実施形態と同一構成部分には
同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
制装置およびその抑制方法の第１実施例を示す部分的な
概略図である。なお、第１実施形態と同一構成部分には
同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３４】本実施例は、燃料噴射部１３に高圧空気
（燃焼用空気）５を供給する流量弁２３に、振動抑制制
御部１８の弁開閉信号を与え、高圧空気５の流量調整を
することにより燃空比を制御し、燃焼ガス１０の燃焼振
動の抑制を図ったものである。
（燃焼用空気）５を供給する流量弁２３に、振動抑制制
御部１８の弁開閉信号を与え、高圧空気５の流量調整を
することにより燃空比を制御し、燃焼ガス１０の燃焼振
動の抑制を図ったものである。
【００３５】流量弁２３は、燃焼器外筒９と燃焼器内筒
１２との間に形成された高圧空気５の通路に設けられて
いる。この流量弁２３は、切り替え器２４、コントロー
ラ部２２を介して振動抑制制御部１８に接続されてい
る。切り替え器２４は、振動抑制制御部１８で演算され
た弁開閉信号を燃料弁８または流量弁２３のいずれかに
選択的に与えることができる例えば切り替えスイッチが
使用される。
１２との間に形成された高圧空気５の通路に設けられて
いる。この流量弁２３は、切り替え器２４、コントロー
ラ部２２を介して振動抑制制御部１８に接続されてい
る。切り替え器２４は、振動抑制制御部１８で演算され
た弁開閉信号を燃料弁８または流量弁２３のいずれかに
選択的に与えることができる例えば切り替えスイッチが
使用される。
【００３６】本実施例は、振動抑制制御部１８からコン
トローラ部２２、切り替え器２４を介して燃料弁８また
は流量弁２３のいずれかに弁開閉信号を与えて燃料また
は高圧空気５を流量調整して燃空比を自動的に制御する
ので、燃料噴射部１３と燃焼領域１５の燃焼ガス１０と
の圧力差を大きくすることができる。
トローラ部２２、切り替え器２４を介して燃料弁８また
は流量弁２３のいずれかに弁開閉信号を与えて燃料また
は高圧空気５を流量調整して燃空比を自動的に制御する
ので、燃料噴射部１３と燃焼領域１５の燃焼ガス１０と
の圧力差を大きくすることができる。
【００３７】一般に、燃焼振動の強度レベルは、図７に
示すように、燃料噴射部１３と燃焼領域１５の燃焼ガス
１０との圧力差ΔＰを増加させると低下する傾向にあ
る。
示すように、燃料噴射部１３と燃焼領域１５の燃焼ガス
１０との圧力差ΔＰを増加させると低下する傾向にあ
る。
【００３８】したがって、本実施例によれば、流量弁２
３のみに弁開閉させても燃料噴射部１３と燃焼領域１５
の燃焼ガス１０との圧力差を大きくすることができるか
ら、燃焼ガスの燃焼振動を抑制することができる。な
お、本実施例では、流量弁２３を用いて高圧空気５の流
量制御をすることにより燃空比を制御する説明を行った
が、流量弁２３に代えて減圧弁にしてもよい。
３のみに弁開閉させても燃料噴射部１３と燃焼領域１５
の燃焼ガス１０との圧力差を大きくすることができるか
ら、燃焼ガスの燃焼振動を抑制することができる。な
お、本実施例では、流量弁２３を用いて高圧空気５の流
量制御をすることにより燃空比を制御する説明を行った
が、流量弁２３に代えて減圧弁にしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明に係る燃焼器
の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法では、燃焼ガス
の圧力変動を圧力センサーによって検出し、検出した圧
力変動を周波数分析し、分析された周波数帯域に基づき
振動安定性を演算し、演算信号を弁開閉信号として燃料
弁に与え、燃料弁から燃料噴射部に供給する燃料を調整
することにより燃空比を制御することができる。この結
果、燃焼ガスの圧力変動に伴う燃焼振動を低く抑えるこ
とができる。
の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法では、燃焼ガス
の圧力変動を圧力センサーによって検出し、検出した圧
力変動を周波数分析し、分析された周波数帯域に基づき
振動安定性を演算し、演算信号を弁開閉信号として燃料
弁に与え、燃料弁から燃料噴射部に供給する燃料を調整
することにより燃空比を制御することができる。この結
果、燃焼ガスの圧力変動に伴う燃焼振動を低く抑えるこ
とができる。
【００４０】また、本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑制
装置およびその抑制方法では、燃焼ガスの圧力変動を圧
力センサーによって検出し、検出した圧力変動を周波数
分析し、分析された周波数帯域に基づき振動安定性を演
算し、演算信号を弁開閉信号として、燃料弁または流量
弁に選択的に与え、流量弁から燃料噴射部に供給する燃
焼用空気としての高圧空気のみを調整することによって
も燃空比を制御できる。この結果、燃焼用空気としての
高圧空気のみを調整しても燃焼ガスの圧力変動に伴う燃
焼振動を低く抑えることができる。
装置およびその抑制方法では、燃焼ガスの圧力変動を圧
力センサーによって検出し、検出した圧力変動を周波数
分析し、分析された周波数帯域に基づき振動安定性を演
算し、演算信号を弁開閉信号として、燃料弁または流量
弁に選択的に与え、流量弁から燃料噴射部に供給する燃
焼用空気としての高圧空気のみを調整することによって
も燃空比を制御できる。この結果、燃焼用空気としての
高圧空気のみを調整しても燃焼ガスの圧力変動に伴う燃
焼振動を低く抑えることができる。
【図１】本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑制装置を示す
概略図。
概略図。
【図２】図１の部分図。
【図３】燃焼器で測定される燃料の燃空比と振動強度と
の関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
【図４】燃焼器で測定される燃料の燃空比と振動周波数
との関係を示すグラフ。
との関係を示すグラフ。
【図５】従来の燃焼ガス圧力変動特性と本発明による燃
焼ガス圧力変動特性を比較するグラフ。
焼ガス圧力変動特性を比較するグラフ。
【図６】本発明に係る燃焼器の燃焼振動抑制装置および
その抑制方法の第１実施例を示す概略図。
その抑制方法の第１実施例を示す概略図。
【図７】燃焼器で測定される燃焼振動の強度レベルと、
燃料噴射部と燃料領域との圧力差との関係を示すグラ
フ。
燃料噴射部と燃料領域との圧力差との関係を示すグラ
フ。
【図８】従来の燃焼ガスのパワースペクトルを示すグラ
フ。
フ。
１ ロータ ２ 圧縮機 ３ ガスタービン ４ 空気 ５ 高圧空気 ６ ガスタービン燃焼器 ７ 燃料配管 ８ 燃料弁 ９ 燃焼器外筒 １０ 燃焼ガス １１ 排ガス １２ 燃焼器内筒 １３ 燃料噴射部 １４ 点火プラグ １５ 燃焼領域 １６ 圧力センサー １７ 尾筒 １８ 振動抑制制御部 １９ 周波数分析装置 ２０ 中央演算装置 ２１ 電圧増幅器 ２２ コントローラ部 ２３ 流量弁 ２４ 切り替え器
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料弁から供給される燃料を、燃焼室に
噴射させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部から噴射
する燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の燃焼領
域に圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料弁に与
える弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備えた燃焼
器の燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制御部
は、上記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装置と、この中央演
算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上記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たことを特徴とする
燃焼器の燃焼振動抑制装置。 - 【請求項２】 燃料弁から供給される燃料を、燃焼室に
噴射させる燃料噴射部を備え、この燃料噴射部から噴射
する燃料によって燃焼ガスを生成する燃焼室内の燃焼領
域に圧力センサーを設け、こ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に基づいて上記燃料弁に与
える弁開閉信号を演算する振動抑制制御部を備えた燃焼
器の燃焼振動抑制装置において、上記振動抑制制御部
は、上記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装置と、この中央演
算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上記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とともに、上記燃
料噴射部に燃焼用空気を供給する流量弁に弁開閉信号を
選択的に与える切り替え器を備えたことを特徴とする燃
焼器の燃焼振動抑制装置。 - 【請求項３】 燃焼室内の燃焼ガスの圧力変動を検出
し、検出された圧力変動信号を周波数分析し、分析され
た周波数帯域に基づき振動安定性を演算処理し、演算処
理信号を増幅させて燃料噴射部に燃料を供給する燃料弁
または上記燃料噴射部に燃焼用空気を供給する流量弁の
いずれかに選択的に弁開閉信号を与えることを特徴とす
る燃焼器の燃焼振動抑制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7763496A JPH09269107A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7763496A JPH09269107A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269107A true JPH09269107A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13639337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7763496A Pending JPH09269107A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09269107A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1286031A1 (en) * | 2001-08-23 | 2003-02-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same |
| KR20040037985A (ko) * | 2002-10-31 | 2004-05-08 | 한국전력공사 | 가스터빈의 연소진동 감시 장치 |
| WO2009107818A1 (ja) | 2008-02-28 | 2009-09-03 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御方法及び装置 |
| WO2010035539A1 (ja) | 2008-09-29 | 2010-04-01 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御方法及び装置 |
| JP4698855B2 (ja) * | 2001-02-21 | 2011-06-08 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼調整システム |
| CN105393057A (zh) * | 2013-09-23 | 2016-03-09 | 西门子股份公司 | 用于燃气涡轮机的燃烧器和用于减少燃气涡轮机中的热声振荡的方法 |
| CN105937774A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-14 | 南京航空航天大学 | 一种多点贫油直喷分级燃烧室系统及其工作方法 |
| WO2016208998A1 (ko) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | 두산중공업 주식회사 | 진동제어를 통한 제어방법 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP7763496A patent/JPH09269107A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4698855B2 (ja) * | 2001-02-21 | 2011-06-08 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼調整システム |
| US7234305B2 (en) | 2001-08-23 | 2007-06-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same |
| US6955039B2 (en) | 2001-08-23 | 2005-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same |
| EP1286031A1 (en) * | 2001-08-23 | 2003-02-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same |
| KR20040037985A (ko) * | 2002-10-31 | 2004-05-08 | 한국전력공사 | 가스터빈의 연소진동 감시 장치 |
| WO2009107818A1 (ja) | 2008-02-28 | 2009-09-03 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御方法及び装置 |
| US8701420B2 (en) | 2008-02-28 | 2014-04-22 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control method and device |
| WO2010035539A1 (ja) | 2008-09-29 | 2010-04-01 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御方法及び装置 |
| US8406978B2 (en) | 2008-09-29 | 2013-03-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control method and device |
| CN105393057A (zh) * | 2013-09-23 | 2016-03-09 | 西门子股份公司 | 用于燃气涡轮机的燃烧器和用于减少燃气涡轮机中的热声振荡的方法 |
| CN105393057B (zh) * | 2013-09-23 | 2017-06-30 | 西门子股份公司 | 用于燃气涡轮机的燃烧器和用于减少燃气涡轮机中的热声振荡的方法 |
| WO2016208998A1 (ko) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | 두산중공업 주식회사 | 진동제어를 통한 제어방법 |
| US10443842B2 (en) | 2015-06-25 | 2019-10-15 | DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD | Control method using vibration control |
| CN105937774A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-14 | 南京航空航天大学 | 一种多点贫油直喷分级燃烧室系统及其工作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Paschereit et al. | Excitation of thermoacoustic instabilities by interaction of acoustics and unstable swirling flow | |
| US6464489B1 (en) | Method and apparatus for controlling thermoacoustic vibrations in a combustion system | |
| JPH07190364A (ja) | 熱音響的な振動を減衰させるための方法並びに該方法を実施するための装置 | |
| US7775052B2 (en) | Active combustion control system for gas turbine engines | |
| US6202401B1 (en) | Method and device for acoustic modulation of a flame produced by a hybrid burner | |
| US6461144B1 (en) | Method of controlling thermoacoustic vibrations in a combustion system, and combustion system | |
| US6272842B1 (en) | Combustor tuning | |
| JP4249263B2 (ja) | 空気を用いた燃料燃焼方法及び装置 | |
| CN111043623B (zh) | 一种基于电场影响火焰根部的闭环负反馈调节避免燃烧室产生共振的方法 | |
| US4030874A (en) | Method of and apparatus for controlling combustion | |
| JPH09269107A (ja) | 燃焼器の燃焼振動抑制装置およびその抑制方法 | |
| US20080118343A1 (en) | Combustion control for a gas turbine | |
| US6170265B1 (en) | Method and device for minimizing thermoacoustic vibrations in gas-turbine combustion chambers | |
| Richards et al. | Combustion oscillation control by cyclic fuel injection | |
| Riley et al. | Adaptive closed-loop control on an atmospheric gaseous lean-premixed combustor | |
| JP3529924B2 (ja) | 燃焼器の燃焼振動抑制装置 | |
| KR101138360B1 (ko) | 반능동형 연소 제어 방법 및 그 방법을 수행하는 장치. | |
| Paschereit et al. | Proportional control of combustion instabilities in a simulated gas-turbine combustor | |
| JP2005048992A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| JPH08226338A (ja) | 燃焼器の燃焼振動抑制装置 | |
| EP1557609B1 (en) | Device and method for damping thermoacoustic oscillations in a combustion chamber | |
| Neumeier et al. | Open-loop performance of a fast-response, actively controlled fuel injector actuator | |
| US20020029573A1 (en) | Method for reducing thermoacoustic vibrations in turbo machines with a burner system | |
| Deshmukh et al. | Suppression of thermo-acoustic instabilities using Helhmoltz resonator | |
| Murugappan et al. | Extremum-seeking adaptive controller for swirl-stabilized spray combustion |