JPS63695B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動燃焼監視方式に係り、特にボイ
ラ、工業用加熱炉等の火炉内に発生する振動燃焼
を事前に察知し、振動燃焼によるトラブルを未然
に防止するに好適な振動燃焼監視方式に関する。

振動燃焼は、ロケツト、ジエツトエンジン、ボ
イラおよび工業用加熱炉等の火炉内においてしば
しば発生し、発生時に火炉あるいはダクト等の機
器内に気柱共鳴振動現象が起り、騒音を発生し、
更にはその機器の損傷にまで至る。

従つて、振動燃焼が発生する以前にこれを察知
し、アラームの発生もしくは直接バーナ制御を行
う等して適切な処置を講ずることが必要である。

しかるに、従来は振動計、騒音計による変動レ
ベル測定、あるいは、圧力等の変動を直接電磁オ
シログラフなどにより、共鳴振動の発生を確認す
る程度で、共鳴振動従つて振動燃焼の発生を事前
に察知し、それによるトラブルを未然に防止する
ことはできなかつた。

このような点に鑑み、出願人は特開昭55―
78217号公報に示すように振動燃焼が発生する場
合には、火炉あるいはダクト等の機器内に、ある
周波数帯域幅に亙つてランダムにその振動が変動
する圧力変動が生じている状態からそのうちのあ
る特定の周波数の振幅が成長して共鳴振動が発生
することに着目し、機器内における任意の１点の
圧力変動を測定して周波数分析を行い、その各周
波数に対する振幅値の平均値を求め、その平均値
に対する共鳴周波数成分の振幅値の占める割合を
算出し、その割合が所定の値に達したことを以つ
て振動燃焼の発生を予知する方式を提案した。

しかし、更に検討するにつれて、多数の燃焼器
より成るボイラ火炉あるいはそのダクト等の機器
内においては、特定の燃焼器が原因で振動燃焼を
起す場合があるため、圧力測定値が測定点によつ
て異なり、この結果、多数の測定点での圧力測定
が必要になることが判明した。

しかも測定点を多数設けた場合には、その周波
数分析装置の容量及び計算スピードを上げない
と、振動燃焼の発生予知に間に合わないため、更
に効率の良い振動燃焼発生予知の開発が望まれ
た。

本発明の目的は、上記の点に鑑みなされたもの
であつて、機器内における圧力変動を確実に捕捉
して、効率良い処理を行うことにより、振動燃焼
の発生を確実に予知してその回避に役立つ振動燃
焼監視方式を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、複数個
の圧力測定器を、それらのうちの２つを任意方向
において選択し得るように機器内に配置し、それ
ら測定器のうちの選択された２つの測定器の各測
定信号に基づき、それらの平均圧力振幅およびそ
れらの共鳴周波数の平均振幅を求め、上記平均圧
力振幅に対する上記共鳴周波数の平均振幅の比を
算出し、該比が所定値に達したことを検出して振
動燃焼の発生予知を行うことを特徴とする。

以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図を参
照して説明する。

第１図は、火炉１０の概略構成図で、１〜６は
火炉１０内の各点における圧力変動を測定するた
めに配置された各測定点を示す。この配置位置
は、火炉１０の対向する水壁における対向する位
置（第１図に示す測定点２と測定点５）、片側の
水壁の鉛直線（測定端２，５を結ぶ線に垂直な
線）上にある複数の位置（第１図に示す測定点
１，２，３）、および片側の水壁の水平線（前記
鉛直線と、測定点２，５を結ぶ線とに対して垂直
な線）上にある複数の位置（第１図に示す測定点
４，５，６）より成る。これにより、それら測定
点のうちの２つを選択するとき、その選択が３次
元方向になされることが可能となる。

第２図は、その火炉１０の振動燃焼監視を行う
ためのブロツク系統図で、第１図の火炉１０の各
測定点１〜６にはその圧力変動を測定する測定プ
ローブ８〜１３をセツトする。これらのプローブ
の任意の２つを選択することにより、後述するよ
うに任意の方向（３次元方向）における圧力変動
を知ることができる。各測定プローブ８〜１３か
ら得られた各圧力信号は変換器２０で各電気信号
に変換される。３０は変換器２０からの各電気信
号に基づいて所定の演算処理を行う演算装置、４
０はその演算結果に基づきアラームを発生するア
ラーム装置である。

このように構成されて、火炉１０内の各測定点
における各圧力変動は、測定プローブ８〜１３に
より取り出され、変換器２０で各電気信号に変換
された後、演算装置３０に送られる。

演算装置３０はこれらの電気信号のうちの選択
された２つの電気信号に基づいて所定の演算を行
う。以下この演算について説明する。

これら電気信号はそれぞれ等しい時間区分（例
えば10秒間）に分割して各時間区分毎の演算が行
われる。今、例えば測定点２と測定点５が選択さ
れ、Ｎ個の時間区分に分割されたとする。そし
て、測定点２のｉ番目（ｉ＝１，２，３，……，
Ｎ）の区分における信号の時間ｔに対する変動を
x_i（ｔ）、測定点５のｉ番目の区分における信号の
時間ｔに対する変動をy_i（ｔ）で表わすと、信号
x_i（ｔ）の平均振幅I_pxと、信号y_i（ｔ）の平均振幅
I_pyはそれぞれ次式に示す２乗平均により求めら
れる。

次いで、測定点２，５相互間の平均振幅I_pを上
記の各平均振幅I_px，I_pyの積（I_p＝I_px×I_py）とし
て求める。このように平均振幅を両者の積とする
のは、必要とする平均振幅が測定点２，５の空間
的な平均振幅でなければならないからであり、こ
れは後述するクロスパワースペクトル演算が、各
測定点２，５相互間における各共鳴周波成分の振
幅の積として求められることに対応する。

一方、さきの電気信号x_i（ｔ）、y_i（ｔ）につい
て、フーリエ変換を用いて周波数分析を行う。こ
こで、当該フーリエ変換の結果得られる各周波数
成分を〓で表わす（α＝０，１，２，……，Ｍ，
０は最小周波数の指数、Ｍは最大周波数の指数）
と、電気信号x_i（ｔ）、y_i（ｔ）のフーリエ変換は
それぞれX_i（〓）、Y_i（〓）で表わされる。値X_i
（〓）、Y_i（〓）はそれぞれ周波数〓の振幅であ
る。

次に、上記各周波数成分の振幅X_i（〓）、Y_i（〓
）
のうち共鳴周波数成分の平均振幅をクロスパワー
スペクトル演算を用いて求める。このクロスパワ
ースペクトル演算とは、相互に何等かの関連があ
ると考えられる２つの値を位相成分を含めて乗算
する演算であり、両者が何等の関連をも有さない
場合は０になる。なお、クロスパワースペクトル
演算については、例えば、J.S.ベンダツト、A.G.
ピアソル共著、培風館発行「ランダムデータの続
計的処理」において詳述されている。上記の場
合、このクロスパワースペクトル演算は次式で表
わされる。

なお、X_i〓（〓）はX_i（〓）の共役複素数であ
る。今、上記フーリエ変換の結果の共鳴周波数成
分を〓で表わすと、当該共鳴周波数成分の平均振
幅はクロスパワースペクトル演算により I_f＝A_x,y（〓） として求めることができる。

最後に、さきに求めた測定点２，５相互間の平
均振幅I_pと共鳴周波数成分の平均振幅I_fの比I_f／I_p
を演算する。この比I_f／I_pを以下、共鳴周波数成
分発生率と称する。この共鳴周波数成分発生率
は、２つの測定点の圧力変動の大きさのなかに占
める共鳴周波数成分の割合ということができる。
そして、上記の説明では、測定点２，５を選択す
る例について示したが、この２つの測定点の選択
は任意に行うことができ、これにより、いくつか
の共鳴周波数成分発生率を得ることができる。

演算装置３０は、このような演算処理を、常時
所定サイクルで繰り返し実行する。

このようにして、火炉１０内に生じたある圧力
変動のうちの特定の周波数成分が成長して共鳴振
動が生じ振動燃焼が発生するまでの過程におけ
る、複数個の平均圧力振幅値及び複数個の共鳴周
波数成分発生率を算出し、得られたデータを、縦
軸に共鳴周波数成分発生率（％）、横軸に平均圧
力振幅値（mmAq）を取るグラフ上にプロツト
し、更に、これを何回か繰返したところ第３図の
如き関数が得られた。

第３図から明らかなように、火炉１０が振動燃
焼を起して平均圧力振幅値が増大するのは、各共
鳴周波数成分発生率がほぼ80％を超えた場合であ
ることが分る。

このことから演算装置３０で算出した各共鳴周
波数成分発生率が例えば約75〜80％に達したと
き、これを検知して、アラーム装置４０に出力
し、アラームを発生させれば、振動燃焼が発生す
る以前にこれを察知することができる。

この結果、ボイラ保守員は、アラーム発生によ
つて、バーナ燃焼状態を調整する等して、振動燃
焼の発生を回避することができる。

勿論、この場合、演算装置３０で算出した各共
鳴周波数成分発生率が所定値に達したとき、それ
によつて演算装置から直接バーナ制御器（図示せ
ず）に出力して、バーナを調整することも可能で
ある。

このようにして、振動燃焼の発生を回避するこ
とができることから、実機において種々の操作条
件での確認実験を安全に行うことができ、その結
果、低NOx燃焼、未然カーボン抑制、熱負荷調
整等の燃焼対策が容易に行えるようになる。

尚、上記演算装置はアナログ周波数解析器を用
いて構成しても良く、また、デイジタル計算機を
用いて構成しても良い。

以上の記載の通り、本発明によれば、ボイラ火
炉あるいはダクト等の機器内の３次元方向に複数
個の圧力変動を測定する測定器を配設したので、
機器内における圧力変動を確実に補捉することが
でき、上記測定器からの各測定信号に基づき平均
圧力振幅及び上記複数の測定器間３次元方向にお
ける共鳴周波数の平均振幅を求め、上記平均圧力
振幅に対する上記共鳴周波数の平均振幅の比を算
出するようにしたので、その演算処理は単純化さ
れ演算容量を増すことなく計算スピードを上げる
ことができ、上記比が所定値に達したことを検出
することにより、振動燃焼の発生予知が可能にな
る結果、振動燃焼の発生を確実に回避することが
できるようになり、機器に対する種々の試験、調
整が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に適用される火炉内
における測定点を示す説明図、第２図は、本発明
の実施例を示すブロツク系統図、第３図は、第２
図の演算装置３０で算出されるデータをプロツト
したグラフである。 １０……火炉、２０……圧力一電気信号変換
器、３０……演算装置、４０……アラーム装置、
１〜６……測定器、８〜１３……測定プローブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の圧力測定器を、それらのうちの２つを
   任意方向において選択し得るように機器内に配設
   し、選択された２つの圧力測定器から得られる各
   測定値に基づいて、それらの平均圧力振幅および
   共鳴周波数の平均振幅を求め、この共鳴周波数の
   平均振幅の前記平均圧力振幅に対する比を算出
   し、この比が所定値に達したことを検出して前記
   機器内における振動燃焼の発生予知を行うことを
   特徴とする振動燃焼監視方式。