(57)【要約】  ガスタービン設備（１）の動作系を制御するための制御装置であって、測定量を検出しかつこの測定量を表す測定信号を出力するための少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）と、ガスタービン設備の燃焼室（１２）への空気供給量および／または燃料供給量を操作量に基づいて調節するための少なくとも１つの操作機構（３１、３２）と、測定量を受信するために前記少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）と操作量を出力するために前記少なくとも１つの操作機構（３１、３２）とに接続された制御器（２９）とを有し、この制御器が、受信した測定量と基準量からの測定量の偏差とに基づいて操作量を算定するように構成されており、少なくとも１つのバーナパラメータまたは燃焼室パラメータの時間的変化を測定量として検出するように構成された少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）が設けられている制御装置。
2008540911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン設備（１）の動作系を制御するための制御方法であって、
‐少なくとも１つの制御量を検出するステップと、
‐検出された制御量を所定の基準量と比較するステップと、
‐制御量と基準量との比較に基づいて少なくとも１つの操作量を算定するステップと、
‐算定された操作量を、ガスタービン設備（１）の燃焼室（１２）への空気供給量および／または燃料供給量を調節する少なくとも１つの操作機構（３１、３２）に対して出力するステップとを含み、安定性限界への火炎の接近を表示する制御量が前記少なくとも１つの制御量として使用されることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
少なくとも１つのバーナパラメータまたは１つの燃焼室パラメータの時間的変化が制御量として検出されることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
燃焼室内の交番圧力および／またはバーナフランジの交番圧力および／または燃焼室加速度がバーナパラメータもしくは燃焼室パラメータとして使用されることを特徴とする請求項２記載の制御方法。
【請求項４】
前記の少なくとも１つのバーナパラメータもしくは１つの燃焼室パラメータの他に、少なくとも１つの燃焼パラメータが制御量として検出されることを特徴とする請求項２または３記載の制御方法。
【請求項５】
燃焼排気中のＮＯX含有量および／または燃焼排気中のＣＯ含有量および／または燃焼室の圧力降下が燃焼パラメータとして使用されることを特徴とする請求項４記載の制御方法。
【請求項６】
少なくとも１つのバーナパラメータまたは１つの燃焼室パラメータの絶対値が他の制御量として検出されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項７】
ガスタービン出力の変更をもたらす少なくとも１つの量および／または燃焼ガスの補正温度の変更をもたらす１つの量および／またはパイロットガス質量流量の変更をもたらす１つの量が操作量として出力されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項８】
検出された制御量と基準量との比較および／またはこの比較に基づく操作量の算定がファジィ論理を基に行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項９】
検出された制御量と基準量との比較とこの比較に基づく操作量の算定との結合がニューラルネットワークを用いて行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項１０】
検出された制御量と基準量との比較、および／またはこの比較に基づく操作量の算定が、固定制御規則を用いて行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項１１】
時間的に変化する制御量として振動量が検出されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項１２】
振動量に高速フーリエ変換および／または平均自己相関が施されることを特徴とする請求項１０記載の制御方法。
【請求項１３】
トランジェント（過渡特性）が形成されることを特徴とする請求項１２記載の制御方法。
【請求項１４】
ガスタービン設備（１）の動作系を制御するための制御装置であって、
‐測定量を検出しかつこの測定量を表す測定信号を出力するための少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）と、
‐ガスタービン設備の燃焼室（１２）への空気供給量および／または燃料供給量を操作量に基づいて調節するための少なくとも１つの操作機構（３１、３２）と、
‐制御器（２９）とを有し、この制御器は測定量を受信するための前記少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）と、操作量を出力するための前記少なくとも１つの操作機構（３１、３２）とに接続されており、この制御器が、受信した測定量と基準量からの測定量の偏差とに基づいて操作量を算定するように構成されており、
‐少なくとも１つのバーナパラメータまたは１つの燃焼室パラメータの時間的変化を測定量として検出するように構成された少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）が設けられている制御装置。
【請求項１５】
燃焼室内の交番圧力を検出するためのセンサ（２１）および／またはバーナフランジ（１３）の交番圧力を検出するためのセンサ（２５）および／または燃焼室加速度を検出するためのセンサ（２３）がセンサとして設けられていることを特徴とする請求項１４記載の制御装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの排ガス測定装置（２７）が制御器（２９）に接続されたことを特徴とする請求項１４または１５記載の制御装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの燃焼室パラメータの絶対値を検出する少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５、２７、３５、３７）が制御器（２９）に接続されたことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項１８】
燃焼室（１２）内での燃焼に供給される燃料質量流量を調節するための少なくとも１つの燃料弁（３１）が操作機構として設けられていることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項１９】
圧縮機静翼リング（３２）が操作機構として設けられていることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項２０】
制御器（２９）が、ファジィ論理に基づく制御コンセプトを含むことを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項２１】
制御器（２９）が、ニューラルネットワークに基づく制御コンセプトを含むことを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項２２】
制御器（２９）が、固定制御規則に基づく制御コンセプトを含むことを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項２３】
少なくとも１つのセンサ（２１、２３、２５）が振動測定量を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項２４】
高速フーリエ変換を実行するように構成されたフーリエ変換ユニット（３３）、および／または平均自己相関の算定用演算ユニットが設けられていることを特徴とする請求項２３記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼室の動作系を制御するための制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
ガスタービンは、一般に圧縮機とタービンと燃焼室部とを含む流体機械である。圧縮機において吸い込まれた周囲空気が圧縮され、圧縮された空気は最後に燃焼室部に供給される。燃焼室部に配置される少なくとも１つの燃焼室が大抵複数のバーナを備えており、圧縮された空気がこれらのバーナに供給される。圧縮された空気の他にバーナにはさらに燃料が供給され、燃料は空気と混合され、燃焼させられる。その際に燃焼室内に発生する高温の燃焼ガスはタービンに供給され、そこで減圧され冷却され、タービンを回転させる。こうして燃焼ガスの熱エネルギーが機械的仕事に変換され、この機械的仕事は一方で圧縮機の駆動に利用され、他方で負荷、例えば電気を発生する発電機の駆動に利用される。
【０００３】
燃焼室内での燃焼時には安定した火炎の存在することに注意しなければならない。火炎の不安定性は特に燃焼排気中の共振燃焼振動に基づいて現れ、一方で有害物質排出量増加をもたらすことがあり、他方で燃焼室の振動を引き起こすことがあり、振動は燃焼室の寿命を低下させ、整備間隔を短くする。
【０００４】
さらに、バーナはふつう主燃料供給部の他にいわゆるパイロット燃料供給部も装備している。主燃料質量流量と比較して僅かな燃料質量流量がパイロット燃料供給部を介して供給されて火炎を支える。それに加えて、必要なら、供給されるパイロット燃料の質量流量を調節することによって火炎は安定させることができる。
【０００５】
火炎の安定性は多数の外乱によって影響を受ける。このような外乱の例は周囲温度、燃料の密度および発熱量であるが、しかしガスタービン設備、特に燃焼室とバーナの構造状態でもある。外乱の影響はパイロットバーナを介して供給される燃料質量流量によって補償される。パイロットガス質量流量は特定の限界を上もしくは下に超えてはならない。というのも、さもないと火炎は不安定領域に移行するであろうからである。パイロットガス質量流量を安定した火炎領域に保つために、投入すべきパイロットガス質量流量を外乱に依存して規定する機能が応用される。この機能はパイロットガス曲線とも称される。
【０００６】
パイロットガス曲線には多数のガスタービンパラメータが含まれる。これらのパラメータは、ガスタービン設備が同一構造である場合でもガスタービン設備ごとに変化する。特に、ガスタービン設備の設置場所の周囲条件も考慮しなければならない。それに加えて、ガスタービン設備の運転時にガスタービンパラメータは時間とともに変化を受けることがある。そのことから、パイロットガス曲線の時間を要する新規調整または再調整が必要となることがある。調整プロセスによって高い費用および停止時間が引き起こされる。
【０００７】
パイロットガス曲線に対する外乱の影響が定量的に十分には分かっていないことがなお加わる。多くの外乱にはそもそも適切には反応することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、火炎不安定性を防ぐのに有利に利用することのできる制御方法および制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１による制御方法および請求項１３による制御装置によって解決される。従属請求項は本発明の有利な諸構成を含む。
【００１０】
ガスタービン設備の動作系を制御するための本発明に係る制御方法では、少なくとも１つの制御量が検出され、検出された制御量が所定の基準量と比較され、この比較に基づいて少なくとも１つの操作量が算定される。算定された操作量は、ガスタービン設備の燃焼室への空気供給量および／または燃料供給量を調節する少なくとも１つの操作機構に対して出力される。その際、安定性限界への火炎の接近を演繹することのできる制御量が少なくとも１つの制御量として利用される。特に、少なくとも１つのバーナパラメータまたは１つの燃焼室パラメータの時間的変化がこのような制御量として考慮される。特に、燃焼室内の交番圧力および／または燃焼室加速度を燃焼室パラメータとして利用することができる。例えばバーナフランジの交番圧力をバーナパラメータとして利用することができる。
【００１１】
本発明に係る制御方法でもって、火炎安定性に対する外乱の影響が定量的に正確に既知である必要もなしに、火炎は安定保持することができる。
【００１２】
本発明は以下の新しいコンセプトに依拠している。先行技術におけるように外乱に目を向ける代わりに、火炎の安定性を維持するために、本発明に係る制御方法ではバーナ不安定限界、すなわち安定性限界自体に目を向ける。換言するなら、パイロットガス質量流量は検出された外乱に依存して変更されるのでなく、バーナ不安定限界に接近時に変更される。バーナ不安定限界に接近したことの確認は外乱の定量的知識なしに行われる。
【００１３】
先行技術において外乱の定量的知識が不可欠であるのは、外乱とともに変化するバーナ不安定限界を算定し、こうしてすべての外乱についてバーナ不安定限界の内部で動くパイロットガス曲線を提供できるようにするためにである。既に冒頭で述べたようにバーナ不安定限界に対する外乱の影響は同一構造のガスタービン設備の場合でも例えば周囲条件の違いに基づいて変化するので、先行技術では各ガスタービン設備の個別的調整が必要である。
【００１４】
それに対して本発明に係る方法では、外乱とバーナ不安定限界の状態との関係の定量的知識は不可欠ではない。というのも、火炎を安定させるためのパイロットガス量の変更はバーナ不安定限界への接近が起きたか否か、およびバーナ不安定限界への接近の直接的検出が行われたか否かに直接依存させることができるからである。それに加えて、パイロットガスはさらに火炎を支持するのにも利用される。
【００１５】
バーナ不安定限界への接近を確認するために、既に触れたバーナパラメータもしくは燃焼室パラメータの時間的変化を利用することができる。その際特に適しているのはバーナフランジの交番圧力である。というのも、この交番圧力はバーナ不安定限界への接近に対して燃焼室内の交番圧力および燃焼室加速度よりも早く反応するからである。しかし基本的に前記すべての燃焼室パラメータがバーナ不安定限界への接近を確認するのに適している。
【００１６】
前記バーナパラメータおよび燃焼室パラメータ（例えば交番圧力、燃焼室加速度またはＯＨ放射）は、火炎不安定性への接近を評価するために高速フーリエ変換ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）および／または平均自己相関を施される振動量である。高速フーリエ変換および／または平均自己相関は、時間的に変化する量を分析するのに特別適した手段である。
【００１７】
自己相関の判定用に、振動アナログ信号は複数の振動数帯域についてまず正確な振幅でフィルタリングされ、引き続きＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）され、またはまずＡＤ変換され、引き続き正確な振幅でフィルタリングされる。自己相関は振動数帯域別に短い時間間隔で２乃至８の信号周期に基づいてこれらの振動数帯域の各平均振動数において計算される。引き続き、自己相関は振動数帯域別に、それぞれ各振動数帯域についての先行する時間ステップから１０乃至１００の相互に相前後する自己相関と一緒に平均化される。各振動数帯域についての自己相関の平均化と同時に、それらの分散が判定される。
【００１８】
これらの振動数スペクトルおよび／または平均自己相関および／または自己相関の分散から、個々の振動数または特定振動数帯域についてトランジェント（過渡特性）が形成される。これは例えば線形回帰計算によって行うことができる。個々のトランジェントまたはそれで形成された特性量が特定値を上まわると、制御介入、例えば出力の低下またはパイロットガス量の変更が行われる。
【００１９】
平均自己相関の絶対値およびそれらのトランジェントと場合によっては付加的に自己相関の分散および分散のトランジェントとで形成される特性量が特定値を上まわると、制御介入、例えば出力の低下またはパイロットガス量の変更が行われる。トランジェントを評価することによって、著しく大きな早期警告時間を達成することができる。
【００２０】
さらに、この制御方法において少なくとも１つのバーナパラメータおよび／または少なくとも１つの燃焼室パラメータの他に、単数または複数の燃焼パラメータを制御量として検出することができる。好適な燃焼パラメータは例えばガスタービン設備の有害物質排出量、特に燃焼排気中の窒素酸化物含有量（ＮＯX含有量）および／または一酸化炭素含有量（ＣＯ含有量）である。同様に適した燃焼パラメータは燃焼室の圧力降下である。
【００２１】
それに加えて本発明に係る制御方法では、さらなる支援のためバーナパラメータおよび燃焼室パラメータの絶対値を検出することができる。しかし、バーナ不安定限界への接近を確認するためにまずなによりもバーナパラメータおよび燃焼室パラメータの時間的変化に注意が向けられる。
【００２２】
ガスタービン出力の変更をもたらす少なくとも１つの量および／または燃焼ガスの補正排気温度の変更をもたらす量を操作量として出力することができる。しかし特に、パイロットガス質量流量の変更を表す量が操作量として出力される。ガスタービン出力または補正排気温度の変更は一般に空気および主燃料供給量の絶対値の変更を介して、および空気供給量と主燃料供給量との比率変更を介して間接的に行われる。それゆえにガスタービン出力または補正排気温度の変更をもたらす量と見做すことができるのは、特に、空気供給量および／または主燃料供給量および／または空気供給量対主燃料供給量の比率の調整すべき絶対値を表す量である。ガスタービン出力の変更は、例えば、設備の本来の動作系から逸脱せずに排出量範囲内にガスタービン設備を保つのに利用することができる。それに対して、パイロットガス質量流量の変更は、バーナ不安定限界に達するのを防止するためにガスタービン設備の動作系を変更しなければならないとき利用される。このことは、場合によっては補正排気温度および／またはガスタービン出力の変更と組合せることができる。
【００２３】
一方で検出された制御量と基準量との結合、他方で操作量との結合は、特にファジィ論理に基づいて行うことができる。しかし選択的に、ニューラルネットワークまたは固定制御規則を利用することも可能である。ファジィ論理は特に、バーナ不安定限界への接近度に依存して反応の等級区分を実現することを可能とする。
【００２４】
全体として本発明に係る制御方法は、バーナ不安定限界に達してこれを上まわるのを確実に防止することを可能とする。バーナ不安定限界に達したことに基づくガスタービン設備の高速遮断、すなわち設備の緊急停止は、確実に防止することができる。さらに、ガスタービン設備の動作限界は一層良好に利用することができる。例えば、火炎不安定性の高まりによる窒素酸化物排出量増加は和らげることができ、または一層高い補正排気温度（ＯＴＣ＝補正出口温度）を適用することができ、これによりガスタービン設備の効率は改善することができる。同様に、特定の圧縮機入口温度を下まわるときに補正排気温度の低下を防止または少なくとも減らすことが可能である。その際、圧縮機入口温度とは圧縮機によって吸い込まれて圧縮機に流入するときの空気の温度である。
【００２５】
ガスタービン設備の動作系を制御するための本発明に係る制御装置は、
‐測定量を検出しかつこの測定量を表す測定信号を出力するための少なくとも１つのセンサと、
‐ガスタービン設備の燃焼室への空気供給量および／または燃料供給量を操作量に基づいて調節するための少なくとも１つの操作機構と、
‐制御器とを含み、この制御器は測定量を受信するための少なくとも１つのセンサと操作量を出力するための少なくとも１つの操作機構とに接続されている。
【００２６】
この制御器は、受信した測定量と基準量からの測定量の偏差とに基づいて操作量を算定するように設計されている。本発明に係る制御装置には、バーナパラメータまたは燃焼室パラメータの時間的変化を検出するように構成された少なくとも１つのセンサが設けられている。
【００２７】
本発明に係る制御装置でもって本発明に係る方法は実施することができ、これによりガスタービン設備の動作系は特に火炎不安定性の回避向上によって最適にすることができる。
【００２８】
その際特に、燃焼室内の交番圧力を検出するためのセンサおよび／またはバーナフランジの交番圧力を検出するためのセンサおよび／または燃焼室加速度を検出するためのセンサがセンサとして設けられている。それと並んで、制御器に接続されて燃焼パラメータを検出する少なくとも１つのセンサ、例えば燃焼排気の例えば窒素酸化物含有量または一酸化炭素含有量を検出することのできる排ガス測定装置、またはバーナパラメータまたは燃焼室パラメータの絶対値を検出するためのセンサを設けておくことができる。
【００２９】
燃焼室に導入される燃料質量流量を調節するための少なくとも１つの燃料弁を操作機構として利用することができる。少なくとも１つの主燃料管路用燃料弁と１つのパイロット燃料管路用燃料弁が設けられていると有利である。
【００３０】
前記の少なくとも１つの燃料弁の代わりに、または有利にはそれを補足して、圧縮機の第１静翼リング、つまり流入側で流入空気に向き合う静翼リングを操作機構として利用することができる。この静翼リングは一般に可動静翼を有し、これらの静翼でもって圧縮機の空気流入用に利用可能な流入横断面は変更することができる。
【００３１】
バーナパラメータまたは燃焼室パラメータの時間的変化を検出するセンサが振動測定量を検出するように構成されている場合、この制御装置には、振動測定量を分析するための適切な手段を提供するために、高速フーリエ変換を実行するように構成されたフーリエ変換ユニットおよび／または平均自己相関を算定するための演算ユニットを付設しておくことができる。
【００３２】
本発明のその他の特徴、特性および利点は添付図を参考に１実施例についての以下の説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１はガスタービン設備１を一部断面の側面図で示す。このガスタービン設備は圧縮機部３とタービン部５とバーナ部７とを含む。圧縮機部３とタービン部５とにおいて圧縮機動翼４もしくはタービン動翼６が共通の軸８に配置されており、この軸はタービンロータとも称される。タービンロータ８は中央軸線９の周りを回転可能に支持されている。
【００３４】
バーナ部７が含む複数のバーナ１０は燃焼室１２に通じ、燃焼室はタービン部５に通じている。燃焼室１２は本実施例において環状燃焼室として構成されており、すなわちタービンロータ８の周りで環状に設置されている。
【００３５】
ガスタービン設備１の運転時、圧縮機を介して周囲空気Ｕが吸い込まれ、高い圧力に圧縮され、いわゆる圧縮機空気としてバーナ部７内に引き渡される。圧縮機に流入する空気質量流量の値は第１静翼リング３２を用いて有効圧縮機流入横断面を調整することによって調節することができる。
【００３６】
バーナ部７において圧縮機空気がバーナ１０に流入し、図２に示すように、燃料管路４０ａ、４０ｂを介してバーナ１０に供給される燃料と混合され、燃焼室１２において燃焼させられる。その際、供給される燃料質量流量の値は単数または複数の調整弁３１ａ、３１ｂを介して調節することができる。
【００３７】
燃焼時に発生する燃焼ガスが作動流体Ａを形成し、この作動流体はタービン部５に送られ、そこで減圧と冷却を受けながら衝動を動翼６に伝達し、こうしてロータ８を回転させる。回転するロータ８は一方で圧縮機を駆動し、他方で（図示しない）負荷、例えば電気を発生する発電機と連結されている。
【００３８】
燃焼室１２内での火炎の不安定性を防止するために、ガスタービン設備１は燃料供給量および／または空気供給量を調節することによって動作系を制御するための制御装置を装備している。この装置は図２にブロック線図の態様で示してある。制御装置は、ガスタービン燃焼室１２の内部および外部のさまざまな個所に配置される複数のセンサ２１、２３、２５、２７、３５、３７を含む。制御装置がさらに含む制御器２９にセンサ２１、２３、２５、２７、３５、３７は接続されている。さらに操作機構、つまり調整弁３１と静翼リング３２が設けられており、これらはやはり制御器２９と接続され、バーナ１０への燃料供給量および空気供給量の質量流量を調整するように構成されている。
【００３９】
このガスタービン設備１では、特に３つの調整可能な燃料質量流量と１つの調整可能な空気質量流量が設けられている。例えば気体燃料が利用される場合、燃料質量流量の１つは拡散モードのときバーナを作動させるためのいわゆる拡散ガス質量流量である。この拡散モードのときガスは燃焼室１２内にある火炎に直接噴霧され、事前に空気と混合されるのではない。第２の燃料質量流量は予備混合モード、すなわち供給されたガスが事前に圧縮機空気と混合されかつこの混合気が引き続き燃焼させられるモードのときバーナを作動させるためのいわゆる予備混合ガス質量流量である。最後に本実施例において他の燃料質量流量としてパイロットガス質量流量が設けられており、これはなかんずく、予備混合動作でバーナを作動させるとき火炎を支持するのに役立つ。
【００４０】
センサ２１、２３、２５、２７、３５、３７でもってさまざまな燃焼室パラメータおよび燃焼パラメータが検出され、検出された測定量を表す信号の態様で制御器２９に転送される。
【００４１】
センサ２１は燃焼室プレナム１１内に配置されて燃焼室１２内の交番圧力を検出する圧力センサ、センサ２５はガスタービンケーシングに配置されてバーナ１０のフランジ１３の交番圧力を検出する圧力センサ、センサ２３は燃焼室加速度を検出する加速度センサである。加速度センサは燃焼室壁の外面に直接設置されている。
【００４２】
検出された３つのパラメータ、つまり燃焼室内の交番圧力とバーナフランジの交番圧力と燃焼室加速度はすべて、燃焼ガス中の振動を反映した振動量である。それゆえに圧力センサ２１、２５と加速度センサ２３は、それらの測定信号を出力するために、制御器２９の（図示しない）平均自己相関を算定するためのフーリエ変換ユニット３３および／または演算ユニットと接続されている。このフーリエ変換ユニット内でフーリエ変換、特にいわゆる高速フーリエ変換に基づいて測定信号の分析が行われる。それに加えてこれらのセンサは、測定信号の絶対値も制御器２９に提供できるようにするために制御器２９と直接に、すなわちフーリエ変換ユニット３３を迂回して、接続されている。自己相関の判定用に、振動アナログ信号は複数の振動数帯域についてまず正確な振幅でフィルタリングされ、引き続きＡＤ変換され、またはまずＡＤ変換され、引き続き正確な振幅でフィルタリングされる。自己相関は振動数帯域別に短い時間間隔で２乃至８の信号周期に基づいてこれらの振動数帯域の各平均振動数において計算される。引き続き、自己相関は振動数帯域別に、それぞれ各振動数帯域についての先行する時間ステップから１０乃至１００の相互に相前後する自己相関と一緒に平均化される。各振動数帯域についての自己相関の平均化と同時に、それらの分散が判定される。これらの振動数スペクトルおよび／または平均自己相関および／または自己相関の分散から、個々の振動数または特定の振動数帯域についてトランジェントが形成される。これは例えば線形回帰計算を用いて行うことができる。個々のトランジェントまたはそれで形成された特性量が或る特定値を上まわると、制御介入、例えば出力の低下またはパイロットガス量の変更が行われる。平均自己相関の絶対値およびそれらのトランジェントと場合によっては付加的に自己相関の分散および分散のトランジェントとから形成される特性量が特定値を上まわると、制御介入、例えば出力の低下またはパイロットガス量の変更が行われる。トランジェントを評価することによって、著しく大きな早期警告時間を達成することができる。
【００４３】
フーリエ変換の結果に基づいて制御器２９はガスタービン設備１の燃焼ガス中に例えば定常振動が現れるバーナ不安定限界への接近を確認することができる。特にバーナフランジ１３の交番圧力の測定に基づいて、フーリエ変換ユニット３３による分析後、燃焼ガス中の振動の振動数を算定することができる。それゆえにバーナフランジ１３の交番圧力はバーナ不安定限界への接近の早期兆候として適し、また火炎安定性が維持されるように空気供給量および／または燃料供給量を制御するための制御器用制御量として適している。
【００４４】
燃焼室加速度は、バーナ不安定限界への接近に対してバーナフランジ１３の交番圧力よりも遅くに反応する。それゆえに燃焼室加速度は、空気および／または燃料供給量の制御が火炎の十分な安定化を生じないときガスタービン燃焼室１２を損傷から保護するのに特に適している。燃焼室加速度は例えば、燃焼室を支持する構造体を高温の燃焼排気から保護するために燃焼室１２に内張りされたセラミック遮熱要素に損傷が現れることの兆候である。高い燃焼室加速度により遮熱要素に亀裂を生じることがあり、破損を生じることさえあり、そのため遮熱要素はその保護機能をもはや十分には果たさなくなる。それに加えて、破損の結果として破片が遮熱要素から剥がれてタービン部に達することがあり、そのことからきわめて重大なタービン損傷が生じる。それゆえに燃焼室加速度に基づいて、算定された燃焼室加速度が遮熱要素に亀裂または破損の虞のあることを示すとき、例えばガスタービン設備の緊急停止を行うことができる。
【００４５】
燃焼室１２内の交番圧力、バーナフランジ１３の交番圧力および燃焼室加速度の他に、燃焼室１２上の圧力勾配とも称される圧力降下も、間近に迫ったバーナ不安定事象を確認するのに利用することができる。燃焼室１２の圧力はバーナ不安定化の直前に低下する。これはバーナ１０内で火炎減退が迫っていることを示し、従って火炎不安定性を示す。それゆえに圧力勾配を検出するための適切なセンサ装置によってバーナ不安定事象が間近であることの検出が可能である。
【００４６】
燃焼室１２の圧力降下はいわゆるΔｐ（差圧）測定によって行われる。本実施
例においてΔｐ測定は２つの圧力センサ３５、３７によって実施され、そのうち
一方のセンサ３５は燃焼室プレナム１１内、他方のセンサ３７は燃焼室１２内に配置されている。両方の圧力センサ３５、３７と制御器２９とに接続された減算器３９は検出された圧力の差Δｐを形成し、フーリエ変換ユニット３３を迂回し
てこの差を制御器２９に伝える。
【００４７】
制御器２９はまずなによりも、センサ２１、２３、２５によって検出された測定量の時間的変化に反応し、それらの絶対値に反応することは僅かである。制御器２９がセンサ２１、２３、２５から到来する信号の分析後にバーナ不安定限界への接近を確認すると、制御器は操作信号を操作弁３１ａ、３１ｂ、…および／または圧縮機静翼リング３２に送出し、これらは少なくとも１つの燃料質量流量および／または空気質量流量の変更を誘起する。その場合制御器は特に、パイロット燃料質量流量の変更を介してガスタービン設備の動作系を再び最適にするために、すなわちバーナ不安定限界から遠ざけるために、少なくとも１つの操作信号をパイロット燃料供給管路中の燃料弁に送出する。その際、ガスタービン設備の補正排気温度およびその出力は、主燃料質量流量および／または空気質量流量の調節を介して、有害物質排出量がその最適値に保たれもしくは再びこの値に調整されるように、調整することができる。
【００４８】
さらに、例えば変動する影響量、例えば変動する周囲温度のゆえに有害物質排出量が変化するときには、パイロットガス質量流量および／またはガスタービン出力および／または補正排気温度の調節を介して例えば有害物質排出量を所定範囲内に保つために、ガスタービン設備の動作系を新たに最適化することなく、操作弁３１ａ、３１ｂ、…もしくは静翼リング３２を燃料質量流量および／または空気質量流量のみに作用させることができる。
【００４９】
有害物質値の高まりに対しては例えばパイロットガス質量流量に対する作用によって反応することができる。排ガス中の窒素酸化物値が高くまたは高まり、排ガス中の一酸化炭素値が高いとき、パイロットガス質量流量は減らすことができる。排気中の有害物質値の検出は本実施例において排出量測定装置２７によって行われ、この排出量測定装置は燃焼室設備の排ガス通路中に配置され、フーリエ変換ユニット３３を迂回して制御器２９と接続されている。
【００５０】
本実施例において制御器２９は、極力等級区分された反応を可能とするためにファジィ論理に基づいて作動する。しかし制御器は固定制御規則で作動することもできる。この固定制御規則は、例えば出力されるべき操作信号と到来する測定信号との間の機能的関連として存在し、または到来する測定信号と出発する操作信号とを結びつける表の態様で存在する。最後に、ニューラルネットワークに基づく制御器を投入することも可能であり、これにより制御器は先行する制御事象を学習する状態にされる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ガスタービン設備を一部断面の側面図で示す。
【図２】本発明に係る制御装置をブロック線図の態様で示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  ガスタービン設備
３  圧縮機部
４  圧縮機動翼
５  タービン部
６  タービン動翼
７  バーナ部
８  軸
９  軸線
１０  バーナ
１１  燃焼室プレナム
１２  燃焼室
１３  フランジ
２１、２３、２５、２７  センサ
２９  制御器
３１  調整弁
３２  静翼リング
３３  フーリエ変換ユニット
３５、３７  圧力センサ
３９  減算器
４０  燃料管路
Ａ  作動流体
Ｕ  周囲空気
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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