B11-3809FR 1 Système et procédé pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion La présente invention concerne de façon générale un système et un procédé pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion. Plus spécifiquement, des formes particulières de réalisation de la présente invention surveillent la pression dans la chambre de combustion afin de déterminer la présence et/ou l'absence d'une flamme dans la chambre de combustion. Dans la technique, on sait que les chambres de combustion servent à enflammer un mélange de combustible et d'air pour produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Par exemple, des systèmes de turbine à gaz comprennent ordinairement de multiples chambres de combustion qui mélangent un fluide de travail comprimé issu d'un compresseur avec un combustible et enflamment le mélange afin de produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Au début de l'allumage d'une chambre de combustion, il est généralement souhaitable de créer et d'entretenir une flamme stable dans la chambre de combustion juste avant ou peu après l'introduction d'un combustible dans la chambre de combustion pour amorcer et entretenir une combustion dans la chambre de combustion. En régimes stable et transitoire, le mélange de combustible et d'air est constamment ajusté afin d'obtenir un rendement thermodynamique optimal et de réduire les émissions indésirables d'oxyde d'azote, de monoxyde de carbone et autres dérivés de combustion gazeux. Les ajustements du mélange de combustible et d'air risquent de créer, dans la flamme, des instabilités susceptibles d'aboutir à une extinction ou une perte de la flamme dans la chambre de combustion, interrompant ainsi le processus de combustion. Quel que soit le cas, il est souhaitable de détecter l'état de la flamme dans la chambre de combustion pour assurer un fonctionnement sûr et continu de la chambre de combustion. Divers systèmes sont connus dans la technique pour détecter et/ou surveiller l'état de la flamme dans la chambre de combustion. Par exemple, des capteurs optiques qui détectent la lumière, les ultraviolets ou d'autres émissions produites par une flamme de combustion peuvent servir pour déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion. Cependant, les capteurs optiques nécessitent ordinairement un certain refroidissement qui a tendance à affecter le rendement et le fonctionnement de la chambre de combustion et/ou d'organes en aval. Des détecteurs de température dans ou en aval de la chambre de combustion peuvent également être employés pour détecter et surveiller l'état de la flamme dans la chambre de combustion. Cependant, le délai de réponse des détecteurs de température est ordinairement trop long pour fournir en temps utiles une réaction à de brusques changements dans l'état de la flamme dans la chambre de combustion. De ce fait, il serait utile de disposer d'un système et d'un procédé perfectionnés pour déterminer l'état de la flamme dans une chambre de combustion. Des aspects et des avantages de l'invention sont présentés plus loin dans la description ci-après, ou peuvent être évidents à la lecture de la description, ou peuvent être appris au cours de la pratique de l'invention. Une première forme de réalisation de la présente invention consiste en un système pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion. Le système comprend un capteur de pression qui génère un signal de pression reflétant des pressions à différents instants dans la chambre de combustion. Une unité de commande reçoit le signal de pression du capteur de pression et génère un signal de flamme traduisant l'état de la flamme dans la chambre de combustion. B11-3809 1 System and method for determining the state of a flame in a combustion chamber The present invention generally relates to a system and method for determining the state of a flame in a combustion chamber. More specifically, particular embodiments of the present invention monitor the pressure in the combustion chamber to determine the presence and / or absence of a flame in the combustion chamber. In the art, it is known that combustion chambers serve to ignite a mixture of fuel and air to produce combustion gases at high temperature and pressure. For example, gas turbine systems typically include multiple combustion chambers that mix a compressed working fluid from a compressor with fuel and ignite the mixture to produce combustion gases at high temperature and pressure. At the beginning of the ignition of a combustion chamber, it is generally desirable to create and maintain a stable flame in the combustion chamber just before or shortly after the introduction of a fuel into the combustion chamber to initiate and maintain combustion in the combustion chamber. In stable and transient conditions, the fuel and air mixture is constantly adjusted to achieve optimum thermodynamic efficiency and reduce undesirable emissions of nitrogen oxide, carbon monoxide and other gaseous combustion products. Adjustments of the fuel and air mixture may create instabilities in the flame that can lead to extinguishing or loss of flame in the combustion chamber, thus interrupting the combustion process. Whatever the case, it is desirable to detect the state of the flame in the combustion chamber to ensure safe and continuous operation of the combustion chamber. Various systems are known in the art for detecting and / or monitoring the state of the flame in the combustion chamber. For example, optical sensors that detect light, ultraviolet, or other emissions from a combustion flame can be used to determine the state of the flame in the combustion chamber. However, optical sensors usually require some cooling which tends to affect the efficiency and operation of the combustion chamber and / or downstream members. Temperature detectors in or downstream of the combustion chamber can also be used to detect and monitor the state of the flame in the combustion chamber. However, the response time of the temperature sensors is usually too long to provide a timely reaction to sudden changes in the state of the flame in the combustion chamber. As such, it would be useful to have an improved system and method for determining the state of the flame in a combustion chamber. Aspects and advantages of the invention are presented later in the description below, or may be apparent from the description, or may be learned in the practice of the invention. A first embodiment of the present invention is a system for determining the state of a flame in a combustion chamber. The system includes a pressure sensor that generates a pressure signal reflecting pressures at different times in the combustion chamber. A control unit receives the pressure signal from the pressure sensor and generates a flame signal reflecting the state of the flame in the combustion chamber.
Une autre forme de réalisation de la présente invention consiste en un système pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion. Le système comprend un capteur de pression qui génère une série de signaux de pression à indexation temporelle reflétant des pressions à différents instants dans la chambre de combustion. Une unité de commande reçoit du capteur de pression les signaux de pression à indexation temporelle et génère un signal de flamme reflétant l'état de la flamme dans la chambre de combustion. Des formes de réalisation de la présente invention peuvent également proposer un procédé pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion. Le procédé comprend la mesure d'une pression dans la chambre de combustion, la comparaison de la pression mesurée dans la chambre de combustion avec une limite prédéterminée et la production d'un signal de flamme d'après la comparaison de la pression mesurée dans la chambre de combustion avec la limite prédéterminée, le signal de flamme reflétant l'état de la flamme dans la chambre de combustion. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un système selon une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est un schéma de principe d'un algorithme selon une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est un exemple de graphique de pression dans chacune de 14 chambres de combustion différentes ; - la figure 4 est un schéma de principe d'un algorithme selon une autre forme possible de réalisation de la présente invention ; et - la figure 5 est un exemple de graphique temps-pression pour une chambre de combustion. On va maintenant considérer en détail des formes actuelles de réalisation de l'invention, dont un ou plusieurs exemples sont illustrés sur les dessins annexés. La description détaillée utilise des repères alphanumériques pour désigner des éléments sur les dessins. Des repères identiques ou similaires sur les dessins et dans la description ont été employés pour désigner des parties identiques ou similaires de l'invention. Chaque exemple est fourni à titre d'explication nullement limitative de l'invention. En fait, il apparaîtra aux spécialistes de la technique que des modifications et des variantes peuvent être apportées à la présente invention sans sortir du cadre ni de l'esprit de celle-ci. Par exemple, des éléments illustrés ou décrits dans le cadre d'une forme de réalisation peuvent être utilisés dans une autre forme de réalisation pour donner encore une autre forme de réalisation. Ainsi, il est entendu que la présente invention couvre ces variantes et modifications dans la mesure où elles entrent dans le cadre des revendications annexées et de leurs équivalents. Diverses formes de réalisation de la présente invention proposent un système et un procédé pour déterminer l'état d'une flamme dans une chambre de combustion. Au sens de la présente description, on entend par "état de la flamme" la présence, l'absence et/ou la stabilité d'une flamme dans la chambre de combustion. En particulier, des formes de réalisation de la présente invention peuvent détecter et mesurer la pression, les changements de pression et/ou la vitesse des changements de pression dans la chambre de combustion pour déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion. De la sorte, des formes de réalisation de la présente invention peuvent proposer un système et un procédé redondants, fiables et/ou de rechange pour surveiller l'état de la flamme dans une chambre de combustion afin d'améliorer la fiabilité et les performances globales de la chambre de combustion. Bien que des exemples de formes de réalisation de la présente invention soient abordés dans le contexte d'une chambre de combustion faisant partie d'un système de turbine à gaz, un spécialiste ordinaire de la technique comprendra aisément que les principes de la présente invention peuvent être applicables à tout système et procédé qui comporte la combustion d'un combustible, et le cadre de la présente invention ne se limite pas à une application particulière dans une chambre de combustion, sauf mention contraire dans les revendications. La figure 1 représente un schéma de principe simplifié d'un système 10 dans le cadre d'un système de turbine à gaz 12 selon une forme de réalisation de la présente invention. Comme on le sait dans la technique, le système de turbine à gaz 12 comprend globalement un compresseur axial 14 à l'avant, une ou plusieurs chambres de combustion 16 vers le milieu et une turbine 18 à l'arrière. De l'air ambiant 20 entre dans le compresseur 14, et les aubes rotatives et les aubes fixes du compresseur 14 communiquent progressivement une énergie cinétique à l'air afin de produire un fluide de travail comprimé 22 doté d'une grande énergie. Comme représenté sur la figure 1, le compresseur 14 peut comporter une aube de guidage d'entrée 24, laquelle peut être réglable pour commander ou réguler la quantité d'air ambiant 20 qui entre dans le compresseur 14, commandant ainsi le débit massique et/ou la pression du fluide de travail comprimé 22 sortant du compresseur 14. Le fluide de travail comprimé 22 sort du compresseur 14 et entre dans les chambres de combustion 16 dans lesquelles il se mélange au combustible fourni par un circuit 26 de combustible. Le mélange s'enflamme pour créer des gaz de combustion 28 à pression et température élevées. Les gaz de combustion 28 se détendent dans la turbine 18 pour produire un travail. Par exemple, la détente des gaz de combustion 28 dans la turbine 18 peut faire tourner un arbre 30 couplé à un générateur 32 pour produire de l'électricité. Another embodiment of the present invention is a system for determining the state of a flame in a combustion chamber. The system includes a pressure sensor that generates a series of time-indexed pressure signals reflecting pressures at different times in the combustion chamber. A control unit receives the time-indexed pressure signals from the pressure sensor and generates a flame signal reflecting the state of the flame in the combustion chamber. Embodiments of the present invention may also provide a method for determining the state of a flame in a combustion chamber. The method includes measuring a pressure in the combustion chamber, comparing the measured pressure in the combustion chamber with a predetermined limit and producing a flame signal from the comparison of the pressure measured in the combustion chamber. combustion chamber with the predetermined limit, the flame signal reflecting the state of the flame in the combustion chamber. The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a simplified block diagram of a system according to one embodiment of the present invention; FIG. 2 is a block diagram of an algorithm according to an embodiment of the present invention; FIG. 3 is an example of a pressure graph in each of 14 different combustion chambers; FIG. 4 is a block diagram of an algorithm according to another possible embodiment of the present invention; and FIG. 5 is an example of a time-pressure graph for a combustion chamber. We will now consider in detail current embodiments of the invention, one or more examples are illustrated in the accompanying drawings. The detailed description uses alphanumeric marks to designate elements in the drawings. Identical or similar references in the drawings and in the description have been used to denote like or similar parts of the invention. Each example is provided as a non-limiting explanation of the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made to the present invention without departing from the scope or spirit of the present invention. For example, elements illustrated or described in the context of one embodiment may be used in another embodiment to provide yet another embodiment. Thus, it is understood that the present invention covers these variations and modifications to the extent that they fall within the scope of the appended claims and their equivalents. Various embodiments of the present invention provide a system and method for determining the state of a flame in a combustion chamber. As used herein, the term "state of the flame" means the presence, absence and / or stability of a flame in the combustion chamber. In particular, embodiments of the present invention can detect and measure pressure, pressure changes, and / or the rate of pressure changes in the combustion chamber to determine the state of the flame in the combustion chamber. In this way, embodiments of the present invention can provide a redundant, reliable and / or replacement system and method for monitoring the state of the flame in a combustion chamber to improve reliability and overall performance. of the combustion chamber. Although examples of embodiments of the present invention are discussed in the context of a combustion chamber forming part of a gas turbine system, one of ordinary skill in the art will readily understand that the principles of the present invention may be applicable to any system and process that involves the combustion of a fuel, and the scope of the present invention is not limited to a particular application in a combustion chamber, unless otherwise specified in the claims. Figure 1 shows a simplified block diagram of a system 10 in the context of a gas turbine system 12 according to one embodiment of the present invention. As is known in the art, the gas turbine system 12 generally comprises an axial compressor 14 at the front, one or more combustion chambers 16 towards the middle and a turbine 18 at the rear. Ambient air enters the compressor 14, and the rotating vanes and vanes of the compressor 14 progressively impart kinetic energy to the air to produce a compressed working fluid 22 with high energy. As shown in FIG. 1, the compressor 14 may include an inlet guide vane 24, which may be adjustable to control or regulate the amount of ambient air that enters the compressor 14, thereby controlling the mass flow and / or or the pressure of the compressed working fluid 22 exiting the compressor 14. The compressed working fluid 22 exits the compressor 14 and enters the combustion chambers 16 in which it mixes with the fuel supplied by a fuel circuit 26. The mixture ignites to create combustion gases 28 at high pressure and temperature. The combustion gases 28 expand in the turbine 18 to produce a work. For example, the expansion of the combustion gases 28 in the turbine 18 can rotate a shaft 30 coupled to a generator 32 to produce electricity.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, le système 10 comprend globalement un capteur 34 de pression et une unité de commande 36 coopérant avec le système de turbine à gaz 12 afin de déterminer l'état de la flamme dans une ou plusieurs chambres de combustion 16. Le capteur 34 de pression peut comporter n'importe quel instrument approprié connu dans la technique pour détecter et mesurer la pression dans la chambre de combustion 16 et produire un ou plusieurs signaux 38 de pression reflétant la pression dans la chambre de combustion 16. L'unité de commande 36 reçoit le/les signaux 38 de pression de chaque capteur 34 de pression et produit un signal 40 de flamme reflétant l'état de la flamme dans chaque chambre de combustion 16. L'unité de commande 36 peut être un organe autonome ou un organe accessoire inclus dans tout système informatique connu dans la technique, tel qu'un ordinateur portatif, un ordinateur personnel, un mini-ordinateur, un ordinateur central ou des contrôleurs industriels, des microcontrôleurs ou des systèmes embarqués. Les divers systèmes d'unité de commande et d'ordinateur évoqués ici ne se limitent à aucune architecture ou configuration particulière de matériel. Les formes de réalisation des systèmes et procédés présentées ici peuvent être mises en oeuvre par une ou plusieurs unités de commande générales ou spécifiques adaptées de n'importe quelle manière appropriée pour présenter les fonctions voulues. L'unité de commande 36 peut être conçue pour assurer des fonctions supplémentaires, soit complémentaires soit sans lien avec le présent sujet. Par exemple, une ou plusieurs unités de commande peuvent être conçues pour assurer les fonctions décrites en accédant à des instructions d'un logiciel présenté sous une forme exploitable par un ordinateur. Lorsqu'on utilise un logiciel, n'importe quel script, programmation ou autre type de langage ou de combinaisons de langages peut être employé pour mettre en oeuvre les principes contenus dans la présente description. Cependant, il n'est pas nécessaire d'utiliser exclusivement ou pas du tout un logiciel. Par exemple, comme le comprendront les spécialistes ordinaires de la technique sans que cela nécessite des considérations détaillées supplémentaires, certains systèmes et procédés présentés et décrits ici peuvent également être mis en oeuvre par des circuits logiques câblés ou autres, notamment, mais d'une manière nullement limitative, des circuits à applications spécifiques. Evidemment, diverses combinaisons d'un logiciel exécuté par un ordinateur et d'une logique câblée ou autres circuits peuvent convenir également. Le capteur de pression 34 et l'unité de commande 36 peuvent fonctionner par intermittence, d'une manière continue et/ou sur instructions d'un opérateur. Par exemple, la figure 2 présente un schéma de principe d'un algorithme qui peut être programmé, câblé ou autrement mis en oeuvre par l'unité de commande 36 pour déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion 16. Le bloc 50 représente l'activation d'un système de détection 10 de flamme. L'activation peut être demandée manuellement ou automatiquement. Par exemple, pendant un début d'allumage de chambre de combustion 16, un opérateur peut mettre manuellement en marche le système de détection 10 de flamme pour faciliter la détermination de l'instant où l'allumage survient dans la chambre de combustion 16. Selon une autre possibilité, à la suite d'une extinction ou d'une perte de la flamme dans une chambre de combustion 16, un système de protection ou de correction peut mettre automatiquement en marche le système de détection 10 de flamme afin de surveiller le rallumage de la flamme dans la chambre de combustion 16. Au bloc 52, le système 10 peut activer un allumeur 54 coopérant avec la chambre de combustion 16 pour produire une étincelle, une flamme d'allumage, un faisceau laser ou autre source d'allumage pour la chambre de combustion 16. De plus, au bloc 52, le capteur de pression 34 commence à mesurer la pression dans la chambre de combustion 16 et à fournir un ou plusieurs signaux de pression 38 à l'unité de commande 36. Au bloc 56, l'unité de commande 36 compare le/les signaux de pression 38 avec une limite prédéterminée afin de déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion 16. La limite prédéterminée donne une indication quant à la présence ou l'absence d'une flamme dans la chambre de combustion 16 et peut être établie par des calculs, l'expérience pratique, la modélisation ou d'autres méthodes connues dans la technique. Par exemple, bien que la pression instantanée dans chaque chambre de combustion 16 puisse varier sensiblement au cours de laps de temps relativement courts, une pression instantanée dans toute chambre de combustion 16 peut servir d'une manière fiable à indiquer la présence ou l'absence d'une flamme dans une chambre de combustion individuelle 16. A titre d'illustration, la figure 3 représente un exemple de graphique de la pression instantanée dans chacune de 14 chambres de combustion différentes 16 dans le système de turbine à gaz 12. Comme représenté sur la figure 3, la pression instantanée dans la chambre de combustion numéro 11 est nettement inférieure à la pression instantanée dans toute autre chambre de combustion, ce qui indique donc une perte ou un manque de flamme dans la chambre de combustion numéro 11. Un spécialiste ordinaire de la technique comprendra aisément que la limite prédéterminée n'est pas forcément limitée à la pression instantanée. Par exemple, la limite prédéterminée peut, dans d'autres formes de réalisation possibles, être une variation de pression, une vitesse de variation de pression et/ou un autre calcul ou une autre dérivée de la pression dans la chambre de combustion 16, qui indique la présence ou l'absence d'une flamme dans la chambre de combustion 16. L'unité de commande 36 génère le signal de flamme 40 reflétant l'état de la flamme dans la chambre de combustion 16, d'après la comparaison entre le/les signaux de pression 38 et la limite prédéterminée. Si, par exemple, la comparaison entre le/les signaux de pression 38 et la limite prédéterminée révèle la présence d'une flamme dans la chambre de combustion 16, l'unité de commande 36 peut alors envoyer le signal de flamme 40 à l'allumeur 54 pour désexciter l'allumeur 54 et/ou désactiver le système de détection 10 de flamme, comme représenté par le bloc 58. Selon une autre possibilité, si la comparaison entre le/les signaux de pression 38 et la limite prédéterminée révèle l'absence d'une flamme dans la chambre de combustion 16, le signal de flamme 40 peut alors amener l'allumeur 54 à rester excité. Comme représenté par le bloc 60 sur la figure 2, l'algorithme peut comprendre en outre un délai prédéterminé. Si, par exemple, la comparaison entre le/les signaux de pression 38 révèle l'absence d'une flamme dans la chambre de combustion 16, et si le délai prédéterminé n'est pas dépassé, le signal de flamme 40 peut amener l'allumeur 54 à rester activé. Cependant, si le délai prédéterminé est dépassé, indiquant une impossibilité d'allumer la chambre de combustion 16 dans les délais prédéterminés, l'unité de commande 36 peut produire un signal servant à désactiver l'allumeur 54 et/ou le système de détection 10 de flamme et/ou à accroître ou réduire le débit de combustible vers la chambre de combustion 16, comme représenté par le bloc 58. La figure 4 présente un schéma de principe d'un autre exemple d'algorithme qui peut être programmé, câblé ou mis autrement en oeuvre par l'unité de commande 36 afin de déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion et/ou de réagir à un changement attendu de l'état de la flamme. Le bloc 70 illustre l'activation du système de détection 10 de flamme. Comme dans le cas de la forme de réalisation décrite précédemment et illustrée en référence à la figure 2, l'activation peut être demandée manuellement ou automatiquement. Par exemple, un opérateur peut activer manuellement le système de détection 10 de flamme pendant des régimes transitoires afin de surveiller de plus prés l'état de la flamme dans le but d'éviter une extinction ou une perte accidentelle de flamme dans la chambre de combustion 16. Selon une autre possibilité, un système de protection ou de correction peut activer automatiquement le système de détection 10 de flamme pendant des régimes transitoires afin de surveiller de plus prés l'état de la flamme. In the embodiment shown in FIG. 1, the system 10 generally comprises a pressure sensor 34 and a control unit 36 cooperating with the gas turbine system 12 in order to determine the state of the flame in one or more chambers. The pressure sensor 34 may comprise any suitable instrument known in the art for detecting and measuring the pressure in the combustion chamber 16 and producing one or more pressure signals reflecting the pressure in the combustion chamber. 16. The control unit 36 receives the pressure signal (s) 38 from each pressure sensor 34 and produces a flame signal 40 reflecting the state of the flame in each combustion chamber 16. The control unit 36 can be an autonomous member or accessory member included in any computer system known in the art, such as a laptop, a personal computer, a minicomputer, a computer central or industrial controllers, microcontrollers or embedded systems. The various control unit and computer systems discussed herein are not limited to any particular hardware architecture or configuration. The embodiments of the systems and methods presented herein may be implemented by one or more general or specific control units adapted in any suitable manner to present the desired functions. The control unit 36 may be designed to provide additional functions, either complementary or unrelated to the subject. For example, one or more control units may be designed to perform the functions described by accessing instructions from software presented in a form that can be used by a computer. When using software, any script, programming or other type of language or language combination may be employed to implement the principles contained in this description. However, it is not necessary to use software exclusively or not at all. For example, as will be understood by those of ordinary skill in the art without further detailed considerations, certain systems and methods presented and described herein may also be implemented by wired or other logic circuits, including but not limited to in no way limiting, circuits with specific applications. Of course, various combinations of computer-executed software and hard-wired logic or other circuits may also be suitable. The pressure sensor 34 and the control unit 36 may operate intermittently, in a continuous manner and / or at the instructions of an operator. For example, FIG. 2 shows a block diagram of an algorithm that can be programmed, wired or otherwise implemented by the control unit 36 to determine the state of the flame in the combustion chamber 16. The block 50 represents the activation of a flame detection system. Activation can be requested manually or automatically. For example, during a start of combustion chamber ignition 16, an operator may manually turn on the flame detection system 10 to assist in determining when ignition occurs in the combustion chamber 16. Alternatively, following flame-out or loss of flame in a combustion chamber 16, a protection or correction system may automatically turn on the flame detection system to monitor the re-ignition. in the combustion chamber 16. At the block 52, the system 10 can activate an igniter 54 cooperating with the combustion chamber 16 to produce a spark, an ignition flame, a laser beam or other ignition source for the combustion chamber 16. In addition, at block 52, the pressure sensor 34 begins to measure the pressure in the combustion chamber 16 and to provide one or more pressure signals 38 to the control unit. In block 56, the control unit 36 compares the pressure signal (s) 38 with a predetermined limit to determine the state of the flame in the combustion chamber 16. The predetermined limit gives an indication as to the presence or absence of a flame in the combustion chamber 16 and may be established by calculations, practical experience, modeling or other methods known in the art. For example, although the instantaneous pressure in each combustion chamber 16 can vary substantially over relatively short periods of time, instantaneous pressure in any combustion chamber 16 can reliably serve to indicate the presence or absence By way of illustration, FIG. 3 shows an example of a graph of the instantaneous pressure in each of 14 different combustion chambers 16 in the gas turbine system 12. As shown in FIG. in FIG. 3, the instantaneous pressure in the combustion chamber number 11 is significantly lower than the instantaneous pressure in any other combustion chamber, which therefore indicates a loss or a lack of flame in the combustion chamber number 11. A specialist It will be readily understood by those skilled in the art that the predetermined limit is not necessarily limited to the instantaneous pressure. For example, the predetermined limit may, in other possible embodiments, be a pressure change, a rate of change of pressure and / or another calculation or other derivative of the pressure in the combustion chamber 16, which indicates the presence or absence of a flame in the combustion chamber 16. The control unit 36 generates the flame signal 40 reflecting the state of the flame in the combustion chamber 16, according to the comparison between the pressure signal (s) 38 and the predetermined limit. If, for example, the comparison between the pressure signal (s) 38 and the predetermined limit reveals the presence of a flame in the combustion chamber 16, the control unit 36 can then send the flame signal 40 to the igniter 54 to de-energize the igniter 54 and / or deactivate the flame detection system, as represented by the block 58. Alternatively, if the comparison between the pressure signal (s) 38 and the predetermined limit reveals the absence of a flame in the combustion chamber 16, the flame signal 40 can then cause the igniter 54 to remain excited. As represented by block 60 in FIG. 2, the algorithm may further comprise a predetermined delay. If, for example, the comparison between the pressure signal (s) 38 reveals the absence of a flame in the combustion chamber 16, and if the predetermined delay is not exceeded, the flame signal 40 can bring the igniter 54 to remain activated. However, if the predetermined time is exceeded, indicating an impossibility to ignite the combustion chamber 16 within the predetermined time, the control unit 36 can produce a signal for deactivating the igniter 54 and / or the detection system 10 flame and / or increase or decrease the fuel flow to the combustion chamber 16, as represented by the block 58. Figure 4 shows a block diagram of another example of an algorithm that can be programmed, wired or otherwise implemented by the control unit 36 to determine the state of the flame in the combustion chamber and / or to react to an expected change in the state of the flame. Block 70 illustrates the activation of the flame detection system. As in the case of the embodiment described above and illustrated with reference to FIG. 2, the activation can be requested manually or automatically. For example, an operator may manually activate the flame detection system during transient regimes to more closely monitor the state of the flame for the purpose of preventing flameout or accidental loss of flame in the combustion chamber. 16. Alternatively, a protection or correction system may automatically activate the flame detection system during transient regimes to more closely monitor the state of the flame.
Au bloc 72, le capteur 34 de pression recommence à mesurer la pression dans la chambre de combustion 16 et à fournir un ou plusieurs signaux de pression 38 à l'unité de commande 36. Dans cette forme de réalisation particulière, les signaux de pression 38 peuvent avoir une indexation temporelle pour produire un train continu de signaux de pression reflétant des pressions à différents instants dans la chambre de combustion 16. Selon la forme de réalisation particulière, le système 10 peut également activer l'allumeur 54 coopérant avec la chambre de combustion 16 pour produire une étincelle, une flamme d'allumage, un faisceau laser ou une autre source d'allumage pour la chambre de combustion 16. Au bloc 74, l'unité de commande 36 compare le/les signaux de pression 38 avec un profil prédéterminé, tel qu'un profil de pression au cours d'un laps de temps, afin de déterminer l'état de la flamme dans la chambre de combustion 16. Le profil prédéterminé fournit une indication quant à la présence ou l'absence de conditions susceptibles d'aboutir ou de servir de manière fiable d'indice annonçant une extinction ou une perte de flamme dans la chambre de combustion 16 pendant les régimes transitoires. Le profil prédéterminé peut être élaboré par des calculs, par l'expérience pratique, la modélisation ou d'autres méthodes connues dans la technique. Par exemple, des chambres de combustion individuelles peuvent présenter des variations nettes, renouvelables et observables de pression au cours d'un laps de temps, lesquelles peuvent servir à prédire ou anticiper une extinction ou une perte de flamme dans la chambre de combustion. A titre d'illustration, la figure 5 représente un exemple de profil de pression 76 d'une chambre de combustion pendant un état d'extinction 78 et un rallumage ultérieur 80 de la chambre de combustion. Comme représenté sur la figure 5, le profil de pression 76 illustre une pression, un changement de pression et/ou une vitesse de changement de pression de nature distinctive dans la chambre de combustion 16 au cours de l'état d'extinction 78 et du rallumage ultérieur 80 de la chambre de combustion. L'unité de commande 36 peut ainsi comparer les signaux de pression 38 à indexation temporelle avec ce profil prédéterminé pour produire le signal de flamme 40 reflétant l'état de la flamme dans la chambre de combustion 16. Un spécialiste ordinaire de la technique comprendra aisément que le profil prédéterminé ne se limite pas forcément à un simple calcul ou une dérivée de pression dans la chambre de combustion 16, et que le profil prédéterminé peut comporter une combinaison de multiples calculs ou dérivées de pression dans la chambre de combustion 16. Par exemple, le profil prédéterminé peut, dans d'autres formes de réalisation, être une combinaison de profils individuels de pressions à indexation temporelle, de variations de pressions à indexation temporelle, de rythmes de variation de pressions à indexation temporelle et/ou d'autres calculs ou dérivées de pression dans la chambre de combustion 16, qui peuvent servir d'une manière fiable d'indices précurseurs d'un état d'extinction ou de perte de flamme dans la chambre de combustion 16. Revenant à la figure 4, le bloc 82 illustre le fait que le système 10 peut en outre utiliser le signal de flamme 40 pour régler divers paramètres dans le système de turbine à gaz 12 afin d'éviter un état d'extinction ou de perte de flamme dans la chambre de combustion 16. Par exemple, comme décrit précédemment à propos de la forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2, l'allumeur 54 peut recevoir le signal de flamme 40 pour exciter l'allumeur 54 et constituer une source d'allumage immédiat pour rallumer la flamme dans la chambre de combustion 16. Selon une autre possibilité, ou en outre, l'unité de commande 36 peut transmettre le signal de flamme 40 au compresseur 14 pour modifier la position de l'aube de guidage d'entrée 24, au circuit de combustible 26 pour modifier la quantité de combustible fournie à la chambre de combustion 16, et/ou au générateur 32 pour modifier la charge s'exerçant sur la turbine 18. Le système 10 peut prendre chacune de ces mesures individuellement ou en combinaison en réponse au signal 40 de flamme pour stabiliser la flamme dans la chambre de combustion 16 pendant des régimes transitoires qui, sinon, risquent de provoquer un état d'extinction ou de perte de flamme dans la chambre de combustion 16. On prévoit que des formes de réalisation de la présente invention apporteront plusieurs avantages par rapport à la technologie existante. Par exemple, le système 10 et les procédés décrits en référence aux figures 1 à 5 peuvent être utilisés en plus et/ou à la place des capteurs optiques et thermiques existants pour déterminer l'état de la flamme dans une chambre de combustion. De plus, des formes de réalisation de la présente invention peuvent servir à détecter des états ou des signes précurseurs susceptibles d'aboutir à une instabilité de l'état de la flamme et, dans des formes de réalisation particulières, le système 10 peut prendre une mesure appropriée pour supprimer ou remédier aux états ou aux signes précurseurs afin d'assurer la continuité du processus de combustion. At block 72, the pressure sensor 34 again begins to measure the pressure in the combustion chamber 16 and to provide one or more pressure signals 38 to the control unit 36. In this particular embodiment, the pressure signals 38 may have time indexing to produce a continuous stream of pressure signals reflecting pressures at different times in the combustion chamber 16. According to the particular embodiment, the system 10 may also activate the igniter 54 cooperating with the combustion chamber 16 to produce a spark, ignition flame, laser beam or other ignition source for the combustion chamber 16. At the block 74, the control unit 36 compares the pressure signal (s) 38 with a profile predetermined, such as a pressure profile over a period of time, to determine the state of the flame in the combustion chamber 16. The predetermined profile provides an indica tion as to the presence or absence of conditions likely to result in or reliably serving as an index indicating an extinction or a loss of flame in the combustion chamber 16 during the transient conditions. The predetermined profile can be developed by calculations, practical experience, modeling or other methods known in the art. For example, individual combustion chambers can exhibit clear, renewable and observable changes in pressure over a period of time, which can be used to predict or anticipate flameout or loss of flame in the combustion chamber. By way of illustration, FIG. 5 shows an example of a pressure profile 76 of a combustion chamber during a state of extinction 78 and a subsequent reignition 80 of the combustion chamber. As shown in FIG. 5, the pressure profile 76 illustrates a pressure, a pressure change and / or a pressure change rate of a distinctive nature in the combustion chamber 16 during the extinction state 78 and the subsequent reignition 80 of the combustion chamber. The control unit 36 can thus compare the temporally indexed pressure signals 38 with this predetermined profile to produce the flame signal 40 reflecting the state of the flame in the combustion chamber 16. One of ordinary skill in the art will readily understand that the predetermined profile is not necessarily limited to a simple calculation or a pressure derivative in the combustion chamber 16, and that the predetermined profile may comprise a combination of multiple calculations or pressure derivatives in the combustion chamber 16. For example the predetermined profile may in other embodiments be a combination of individual profiles of time-indexed pressures, time-indexed pressure variations, time-indexed pressure variation rhythms and / or other calculations. or pressure derivatives in the combustion chamber 16, which can reliably serve as precursors In FIG. 4, the block 82 illustrates that the system 10 may furthermore use the flame signal 40 to adjust various parameters in the combustion chamber 16. the gas turbine system 12 to avoid a state of extinction or loss of flame in the combustion chamber 16. For example, as previously described with respect to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, igniter 54 may receive the flame signal 40 to energize the igniter 54 and provide an immediate ignition source to reignite the flame in the combustion chamber 16. Alternatively, or further, the control unit 36 can transmit the flame signal 40 to the compressor 14 to change the position of the input guide vane 24, to the fuel circuit 26 to change the amount of fuel supplied to the combustion chamber 16, and / or the generator 32 for modi The system 10 can take each of these measurements individually or in combination in response to the flame signal 40 to stabilize the flame in the combustion chamber 16 during transient regimes that otherwise would be at risk. to cause a state of extinction or loss of flame in the combustion chamber 16. Embodiments of the present invention are expected to provide several advantages over existing technology. For example, the system 10 and methods described with reference to Figures 1 to 5 may be used in addition to and / or in place of existing optical and thermal sensors to determine the state of the flame in a combustion chamber. In addition, embodiments of the present invention can be used to detect states or precursors likely to result in instability of the state of the flame and, in particular embodiments, the system may take a appropriate measure to remove or remedy states or precursors to ensure the continuity of the combustion process.
Liste des repères 10 Système 12 Système de turbine à gaz 14 Compresseur 16 Chambre de combustion 18 Turbine 20 Air ambiant 22 Fluide de travail comprimé 24 Aube de guidage d'entrée 26 Circuit de combustible 28 Gaz de combustion 30 Arbre 32 Générateur 34 Capteur de pression 36 Unité de commande 38 Signal de pression 40 Signal de flamme 50 Activation 52 Activation de l'allumeur 54 Allumeur 56 Comparaison 58 Arrêt 60 Délai 70 Activation 72 Activation du capteur de pression 74 Comparaison 76 Profil de pression 78 Etat d'extinction dû à un mélange pauvre 80 Rallumage 82 Correction List of Markings 10 System 12 Gas Turbine System 14 Compressor 16 Combustion Chamber 18 Turbine 20 Ambient Air 22 Compressed Working Fluid 24 Inlet Guide Tube 26 Fuel System 28 Flue Gas 30 Shaft 32 Generator 34 Pressure Sensor 36 Control unit 38 Pressure signal 40 Flame signal 50 Activation 52 Activation of igniter 54 Igniter 56 Comparison 58 Stop 60 Delay 70 Activation 72 Activation of pressure sensor 74 Comparison 76 Pressure profile 78 Extinguishing state due to poor mixture 80 Reactivation 82 Correction