JP3040653B2 - 燃焼振動防止装置 - Google Patents
燃焼振動防止装置Info
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- JP3040653B2 JP3040653B2 JP6055664A JP5566494A JP3040653B2 JP 3040653 B2 JP3040653 B2 JP 3040653B2 JP 6055664 A JP6055664 A JP 6055664A JP 5566494 A JP5566494 A JP 5566494A JP 3040653 B2 JP3040653 B2 JP 3040653B2
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- Japan
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- combustion
- nozzles
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/16—Systems for controlling combustion using noise-sensitive detectors
-
- 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
-
- 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
- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
Landscapes
- Control Of Combustion (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの燃焼器に
適用される燃焼振動防止装置に関する。
適用される燃焼振動防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの燃焼器２１は図５に示す
ようにノズルブロック２２に取付けられた１つの噴射角
をもつ燃料ノズル２３から燃料を配管ラインＡに設けた
バルブ２５で圧力を調整して噴射するため、発熱の位置
や発熱の時間遅れが負荷により一義的に定まってしま
い、燃焼振動を調整して防止することができなかった。
ようにノズルブロック２２に取付けられた１つの噴射角
をもつ燃料ノズル２３から燃料を配管ラインＡに設けた
バルブ２５で圧力を調整して噴射するため、発熱の位置
や発熱の時間遅れが負荷により一義的に定まってしま
い、燃焼振動を調整して防止することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】内筒形燃焼器に供給さ
れる燃料は、一般に負荷に関係なく、１つ又は定まった
ノズルから噴射され、負荷に応じて供給圧を変更するこ
とによりノズルの差圧が変り、噴射量を調整している。
このため、負荷によって燃焼器内で発熱する軸方向の位
置ｘH および燃料が供給されてから発熱するまでの時間
遅れτH が一率に定まってしまい、ある特定の負荷帯に
おいて燃焼振動を発生する場合がある。
れる燃料は、一般に負荷に関係なく、１つ又は定まった
ノズルから噴射され、負荷に応じて供給圧を変更するこ
とによりノズルの差圧が変り、噴射量を調整している。
このため、負荷によって燃焼器内で発熱する軸方向の位
置ｘH および燃料が供給されてから発熱するまでの時間
遅れτH が一率に定まってしまい、ある特定の負荷帯に
おいて燃焼振動を発生する場合がある。
【０００４】燃焼器の排ガスの内ＮＯX などの有害な成
分を最少にする要求に対応するために燃焼条件を厳しく
限定される中で、１つの燃焼供給系では目標とする燃焼
条件を満足することが不可能となってきた。
分を最少にする要求に対応するために燃焼条件を厳しく
限定される中で、１つの燃焼供給系では目標とする燃焼
条件を満足することが不可能となってきた。
【０００５】本発明はこのような課題に対して安定した
燃焼状態を広い負荷状態で得ることを目的としたもの
で、噴射角の異なる２つのノズルを用い、その２つの燃
料噴射量を調整することによって発熱位置ｘH と燃焼時
間遅れτH を分散させ、燃焼振動を抑制することが可能
となる燃焼振動防止装置を提案するものである。
燃焼状態を広い負荷状態で得ることを目的としたもの
で、噴射角の異なる２つのノズルを用い、その２つの燃
料噴射量を調整することによって発熱位置ｘH と燃焼時
間遅れτH を分散させ、燃焼振動を抑制することが可能
となる燃焼振動防止装置を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は燃料供
給系統に噴射角の異なる２つのノズルを配置し、燃焼室
内の圧力変動に応じて両者から噴射される燃料量を燃料
調整弁を介してコントローラで調整することにより、燃
焼室内での発熱位置を変更し、燃焼振動を抑制するよう
な構成としたものである。
給系統に噴射角の異なる２つのノズルを配置し、燃焼室
内の圧力変動に応じて両者から噴射される燃料量を燃料
調整弁を介してコントローラで調整することにより、燃
焼室内での発熱位置を変更し、燃焼振動を抑制するよう
な構成としたものである。
【０００７】即ち、本発明は、燃焼室へ燃料を噴射する
燃料噴射角の小さなノズルと大きなノズルの２つのノズ
ルからなる燃料供給系統と、前記燃焼室内の圧力を検出
する圧力変動検出装置と、前記２つのノズルへ供給する
燃料を調整する燃料調整弁と、前記圧力変動検出装置で
検出した前記燃焼室内の圧力信号に基づいて圧力変動が
安定するように前記燃料調整弁を制御して前記２つのノ
ズルから供給される燃料量を調節するコントローラとを
具備してなることを特徴とする燃焼振動防止装置を提供
する。
燃料噴射角の小さなノズルと大きなノズルの２つのノズ
ルからなる燃料供給系統と、前記燃焼室内の圧力を検出
する圧力変動検出装置と、前記２つのノズルへ供給する
燃料を調整する燃料調整弁と、前記圧力変動検出装置で
検出した前記燃焼室内の圧力信号に基づいて圧力変動が
安定するように前記燃料調整弁を制御して前記２つのノ
ズルから供給される燃料量を調節するコントローラとを
具備してなることを特徴とする燃焼振動防止装置を提供
する。
【０００８】
【作用】本発明は前述のような手段であるので、燃焼室
への燃料は噴射角の異なる２つのノズルより噴射され、
一方のノズルは噴射角が小さく燃焼室内での貫通力が大
きい。又、他方のノズルは噴射角が大きく燃料の貫通力
も小さいので燃料が噴射されてから発熱するまでの時間
遅れも一方のノズルよりも十分小さい。このように燃料
の噴射角が異なり、発熱時間遅れも異なる２つのノズル
で燃焼室内に２つの発熱条件を作り、圧力変動検出装置
で燃焼室内の圧力を検出し、コントローラに入力し、コ
ントローラは発熱により生ずる減衰比の合計が安定する
ように燃料調整弁を調整し、２つのノズルからの燃料配
分比を変える。
への燃料は噴射角の異なる２つのノズルより噴射され、
一方のノズルは噴射角が小さく燃焼室内での貫通力が大
きい。又、他方のノズルは噴射角が大きく燃料の貫通力
も小さいので燃料が噴射されてから発熱するまでの時間
遅れも一方のノズルよりも十分小さい。このように燃料
の噴射角が異なり、発熱時間遅れも異なる２つのノズル
で燃焼室内に２つの発熱条件を作り、圧力変動検出装置
で燃焼室内の圧力を検出し、コントローラに入力し、コ
ントローラは発熱により生ずる減衰比の合計が安定する
ように燃料調整弁を調整し、２つのノズルからの燃料配
分比を変える。
【０００９】コントロールの一例としては、先ず噴射角
の小さなノズルより燃料を供給し、圧力変動の大きさを
圧力変動検出装置で検出し、計測しながら燃料量を増加
させる。ここで、圧力変動が発生しはじめると、噴射角
の大きなノズルから燃料を供給しはじめ、燃焼状態を安
定化させる。このように噴射角の小さなノズルからの発
熱による圧力の不安定を噴射角の大きなノズルにて安定
化することが可能となる。
の小さなノズルより燃料を供給し、圧力変動の大きさを
圧力変動検出装置で検出し、計測しながら燃料量を増加
させる。ここで、圧力変動が発生しはじめると、噴射角
の大きなノズルから燃料を供給しはじめ、燃焼状態を安
定化させる。このように噴射角の小さなノズルからの発
熱による圧力の不安定を噴射角の大きなノズルにて安定
化することが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る燃焼振動
防止装置の構成図である。図において、１０は燃料コン
トロールバルブ５，６を制御するコントローラで、燃焼
室１内の圧力を導く導管７が設けられ、同導管７で導か
れた圧力を検出する圧力変動検出装置８で検出した圧力
をアンプ９で増幅して入力する。
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る燃焼振動
防止装置の構成図である。図において、１０は燃料コン
トロールバルブ５，６を制御するコントローラで、燃焼
室１内の圧力を導く導管７が設けられ、同導管７で導か
れた圧力を検出する圧力変動検出装置８で検出した圧力
をアンプ９で増幅して入力する。
【００１１】２はノズルブロックで燃料ノズル３及び４
よりなる。燃料ノズル３はノズルブロック２の軸上にあ
り、ノズル中心から小さな吹出し口噴射角を有するノズ
ル、燃料ノズル４は円周状に配したノズルからリング状
の噴霧角にて燃料を噴霧するノズルである。５は前述の
燃料コントロールバルブで配管ラインＡに設けられて燃
料ノズル３から噴射する燃料をコントロールする。６も
同じく燃料コントロールバルブで、配管ラインＢに設け
られて燃料ノズル４に接続されて燃料の噴射をコントロ
ールする。
よりなる。燃料ノズル３はノズルブロック２の軸上にあ
り、ノズル中心から小さな吹出し口噴射角を有するノズ
ル、燃料ノズル４は円周状に配したノズルからリング状
の噴霧角にて燃料を噴霧するノズルである。５は前述の
燃料コントロールバルブで配管ラインＡに設けられて燃
料ノズル３から噴射する燃料をコントロールする。６も
同じく燃料コントロールバルブで、配管ラインＢに設け
られて燃料ノズル４に接続されて燃料の噴射をコントロ
ールする。
【００１２】このように本実施例の燃焼振動防止装置で
は燃焼器１に供給される燃料は配管ラインＡ及び配管ラ
インＢの２つのラインの燃料比を調整できるコントロー
ラ１０をもつ。コントロールの例として、先ず、配管ラ
インＡで燃料を供給して燃料ノズル３より噴霧し、圧力
変動の大きさを圧力変動検出装置８で検出し、圧力を計
測しながら燃料量を燃料コントロールバルブ５で調整し
て増加させる。ここで圧力変動が発生しはじめると、配
管ラインＢから燃料を供給しはじめ、燃料コントロール
バルブ６で調整して燃料ノズル４より噴霧し、燃焼状態
を安定化させる。
は燃焼器１に供給される燃料は配管ラインＡ及び配管ラ
インＢの２つのラインの燃料比を調整できるコントロー
ラ１０をもつ。コントロールの例として、先ず、配管ラ
インＡで燃料を供給して燃料ノズル３より噴霧し、圧力
変動の大きさを圧力変動検出装置８で検出し、圧力を計
測しながら燃料量を燃料コントロールバルブ５で調整し
て増加させる。ここで圧力変動が発生しはじめると、配
管ラインＢから燃料を供給しはじめ、燃料コントロール
バルブ６で調整して燃料ノズル４より噴霧し、燃焼状態
を安定化させる。
【００１３】ノズル３は噴射角が小さく、燃料の貫通力
が大きいノズルであり、燃料が噴射されてから発熱する
までに圧力変動の周期Ｔの１／４と同一レベルの時間遅
れを持つノズルであり、またＮＯX を低減するために蒸
気を噴射すると時間遅れが増大する特性をもつ。
が大きいノズルであり、燃料が噴射されてから発熱する
までに圧力変動の周期Ｔの１／４と同一レベルの時間遅
れを持つノズルであり、またＮＯX を低減するために蒸
気を噴射すると時間遅れが増大する特性をもつ。
【００１４】ノズル４はリング状の噴射角が大きく、燃
料の貫通力が小さいノズルであり、燃料が噴射されてか
ら発熱するまでの時間遅れは圧力変動の周期の１／４よ
り十分小さいノズル特性をもつ。
料の貫通力が小さいノズルであり、燃料が噴射されてか
ら発熱するまでの時間遅れは圧力変動の周期の１／４よ
り十分小さいノズル特性をもつ。
【００１５】本発明は導管７で導かれた圧力を圧力変動
検出装置８とそのアンプ９および燃料ノズル３と４の流
量配分調整用のコントローラ１０と燃料ノズル３，４の
燃料を調整する燃料バルブ５及び６からなる燃焼調整装
置であり、図５に示す従来の方法と比較して広い負荷領
域で安定した燃焼状態を実現することが可能である。
検出装置８とそのアンプ９および燃料ノズル３と４の流
量配分調整用のコントローラ１０と燃料ノズル３，４の
燃料を調整する燃料バルブ５及び６からなる燃焼調整装
置であり、図５に示す従来の方法と比較して広い負荷領
域で安定した燃焼状態を実現することが可能である。
【００１６】燃焼時に発生する燃焼振動の発生域は次の
諸条件により定まる。（ａ）燃焼器のもつ音響的固有モ
ードと発熱位置ｘH の関係，（ｂ）音響的固有周期Ｔと
燃料が噴射されてから発熱するまでの時間τ，（ｃ）発
熱量（出力係数），等の条件による。
諸条件により定まる。（ａ）燃焼器のもつ音響的固有モ
ードと発熱位置ｘH の関係，（ｂ）音響的固有周期Ｔと
燃料が噴射されてから発熱するまでの時間τ，（ｃ）発
熱量（出力係数），等の条件による。
【００１７】代表的な例として燃焼器を円筒形としたと
きの発熱源での燃焼不安定域を図２，図３に示す。
きの発熱源での燃焼不安定域を図２，図３に示す。
【００１８】図２はバーナＲを有する円筒形燃焼器Ｗを
両端開とした条件をもつ例で、（ａ）図は発熱源Ａ，Ｂ
と速度変動分布Ｖ1 （点線で示す）及び圧力変動分布Ｐ
1 （実線で示す）の関係を示し、（ｂ）図は出力係数と
不安定域を示したものである。Ａの発熱源が図２（ａ）
で音響管、即ち、燃焼器Ｗの入口の１／４にある場合に
は、時間遅れτが音響的固有周期Ｔ1 の１／４のときに
発振する。またＢの発熱源が音響管の入口の３／４にあ
る場合には、時間遅れτが音響管の固有周期の３／４の
ときに発振する。したがって、燃焼負荷条件が変化する
ことによって、場合によっては発振を生ずることにな
る。
両端開とした条件をもつ例で、（ａ）図は発熱源Ａ，Ｂ
と速度変動分布Ｖ1 （点線で示す）及び圧力変動分布Ｐ
1 （実線で示す）の関係を示し、（ｂ）図は出力係数と
不安定域を示したものである。Ａの発熱源が図２（ａ）
で音響管、即ち、燃焼器Ｗの入口の１／４にある場合に
は、時間遅れτが音響的固有周期Ｔ1 の１／４のときに
発振する。またＢの発熱源が音響管の入口の３／４にあ
る場合には、時間遅れτが音響管の固有周期の３／４の
ときに発振する。したがって、燃焼負荷条件が変化する
ことによって、場合によっては発振を生ずることにな
る。
【００１９】図３は同じく、バーナＲを有する円筒形燃
焼器Ｗで入口端を開、出口端を閉とした条件をもつ例
で、（ａ）図は発熱源Ｃと速度変動分布Ｖ2 （点線で示
す）及び圧力変動分布Ｐ2 （実線で示す）の関係を示
し、（ｂ）図は出力係数と不安定域を示したものであ
る。
焼器Ｗで入口端を開、出口端を閉とした条件をもつ例
で、（ａ）図は発熱源Ｃと速度変動分布Ｖ2 （点線で示
す）及び圧力変動分布Ｐ2 （実線で示す）の関係を示
し、（ｂ）図は出力係数と不安定域を示したものであ
る。
【００２０】又、図４は図２，図３で示した条件におけ
る音響的減衰比の大きさを示したもので、図において、
減衰比が（＋）の時は安定、（−）の時は不安定とな
る。図で、Ａ，Ｂは図２に示す発熱源で両端開の状態で
の減衰比で図中実線で示される。又、発熱源Ｃは図３に
示す入口端を開、出口端を閉とした場合で図中点線で示
している。
る音響的減衰比の大きさを示したもので、図において、
減衰比が（＋）の時は安定、（−）の時は不安定とな
る。図で、Ａ，Ｂは図２に示す発熱源で両端開の状態で
の減衰比で図中実線で示される。又、発熱源Ｃは図３に
示す入口端を開、出口端を閉とした場合で図中点線で示
している。
【００２１】本発明の実施例は２つの噴射角の異なるノ
ズル３と４を用いて発熱源の位置と発熱時間遅れをもつ
２つの発熱条件を作り、ノズル３と４の発熱によって生
ずる減衰比の合計が安定になるようにノズル３と４での
燃料量を調整するものである。これにより、ノズル３に
よる発熱による不安定をノズル４にて安定化することが
可能となる。
ズル３と４を用いて発熱源の位置と発熱時間遅れをもつ
２つの発熱条件を作り、ノズル３と４の発熱によって生
ずる減衰比の合計が安定になるようにノズル３と４での
燃料量を調整するものである。これにより、ノズル３に
よる発熱による不安定をノズル４にて安定化することが
可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
においては、燃料の噴射角の異なる２つのノズルを有す
る燃料供給系統の燃料を燃焼室内の圧力を検出して、こ
の圧力変動に基づいて燃料調整弁を介してコントローラ
で制御して燃焼室内の燃焼振動を防止するようにしたの
で、燃焼器において、低負荷から高負荷に到るまでの広
い負荷範囲で安定した燃焼状態が実現できる。これによ
り、燃焼振動によって生ずる圧力変動の発生を防止し、
燃焼器部品の損傷や摩耗を防止する。
においては、燃料の噴射角の異なる２つのノズルを有す
る燃料供給系統の燃料を燃焼室内の圧力を検出して、こ
の圧力変動に基づいて燃料調整弁を介してコントローラ
で制御して燃焼室内の燃焼振動を防止するようにしたの
で、燃焼器において、低負荷から高負荷に到るまでの広
い負荷範囲で安定した燃焼状態が実現できる。これによ
り、燃焼振動によって生ずる圧力変動の発生を防止し、
燃焼器部品の損傷や摩耗を防止する。
【図１】本発明の一実施例に係る燃焼振動防止装置の構
成図である。
成図である。
【図２】燃焼器での一般的な発熱の位置と不安定域を示
す図で、（ａ）は両端開放の場合の発熱位置と圧力、速
度の変動分布を、（ｂ）は出力係数と不安定域をそれぞ
れ示している。
す図で、（ａ）は両端開放の場合の発熱位置と圧力、速
度の変動分布を、（ｂ）は出力係数と不安定域をそれぞ
れ示している。
【図３】燃焼器での一般的な発熱の位置と不安定域を示
す図で、（ａ）は入口開、出口閉の場合の発熱位置と圧
力、速度の変動分布を、（ｂ）は出力係数と不安定域を
それぞれ示している。
す図で、（ａ）は入口開、出口閉の場合の発熱位置と圧
力、速度の変動分布を、（ｂ）は出力係数と不安定域を
それぞれ示している。
【図４】図２，図３に係る条件での発熱位置と減衰比と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図５】従来のガスタービンの燃焼器の構成図である。
１ 燃焼室 ２ ノズルブロック ３ ノズル ４ ノズル ５ バルブ ６ バルブ ７ 導管 ８ 圧力変動検出装置 ９ アンプ １０ コントローラ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23N 5/16
Claims (1)
- 【請求項１】 燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射角の小
さなノズルと大きなノズルの２つのノズルからなる燃料
供給系統と、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力変動検
出装置と、前記２つのノズルへ供給する燃料を調整する
燃料調整弁と、前記圧力変動検出装置で検出した前記燃
焼室内の圧力信号に基づいて圧力変動が安定するように
前記燃料調整弁を制御して前記２つのノズルから供給さ
れる燃料量を調節するコントローラとを具備してなるこ
とを特徴とする燃焼振動防止装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055664A JP3040653B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃焼振動防止装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055664A JP3040653B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃焼振動防止装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260139A JPH07260139A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3040653B2 true JP3040653B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=13005129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6055664A Expired - Lifetime JP3040653B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃焼振動防止装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3040653B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998034067A1 (de) * | 1997-02-04 | 1998-08-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenneranordnung und verfahren zur aktiven dämpfung einer verbrennungsschwingung |
| DE19704540C1 (de) * | 1997-02-06 | 1998-07-23 | Siemens Ag | Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Verbrennungsschwingung und Verbrennungsvorrichtung |
| EP1533569B1 (de) * | 2003-11-20 | 2016-02-17 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Feuerungseinrichtung |
| EP1990521A1 (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Pressure dynamics reduction within a gas turbine engine |
| US11841139B2 (en) | 2020-02-22 | 2023-12-12 | Honeywell International Inc. | Resonance prevention using combustor damping rates |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP6055664A patent/JP3040653B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260139A (ja) | 1995-10-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000201 |
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