JPH0445652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービンの燃焼器の監視装置に
関する。特に、多筒燃焼方式のガスタービンにつ
いても有効に適用でき、その他各種の方式の燃焼
器についても適用可能であるガスタービンの燃焼
器の監視装置に関する。

〔発明の背景〕

ガスタービンの燃焼器の燃焼状態を知ること、
すなわち燃焼器の監視を行う為には、燃焼器内の
燃焼ガス温度を把握する必要がある。しかし、燃
焼ガスの温度は1000℃以上と非常に高温である
為、燃焼器内での直接測定は極めて困難である。
たとえ測定できたとしても、長時間継続して測定
することは不可能である。そのような高温状態に
長時間耐えられる温度センサを設置することは無
理だからである。かつ、燃焼器内に温度センサを
設けると、万一これが剥れたり破損したりしてタ
ービン部に流入して事故を起こす虞れもあり、こ
のことからも、燃焼器内の温度センサ設置は避け
るべきである。その為、現状では一般的に、ガス
タービンにおいて燃焼器よりもつと下流で仕事を
してしまつた温度の低い（500℃前後）排気ガス
の温度を測定することにより、燃焼器の正常、あ
るいは異常（燃焼器の損傷、失火時）の診断を行
つている。この場合、燃焼器が正常であれば排気
ガス温度はほぼ同一の分布を示し、燃焼器に異常
があれば排気ガス温度が局部的に低くなることに
より、異常を感知できる。しかし、この方法で
は、燃焼器の異常判別を、燃焼器よりずつと下流
の位置における温度の測定により行う為、燃焼器
の損傷がが大きくないと顕著に温度分布が変化せ
ず、よつて大きな損傷に至らない限り異常を感知
できないという問題がある。又、多筒燃焼方式の
ガスタービンにおいては、各筒の燃焼器からの燃
焼ガスが全部ターン部に流入するので、ここでタ
ービン羽根の回転及び静翼によりこの燃焼ガスが
撹乱される結果、各燃焼器の異常は言わば薄めら
れることになる。従つて実際上、かなりの本数の
燃焼器が広範囲に損傷又は失火しないと、異常の
判別は不可能である。しかも感知の応答も遅いと
いう欠点がある。

第１図は、多筒燃焼方式のガスタービンの説明
図である。この図に基づいて、従来例につき更に
詳しく述べる。本図において、同一形状・同一寸
法の燃焼器４ａが、ロータ１１の円周上に複数本
設置されている。ガスタービンのコンプレツサー
部１で圧縮された空気２は、タービンケーシング
３内を通り、燃焼器外筒４内へ流れて燃焼器内筒
５内に流入する。ここで燃料ノズル６より噴霧さ
れた燃料と混合拡散されて点火プラグ７により点
火され、燃焼する。燃焼ガス８は、燃焼器内筒５
内及びトランジシヨンピース９を通りタービン部
１０へ流入しロータ１１を回す。その後燃焼ガス
８は排ガス１２となつて大気へ放出される。前述
した一般的な燃焼器監視の為の温度測定は、排ガ
ス１２が大気へ放出される直前の位置においてな
される。従つて燃焼器４ａにおけるガス状態とは
相当に隔つた状態しか把握することができず、こ
の為に以上述べたように燃焼器監視に関し、種々
の欠点・問題が生じている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来の欠点をなく
し、燃焼器内筒の状態を適確に感知することによ
り正確で詳細な燃焼器の監視を行なうことがで
き、従つて監視装置として信頼性が高く、しかも
この結果ガスタービンの運転保守に対する信頼性
も向上できる燃焼器の監視装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の燃焼器監視装置は、一般的に行われて
いる温度測定による監視ではなく、個々の燃焼器
について、燃焼器の内外の圧力差と、燃焼中に生
じる燃焼振動圧力の変化とを測定することによ
り、燃焼器の監視を行うようにしたことを特徴と
するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例の内のいくつかについて
図面を参照して説明する。

第２図は、その内の一実施例を示した図であ
る。このガスタービンの燃焼器監視装置は、燃焼
器内外の圧力差P_C−P_Bと、燃焼器内の燃焼振動
圧力の変化とを測定して、これらの測定値に基づ
いて燃焼器の状態を監視する構成としたものであ
る。

従つて、従来の如き排ガスの温度ではなく、燃
焼内の圧力のデータにより直接その状態を知るこ
とができるので、正確な監視を達成できる。しか
も、個々の燃焼器についてのデータを直接得られ
るので、異常が生じても速やかな診断を行うこと
ができる。

更に詳しくは、本実施例の具体的な構成は次の
ようになつている。第２図において、コンプレツ
サー部で圧縮された圧縮空気は、燃焼器外筒２０
内へ導かれる。次いでその燃焼器外筒２０内にほ
ぼ同芯で設置されている燃焼器内筒２１の軸方向
及び周方向に設けられている多数の空気穴２２を
通つて、該燃焼器内筒２１内に流入する。流入し
た空気はここで燃料ノズル２３より噴射された燃
料と混合拡散し、何らかの手段により着火され燃
焼し、燃焼ガスを生成する。燃焼器外筒２０の外
周にはフランジ２５が溶接（または相当する手
段）により取付けられて、これにより直径10mm以
下程度のチユーブ２４が燃焼器外筒２０内に突出
して保持されている。該フランジ２５には、チユ
ーブ２４の燃焼器外筒２０内における位置決めの
固定の為のフイツチングコネクター２６が、ネジ
込み固定されている。チユーブ２４は、その位置
が、燃焼器外筒２０内側２０ａと燃焼器内筒２１
外側２１ａとによつて形成される空間２８の片側
において、半径方向にほぼ1/2の位置となるよう
に設定されて固定されている。このチユーブ２４
は、その一端２４ａがこのように燃焼器外筒２０
内に挿入固定されているが、その他端は、圧力セ
ンサー２７へと導かれている。このことにより、
チユーブ２４内の圧力は燃焼器外筒２０内の空間
２８の圧力と同等になる。同時に、この空間２８
の圧力を、圧力センサー２７により測定するよう
になつている。この圧力P_Cは、コンプレツサー
部で圧縮された圧縮空気１９の圧力にほぼ等し
い。尚この圧力P_Cは、多筒燃焼方式の燃焼器に
あつては、その燃焼器の個々において測定するも
のとする。（これについては第３図を参照しての
次の実施例において詳述する）。

また、燃焼器外筒２０の外周には、前述したと
同様の手段にてチユーブ２９が設けられている。
このチユーブ２９の一端２９ａは、前述した場合
とは異なり、燃焼器内筒２１内に至るまで挿入さ
れている。この場合、燃焼器内筒２１に設けられ
ている多数の空気穴２２を利用するか、あるい
は、挿入の為の専用の穴を追加することにより、
チユーブ２９の一端２９ａを燃焼器内筒２１内に
挿入する。尚、一般的には、挿入の為の専用の穴
を設けることは、燃焼器の燃焼特性を変えること
になりかねない為、現有の空気穴２２の利用の方
が好ましい。運転中における燃焼器外筒２０と燃
焼器内筒２１との熱膨張による伸び量に差がある
為、チユーブ２９が挿入される空気穴２２は、チ
ユーブ２９の外径より熱伸び量の差分を考慮して
もチユーブ２９が燃焼器内筒２１と接触すること
がない程度の直径を有する空気穴２２とする。こ
のチユーブ２９の他端は、ブロツク３２により２
つに分岐され、その各々に圧力センサ３０及び３
１が取付けられる。圧力センサ３０，３１に至る
までのチユーブ２９内の圧力は燃焼器内筒内の圧
力と同等となるようにしておく。

通常、空気は、流路が急に変化した場合、流路
の摩擦損失等により圧力降下を生じることが知ら
れている。ガスタービンの燃焼器においても同様
の現象により、燃焼器外筒２０内の空間２８に流
入した圧縮空気１９の圧力は、燃焼器内筒２１内
に空気穴２２を通つて流入する際、圧力降下を生
じる。この結果燃焼器内筒２１内の圧力は、圧縮
空気１９より低い圧力となる。この圧力降下は、
通常、燃焼器の設計上、３〜４％となつている。
このことから、上記のようにして燃焼器外筒２０
内の空間２８の圧力P_Cと燃焼器内筒２１内の圧
力P_Bとを測定し、その圧力差P_C−S_Bを算出すれ
ば、燃焼器の状態を把握することができる。（尚、
燃焼器内筒２１内の圧力を測定する為のチユーブ
２９の挿入量は、あまり深すぎると燃焼ガスの火
炎に触れチユーブが焼損又は、溶融する為、燃焼
器内筒２１の内壁より約５mm程度挿入するように
する。） 又、燃焼器は、特有の現象として、燃焼振動を
生じることが知られている。これは、可燃物が空
気と混合されてある限られた空間内（この場合燃
焼器内筒内）で燃焼する場合、場所の違いにより
可燃物と空気の混合状態が異なる為、燃焼反応の
生じる時間にばらつきが生じ、このことにより空
間内の空気を振動させ、この為気柱の振動がもた
らされて圧力の変動となり、感知されるものであ
る。これは燃焼してない場合はその変動レベル
（燃焼振動値）は非常に低く、燃焼していても、
正常燃焼時は、該燃焼振動値は比較的低いものと
して感知される。しかし異常燃焼時は、極度に燃
焼振動値は高くなつてくる。よつて、燃焼器内筒
２１内に挿入されたチユーブ２９の他端を分岐し
たその一方は、燃焼器内筒２１内圧P_Bを測定し、
燃焼器の圧力降下を算出する為に用いるが、他方
により燃焼振動値P_Aを測定するようにすれば、
燃焼状態を把握できることになる。

従つて本実施例では、上記のように燃焼器内外
の圧力差P_C−P_Bを、チユーブ２４と圧力センサ
２７とによる燃焼器内筒２１の外側の圧力P_Cの
検出と、チユーブ２７と圧力センサ３０とによる
燃焼器内筒２１ａの圧力P_Bの検出により測定し、
このデータにより燃焼器の燃焼状態を知るように
した。かつチユーブ２４と圧力センサ３１とによ
り、燃焼器内の燃焼振動値を測定し、このデータ
により燃焼状態を知るようにしたものである。

この双方のデータにより、燃焼器個々について
の、直接的な、きわめて正確な燃焼状態の把握が
可能ならしめられる。

第３図は本発明の別の実施例を示し、これは多
筒燃焼方式の燃焼器に本発明を適用した場合の例
を系統図で示したものである。本図において、個
個の燃焼器より得られた燃焼器外筒内圧P_C、燃
焼器内筒内圧P_B、燃焼振動値P_Aの出力信号は、
各々燃焼器毎に燃焼状態判別装置３３へと導かれ
る。ここで信号は判別され、必要に応じてタービ
ントリツプ装置３３ａによりタービンをトリツプ
（異常停止）する動作が行なわれたり、また各表
示器３３ｂに各燃焼器の現状態を表示するように
なつている。各々について燃焼状態が異常である
か否かの判断は、前記の実施例で説明したのと同
様にして行われる。

第４図は、燃焼状態異常判別装置３３の内部を
説明するための系統図である。各燃焼器より測定
された圧力の出力信号P_A，P_B，P_Cは、判別器３
４，３５へと導かれる。この判別器３４，３５に
は、運転初期及び設計許容値が、種々のガスター
ビン負荷において記憶されている。記憶されてい
るデータは、即座に測定データと比較が行われる
ようになつている。燃焼振動値P_Aについては、
燃焼器が正常であつた運転初期のデータと設計許
容値とより判別基準値P_{d nio}〜P_{d nax}をその時の
負荷に応じ算出するようになつていて、この値と
入力信号値P_Aとを比較するようになつている。
又、燃焼器外筒内圧P_C、内筒内圧P_Bについても
同様にしてP_{a nio}〜P_{a nax}を定めるようになつて
いる。外筒内圧P_Cと内筒内圧P_Bとの判別器３５
内での比較は、圧力降下すなわちP_C−P_Bの値で
行う。

判別器により得られた結果は、その値が基準値
を下まわるか、基準値の範囲内にあるか、基準値
を超えるかによつて判別され、第４図に示す〜
の場合で出力される。は、燃焼振動圧力P_A
が基準値を下まわり、は同じく基準値以内であ
り、は基準値を超える場合である。は燃焼器
圧力内外差P_C−P_Bが基準値を下まわる場合で、
は同じく基準値以内、は同じく基準値を超え
る場合である。これら〜の結果を基に、〜
までと〜までの両者の成立する必要十分条
件をもつてして、各表示を行うようになつてい
る。すなわち両者が正常である場合（許容値内）
は、正常燃焼と表示し、燃焼振動が非常に低くか
つ圧力降下が正常である場合（でありである
時）は、燃焼してないことが考えられ失火と表示
する。同様にして燃焼振動が大きくかつ圧力降下
が正常である場合（でありである時）は、異
常燃焼と表示する。

燃焼振動値について具体的に数値を用い示す
と、燃焼していない場合は、燃焼振動値はゼロと
なり、正常燃焼時は、0.02〜0.35Kg/cm²の範囲内
となつている。また、異常燃焼時は、燃焼が不安
定である為、燃焼振動値は0.035Kg/cm²より大きく
なる。よつて以上のことから燃焼状態を把握する
ことが可能である。

圧力降下が変化した場合、たとえば圧力降下が
少なくなつた場合つまりの場合は、圧縮空気の
流入量が流路面積の増大により増えたことを意味
し、燃焼器内筒のクラツクの発生、あるいは欠損
が考えられる。よつてクラツク発生、欠損と表示
する。クラツクの発生と欠損の違いは、燃焼振動
の変化に注目すればより細かく把握することも可
能である。すなわち、クラツク発生程度では、空
気の流入量の増大はたいして多くなく燃焼状態に
大きな変化がない為、燃焼振動値はほとんど変化
しない。ところが、欠損まで至ると空気流入量の
急激な増大により燃焼状態が不安定となり燃焼振
動は増大することになる。このことから燃焼振動
の判別結果の、と圧力降下の低下を組み合
わせればクラツク発生と欠損の両者をさらに区別
し感知することも可能である。

さらに、圧力降下が大きくなつた場合つまり
の場合は、流路面積の減少による流路抵抗の増大
が考えられ、空気中の異物あるいは、燃料油中に
含まれる不純物の燃焼器内筒空気穴部への付着が
考えられることから空気穴目詰りの表示をするよ
うになつている。種々の表示に基づき、状況によ
つてタービントリツプ指示を表示してタービンを
停止させるようにする。

尚、判別基準値は、随時、燃焼器点検結果後の
運転時のデータなどにより経年変化を考慮して変
えていけば、より正確なる監視がが可能となり得
る。

以上のことから、本実施例では燃焼器の監視を
測定値の必要十分条件をもつてして行うようにし
た為、燃焼器の状態をきわめて詳細に、かつ正確
に把握できるものである。このように詳細・正確
な把握は、従来技術では到底なし得ない所であ
る。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、燃焼器の状態を直
接燃焼器で測定できる為、ガスタービン燃焼器の
状態を正確かつ的確に、しかも詳細に把握できる
ものである。従つて燃焼器監視装置としての信頼
性が向上し、さらに的確なる診断が可能となつた
為、ガスタービンの運転保守に対する信頼性も向
上するという効果がある。

尚当然のことではあるが、本発明は図示の実施
例にのみ限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例を説明するための図面で、一
般の燃焼器まわりの構成を示す図である。第２図
は、本発明の第１の実施例を示す要部断面図であ
る。第３図は本発明の第２の実施例の監視装置の
系統を示す系統図である。第４図は当該監視装置
の部分詳細系統図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンの燃焼器を監視する装置におい
   て、燃焼器内外の圧力差と燃焼器内の燃焼振動圧
   力の変化とを測定し、これらの測定値に基づいて
   燃焼器の状態を監視する構成としたことを特徴と
   するガスタービンの燃焼器監視装置。 ２ 圧力差と、燃焼振動圧力変動値との両者の基
   準値を設定し、前記圧力差と燃焼振動圧力の変化
   の測定値の、該基準値との偏差に基づいて燃焼器
   の状態を監視するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のガスタービンの燃焼
   器監視装置。 ３ 圧力差と、燃焼振動圧力変動値との両者の基
   準値を設定し、前記圧力差と燃焼振動圧力の変化
   の測定値の、該基準値に対する必要十分条件にて
   燃焼器の状態を監視するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のガスタービン
   の燃焼器監視装置。 ４ 複数の燃焼器を有するガスタービンにおい
   て、各々の燃焼器に前記監視装置を設けたことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項乃至第３項の
   いずれかに記載のガスタービンの燃焼器監視装
   置。