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JP6931875B2 - Measurement data analysis device and measurement data analysis method - Google Patents

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JP6931875B2 JP2018065967A JP2018065967A JP6931875B2 JP 6931875 B2 JP6931875 B2 JP 6931875B2 JP 2018065967 A JP2018065967 A JP 2018065967A JP 2018065967 A JP2018065967 A JP 2018065967A JP 6931875 B2 JP6931875 B2 JP 6931875B2
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Description

本発明は、燃料と燃焼用空気とを燃焼させるバーナを複数有する燃焼室を複数備える燃焼器を備えるガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を判定する計測データ解析装置、及び計測データ解析方法に関する。 The present invention relates to a measurement data analysis device for determining the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine including a combustor having a plurality of combustion chambers having a plurality of burners for burning fuel and combustion air, and a measurement data analysis method. ..

従来、特許文献1に示すように、ガスタービンでは、燃焼室に設けられるバーナの夫々、及び複数のバーナから排出される燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流部において、燃焼振動が発生し得ることが知られている。燃焼振動は、故障の原因と成り得るため、その共鳴の多寡を判定する技術が望まれている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, in a gas turbine, combustion vibration may occur in each of the burners provided in the combustion chamber and in the combustion gas passage portion through which the combustion gas discharged from the plurality of burners flows. It is known. Since combustion vibration can cause a failure, a technique for determining the amount of resonance thereof is desired.

特開2017−048978号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-048978

ガスタービンにおいて、上記燃焼振動を積極的に抑制するためには、例えば、バーナや燃焼ガス通流部において、振動を検知して確認する手法が考えられる。しかしながら、バーナ及び燃焼ガス通流部における振動を確認するのみでは、当該振動が、バーナ及び燃焼ガス通流部の間で打ち消し合っている状態なのか、振動の共鳴が進展している状態なのかまでは知り得ることができなかった。 In order to positively suppress the combustion vibration in a gas turbine, for example, a method of detecting and confirming the vibration in a burner or a combustion gas flow portion can be considered. However, just by checking the vibration in the burner and the combustion gas passage part, is the vibration canceling each other out between the burner and the combustion gas passage part, or is the resonance of the vibration progressing? I couldn't get to know until.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を詳細に判定する計測データ解析装置、及び計測データ解析方法を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a measurement data analysis device for determining in detail the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine, and a measurement data analysis method. be.

上記目的を達成するための計測データ解析装置は、
燃料と燃焼用空気とを燃焼させるバーナを複数有する燃焼室を複数備える燃焼器を備えるガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を判定する計測データ解析装置であって、その特徴構成は、
前記燃焼室は、燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流部を複数有し、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部の少なくとも何れか一方における前記燃焼振動に伴う物理指標を検出する物理指標検出部と、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部において、前記物理指標検出部にて検出される前記物理指標の2つの時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出部と、
前記回帰行列算出部にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線における斜線長さを算出する斜線長さ導出部と、
前記斜線長さ導出部にて算出された前記斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出部と、
前記平均斜線長さ導出部にて導出された前記平均斜線長さLmeanに基づいて前記燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定部とを備える点にある。
The measurement data analysis device for achieving the above objectives is
It is a measurement data analysis device that determines the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine equipped with a combustor having a plurality of combustion chambers having a plurality of burners for burning fuel and combustion air.
The combustion chamber has a plurality of combustion gas flow sections through which the combustion gas flows.
A physical index detection unit that detects a physical index associated with the combustion vibration in at least one of the burner and the combustion gas flow unit, and a physical index detection unit.
In the burner and the combustion gas flow unit, the regression matrix calculation unit that calculates the regression matrix CR by inputting the two time series data of the physical index detected by the physical index detection unit into [Equation 1]. When,
A diagonal line length deriving unit that calculates the diagonal line length when the value calculated by the regression matrix calculation unit is expanded into a cross-recurrence plot, and a diagonal line length deriving unit.
An average diagonal line length deriving unit for calculating the average diagonal line length L mean by inputting the diagonal line length l calculated by the diagonal line length deriving unit and its frequency distribution P (l) into [Equation 2]. ,
In that it comprises a said average hatched derived at length deriving unit said average hatched length determination unit for amount of phase synchronization of the combustion oscillation on the basis of the L mean.

Figure 0006931875
Figure 0006931875

Figure 0006931875
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ただし、CRを回帰行列、εを位相空間内距離で予め定められる閾値、pを位相空間内の位置ベクトル(下付き文字は1本目、2本目の時系列データ)、qを前記燃焼振動に伴う前記物理指標の時系列データ、tを時刻、Nを時系列データの離散点数、Dを埋め込み次元、τを遅れ時間、Θをヘビサイド関数、lを前記斜線長さ、lminを最小長さ、P(l)を対角線長さの度数分布とする。 However, CR is a regression matrix, ε is a predetermined threshold value in the phase space distance, p is a position vector in the phase space (subscripts are the first and second time series data), and q is associated with the combustion vibration. Time series data of the physical index, t is the time, N is the number of discrete points of the time series data, D is the embedded dimension, τ is the delay time, Θ is the snakeside function, l is the diagonal line length, and l min is the minimum length. Let P (l) be a frequency distribution of diagonal lengths.

上記目的を達成するための計測データ解析方法は、
燃料と燃焼用空気とを燃焼させるバーナを複数有する燃焼室を複数備える燃焼器を備えるガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を判定する計測データ解析方法であって、その特徴構成は、
前記燃焼室は、燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流部を複数有するものであり、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部の少なくとも何れか一方における前記燃焼振動に伴う物理指標を検出する物理指標検出工程と、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部において、前記物理指標検出工程にて検出される2つの前記物理指標の時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出工程と、
前記回帰行列算出工程にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線における斜線長さlを算出する斜線長さ導出工程と、
前記斜線長さ導出工程にて算出された前記斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出工程と、
前記平均斜線長さ導出工程にて導出された前記平均斜線長さLmeanに基づいて前記燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定工程とを実行する点にある。
The measurement data analysis method for achieving the above objectives is
A measurement data analysis method for determining the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine equipped with a combustor having a plurality of combustion chambers having a plurality of burners for burning fuel and combustion air.
The combustion chamber has a plurality of combustion gas flow sections through which the combustion gas flows.
A physical index detection step for detecting a physical index associated with the combustion vibration in at least one of the burner and the combustion gas flow portion, and
A regression matrix calculation step of inputting time series data of two physical indicators detected in the physical index detection step into [Equation 1] in the burner and the combustion gas flow section to calculate a regression matrix CR. When,
The diagonal line length derivation step for calculating the diagonal line length l when the value calculated in the regression matrix calculation step is expanded on the cross recurrence plot, and the diagonal line length derivation step.
An average diagonal line length deriving step of calculating the average diagonal line length L mean by inputting the diagonal line length l calculated in the diagonal line length deriving step and its frequency distribution P (l) into [Equation 2]. ,
In that it executes the determination step of determining amount of phase synchronization of the combustion oscillation based on the average hatched long the average hatched length derived by of deriving step L mean.

Figure 0006931875
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ただし、CRを回帰行列、εを位相空間内距離で予め定められる閾値、pを位相空間内の位置ベクトル(下付き文字は1本目、2本目の時系列データ)、qを前記燃焼振動に伴う前記物理指標の時系列データ、tを時刻、Nを時系列データの離散点数、Dを埋め込み次元、τを遅れ時間、Θをヘビサイド関数、lを前記斜線長さ、lminを最小長さ、P(l)を対角線長さの度数分布とする。 However, CR is a regression matrix, ε is a predetermined threshold value in the phase space distance, p is a position vector in the phase space (subscripts are the first and second time series data), and q is associated with the combustion vibration. Time series data of the physical index, t is the time, N is the number of discrete points of the time series data, D is the embedded dimension, τ is the delay time, Θ is the snakeside function, l is the diagonal line length, and l min is the minimum length. Let P (l) be a frequency distribution of diagonal lengths.

発明者らは、例えば、ガスタービンの一の部位にて計測された圧力の時系列データ(物理指標の一例)のみでは、燃焼振動(特に、燃焼振動が急増して発振する現象)のなかでも、バーナ及び燃焼ガス通流部の変動位相が同期する場合と、しない場合で、燃焼振動の共鳴が進展するリスクに差があるが、これを見極めることができていなかったという課題に着目し、上記〔数1〕、〔数2〕の導入を試みた。
即ち、上記特徴構成によれば、燃焼室に対して複数設けられたバーナ、又は燃焼室の燃焼ガス通流部のうち、バーナ及び燃焼ガス通流部において、検出される物理指標の2つの時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出すると共に、算出結果から得られる平均斜線長さLmeanに基づいて、燃焼振動の共鳴の程度の多寡を細分化する。
当該平均斜線長さLmeanは、後述する試験結果としての図4、5において、左下角から右上角へ延びる対角線上に現れる斜線長さの平均値であり、当該平均斜線長さLmeanが長い場合、2つの時系列データの位相が連続して略揃っている時間が長いことを示し、平均斜線長さLmeanが短い場合、2つの時系列データの位相が連続して略揃っている時間が短いことを示す。
そして、発明者らは、上記特徴構成によれば、異なる2箇所での時系列データから求める平均斜線長さLmeanを燃焼振動の判定の指標として判定するから、特に、燃焼振動が急増して発振する現象と相性の良い指標に基づく判定ができ、単一の箇所で計測された単一の時系列データに基づく種々の解析に比べ、燃焼振動の共鳴の程度の多寡を細分化できるという知見を得た。これにより、故障リスクを鑑みて、ガスタービンの点検や再調整の要否を検討することができる。
以上より、ガスタービンの燃焼振動の位相同期の多寡を細分化することができる計測データ解析装置及び計測データ解析方法を実現できる。
For example, the inventors have found that only the time-series data (an example of a physical index) of the pressure measured at one part of the gas turbine is used in the combustion vibration (particularly, the phenomenon in which the combustion vibration suddenly increases and oscillates). , There is a difference in the risk that the resonance of the combustion vibration progresses depending on whether the fluctuation phase of the burner and the combustion gas flow part is synchronized or not, but paying attention to the problem that this could not be determined. Attempts were made to introduce the above [Equation 1] and [Equation 2].
That is, according to the above characteristic configuration, there are two times of physical indicators detected in the burner and the combustion gas passage part among the burners provided for the combustion chamber or the combustion gas flow part of the combustion chamber. The series data is input to [Equation 1] to calculate the regression matrix CR, and the degree of resonance of combustion vibration is subdivided based on the average diagonal line length L mean obtained from the calculation result.
The average diagonal line length L mean is an average value of diagonal line lengths appearing diagonally extending from the lower left corner to the upper right corner in FIGS. 4 and 5 as test results described later, and the average diagonal line length L mean is long. In the case, it indicates that the time when the phases of the two time series data are continuously substantially aligned is long, and when the average diagonal line length L mean is short, the time when the phases of the two time series data are continuously substantially aligned is long. Indicates that is short.
Then, according to the above-mentioned feature configuration, the inventors determine the average diagonal line length L mean obtained from the time series data at two different locations as an index for determining the combustion vibration. Therefore, the combustion vibration increases sharply. It is possible to make a judgment based on an index that is compatible with the oscillating phenomenon, and it is possible to subdivide the degree of resonance of combustion vibration compared to various analyzes based on a single time series data measured at a single location. Got As a result, the necessity of inspection and readjustment of the gas turbine can be examined in consideration of the failure risk.
From the above, it is possible to realize a measurement data analysis device and a measurement data analysis method that can subdivide the amount of phase synchronization of the combustion vibration of the gas turbine.

計測データ解析装置の更なる特徴構成は、
前記判定部は、
前記平均斜線長さLmeanが予め設定される燃焼振動判定閾値以上である場合、前記燃焼振動の共鳴が進展している確度が高いと判定し、
前記平均斜線長さLmeanが前記燃焼振動判定閾値未満となった場合、前記燃焼振動の共鳴が進展している確度が低いと判定する点にある。
Further features of the measurement data analysis device
The determination unit
When the average diagonal line length L mean is equal to or greater than the preset combustion vibration determination threshold value, it is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is high.
When the average diagonal line length L mean is less than the combustion vibration determination threshold value, it is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is low.

本発明の発明者らは、平均斜線長さLmeanが予め設定される燃焼振動判定閾値以上である場合、燃焼振動の共鳴が進展している確度が高いと判定し、平均斜線長さLmeanが燃焼振動判定閾値未満となった場合、燃焼振動の共鳴が進展している確度が低いと判定することができることを、新たに見出した。
更に、発明者らは、このように判定することで、例えば、ガスタービンの単一の箇所の時系列データに基づいて燃焼振動の判定をすることでは得られなかった、燃焼振動の共鳴の進展度合までをも知り得ることができ、当該進展度合に応じてリスク管理を行うことができる。
これにより、例えば、燃焼振動の共鳴が進展している確度が高いと判定した場合、その故障リスクを鑑みて、ガスタービンの点検や再調整の要否を検討することができる。
The inventors of the present invention, when the average oblique line length L mean is combustion vibration determination threshold value or more set in advance, determines that there is a high probability that resonance of the combustion vibration is progressing, the average oblique line length L mean It was newly found that when is less than the combustion vibration determination threshold value, it can be determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is low.
Furthermore, the inventors made such a judgment, for example, the progress of the resonance of the combustion vibration, which could not be obtained by the judgment of the combustion vibration based on the time-series data of a single part of the gas turbine. It is possible to know even the degree, and risk management can be performed according to the degree of progress.
Thereby, for example, when it is determined that the resonance of the combustion vibration is progressing with high accuracy, it is possible to examine the necessity of inspection and readjustment of the gas turbine in consideration of the failure risk.

計測データ解析装置としては、
前記物理指標検出部は、前記バーナ又は前記燃焼ガス通流部の少なくとも一方での燃焼ガスの前記燃焼振動に伴う圧力変動を検出する圧力センサ、前記バーナ又は前記燃焼ガス通流部の少なくとも一方での燃焼ガスの燃焼火炎の前記燃焼振動に伴う発光強度の変動を検出する光学センサ、前記バーナを形成するバーナ筒又は前記燃焼ガス通流部を形成するケーシングの少なくとも一方での前記燃焼振動に伴う振動を検出する振動センサの何れか1つから構成することが好ましい。
As a measurement data analysis device,
The physical index detection unit is a pressure sensor that detects pressure fluctuations of combustion gas associated with the combustion vibration of at least one of the burner or the combustion gas flow unit, and at least one of the burner or the combustion gas flow unit. An optical sensor that detects fluctuations in emission intensity due to the combustion vibration of the combustion flame of the combustion gas of the combustion gas, a burner cylinder forming the burner, or a casing forming the combustion gas passage portion It is preferably composed of any one of the vibration sensors that detect the vibration.

本発明の計測データ解析装置の概略構成図Schematic configuration diagram of the measurement data analysis device of the present invention 燃焼室の長手方向視であって、燃焼ガスの流れ方向で下流側からの側面図Longitudinal view of the combustion chamber, side view from the downstream side in the flow direction of combustion gas バーナでの二乗平均平方根の経時変化を示すグラフ図Graph showing the change over time of the root mean square in the burner 図3のt近傍において、異なるバーナの夫々で取得された圧力の時系列データから導出されたクロスリカレンスプロット示すグラフ図In t 1 near the 3, graph showing cross recurrence plots derived from the time-series data of the acquired pressure respective different burners 図3のt近傍において、異なるバーナの夫々で取得された圧力の時系列データから導出されたクロスリカレンスプロット示すグラフ図A graph showing a cross-recurrence plot derived from time-series data of pressures obtained for each of the different burners in the vicinity of t 2 in FIG.

本発明の実施形態に係る計測データ解析装置100及び計測データ解析方法は、ガスタービン60における燃焼振動の位相同期の多寡を詳細に判定するものに関する。以下、図1〜5に基づいて本発明に係る計測データ解析装置100、及び計測データ解析方法について説明する。 The measurement data analysis device 100 and the measurement data analysis method according to the embodiment of the present invention relate to those for determining in detail the amount of phase synchronization of combustion vibration in the gas turbine 60. Hereinafter, the measurement data analysis device 100 and the measurement data analysis method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

計測データ解析装置100は、図1、2に示すように、燃料Fと燃焼用空気Aとの予混合気を燃焼させるバーナ2を複数有する燃焼室50を複数備える燃焼器を備えるガスタービン60の燃焼振動の位相同期の多寡を判定するものである。
ガスタービン60は、図1に示すように、燃焼用空気Aを圧縮する圧縮機52と、燃料F(例えば、天然ガス)と圧縮機52から供給される圧縮空気Aとを混合して燃焼させる燃焼室50と、燃焼室50から排出された燃焼ガスEを駆動源として回転駆動するタービン53とが設けられ、圧縮機52とタービン53とが駆動軸54にて連結される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the measurement data analyzer 100 is a gas turbine 60 including a combustor having a plurality of combustion chambers 50 having a plurality of burners 2 for burning a premixture between the fuel F and the combustion air A. This is to determine the amount of phase synchronization of combustion vibration.
As shown in FIG. 1, the gas turbine 60 mixes and burns the compressor 52 that compresses the combustion air A, the fuel F (for example, natural gas), and the compressed air A supplied from the compressor 52. A combustion chamber 50 and a turbine 53 that is rotationally driven by using the combustion gas E discharged from the combustion chamber 50 as a drive source are provided, and the compressor 52 and the turbine 53 are connected by a drive shaft 54.

燃焼室50は、ガスタービンとして一般的に用いられる構成であり、図2に示す燃焼ガスEの流れ方向で下流側からの長手方向視において、円筒形状のケーシング6の内部に、バーナ2の複数(図3では6つ)を、タービン53のタービン翼(図示せず)の回転方向に沿って等間隔で併設して備えると共に、更に、ケーシング6の内部には、長手方向において、バーナ2の下流側でバーナ2から排出された燃焼ガスEを通流する燃焼ガス通流部55(燃焼室50の内部で燃焼ガスが通流する箇所)が設けられている。 The combustion chamber 50 has a configuration generally used as a gas turbine, and has a plurality of burners 2 inside a cylindrical casing 6 in a longitudinal direction from the downstream side in the flow direction of the combustion gas E shown in FIG. (6 in FIG. 3) are provided side by side at equal intervals along the rotation direction of the turbine blades (not shown) of the turbine 53, and further, inside the casing 6, the burner 2 is provided in the longitudinal direction. A combustion gas passage portion 55 (a place through which the combustion gas passes inside the combustion chamber 50) through which the combustion gas E discharged from the burner 2 flows is provided on the downstream side.

当該ガスタービン60にあっては、燃焼室50に設けられるバーナ2の夫々において、燃焼振動が発生し得ることが知られている。燃焼振動は、故障の原因と成り得るため、その共鳴の多寡を判定する技術が望まれている。
当該実施形態に係る計測データ解析装置100では、複数のバーナ2(当該実施形態にあっては、すべてのバーナ2)における燃焼振動に伴う燃焼ガスEの圧力変動(物理指標の一例)を検出する圧力センサS(物理指標検出部の一例)を備えている。
In the gas turbine 60, it is known that combustion vibration can be generated in each of the burners 2 provided in the combustion chamber 50. Since combustion vibration can cause a failure, a technique for determining the amount of resonance thereof is desired.
The measurement data analysis device 100 according to the embodiment detects pressure fluctuations of the combustion gas E (an example of a physical index) due to combustion vibrations in a plurality of burners 2 (all burners 2 in the embodiment). It is equipped with a pressure sensor S (an example of a physical index detection unit).

更に、当該ガスタービン60の制御装置Cは、複数のバーナ2の2つから圧力センサSにて検出される圧力変動の時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出部C1と、回帰行列算出部C1にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線(図4、5のクロスリカレンスプロットで左下角から右上角への対角線)における斜線長さを算出する斜線長さ導出部C2と、斜線長さ導出部C2にて算出された斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出部C3と、平均斜線長さ導出部C3にて導出された平均斜線長さLmeanに基づいて燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定部C4とを備える。 Further, the control device C of the gas turbine 60 inputs the time series data of the pressure fluctuation detected by the pressure sensor S from two of the plurality of burners 2 into [Equation 1] to calculate the regression matrix CR. On the diagonal line when the values calculated by the regression matrix calculation unit C1 and the regression matrix calculation unit C1 are expanded into a cross recurrence plot (diagonal line from the lower left corner to the upper right corner in the cross recurrence plot of FIGS. 4 and 5). The diagonal line length derivation unit C2 for calculating the diagonal line length, the diagonal line length l calculated by the diagonal line length derivation unit C2, and the frequency distribution P (l) thereof are input to [Equation 2], and the average diagonal line length is input. the average diagonal line length deriving section C3 for calculating a is L mean, a determination unit C4 the amount of phase synchronization of the combustion oscillation based on the average oblique line length L mean derived by the average hatching length deriving section C3 To be equipped.

Figure 0006931875
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ただし、CRを回帰行列、εを位相空間内距離で予め定められる閾値、pを位相空間内の位置ベクトル(下付き文字は1本目、2本目の時系列データ)、qを燃焼振動に伴う物理指標の時系列データ、tを時刻、Nを時系列データの離散点数、Dを埋め込み次元(当該実施形態では6)、τを遅れ時間(当該実施形態では60)、Θをヘビサイド関数、lを斜線長さ、lminを最小長さ(当該実施形態では10)、P(l)を対角線長さの度数分布とする。 However, CR is a regression matrix, ε is a predetermined threshold value in the phase space distance, p is a position vector in the phase space (subscripts are the first and second time series data), and q is the physics associated with combustion vibration. Time series data of the index, t is the time, N is the number of discrete points of the time series data, D is the embedded dimension (6 in the embodiment), τ is the delay time (60 in the embodiment), Θ is the snakeside function, and l is The diagonal line length, l min is the minimum length (10 in the embodiment), and P (l) is the diagonal length frequency distribution.

即ち、制御装置Cは、バーナ2における燃焼振動に伴う圧力変動を検出する圧力変動検出工程(物理指標検出工程の一例)と、バーナ2において圧力変動検出工程にて検出される一対の圧力変動の時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出工程と、回帰行列算出工程にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線における斜線長さlを算出する斜線長さ導出工程と、斜線長さ導出工程にて算出された斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出工程と、平均斜線長さ導出工程にて導出された平均斜線長さLmeanに基づいて燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定工程との一例の工程を、繰り返し実行する。
これら一連の工程は、異なる2つのバーナ2から得られる圧力変動の時系列データに基づいて行われるものである。上述したように、当該実施形態では、複数のバーナ2のすべてから圧力変動の時系列データを取得可能に構成されているので、異なる2つのバーナ2の組を、異なる組へ切り替えて上記一連の工程を実行することも可能である。また、異なる2つのバーナ2の時系列データの組を複数形成し、すべての組で同時に上記一連の工程を実行することも可能である。
That is, the control device C has a pressure fluctuation detection step (an example of a physical index detection step) for detecting the pressure fluctuation accompanying combustion vibration in the burner 2 and a pair of pressure fluctuations detected in the pressure fluctuation detection step in the burner 2. Diagonal line length when time series data is input to [Equation 1] and the regression matrix CR is calculated, and the values calculated in the regression matrix calculation process are expanded into a cross recurrence plot. The diagonal line length derivation step for calculating l and the diagonal line length l calculated in the diagonal line length derivation step and its frequency distribution P (l) are input to [Equation 2] to obtain the average diagonal line length L mean . An example of a step of deriving the average diagonal line length to be calculated and a determination step of determining the amount of phase synchronization of combustion vibration based on the average diagonal line length L mean derived in the average diagonal line length deriving step is repeated. Run.
These series of steps are performed based on the time series data of the pressure fluctuation obtained from two different burners 2. As described above, in the embodiment, since the time series data of the pressure fluctuation can be acquired from all of the plurality of burners 2, the set of two different burners 2 is switched to a different set and the above series It is also possible to carry out the process. It is also possible to form a plurality of sets of time-series data of two different burners 2 and execute the above-mentioned series of steps at the same time in all the sets.

さて、回帰行列算出部C1が、回帰行列CRは、上記〔数1〕から明らかなように、εの値により1又は0の値を取るかが変化する。ここで、仮に振幅の大きな波形において最適なクロスリカレンスプロットが描かれるようにεを固定してしまうと,振幅が小さい波形になった場合、位相空間上の軌道半径も小さくなることから、ε内に大量のデータ点が含まれることになる。すると、クロスリカレンスプロットは黒点だらけになり、平均斜線長さLmeanは位相同期の有無に関わらず上昇し、位相同期の有無を判断できない。従って、当該実施形態にあっては、振幅が変化した場合にも対応可能なように、εを可変にしている。 By the way, as is clear from the above [Equation 1], the regression matrix calculation unit C1 changes whether the regression matrix CR takes a value of 1 or 0 depending on the value of ε. Here, if ε is fixed so that the optimum cross-recurrence plot is drawn for a waveform with a large amplitude, the orbital radius in the phase space will also be small if the waveform has a small amplitude. A large number of data points will be included in it. Then, the cross-recurrence plot becomes full of black dots, and the average diagonal line length L mean rises regardless of the presence or absence of phase synchronization, and the presence or absence of phase synchronization cannot be determined. Therefore, in the embodiment, ε is made variable so that the amplitude can be changed.

平均斜線長さLmeanは、後述する試験結果としての図4、5において、左下角から右上角へ延びる対角線上に現れる斜線長さの平均値であり、当該平均斜線長さLmeanが長い場合、2つの時系列データの位相が連続して略揃っている時間が長いことを示し、平均斜線長さLmeanが短い場合、2つの時系列データの位相が連続して略揃っている時間が短いことを示すものである。
本発明の発明者らは、当該平均斜線長さLmeanが運転状態の推移と共に急減した場合には、各バーナ2での燃焼振動が発生した状態にあっても、経過と共に、燃焼振動の共鳴が収まるという知見を得た。
そこで、当該実施形態にあっては、平均斜線長さLmeanが予め設定される燃焼振動判定閾値(他の条件にもよるが、例えば、100以上の値)以上である場合、燃焼振動の共鳴が進展している確度が高いと判定し、平均斜線長さLmeanが燃焼振動判定閾値未満となった場合、燃焼振動の共鳴が進展している確度が低いと判定する。
The average diagonal line length L mean is the average value of the diagonal line lengths appearing diagonally extending from the lower left corner to the upper right corner in FIGS. 4 and 5 as the test results described later, and when the average diagonal line length L mean is long. indicates that the time the two time series data of the phase are aligned substantially continuously long, when the average oblique line length L mean is short, the time that the two time series data of the phase are aligned substantially continuously It shows that it is short.
The inventors of the present invention have found that when the average diagonal length L mean decreases sharply with the transition of the operating state, the combustion vibration resonates with the passage of time even if the combustion vibration is generated in each burner 2. I got the finding that it fits.
Therefore, in the embodiment, when the average diagonal line length L mean is equal to or higher than a preset combustion vibration determination threshold value (for example, a value of 100 or more, depending on other conditions), resonance of combustion vibration occurs. It is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is high, and when the mean diagonal length L mean is less than the combustion vibration determination threshold value, it is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is low.

制御装置Cは、判定部C4にて「燃焼振動の共鳴が進展している確度が高い」と検知されると、例えば、故障リスクを鑑みて、ガスタービンの点検や再調整の要否を検討する。 When the control device C detects that "there is a high probability that the resonance of the combustion vibration is progressing" in the determination unit C4, for example, in consideration of the failure risk, the necessity of inspection and readjustment of the gas turbine is examined. do.

〔試験結果〕
以下、図3〜5に示す、ガスタービン60を用いて取得した実データに基づいて、本発明の効果について説明する。
当該試験は、これまで説明してきたガスタービン60において、総燃料流量を零から増加させ、出力を徐々に増加させたものである。図3は、一のバーナ2にて取得された二乗平均平方根Prmsの時系列データを示し、図4、5は、一のバーナ2と他のバーナ2との夫々にて取得された圧力変動の時系列データから導出されたクロスリカレンスプロットを示すものであり、図4は、図3でtにて取得された時系列データに基づいたもので、図5は、図3でtにて取得された時系列データに基づいたものである。
図3を参照すると、t、tを含む時間までは、比較的大きい圧力変動が継続しており、当該値のみでは、tまでにおいて、燃焼振動の共鳴が進展していく状態なのか、燃焼振動の共鳴が収束していく状態なのか判断が行い難いことがわかる。
これに対し、図4、5のクロスリカレンスプロットから得られる平均斜線長さLmeanは、tでは「123」であるのに対し、tでは「16.1」と大きく減少していることから、tでは燃焼振動の共鳴が進展している確度が高く、tでは燃焼振動の共鳴が進展している確度は低いと判断できる。
〔Test results〕
Hereinafter, the effect of the present invention will be described based on the actual data acquired by using the gas turbine 60 shown in FIGS. 3 to 5.
In this test, in the gas turbine 60 described so far, the total fuel flow rate is increased from zero and the output is gradually increased. FIG. 3 shows the time series data of the root mean square Prms acquired by one burner 2, and FIGS. 4 and 5 show the pressure fluctuations acquired by each of the one burner 2 and the other burner 2. The cross-recurrence plot derived from the time-series data is shown, FIG. 4 is based on the time-series data acquired at t 1 in FIG. 3, and FIG. 5 is at t 2 in FIG. It is based on the time series data acquired in the above.
With reference to FIG. 3, a relatively large pressure fluctuation continues until the time including t 1 and t 2 , and with only this value, is the resonance of the combustion vibration progressing up to t 2? It can be seen that it is difficult to judge whether the resonance of the combustion vibration is converging.
On the other hand, the average diagonal line length L mean obtained from the cross-recurrence plots of FIGS. 4 and 5 is "123" at t 1 , while it is greatly reduced to "16.1" at t 2. Therefore, it can be determined that at t 1 , the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is high, and at t 2 , the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is low.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態にあっては、計測データ解析装置100及び計測データ解析方法として、希薄予混合燃焼方式のガスタービン60に適用される構成例として説明したが、比較的燃焼振動が発生し難い拡散燃焼方式のガスタービン60に対して適用することも可能である。
[Another Embodiment]
(1) In the above embodiment, the measurement data analysis device 100 and the measurement data analysis method have been described as a configuration example applied to the gas turbine 60 of the dilute premixed combustion method, but relatively combustion vibration occurs. It can also be applied to a difficult diffusion combustion type gas turbine 60.

(2)圧力センサSは、バーナ2のみならず、燃焼室50の燃焼ガス通流部55の圧力をも検出するように配設され、当該圧力から平均斜線長さLmeanを算出するように構成しても構わない。また、平均斜線長さLmeanは、燃焼室50の燃焼ガス通流部55の圧力のみから算出しても構わない。 (2) The pressure sensor S is arranged so as to detect not only the pressure of the burner 2 but also the pressure of the combustion gas passage portion 55 of the combustion chamber 50, and the average diagonal line length L mean is calculated from the pressure. It may be configured. The average oblique line length L mean is may be calculated from only the pressure of the combustion gas through portion 55 of the combustion chamber 50.

(3)これまで説明してきた実施形態(別実施形態を含む)では、物理指標検出部は、バーナ2又は燃焼ガス通流部55の少なくとも一方での燃焼ガスの燃焼振動に伴う圧力変動を検出する圧力センサSである例を示した。
物理指標検出部の他の例としては、バーナ2又は燃焼ガス通流部55の少なくとも一方での燃焼ガスの燃焼火炎の燃焼振動に伴う発光強度の変動を検出する光学センサであっても構わない。
また、バーナ2を形成するバーナ筒2a又は燃焼ガス通流部55を形成するケーシング6の少なくとも一方での燃焼振動に伴う振動を検出する振動センサであっても構わない。
(3) In the embodiment described so far (including another embodiment), the physical index detection unit detects the pressure fluctuation due to the combustion vibration of at least one of the burner 2 and the combustion gas flow unit 55. An example of the pressure sensor S to be used is shown.
As another example of the physical index detection unit, an optical sensor that detects fluctuations in emission intensity due to combustion vibration of the combustion flame of combustion gas at least one of the burner 2 or the combustion gas flow unit 55 may be used. ..
Further, it may be a vibration sensor that detects vibration accompanying combustion vibration of at least one of the burner cylinder 2a forming the burner 2 and the casing 6 forming the combustion gas passage portion 55.

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

本発明の計測データ解析装置、及び計測データ解析方法は、ガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を詳細に判定する計測データ解析装置、及び計測データ解析方法として、有効に利用可能である。 The measurement data analysis device and the measurement data analysis method of the present invention can be effectively used as a measurement data analysis device and a measurement data analysis method for determining in detail the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine.

2 :バーナ
2a :バーナ筒
6 :ケーシング
50 :燃焼室
55 :燃焼ガス通流部
60 :ガスタービン
100 :計測データ解析装置
A :燃焼用空気
C :制御装置
C1 :回帰行列算出部
C2 :斜線長さ導出部
C3 :平均斜線長さ導出部
C4 :判定部
CR :回帰行列
E :燃焼ガス
F :燃料
S :圧力センサ
2: Burner 2a: Burner cylinder 6: Casing 50: Combustion chamber 55: Combustion gas flow unit 60: Gas turbine 100: Measurement data analysis device A: Combustion air C: Control device C1: Return matrix calculation unit C2: Diagonal line length Derivation unit C3: Average diagonal length Derivation unit C4: Judgment unit CR: Regression matrix E: Combustion gas F: Fuel S: Pressure sensor

Claims (4)

燃料と燃焼用空気とを燃焼させるバーナを複数有する燃焼室を複数備える燃焼器を備えるガスタービンにおける燃焼振動の位相同期の多寡を判定する計測データ解析装置であって、
前記燃焼室は、燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流部を複数有し、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部の少なくとも何れか一方における前記燃焼振動に伴う物理指標を検出する物理指標検出部と、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部において、前記物理指標検出部にて検出される前記物理指標の2つの時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出部と、
前記回帰行列算出部にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線における斜線長さを算出する斜線長さ導出部と、
前記斜線長さ導出部にて算出された前記斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出部と、
前記平均斜線長さ導出部にて導出された前記平均斜線長さLmeanに基づいて前記燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定部とを備える計測データ解析装置。
Figure 0006931875
Figure 0006931875
ただし、CRを回帰行列、εを位相空間内距離で予め定められる閾値、pを位相空間内の位置ベクトル(下付き文字は1本目、2本目の時系列データ)、qを前記燃焼振動に伴う前記物理指標の時系列データ、tを時刻、Nを時系列データの離散点数、Dを埋め込み次元、τを遅れ時間、Θをヘビサイド関数、lを前記斜線長さ、lminを最小長さ、P(l)を対角線長さの度数分布とする。
A measurement data analyzer that determines the amount of phase synchronization of combustion vibration in a gas turbine equipped with a combustor having a plurality of combustion chambers having a plurality of burners for burning fuel and combustion air.
The combustion chamber has a plurality of combustion gas flow sections through which the combustion gas flows.
A physical index detection unit that detects a physical index associated with the combustion vibration in at least one of the burner and the combustion gas flow unit, and a physical index detection unit.
In the burner and the combustion gas flow unit, the regression matrix calculation unit that calculates the regression matrix CR by inputting the two time series data of the physical index detected by the physical index detection unit into [Equation 1]. When,
A diagonal line length deriving unit that calculates the diagonal line length when the value calculated by the regression matrix calculation unit is expanded into a cross-recurrence plot, and a diagonal line length deriving unit.
An average diagonal line length deriving unit that calculates the average diagonal line length L mean by inputting the diagonal line length l calculated by the diagonal line length deriving unit and its frequency distribution P (l) into [Equation 2]. ,
A measurement data analysis device including a determination unit for determining the amount of phase synchronization of the combustion vibration based on the average diagonal line length L mean derived by the average diagonal line length derivation unit.
Figure 0006931875
Figure 0006931875
However, CR is a regression matrix, ε is a predetermined threshold value in the phase space distance, p is a position vector in the phase space (subscripts are the first and second time series data), and q is associated with the combustion vibration. Time series data of the physical index, t is the time, N is the number of discrete points of the time series data, D is the embedded dimension, τ is the delay time, Θ is the snakeside function, l is the diagonal line length, and l min is the minimum length. Let P (l) be a frequency distribution of diagonal lengths.
前記判定部は、
前記平均斜線長さLmeanが予め設定される燃焼振動判定閾値以上である場合、前記燃焼振動の共鳴が進展している確度が高いと判定し、
前記平均斜線長さLmeanが前記燃焼振動判定閾値未満となった場合、前記燃焼振動の共鳴が進展している確度が低いと判定する請求項1に記載の計測データ解析装置。
The determination unit
When the average diagonal line length L mean is equal to or greater than the preset combustion vibration determination threshold value, it is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is high.
The measurement data analysis device according to claim 1, wherein when the average diagonal length L mean is less than the combustion vibration determination threshold value, it is determined that the probability that the resonance of the combustion vibration is progressing is low.
前記物理指標検出部は、前記バーナ又は前記燃焼ガス通流部の少なくとも一方での燃焼ガスの前記燃焼振動に伴う圧力変動を検出する圧力センサ、前記バーナ又は前記燃焼ガス通流部の少なくとも一方での燃焼ガスの燃焼火炎の前記燃焼振動に伴う発光強度の変動を検出する光学センサ、前記バーナを形成するバーナ筒又は前記燃焼ガス通流部を形成するケーシングの少なくとも一方での前記燃焼振動に伴う振動を検出する振動センサの何れか1つから成る請求項1又は2に記載の計測データ解析装置。 The physical index detection unit is a pressure sensor that detects pressure fluctuations of combustion gas associated with the combustion vibration of at least one of the burner or the combustion gas flow unit, and at least one of the burner or the combustion gas flow unit. An optical sensor that detects fluctuations in emission intensity associated with the combustion vibration of the combustion flame of the combustion gas, a burner cylinder forming the burner, or a casing forming the combustion gas passage portion, which is associated with the combustion vibration. The measurement data analysis device according to claim 1 or 2, which comprises any one of the vibration sensors that detect vibration. 燃料と燃焼用空気とを燃焼させるバーナを複数有する燃焼室を複数備える燃焼器を備えるガスタービンにおける前記燃焼振動の位相同期の多寡を判定する計測データ解析方法であって、
前記燃焼室は、燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流部を複数有するものであり、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部の少なくとも何れか一方における前記燃焼振動に伴う物理指標を検出する物理指標検出工程と、
前記バーナ及び前記燃焼ガス通流部において、前記物理指標検出工程にて検出される2つの前記物理指標の時系列データを〔数1〕に入力して、回帰行列CRを算出する回帰行列算出工程と、
前記回帰行列算出工程にて算出された値をクロスリカレンスプロットに展開した場合の対角線における斜線長さlを算出する斜線長さ導出工程と、
前記斜線長さ導出工程にて算出された前記斜線長さlとその度数分布P(l)とを〔数2〕に入力して平均斜線長さLmeanを算出する平均斜線長さ導出工程と、
前記平均斜線長さ導出工程にて導出された前記平均斜線長さLmeanに基づいて前記燃焼振動の位相同期の多寡を判定する判定工程とを実行する計測データ解析方法。
Figure 0006931875
Figure 0006931875
ただし、CRを回帰行列、εを位相空間内距離で予め定められる閾値、pを位相空間内の位置ベクトル(下付き文字は1本目、2本目の時系列データ)、qを前記燃焼振動に伴う前記物理指標の時系列データ、tを時刻、Nを時系列データの離散点数、Dを埋め込み次元、τを遅れ時間、Θをヘビサイド関数、lを前記斜線長さ、lminを最小長さ、P(l)を対角線長さの度数分布とする。
A measurement data analysis method for determining the amount of phase synchronization of the combustion vibration in a gas turbine including a combustor having a plurality of combustion chambers having a plurality of burners for burning fuel and combustion air.
The combustion chamber has a plurality of combustion gas flow sections through which the combustion gas flows.
A physical index detection step for detecting a physical index associated with the combustion vibration in at least one of the burner and the combustion gas flow portion, and
A regression matrix calculation step of inputting time series data of two physical indicators detected in the physical index detection step into [Equation 1] in the burner and the combustion gas flow section to calculate a regression matrix CR. When,
The diagonal line length derivation step for calculating the diagonal line length l when the value calculated in the regression matrix calculation step is expanded on the cross recurrence plot, and the diagonal line length derivation step.
An average diagonal line length deriving step of calculating the average diagonal line length L mean by inputting the diagonal line length l calculated in the diagonal line length deriving step and its frequency distribution P (l) into [Equation 2]. ,
Measurement data analysis method for performing a determination step of determining amount of phase synchronization of the combustion oscillation based on the average hatched long the average hatched length derived by of deriving step L mean.
Figure 0006931875
Figure 0006931875
However, CR is a regression matrix, ε is a predetermined threshold value in the phase space distance, p is a position vector in the phase space (subscripts are the first and second time series data), and q is associated with the combustion vibration. Time series data of the physical index, t is the time, N is the number of discrete points of the time series data, D is the embedded dimension, τ is the delay time, Θ is the snakeside function, l is the diagonal line length, and l min is the minimum length. Let P (l) be a frequency distribution of diagonal lengths.
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