Contrôle actif des instabilités de combustion dans les turbines à gaz bas-NOx

by Daniel Bernier

Doctoral thesis in Energétique

Under the supervision of Sébastien Candel.

  • Alternative Title

    Active control of combustion instabilities in low-NOx gas turbines


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  • Abstract

    Les instabilités de combustion apparaissent souvent dans les turbines à gaz et engendrent des dommages importants. Le travail mené ici consiste en l'étude du contrôle actif de ces instabilités sur un foyer prémélangé prévaporisé. Une telle étude constitue une étape de base pour l'application du contrôle actif dans les turbines à gaz. Après une analyse détaillée des mécanismes impliqués dans les instabilités de combustion, différents systèmes actionneurs modulant une partie du débit d'air sont testés pour leur application au contrôle actif. Le système le plus efficace agit à la base du brouillard de combustible et permet un contrôle des instabilités en configuration co-rotative des vrilles de l'injecteur. Par contre, le système perd en efficacité à des fréquences supérieures a 300 Hz en configuration contra-rotative. L'actionneur est ensuite utilisé pour évaluer quatre stratégies de contrôle. On considère d'abord une boucle ouverte (injection de bruit blanc) et une boucle fermée élémentaire (ligne à retard). On envisage ensuite deux contrôleurs adaptatifs. Le premier nécessite une identification préalable du comportement du système. Le second réalise cette identification simultanément au contrôle. Dans le foyer étudié, le contrôle en boucle ouverte permet une réduction supérieure à 60% du niveau d'instabilité sans risque de divergence du processus. Les plus fortes réductions sont obtenues avec l'algorithme auto-adaptatif et atteignent 70% du niveau d'instabilité. Dans l'ensemble des stratégies de contrôle, la réduction des instabilités est obtenue avec une modulation de 3% du débit d'air global. Les performances du contrôleur sont principalement limitées par le niveau de modulation obtenu avec l'actionneur et sa bande-passante. La synthèse des stratégies de contrôle permet une discussion sur leur complexité technologique au regard d'une application industrielle.

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Informations

  • Details : 1 vol. (VI-263 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 146 réf.

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