一种燃气轮机进气防冰探测系统技术方案

本发明专利技术设计了一种燃气轮机进气防冰探测系统，用于提高燃气轮机装置在低温环境下运行的安全性与效率。通过提出的燃气轮机进气防冰探测系统，对燃气轮机装置进气系统结冰状况进行准确监测与判断，控制进气加热装置在合理的时间开启与关闭，在保证进气条件满足燃气轮机安全运行的前提下实现节能增效的目的。具有结冰探测精度高、响应快、结构简单、布置灵活的特点，可以满足陆用燃气轮机和船用燃气轮机装置进气防冰系统的探测功能需求。

A Gas Turbine Intake Anti-Ice Detection System

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机进气防冰探测系统
本专利技术属于燃气轮机装置安全运行与节能增效
，尤其涉及一种燃气轮机进气防冰探测系统。
技术介绍
燃气轮机是一种以空气为主要介质，通过叶轮机械连续压缩-升温-膨胀做功的动力装置。燃气轮机压气机持续处于高速旋转状态，其叶片末端速度非常高，因此空气中夹带任何细小的微粒都可能对叶片安全运转造成较大危害。在寒冷和高湿的环境下，空气中的水蒸汽可能凝结成冰或霜，附着在进气系统管道、滤网等位置造成进气系统阻塞，或者破碎的冰块被吸入压气机，这两种情况都会对燃气轮机的运行带来巨大安全隐患。因此大部分燃气轮机装置都设计有进气防冰系统以避免上述情况发生。目前，国内外基本采用进气加热装置进行燃气轮机的进气防冰，以提高较低环境温度时的燃气轮机进气温度，一般设定固定的低温报警值来判断在何种条件下开启进气加热装置。由于实际进气系统中结冰的条件与空气湿度，进气系统通流阻力等都有较大关系，实际运行中难以对这些因素进行准确的预测，因此低温报警值通常设置为留有较大安全余量。这将导致进气加热装置提前开启，会额外消耗大量的能量用于加热，显著降低了系统运行效率。对于大型燃气轮机装置，用于进气加热的能耗是非常大的。以30MW燃气轮机装置为例，若设置低温报警值为5℃，而实际空气相对湿度低于70％时，气温降低到0℃才会开始结冰，此时加热系统提前开启，将额外消耗约500kW功率用于加热燃气轮机的进气。对于采用压气机引气回注至压气机入口以提高进气温度的燃气轮机装置，引气防冰系统开启会使得压气机工作效率显著降低。因此有必要考虑设置结冰探测系统，采用一种能够实时、准确监测结冰情况的技术手段，实现进气加热装置在结冰的临界条件下开启，在保证进气无结冰的条件下，有效避免实际空气未结冰而提前开启进气加热装置的情况发生，减少能量消耗或避免压气机在较低效率工况下运行。当燃气轮机长期在寒冷条件下运行时，这将带来非常显著的节能效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种燃气轮机进气防冰探测系统，用于提高燃气轮机装置在低温环境下运行的安全性与效率。通过提出的燃气轮机进气防冰探测系统，对燃气轮机装置进气系统结冰状况进行准确监测与判断，控制进气加热装置在合理的时间开启与关闭，在保证进气条件满足燃气轮机安全运行的前提下实现节能增效的目的。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃气轮机进气防冰探测系统，包括光纤传感器(含入射光纤、接收光纤)、光源、关源控制器、光电转换器、信号放大器、信号分析模块、防冰功能开启控制器，光纤传感器中的入射光信号经过被测物体表面后，又被光纤传感器接收，经过光电转换器输入到信号分析模块，信号分析模块将得到的冰层数据与对比库中的数据进行比较，冰层数据超出预设值时向防冰功能开启控制器发出开启信号，防冰功能开启控制器输出进气防冰功能控制信号。按上述技术方案，在进气滤网表面、消音器进出口、进气通道收缩段壁面、燃气轮机压气机空气吸入段通道内一处或多处安装光纤传感器。空气加热装置安装位置根据空气加热方式布置于进气室旁通管道或者进气室入口处，空气加热装置采用从压气机引出一部分压缩后的气体与进气掺混，或者加装烟气余热换热器对部分空气进行预热后注入进气通道，或者采用电加热方式对空气进行预热。按上述技术方案，信号分析模块在接收光纤传感器信号的同时采集光源控制器发出的控制信号，通过对信号进行滤波和相关性分析，得到相关波段的接收光纤信号强度，计算冰层厚度数据。按上述技术方案，在进气滤网表面、消音器进出口、进气通道收缩段壁面、燃气轮机压气机空气吸入段通道内分别安装入射光纤、接收光纤。气流通过进气滤网、消音器等部件时，会产生一定的节流降温效果，当空气温度较低、相对湿度较高时，容易使得局部空气的干球温度低于露点温度，从而形成水蒸汽冷凝、结冰的现象，多点探测来避免局部高流速区结冰带来的危害。按上述技术方案，光源之前设置光源控制器，光源控制器具备多路信号同步输出接口，光电转换器与信号分析模块之间设置信号放大器。本专利技术产生的有益效果是：(1)对燃气轮机进气装置结构表面的结冰情况实现实时、高灵敏度地探测；(2)对燃气轮机进气滤网和进气通道内局部流速较高位置处的结冰情况进行监测；(3)探测器结构尺寸较小，能够满足在进气通流环境中多个监测位置安装而不会对进气气流产生显著影响的要求。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例中燃气轮机进气防冰探测系统应用示例图；图2是本专利技术实施例中进气滤网表面安装光纤探头示例图；图3是本专利技术实施例中进气通道收缩段壁面安装光纤探头示例图；图4是本专利技术实施例中压气机前空气吸入段通道内安装光纤探头示例图；图5是本专利技术实施例中一个燃气轮机进气防冰探测系统结构示意图；图中，1.探测结构表面，2.入射光纤，3.反射光纤，4.光源，5.信号发生器，6.光电转换器，7.信号放大器，8.信号分析模块，9.防冰功能开启控制器，10.空气加热装置，11.高温空气注入分配器，12.燃气轮机进气通道，13.结冰层，14.进气滤网，15.光纤探头，16.进气通道收缩管段，17.导流罩，18.燃气轮机装置，19.燃气轮机压气机空气吸入段，20.逻辑或控制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例中，提供一种燃气轮机进气防冰探测系统用于实现进气防冰的功能，主要由光纤探测器15，光源4，光源控制器5，光电转换器6，信号放大器7，信号分析模块8，防冰功能开启控制器9等组成。燃气轮机进气防冰功能的作用过程为：光电探测器中的接收光纤实时采集的光学信号经过光电转换器和信号放大器后，输出给信号分析模块；信号分析模块在接收反射光信号的同时也采集光源控制器发出的控制信号，从而便于通过对信号进行滤波，得到相关波段的反射光信号强度，由此判断冰层厚度，给出防冰功能开启信号；此信号传输给防冰功能开启控制器，从而启动空气加热装置10，通过高温空气注入分配器11，对燃气轮机进气进行加热，实现进气防冰功能。如附图5所示，燃气轮机18进气防冰探测系统在进气滤网表面、消音器进出口、进气通道收缩段16壁面、燃气轮机压气机空气吸入段通道19内等处安装多个进气结冰探测器光纤探头15，通过多路光纤信号分析，最后经逻辑或控制器20，判断是否开启进气防冰加热装置，防冰功能开启控制器输出控制信号，实现进气加热装置的开启和关闭，从而完成进气防冰的功能。附图5中所示空气加热装置安装位置为示意性表示，根据空气加热方式可布置于进气室旁通管道或者进气室入口处。空气加热装置包括但不限于以下方式：1)采用从压气机引出一部分压缩后的气体与进气掺混提高进气温度，2)加装烟气余热换热器对部分空气进行预热后注入进气通道12，3)采用电加热方式对压气机进气进行预热。采用光纤传感器探测结冰厚度。光纤传感器包括发射光纤和接收光纤，通过信号发生器激发光源产生特定波段的光线，由发射光纤导出到被测物体表面1，在没有结冰的情况下，发射的光线射入周围环境中，经过环境的吸收和漫反射，进入接收光纤的光线强度可忽略；而当结冰时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气轮机进气防冰探测系统，其特征在于，包括光纤传感器、光源、光电转换器、信号放大器、信号分析模块、防冰功能开启控制器，光纤传感器中的入射光信号经过被测物体表面后，又被光纤传感器接收，经过光电转换器输入到信号分析模块，信号分析模块将得到的冰层数据与对比库中的数据进行比较，冰层数据超出预设值时向防冰功能开启控制器发出开启信号，防冰功能开启控制器输出进气防冰功能控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机进气防冰探测系统，其特征在于，包括光纤传感器、光源、光电转换器、信号放大器、信号分析模块、防冰功能开启控制器，光纤传感器中的入射光信号经过被测物体表面后，又被光纤传感器接收，经过光电转换器输入到信号分析模块，信号分析模块将得到的冰层数据与对比库中的数据进行比较，冰层数据超出预设值时向防冰功能开启控制器发出开启信号，防冰功能开启控制器输出进气防冰功能控制信号。2.根据权利要求1所述的燃气轮机进气防冰探测系统，其特征在于，在进气滤网表面、消音器进出口、进气通道收缩段壁面、燃气轮机压气机空气吸入段通...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁方龙，周少伟，刘元春，汤涛，陈镟宇，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42