本发明专利技术公开了一种包括在燃气涡轮燃烧器中的气流温度的主动测量。基于主动声测高温的气流温度测量，例如用于监测燃气涡轮燃烧器，包括工业燃气涡轮（IGT）燃烧器，通过使用多个声传感器，例如动态压力传感器，增加在视线内发射声波的声发射器或者声收发器，气流温度测量被合并到燃烧监测和控制系统中。对于温度测量，在一些实施例中，通过控制器来测量取向为大致横向于气流路径的声音传送的渡越时间，该声音传送的渡越时间与沿着视线的气流温度相关。在其它的实施例中，对向上和向下流平面路径中的与视线相关的气流温度进行插值。在集成的基于热声压力传感器和监测/控制系统实施例中，控制器使用声传送和渡越时间分析技术来确定绝对主动路径温度。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请是2013年12月18日申请的序列号为14/132, 001，名称为"燃气涡轮燃烧器中 的主动温度监测（ActiveTemperatureMonitoringInGasTurbineCombustors)" 的共 同未决美国专利申请的部分继续申请。 本申请通过引用以下共同未决的美国技术专利申请而合并其全部内容，就像 其全部内容被陈述于本文中一样： "包括在燃气涡轮燃烧器中的气流速度的主动测量或者速度与温度的同时测量(ActiveMeasurementOfGasFlowVelocityOrSimultaneousMeasurementOf VelocityAndTemperature,IncludingInGasTurbineCombustors)",与此申请同时申 请，序列号未知，案卷号为2013P10743US; "用于燃气润轮燃烧监测和控制的多功能传感器系统（Multi-FunctionalSensor SystemForGasTurbineCombustionMonitoringAndControl)"，2013 年 12 月 18 日申 请，序列号为14/109,992 ; "燃气润轮发动机燃烧器中的温度测量（Temperature Measurement in a Gas Turbine Engine Combustor)"，2013 年 3 月 14 日申请，序列号为 13/804, 132;以及 "使用声测高温的燃气润轮发动机控制（GasTurbineEngineControlUsing AcousticPyrometry)"，2010 年 12 月 14 日申请，序列号为 12/967, 148，公开号为 US2012/0150413。 本申请还通过引用其全部内容合并了（就像其全部内容被陈述于本文中一样）美 国专利No. 7, 853, 433,"通过动态传感器信号的小波分析的燃烧异常检测（Combustion Anomaly Detection Via Wavelet Analysis of Dynamic Sensor Signals)，', 2010年12月 14日授权。
本专利技术涉及气流例如燃气涡轮发动机的燃烧器内的燃烧气流的气流温度的主动 测量。这样的发动机包括，以举例的方式，工业燃气涡轮（IGT)发动机、其它类型的固定燃 气涡轮、航海、航空和其他交通工具的燃气涡轮发动机。更特别地，本文公开的温度测量方 法和设备的实施例利用共同的感测和控制系统来确定燃烧器的速度和温度。在本文公开的 实施例中，周向和轴向间隔的声传感器、声发射器和/或收发器阵列被用于实时主动的燃 烧器气流温度测量。气流温度数据被用于发动机燃烧监测和控制。
技术介绍
燃气涡轮机，例如用于任何最终用途应用的燃气涡轮，一般包括压缩机部分、燃烧 器部分、涡轮部分和排气部分。在操作中，压缩机部分使周围环境的空气进入并对其进行压 缩。燃烧器部分一般可包括用于接收被压缩的空气并将其与燃料混合以形成燃料/空气混 和物的多个燃烧器。燃料/空气混和物被每个燃烧器燃烧，以形成热工作气体，该热工作气 体可被传送到涡轮部分，在涡轮部分中热工作气体通过交替设置的多排固定翼和旋转翼而 被膨胀，且被用于生成可驱动转子的动力。离开该涡轮部分的膨胀气体可通过排气部分从 发动机中排出。 燃烧异常，例如火焰反闪（flameflashback),已经已知会在燃气润轮发动机的燃 烧部分中发生。火焰反闪是局部现象，可在空气和燃料混和物的紊流燃烧速度超过燃烧器 组件中的轴向流速时引起，从而导致火焰落在燃烧器组件内/周围的一个或多个部件上， 例如围绕燃烧室衬设置的一个或多个组件。如果反闪状况保持较长的时间而没有对其进行 修正，则落下的火焰可燃烧透过这些部件。因此，火焰反闪和/或其它燃烧异常可引起不期 望的损坏，且可能甚至毁坏燃烧发动机部件，使得维修或者更换这些部件成为必须的。 在操作发动机的过程中，控制单个燃烧器处的燃料/空气混和物，以保持一个或 多个操作特征位于预定的范围，例如，保持期望的效率和/或动力输出，控制污染水平，防 止压力波动和防止熄火。在已知类型的控制设置中，整体涡轮排气温度可能也作为用于监 测发动机的操作状况的参数而被监测。例如，控制器可监测所测量的涡轮排气温度，且测量 的排气处的温度变化可能导致控制器改变发动机的操作状况。在其它已知类型的控制设置 中，离散的皮托静压探头或者多孔压力探头被用于确定特定位置处的气流速度，但是这样 的探头的栅格阵列破坏了气流且引入了测量误差。由于这样的气流破坏，因此栅格阵列在 使用时具有有限数量的相隔较远的探头，这提供了相对粗略的气流速度分布和廓线信息。 目前，有几种不同类型的传感器和感测系统，它们被用于工业中以监测燃烧并保 持燃烧过程中的稳定性，以保护发动机。例如，动态压力传感器被用于燃烧稳定性和谐振 控制。被动视觉(光学可见光和/或红外光谱）传感器、离子传感器以及盖革弥勒（Geiger Mueller)探测器被用于检测燃烧器内的火焰明/灭，而热电偶用于反闪检测。关于已知的 燃烧气流速度U)监测方法，皮托静压探头和多孔压力探头利用不同的压力技术，热线探 头利用了热风力测定技术，而激光多普勒和粒子图像测速系统利用了光技术来表征气流速 度。不同的压力和热风力测定仪器是插入点测量装置，它们扰乱了仪器周围的局部气流。激 光多普勒和粒子图像测速仪器分别提供了非插入点和2或3维非插入气流速度测量，虽然 它们都要求气流中的粒子播撒。此外，复杂的基于激光的测量，例如滤波瑞利散射（FRS)和 其它这样的基于激光光谱的技术已经发展用于测量气体速度。但是，这些技术比插入压差 或者热风力测定仪器更复杂，且要求更多的专门训练以在监测系统中实施。此外，大部分用 于速度的光学技术针对实验室环境而不是发电厂领域现场的运转发动机。关于温度（T)监 测技术，已知的拉曼（Raman)光谱、激光诱导荧光(用于u和T两者的监测)、以及相干反斯 托克斯-喇曼光谱学（CARS)(用于u和T两者的监测)仪器系统也打算用于实验室环境，而 不是在传统的发电设备中现场使用。可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS)仪器被用于一些 工业的发电现场应用，例如用于锅炉中的温度测量，但是这个仪器非常昂贵：每个系统大约 $500, 000美元。其它类型的温度测量和燃烧异常检测系统已经在发电工业现场应用中具有 更大的接受度。 特别地，美国专利No. 7, 853, 433通过使用传感器对表示燃烧状况的燃烧器热声 振荡（thermoacousticoscillation)进行采样和后续小波分析，来检测燃烧异常和对燃烧 异常进行分类，该传感器是例如动态压力传感器、加速计、高温麦克风、光学传感器和/或 离子传感器。美国公开No.US2012/0150413在IGT排气系统中使用声测高温来确定一个或 多个发动机的燃烧器内的上游整体温度。声信号从声发射器发射，且被多个声接收器接收。 每个声信号定义了对应的发射器和接收器对之间的不同声线路径（line-of-sound path)。 被发射信号的渡越时间（time-of-fli本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于主动监测气流温度的方法，包括：放置至少一个第一声发射器和至少一个第一声传感器，其分别取向为位于气流路径中的上游和下游横向位置并且相对于彼此位于不同的第一声线路径中，所述第一传感器能够生成指示第一热声振荡的第一传感器输出信号；将所述至少一个第一发射器和所述至少一个第一传感器联接到控制器，所述控制器能够使得所述至少一个第一发射器在所述气流路径内发射第一声信号，且能够使第一传感器输出信号与气流温度相关；从所述至少一个第一声发射器发射第一声信号；使用所述至少一个第一声传感器从所述至少一个第一声发射器接收所述第一声信号且生成第一动态传感器输出信号，所述第一动态传感器输出信号包括所接收的第一声信号的贡献；确定所述第一声信号沿着每个所述第一声线路径行进的第一渡越时间；以及处理所述第一声信号沿着其第一声线路径行进的所述第一渡越时间，以确定沿着每个相应的第一声线路径的相应的气流温度。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：UP德西尔瓦，H克劳森，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。