燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，属于工业燃气轮机领域。该系统包括传感器组件、数据采集器和上位机；所述燃气轮机燃烧室中的每一个火焰筒上均安装有所述传感器组件，每一组传感器组件包括一个压力脉动传感器、一个振动加速度传感器和一个红外高温传感器；所述数据采集器用于实时采集所述燃气轮机燃烧室中各传感器组件的电信号，并将其转换为数字信号，获得多属性多状态的实时检测数据；所述上位机用于获取和存储所述数据采集器采集的实时检测数据，并进行多域分析和故障预警。本发明专利技术能提高燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测和预警的及时性和可靠性，保障燃气轮机安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统
本专利技术属于工业燃气轮机领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统。
技术介绍
燃烧室是燃气轮机重要的高温核心部件之一。为了减少燃烧室氮氧化物的排放，现代主流燃烧室为干式低氮氧化物排放燃烧室。干式低氮氧化物排放燃烧室基于贫燃预混燃烧技术，更容易产生热声振荡现象。热声振荡主要是由燃烧室热释放脉动和压力波动相互耦合产生的，会引起放热量和压力的大幅波动，使得燃烧室燃烧不稳定，影响燃气轮机的安全可靠运行并降低燃烧室的使用寿命。因此，需要对燃气轮机燃烧室热声振荡进行在线监测。现有的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统包括排气温度分布监测系统和燃烧脉动压力监测系统两种。许多国外燃气轮机制造商，如GE、西门子和三菱等，都开发和应用了符合其燃烧室特性的排气温度分布监测系统和燃烧脉动压力监测系统。西门子、GE和三菱定义了不同的排气温度分散度，将其与设定值相比较，并结合测点的相邻情况，通过排气温度场是否均匀对燃烧室热声振荡进行间接监测。但是排气温度测点布置于涡轮尾部，距离燃烧室有一定距离，信号监测存在一定滞后性，且排气温度场的不均匀较难与燃烧室热声振荡直接一一对应，涡轮等其他故障同样会引起排温分布的变化。目前成熟的燃烧脉动压力监测系统有GE公司的OpFlexAutoTune系统，西门子公司ARGUS系统的aSMC(AdvancedStabilityMarginController)模块，三菱的A-CPFM(AdvancedCombustionPressureFrequencyMonitor)系统。GE公司的OpFlexAutoTune系统采用先进的模型化控制技术MBC(Model-BasedControl)，可在线、实时地确定燃气轮机热力模型边界运行参数，建立每个待调节参数的特定控制回路，从而提高了控制准确性。该系统可以通过综合优化IGV角度控制压气机空气流量和燃料阀开度控制燃料流量自动实时连续地对燃烧室进行调整，同时结合先进的热力学模型(ARES)和虚拟传感器技术，实时计算燃机运行状态，提高了燃气轮机的灵活性和可靠性。该系统侧重于燃烧室运行参数的控制，且依赖于热力学模型的建立，并不是特定地监测与分析燃烧室热声振荡情况。西门子公司ARGUS系统包含的aSMC模块通过对燃烧参数的实时调整，最大限度保证燃机在部分负荷和基本负荷时的燃烧稳定性。基于燃烧脉动压力的测量，该系统会自动实时评估并调整燃烧参数，减少因燃气状态，大气条件及出力变化带来的燃烧不稳定，实现燃烧系统的优化和高效。该系统只测量了压力脉动一个参数，测量参数比较单一。三菱公司的A-CPFM系统通过压力波动传感器和加速度传感器高速采集机组运行数据，并对数据进行燃烧脉动压力频段分析，以此评估燃烧稳定性，通过自动调整燃烧室值班燃料控制输出信号(PLCSO)和旁通阀开度(BYCSO)，使燃烧室安全稳定运行。该系统虽然采集了压力脉动和加速度两种监测参数，但是分析方法比较单一。国内目前在役的燃气轮机几乎都是国外燃气轮机制造商研制的，相应配套的燃烧室热声振荡监测系统也由国外燃气轮机制造商直接提供。加之国外公司对燃烧室此类高温部件相关技术的封锁，国内尚不具备成熟的、可应用的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统。我国对于燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统的研究起步相对较晚，但是，国内已经开展了一些研究工作并取得了一定的进展。申请号为202010738622.X的专利技术专利提供了一种燃气轮机燃烧状态监测方法，通过火焰探测器硬件探测燃烧状态，再结合燃气轮机转速和涡轮排气温度检测，判断燃气轮机燃烧状态，是一个相对简单、响应迅速的燃烧状态监测方法。但是该方法只能对判断燃烧室的火焰点燃或熄灭状态，无法实现燃气轮机燃烧室热声振荡监测。申请号为201510556994.X的专利技术专利提供了一种基于排温测点相关性的燃气燃烧系统在线监测方法。在燃气轮机排气端均匀布置若干个温度测点，充分利用排温各个测点的数据信息，利用形状因子实现排温的在线监测，能够检测出早期燃烧系统故障。但该方法是一种间接监测方法，排气温度场状态无法与燃烧室燃烧状态直接对应，并具有一定的滞后性。申请号为200980137287.X的专利技术专利提供对燃气涡轮发动机内燃烧异常的检测，将传感器测得的采样动态信号进行时段划分，并通过小波变换确定燃烧异常是否发生。该方法只监测了压力脉动信号，且对信号的分析方法单一，分析可靠性相对较低。申请号为201811155392.3的专利技术专利提供了一种燃烧振荡的监测方法，主要通过融合采集到燃烧室及其周边的多个压力脉动信号，避免单个动力学信号的波动引起的误诊或漏诊。该方法的监测参数单一，局限于压力脉动信号，相比于多个监测参数的监测方法，分析可靠性相对较低。且该专利只是提供了一种监测方法，尚未形成一个完整的燃烧室热声振荡监测系统。申请号为202011314042.4的专利技术专利提供了一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统，采用动态压力传感器测量压力脉动信号，并通过傅里叶变换评估燃烧压力脉动的频率和幅值，提出了燃烧压力脉动幅值增长速率评价指标。利用该评价指标可以预测燃烧不稳定现象的发生。该监测系统的监测参数单一的，且对信号的分析方法也相对单一。申请号为201510069317.5的专利技术专利提供了一种燃气轮机燃烧过程控制和优化系统，对燃烧室脉动值、排气温度分散度、进口压力值和燃料温度值这几个燃烧特征进行分析，并结合燃烧模型预测结果，对燃烧过程进行调整。该系统结合了多个物理参数，在线监测、预警并优化控制燃烧过程，保证了燃烧过程的稳定性，但是该系统对燃烧稳定性的判断依赖于燃烧模型的建立，基于模型的分析方法需要专家知识和精准的模型，预测分析的实时性不高。燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统所需的技术开发和相关产品研制直接影响到我国燃气轮机燃烧室的国产化程度，属于亟待突破的核心技术和抓紧研制的关键产品。综上所述，目前燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统的监测参数主要为排气温度信号或者压力脉动信号。考虑到排气温度分布监测系统的滞后问题，且排气温度场的不均匀无法与燃烧室热声振荡直接对应，本系统不进行排温监测，而采用红外高温传感器直接测量燃烧室火焰温度。将燃烧室火焰温度变化情况与其他监测参数结合分析，可直接分析燃烧室热声振荡情况，有利于在线监测和故障预警的及时性和可靠性。由于燃烧室长期处于高温、高负荷的复杂恶劣运行环境中，采用单一的压力脉动信号监测可能会产生误差，无法可靠地对燃气轮机燃烧室热声振荡进行监测。为了避免单一传感器监测产生的误差，采用多物理量同步监测的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统。与单一监测参数相比，多监测参数有助于获得更多的信息量。同时，针对快变、慢变信号不同的特点，开展多种分析方法结合的热声振荡预警分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，实现燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测和报警。通过本系统实现燃烧室压力脉动信号、振动信号和温度信号的实时同步采集，多属性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，包括传感器组件、数据采集器和上位机；/n所述燃气轮机燃烧室中的每一个火焰筒上均安装有所述传感器组件，每一组传感器组件包括一个压力脉动传感器、一个振动加速度传感器和一个红外高温传感器；所述压力脉动传感器设置于火焰筒上火检点的同一圆截面处，用于测量燃烧室的压力脉动信号；所述振动加速度传感器设置于火焰筒端盖处，用于测量燃烧室结构件的振动加速度信号；所述红外高温传感器设置于火焰筒上的火检点处并深入火检点，用于测量燃烧室火焰温度信号；/n所述数据采集器用于实时采集所述燃气轮机燃烧室中各传感器组件的电信号，并将其转换为数字信号，获得多属性多状态的实时检测数据；/n所述上位机用于获取和存储所述数据采集器采集的实时检测数据，并进行多域分析和故障预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，包括传感器组件、数据采集器和上位机；
所述燃气轮机燃烧室中的每一个火焰筒上均安装有所述传感器组件，每一组传感器组件包括一个压力脉动传感器、一个振动加速度传感器和一个红外高温传感器；所述压力脉动传感器设置于火焰筒上火检点的同一圆截面处，用于测量燃烧室的压力脉动信号；所述振动加速度传感器设置于火焰筒端盖处，用于测量燃烧室结构件的振动加速度信号；所述红外高温传感器设置于火焰筒上的火检点处并深入火检点，用于测量燃烧室火焰温度信号；
所述数据采集器用于实时采集所述燃气轮机燃烧室中各传感器组件的电信号，并将其转换为数字信号，获得多属性多状态的实时检测数据；
所述上位机用于获取和存储所述数据采集器采集的实时检测数据，并进行多域分析和故障预警。


2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，所述上位机中设有数据采集模块、故障预警模块、数据存储模块和监测分析模块。


3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，所述数据采集模块用于进行采集模块设置、采集通道设置和采样参数设置，使采集参数与现场实际采集设备相匹配，保障准确无误地读取采集数据。


4.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，所述故障预警模块用于对采集到的数据进行预处理，实现异常数据修复和工况划分，并通过预先设定的报警策略进行故障预警。


5.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，其特征在于，所述数据存储模块用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世锡，黄沁妮，顾希雯，何俊，屠瑶，俞维文，黄海舟，张宇明，隋永枫，吴峥峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33