使用燃烧动态的燃气涡轮机的燃烧器健康和性能监测系统技术方案

本发明专利技术涉及使用燃烧动态的燃气涡轮机的燃烧器健康和性能监测系统。更具体而言，系统(10)和方法各自利用燃烧动态数据来监测及评估燃气涡轮机燃烧器健康和性能。系统(10)和方法各自采用基于物理的模型(16)来区分可归因于运转状况变化的频谱特征的变化与由硬件的变化引起的差异。

【技术实现步骤摘要】
使用燃烧动态的燃气涡轮机的燃烧器健康和性能监测系统
本专利技术大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更特定而言，涉及用于使用在燃气涡轮发动机运转期间观测的燃烧动态(combustiondynamics)数据来监测燃气涡轮发动机的健康和性能的系统和方法。
技术介绍
在串行流布置中，燃气涡轮发动机通常包括：高压压缩机，用于压缩流过发动机的空气；燃烧器，燃料在燃烧器中与压缩空气混合并点燃而形成高温气流；以及高压涡轮机。高压压缩机、燃烧器和高压涡轮机有时统称为核心发动机。至少一些已知的燃气涡轮发动机还包括用于将压缩空气供应至高压压缩机的低压压缩机或增压器。燃气涡轮发动机在包括飞行器、发电和船舶应用的许多应用中使用。当然，所期望的发动机运转特性因应用不同而不同。燃气涡轮机操作者一直试图评估燃气涡轮机的当前状况和剩余寿命。由于其较低的设计寿命，燃气涡轮机中的燃烧器往往在确定检修所需的停机时间或在由于故障而引起计划外停机方面是至关重要的。鉴于上述情况，需要用于离线及在线监测燃气涡轮机燃烧器的健康和性能的系统和方法，以协助操作者避免计划外停机或帮助在高峰需求附近制定燃气涡轮发动机的停机计划。
技术实现思路
根据一个实施例，燃气涡轮机燃烧器健康和性能监测系统(CHPMS)包括：实时监测和分析数据处理模块(RMAM)，其与一个或更多对应的燃气涡轮机控制器及对应传感器和现场监测系统及对应传感器电通信，并且被配置成接收来自所述一个或更多对应的燃气涡轮机控制器及对应传感器和所述现场监测系统及对应传感器的实时燃气涡轮机运转状况数据和实时燃烧动态数据；频谱和小波分析(SWA)数据处理系统，其与RMAM电通信且被配置成接收来自RMAM的时域燃烧动态数据并评价该时域燃烧动态数据以确定高振幅信号特性及对应的图谱和趋势，并且还被配置成将燃烧动态数据转化为频域数据；早期检测数据处理系统(EDS)，其与RMAM电通信且被配置成接收来自RMAM的时域燃烧动态数据并评价该燃烧动态数据以确定具有在不远的将来增长的可能性的低振幅图谱和趋势；基于物理的预测工具(PBPT)数据处理系统，其与RMAM通信且被配置成接收来自RMAM的实时燃气涡轮机运转状况数据并评价该运转状况数据及据此预测燃烧动态，并且还被配置成将预测的燃烧动态与由SWA数据处理系统和EDS生成的实时燃烧动态数据相比较，以确定不能通过仅由运转状况引起的变化来解释的特征和振幅；历史数据和故障分析数据库(HDFAD)数据处理系统；机器历史分析(MHA)数据处理系统，其与RMAM、PBPAT以及HDFAD电通信，其中MHA被配置成存储经由PBPT生成的数据，并且还被配置成：评价存储的PBPT数据以确定图谱和趋势，并且将根据所存储的PBPT数据确定的图谱和趋势与存储在HDFAD数据处理系统中的历史数据相比较，以生成当前燃烧器状况数据，并且确定任何趋势先例的存在情况及将这种存在情况传达给PBPT，使得PBPT起作用而确定新趋势的潜在起因，并且基于由MHA确定的历史趋势而提供剩余寿命评估数据；以及自我评估和改进(SAIM)数据处理系统，其与RMAM电通信，其中，实时监测和分析数据处理模块不断地比较预测动态中的寿命评估数据和所得趋势与实时数据和趋势而确定差异，该差异被传达到SAIM数据处理系统，使得SAIM数据处理系统分析该差异并生成由RMAM传达到对应的燃气涡轮机监测器和控制器的所得燃烧器健康、性能和寿命评估数据。根据另一实施例，燃气涡轮机燃烧器健康和性能监测系统(CHPMS)包括：实时监测和分析数据处理模块(RMAM)，其与对应的燃气涡轮机控制器和对应的现场监测系统中的至少一个电通信且被配置成接收来自所述对应的燃气涡轮机控制器和所述对应的现场监测系统中的至少一个的实时燃烧动态数据；基于物理的预测工具(PBPT)数据处理系统，其与RMAM通信且被配置成接收来自RMAM的实时燃气涡轮机燃烧动态数据并评价该燃烧动态数据及据此生成频谱特征趋势数据；历史现场数据分析数据处理模块，其与RMAM通信且被配置成基于历史现场燃烧器数据生成观测行为燃烧器数据，其中RMAM还被配置成将频谱特征趋势数据与观测行为燃烧器数据相比较，以确定燃烧器健康是良好的还是正在恶化并据此生成判定数据；以及操作者监测系统，其与RMAM通信且被配置成接收并向系统操作者显示由RMAM生成的判定数据。根据又一实施例，一种确定燃气涡轮机燃烧器健康的方法包括：经由设置在燃烧器中的预定位置的一个或更多传感器生成实时燃气涡轮机燃烧动态数据；经由基于物理的预测工具数据处理系统评价燃烧动态数据并据此生成频谱特征趋势数据；经由历史现场数据分析数据处理模块基于历史现场燃烧器数据生成观测行为燃烧器数据；经由实时监测和分析数据处理模块将频谱特征趋势数据与观测行为燃烧器数据相比较，以确定燃烧器健康是良好的还是正在恶化并据此生成判定数据；以及将判定数据传达到监测系统显示器。根据再一实施例，一种确定燃气涡轮机燃烧器健康的方法包括：经由频谱和小波分析数据处理系统(SWA)评价由一个或更多控制器、传感器和监测系统生成的时域燃烧动态数据，以确定燃气涡轮机燃烧器高振幅信号特性和对应的图谱与趋势，并经由SWA将燃烧动态数据转化为频域数据；经由早期检测数据处理系统(EDS)评价燃烧动态数据，以确定具有在不远的将来增长的可能性的低振幅图谱和趋势；经由基于物理的预测工具数据处理系统(PBPT)评价燃烧器运转状况数据并据此预测燃烧动态，并且将预测的燃烧动态与由SWA和EDS生成的实时燃烧动态数据相比较，以确定不能通过仅由运转状况引起的变化来解释的特征和振幅；存储和评价经由PBPT生成的数据以确定图谱和趋势，并且将该图谱和趋势与存储在历史数据故障分析数据库中的历史数据相比较以生成当前燃烧器状况数据，并且确定任何趋势先例的存在情况及将这种存在情况传达给PBPT，使得PBPT起作用而确定新趋势的潜在起因，并且基于由MHA确定的历史趋势提供剩余寿命评估数据；经由实时监测和分析数据处理模块(RMAM)将预测动态中的寿命评估数据和所得趋势与实时数据和趋势相比较而确定差异，该差异被传达到自我评估和改进数据处理系统(SAIM)，使得SAIM数据处理系统分析该差异并生成所得的燃烧器健康、性能和寿命评估数据；以及经由RMAM将所得的燃烧器健康、性能和寿命评估数据传达到一个或更多对应的燃气涡轮机监测器和控制器。附图说明当参考附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中：图1是示出根据一个实施例的燃烧器健康和性能监测系统(CHPMS)的框图；图2是示出代表性的动态频谱的曲线图，突出了根据一个实施例的燃气涡轮机燃烧器的各种峰和潜在损坏候选部件；图3是示出策略性地在轴向和横向方向上定位在燃烧器衬套上的三个压力传感器(PCB)的放置的图；以及图4是示出根据一个实施例的燃烧器健康监测方法的流程图。虽然上述附图阐述了特定实施例，但也可构思到本专利技术的其它实施例，如在讨论中指出的。在所有情况下，本公开以代表而非限制的方式提出本专利技术的图示实施例。本领域的技术人员可设想到落入本专利技术的原理的范围和精神之内的许多其它修改和实施例。符号说明：10燃烧器健康和性能监测数据处理系统(CHPMS)12历史本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮机燃烧器健康和性能监测系统(CHPMS)?(10)，包括：???实时监测和分析数据处理模块(RMAM)?(24)，其与一个或更多对应的燃气涡轮机控制器及对应传感器(28)和现场监测系统及对应传感器(26)电通信，并且被配置成接收来自所述一个或更多对应的燃气涡轮机控制器及对应传感器(28)和所述现场监测系统及对应传感器(26)的实时燃气涡轮机运转状况数据和实时燃烧动态数据；???频谱和小波分析(SWA)数据处理系统(20)，其与所述RMAM(24)电通信，并且被配置成接收来自所述RMAM(24)的时域燃烧动态数据及评价所述时域燃烧动态数据，以确定高振幅信号特性及对应的图谱和趋势，并且还被配置成将所述燃烧动态数据转化为频域数据；???早期检测数据处理系统(EDS)?(14)，其与所述RMAM(24)电通信，并且被配置成接收来自所述RMAM(24)的所述时域燃烧动态数据及评价所述燃烧动态数据，以确定具有在不远的将来增长的可能性的低振幅图谱和趋势；???基于物理的预测工具(PBPT)数据处理系统(16)，其与所述RMAM(24)通信，并且被配置成接收来自所述RMAM(24)的实时燃气涡轮机运转状况数据及评价所述运转状况数据并据此预测燃烧动态，并且还被配置成将所述预测的燃烧动态与由所述SWA数据处理系统(20)和所述EDS?(14)生成的所述实时燃烧动态数据相比较，以确定不能通过仅由运转状况引起的变化来解释的特征和振幅；???历史数据和故障分析数据库(HDFAD)数据处理系统(12)；???机器历史分析(MHA)数据处理系统(18)，其与所述RMAM?(24)、PBPAT?(16)以及HDFAD?(12)电通信，其中，所述MHA?(18)被配置成存储经由所述PBPT?(16)生成的数据，并且还被配置成：评价所述存储的PBPT?(16)数据以确定图谱和趋势，并且将根据所述存储的PBPT?(16)数据确定的所述图谱和趋势与存储在所述HDFAD数据处理系统(12)中的历史数据相比较，以生成当前燃烧器状况数据，并且确定任何趋势先例的存在情况及将该存在情况传达给所述PBPT(16)，使得所述PBPT?(16)起作用而确定新趋势的潜在起因，并且基于由所述MHA?(18)确定的历史趋势而提供剩余寿命评估数据；以及???自我评估和改进(SAIM)数据处理系统(22)，其与所述RMAM?(24)电通信，其中，所述实时监测和分析数据处理模块(24)不断地比较预测动态中的寿命评估数据和所得趋势与实时数据和趋势而确定差异，所述差异被传达到所述SAIM数据处理系统(22)，使得所述SAIM数据处理系统(22)分析所述差异并生成由所述RMAM?(24)传达到对应的燃气涡轮机监测器和控制器(30)的所得燃烧器健康、性能和寿命评估数据。...

【技术特征摘要】
2011.06.30 US 13/1731391.一种燃气涡轮机燃烧器健康和性能监测数据处理系统(10)，包括：实时监测和分析数据处理模块(24)，其与燃气涡轮机控制器及对应传感器(28)和现场监测系统及对应传感器(26)电通信，并且被配置成接收来自所述燃气涡轮机控制器及对应传感器(28)和所述现场监测系统及对应传感器(26)的实时燃气涡轮机运转状况数据和实时燃烧动态数据；频谱和小波分析数据处理系统(20)，其与所述实时监测和分析数据处理模块(24)电通信，并且被配置成接收来自所述实时监测和分析数据处理模块(24)的时域燃烧动态数据及评价所述时域燃烧动态数据，以确定高振幅信号特性及对应的图谱和趋势，并且还被配置成将所述时域燃烧动态数据转化为频域数据；早期检测数据处理系统(14)，其与所述实时监测和分析数据处理模块(24)电通信，并且被配置成接收来自所述实时监测和分析数据处理模块(24)的时域燃烧动态数据及评价所述时域燃烧动态数据，以确定具有在不远的将来增长的可能性的低振幅图谱和趋势；基于物理的预测工具数据处理系统(16)，其与所述实时监测和分析数据处理模块(24)通信，并且被配置成接收来自所述实时监测和分析数据处理模块(24)的实时燃气涡轮机运转状况数据及评价所述运转状况数据并据此预测燃烧动态，并且还被配置成将所述预测的燃烧动态与由所述频谱和小波分析数据处理系统(20)和所述早期检测数据处理系统(14)生成的实时燃烧动态数据相比较，以确定不能通过仅由运转状况引起的变化来解释的特征和振幅；历史数据和故障分析数据库数据处理系统(12)；机器历史分析数据处理系统(18)，其与所述实时监测和分析数据处理模块(24)、基于物理的预测工具数据处理系统(16)以及历史数据和故障分析数据库数据处理系统(12)电通信，其中，所述机器历史分析数据处理系统(18)被...

【专利技术属性】
技术研发人员：KK辛赫，韩飞，DN巴特，S斯里尼瓦桑，P巴拉苏布拉曼亚姆，Q张，KK文卡特桑，CL范德沃尔特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
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