檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中故障的方法和燃?xì)廨啓C(jī)裝置制造方法
【專利摘要】一種用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中的故障的方法，包括：提供動(dòng)態(tài)壓力信號(P1，P2，...，PN)，其每一個(gè)指示在所述裝置的燃燒室的相應(yīng)燃燒器的出口處的動(dòng)態(tài)壓力。計(jì)算所述動(dòng)態(tài)壓力信號(P1，P2，...，PN)的頻譜(S1(f)，S2(f)，...，SN(f)，S1*(f)，S2*(f)，...，SN*(f))，根據(jù)這些頻譜來識(shí)別所述燃燒器的故障。根據(jù)在所述燃燒器和相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力信號(P1，P2，...，PN)之間的雙射相關(guān)性來識(shí)別遭受故障的每個(gè)燃燒器。
【專利說明】檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中故障的方法和燃?xì)廨啓C(jī)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中的故障的方法，以及一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，目前的標(biāo)準(zhǔn)和分布網(wǎng)絡(luò)的要求使得對于在污染排放方面具有非常低的環(huán)境影響的高性能燃?xì)廨啓C(jī)裝置的需求越來越迫切。
[0003]尤其是，特別在某些操作模式下，采取穩(wěn)定性限制的燃燒處理必須被非常小心地控制以減少污染排放物。在這些條件下可能會(huì)發(fā)生熱聲不穩(wěn)定現(xiàn)象(通常也被稱為“嗡嗡聲”)，該現(xiàn)象使裝置的性能惡化，因此必須避免。
[0004]除了控制精度，裝置燃燒器必須處在最佳效率的條件下。事實(shí)上，如果裝置燃燒器不能如此，那么排放水平和性能難以得到遵守。
[0005]另一方面，監(jiān)視一些燃燒參數(shù)是用于評估處理質(zhì)量和可能的惡化狀態(tài)的開始的根本措施，這可能需要維護(hù)操作。此外，在這種情況下，準(zhǔn)確定位故障也是非常重要的，以使通常會(huì)導(dǎo)致高成本的干預(yù)時(shí)間和機(jī)器的停機(jī)時(shí)間最小化。
[0006]目前的做法是使用從多個(gè)熱電偶得到的信息，所述多個(gè)熱電偶布置在渦輪機(jī)出口處，并且沿圓周均勻間隔開。供給到燃燒室、然后由渦輪機(jī)處理的流保持一定水平的相干性，由此，盡管是近似地，可以根據(jù)每個(gè)熱電偶的角度位置來確定流體流本身基本上與其對應(yīng)的一組燃燒器的角度位置。具體地，在故障情況下，由熱電偶提供的異常數(shù)據(jù)涉及一組燃燒器，至少其中一個(gè)是故障所在的位置。然而，由于在燃燒室的入口和渦輪機(jī)的出口之間的流體的部分混合，所以不能定位被懷疑有故障的單個(gè)燃燒器。通常識(shí)別必須在維修站期間被單獨(dú)檢查的包括3至5個(gè)燃燒器的組。此外，處理的流旋轉(zhuǎn)也取決于燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷。因此，熱電偶和燃燒器之間的角度關(guān)系不固定，并且由于這個(gè)原因更加難以精確地確定該角度關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中的故障的方法，以及一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，如在權(quán)利要求1和12中分別限定的，提供了一種用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中的故障的方法，以及一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]現(xiàn)將結(jié)合附圖來描述本發(fā)明，這些附圖示出了本發(fā)明非限制性的實(shí)施方式，其中:
[0010]-圖1是沿燃?xì)廨啓C(jī)裝置的一部分的縱向平面取得的側(cè)視圖；
[0011]-圖2是圖1中的裝置部分的簡化正視圖；[0012]-圖3是圖1中的部分裝置的簡化框圖；
[0013]-圖4是示出關(guān)于圖1中裝置的幅度的圖表；
[0014]-圖5是按照根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的第一流程的簡化流程圖；以及
[0015]-圖6是按照根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的第二流程的簡化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參考圖1，用于產(chǎn)生電力的燃?xì)廨啓C(jī)裝置被表示成由附圖標(biāo)記I標(biāo)記的整體，并且包括壓縮機(jī)2、燃燒室3和渦輪機(jī)5。
[0017]壓縮機(jī)2和渦輪機(jī)5被安裝在同一軸上以形成轉(zhuǎn)子7，轉(zhuǎn)子7容納在殼體8內(nèi)，并且沿軸線M延伸。
[0018]更詳細(xì)地說，轉(zhuǎn)子7設(shè)置有以環(huán)形陣列的方式組織的多個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片10和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片11，它們沿著轉(zhuǎn)子7本身的軸線M依次排列。
[0019]壓縮機(jī)定子葉片12和渦輪機(jī)定子葉片13的相應(yīng)陣列被固定到殼體8，并且分別在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片10和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片11之間間隔開。
[0020]在本文所述的實(shí)施方式中，燃燒室3是環(huán)型類型，并且在壓縮機(jī)2和渦輪機(jī)5之間關(guān)于轉(zhuǎn)子7布置。
[0021]燃燒室3包括多個(gè)燃燒器15。另如圖2所示，燃燒器15布置在圓周上，并且以均勻方式成角度地間隔開。在一個(gè)實(shí)施方式中，具體地，有24個(gè)燃燒器15，并且在兩個(gè)相鄰的燃燒器15之間的角度是15°。
[0022]如圖3所示，用于監(jiān)視熱聲學(xué)不穩(wěn)定性的設(shè)備20包括處理單元21和多個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器22。更具體地，動(dòng)態(tài)壓力傳感器22的數(shù)量等于燃燒器15的數(shù)量，并且每個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器22耦接到相應(yīng)的燃燒器15。每個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器22被布置以檢測在燃燒室3的相應(yīng)的燃燒器15處的壓力振動(dòng)。指示在相應(yīng)的燃燒器15處檢測到的壓力的動(dòng)態(tài)壓力信號P1，P2，...，PN(在所描述的實(shí)施方式中N=24)被提供到如下所述的處理單元21以便進(jìn)行處理。每個(gè)動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2,..., Pn例如由標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，使其與相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力傳感器22有關(guān)，從而與相應(yīng)的燃燒器15有關(guān)。動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2,..., Pn的諧波含量由因?yàn)橹苯咏咏谙鄳?yīng)的燃燒器15的燃燒而引起的壓力振動(dòng)來確定。在圖4中僅以示例的方式示出了可能的動(dòng)態(tài)壓力信號P1的頻譜。然而，有用的是觀察動(dòng)態(tài)壓力信號頻譜P1, P2,...，Pn的特征參數(shù)取決于機(jī)器類型并且隨著老化而改變，同時(shí)保持可識(shí)別性。具體地，動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2,..., Pn的頻譜具有相同數(shù)目的峰值頻率最大值f\，...，fM，其從信號到信號隨著時(shí)間略微變化。對于某些機(jī)器類型而言，例如每個(gè)頻譜具有三個(gè)峰值，分別在約= 90Hz，f2 = 120Hz和f3 = 170Hz (如圖4所示的示例)。峰值幅度作為燃燒器老化的函數(shù)而變化，并且隨著時(shí)間過去,較高的頻率貢獻(xiàn)趨于具有較高的權(quán)重。
[0023]處理單元21使用動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2, , Pn,以便單獨(dú)地確定每個(gè)燃燒器15的操作狀態(tài)，并且在發(fā)生故障的情況下，將報(bào)警消息MSG提供到裝置控制器25。此外，處理單兀21使用動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2,..., Pn來定位發(fā)生故障的燃燒器15。
[0024]在實(shí)踐中，在首次激活的基準(zhǔn)條件下，處理單元21確定燃燒器15的初始操作狀況，并從而隨著時(shí)間過去跟蹤燃燒器15的一般操作狀況的演變，借助于連續(xù)的或定期的監(jiān)視但以接近的時(shí)間間隔來識(shí)別可能的異常動(dòng)態(tài)。[0025]在本文中，“首次激活”是指當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)裝置已建成(在涉及一個(gè)或多個(gè)燃燒器15的維護(hù)操作之后)時(shí)、當(dāng)設(shè)備20被安裝(如果該設(shè)備20原本不存在)時(shí)、或者當(dāng)設(shè)備20已被重新初始化(在所有情況下)時(shí)對燃?xì)廨啓C(jī)裝置的啟動(dòng)。
[0026]此外，基準(zhǔn)條件是由一組參數(shù)(例如環(huán)境技術(shù)最小的條件、基本負(fù)載和最大負(fù)載)限定的可重復(fù)操作條件。
[0027]圖5示出了在裝置I的首次激活中由處理單元21執(zhí)行的流程。
[0028]處理單元21開始從動(dòng)態(tài)壓力傳感器22獲取動(dòng)態(tài)壓力信號P^P2,...，PN的時(shí)間序列(方框100)。
[0029]因此，根據(jù)每個(gè)動(dòng)態(tài)壓力信號PpP2,...上的預(yù)定數(shù)量的采樣，例如借助于FFT來確定初始頻譜S1 (f)，S2 (f)，…，Sn (f)(方框110)。
[0030]然后，根據(jù)在動(dòng)態(tài)壓力信號P1, P2,..., Pn的整個(gè)有用的頻帶上的初始頻譜SJf)，s2(f), , Sn (f)的平均值，處理單元21確定初始基準(zhǔn)頻譜Skef (f)，(方框120):
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測具有多個(gè)燃燒器(15)的燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室中的故障的方法，所述方法包括: 提供動(dòng)態(tài)壓力信號(P1, p2，...，Pn)，其每一個(gè)指示在相應(yīng)的燃燒器(15)處的動(dòng)態(tài)壓力； 其特征在于: 計(jì)算所述動(dòng)態(tài)壓力信號(P1, P2, , Pn)的頻譜(S1 (f)，S2(f)，...，Sn(f), S1^f),S2*(f)，...，SN*(f))； 根據(jù)所述頻譜(S1 (f)，S2(f)，…，Sn (f)，S1* (f)，S2*(f)，...，SN*(f))來識(shí)別所述燃燒器(15)的故障；以及 基于所述燃燒器(15)和相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力信號(P1, P2, , Pn)之間的雙射相關(guān)性來識(shí)別遭受故障的每個(gè)燃燒器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算頻譜(S1(f)，S2 (f), Sn (f), S:(f)，S2*(f),...,SN*(f))包括: 計(jì)算裝置(I)的首次開始的初始頻譜(S1 (f)，S2(f)，…，Sn(f))； 基于所述初始頻譜(S1 (f)，S2(f)，…，Sn (f))計(jì)算初始基準(zhǔn)頻譜(Seif);以及 在故障情況下生成報(bào)警信息(MSG)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)所述初始頻譜(S1(f)，S2 (f)，...，Sn (f))的平均值來計(jì)算所述初始基準(zhǔn)頻譜(Skif)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，識(shí)別所述燃燒器(15)的故障包括: 確定所述初始頻譜(S1 (f)，S2(f)，…，Sn (f))相對于所述初始基準(zhǔn)頻譜(Seif)的初始偏差(Δ S1 (f), Δ S2 (f),..., ASN(f)); 將所述初始偏差(Δ S1 (f), Λ S2 (f)，…，Δ Sn (f))與初始偏差閾值(THl (f))進(jìn)行比較；以及 如果在至少一個(gè)頻率(f)處所述初始頻譜(S1 (f)，S2(f)，…，Sn (f))中的一個(gè)超過所述初始偏差閾值(THl (f))，則識(shí)別出故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算頻譜(S1(f)，S2 (f)，...，Sn (f)，sAfhs/a)，...』/^))包括: 在所述初始頻譜(S1 (f)，S2 (f)，…，Sn (f))之后，計(jì)算更新的頻譜(S1* (f)，S2* (f)，...，S；(f));以及 根據(jù)所述更新的頻譜(S1Yf)，S2*(f)，...，S/(f))來計(jì)算更新的基準(zhǔn)頻譜(Ski/)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，識(shí)別所述燃燒器(15)的故障包括: 確定所述更新的頻譜(S1Yf)，S2*(f)，…，S/(f))相對于所述初始基準(zhǔn)頻譜(Skif)的更新的偏差(AS1Yf), AS2*(f),..., AS/(f))； 將所述更新的偏差(AS1Yf), AS2*(f),..., AS/(f))與更新的偏差閾值(TH4(f))進(jìn)行比較；以及 如果在至少一個(gè)頻率(f)處所述更新的頻譜(S1Yf)，S2*(f)，…，S/(f))中的一個(gè)超過所述更新的偏差閾值(TH4(f))，則識(shí)別出故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，識(shí)別所述燃燒器(15)的故障包括:如果在至少一個(gè)頻率(f)處所述更新的基準(zhǔn)頻譜(SKI/(f))和所述初始基準(zhǔn)頻譜(SKIF(f))之間的差超過基準(zhǔn)閾值(TH2 (f))，則確定故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，識(shí)別所述燃燒器(15)的故障包括: 如果在每個(gè)頻率(f)處所述更新的基準(zhǔn)頻譜(SKI/(f))與所述初始基準(zhǔn)頻譜(SKIF(f))之間的差小于所述基準(zhǔn)閾值(TH2(f))，則更新基準(zhǔn)頻譜的歷史序列(SH)； 計(jì)算所述歷史序列(SH)的最新值之間的變化量；以及 如果所述歷史序列(SH)的最新值之間的變化量超過變化量閾值(TH3)，則確定故障。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，識(shí)別所述燃燒器(15)的故障包括: 確定所述初始基準(zhǔn)頻譜(SKEF (f))的峰值頻率(f1;..., f?)； 確定關(guān)于所述峰值頻率(fp...，fM)的子頻帶(Δ fp...，Δ fM)； 確定每個(gè)更新的頻譜(S1Yf), S2*(f)，...，SN*(f))在每個(gè)子頻帶(Af1,..., Afw)中的頻譜貢獻(xiàn)； 將每個(gè)更新的頻譜(S1* (f), S2* (fSN*(f))在所述子頻帶(Af1,...，Afw)中的頻譜貢獻(xiàn)彼此相互進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述比較識(shí)別故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定頻譜貢獻(xiàn)包括:對所述更新的頻譜(S1Yf)，S2*(f)，...，SN*(f))在所述子頻帶(Af1,..., AfM)中求積分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定頻譜貢獻(xiàn)包括:確定所述更新的頻譜(S1^f), S2*(f),...，Sn*⑴)在所述子頻帶(Af1,...，Afw)中的最大值，并且其中將頻譜貢獻(xiàn)彼此相互進(jìn)行比較包括:將所述最大值彼此相互進(jìn)行比較。
12.一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括: 燃燒室(3)，其具有多個(gè)燃燒器(15)； 用于每個(gè)燃燒器(15)的相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力傳感器(22)，其設(shè)置在所述燃燒室(3)中或接近于所述燃燒室(3)，以便檢測相應(yīng)的燃燒器(15)處的動(dòng)態(tài)壓力，并且所述動(dòng)態(tài)壓力傳感器(22)被配置成提供相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力信號(P1, P2, , Pn);以及 處理單元(21)，其與所述壓力傳感器(22)耦接，以接收所述動(dòng)態(tài)壓力信號(Ρ1;Ρ2，...，Pn)； 其特征在于，所述處理單元(21)被配置成執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號】F23R3/52GK103998750SQ201280056842
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月19日
【發(fā)明者】費(fèi)德里科·邦扎尼, 斯特凡諾·卡恰卡爾內(nèi), 多梅尼科·齊托, 卡洛·皮亞納 申請人:安薩爾多能源公司