專利名稱：：控制燃氣輪機的壓力動態(tài)及評估其燃燒室壽命周期的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及控制燃氣輪機的壓力動態(tài)及評估其燃燒室的壽命周期的方法。
背景技術：
：已知使用燃氣輪機生產(chǎn)電能，該燃氣輪機通常包括在其中壓縮從外面吸入的空氣的多級壓縮機，在其中發(fā)生添加到壓縮空氣的氣體燃料燃燒的燃燒室，以及在其中膨脹來自燃燒室的氣體的渦輪或膨脹器。于是渦輪能產(chǎn)生機械能，可利用該機械能以驅動工作機械或用于供給發(fā)電機。控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)的當前方法僅注重在加壓之后作用的，具有特定幅值水平的保護動作在一定的時間間隔#1實現(xiàn)。此外，僅考慮有限數(shù)的臨界幅值，并根據(jù)基于經(jīng)驗的判斷確定該時間間隔。目的在于保護燃燒室從而渦輪的完整性得到的結果僅在超過疲勞閾值時起作用，同時渦輪零件的疲勞壽命周期自身也可能在此閾值以下終止。如已知的，疲勞是材料受隨時間變化(或規(guī)則地或偶然地)的載荷被損壞到斷裂的機械現(xiàn)象，即使討論中的載荷最大強度遠低于材料本身的斷裂或靜態(tài)極限。因此本發(fā)明的一個目的是提供控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)和評估其壽命周期的方法，根據(jù)壓力波動測量和使用特殊的控制和評估儀器能夠確定同一燃燒室的允許的疲勞閥值，當壓力過大增長出現(xiàn)時允許預定的保護動作開始。本發(fā)明的另一目的是提供控制燃氣輪機的壓力動態(tài)及評估燃燒室壽命周期的方法，其中能基于獲得的數(shù)據(jù)優(yōu)化燃燒室自身的部件的維護間隔。
發(fā)明內容通過提供控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)以及評估其壽命周期的方法來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的。在后續(xù)權利要求中指出本發(fā)明的其它特性。根據(jù)本發(fā)明的控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)及評功其壽命周期的方法的特性與優(yōu)點從以下說明和非限制性描述，參照所附示意圖，將變得更明顯，其中圖l是燃氣輪機示意表示，在該燃氣輪機中可以應用根據(jù)本發(fā)明的控制燃燒室的壓力動態(tài)與評估其壽命周期的方法。圖2表示與一定數(shù)量用某個幅值測量的與一定數(shù)量加壓周期相關的曲線；以及圖3表示圖2的值與通過借助于指數(shù)回歸近似地估算這些值的函數(shù)之間的比壽交。具體實施方式特別參照圖1,該圖示意地表示通用的燃氣輪機，它包括能壓縮通過入口管道12引入的空氣的壓縮機12。然后該壓縮空氣被輸送到燃燒室14以與來自供給管道16的氣體燃料混合。燃燒提高溫度、氣體流動的速度與容積以及其中因此包含的能量。通過管道18的氣體流動指向渦輪20,該氣體流動將氣體能量轉變成工作能量，該工作能量可^^皮用于驅動工作機械，例如借助于軸24連接到渦輪20的發(fā)電機。該渦輪20還提供為通過相關的軸26驅動壓縮機10所必需的能量，同時由渦輪20通過出口管道28排放廢氣。根據(jù)本發(fā)明的控制燃燒室14的壓力動態(tài)及評估其壽命周期的方法注重于燃燒室14自身內發(fā)生的由于壓力增加的加壓幅值與通過眾所周知的沃勒(Wohler)曲線的所述加壓持續(xù)時間(周期)之間的相關性。該沃勒曲線是統(tǒng)計基礎上的曲線，該曲線將疲勞周期的最大幅值與循環(huán)數(shù)相關連，對于某種材料在斷裂之前允許預先確定的概率。通過在實驗中以一定的幅值再建立某個加壓周期影響其結構，該幅值施加到大量試驗樣品，記錄斷裂之前它們允許的循環(huán)數(shù)。雖然試樣受到相同的加壓，但在相同的循環(huán)次數(shù)之后它們不是全斷裂，并且存在結果的分散。實驗表示此分散^^艮據(jù)正態(tài)分布發(fā)生，在不同的幅值下然后重復相同系列的實驗，同時對于獲得的每一種分布，記錄斷裂之前循環(huán)數(shù)的平均值。連接所有每個加壓幅值處的平均值的曲線是斷裂概率為50%的沃勒曲線，這意味著，對于測試的樣件，當受到某一幅值的應力循環(huán)時，在達到由沃勒曲線確定的循環(huán)數(shù)之前，有50%的概率它們將斷裂。然后根據(jù)本發(fā)明的方法設想一系列測試，使用位于相應燃燒室14的一或幾個探針，以便實時直接測量燃燒室14自身內的壓力波動的幅值。使用該測量值以確定"累積應力，，，即已經(jīng)偏離每個有效幅值水平的時間量。借助于眾所周知的Palmgren-Miner假設計算已經(jīng)通過的疲勞壽命循環(huán)，考慮疲勞壽命循環(huán)的所有幅值和相對的耗損。當下面確定的累積損壞D超過某一預定值時，給出指令以關掉渦輪并實施對設備的檢查。這樣，考慮疲勞循環(huán)所有幅值的所有作用，可以獲得剩余疲勞壽命循環(huán)的正確評估?？蛇\作地，依照根據(jù)本發(fā)明的方法的應用例子，在疲勞狀態(tài)下通過建立對于某種構成燃燒室14的材料的沃勒曲線以及400赫的燃燒頻率評估該燃燒室的特性。對于從峰到峰的四個不同幅值水平標識4個點，該4個點允許畫出在以下數(shù)據(jù)的基礎上要建立的沃勒曲線。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>為了在渦輪的疲勞狀態(tài)下在運行過程中測量對燃燒室14的積累損壞，使用Palmgren-Miner假設，該假設認定在任何應力狀態(tài)水平下?lián)p壞的比率對運行循環(huán)數(shù)和總循環(huán)數(shù)之間的比是線性比例，該總的循環(huán)數(shù)產(chǎn)生對于該應力水平的屈服點，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中項D代表累積損壞，項Ni代表剩余壽命并從沃勒曲線導出同時測量項iii。k指示幅值水平的數(shù)，Ni是在第i個幅值水平達到斷裂所必需的循環(huán)次數(shù)以及iii是在第i個幅值水平已經(jīng)過去的循環(huán)數(shù)。在圖2中指示的值可以用循環(huán)次數(shù)與幅值的數(shù)值的指數(shù)回歸估算，如可以從圖3中見到的，得到以下最后的函數(shù)F(x):=6.651.exp(-l.583■10—6x)+l.839為了確定Ni的值，需要計算反函數(shù)，即y=6.651.exp(l.583.106.x)+l.839求解，(631711.93935565382186)■In(.15035333032626672681-y-.27649977447000451060)g(y):=(631711.93935565382186.ln(.15035333032626672681y-.27649977447000451060)因此產(chǎn)生一矢量，它代表考慮以下數(shù)據(jù)的不同幅值的剩余壽命，以循環(huán)次數(shù)表示因此由包含借助于Palmgren-Miner假設得到Ni值的矢量代表燃燒室丄qa^犖j索野，。體jfg,3、工，ix衣wj:s:cj紐體—逸續(xù)'間值/r^于i，pi亇丄間通過的時間，例如等于2psi與3psi的壓力值。于是測量的時間間隔屬于第i個幅值水平并乘以400赫以得到在笫i+l個水平的iii值。通過以Ni除iii并求總和，最終得到積累損壞D的值。對于積累損壞D確定閾值等于0.1，當D超過此閥值時，渦輪被置于分散火焰的狀態(tài)下，即以燃燒室14內的低壓波動水平運行的型式但是具有較大的污染發(fā)射。根據(jù)優(yōu)選的應用例子，渦輪的控制軟件能夠直接使用連續(xù)函數(shù)g(y)以計算剩余壽命，無需離散以前陳述的剩余壽命矢量。因此可看出，根據(jù)本發(fā)明的控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)和評估其壽命周期的方法實現(xiàn)前面確定的目的，因為它允許燃燒室的剩余疲勞壽命的正確評估以改善渦輪的性能，僅當十分需要時允許進行特定的保護動作。因此根據(jù)本發(fā)明設想控制燃氣輪機燃燒室的壓力動態(tài)及其壽命周期的方法無論如何可以進行許多修改和變化，所有的均包括在相同的創(chuàng)新概念中。因此本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求限定。壽命g(2)g(3)g(4)g(5)g(6)g(7)g(8)壽命2.351x1061.103x1067.102x1054.699x1052.963x101.602x104.834x10權利要求1.一種控制燃氣輪機中燃燒的方法，該燃氣輪機包括至少一個壓縮機(IO)，能壓縮經(jīng)入口管道(12)引入的空氣，至少一個燃燒室(14)，其中所述壓縮的空氣與來自供給管道(16)的氣體燃料混合，以及至少一個渦輪(20)，能將來自所述燃燒室(14)的氣體的能量轉變?yōu)楣ぷ髂芰?，該工作能量可以用來驅動一或幾個工作機械(22)，該方法包括借助于位于相應的所述燃燒室(14)的一或幾個探針(30)測量燃燒室(14)內的壓力波動的幅值以及同一波動的持續(xù)時間或周期；通過對構成所述燃燒室(14)的某種材料、對預定的燃燒頻率和對測量壓力波動的所述振幅和周期值構建沃勒曲線評估在所述燃燒室(14)的疲勞狀態(tài)下的特性；借助Palmgren-Miner假設在所述渦輪的疲勞狀態(tài)下在運行過程中測量對所述燃燒室(14)的積累損壞(D)，所述Palmgren-Miner假設確定為式中D-積累損壞；K-幅值水平數(shù)；Ni-為在第i個幅值水平達到損壞所必需的循環(huán)次數(shù)，從所述沃勒曲線導出；iii是已經(jīng)在第i個幅值水平通過的循環(huán)次數(shù)；如果超過測量的積累損壞(D)，則進行所述渦輪的保護動作。2、根據(jù)權利要求1的方法，還包括使用指數(shù)回歸f(x)估算所述循環(huán)次數(shù)的值和測量的幅值。3、根據(jù)權利要求2的方法，還包括計算所述指數(shù)回歸f(x)的反函數(shù)g(x)以確定所述循環(huán)(Ni)的次數(shù)。4、根據(jù)權利要求l的方法，其中所述保護動作包括將所述渦輪置于^t火焰運行狀態(tài)之下并降低所述燃燒室(14)內的壓力波動。全文摘要本發(fā)明涉及控制燃氣輪機的壓力動態(tài)及評估其燃燒室壽命周期的方法，介紹一種控制渦輪中燃燒的方法。該方法包括以下部分借助于位于渦輪相應的燃燒室(14)的一或幾個探針(30)測量燃燒室(14)內壓力波動的幅值和同一波動持續(xù)的時間或周期，通過對構成該燃燒室(14)的某種材料對預定燃燒頻率和對測量的壓力波動的振幅和周期值構建沃勒曲線評估燃燒室(14)的特性，借助于Palmgren-Miner假設測量在渦輪的疲勞狀態(tài)下運行過程中對燃燒室(14)的累積損壞(D)以及如果超過測量的累積損壞(D)值則進行渦輪的保護動作。文檔編號F02C9/00GK101311510SQ20081010910公開日2008年11月26日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權日2007年5月23日發(fā)明者A·阿斯蒂申請人:諾沃皮尼奧內有限公司