專利名稱：用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)的性能的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及氣輪機(jī)系統(tǒng)，更具體的，本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)的性能的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
氣輪機(jī)通常包括用于壓縮空氣的壓縮機(jī)和來自該壓縮機(jī)的壓縮空氣和氣體燃料在其中混合且燃燒的燃燒室。來自該燃燒室的熱氣體驅(qū)動(dòng)渦輪級(jí)以產(chǎn)生動(dòng)力。通常，對(duì)于安裝好的渦輪，通過日常檢查和測(cè)量以及定期的性能測(cè)試來實(shí)施性能監(jiān)測(cè)。這些結(jié)果以后用于維護(hù)和維修診斷過程。例如，故障出現(xiàn)以后，分析機(jī)器的前面所記錄的趨勢(shì)來識(shí)別故障的原因，且實(shí)施從識(shí)別的故障恢復(fù)所要求的維護(hù)措施。由于這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只有在故障發(fā)生以后才能識(shí)別問題，所以它們有局限性。因此，上述的方法通常不能預(yù)測(cè)和預(yù)防渦輪損壞。而且，由于與分析故障、確定故障原因和確定糾正措施的步驟相關(guān)的固有時(shí)間延遲，所以使用現(xiàn)在的方法總是導(dǎo)致關(guān)鍵性的渦輪部件的修復(fù)時(shí)間不合需要地過長(zhǎng)。
在某些氣輪機(jī)監(jiān)測(cè)裝置中，系統(tǒng)建模技術(shù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)來近似氣輪機(jī)中的熱力學(xué)過程。在一個(gè)這樣的系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比(EPR)，且該發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比用作獨(dú)立的變量，以確定用于正確操作被監(jiān)測(cè)類型的理論發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)級(jí)的燃料流、排放氣體溫度以及轉(zhuǎn)速的期望值。設(shè)置二極管網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)變特性，該特性近似EPR與諸如在理論發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料流之類的相關(guān)變量之一之間的參數(shù)關(guān)系。該二極管網(wǎng)絡(luò)提供在理想條件下的工作參數(shù)的期望值。來自實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)和該期望值提供給模擬計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，以計(jì)算實(shí)際值與期望值的偏差，以作為檢測(cè)異常的一種方法。這樣的系統(tǒng)面臨這樣一種缺點(diǎn)，即，它們不能在被監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作中精確監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能。很多系統(tǒng)建模技術(shù)不現(xiàn)實(shí)地假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)值在不同的工作條件下保持恒定，且大多數(shù)的系統(tǒng)沒有考慮在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命期間性能上的逐步退化。
在氣輪機(jī)中，由于高溫可以引起對(duì)燃燒室元件、熱氣通道部分、轉(zhuǎn)子葉片以及類似物的損壞，所以期望監(jiān)測(cè)排放氣體溫度。高排放氣體溫度還可以引起諸如氧化氮之類的某些管制的化合物的排放水平上升到允許的限度之上。諸如熱電偶之類的溫度傳感器已經(jīng)在已有技術(shù)系統(tǒng)中使用，以確定在渦輪燃燒室中的排放氣體的溫度。雖然溫度監(jiān)測(cè)提供對(duì)于增加渦輪機(jī)的可靠性來說至關(guān)重要的信息，但是該技術(shù)單獨(dú)通常不足以識(shí)別特定部件在異常條件下的工作，或者不足以識(shí)別特定部件有在異常條件下工作的危險(xiǎn)。
因此，需要改進(jìn)的機(jī)構(gòu)來監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)的性能，使得可以識(shí)別引起異常工作的特定部件，且可以預(yù)測(cè)有關(guān)該渦輪可以工作直到需要維護(hù)和維修程序的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)要的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)的性能的方法包括提供多個(gè)燃燒罐；圍繞該多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器；操作該多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)工作參數(shù)，其中，在操作期間，排放氣體從多個(gè)燃燒罐的每一個(gè)燃燒罐排出；使用多個(gè)溫度傳感器在排放平面測(cè)量排放氣體的溫度，以獲得多個(gè)單獨(dú)溫度測(cè)量值；確定排放氣體溫度的單獨(dú)溫度測(cè)量值與排出排放氣體的多個(gè)燃燒罐的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性；以及形成渦流模型，其中，該模型使用相關(guān)性來預(yù)測(cè)排放平面內(nèi)的渦流值，作為工作參數(shù)的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)的性能的方法包括提供多個(gè)燃燒罐；圍繞該多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器；操作該多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)，其中，在操作期間，排放氣體從多個(gè)燃燒罐的每一個(gè)燃燒罐排出，其中改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)包括在各個(gè)值的范圍內(nèi)改變每個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)，該各個(gè)值的范圍為從在多個(gè)燃燒罐的起始條件下使用的各個(gè)值到在多個(gè)燃燒罐的基本載荷條件下使用的各個(gè)值的范圍，且其中該氣輪機(jī)工作參數(shù)包括入口導(dǎo)向葉片角、壓縮機(jī)排放壓、燃料流量、壓縮機(jī)排放溫度、校正的質(zhì)量流量、輸出功率中的至少一個(gè)；使用多個(gè)溫度傳感器在排放平面測(cè)量排放氣體的溫度，其中，在排放平面內(nèi)測(cè)量排放氣體的溫度包括產(chǎn)生排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線，該曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)，其中，每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于多個(gè)燃燒罐中的一個(gè)燃燒罐；確定排放氣體溫度的單獨(dú)測(cè)量值與排出排放氣體的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性，其中，確定該相關(guān)性包括使多個(gè)局部極大點(diǎn)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)；形成渦流模型，其中，該模型使用相關(guān)性來確定排放平面內(nèi)的渦流值，作為氣輪機(jī)的工作參數(shù)的函數(shù)；設(shè)置多個(gè)燃燒罐在一組選定的預(yù)定工作條件下工作；在多個(gè)燃燒罐在該組選定的工作條件下工作期間，實(shí)時(shí)獲得排放氣體溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)該實(shí)時(shí)的排放氣體溫度數(shù)據(jù)來計(jì)算實(shí)際的渦流值；使用該模型來計(jì)算在該組選定的工作條件下的預(yù)測(cè)渦流值；比較該實(shí)際渦流值和預(yù)測(cè)渦流值，且產(chǎn)生表明存在有故障的燃燒罐的至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量；其中該至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量是實(shí)際渦流值和預(yù)測(cè)渦流值之間的差，將該差與標(biāo)準(zhǔn)比較；當(dāng)該差超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)，其中該至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)表明在多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐；以及產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，其中，該故障分類信號(hào)從多個(gè)燃燒罐中識(shí)別特定的有故障的燃燒罐。
根據(jù)本發(fā)明的還有一個(gè)方面，一種用于在氣輪機(jī)系統(tǒng)中識(shí)別潛在有故障的燃燒罐的方法包括在該氣輪機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置多個(gè)燃燒罐，以在一組選定的預(yù)定工作條件下工作；在多個(gè)燃燒罐在該組選定的工作條件下工作期間，使用多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量排放氣體溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)該實(shí)時(shí)的排放氣體溫度數(shù)據(jù)來計(jì)算實(shí)際的渦流值；以及使用該模型來計(jì)算在該組選定的工作條件下的預(yù)測(cè)渦流值。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)性能的設(shè)備包括適于在氣輪機(jī)系統(tǒng)工作期間感測(cè)多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)和溫度測(cè)量值的傳感器模塊，其中，該氣輪機(jī)系統(tǒng)包括多個(gè)燃燒罐；適于接收多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)和溫度測(cè)量值以產(chǎn)生至少一個(gè)實(shí)際渦流值和至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值的數(shù)據(jù)分析模塊；適于接收至少一個(gè)實(shí)際渦流值和至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值且適于產(chǎn)生至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的統(tǒng)計(jì)量計(jì)算模塊；以及適于接收至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量且適于產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)的故障檢測(cè)模塊，其中，該至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)表明在多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)存儲(chǔ)指導(dǎo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)性能的計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令包括用于確定多個(gè)排放氣體溫度測(cè)量值中的單獨(dú)溫度測(cè)量值與在排放平面內(nèi)排出排放氣體的多個(gè)燃燒罐中的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性的指令；以及形成渦流模型，其中，該模型使用相關(guān)性來預(yù)測(cè)排放平面內(nèi)的渦流值，作為氣輪機(jī)工作參數(shù)的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的還有一個(gè)實(shí)施例，一種計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)存儲(chǔ)用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)性能的計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令包括確定多個(gè)排放氣體溫度測(cè)量值中的單獨(dú)溫度測(cè)量值與在排放平面內(nèi)排出排放氣體的多個(gè)燃燒罐中的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性，其中，該多個(gè)排放氣體溫度測(cè)量值包括產(chǎn)生排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線，該曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)，其中，每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于多個(gè)燃燒罐中的一個(gè)燃燒罐，且其中確定該相關(guān)性包括使多個(gè)局部極大點(diǎn)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)；形成渦流模型，其中，該模型使用相關(guān)性來確定排放平面內(nèi)的渦流值，作為氣輪機(jī)的工作參數(shù)的函數(shù)；根據(jù)實(shí)時(shí)的排放氣體溫度數(shù)據(jù)來計(jì)算至少一個(gè)實(shí)際的渦流值；使用該模型來計(jì)算在該組選定的工作條件下的至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值；比較該實(shí)際渦流值和預(yù)測(cè)渦流值，且產(chǎn)生至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量；將該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)比較；當(dāng)該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)，其中該至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)表明在多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐；以及產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，其中，該故障分類信號(hào)從多個(gè)燃燒罐中識(shí)別特定的有故障的燃燒罐。


當(dāng)通過參考附圖來閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，將更好的理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，在所有圖中，同樣的符號(hào)表示同樣的部分，其中圖1示出了氣輪機(jī)監(jiān)測(cè)裝置的示意圖；圖2A示出了在圖1中使用的氣輪機(jī)系統(tǒng)的示意圖，示出了在燃燒室中的燃燒罐的設(shè)置和在渦輪機(jī)的排放處的橫剖面AA；圖2B示出了圖2A中的橫剖面AA的詳細(xì)視圖，示出了溫度傳感器的布置；圖3示出了排放平面內(nèi)的六個(gè)罐的排放氣體溫度曲線；圖4示出了罐-熱電偶的幾何形狀；圖5示出了6個(gè)罐從基本載荷到低載荷工作的渦流曲線；圖6示出了6個(gè)罐從基本載荷到低載荷工作的渦流范圍圖；
圖7示出了渦流模型形成的最小平方方法和主分量分析方法之間的圖形比較；以及圖8示出了描述執(zhí)行監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)性能的行動(dòng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)20性能的設(shè)備10。一種典型的氣輪機(jī)系統(tǒng)20包括用于壓縮空氣且供給到燃燒室15的壓縮機(jī)5，壓縮空氣和氣體燃料在該燃燒室中燃燒以驅(qū)動(dòng)渦輪18。燃燒室15包括多個(gè)用于燃燒空氣和燃料氣體的燃燒罐30(如圖2所示)。設(shè)備10包括適于在氣輪機(jī)系統(tǒng)20工作期間感測(cè)多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)和溫度測(cè)量值的傳感器模塊50。在該實(shí)施例的一個(gè)例子中，使用熱電偶作為溫度傳感器40。工作參數(shù)傳感器45用來在操作燃燒罐時(shí)感測(cè)多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)。在某些實(shí)施例中，多個(gè)溫度傳感器40在氣輪機(jī)的排放處圓周地設(shè)置在多個(gè)燃燒罐30的排放平面內(nèi)，如圖2所示。圖2A示出了圖1的氣輪機(jī)系統(tǒng)20的示意圖，包括壓縮機(jī)5、燃燒室15和渦輪18。燃燒室15包括燃燒罐30。該渦輪橫剖面AA在圖2B中詳細(xì)顯示，該圖示出了在渦輪18的排放處的溫度傳感器40的布置。排放平面限定為垂直于排放氣體流的平面，且包括設(shè)置在氣輪機(jī)的排放處的溫度傳感器。在特定的實(shí)施例中，這些溫度傳感器40是該渦輪系統(tǒng)20的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)25的溫度監(jiān)測(cè)部分的部件。
數(shù)據(jù)分析模塊60適于接收多個(gè)來自傳感器模塊50的氣輪機(jī)工作參數(shù)和溫度測(cè)量值，且適于產(chǎn)生至少一個(gè)實(shí)際渦流值和至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值，在下面更詳細(xì)地描述。統(tǒng)計(jì)量計(jì)算模塊80適于接收來自數(shù)據(jù)分析模塊60的至少一個(gè)實(shí)際渦流值和至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值，且適于產(chǎn)生至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量。在該實(shí)施例一個(gè)例子中，該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量是實(shí)際渦流值和預(yù)測(cè)渦流值之間的差。故障檢測(cè)模塊90適于接收來自統(tǒng)計(jì)量計(jì)算模塊80的至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量，且適于產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)。該故障檢測(cè)模塊90將故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)比較，且當(dāng)該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的絕對(duì)值超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其產(chǎn)生故障標(biāo)記信號(hào)。該故障標(biāo)記信號(hào)表明在多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐。與標(biāo)準(zhǔn)的比較包括觀察實(shí)際渦流值與預(yù)測(cè)渦流值之間的差，即，每個(gè)罐在經(jīng)過一段時(shí)間的故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量，然后將這些故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的值的選定特性的分布與相應(yīng)于選定的特性的標(biāo)準(zhǔn)或者域值比較。該標(biāo)準(zhǔn)的合適例子包括例如實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的均方根誤差或者平均值，或者根據(jù)實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的差計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
在某些特定的實(shí)施例中包括故障分類模塊95，其適于接收來自故障監(jiān)測(cè)模塊90的至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)，且適于產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，其中，該故障分類信號(hào)使用渦流圖從多個(gè)燃燒罐中識(shí)別特定的有故障的燃燒罐。該故障分類信號(hào)傳遞到渦流系統(tǒng)20的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)25，以采取合適的維護(hù)和維修行動(dòng)。
在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)分析模塊60產(chǎn)生給定排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線。如圖3所示，該曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)。每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于燃燒罐30之一(圖2)；該曲線顯示為六個(gè)罐的結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，該數(shù)據(jù)分析模塊60還包括渦流模型70，以確定至少一個(gè)溫度測(cè)量值與相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性，作為至少一個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)的函數(shù)。在工作條件的整個(gè)范圍期間，渦流模型70使如上所述的排放平面內(nèi)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)。圖4示出了燃燒罐(由cn所示，其中n為1到6)和溫度傳感器布置(由熱電偶tm所示，其中m為0到21)的一個(gè)例子，其中，兩個(gè)溫度傳感器之間的角度近似為17度。該相關(guān)性產(chǎn)生渦流值，其是該角度的測(cè)量值，當(dāng)排放氣體從其燃燒罐的排出處通過該渦輪剖面?zhèn)鞑サ较掠螘r(shí)，排放氣體轉(zhuǎn)過該角度。使用局部排放氣體溫度極大值作為參考點(diǎn)給出了在渦流值測(cè)量中的最大程度的信心，因此，盡管可以使用在溫度曲線中的其它點(diǎn)，問題的中心是使用局部極大值在氣輪機(jī)參數(shù)和每個(gè)燃燒罐40的熱電偶數(shù)量之間形成相關(guān)性。
圖5示出了當(dāng)氣輪機(jī)工作條件改變時(shí)該排放氣體渦流如何顯示其自身的一個(gè)例子。在圖5所示的例子中，相應(yīng)于來自罐#1(c1)的排放氣體的局部極大溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)在基本載荷條件下相應(yīng)于熱電偶(TC)#7(t7)，且該點(diǎn)在低載荷下相應(yīng)于熱電偶#12(t12)；相應(yīng)于罐#1的渦流值近似為85度(兩個(gè)熱電偶之間的角距離為近似17度)。因此，很明顯渦流的量與載荷不是線性的。類似的，圖6描述了一個(gè)渦流范圍圖，其示出了在從90MW的基礎(chǔ)載荷到10MW的低載荷的整個(gè)卸載操作期間排放氣體如何沖擊在熱電偶上的例子。其示出了在罐#1(c1)的整個(gè)卸載循環(huán)期間，渦流從TC#8(t8)到TC#13(t13)的變化，且該渦流值大約85度。為了形成罐-熱電偶圖(即，渦流圖)，分析排放熱電偶數(shù)據(jù)，以便在裝載/卸載操作的離散點(diǎn)中識(shí)別局部極大值。在裝載/卸載操作期間，對(duì)于局部極大值從一個(gè)熱電偶偏移到鄰近的熱電偶的那些點(diǎn)獲取時(shí)間、熱電偶數(shù)量和氣輪機(jī)工作參數(shù)。記錄該罐數(shù)量和熱電偶數(shù)量之間的相關(guān)性。然后，該相關(guān)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)地分析，以確定該罐數(shù)量和熱電偶數(shù)量之間的相關(guān)性，作為氣輪機(jī)工作參數(shù)的函數(shù)。許多合適的統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的，例如包括線性回歸、主分量分析(PCA)和部分潛在結(jié)構(gòu)(PLS)繪圖，以在所有工作點(diǎn)確定氣輪機(jī)工作參數(shù)和罐-熱電偶相關(guān)性的關(guān)系。
上述分析的結(jié)果用來形成渦流模型70，以確定渦流值，作為氣輪機(jī)工作參數(shù)的函數(shù)。在該實(shí)施例的一個(gè)例子中，該渦流模型70包括線性模型。在該實(shí)施例的另一個(gè)例子中，該渦流模型70包括非線性模型。如在本領(lǐng)域中通常所作的那樣，模型性能是根據(jù)該模型值與觀察值之間的最大偏差(絕對(duì)值)和均方根誤差來評(píng)估的。圖7示出了罐#1的分散繪圖，以及使用最小平方方法的結(jié)果和PCA方法的結(jié)果。
可以觀察到PCA給出更精確的結(jié)果，其更接近實(shí)際值(由直線描繪)。在一個(gè)例子中，使用兩個(gè)熱電偶之間近似17度的角距離，該使用PCA方法的模型是有效的，且可以發(fā)現(xiàn)，通過PCA方法可以實(shí)現(xiàn)小于這些溫度傳感器之間的角距離一半(近似8.5度)的均方根誤差。
如圖8所示的本發(fā)明的另一個(gè)方面是監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)性能的方法；該方法特別適用于前述設(shè)備10(圖1)的應(yīng)用。其包括在100處提供多個(gè)燃燒罐；在110處圍繞該多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，且在115處操作該多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)。在特定的實(shí)施例中，改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)包括在各個(gè)值的范圍內(nèi)改變每個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)。該各個(gè)值的范圍可以是從在起始條件下使用的各個(gè)值到在多個(gè)燃燒罐的基本載荷條件下使用的各個(gè)值的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在起始條件和基本載荷條件下不同工作參數(shù)的各個(gè)值對(duì)不同的渦輪是變化的，且這些值對(duì)于給定的渦輪很好地限定。在該實(shí)施例的一個(gè)例子中，這些氣輪機(jī)工作參數(shù)包括入口導(dǎo)向葉片角、壓縮機(jī)排放壓、燃料流量、壓縮機(jī)排放溫度、校正的質(zhì)量流量、輸出功率中的至少一個(gè)。在燃燒罐工作期間，排放氣體從多個(gè)燃燒罐的每個(gè)燃燒罐排出。該方法包括在120處使用多個(gè)溫度傳感器在排放平面測(cè)量排放氣體的溫度。在一些實(shí)施例中，這些溫度傳感器是該渦輪系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)部分的部件。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，測(cè)量該溫度包括獲得排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線。該曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)，其中，每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于多個(gè)燃燒罐中的一個(gè)。在125處確定排放氣體溫度的單獨(dú)測(cè)量值與排出排放氣體的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性。確定該相關(guān)性包括使多個(gè)局部極大點(diǎn)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)，如前所述。在130處形成渦流模型70，其中，該模型使用相關(guān)性來確定在從單獨(dú)燃燒罐排出排放氣體的排放平面內(nèi)的渦流值，作為氣輪機(jī)的工作參數(shù)的函數(shù)。在該方法的一個(gè)例子中該模型是線性模型，在另一個(gè)例子中該模型是非線性模型。
一種可以與上述方法一起使用或者獨(dú)立使用的替代實(shí)施例，其包括在135處設(shè)置多個(gè)燃燒罐，以在一組選定的預(yù)定工作條件下工作，且在140處，在該組選定的工作條件下工作期間，實(shí)時(shí)測(cè)量排放氣體溫度數(shù)據(jù)。在145處，使用該實(shí)時(shí)的排放數(shù)據(jù)來計(jì)算實(shí)際的渦流值；在150處還使用該渦流氣體模型來計(jì)算在該組選定的工作條件下的預(yù)測(cè)渦流值。在155處比較這兩個(gè)值，且計(jì)算這些值之間的差作為故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量。在160處將該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)比較。當(dāng)該故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量超過該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在165處產(chǎn)生故障標(biāo)記信號(hào)，該故障標(biāo)記信號(hào)表明在燃燒室中存在有故障的燃燒罐。接下來在170處產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，該故障分類信號(hào)通過使用渦流圖來識(shí)別特定的罐為有故障的罐。在175處將該故障分類信號(hào)送到渦輪聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)，以進(jìn)行合適的校正行動(dòng)。
在圖8中的流程圖示出了用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)性能的方法和設(shè)備的功能和操作。在這方面，每個(gè)塊/部件表示一個(gè)模塊、段或者包括用于實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能的一條或者多條可執(zhí)行的指令的代碼的部分。還應(yīng)該注意，在某些替代實(shí)現(xiàn)中，在框中提到的功能可以不以圖中提到的順序出現(xiàn)，或者，例如實(shí)際上可以根據(jù)所涉及的功能同時(shí)或者以相反的順序來執(zhí)行。此外，本領(lǐng)域中的普通人員之一應(yīng)該承認(rèn)可以增加附加的框。而且，這些功能可以用諸如C++或者JAVA之類的編程語言來實(shí)現(xiàn)；然而，也可以使用其它語言。
上述的本發(fā)明的各種實(shí)施例和方面包括用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行的指令的有序列表。該有序列表可以在由基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)使用的或者結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)使用的任何計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)中體現(xiàn)，該基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)可以檢索指令和執(zhí)行指令。在本申請(qǐng)方面，該計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)可以是可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播、發(fā)送或者轉(zhuǎn)移指令的任何裝置。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是電子的、磁的、光的、電磁的或者紅外的系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例性(非唯一性)列表可以包括具有一根或者多根導(dǎo)線的電連接器(電子的)、便攜式計(jì)算機(jī)磁盤(磁的)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)(磁的)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)(磁的)、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM或者閃存)(磁的)、光纖(光的)以及便攜式只讀光盤(CDROM)(光的)。
注意，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括紙或者另一種合適的介質(zhì)，指令打印在該紙或者另一種合適的介質(zhì)上。例如，通過光掃描該紙或者其它介質(zhì)可以電子地獲得這些指令，如果有必要，然后編譯、翻譯或者另外以合適的方式處理這些指令，且將這些指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。
這里只說明和描述了本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會(huì)想到很多改進(jìn)和變化。因此，應(yīng)該理解，后附的權(quán)利要求書旨在覆蓋在本發(fā)明的真正要旨內(nèi)的所有這樣的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)(20)的性能的方法，所述方法包括提供多個(gè)燃燒罐(30)；圍繞所述多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器(40)；操作所述多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)工作參數(shù)，其中，在操作期間，排放氣體從所述多個(gè)燃燒罐的每一個(gè)燃燒罐排出；使用所述多個(gè)溫度傳感器在所述排放平面測(cè)量所述排放氣體的溫度，以獲得多個(gè)單獨(dú)溫度測(cè)量值；確定排放氣體溫度的所述單獨(dú)溫度測(cè)量值與排出所述排放氣體的所述多個(gè)燃燒罐的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性；以及形成渦流模型(70)，其中，所述模型使用所述相關(guān)性來預(yù)測(cè)在所述排放平面內(nèi)的渦流值，作為所述氣輪機(jī)工作參數(shù)的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法還包括設(shè)置所述多個(gè)燃燒罐，以在一組選定的預(yù)定工作條件下工作；在所述多個(gè)燃燒罐在該組所述選定的工作條件下工作期間，使用所述多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量排放氣體溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)所述實(shí)時(shí)的排放氣體溫度數(shù)據(jù)來計(jì)算至少一個(gè)實(shí)際的渦流值；使用所述模型來計(jì)算在該組所述選定的工作條件下的至少一個(gè)預(yù)測(cè)渦流值；比較所述實(shí)際渦流值和所述預(yù)測(cè)渦流值，且計(jì)算至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量；將所述故障統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)比較；當(dāng)所述故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量超過所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)，其中所述至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)表明在所述多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量是所述實(shí)際渦流值和預(yù)測(cè)渦流值之間的差。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)的比較包括比較每個(gè)罐在經(jīng)過一段時(shí)間的故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的值，其中將所述故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的值的選定特性的分布在經(jīng)過所述時(shí)間段與相應(yīng)于所述選定的特性的所述標(biāo)準(zhǔn)比較。
5.如權(quán)利要求2所述的方法還包括產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，其中，所述故障分類信號(hào)從所述多個(gè)燃燒罐中識(shí)別特定的有故障的燃燒罐。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)還包括在各個(gè)值的范圍內(nèi)改變每個(gè)所述氣輪機(jī)工作參數(shù)，所述各個(gè)值的范圍為從在所述多個(gè)燃燒罐的起始條件下使用的各個(gè)值到在所述多個(gè)燃燒罐的基本載荷條件下使用的各個(gè)值的范圍。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣輪機(jī)工作參數(shù)包括入口導(dǎo)向葉片角、壓縮機(jī)排放壓、燃料流量、壓縮機(jī)排放溫度、校正的質(zhì)量流量、輸出功率中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排放平面內(nèi)測(cè)量所述排放氣體的溫度包括產(chǎn)生所述排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線，所述曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)，其中，每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于所述多個(gè)燃燒罐中的一個(gè)所述的燃燒罐，以及其中確定所述相關(guān)性包括使所述多個(gè)局部極大點(diǎn)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)溫度傳感器是該渦輪機(jī)的聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)部分的部件。
10.一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)(20)的性能的方法，所述方法包括提供多個(gè)燃燒罐(30)；圍繞所述多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器(40)；操作所述多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)，其中，在操作期間，排放氣體從多個(gè)燃燒罐的每一個(gè)燃燒罐排出，其中改變多個(gè)氣輪機(jī)工作參數(shù)包括在各個(gè)值的范圍內(nèi)改變每個(gè)所述氣輪機(jī)工作參數(shù)，所述各個(gè)值的范圍為從在所述多個(gè)燃燒罐的起始條件下使用的各個(gè)值到在所述多個(gè)燃燒罐的基本載荷條件下使用的各個(gè)值的范圍，且所述氣輪機(jī)工作參數(shù)包括入口導(dǎo)向葉片角、壓縮機(jī)排放壓、燃料流量、壓縮機(jī)排放溫度、校正的質(zhì)量流量、輸出功率中的至少一個(gè)；使用所述多個(gè)溫度傳感器在所述排放平面測(cè)量所述排放氣體的溫度，其中，在所述排放平面內(nèi)測(cè)量所述排放氣體的溫度包括產(chǎn)生所述排放平面內(nèi)的排放氣體溫度曲線，所述曲線包括多個(gè)局部極大點(diǎn)，其中，每個(gè)局部極大點(diǎn)相應(yīng)于所述多個(gè)燃燒罐中的一個(gè)所述的燃燒罐；確定排放氣體溫度的單獨(dú)溫度測(cè)量值與排出所述排放氣體的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性，其中確定所述相關(guān)性包括使所述多個(gè)局部極大點(diǎn)的每個(gè)局部極大點(diǎn)與其相應(yīng)的燃燒罐相關(guān)聯(lián)；形成渦流模型(70)，其中，所述模型使用所述相關(guān)性來確定在所述排放平面內(nèi)的渦流值，作為所述氣輪機(jī)的工作參數(shù)的函數(shù)；設(shè)置所述多個(gè)燃燒罐在一組選定的預(yù)定工作條件下工作；在所述多個(gè)燃燒罐在該組所述選定的工作條件下工作期間，實(shí)時(shí)獲得排放氣體溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)所述實(shí)時(shí)的排放氣體溫度數(shù)據(jù)來計(jì)算實(shí)際的渦流值；使用所述模型來計(jì)算在該組所述選定的工作條件下的預(yù)測(cè)渦流值；比較所述實(shí)際渦流值和所述預(yù)測(cè)渦流值，且產(chǎn)生至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量，表明存在有故障的燃燒罐；其中所述至少一個(gè)故障測(cè)試統(tǒng)計(jì)量是所述實(shí)際渦流值和所述預(yù)測(cè)渦流值之間的差；將所述差與標(biāo)準(zhǔn)比較；當(dāng)所述差超過所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)，其中所述至少一個(gè)故障標(biāo)記信號(hào)表明在所述多個(gè)燃燒罐中存在有故障的燃燒罐；以及產(chǎn)生至少一個(gè)故障分類信號(hào)，其中，所述故障分類信號(hào)從所述多個(gè)燃燒罐中識(shí)別特定的有故障的燃燒罐。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)氣輪機(jī)系統(tǒng)(20)的性能的方法包括提供多個(gè)燃燒罐(30)；圍繞該多個(gè)燃燒罐的排放平面圓周地設(shè)置多個(gè)溫度傳感器(40)；操作該多個(gè)燃燒罐，同時(shí)改變多個(gè)工作參數(shù)，其中，在操作期間，排放氣體從多個(gè)燃燒罐的每一個(gè)燃燒罐排出；使用多個(gè)溫度傳感器在排放平面測(cè)量排放氣體的溫度，以獲得多個(gè)單獨(dú)溫度測(cè)量值；確定排放氣體溫度的單獨(dú)溫度測(cè)量值與排出排放氣體的多個(gè)燃燒罐的相應(yīng)的單獨(dú)燃燒罐的相關(guān)性；以及形成渦流模型(70)，其中，該模型使用相關(guān)性來預(yù)測(cè)排放平面內(nèi)的渦流值，作為工作參數(shù)的函數(shù)。
文檔編號(hào)F02C9/00GK1519554SQ20041000253
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者N·文卡特斯瓦蘭, M·A·沙, B·G·諾爾曼, N 文卡特斯瓦蘭, 沙, 諾爾曼 申請(qǐng)人:通用電氣公司