CN105114977A - 一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，本发明涉及燃机燃烧系统在线监测方法。本发明是要解决现有技术无法实现燃烧系统早期预警的问题，而提出的一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法。该方法是通过步骤一、n个温度测点在t时刻测得温度；二、得到和三、根据步骤二得到的和确定四、定义关系系数五、α_i的范围为[α_i1,α_i2]；六、将上限α_i1、下限α_i2和α_i作为极半径在极坐标内以为极角描点，并将所描点从i＝1至i＝n用直线顺次连接起来，再用直线连接i＝1和i＝n处所描的点，得到一个封闭的多边形；若极半径α_i的范围为[α_i1,α_i2]，则燃气轮机处于正常运行状态等步骤实现的。本发明应用于燃机燃烧系统在线监测领域。

Description

一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法

技术领域

本发明涉及燃机燃烧系统在线监测方法，特别涉及一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法。

背景技术

随着技术的进步，燃气轮机以其结构紧凑、启动快、运行平稳、热效率高等优势已成为21世纪核心动力装备之一。异常检测与故障诊断技术是保障燃气轮机安全运行的重要手段。燃烧室是燃气轮机的重要组成部分，其工作条件恶劣，故障频发，且一旦损坏后果十分严重，因此加强燃烧室的异常检测和故障诊断有着十分重要的意义。

然而，由于燃烧室工作时，温度极高，现行的测温手段无法在这种条件下长期工作。而在实际运行时，当燃烧筒出现异常的时候，排温的结果也会出现异常，所以通过排温异常来判断燃烧筒的工作情况是否出现异常。因此,我们通过均匀布置在机组透平排气通道中的热电偶测量燃气轮机的排温，来间接反映燃烧室内的燃烧情况如图1。

现有技术利用形状因子来实现排温的在线监测，其形状因子的定义为t时刻下，热偶测得的最高温与平均温度的比值，由于温度的突变会影响形状因子，所以便可以用一段时间内的形状因子的变化来推测燃机燃烧室是否发生了异常，如当形状因子突然高于正常范围，则说明机组的排温出现了异常。该方法主要是利用了各个温度测点之间的最高值来判断排温是否发生异常，仅仅使用了一组热电偶中的最大值，某些异常发生时，部分热电偶测得的温度出现了问题，但温度并不是这组热电偶所测得温度中的最大值，此时该方法不能及时检测出系统异常。

GE公司开发的MARKVI燃烧监测系统定义S为排气温度的允许排温分散度，认为S是燃气轮机出口的平均排气温度压气机出口温度的函数，具体函数是个经验公式：

$S=(60+0.145T_4^{*}-0.08T_2^{*}{|}_{50}^{750}){|}_{50}^{750}+\left(100\right)$ 在上述公式里，温度均是以°F为计量单位的。公式右端的100带有括号，表示变工况条件下才加入该项。

此外，MARKVI燃烧监测系统还定义：S1为排气温度热电偶的最高读数与最低读数之间的差；S2为排气温度热电偶的最高读数与第2个低读数之间的差；S3为排气温度热电偶的最高读数与第3个低读数之间的差。

基于上述的公式和定义，MARKⅥ燃烧监测保护系统的判别原理见图2。图2中，K₁,K₂,K₃是三个依据经验定义的参数。典型情况下：

K₁＝1.0；K₂＝5.0；K₃＝0.8

在实际应用中发现，存在严重的“事后”诊断现象，即当检测系统发出报警时燃烧系统已经损坏较严重。

发明内容

本发明是为了解决现有技术无法实现燃烧系统早期预警的问题，而提出的一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、在燃气轮机的排气端周向均匀地布置n个温度测点，n个温度测点在t时刻所测得的温度为T_t1,T_t2,…,T_tn；

步骤二、在燃气轮机组正常运行的一段时间t₁～t₂内，根据n个温度测点在t时刻测得的温度T_t1,T_t2,…,T_tn、T_t1,T_t2,…,T_tn的平均温度以及第i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度的平均值 ${\stackrel{\‾}{T}}_i=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}}{t_2-t_1}$ 得到和

其中，和的推到过程为：

${\stackrel{\‾}{T}}_t=\hat{b}*T_{ti}+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

$\hat{b}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}{\stackrel{\‾}{T}}_t-(t_2-t_1){\stackrel{\‾}{T}}_i\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}}{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}^2-(t_2-t_1){{\stackrel{\‾}{T}}_i}^2}---\left(2\right)$

$\hat{a}=\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}-\hat{b}{\stackrel{\‾}{T}}_i---\left(3\right)$

$\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{T}}_t}{t_2-t_1}---\left(4\right)$

式中，T_ti为第i号温度测点在t时刻测得的温度，t时刻在时间t₁～t₂的区间内；T_i为i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度；

步骤三、根据步骤二得到的和确定第i号温度测点对应的理论上的每个温度测点所测得的温度的平均温度

${{\stackrel{\‾}{T}}^{\′}}_i=\hat{b}*T_i+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(5\right);$

步骤四、定义时间序列α_i为实际的每个温度测点所测得的温度的平均温度与的关系系数

步骤五、燃气轮机在正常模式下运行时，时间序列α_i满足α_i～N(μ_i,σ_i)，则α_i的范围为[α_i1,α_i2]；

其中，α_i1为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的上限；α_i2为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的下限；

步骤六、将上限α_i1、下限α_i2和α_i作为极半径在极坐标内以为极角描点，并将所描点从i＝1至i＝n用直线顺次连接起来，再用直线连接i＝1和i＝n处所描的点，得到一个封闭的多边形；若极半径α_i的范围为[α_i1,α_i2]，则燃气轮机处于正常运行状态。

发明效果

本发明实现燃气轮机排温的在线监测，充分利用排温各个测点的数据信息，能够在燃烧系统故障早期检测出故障。

与目前已知的同类实时监测方法相比，本发明可以更加准确的判断燃气轮机的燃烧室是否出现了故障,实现燃烧系统异常检测的早期预警，因此可以降低因为燃气轮机产生故障不能及时发现所造成的损失和可能。

针对发明内容中提到的问题，本发明实现燃气轮机排温的在线监测，充分利用排温各个测点的数据信息，准确检测出异常演变过程，实现事故预警如图3和图4。

附图说明

图1为背景技术提出的燃烧室及热电偶布置情况示意图；

图2为背景技术提出的燃烧监测的判别原理图；

图3为具体实施方式一提出的燃气轮机处于非正常工作状态示意图；

图4为具体实施方式一提出的燃气轮机处于正常工作状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，具体是按照以下步骤实施的：

步骤一、在燃气轮机的排气端周向均匀地布置n个温度测点，n个温度测点在t时刻所测得的温度为T_t1,T_t2,…,T_tn；

步骤二、在燃气轮机组正常运行的一段时间t₁～t₂内(温度测点所测得的温度是t₁～t₂的有限个时刻的温度，具体个数与取样频率有关)，根据n个温度测点在t时刻测得的温度T_t1,T_t2,…,T_tn、T_t1,T_t2,…,T_tn的平均温度以及第i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度的平均值 ${\stackrel{\‾}{T}}_i=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}}{t_2-t_1}$ 得到和

其中，和的推到过程为：

${\stackrel{\‾}{T}}_t=\hat{b}*T_{ti}+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

$\hat{b}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}{\stackrel{\‾}{T}}_t-(t_2-t_1){\stackrel{\‾}{T}}_i\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}}{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}^2-(t_2-t_1){{\stackrel{\‾}{T}}_i}^2}---\left(2\right)$

$\hat{a}=\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}-\hat{b}{\stackrel{\‾}{T}}_t---\left(3\right)$

$\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{T}}_t}{t_2-t_1}---\left(4\right)$

式中，T_ti为第i号温度测点在t时刻测得的温度，t时刻在时间t₁～t₂的区间内；T_i为i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度；

通过燃气轮机在正常模式下运行时间t₁～t₂温度测点测得的温度数据，拟合出式(1)中的函数关系；

公式(1)为每个温度测点所测得的温度与1～n温度测点所测得温度的平均值之间的关系；为了使所得关系具有普适性，故选取了燃气轮机在正常工作状态的一段时间的温度测点所测温度来进行拟合；所得的关系(式(1))为每个温度测点与1～n温度测点所测得温度的平均值之间的关系；各个测点的拟合过程相互独立；故最后所得的关系为n个独立的式子；

步骤三、根据步骤二得到的和确定第i号温度测点对应的理论上的每个温度测点所测得的温度的平均温度

${{\stackrel{\‾}{T}}^{\′}}_i=\hat{b}*T_i+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(5\right);$

步骤四、定义时间序列α_i为实际的每个温度测点所测得的温度的平均温度与的关系系数

步骤五、燃气轮机在正常模式下运行时，时间序列α_i满足α_i～N(μ_i,σ_i)，则α_i的范围为[α_i1,α_i2]；

其中，α_i1为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的上限；α_i2为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的下限；

步骤六、将上限α_i1、下限α_i2和α_i作为极半径在极坐标内以为极角描点，并将所描点从i＝1至i＝n用直线顺次连接起来，再用直线连接i＝1和i＝n处所描的点，得到一个封闭的多边形；若极半径α_i的范围为[α_i1,α_i2](若极半径为α_i的多边形某处未超出半径为α_i1或α_i2的多边形范围)，则燃气轮机处于正常运行状态如图4；若在燃气轮机工作时α_i超出范围[α_i1,α_i2](若极半径为α_i的多边形某处超出半径为α_i1或α_i2的多边形范围)，则认为燃气轮机处于非正常工作状况如图3；

利用了温度测点所测得的所有数据，更好地反映了燃气轮机的工作状态，实现了事故前预警。

本实施方式效果：

本实施方式实现燃气轮机排温的在线监测，充分利用排温各个测点的数据信息，能够在燃烧系统故障早期检测出故障。

与目前已知的同类实时监测方法相比，本实施方式可以更加准确的判断燃气轮机的燃烧室是否出现了故障,实现燃烧系统异常检测的早期预警，因此可以降低因为燃气轮机产生故障不能及时发现所造成的损失和可能。

针对发明内容中提到的问题，本实施方式实现燃气轮机排温的在线监测，充分利用排温各个测点的数据信息，能够在燃烧系统故障早期检测出故障，实现事故预警如图3和图4。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中α_i1＝μ_i-3σ_i，μ_i为数学期望，σ_i为标准差。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤五中α_i2＝μ_i+3σ_i，μ_i为数学期望，σ_i为标准差。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤六中i＝0时极角为0。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤六中i＝n时极角为2π。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，其特征在于一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、在燃气轮机的排气端周向均匀地布置n个温度测点，n个温度测点在t时刻所测得的温度为T_t1,T_t2,…，T_tn；

步骤二、在燃气轮机组正常运行的一段时间t₁～t₂内，根据n个温度测点在t时刻测得的温度T_t1,T_t2,…,T_tn、T_t1,T_t2,…,T_tn的平均温度以及第i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度的平均值得到和

其中，和的推到过程为：

${\stackrel{\‾}{T}}_t=\hat{b}*T_{ti}+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

$\hat{b}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}{\stackrel{\‾}{T}}_t-(t_2-t_1){\stackrel{\‾}{T}}_i\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}}{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{T}_{ti}^2-(t_2-t_1){{\stackrel{\‾}{T}}_i}^2}---\left(2\right)$

$\hat{a}=\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}-\hat{b}{\stackrel{\‾}{T}}_t---\left(3\right)$

$\stackrel{\‾}{{\stackrel{\‾}{T}}_t}=\frac{\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{T}}_t}{t_2-t_1}---\left(4\right)$

式中，T_ti为第i号温度测点在t时刻测得的温度，t时刻在时间t₁～t₂的区间内；T_i为i号温度测点在t₁～t₂区间所测得温度；

步骤三、根据步骤二得到的和确定第i号温度测点对应的理论上的每个温度测点所测得的温度的平均温度

${{\stackrel{\‾}{T}}^{\′}}_i=\hat{b}*T_i+\hat{a}(i=1,2,3,\mathrm{...},n)---\left(5\right);$

步骤四、定义时间序列α_i为实际的每个温度测点所测得的温度的平均温度 $\stackrel{\‾}{T}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i}{n}$ 与的关系系数 ${\mathrm{\α}}_i=\stackrel{\‾}{T_i^{\′}}/\stackrel{\‾}{T};$

步骤五、燃气轮机在正常模式下运行时，时间序列α_i满足α_i～N(μ_i,σ_i)，则α_i的范围为[α_i1,α_i2]；

其中，α_i1为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的上限；α_i2为燃气轮机正常工作状态下温度测点1～n处α_i所处范围的下限；

步骤六、将上限α_i1、下限α_i2和α_i作为极半径在极坐标内以为极角描点，并将所描点从i＝1至i＝n用直线顺次连接起来，再用直线连接i＝1和i＝n处所描的点，得到一个封闭的多边形；若极半径α_i的范围为[α_i1,α_i2]，则燃气轮机处于正常运行状态。

2.根据权利要求1所述一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，其特征在于：步骤五中α_i1＝μ_i-3σ_i，μ_i为数学期望，σ_i为标准差。

3.根据权利要求2所述一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，其特征在于：步骤五中α_i2＝μ_i+3σ_i，μ_i为数学期望，σ_i为标准差。

4.根据权利要求3所述一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，其特征在于：步骤六中i＝0时极角为0。

5.根据权利要求4所述一种基于排温测点相关性的燃机燃烧系统在线监测方法，其特征在于：步骤六中i＝n时极角为2π。