CN109340816A - 振荡燃烧自反馈主动控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种振荡燃烧自反馈主动控制系统，涉及动力工程技术领域，它包括压力脉动传感器、前置电荷放大器、安全隔离栅、输入输出模块、频谱分析仪、计算机、PLC逻辑控制器、示波器、控制板、高频燃料阀、值班燃料喷嘴和燃烧室，压力脉动传感器、前置电荷放大器、安全隔离栅、输入输出模块、频谱分析仪、计算机、PLC逻辑控制器、示波器、控制板、高频燃料阀、值班燃料喷嘴和燃烧室顺次连接且电性连接。本振荡燃烧自反馈主动控制系统通过压力脉动传感器对燃烧室内脉动压力进行实时监测；整个控制系统是带有自反馈功能的闭式循环控制系统，可应用于燃气轮机领域，用来控制燃烧室的振荡燃烧现象，保护机组稳定安全运行。
Description
技术领域：
本发明涉及动力工程技术领域，具体涉及振荡燃烧自反馈主动控制系统。
背景技术：
燃气轮机具有功率大、体积小、重量轻、机动性好、效率高、运转平稳、操纵简单、维护保养方便、工作可靠等特点，可提高舰船战术性能、提升舰船生存能力，适合现代及未来舰船总体性能发展需求，因此世界各国海军把它作为现代大、中型水面舰艇和高性能舰船的主要动力装置。军用舰船采用燃气轮机，已成为舰船动力装备现代化的重要标志之一。另外，工业燃气轮机的应用极大地推动了社会经济的进步和科技大发展。
燃烧室作为燃气轮机的“心脏”，其性能直接影响到燃气轮机的工作可靠性和使用寿命，进而影响到海军装备的战斗力、生命力及动力装置的可靠性。振荡燃烧是燃气轮机燃烧室，特别是低污染燃烧室中经常遇到的不稳定燃烧现象，这种现象会导致燃烧室乃至整个燃气轮机剧烈振动，噪声增高，热负荷增大，污染物排放加剧，以及燃烧室熄火和回火等问题，严重时会造成燃气轮机系统部件的损伤，导致燃气轮机结构声疲劳破坏。振荡燃烧已成为燃气轮机燃烧室运行寿命缩短和检修频率增加的主要原因之一，并直接威胁着燃气轮机的安全运行。因此，为提高舰船及工业燃气轮机使用寿命和工作可靠性，进行燃气轮机燃烧室振荡燃烧主动控制，抑制燃烧室压力脉动，减轻振荡燃烧可能造成的破坏影响非常必要。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种振荡燃烧自反馈主动控制系统，它抑制燃气轮机燃烧室由于振荡燃烧引起的压力脉动，解决振荡燃烧带来的机组振动、噪声增高、热负荷增大、污染物排放增加、以及燃烧室熄火和回火等问题。
本发明采用的技术方案为：振荡燃烧自反馈主动控制系统，包括压力脉动传感器、前置电荷放大器、安全隔离栅、输入输出模块、频谱分析仪、计算机、PLC逻辑控制器、示波器、控制板、高频燃料阀、值班燃料喷嘴和燃烧室，压力脉动传感器安装在燃烧室的壳体上，压力脉动传感器与前置电荷放大器电性连接，前置电荷放大器与安全隔离栅电性连接，安全隔离栅与输入输出模块电性连接，输入输出模块与频谱分析仪电性连接，频谱分析仪与计算机电性连接，计算机与PLC逻辑控制器电性连接，PLC逻辑控制器与示波器电性连接，示波器与控制板电性连接，控制板与高频燃料阀电性连接，高频燃料阀与值班燃料喷嘴电性连接，值班燃料喷嘴安装在燃烧室上。
使用步骤如下：
步骤一，压力脉动传感器收集到的脉动信号经过前置电荷放大器进行电荷放大，防止电荷衰减；
步骤二，电信号通过安全隔离栅进入输入输出模块，然后进入频谱分析仪（5），通过傅里叶变换得到燃烧室内脉动压力的频域信号和时域信号，将频谱信号传入计算机；
步骤三，计算机分析最大脉动压力及其所对应的频率f，然后把该频率f传给PLC逻辑控制器；
步骤四，PLC逻辑控制器控制示波器以该频率f发送信号给控制板；
步骤五，控制板将该频率f的电信号传给高频燃料阀，使其以该频率f进行通/断工作；
步骤六，高频燃料阀控制值班喷嘴的燃料以该频率f进行供应，使进入燃烧室内的燃料发生脉动，进而达到对燃烧室脉动压力进行抑制的效果。
本发明的有益效果是：本振荡燃烧自反馈主动控制系统通过压力脉动传感器对燃烧室内脉动压力进行实时监测；整个控制系统是带有自反馈功能的闭式循环控制系统，可应用于燃气轮机领域，用来控制燃烧室的振荡燃烧现象，保护机组稳定安全运行。
附图说明：
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式：
参照图1，振荡燃烧自反馈主动控制系统，包括压力脉动传感器1、前置电荷放大器2、安全隔离栅3、输入输出模块4、频谱分析仪5、计算机6、PLC逻辑控制器7、示波器8、控制板9、高频燃料阀10、值班燃料喷嘴11和燃烧室12，压力脉动传感器1安装在燃烧室12的壳体上，压力脉动传感器1与前置电荷放大器2电性连接，前置电荷放大器2与安全隔离栅3电性连接，安全隔离栅3与输入输出模块4电性连接，输入输出模块4与频谱分析仪5电性连接，频谱分析仪5与计算机6电性连接，计算机6与PLC逻辑控制器7电性连接，PLC逻辑控制器7与示波器8电性连接，示波器8与控制板9电性连接，控制板9与高频燃料阀10电性连接，高频燃料阀10与值班燃料喷嘴11电性连接，值班燃料喷嘴11安装在燃烧室12上。
使用步骤如下：
步骤一，压力脉动传感器1收集到的脉动信号经过前置电荷放大器2进行电荷放大，防止电荷衰减；
步骤二，电信号通过安全隔离栅3进入输入输出模块4，然后进入频谱分析仪5，通过傅里叶变换得到燃烧室内脉动压力的频域信号和时域信号，将频谱信号传入计算机6；
步骤三，计算机分析最大脉动压力及其所对应的频率f，然后把该频率f传给PLC逻辑控制器7；
步骤四，PLC逻辑控制器7控制示波器8以该频率f发送信号给控制板9；
步骤五，控制板9将该频率f的电信号传给高频燃料阀10，使其以该频率f进行通/断工作；
步骤六，高频燃料阀10控制值班喷嘴11的燃料以该频率f进行供应，使进入燃烧室12内的燃料发生脉动，进而达到对燃烧室脉动压力进行抑制的效果。
压力脉动传感器1安装在燃气轮机燃烧室12壳体上，对燃烧室内的脉动压力进行测量；压力脉动传感器1收集到的脉动信号经过前置电荷放大器2进行电荷放大，防止电荷衰减；而后电信号通过安全隔离栅3进入输入输出模块（4）；然后进入频谱分析仪5，通过傅里叶变换得到燃烧室内脉动压力的频域信号和时域信号，将频谱信号传入计算机6；计算机6分析最大脉动压力及其所对应的频率f，然后把该频率f传给PLC逻辑控制器7；PLC逻辑控制器7控制示波器8以该频率f发送信号给控制板9；控制板9将该频率f的电信号传给高频燃料阀10，使其以该频率f进行通/断工作；高频燃料阀10控制值班喷嘴11的燃料以该频率f进行供应，使进入燃烧室12内的燃料发生脉动，进而达到对燃烧室脉动压力进行抑制的效果；其中PLC逻辑控制器7会根据脉动频率f，指导高频阀10投入工作的相位差，当相位差合适时，达到最大的控制效果，燃烧室脉动压力控制效果最明显。
当燃烧室内脉动压力低于警戒值时，PLC逻辑控制器7不工作。
当燃烧室内脉动压力高于警戒值时，PLC逻辑控制器7立刻投入工作，直至把燃烧室脉动压力值降到警戒值以下为止。
本系统可根据燃气轮机工况的变化，压力脉动传感器1对燃烧室12内脉动压力进行实时监测；整个控制系统是带有自反馈功能的闭式循环控制系统，可应用于燃气轮机领域，用来控制燃烧室的振荡燃烧现象，保护机组稳定安全运行。
本系统可以实时监测燃烧室12内脉动压力，并根据机组运行工况要求，进行实时控制的自反馈主动控制系统，通过该系统可以调节燃烧室内燃料的供应，从而抑制振荡燃烧现象，该控制系统在舰船及工业燃气轮机领域具有重要的应用价值。
综上所述，本振荡燃烧自反馈主动控制系统通过压力脉动传感器对燃烧室内脉动压力进行实时监测；整个控制系统是带有自反馈功能的闭式循环控制系统，可应用于燃气轮机领域，用来控制燃烧室的振荡燃烧现象，保护机组稳定安全运行。
Claims (2)
1.一种振荡燃烧自反馈主动控制系统，其特征在于：包括压力脉动传感器（1）、前置电荷放大器（2）、安全隔离栅（3）、输入输出模块（4）、频谱分析仪（5）、计算机（6）、PLC逻辑控制器（7）、示波器（8）、控制板（9）、高频燃料阀（10）、值班燃料喷嘴（11）和燃烧室（12），压力脉动传感器（1）安装在燃烧室（12）的壳体上，压力脉动传感器（1）与前置电荷放大器（2）电性连接，前置电荷放大器（2）与安全隔离栅（3）电性连接，安全隔离栅（3）与输入输出模块（4）电性连接，输入输出模块（4）与频谱分析仪（5）电性连接，频谱分析仪（5）与计算机（6）电性连接，计算机（6）与PLC逻辑控制器（7）电性连接，PLC逻辑控制器（7）与示波器（8）电性连接，示波器（8）与控制板（9）电性连接，控制板（9）与高频燃料阀（10）电性连接，高频燃料阀（10）与值班燃料喷嘴（11）电性连接，值班燃料喷嘴（11）安装在燃烧室（12）上。
2.一种根据权利要求1所述的振荡燃烧自反馈主动控制系统的使用方法，其特征在于：使用步骤如下：
步骤一，压力脉动传感器（1）收集到的脉动信号经过前置电荷放大器（2）进行电荷放大，防止电荷衰减；
步骤二，电信号通过安全隔离栅（3）进入输入输出模块（4），然后进入频谱分析仪（5），通过傅里叶变换得到燃烧室内脉动压力的频域信号和时域信号，将频谱信号传入计算机（6）；
步骤三，计算机分析最大脉动压力及其所对应的频率f，然后把该频率f传给PLC逻辑控制器（7）；
步骤四，PLC逻辑控制器（7）控制示波器（8）以该频率f发送信号给控制板（9）；
步骤五，控制板（9）将该频率f的电信号传给高频燃料阀(10)，使其以该频率f进行通/断工作；
步骤六，高频燃料阀（10）控制值班喷嘴（11）的燃料以该频率f进行供应，使进入燃烧室（12）内的燃料发生脉动，进而达到对燃烧室脉动压力进行抑制的效果。
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