CN113915006A - 一种具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，包括光纤压力脉动传感器、燃烧室、光源与光信号调理模块、光纤束、数据采集分析器、燃烧压力脉动监测处理中心及反馈控制单元；光纤压力脉动传感器的入口与燃烧室的测压口相连通，光纤压力脉动传感器的输出端经光纤束和光源与光信号调理模块的输入端相连接，光源与光信号调理模块的输出端与数据采集分析器的输入端相连接，数据采集分析器的输出端与燃烧压力脉动监测处理中心的输入端相连接，燃烧压力脉动监测处理中心的输出端经反馈控制单元与燃烧室的燃料量控制阀及空气量调节阀的控制端相连接，该系统能够有效避免传感器发生故障时导致错误引发报警信息而意外停机的事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧压力脉动控制系统，具体涉及一种具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统。
背景技术
冗余技术是指采用备用的硬件或软件参与系统的运行或处于准备状态，一旦系统出现故障，能自动切换，保持系统不间断地正常工作。它利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。燃气轮机三重冗余控制采用了三套传感器设备同时监测参数来参加燃气轮机运行控制，当某一设备或元器件发生故障而损坏时，可以通过硬件、软件或人为方式，相互切换作为后备设备或元器件，替代因故障而损坏的设备或元器件，保持系统正常工作，将因传感器故障而误判导致的停机损失降到最低。
燃烧室是燃气轮机的关键核心部件，是燃料燃烧释放能量的重要场所，也是燃气轮机工作温度最高的部件。为了满足日益严苛的污染物排放法规要求，在役重型燃气轮机普遍采用贫燃预混燃烧技术，但贫燃预混燃烧存在燃烧稳定性差的问题，燃料在燃烧过程中易发生热声耦合振荡不稳定燃烧现象，导致燃烧压力脉动不断增加，严重时引起燃烧室火焰筒鼓包等故障发生。为了防止燃烧室故障的发生，燃机制造商采用了燃烧压力脉动监测系统，实时监测燃烧室内的压力，一旦压力脉动过大就会触发控制系统报警，然后调整燃料和空气的比例，降低燃烧压力脉动。然而受空间限制，每个燃烧室上仅能安装一支压力脉动传感器，当传感器发生故障时，易错误引发报警系统，严重时会导致意外停机，缩短燃气轮机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，该系统能够有效避免传感器发生故障时导致错误引发报警信息而意外停机的事故。
为达到上述目的，本发明所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统包括光纤压力脉动传感器、燃烧室、光源与光信号调理模块、光纤束、数据采集分析器、燃烧压力脉动监测处理中心及反馈控制单元；
光纤压力脉动传感器的入口与燃烧室的测压口相连通，光纤压力脉动传感器的输出端经光纤束和光源与光信号调理模块的输入端相连接，光源与光信号调理模块的输出端与数据采集分析器的输入端相连接，数据采集分析器的输出端与燃烧压力脉动监测处理中心的输入端相连接，燃烧压力脉动监测处理中心的输出端经反馈控制单元与燃烧室的燃料量控制阀及空气量调节阀的控制端相连接。
所述光纤压力脉动传感器包括第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头、传感器上盖、上隔热层、传感器下盖、下隔热层及透过膜；
传感器上盖的底部与传感器下盖的顶部之间设置有上隔热层，传感器下盖的底部设置有下隔热层，传感器下盖的底部设置有测压腔，其中，测压腔内设置有第一金属感受膜片、第二金属感受膜片及第三金属感受膜片，其中，第一金属感受膜片与测压腔的一侧壁之间形成第一真空隔热腔，第二金属感受膜片与测压腔的顶部之间形成第二真空隔热腔，第三金属感受膜片与测压腔的另一侧壁之间形成第三真空隔热腔，第一光纤探头穿过传感器上盖及上隔热层后穿过传感器下盖的侧壁插入于第一真空隔热腔内，且正对第一金属感受膜片，第二光纤探头穿过传感器上盖后插入于第二真空隔热腔内，且正对第二金属感受膜片，第三光纤探头穿过传感器上盖及上隔热层后穿过传感器下盖的侧壁插入于第三真空隔热腔内，且正对第三金属感受膜片；
第一光纤探头、第二光纤探头及第三光纤探头经光纤束和光源与光信号调理模块相连接，测压腔的底部开口处设置有透过膜，其中，所述透过膜上设置有若干引气孔，测压腔通过所述引气孔与燃烧室的测压口相连通。
还包括安装螺母；安装螺母套接于传感器上盖、上隔热层及传感器下盖的外围。
传感器上盖、上隔热层、传感器下盖及下隔热层的轴线重合。
传感器上盖、上隔热层、传感器下盖及下隔热层之间通过扩散焊连接。
下隔热层为中空的圆柱体薄片结构。
所述数据采集分析器为多通道并行高频数据采集器。
传感器下盖为中空的圆柱体结构。
上隔热层为中空的圆柱体薄片结构。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统在具体操作时，基于具有三重冗余功能的光纤压力脉动传感器，在传感器头部布置了3块金属感受膜片以及3路光纤探头，被测工质进入测压腔后同时作用于3块金属感受膜片上，再由3路光纤探头同时测量金属感受膜片的形变，实时获得被测工质压力，实现仅需一个测压安装孔同时获得3路压力测量信号，解决在役燃气轮机受空间限制不能在同一燃烧室同时安装三支动态压力传感器而因传感器失效导致错误报警引发运行设备故障的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中光纤压力脉动传感器的结构示意图。
其中，1为光纤压力脉动传感器、2为光源与光信号调理模块、3为数据采集分析器、4为燃烧压力脉动监测处理中心、5为反馈控制单元、6为光纤束、7为燃烧室、8为第一光纤探头、9为第二光纤探头、10为第三光纤探头、11为传感器上盖、12为上隔热层、13为传感器下盖、14为下隔热层、15为第三真空隔热腔、16为第三金属感受膜片、17为第一真空隔热腔、18为测压腔、19为透过膜、20为第一金属感受膜片、21为第二金属感受膜片、22为第二真空隔热腔、23为安装螺母。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统包括光纤压力脉动传感器1、燃烧室7、光源与光信号调理模块2、光纤束6、数据采集分析器3、燃烧压力脉动监测处理中心4及反馈控制单元5；
光纤压力脉动传感器1的入口与燃烧室7的测压口相连通，光纤压力脉动传感器1的输出端经光纤束6和光源与光信号调理模块2的输入端相连接，光源与光信号调理模块2的输出端与数据采集分析器3的输入端相连接，数据采集分析器3的输出端与燃烧压力脉动监测处理中心4的输入端相连接，燃烧压力脉动监测处理中心4的输出端经反馈控制单元5与燃烧室7的燃料量控制阀及空气量调节阀的控制端相连接。
参考图2，所述光纤压力脉动传感器1包括第一光纤探头8、第二光纤探头9、第三光纤探头10、传感器上盖11、上隔热层12、传感器下盖13、下隔热层14、透过膜19及安装螺母23；
传感器上盖11的底部与传感器下盖13的顶部之间设置有上隔热层12，传感器下盖13的底部设置有下隔热层14，传感器下盖13的底部设置有测压腔18，其中，测压腔18内设置有第一金属感受膜片20、第二金属感受膜片21及第三金属感受膜片16，其中，第一金属感受膜片20与测压腔18的一侧壁之间形成第一真空隔热腔17，第二金属感受膜片21与测压腔18的顶部之间形成第二真空隔热腔22，第三金属感受膜片16与测压腔18的另一侧壁之间形成第三真空隔热腔15，第一光纤探头8穿过传感器上盖11及上隔热层12后穿过传感器下盖13的侧壁插入于第一真空隔热腔17内，且正对第一金属感受膜片20，第二光纤探头9穿过传感器上盖11后插入于第二真空隔热腔22内，且正对第二金属感受膜片21，第三光纤探头10穿过传感器上盖11及上隔热层12后穿过传感器下盖13的侧壁插入于第三真空隔热腔15内，且正对第三金属感受膜片16。
第一光纤探头8、第二光纤探头9及第三光纤探头10经光纤束6和光源与光信号调理模块2相连接，测压腔18的底部开口处设置有透过膜19，其中，所述透过膜19上设置有若干引气孔，测压腔18通过所述引气孔与燃烧室7的测压口相连通。
传感器上盖11、上隔热层12、传感器下盖13及下隔热层14的轴线重合，传感器上盖11、上隔热层12、传感器下盖13及下隔热层14之间通过扩散焊连接。安装螺母23套接于传感器上盖11、上隔热层12及传感器下盖13的外围。
下隔热层14为中空的圆柱体薄片结构，所述数据采集分析器3为多通道并行高频数据采集器，传感器下盖13为中空的圆柱体结构。上隔热层12为中空的圆柱体薄片结构。
本发明的工作过程为：
燃烧室7内的高温烟气经引气孔进入测压腔18，第一金属感受膜片20、第二金属感受膜片21及第三金属感受膜片16在高温烟气压力的作用下产生形变，光源与光信号调理模块2发射测量光束，并分别通过第一光纤探头8、第二光纤探头9、第三光纤探头10传递至第一金属感受膜片20、第二金属感受膜片21及第三金属感受膜片16，经第一金属感受膜片20、第二金属感受膜片21及第三金属感受膜片16反射后又分别经第一光纤探头8、第二光纤探头9、第三光纤探头10返回光源与光信号调理模块2，光源与光信号调理模块2将三个方向的反射光转换为电压信号；
数据采集分析器3根据燃烧压力脉动监测处理中心4设置的采样频率实时采集光源与光信号调理模块2输出的电压信号，并将所述电压信号输出到燃烧压力脉动监测处理中心4中；
燃烧压力脉动监测处理中心4将所述电压信号转换成实时压力，燃烧压力脉动监测处理中心4根据所述实时压力生成燃烧室7的燃料及空气量调节指令，然后将所述燃烧室7的燃料及空气量调节指令发送给反馈控制单元5，反馈控制单元5根据所述燃烧室7的燃料及空气量调节指令控制燃烧室7的燃料量控制阀及空气量调节阀，以实时调节进入到燃烧室7的燃料量及空气流量，使得所述实时压力在预设范围内，以确保燃烧室7燃烧稳定，将燃烧压力脉动始终控制在安全稳定区域。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，包括光纤压力脉动传感器(1)、燃烧室(7)、光源与光信号调理模块(2)、光纤束(6)、数据采集分析器(3)、燃烧压力脉动监测处理中心(4)及反馈控制单元(5)；
光纤压力脉动传感器(1)的入口与燃烧室(7)的测压口相连通，光纤压力脉动传感器(1)的输出端经光纤束(6)和光源与光信号调理模块(2)的输入端相连接，光源与光信号调理模块(2)的输出端与数据采集分析器(3)的输入端相连接，数据采集分析器(3)的输出端与燃烧压力脉动监测处理中心(4)的输入端相连接，燃烧压力脉动监测处理中心(4)的输出端经反馈控制单元(5)与燃烧室(7)的燃料量控制阀及空气量调节阀的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，所述光纤压力脉动传感器(1)包括第一光纤探头(8)、第二光纤探头(9)、第三光纤探头(10)、传感器上盖(11)、上隔热层(12)、传感器下盖(13)、下隔热层(14)及透过膜(19)；
传感器上盖(11)的底部与传感器下盖(13)的顶部之间设置有上隔热层(12)，传感器下盖(13)的底部设置有下隔热层(14)，传感器下盖(13)的底部设置有测压腔(18)，其中，测压腔(18)内设置有第一金属感受膜片(20)、第二金属感受膜片(21)及第三金属感受膜片(16)，其中，第一金属感受膜片(20)与测压腔(18)的一侧壁之间形成第一真空隔热腔(17)，第二金属感受膜片(21)与测压腔(18)的顶部之间形成第二真空隔热腔(22)，第三金属感受膜片(16)与测压腔(18)的另一侧壁之间形成第三真空隔热腔(15)，第一光纤探头(8)穿过传感器上盖(11)及上隔热层(12)后穿过传感器下盖(13)的侧壁插入于第一真空隔热腔(17)内，且正对第一金属感受膜片(20)，第二光纤探头(9)穿过传感器上盖(11)后插入于第二真空隔热腔(22)内，且正对第二金属感受膜片(21)，第三光纤探头(10)穿过传感器上盖(11)及上隔热层(12)后穿过传感器下盖(13)的侧壁插入于第三真空隔热腔(15)内，且正对第三金属感受膜片(16)；
第一光纤探头(8)、第二光纤探头(9)及第三光纤探头(10)经光纤束(6)和光源与光信号调理模块(2)相连接，测压腔(18)的底部开口处设置有透过膜(19)，其中，所述透过膜(19)上设置有若干引气孔，测压腔(18)通过所述引气孔与燃烧室(7)的测压口相连通。
3.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，还包括安装螺母(23)；安装螺母(23)套接于传感器上盖(11)、上隔热层(12)及传感器下盖(13)的外围。
4.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，传感器上盖(11)、上隔热层(12)、传感器下盖(13)及下隔热层(14)的轴线重合。
5.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，传感器上盖(11)、上隔热层(12)、传感器下盖(13)及下隔热层(14)之间通过扩散焊连接。
6.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，下隔热层(14)为中空的圆柱体薄片结构。
7.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，所述数据采集分析器(3)为多通道并行高频数据采集器。
8.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，传感器下盖(13)为中空的圆柱体结构。
9.根据权利要求2所述的具有三重冗余功能的燃气轮机燃烧压力脉动控制系统，其特征在于，上隔热层(12)为中空的圆柱体薄片结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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