CN118030578A - 燃气轮机压气机性能退化实时监测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，包括：获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比‑质量流量曲线；获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并进一步得到修正函数；基于修正函数和第一压比‑质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比‑流量曲线；基于第二压比‑质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。采用上述方案的本发明实现了燃气轮机压气机性能退化的实时监测。
Description
技术领域
本申请涉及燃气轮机气路故障诊断技术领域，尤其涉及燃气轮机压气机性能退化实时监测方法和装置。
背景技术
燃气轮机运行一段时间后，压气机叶片表面会形成积垢，改变叶片的气动性能，具体表现为通流面积变小、压力系数减小、阻力系数增大，导致压气机的流量、压比和效率都下降，性能曲线发生变化。由于压气机叶片积垢引起的可恢复损失一般占性能损失的70％～80％，当压气机的积垢使空气流量减少5％时，会使出力降低13％并使热耗增加5.5％。
现在一般在燃气轮机压气机压比下降4％、效率下降5％时，采取压气机清洗措施来消除积垢，以恢复出力和效率。然而进气温度对气机性能有较大的影响，通过比较相同负荷工况下压气机压比和效率的变化来评估压气机的性能退化程度会产生较大误差，造成压气机水洗过于频繁或不够及时。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，解决了现有方法评估压气机的性能退化程度的误差较大，造成压气机水洗过于频繁或不够及时的技术问题，实现了燃气轮机压气机性能退化的实时准确监测。
本申请的第二个目的在于提出一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，包括：获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于变化关系得到修正函数；基于修正函数和第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；基于第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
本申请实施例的燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，基于燃气轮机压气机在标准状况下的压比-流量曲线，充分考虑进气温度对压气机进气流量、压比的影响，分别提出流量、压比对进气温度的修正函数，获得实际进气温度下压气机叶片处于清洁状态时的压比-流量曲线，并定义流量退化系数和压比退化系数来反映实际工况与实际进气温度下、清洁状态的压气机压比-流量曲线的偏差，从而实现对压气机性能退化的实时监测。并在压气机流量和压比的退化系数达到预设的报警值时，发出压气机水洗报警，可以为燃气轮机压气机执行水洗措施提供准确参考。同时，该方法无需引入额外的监测装置，对于各种类型的燃气轮机具有良好的工程适用性。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
基于变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于变化关系确定修正函数的各项系数。
可选地，在本申请的一个实施例中，修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
可选地，在本申请的一个实施例中，压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，压比退化系数表示为：
其中，εreal(W,T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W,T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W,T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W,T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置，包括第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块、第二计算模块、判断模块，其中，
第一获取模块，用于获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；
第二获取模块，用于获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于变化关系得到修正函数；
第一计算模块，用于基于修正函数和第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；
第二计算模块，用于基于第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；
判断模块，用于将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
基于变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于变化关系确定修正函数的各项系数。
可选地，在本申请的一个实施例中，修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
可选地，在本申请的一个实施例中，压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，压比退化系数表示为：
其中，εreal(W,T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W,T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W,T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W,T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例一所提供的一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的燃气轮机压气机性能退化实时监测方法和装置。
图1为本申请实施例一所提供的一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法的流程示意图。
如图1所示，该燃气轮机压气机性能退化实时监测方法包括以下步骤：
步骤101，获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；
在本实施例中，标准状况为进气温度15℃，压力101325Pa，相对湿度60％。
步骤102，获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于变化关系得到修正函数；
步骤103，基于修正函数和第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；
步骤104，基于第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；
步骤105，将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
本申请实施例的燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，基于燃气轮机压气机在标准状况下的压比-流量曲线，充分考虑进气温度对压气机进气流量、压比的影响，分别提出流量、压比对进气温度的修正函数，获得实际进气温度下压气机叶片处于清洁状态时的压比-流量曲线，并定义流量退化系数和压比退化系数来反映实际工况与实际进气温度下、清洁状态的压气机压比-流量曲线的偏差，从而实现对压气机性能退化的实时监测。并在压气机流量和压比的退化系数达到预设的报警值时，发出压气机水洗报警，可以为燃气轮机压气机执行水洗措施提供准确参考。同时，该方法无需引入额外的监测装置，对于各种类型的燃气轮机具有良好的工程适用性。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
基于变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于变化关系确定修正函数的各项系数。
可选地，在本申请的一个实施例中，修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
可选地，在本申请的一个实施例中，压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，压比退化系数表示为：
其中，εreal(W,T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W,T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W,T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W,T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
压比和质量流量退化系数为0表示压气机叶片处于清洁状态，压比、质量流量退化系数越大，表明压气机性能退化越严重。将计算出的压比和质量流量退化系数分别与预设的报警值进行比较，当压比或质量流量退化系数超过预设的报警值时，发出压气机水洗报警，提示运行维护人员应当尽快根据生产计划安排压气机执行水洗措施。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置。
图2为本申请实施例提供的一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置的结构示意图。
如图2所示，该燃气轮机压气机性能退化实时监测装置包括第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块、第二计算模块、判断模块，其中，
第一获取模块，用于获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；
第二获取模块，用于获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于变化关系得到修正函数；
第一计算模块，用于基于修正函数和第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；
第二计算模块，用于基于第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；
判断模块，用于将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
基于变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于变化关系确定修正函数的各项系数。
可选地，在本申请的一个实施例中，修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
可选地，在本申请的一个实施例中，压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，压比退化系数表示为：
其中，εreal(W,T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W,T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W,T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W,T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
需要说明的是，前述对燃气轮机压气机性能退化实时监测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的燃气轮机压气机性能退化实时监测装置，此处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种燃气轮机压气机性能退化实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；
获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于所述变化关系得到修正函数；
基于所述修正函数和所述第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；
基于所述第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；
将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到所述叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
所述基于所述变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于所述变化关系确定修正函数的各项系数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，所述修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，所述压比退化系数表示为：
其中，εreal(W,T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W,T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
所述质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W,T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W,T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
6.一种燃气轮机压气机性能退化实时监测装置，其特征在于，包括第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块、第二计算模块、判断模块，其中，
所述第一获取模块，用于获得叶片清洁状态下的压气机在标准状况下的第一压比-质量流量曲线；
所述第二获取模块，用于获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，并基于所述变化关系得到修正函数；
所述第一计算模块，用于基于所述修正函数和所述第一压比-质量流量曲线计算得到叶片清洁状态下的压气机在实际进气温度下的第二压比-流量曲线；
所述第二计算模块，用于基于所述第二压比-质量流量曲线计算当前时刻压气机的理论状态，并基于当前时刻压气机的理论状态和实际状态计算当前时刻压气机的性能退化系数；
所述判断模块，用于将计算出的当前时刻压气机的性能退化系数与预设的报警值进行比较，若超过预设的报警值，发出压气机水洗报警。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系，包括：
基于历史数据或根据数值模拟，得到所述叶片清洁状态下的压气机的压比与质量流量随进气温度的变化关系；
所述基于所述变化关系得到修正函数，包括：
设定修正函数的形式；
基于所述变化关系确定修正函数的各项系数。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述修正函数包括压比修正函数和质量流量修正函数，所述修正函数表示为：
其中，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数，a0、a1、a2、b0、b1、b2为常数，T为压气机进气温度。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二压比-质量流量曲线表示为：
其中，W表示燃机功率，T表示压气机进气温度，表示第一压比-质量流量曲线，T0表示标准状况下的进气温度，fε(T)表示压比修正函数，fm(T)表示质量流量修正函数。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述压气机性能退化系数包括压比退化系数和质量流量退化系数，所述压比退化系数表示为：
其中，εreal(W，T)为当前时刻的压气机压比，εclean(W，T)为当前时刻的压气机理论压比，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度；
所述质量流量退化系数表示为：
其中，mreal(W，T)为当前时刻的压气机质量流量，mclean(W，T)为当前时刻的压气机理论质量流量，W为当前时刻的燃机功率，T为当前时刻压气机的进气温度。
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| CN202410294355.XA Pending CN118030578A (zh) | 2024-03-14 | 2024-03-14 | 燃气轮机压气机性能退化实时监测方法和装置 |
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| CN (1) | CN118030578A (zh) |
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2024
- 2024-03-14 CN CN202410294355.XA patent/CN118030578A/zh active Pending
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