EP3060848A1 - Anzeigeeinrichtung, verfahren und steuerung zur analyse eines schwingungsverhaltens eines feuerungssystems - Google Patents

Anzeigeeinrichtung, verfahren und steuerung zur analyse eines schwingungsverhaltens eines feuerungssystems

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Publication number
EP3060848A1
EP3060848A1 EP14793780.9A EP14793780A EP3060848A1 EP 3060848 A1 EP3060848 A1 EP 3060848A1 EP 14793780 A EP14793780 A EP 14793780A EP 3060848 A1 EP3060848 A1 EP 3060848A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vibration
firing system
data
oscillation
display device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14793780.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jakob Hermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ifta Ingenieurbuero fur Thermoakustik GmbH
Original Assignee
Ifta Ingenieurbuero fur Thermoakustik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ifta Ingenieurbuero fur Thermoakustik GmbH filed Critical Ifta Ingenieurbuero fur Thermoakustik GmbH
Publication of EP3060848A1 publication Critical patent/EP3060848A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion

Definitions

  • the present invention relates to a display device for analyzing a vibration behavior of a firing system, a method for controlling a firing system using the display device, and a control device for controlling a firing system.
  • Self-excited combustion vibrations occur in combustion systems (such as gas heaters, process gas heaters, gas turbines, rocket engines) by feedback of thermal heat release to the supply of fuel and / or air supply.
  • acoustics usually represent the relevant feedback path.
  • the mechanical structure of the firing system can also serve as a feedback path.
  • the operating mode is e.g. a diffusion operation that leads to extremely high NOx levels. According to current emission regulations, such high NOx levels are no longer allowed.
  • the ambient conditions of the firing system such as the temperature of the supplied combustion air, the air pressure, the gas composition, the aging of the respective firing system, etc. influence the occurrence of the vibrations, it is often not possible to deliver the firing system so that the occurrence of combustion oscillations reliably prevented can be. Rather, it is often necessary to set the respective firing system on site, that is to say at the final place of use, in such a way that the vibrations are avoided in the ambient conditions prevailing there. This process is also called tuning the combustion system.
  • the combustion vibrations be measured by suitable sensors (e.g., piezo pressure transducers) and recorded by means of a vibration measurement or monitoring system. Based on this data, the relevant control variables of the combustion system are trimmed so that the vibrations are avoided or brought below a tolerable level.
  • the evaluation of the data is carried out in spectral or frequency and line plots, whereby in the spectral plots - which can be individual spectra but also spectrograms - the vibration quantities and in the line plots the relevant operating variables are displayed.
  • various variables must be read by the respective personnel and interpreted in a suitable manner in order to be based thereon by a suitable adjustment, e.g.
  • Object of the present invention is an improved display device, a To provide improved method and an improved control device, in particular to facilitate the tuning of firing systems.
  • the present invention provides a display for analyzing a vibration behavior of a firing system, the display comprising: operation data receiving means for receiving first and second operating data of the firing system, wherein the first and second operating data characterize different operating parameters of the firing system having a vibration condition of the firing system, oscillation data receiving means for receiving oscillation data of the firing system associated with the first and second operating data of the firing system and characterizing the oscillation state of the firing system, oscillation data mapping means which maps the received oscillation data to a predetermined oscillation indicator set and outputs oscillation indicator data corresponding to the oscillation data wherein the vibration indicator set comprises a plurality of vibration indicators, characterizing the different vibration states of the firing system, and output means for outputting an analysis curve in which the first and second operational data are plotted against each other, wherein the analysis curve is subdivided into analysis curve elements and wherein each analysis curve element is overlaid with an associated vibration indicator of the vibration indicator data.
  • the present invention provides a method of controlling a firing system using a display device according to the first aspect, the method comprising the steps of: ramping up the firing system along a first driving line, during start-up, acquiring the first and second operational data of the firing system Firing system and the associated vibration data of the firing system and supplying the first and second operating data and the vibration data to the display device, and using the display device for analyzing the instantaneous vibration behavior of the firing system based on the output analysis curve.
  • the present invention provides a control device Controlling a firing system, which comprises a display device according to the first aspect and is adapted to carry out the method according to the second aspect.
  • Fig. 1 illustrates an embodiment of a display device in accordance with the present invention
  • Fig. 2 is a first illustration of the output of the display of Fig. 1;
  • FIG. 3 is another illustration of the output of the display of FIG. 1 with another analysis curve
  • FIG. 4 is another illustration of the output of the display of FIG. 1 with line optimization
  • Fig. 5 shows an embodiment of an analysis curve with symbols
  • Fig. 6 shows an embodiment of an analysis curve with arrows.
  • FIG. 1 an embodiment of a display device 1 in accordance with the present invention is illustrated.
  • a display device 1 in accordance with the present invention is illustrated.
  • combustion systems such as gas boilers, process gas heaters, gas turbines, rocket engines or the like
  • a feedback of thermal heat release to the supply of fuel and / or air supply self-excited combustion oscillations, also called vibrations below.
  • the acoustics represents the relevant In other cases, however, the mechanical structure of the firing system itself can serve as a feedback path.
  • vibrations are undesirable because they can lead to high sound pressure amplitudes in the firing system, which in turn can lead to a strong stimulation of the mechanical structure of the firing system as a function of the frequency.
  • the amplitudes can reach such a high level that the respective firing system often depends on its mechanical loadability after a short time, i. in a period of seconds to hours, can be damaged or destroyed.
  • the (combustion) vibrations are measured by suitable sensors (e.g., piezo pressure transducers or other known pressure / vibration sensors) and recorded by means of a vibration monitoring system or other recording means. Based on these data, the relevant control variables of the combustion system are trimmed, i. such that the vibrations are avoided or brought below a tolerable level specified by a corresponding threshold.
  • suitable sensors e.g., piezo pressure transducers or other known pressure / vibration sensors
  • the vibration can also be measured indirectly by measuring a quantity to which the (combustion) vibrations affect.
  • a variable is, for example, the vibration of an excited by the (combustion) vibration component, such as a combustion chamber wall.
  • Such a vibration can be eg by a Measure accelerometer.
  • the evaluation of the data is carried out, for example, in spectral or frequency and / or line plots, wherein the spectral plots - which can be individual spectra but also spectrograms -, the vibration quantities and in the line plots the relevant operating variables are displayed.
  • the adjustment process should be kept as short as possible on the one hand for economic reasons. On the other hand, it is also necessary to prevent possible damage by timely intercepting combustion oscillations are intercepted.
  • the (instantaneous) engine operating state and vibration state of the firing system can be simultaneously determined and analyzed and also simultaneously presented to the staff for analysis. In some embodiments, this is also done "online", ie, (near) real time, such that, for example, the personnel setting up or controlling the firing system can simultaneously detect in real time the operating condition and vibration status of the firing system.
  • the staff setting the combustion system or firing system is provided with a fast and efficient representation in order to detect combustion oscillations which, for example, through the intervention of the personnel. ie changing the operating parameters, to avoid.
  • the vibration quantities are displayed above the relevant operating data or the characteristic diagram of the firing system. This can be, for example, the oscillation amplitude over the thermal power and the air ratio.
  • some embodiments relate to a display device for analyzing a vibration behavior or combustion oscillation behavior of a firing system.
  • the display device in this case comprises an operating data receiving means for receiving first and second operating data of the firing system, wherein the first and second operating data characterize different operating parameters of the firing system, which can (significantly) influence a vibration state of the firing system.
  • the operation data receiving means may include a microprocessor and a data interface to communicate with, for example, a network, the Internet or other information exchange network.
  • the operating data receiving means may also be connected directly to corresponding sensors which detect and transmit the first and / or second operating data to the operating data receiving means.
  • the operating data receiving means is also connected to a monitoring system of the firing system and receives from the first and / or second operating data.
  • the operation data receiving means may also receive the first and second operation data by, for example, reading out a corresponding data file and / or database.
  • the present invention is not limited to any particular type of transmission, source, transmission or signal or data characteristic of the first and second operating data, respectively.
  • the first and / or second operating data are, for example, characteristic of an air number, an exhaust gas temperature, a power, in particular thermal or electrical power and / or a mass flow of air and / or fuel supply of the firing system or characteristic variables derived therefrom or indirect variables, such as the stroke of a fuel valve, which is indirectly characteristic of the amount of fuel supplied.
  • Other combinations, for example of derived quantities, for example the electric power generated by the thermal power in stationary gas turbines above the exhaust gas temperature, are used in some embodiments.
  • the first and second operating data represent an operating line. Since, in some embodiments, the firing system is operated only on an operating line and not in a wide operating or characteristic field, in some embodiments the operating line also simultaneously represents the driving line of the firing system.
  • the display device further comprises a vibration data receiving means for receiving oscillation data of the firing system, which are linked to the first and second operating data of the firing system and characterize the oscillation state of the firing system.
  • the vibration data receiving means may comprise a microprocessor and a data interface for communicating, for example, with a network, the Internet or other information exchange network.
  • the vibration data receiving means may also be connected directly to corresponding sensors which detect the vibration data and transmit it to the vibration data receiving means.
  • the vibration data receiving means is also connected to a monitoring system of the firing system and receives therefrom the vibration data.
  • the vibration data receiving means receives the vibration data by reading out a corresponding data file and / or database.
  • the present invention is not limited to any particular type of transmission, origin, transmission or signal or data characteristic of the vibration data.
  • the vibration data characterize one Amplitude and / or frequency of the oscillation state of the firing system or variables derived therefrom. As explained above, vibrations that are undesirable occur during operation of the firing system.
  • the vibration state of the firing system in some embodiments represents the vibration behavior of the firing system at a specific time or in a specific time interval and is determined, for example, by a suitable measuring device on the firing system which outputs the vibration data.
  • the display device further comprises a vibration data imaging means which maps the received vibration data to a predetermined vibration indicator set and outputs vibration indicator data corresponding to the vibration data.
  • the vibration indicator set includes a plurality of vibration indicators that characterize different vibration states of the combustion system.
  • the vibration data imaging means includes a microprocessor and a non-volatile memory (e.g., ROM, hard disk, or the like) in which the vibration indicator set is stored.
  • the vibration data imaging means is adapted to process the received vibration data accordingly and to associate it with the vibration indicators. The assignment occurs in some embodiments according to the vibration value represented by the vibration data. Low vibration values are assigned different shrinkage indicators than high vibration values.
  • the vibration values may, for example, represent a vibration amplitude and / or vibration frequency. Consequently, in some embodiments, the vibration indicators are capable of differentiating different vibration values and marking them accordingly.
  • Vibration indicator sets may differ depending on the embodiment by the number of different vibration indicators.
  • the vibration data imaging means is arranged, for example, evenly or unevenly divide a corresponding vibration value range into individual sub-areas, and assign predefined vibration indicators to the individual sub-areas.
  • the vibration value range is divided into as many sub-ranges as there are vibration indicators in the vibration indicator set. Accordingly, all vibration values that lie in a specific subrange are assigned to a corresponding vibration indicator. This ensures a complete mapping of the vibration data defining corresponding vibration values to the vibration indicators in a vibration indicator set.
  • the display device further comprises an output means for outputting an analysis curve in which the first and second operating data are plotted against each other, wherein the analysis curve is subdivided into analysis curve elements and wherein each analysis curve element is overlaid with an associated vibration indicator of the vibration indicator data.
  • the analysis curve represents, as already explained above, in some embodiments, the operating line on which the firing system is operated. In some embodiments, the analysis curve represents the driving line on which the firing system is driven.
  • the analysis curve represents not only the operating state but also the vibration state at the same time as a result of the vibration indicators.
  • the display device is configured to output the analysis curve in near real-time so that the analysis curve represents the actual operating and vibrational state of the firing system in near real time, that is, except for the delay caused by the data transfer and processing.
  • the vibration state of the firing system can be analyzed, for example.
  • appropriate personnel which is responsible for the control or device of the firing system.
  • the association between the vibration data and the first and second operating data is temporal Correlation.
  • the first and second operating data and the vibration data are determined at the same time or within an identical time period so that the operating state and the vibration state of the firing system are in temporal relation to each other.
  • the vibration indicators of a particular vibration indicator set differ by color and / or shape and / or size or other criteria, such as a fill pattern. In some embodiments, therefore, it is important that the vibration indicators visually differ from each other.
  • the vibration indicator set includes, for example, a color pallet defined by the known RGB or CMYK color space.
  • the term color pallet is to be understood here as including a grayscale pallet.
  • one analysis curve element is characterized by one point.
  • the point is not necessarily round, but can have any shape and size extent. Consequently, point is here to be understood in a functional sense and as a distinguishing criterion to a solid line.
  • the representation of the analysis curve by points to represent the analysis curve itself, for example, by the vibration indicators.
  • mixed forms are realized.
  • the analysis curve is represented by dots that are colored accordingly. In some embodiments, for example, only a central area of a dot is colored.
  • the analysis curve elements have a specific shape, such as a circular, elliptical, rectangular or other shape. Arrow shapes as analysis curve elements are also realized in some embodiments, wherein the direction of the arrowheads of the arrow-shaped analysis curve elements can indicate the direction of travel of the firing system. Any mixed forms are realized.
  • the analysis cursors are configured to characterize a third operational parameter that, like the first and second operational data, originates from an operational data receiving means and / or is read from a file and / or database.
  • the analysis curve elements can, for example, be configured in the shape of an arrow and indicate the third operating parameter, such as the direction of travel, via the direction and / or shape and / or size thereof.
  • an up arrow may indicate that a third operating parameter is enabled, eg, a bypass door is open, and a down arrow may indicate that this door is closed again.
  • the analysis curve can be displayed in such a way that, on the one hand, the operating line can be recognized and, on the other hand, the state of vibration can be recognized at individual points on the operating line.
  • the analysis curve is shown as a line and it is itself color coded according to the vibration indicator set.
  • the line may be shown thicker in order to obtain a good color contrast.
  • two analysis curves e.g. to compare a first ride with a second ride, displayed side by side in a plot, which are distinguishable by means of different point symbols.
  • circular points may be used for the first trip and square points for the second trip.
  • an acoustic signal in particular from the display device, is generated and output.
  • the acoustic signal may represent the vibration data and / or the operating data.
  • the acoustic signal is output, for example, when, for example, a current data point, i. a current analysis curve element is generated and / or when an input device (e.g., mouse, keyboard, touchpad or the like) arranges a display element such as a mouse pointer or the like over a current data point.
  • the vibration data as an acoustic signal a sound signal is assigned so that, for example, with increasing vibration amplitudes, the frequency of the sound signal, ie the pitch increases, or the frequency of a constant sound signal, eg a pips, increases.
  • non-permissible driving ranges in the plots are e.g. deposited by a gray area in the map to make the operator unauthorized area from the outset recognizable.
  • Non-permissible driving ranges can e.g. be areas not allowed for other reasons, e.g. impermissible air frequency ranges or ranges with already known high vibration values.
  • some embodiments also relate to a method which, for example, is implemented as a computer program.
  • the means mentioned above i. Operating data receiving means, vibration data receiving means, vibration data mapping means, and output means as functions or objects of a computer program.
  • the method is implemented as a computer program product.
  • the method can also be used in the post-processing, ie not in the direct setting of the combustion system, and the recorded vibration data can be displayed accordingly. This makes it easier to plan and optimize new setting trips and to characterize the combustion system.
  • Some embodiments relate to a method of controlling a firing system using the display device or method as described above.
  • the method includes the step of starting the firing system along a first driving line.
  • the driving line is an operating line of the firing system along which it is driven.
  • the driving line is, for example, a line resulting from the relationship between the number of air and the associated thermal power. As stated above, however, there are other operating parameters that can form a driving line.
  • the first and second operating data of the firing system and the associated vibration data of the firing system recorded, as already described above.
  • the first and second operating data and the vibration data are supplied to the display device, for example, transmitted via data lines, as stated above.
  • the display device described above is used to analyze the instantaneous vibration behavior of the firing system based on the output analysis curve.
  • the start-up of the firing system is stopped if a critical vibration state of the firing system is determined in the analysis step.
  • a critical vibration state of the firing system is determined in the analysis step.
  • the firing system is then run up along a second driving line that is different from the first driving line to avoid the critical vibration state of the firing system. Again, it can be immediately recognized from the analysis curve, whether the firing system gets into a critical state of vibration. It can be tried as long as another driving line until the firing system is optimally set up. The optimum driving line thus determined is then deposited, for example, in a control system of the firing system.
  • control device for controlling a firing system.
  • the control device comprises the above-described display device and is configured to carry out the method just described.
  • this illustrates an embodiment of the display device 1 described above.
  • the display device 1 has the above-described components of operating data receiving means 2 for receiving first and second operating data of a firing system 6, vibration data receiving means 3 for receiving vibration data of the firing system 6, vibration data mapping means 4, for mapping received vibration data to a predetermined vibration indicator set 8, 10, stored here by way of example in a memory 4a of the vibration data mapping means 4, and output means 5 for outputting an analysis curve.
  • FIGS. 2 to 5 now illustrate different exemplary embodiments of analysis curves, oscillation indicator sets and oscillation indicators in diagrams, which can be generated by means of the display device 1 as described above.
  • FIG. 2 illustrates a diagram in which the thermal power (y-axis) is plotted against the air ratio (x-axis) and results in an analysis curve 7.
  • the thermal power and the air ratio are received by the display device 1 as first and second operation data from the operation data receiving means 2 as described above.
  • the vibration data receiving means 3 receives vibration data of the firing system 6.
  • the vibration data is imaged by the vibration data mapping means 4 on a predetermined vibration indicator set 8.
  • This vibration indicator set 8 is shown on the left in the diagram. It is designed here by way of example as a grayscale color pallet so that, for example, one can read which color corresponds to which oscillation amplitude value.
  • the vibration indicator set 8 contains vibration indicators 8a, 8x, which are designed as different shades of gray tone and are indicative of vibration amplitudes. The darker the grayscale, the smaller the oscillation amplitude and the brighter the grayscale, the greater the oscillation amplitude.
  • a grayscale palette, a corresponding scale and the associated unit "oscillation amplitude [Pa]" are given for the oscillation indicator set 8.
  • the unit and scaling in the diagram are arbitrarily selected in this embodiment and other values can also be specified.
  • the analysis curve 7 output by the output means 5, as stated above, is divided into individual analysis curve elements, which are designed here as points 7a, 7b, 7x.
  • the "x" at the last point “7x” of the analysis curve 7 is here to be understood as a wildcard for any number and symbolizes that the invention is not limited to a certain number of points.
  • the colored, i. gray points 7a, 7b to 7x indicate the driving line of the combustion system 6.
  • Each point 7a, 7b to 7x is assigned a vibration indicator 8a, 8b to 8x in which each point 7a, 7b to 7x is given a certain filling color given, as indicated in the grayscale palette 8.
  • the filling color of the points 7a, 7b to 7x is, as described, indicative of the oscillation amplitude of the firing system 6 at the corresponding point of the driving line.
  • the "x" in the last vibration indicator "8x" of the analysis curve 7 is here to be understood as a wildcard for any number and symbolizes that the invention is not limited to a certain number of vibration indicators.
  • FIG. 3 shows such a diagram, which is created analogously to the diagram of FIG. 2.
  • the analysis curve 7 ' with the points 7'a, 7'b, 7'x that the line of travel is steeper in comparison with FIG. higher thermal performance is achieved by comparing lower air ratios.
  • the fact that the vibration behavior of the firing system 6 is better in this driving line can be inferred from the vibration indicators 8'a to 8'x since, for example, only average gray levels are visible in the analysis curve compared with FIG. 2, and no bright ones.
  • Figure 4 is a diagram analogous to that of Figures 2 and 3):
  • the combustion system 6 is driven up along a first driving line "Test 1" until a critical oscillation amplitude is reached, which can be seen from the associated analysis curve 7 ". Then you decrease the power and / or the air ratio of the combustion system 6 and increases in an alternative driving line “Test 2" the power and / or air ratio again and analyzed the vibration state of the firing system using the analysis curve 7 "'. This process is then repeated until an alternative and optimal driving line with permissible vibration amplitudes has been found.
  • a vibration indicator set 10 contains different vibration indicators, which are configured as different symbols 10a to 10g.
  • the vibration indicators 10a to 10g are indicative of different vibration amplitudes, as indicated in the scale next to the vibration indicator set 10 and as already described in connection with FIGS. 2 to 4.
  • the thermal power is also plotted against the air ratio, and an analysis curve 9 is shown which is included in analysis curve elements, i. Points 9a to 9x is divided.
  • Each point 9a to 9x is now associated with one of the vibration indicators 10a to 10g of the vibration indicator set 10.
  • the same oscillation indicator 10a is also associated with a plurality of points, for example the points 9a and 9b. This means that the oscillation amplitude from point 9a to 9b has not changed so much that the next "higher" oscillation indicator 10b had to be assigned.
  • the vibration behavior of the Analysis curve 9 is shown and analyzed and the analysis curve 9 shows, for example, that at the last point 9x, the highest amplitude value of vibration is present, since this is marked with the vibration indicator 10g, which is indicative of the highest vibration value.
  • FIG. 6 illustrates a further exemplary embodiment in which, in contrast to the exemplary embodiments of FIGS. 2 to 4, arrow-shaped elements 11a, 11b,... 1 are used as analysis curve elements of an analysis curve 1.
  • the vibration indicator set 8 corresponds to the one already described in connection with FIGS. 2 to 4 and is embodied as a gray-scale color pallet, so that it is possible, for example, to read which gray level corresponds to which oscillation amplitude value.
  • the vibration indicator set 8 contains vibration indicators 8 "a, 8" x, which are designed as different shades of gray tone and are indicative of vibration amplitudes. The darker the grayscale, the smaller the oscillation amplitude and the brighter the grayscale, the greater the oscillation amplitude. In order to visualize this relationship, a corresponding scale and the associated unit "oscillation amplitude [Pa]" are indicated on the grayscale palette of the oscillation indicator set 8.
  • the unit and scaling in the diagram are arbitrarily selected in this embodiment and other values can also be indicated.
  • the gray arrows 11a, 11b to 11x indicate the driving line of the combustion system 6.
  • Each arrow 11a, 11b, 11x is assigned a vibration indicator 8 "a, 8" b, to 8 "x by each Arrow 1 a, 11b, until there is 1 x a certain filling color, as indicated in the gray scale palette of the vibration indicator set 8 and as described above
  • the filling color of the arrows 11 a, 11 b to x is indicative of, as described the oscillation amplitude of the firing system 6 at the corresponding "arrow point" of the driving line.
  • the arrows 11 a, 11 b, 11 x are aligned in the analysis curve 1 so that the respective arrowhead of an arrow 1 1 a, 11 b to 11 x points in the direction of travel, so that the analysis curve 11 and the direction of travel of the firing system indicates. This can be helpful in particular in the tuning of the firing system described above, since the direction of travel can be seen with a view of the analysis curve 11.
  • the distribution of the oscillation values can be changed with the number of available oscillation indicators in some embodiments.
  • the display device is designed such that, for example, the number of vibration indicators and / or the vibration value range is / are predetermined.
  • a plurality of vibration indicator sets are predefined and stored in a non-volatile memory and can be selected by a user as needed.
  • the vibration amplitudes shown in FIGS. 2 to 6 in a map one can e.g. also the RMS value (Root Mean Square) and / or P2P value (Peak-to-Peak) or the amplitude which is determined, for example, from the time values of the oscillation. from spectral analysis, frequency analysis, bandpass filtering and / or FFT analysis. Not only can e.g. the largest amplitude value of a spectrum but also the value from a so-called band analysis are plotted. In the band analysis, the largest amplitude in a certain frequency band is determined in a spectrum. Also already calculated amplitude values, e.g. The square of an amplitude value may, in some embodiments, be represented by vibration indicators (sets). In other words, in some embodiments, any value that characterizes the vibration to a sufficient extent can be plotted, i. represent by vibration indicators.
  • RMS value Root Mean Square
  • P2P value Peak-to-Peak
  • the oscillation frequency is also plotted instead of the amplitude, e.g. in a second diagram and the display device 1 is set up accordingly.
  • the air ratio or the thermal power of a different size instead of the air ratio or the thermal power of a different size, as already indicated above.
  • This may be the mass flow of a particular air or gas feed or a fuel split size, such as the ratio of premix gas to pilot gas in a firing system that uses gas as fuel.
  • an indirect quantity may be applied, such as electrical power, when shaft power is generated by the combustion system in a thermal cycling process which in turn serves to drive a generator.
  • the stroke of a fuel valve can also be applied.
  • the ionization current of an ionization probe or the combustion chamber temperature or the exhaust gas temperature can also be plotted.
  • It may also be a temperature proportional to the firebox temperature and / or proportional to a mass flow of air and / or fuel supply variable, and / or the ratio of air to fuel feed in a mass flow of the firing system or a proportional size can be represented.
  • the present invention is not intended to be limited to a particular firing system or combustion system. In principle, the present invention can be applied to any type of combustion system or combustion system in which undesirable vibrations occur in the combustion mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung zur Analyse eines Schwingungsverhaltens eines Feuerungssystems, wobei die Anzeigeeinrichtung umfasst: - ein Betriebsdatenempfangsmittel (2) zum Empfangen von ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems, wobei die ersten und zweiten Betriebsdaten unterschiedliche Betriebsparameter des Feuerungssystems charakterisieren, die einen Schwingungszustand des Feuerungssystems beeinflussen, ein Schwingungsdatenempfangsmittel (3) zum Empfangen von Schwingungsdaten des Feuerungssystems, die mit den ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems verknüpft sind und den Schwingungszustand des Feuerungssystems charakterisieren, ein Schwingungsdatenabbildungsmittel (4), das die empfangenen Schwingungsdaten auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz (8, 10) abbildet und den Schwingungsdaten entsprechende Schwingungsindikatordaten ausgibt, wobei der Schwingungsindikatorsatz mehrere Schwingungsindikatoren (8a,..., 8x; 10a,..., 10g) umfasst, die unterschiedliche Schwingungszustände des Feuerungssystems charakterisieren, und - ein Ausgabemittel (5) zum Ausgeben einer Analysekurve (7, 9, 11), in der die ersten und zweiten Betriebsdaten gegeneinander aufgetragen sind, wobei die Analysekurve (7, 9, 11) in Analysekurvenelemente (7a,..., 7x; 9a,..., 9x; 11a,..., 11x) unterteilt ist und wobei jedem Analysekurvenelement (7a,..., 7x; 9a,..., 9x; 11a,..., 11x) ein zugehöriger Schwingungsindikator (8a,..., 8x; 10a,..., 10g) der Schwingungsindikatordaten überlagert ist.

Description

ANZEIGEEINRICHTUNG, VERFAHREN UND STEUERUNG ZUR
ANALYSE EINES SCHWINGUNGSVERHALTENS EINES FEUERUNGSSYSTEMS
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigeeinrichtung zur Analyse eines Schwingungsverhaltens eines Feuerungssystems, ein Verfahren zum Steuern eines Feuerungssystems unter Verwendung der Anzeigeeinrichtung und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Feuerungssystems.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Selbsterregte Verbrennungsschwingungen treten in Feuerungssystemen (wie z.B. Gasthermen, Prozessgaserhitzern, Gasturbinen, Raketenantrieben) durch eine Rückkopplung von thermischer Wärmefreisetzung auf die Zufuhr von Brennstoff und/oder Luftzuführung auf. Hierbei stellt meist die Akustik den relevanten Rückkopplungspfad dar. In selteneren Fällen kann aber auch die mechanische Struktur des Feuerungssystems als Rückkopplungspfad dienen.
Treten diese Schwingungen auf, kommt es zu unerwünscht hohen Schalldruckamplituden im Feuerungssystem, die abhängig von der Frequenz wiederum zu einer starken Anregung der mechanischen Struktur des Feuerungssystems führen können. Hierbei können die Amplituden ein derart hohes Maß erreichen, dass das jeweilige Feuerungssystem abhängig von dessen mechanischer Belastbarkeit oft schon nach kurzer Zeit, dabei spricht man von Sekunden bis Stunden, zerstört werden kann.
Es ist bekannt, diese Schwingungen dadurch zu vermeiden, dass man das Feuerungssystem in einem Betriebsmodus betrieben hat, der aus aktueller Sicht oftmals unerlaubt hohe Emissionswerte aufweist. Der Betriebsmodus ist z.B. ein Diffusionsbetrieb, der zu extrem hohen NOx-Werten führt. Nach den derzeitigen Emissionsvorschriften sind solche hohen NOx-Werte nicht mehr erlaubt.
Dementsprechend ist es als alternativer Weg, um selbsterregte Verbrennungsschwingungen zu vermeiden und gleichzeitig geringe Emissionswerte zu erreichen, bekannt, eine moderne Vormischverbrennung zu verwenden, wobei diese z.B. so gestaltet sein kann, dass im relevanten Betriebspunkt oder auf der relevanten Betriebslinie (Leistung und Luftzahl) die Schwingungen vermieden werden.
Eine andere Möglichkeit, Schwingungen zu vermeiden, stellt die Aufsplitterung der Brennstoffzufuhr zum Feuerungssystem dar. Diese erfolgt dann so, dass je nach gewünschtem Betriebspunkt der Splitt so eingestellt wird, dass die Schwingungen vermieden werden.
Da weitere Parameter z.B. die Umgebungsbedingungen des Feuerungssystems, wie die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft, der Luftdruck, die Gaszusammensetzung, die Alterung des jeweiligen Feuerungssystems, etc. das Auftreten der Schwingungen beeinflussen, ist es oft nicht möglich, das Feuerungssystem so auszuliefern, dass das Auftreten von Verbrennungsschwingungen zuverlässig vermieden werden kann. Vielmehr ist es oft erforderlich, das jeweilige Feuerungssystem vor Ort, also am endgültigen Einsatzort, so einzustellen, dass die Schwingungen bei den dort vorliegenden Umgebungsb.edingungen vermieden werden. Diesen Vorgang nennt man auch Tuning des Verbrennungssystems.
Beim Tuning ist es bekanntermaßen notwendig, dass bei realem Betrieb des Verbrennungssystems die Verbrennungsschwingungen durch geeignete Sensoren (z.B. Piezodruckaufnehmer) gemessen und mittels eines Schwingungsmessgeräts bzw. Monitoringsystems aufgezeichnet werden. Anhand dieser Daten werden die relevanten Stellgrößen des Verbrennungssystems so getrimmt, dass die Schwingungen vermieden oder unterhalb eines tolerierbaren Maßes gebracht werden. Die Auswertung der Daten erfolgt dabei in Spektral- bzw. Frequenz- und Linienplots, wobei in den Spektralplots - das können Einzelspektren aber auch Spektrogramme sein -, die Schwingungsgrößen und in den Linienplots die relevanten Betriebsgrößen dargestellt werden. Hierbei müssen diverse Größen vom jeweiligen Personal abgelesen und in geeigneter Weise interpretiert werden, um darauf beruhend durch eine geeignete Verstellung z.B. des Brennstoffsplits oder ähnlichem, die Verbrennungsschwingungen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird zusätzlich erschwert, da dem Personal oft nur wenig Zeit bleibt, diese Verstellung durchzuführen. Einerseits sollte der Einstellvorgang aus wirtschaftlichen Aspekten so kurz wie möglich gehalten werden. Andererseits gilt es auch mögliche Beschädigungen zu verhindern, indem rechtzeitig sehr schnell auftretende Verbrennungsschwingungen abgefangen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Anzeigeeinrichtung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, um insbesondere das Tuning von Feuerungssystemen zu erleichtern.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Anzeigeeinrichtung zur Analyse eines Schwingungsverhaltens eines Feuerungssystems bereit, wobei die Anzeigeeinrichtung umfasst: ein Betriebsdatenempfangsmittel zum Empfangen von ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems, wobei die ersten und zweiten Betriebsdaten unterschiedliche Betriebsparameter des Feuerungssystems charakterisieren, die einen Schwingungszustand des Feuerungssystems beeinflussen, ein Schwingungsdatenempfangsmittel zum Empfangen von Schwingungsdaten des Feuerungssystems, die mit den ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems verknüpft sind und den Schwingungszustand des Feuerungssystems charakterisieren, ein Schwingungsdatenabbildungsmittel, das die empfangenen Schwingungsdaten auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz abbildet und zu den Schwingungsdaten entsprechende Schwingungsindikatordaten ausgibt, wobei der Schwingungsindikatorsatz mehrere Schwingungsindikatoren umfasst, die unterschiedliche Schwingungszustände des Feuerungssystems charakterisieren, und ein Ausgabemittel zum Ausgeben einer Analysekurve, in der die ersten und zweiten Betriebsdaten gegeneinander aufgetragen sind, wobei die Analysekurve in Analysekurvenelemente unterteilt ist und wobei jedem Analysekurvenelement ein zugehöriger Schwingungsindikator der Schwingungsindikatordaten überlagert ist.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Feuerungssystems unter Verwendung einer Anzeigeeinrichtung nach dem ersten Aspekt bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Hochfahren des Feuerungssystems entlang einer ersten Fahrlinie, während des Hochfahrens, Erfassen der ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems und der zugehörigen Schwingungsdaten des Feuerungssystems und Zuführen der ersten und zweiten Betriebsdaten und der Schwingungsdaten zur Anzeigeeinrichtung, und Verwenden der Anzeigeeinrichtung zum Analysieren des momentanen Schwingungsverhaltens des Feuerungssystems anhand der ausgegebenen Analysekurve.
Nach einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Feuerungssystems bereit, die eine Anzeigeeinrichtung nach dem ersten Aspekt umfasst und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach dem zweiten Aspekt auszuführen.
Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigeeinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 eine erste Darstellung der Ausgabe der Anzeigeeinrichtung von Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 eine weitere Darstellung der Ausgabe der Anzeigeeinrichtung von Fig. 1 mit einer anderen Analysekurve bzw. Fahrlinie darstellt;
Fig. 4 eine weitere Darstellung der Ausgabe der Anzeigeeinrichtung von Fig. 1 mit einer Optimierung der Fahrlinie darstellt;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Analysekurve mit Symbolen zeigt, und
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Analysekurve mit Pfeilen zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigeeinrichtung 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen und deren Vorteile.
Wie eingangs erwähnt, treten in Feuerungssystemen, wie z.B. Gasthermen, Prozessgaserhitzern, Gasturbinen, Raketenantrieben oder dergleichen, durch eine Rückkopplung von thermischer Wärmefreisetzung auf die Zufuhr von Brennstoff und/oder Luftzuführung selbsterregte Verbrennungsschwingungen, auch nur Schwingungen im Folgenden genannt, auf. Die Akustik stellt dabei den relevanten Rückkopplungspfad dar. In anderen Fällen kann aber auch die mechanische Struktur des Feuerungssystems selbst als Rückkopplungspfad dienen.
Wie ebenfalls bereits erwähnt, sind solche Schwingungen unerwünscht, da diese zu hohen Schalldruckamplituden im Feuerungssystem führen können, die wiederum in Abhängigkeit von der Frequenz zu einer starken Anregung der mechanischen Struktur des Feuerungssystems führen können. Hierbei können die Amplituden ein derart hohes Maß erreichen, dass das jeweilige Feuerungssystem abhängig von dessen mechanischer Belastbarkeit oft schon nach kurzer Zeit, d.h. in einem Zeitraum von Sekunden bis Stunden, beschädigt oder zerstört werden kann.
Da, wie eingangs erläutert, weitere Parameter z.B. die Umgebungsbedingungen des Feuerungssystems, wie die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft, der Luftdruck, die Gaszusammensetzung, die Alterung des jeweiligen Feuerungssystems, etc. das Auftreten der Schwingungen bei manchen Ausführungsbeispielen beeinflussen, ist es bei manchen Ausführungsbeispielen nicht möglich, das Feuerungssystem so auszuliefern, dass das Auftreten von Verbrennungsschwingungen am Aufstellungsort zuverlässig vermieden werden kann. Vielmehr ist es oft erforderlich, das jeweilige Feuerungssystem am Aufstellungsort, also am endgültigen Einsatzort so einzustellen, d.h. zu tunen, dass die Schwingungen bei den dort vorliegenden Umgebungsbedingungen vermieden werden.
Beim Tuning werden bei manchen Ausführungsbeispielen bei realem Betrieb des Feuerungssystems die (Verbrennungs-)Schwingungen durch geeignete Sensoren (z.B. Piezodruckaufnehmer oder anderen bekannten Druck-/Schwingungssensoren) gemessen und mittels eines Schwingungsmessgeräts bzw. Monitoringsystems oder eines anderen Aufzeichnungsmittels aufgezeichnet. Anhand dieser Daten werden die relevanten Stellgrößen des Verbrennungssystems so getrimmt, d.h. getunt, dass die Schwingungen vermieden oder unterhalb eines tolerierbaren Maßes, das durch einen entsprechenden Schwellwert spezifiziert ist, gebracht werden.
Alternativ kann zur Messung des direkten (Verbrennungs-)Schwingungssignals die Schwingung auch indirekt gemessen werden, indem eine Größe gemessen wird, auf die sich die (Verbrennungs-)Schwingungen auswirken. Eine solche Größe ist z.B. die Vibration eines durch die (Verbrennungs-)Schwingung angeregten Bauteils, wie z.B. eine Brennkammerwand. Eine solche Vibration kann man z.B. durch einen Beschleunigungsaufnehmer messen.
Zwar ist in der vorliegenden Beschreibung die Erfindung in erster Linie anhand von Verbrennungsschwingungen erläutert, allerdings kann die vorliegende Erfindung allgemein auch bei anderen Schwingungen angewandt werden und die vorherigen und auch folgenden Erläuterungen sind analog auf andere Schwingungen und im Allgemeinen auf Plots für Wellenschwingungen anwendbar.
Die Auswertung der Daten erfolgt dabei bei manchen Ausführungsbeispielen bspw. in Spektral- bzw. Frequenz- und/oder Linienplots, wobei in den Spektralplots - das können Einzelspektren aber auch Spektrogramme sein -, die Schwingungsgrößen und in den Linienplots die relevanten Betriebsgrößen dargestellt werden.
Hierbei müssen diverse Größen vom jeweiligen Personal abgelesen und in geeigneter Weise interpretiert werden, um darauf beruhend durch eine geeignete Verstellung z.B. des Brennstoffsplits oder ähnlichem die Verbrennungsschwingungen des Feuerungssystems zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Dies ist bei manchen Ausführungsbeispielen zusätzlich erschwert, da dem entsprechenden Personal oft nur wenig Zeit bleibt, diese Verstellung durchzuführen.
Der Einstellvorgang sollte einerseits aus wirtschaftlichen Aspekten so kurz wie möglich gehalten werden. Andererseits gilt es auch mögliche Beschädigungen zu verhindern, indem rechtzeitig sehr schnell auftretende Verbrennungsschwingungen abgefangen werden.
Durch eine gleichzeitige Analyse von Betriebsdaten, die Betriebsparameter des Feuerungssystems repräsentieren, die typischerweise Schwingungen (d.h. Verbrennungsschwingungen) hervorrufen bzw. indikativ dafür sind, und Schwingungsdaten, die den Schwingungszustand des Feuerungssystems repräsentieren, können der (momentane) technische Betriebszustand und Schwingungszustand des Feuerungssystems gleichzeitig ermittelt und analysiert und auch entsprechend gleichzeitig für die Analyse dem Personal dargestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen geschieht dies auch„online, d.h. (nahezu) in Echtzeit, sodass bspw. das Personal, das das Feuerungssystem einrichtet oder steuert, in Echtzeit gleichzeitig den Betriebszustand und den Schwingungszustand des Feuerungssystems erfassen kann. Durch diese erfindungsgemäße Darstellung der Daten, die bei manchen Ausführungsbeispielen wie erwähnt auch in Echtzeit erfolgen kann, wird dem Personal, welches das Verbrennungssystem bzw. Feuerungssystem einstellt, eine schnelle und effiziente Darstellung geboten, um Verbrennungsschwingungen, die bspw. durch den Eingriff des Personals, d.h. Veränderung der Betriebsparameter, zu vermeiden. Hierdurch können unzulässig hohe Amplituden und die damit einhergehenden Beschädigungen des Verbrennungssystems schnell bzw. oft ganz vermieden werden oder verringert werden. Bei der Darstellung werden bspw. die Schwingungsgrößen über den relevanten Betriebsdaten bzw. dem Kennfeld des Feuerungssystems dargestellt. Das kann z.B. die Schwingungsamplitude über der thermischen Leistung und der Luftzahl sein.
Dementsprechend betreffen manche Ausführungsbeispiele eine Anzeigeeinrichtung zur Analyse eines Schwingungsverhaltens bzw. Verbrennungsschwingungsverhaltens eines Feuerungssystems.
Die Anzeigeeinrichtung umfasst dabei ein Betriebsdatenempfangsmittel zum Empfangen von ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems, wobei die ersten und zweiten Betriebsdaten unterschiedliche Betriebsparameter des Feuerungssystems charakterisieren, die einen Schwingungszustand des Feuerungssystems (maßgeblich) beeinflussen können.
Das Betriebsdatenempfangsmittel kann einen Mikroprozessor umfassen und eine Datenschnittstelle, um bspw. mit einem Netzwerk, dem Internet oder sonstigem Informationsaustauschnetz zu kommunizieren. Das Betriebsdatenempfangsmittel kann auch direkt mit entsprechenden Sensoren verbunden sein, die die ersten und/oder zweiten Betriebsdaten erfassen und an das Betriebsdatenempfangsmittel übertragen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Betriebsdatenempfangsmittel auch mit einem Überwachungssystem des Feuerungssystems verbunden und empfängt von diesem die ersten und/oder zweiten Betriebsdaten. Das Betriebsdatenempfangsmittel kann die ersten und zweiten Betriebsdaten auch empfangen, indem es bspw. eine entsprechende Datendatei und/oder Datenbank ausliest. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Übertragungsart, eine bestimmte Herkunft, einen bestimmten Übertragungsweg oder eine bestimmte Signal- oder Dateneigenschaft der ersten bzw. zweiten Betriebsdaten eingeschränkt. Die ersten und/oder zweiten Betriebsdaten sind bspw. charakteristisch für eine Luftzahl, eine Abgastemperatur, eine Leistung, insbesondere thermische oder elektrische Leistung und/oder einen Massenstrom von Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr des Feuerungssystems oder charakteristisch für davon abgeleitete Größen oder indirekte Größen, wie bspw. der Hub eines Brennstoffventils, der indirekt charakteristisch für die zugeführte Brennstoffmenge ist. Auch andere Kombinationen, bspw. von abgeleiteten Größen, z.B. die durch die thermische Leistung erzeugte elektrische Leistung bei stationären Gasturbinen über der Abgastemperatur aufgetragen, werden bei manchen Ausführungsbeispielen verwendet.
Bei manchen Ausführungsbeispielen repräsentieren die ersten und zweiten Betriebsdaten eine Betriebslinie. Da bei manchen Ausführungsbeispielen das Feuerungssystem nur auf einer Betriebslinie und nicht in einem weiten Betriebs- bzw. Kennfeld, betrieben wird, stellt die Betriebslinie bei manchen Ausführungsbeispielen auch gleichzeitig die Fahrlinie des Feuerungssystems dar.
Die Anzeigeeinrichtung umfasst weiter ein Schwingungsdatenempfangsmittei zum Empfangen von Schwingungsdaten des Feuerungssystems, die mit den ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems verknüpft sind und den Schwingungszustand des Feuerungssystems charakterisieren.
Das Schwingungsdatenempfangsmittei kann einen Mikroprozessor umfassen und eine Datenschnittstelle, um bspw. mit einem Netzwerk, dem Internet oder einem sonstigen Informationsaustauschnetz zu kommunizieren. Das Schwingungsdatenempfangsmittei kann auch direkt mit entsprechenden Sensoren verbunden sein, die die Schwingungsdaten erfassen und an das Schwingungsdatenempfangsmittei übertragen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Schwingungsdatenempfangsmittei auch mit einem Überwachungssystem des Feuerungssystems verbunden und empfängt von diesem die Schwingungsdaten. Bei manchen Ausführungsbeispielen empfängt das Schwingungsdatenempfangsmittei die Schwingungsdaten, indem es eine entsprechende Datendatei und/oder Datenbank ausliest. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Übertragungsart, eine bestimmte Herkunft, einen bestimmten Übertragungsweg oder eine bestimmte Signaloder Dateneigenschaft der Schwingungsdaten eingeschränkt.
Bei manchen Ausführungsformen charakterisieren die Schwingungsdaten eine Amplitude und/oder Frequenz des Schwingungszustands des Feuerungssystems oder davon abgeleitete Größen. Wie oben erläutert, entstehen während des Betriebs des Feuerungssystems Schwingungen, die unerwünscht sind. Der Schwingungszustand des Feuerungssystems stellt bei manchen Ausführungsbeispielen das Schwingungsverhalten des Feuerungssystems zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. in einem bestimmten Zeitintervall dar und wird bspw. durch eine geeignete Messvorrichtung an dem Feuerungssystem ermittelt, welche die Schwingungsdaten ausgibt.
Die Anzeigeeinrichtung umfasst weiter ein Schwingungsdatenabbildungsmittel, das die empfangenen Schwingungsdaten auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz abbildet und zu den Schwingungsdaten entsprechende Schwingungsindikatordaten ausgibt. Der Schwingungsindikatorsatz umfasst mehrere Schwingungsindikatoren, die unterschiedliche Schwingungszustände des Feuerungssystems charakterisieren.
Das Schwingungsdatenabbildungsmittel umfasst bei manchen Ausführungsbeispielen einen Mikroprozessor und einen Permanentspeicher (z.B. ROM-Speicher, Festplattenspeicher oder dergleichen), in dem der Schwingungsindikatorsatz gespeichert ist. Das Schwingungsdatenabbildungsmittel ist dazu eingerichtet, die empfangenen Schwingungsdaten entsprechend zu verarbeiten und den Schwingungsindikatoren zuzuordnen. Die Zuordnung geschieht bei manchen Ausführungsbeispielen nach dem Schwingungswert, der durch die Schwingungsdaten repräsentiert wird. Niedrigen Schwingungswerten werden andere Schwindungsindikatoren zugeordnet als hohen Schwingungswerten. Die Schwingungswerte können bspw. eine Schwingungsamplitude und/oder Schwingungsfrequenz repräsentieren. Bei manchen Ausführungsformen sind folglich die Schwingungsindikatoren geeignet, verschiedene Schwingungswerte zu unterscheiden und entsprechend zu markieren.
Schwingungsindikatorsätze können sich je nach Ausführungsbeispiel durch die Anzahl sich unterscheidender Schwingungsindikatoren unterscheiden. Für die Abbildung der Schwingungsindikatoren auf die Schwingungsdaten bzw. umgekehrt, ist das Schwingungsdatenabbildungsmittel eingerichtet, bspw. einen entsprechenden Schwingungswertebereich in einzelne Unterbereiche gleichmäßig oder ungleichmäßig aufzuteilen, und den einzelnen Unterbereichen vordefinierte Schwingungsindikatoren zuzuordnen. Der Schwingungswertebereich wird in soviele Unterbereiche aufgeteilt, wie Schwingungsindikatoren im Schwingungsindikatorsatz vorhanden sind. Dementsprechend werden alle Schwingungswerte, die in einem bestimmten Unterbereich liegen, einem zugehörigen Schwingungsindikator zugeordnet. Dadurch ist eine vollständige Abbildung der Schwingungsdaten, die entsprechende Schwingungswerte definieren, auf die Schwingungsindikatoren in einem Schwingungsindikatorsatz gewährleistet.
Die Anzeigeeinrichtung umfasst weiter ein Ausgabemittel zum Ausgeben einer Analysekurve, in der die ersten und zweiten Betriebsdaten gegeneinander aufgetragen sind, wobei die Analysekurve in Analysekurvenelemente unterteilt ist und wobei jedem Analysekurvenelement ein zugehöriger Schwingungsindikator der Schwingungsindikatordaten überlagert ist.
Die Analysekurve stellt, wie oben bereits erläutert, bei manchen Ausführungsbeispielen die Betriebslinie dar, auf der das Feuerungssystem betrieben wird. Bei manchen Ausführungsbeispielen stellt die Analysekurve die Fahrlinie dar, auf der das Feuerungssystem gefahren wird.
Dadurch, dass der Auftragung der ersten und zweiten Betriebsdaten die Schwingungsindikatoren überlagert sind, stellt die Analysekurve nicht nur den Betriebszustand dar, sondern durch die Schwingungsindikatoren auch gleichzeitig den Schwingungszustand.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Anzeigeeinrichtung dazu ausgelegt, die Analysekurve nahezu in Echtzeit auszugeben, sodass die Analysekurve nahezu in Echtzeit, das heißt bis auf die durch die Datenübertragung und Verarbeitung verursachte Verzögerung, den aktuellen Betriebs- und Schwingungszustand des Feuerungssystems repräsentiert.
Dadurch ist es bei manchen Ausführungsbeispielen möglich, dass im laufenden Betrieb des Feuerungssystems der Schwingungszustand des Feuerungssystems analysiert werden kann, bspw. durch entsprechendes Personal, das für die Steuerung oder Einrichtung des Feuerungssystems verantwortlich ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen beruht die Verknüpfung zwischen den Schwingungsdaten und den ersten und zweiten Betriebsdaten auf einer zeitlichen Korrelation. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden folglich die ersten und zweiten Betriebsdaten und die Schwingungsdaten zum selben Zeitpunkt oder innerhalb eines identischen Zeitraumes bestimmt, sodass der Betriebszustand und der Schwingungszustand des Feuerungssystems in einer zeitlichen Beziehung zueinander stehen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die Schwingungsindikatoren eines bestimmten Schwingungsindikatorsatzes durch die Farbe und/oder Form und/oder Größe oder ein anderes Kriterium, wie bspw. ein Füllmuster. Bei manchen Ausführungsbeispielen kommt es folglich darauf an, dass sich die Schwingungsindikatoren visuell voneinander unterscheiden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Schwingungsindikatorsatz bspw. eine Farbpallette, die durch den bekannten RGB oder CMYK Farbraum definiert ist. Der Begriff Farbpallette ist hier so zu verstehen, dass auch eine Graustufenpallette umfasst ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist jeweils ein Analysenkurvenelement durch einen Punkt charakterisiert. Der Punkt ist dabei nicht notwendigerweise rund, sondern kann jede beliebige Form und Größenausdehnung haben. Punkt ist hier folglich in einem funktionellen Sinne zu verstehen und als Unterscheidungskriterium zu einer durchgezogenen Linie.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist es durch die Darstellung der Analysekurve durch Punkte möglich, die Analysekurve selbst bspw. durch die Schwingungsindikatoren darzustellen. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind auch Mischformen realisiert. So ist bei manchen Ausführungsformen bspw. die Analysekurve durch Punkte dargestellt, die entsprechend eingefärbt sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist bspw. auch nur ein Mittelbereich eines Punktes eingefärbt. Bei manchen Ausführungsbeispielen haben die Analysenkurvenelemente eine bestimmte Form, wie bspw. ein kreisrunde, elliptische, rechteckige oder sonstige Form. Auch Pfeilformen als Analysekurvenelemente sind bei manchen Ausführungsbeispielen verwirklicht, wobei die Richtung der Pfeilspitzen der pfeilförmigen Analysekurvenelemente die Fahrtrichtung des Feuerungssystems angeben kann. Auch beliebige Mischformen sind verwirklicht. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Analysenkurvenelemente derart ausgestaltet, dass sie einen dritten Betriebsparameter charakterisieren, der wie die ersten und zweiten Betriebsdaten von einem Betriebsdatenempfangsmittel stammt und/oder aus einer Datei und/oder Datenbank ausgelesen wird. Die Analysenkurvenelemente können zum Beispiel pfeilförmig ausgestaltet sein und den dritten Betriebsparameter, wie z.B. die Fahrtrichtung, über deren Richtung und/oder Form und/oder Größe angeben. Ein Pfeil nach oben kann zum Beispiel angeben, dass ein dritter Betriebsparameter aktiviert ist, z.B. eine Bypassklappe ist geöffnet, und ein Pfeil nach unten kann dann entsprechend angeben, dass diese Klappe wieder geschlossen ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kommt es folglich darauf an, dass die Analysekurve so darstellbar ist, dass einerseits die Betriebslinie erkennbar ist und andererseits gleichzeitig der Schwingungszustand an einzelnen Punkten der Betriebslinie erkennbar ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Analysekurve als Linie dargestellt und diese ist selbst entsprechend dem Schwingungsindikatorsatz farblich gekennzeichnet. Hierzu kann die Linie dicker dargestellt sein, um einen guten farblichen Kontrast zu erhalten. Dadurch können zwei Analysekurven, z.B. zum Vergleich einer ersten Fahrt mit einer zweiten Fahrt, nebeneinander in einem Plot dargestellt werden, wobei diese mittels unterschiedlicher Punktsymbole unterscheidbar sind. Zum Beispiel können kreisförmige Punkte für die erste Fahrt und quadratische Punkte für die zweite Fahrt verwendet werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird ein akustisches Signal, insbesondere von der Anzeigeeinrichtung, erzeugt und ausgegeben. Das akustische Signal kann die Schwingungsdaten und/oder die Betriebsdaten repräsentieren. Das akustische Signal wird zum Beispiel ausgegeben, wenn bspw. ein aktueller Datenpunkt, d.h. ein aktuelles Analysekurvenelement, erzeugt bzw. ausgegeben wird und/oder wenn man mit einem Eingabegerät (z.B. Maus, Tastatur, Touchpad oder dergleichen) ein Anzeigeelement, wie einen Mauszeiger oder dergleichen, über einem aktuellen Datenpunkt anordnet.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird den Schwingungsdaten als akustisches Signal ein Tonsignal so zugeordnet, dass z.B. mit steigenden Schwingungsamplituden die Frequenz des Tonsignals, also die Tonhöhe ansteigt, oder die Häufigkeit eines konstanten Tonsignals, z.B. ein Pips, zunimmt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen werden in den Plots nicht zulässige Fahrbereiche z.B. durch eine Graufläche im Kennfeld hinterlegt, um dem Bedienpersonal nicht zulässige Bereich von vorne herein kenntlich zu machen. Nicht zulässige Fahrbereiche können z.B. aus anderen Gründen nicht zulässige Bereiche sein, z.B. unzulässige Luftzahlbereiche oder Bereiche mit bereits bekannten hohen Schwingungswerten.
Auch wenn die Erfindung bisher anhand einer Anzeigeeinrichtung beschrieben wurde, betreffen manche Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren, das bspw. als Computerprogramm implementiert ist. Bei einem solchen Verfahren bzw. Computerprogramm sind die oben genannten Mittel, d.h. Betriebsdatenempfangsmittel, Schwingungsdatenempfangsmittel, Schwingungsdatenabbildungsmittel und Ausgabemittel als Funktionen oder Objekte eines Computerprogramms verwirklicht.
Ferner ist bei manchen Ausführungsbeispielen das Verfahren als Computerprogrammprodukt verwirklicht.
Das Verfahren kann auch in der Nachverarbeitung, also nicht beim direkten Einstellen des Verbrennungssystems, angewendet werden und die aufgezeichneten Schwingungsdaten entsprechend dargestellt werden. Hierdurch lassen sich neue Einstellfahrten besser planen und optimieren und das Verbrennungssystem charakterisieren.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Steuern oder Einrichten eines Feuerungssystems unter Verwendung der Anzeigeeinrichtung oder des Verfahrens, wie oben beschrieben.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Hochfahrens des Feuerungssystems entlang einer ersten Fahrlinie. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Fahrlinie eine Betriebslinie des Feuerungssystems entlang derer es gefahren wird. Die Fahrlinie ist bspw. eine Linie, die sich aus dem Zusammenhang zwischen Luftzahl und zugehöriger thermischer Leistung ergibt. Wie oben aber ausgeführt, gibt es auch andere Betriebsparameter, die eine Fahrlinie bilden können.
Während des Hochfahrens werden die ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems und die zugehörigen Schwingungsdaten des Feuerungssystems erfasst, wie es auch schon oben beschrieben wurde. Die ersten und zweiten Betriebsdaten und die Schwingungsdaten werden der Anzeigeeinrichtung zugeführt, bspw. über Datenleitungen übertragen, wie oben ausgeführt.
Die oben beschriebene Anzeigeeinrichtung wird zum Analysieren des momentanen Schwingungsverhaltens des Feuerungssystems anhand der ausgegebenen Analysekurve verwendet.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird das Hochfahren des Feuerungssystems gestoppt, falls ein kritischer Schwingungszustand des Feuerungssystems im Analyseschritt ermittelt wird. Wie oben ausgeführt, können aufgrund übermäßiger Schwingungen Schäden am Feuerungssystem innerhalb kurzer Zeit auftreten, sodass durch das Stoppen solche Schäden, insbesondere auch während eines Einrichtungsvorganges des Feuerungssystems, vermieden werden können.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird, insbesondere während eines Einrichtungsvorgangs, das Feuerungssystem dann entlang einer zweiten Fahrlinie hochgefahren, die unterschiedlich zur ersten Fahrlinie ist, um den kritischen Schwingungszustand des Feuerungssystems zu vermeiden. Auch hier kann wieder anhand der Analysekurve sofort erkannt werden, ob das Feuerungssystem in einen kritischen Schwingungszustand gerät. Es kann solange eine andere Fahrlinie ausprobiert werden, bis das Feuerungssystem optimal eingerichtet ist. Die so ermittelte optimale Fahrlinie wird dann bspw. in einer Steuerung des Feuerungssystems hinterlegt.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen dementsprechend auch eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Feuerungssystems. Die Steuereinrichtung umfasst die oben beschriebene Anzeigeeinrichtung und ist dazu eingerichtet, das eben beschriebene Verfahren auszuführen.
Zurückkommend zu Fig. 1 , veranschaulicht diese ein Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Anzeigeeinrichtung 1.
Die Anzeigeeinrichtung 1 hat die oben beschriebenen Bestandteile Betriebsdatenempfangsmittel 2 zum Empfangen von ersten und zweiten Betriebsdaten eines Feuerungssystems 6, Schwingungsdatenempfangsmittel 3 zum Empfangen von Schwingungsdaten des Feuerungssystems 6, Schwingungsdatenabbildungsmittel 4, zum Abbilden empfangener Schwingungsdaten auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz 8, 10, der hier beispielhaft in einem Speicher 4a des Schwingungsdatenabbildungsmittels 4 gespeichert ist, und Ausgabemittel 5 zum Ausgeben einer Analysekurve.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird in diesem Zusammenhang vollumfänglich auf die obige Beschreibung verwiesen.
In den Fig. 2 bis 5 sind nun unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Analysekurven, Schwingungsindikatorsätze und Schwingungsindikatoren in Diagrammen veranschaulicht, die mittels der Anzeigeeinrichtung 1 wie oben beschrieben erzeugt werden können.
In Fig. 2 ist ein Diagramm veranschaulicht, in dem die thermische Leistung (y-Achse) über der Luftzahl (x-Achse) aufgetragen ist und eine Analysekurve 7 ergibt. Die thermische Leistung und die Luftzahl werden von der Anzeigeeinrichtung 1 als erste und zweite Betriebsdaten vom Betriebsdatenempfangsmittel 2 wie oben beschrieben empfangen.
Auf ähnliche Art und Weise und wie oben beschrieben empfängt das Schwingungsdatenempfangsmittel 3 Schwingungsdaten des Feuerungssystems 6. Die Schwingungsdaten werden vom Schwingungsdatenabbildungsmittel 4 auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz 8 abgebildet.
Dieser Schwingungsindikatorsatz 8 ist links im Diagramm dargestellt. Er ist hier beispielhaft als Graustufenfarbpallette ausgebildet, damit man bspw. ablesen kann, welche Farbe welchem Schwingungsamplitudenwert entspricht. Der Schwingungsindikatorsatz 8 enthält Schwingungsindikatoren 8a, 8x, die als unterschiedliche Graustufentöne ausgebildet sind und indikativ für Schwingungsamplituden sind. Je dunkler die Graustufe ist, desto kleiner ist die Schwingungsamplitude und je heller die Graustufe ist, desto größer ist die Schwingungsamplitude. Um diesen Zusammenhang zu visualisieren, ist für den Schwingungsindikatorsatz 8 eine Graustufenpalette, eine entsprechende Skala und die zugehörige Einheit „Schwingungsamplitude [Pa]" angegeben. Die Einheit und Skalierung im Diagramm sind in diesem Ausführungsbeispiel willkürlich gewählt und es können auch andere Werte angegeben werden. Die vom Ausgabemittel 5 ausgegebene Analysekurve 7, ist wie oben ausgeführt, in einzelne Analysekurvenelemente aufgeteilt, die hier als Punkte 7a, 7b, bis 7x ausgebildet sind. Das„x" beim letzten Punkt„7x" der Analysekurve 7 ist hier als Platzhalter für eine beliebige Zahl zu verstehen und symbolisiert, dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl an Punkten eingeschränkt ist.
Die farbigen, d.h. grauen Punkte 7a, 7b bis 7x kennzeichnen die Fahr- bzw. Betriebslinie des Verbrennungssystems 6. Jedem Punkt 7a, 7b, bis 7x ist ein Schwingungsindikator 8a, 8b, bis 8x zugeordnet, in dem jedem Punkt 7a, 7b, bis 7x eine bestimmte Füllfarbe gegeben ist, wie sie in der Graustufenpalette 8 angegeben sind. Die Füllfarbe der Punkte 7a, 7b bis 7x ist, wie beschrieben, indikativ für die Schwingungsamplitude des Feuerungssystems 6 an dem entsprechenden Punkt der Fahrlinie. Das„x" beim letzten Schwingungsindikator„8x" der Analysekurve 7 ist hier als Platzhalter für eine beliebige Zahl zu verstehen und symbolisiert, dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl an Schwingungsindikatoren eingeschränkt ist.
Anhand der Analysekurve 7 ist zu erkennen, dass bei hoher thermischer Leistung und Luftzahl hohe Schwingungsamplituden auftreten, z.B. Punkt 7x mit hellem Graustufen- Schwingungsindikator 8x, der einer hohen Schwingungsamplitude entspricht. Es ist darüber hinaus zu erkennen, dass die Schwingungsamplitude mit ansteigender Leistung ebenfalls ansteigt. Somit können z.B. bereits bei noch mechanisch unkritischen Werten durch Veränderung der Fahrlinie zu hohe Schwingungsamplituden vermieden werden.
Fig. 3 zeigt ein solches Diagramm, das analog zum Diagramm der Fig. 2 erstellt ist. Hier lässt sich der Analysekurve 7' mit den Punkten 7'a, 7'b, 7'x entnehmen, dass die Fahrlinie im Vergleich zur Fig. 2 steiler verläuft, d.h. bei im Vergleich niedrigerer Luftzahl eine höhere thermische Leistung erzielt wird. Dass das Schwingungsverhalten des Feuerungssystems 6 bei dieser Fahrlinie besser ist, lässt sich anhand der Schwingungsindikatoren 8'a bis 8'x entnehmen, da bspw. im Vergleich zur Fig. 2 nur mittlere Graustufen in der Analysekurve sichtbar sind, und keine hellen.
Führen beim Betrieb des Verbrennungssystems die auftretenden Schwingungsamplituden sehr schnell zu einer mechanischen Zerstörung des Verbrennungssystems 6, dann sollten, wie erwähnt, diese Werte für die Schwingungsamplituden nur kurz bis überhaupt nicht erreicht werden. Deshalb ist es bei manchen Ausführungsbeispielen wichtig, dass beim Einstellen des Verbrennungssystems 6 eine Darstellung entsprechend der Fig. 2 online, also in Echtzeit, zur Verfügung steht. So kann bereits während des Betriebs oder Einrichtungsvorgangs des Verbrennungssystems 6 eine Beurteilung erfolgen und eine alternative Fahrlinie eingenommen bzw. eingestellt werden.
Hierzu geht man dann wie folgt und wie in Fig. 4 veranschaulicht vor (Fig. 4 ist ein Diagramm das analog zu denen der Fig. 2 und 3 erzeugt wird):
Man fährt das Verbrennungssystems 6 entlang einer ersten Fahrlinie„Test 1 " bis zum Erreichen einer kritischen Schwingungsamplitude hoch, die man der zugehörigen Analysekurve 7" entnehmen kann. Anschließend senkt man die Leistung oder/und die Luftzahl des Verbrennungssystems 6 ab und erhöht bei einer alternativen Fahrlinie „Test 2" die Leistung oder/und die Luftzahl wieder und analysiert den Schwingungszustand des Feuerungssystems anhand der Analysekurve 7"'. Dieser Vorgang wird dann so lange wiederholt, bis eine alternative und optimale Fahrlinie mit zulässigen Schwingungsamplituden gefunden wurde.
In Fig. 5 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem ein Schwingungsindikatorsatz 10 unterschiedliche Schwingungsindikatoren enthält, die als unterschiedliche Symbole 10a bis 10g ausgestaltet sind. Die Schwingungsindikatoren 10a bis 10g sind indikativ für unterschiedliche Schwingungsamplituden, wie in der Skala neben dem Schwingungsindikatorsatz 10 angegeben ist und wie es schon im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 beschrieben wurde. In dem Diagramm der Fig. 5 ist ebenfalls die thermische Leistung gegen die Luftzahl aufgetragen und es ist eine Analysekurve 9 gezeigt, die in Analysenkurvenelemente, d.h. Punkte 9a bis 9x unterteilt ist.
Jedem Punkt 9a bis 9x ist nun einer der Schwingungsindikatoren 10a bis 10g des Schwingungsindikatorsatzes 10 zugeordnet. Wie man der Fig. 5 entnehmen kann, sind auch mehreren Punkten, bspw. den Punkten 9a und 9b der gleiche Schwingungsindikator 10a zugeordnet. Dies bedeutet, dass sich die Schwingungsamplitude von Punkt 9a bis 9b nicht so stark geändert hat, dass der nächst „höhere" Schwingungsindikator 10b zugeordnet werden musste.
Auf diese Art und Weise kann wie oben ausgeführt das Schwingungsverhalten der Analysekurve 9 entnommen und analysiert werden und die Analysekurve 9 zeigt bspw., dass beim letzten Punkt 9x der höchste Schwingungsamplitudenwert vorhanden ist, da dieser mit dem Schwingungsindikator 10g gekennzeichnet ist, der indikativ für den höchsten Schwingungswert ist.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 pfeilförmige Elemente 11a, 11 b, .... 1 1 x als Analysekurvenelemente einer Analysekurve 1 verwendet werden.
Der Schwingungsindikatorsatz 8 entspricht dabei demjenigen, wie er bereits im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 beschrieben wurde und ist als Graustufenfarbpallette ausgebildet, damit man bspw. ablesen kann, welche Graustufe welchem Schwingungsamplitudenwert entspricht. Der Schwingungsindikatorsatz 8 enthält Schwingungsindikatoren 8"a, 8"x, die als unterschiedliche Graustufentöne ausgebildet sind und indikativ für Schwingungsamplituden sind. Je dunkler die Graustufe ist, desto kleiner ist die Schwingungsamplitude und je heller die Graustufe ist, desto größer ist die Schwingungsamplitude. Um diesen Zusammenhang zu visualisieren, sind an der Graustufenpalette des Schwingungsindikatorsatzes 8 eine entsprechende Skala und die zugehörige Einheit „Schwingungsamplitude [Pa]" angegeben. Die Einheit und Skalierung im Diagramm sind in diesem Ausführungsbeispiel willkürlich gewählt und es können auch andere Werte angegeben werden.
Die grauen Pfeile 11a, 11 b bis 11 x kennzeichnen die Fahr- bzw. Betriebslinie des Verbrennungssystems 6. Jedem Pfeil 11 a, 11 b, bis 11x ist ein Schwingungsindikator 8"a, 8"b, bis 8"x zugeordnet, indem jedem Pfeil 1 a, 11b, bis 1 x eine bestimmte Füllfarbe gegeben ist, wie sie in der Graustufenpalette des Schwingungsindikatorsatzes 8 angegeben sind und wie es weiter oben beschrieben wurde. Die Füllfarbe der Pfeile 11 a, 11b bis x ist, wie beschrieben, indikativ für die Schwingungsamplitude des Feuerungssystems 6 an dem entsprechenden„Pfeil-Punkt" der Fahrlinie. Die Pfeile 11 a, 11 b, bis 11 x sind in der Analysekurve 1 so ausgerichtet, dass die jeweilige Pfeilspitze eines Pfeils 1 1 a, 11 b, bis 11 x in die Fahrtrichtung zeigt, sodass die Analysekurve 11 auch die Fahrtrichtung des Feuerungssystems mit angibt. Dies kann insbesondere beim oben beschriebenen Tuning des Feuerungssystems hilfreich sein, da die Fahrtrichtung mit einem Blick auf die Analysekurve 1 1 entnehmbar ist. Wie sich aus einem Vergleich der Schwingungsindikatorsätze 8 (Fig. 2 bis 4) und 10 (Fig. 5) ergibt, ist die Aufteilung der Schwingungswerte anhand der Anzahl verfügbarer Schwingungsindikatoren bei manchen Ausführungsbeispielen veränderbar. Dementsprechend ist bei manchen Ausführungsbeispielen die Anzeigeeinrichtung so ausgestaltet, dass bspw. die Zahl der Schwingungsindikatoren und/oder der Schwingungswertebereich vorgegeben ist/sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind auch mehrere Schwingungsindikatorsätze vordefiniert und in einem Permanentspeicher abgelegt und können von einem Benutzer nach Bedarf ausgewählt werden.
Alternativ zu den in Fig. 2 bis 6 gezeigten Schwingungsamplituden in einem Kennfeld, kann man z.B. auch den aus den Zeitwerten der Schwingung ermittelten RMS-Wert (Root Mean Square) und/oder P2P-Wert (Peak-to-Peak) oder die Amplitude die z.B. aus einer Spektralanalyse, Frequenzanalyse, Bandpassfilterung und/oder FFT-Analyse kommt, auftragen. Dabei kann nicht nur z.B. der größte Amplitudenwert eines Spektrums sondern auch der Wert aus einer sogenannten Bandanalyse aufgetragen werden. Bei der Bandanalyse wird in einem Spektrum die größte Amplitude in einem gewissen Frequenzband ermittelt. Auch bereits verrechnete Amplitudenwerte, z.B. das Quadrat eines Amplitudenwertes, können bei manchen Ausführungsbeispielen durch Schwingungsindikatoren(sätze) dargestellt werden. Mit anderen Worten: bei manchen Ausführungsbeispielen kann man jeden beliebigen Wert der die Schwingung in einem ausreichenden Maß charakterisiert auftragen, d.h. durch Schwingungsindikatoren darstellen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird auch die Schwingungsfrequenz statt der Amplitude aufgetragen, z.B. in einem zweiten Diagramm und die Anzeigeeinrichtung 1 ist entsprechend dafür eingerichtet.
Je nach Verbrennungssystem bzw. Feuerungssystem kann bei manchen Ausführungsbeispielen statt der Luftzahl oder der thermischen Leistung eine andere Größe aufgetragen werden, wie oben schon angedeutet wurde. Dies kann der Massenstrom einer besonderen Luft- oder Gaszufuhr sein oder eine Kraftstoffsplitgröße, wie zum Beispiel das Verhältnis von Vormischgas zu Pilotgas bei einem Feuerungssystem, das Gas als Brennstoff bzw. Kraftstoff verwendet. Auch kann eine indirekte Größe aufgetragen werden, wie z.B. die elektrische Leistung, wenn durch das Verbrennungssystem in einem thermischen Kreisprozess Wellenleistung erzeugt wird, die wiederum zum Antrieb eines Generators dient. Alternativ zum Kraftstoffmassenstrom kann auch der Hub eines Brennstoffventils aufgetragen werden. Alternativ zur Luftzahl kann auch der lonisationsstrom einer lonisationssonde oder die Feuerraum- oder auch die Abgastemperatur aufgetragen werden. Es kann auch eine zur Feuerraumtemperatur proportionale Temperatur und/oder zu einem Massenstrom von Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr proportionale Größe, und/oder das Verhältnis von Luft- zu Kraftstoff zufuhr in einem Massenstrom des Feuerungssystems oder eine dazu proportionale Größe dargestellt werden.
Die vorliegende Erfindung soll nicht auf ein bestimmtes Feuerungssystem bzw. Verbrennungssystem beschränkt sein. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung auf jede Art von Feuerungssystem bzw. Verbrennungssystem angewendet werden, bei der unerwünschte Schwingungen im Verbrennungsbetrieb auftreten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Anzeigeeinrichtung zur Analyse eines Schwingungsverhaltens eines Feuerungssystems, wobei die Anzeigeeinrichtung umfasst:
- ein Betriebsdatenempfangsmittel (2) zum Empfangen von ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems, wobei die ersten und zweiten Betriebsdaten unterschiedliche Betriebsparameter des Feuerungssystems charakterisieren, die einen Schwingungszustand des Feuerungssystems beeinflussen, ein Schwingungsdatenempfangsmittel (3) zum Empfangen von Schwingungsdaten des Feuerungssystems, die mit den ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems verknüpft sind und den Schwingungszustand des Feuerungssystems charakterisieren, ein Schwingungsdatenabbildungsmittel (4), das die empfangenen Schwingungsdaten auf einen vorgegebenen Schwingungsindikatorsatz (8, 10) abbildet und den Schwingungsdaten entsprechende Schwingungsindikatordaten ausgibt, wobei der Schwingungsindikatorsatz (8, 10) mehrere
Schwingungsindikatoren (8a 8x; 10a, 10g) umfasst, die unterschiedliche
Schwingungszustände des Feuerungssystems charakterisieren, und
- ein Ausgabemittel (5) zum Ausgeben einer Analysekurve (7, 9, 11), in der die ersten und zweiten Betriebsdaten gegeneinander aufgetragen sind, wobei die Analysekurve (7, 9, 11) in Analysekurvenelemente (7a 7x; 9a 9x; 1 a,
11 x) unterteilt ist und wobei jedem Analysekurvenelement (7a, 7x; 9a, 9x;
11 a, 11x) ein zugehöriger Schwingungsindikator (8a 8x; 10a, 10g) der
Schwingungsindikatordaten überlagert ist.
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 , bei welcher die ersten und/oder zweiten Betriebsdaten eine Luftzahl, eine Abgastemperatur, eine Feuerraumtemperatur, eine zur Feuerraumtemperatur proportionalen Temperatur, eine Leistung, insbesondere thermische oder elektrische Leistung, und/oder einen Massenstrom von Luft- und/oder Kraftstoff zufuhr oder dazu proportionale Größe, und/oder das Verhältnis von Luft- zu Kraftstoffzufuhr in einem Massenstrom des Feuerungssystems charakterisieren.
3. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schwingungsdaten eine Amplitude und/oder Frequenz des Schwingungszustands des Feuerungssystems charakterisieren.
4. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Verknüpfung zwischen den Schwingungsdaten und den ersten und zweiten Betriebsdaten auf einer zeitlichen Korrelation beruht.
5. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher sich die Schwingungsindikatoren (8a, 8x; 10a, 10g) des Schwingungsindikatorsatzes (8, 10) durch die Farbe und/oder Form und/oder Größe unterscheiden.
6. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher jeweils ein Analysenkurvenelement (7a, 7x; 9a, 9x; 11 a 11 x) durch einen Punkt charakterisiert ist.
7. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Analysenkurvenelemente (11 a 11 x) derart ausgestaltet sind, dass sie einen dritten Betriebsparameter charakterisieren.
8. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Analysenkurvenelemente ( 1 a,
11x) pfeilförmig ausgestaltet sind und den dritten Betriebsparameter über deren Richtung und/oder Form und/oder Größe angeben.
9. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsdaten und/oder Schwingungsdaten aus einer Datendatei und/oder einer Datenbank empfangen werden.
10. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter dazu ausgebildet ist, ein akustisches Signal auszugeben, wobei das akustische Signale die Schwingungsdaten und/oder Betriebsdaten repräsentiert.
11. Verfahren zum Steuern eines Feuerungssystems unter Verwendung einer Anzeigeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Hochfahren des Feuerungssystems (6) entlang einer ersten Fahrlinie (7, 7"), - während des Hochfahrens, Erfassen der ersten und zweiten Betriebsdaten des Feuerungssystems (6) und der zugehörigen Schwingungsdaten des Feuerungssystems (6) und Zuführen der ersten und zweiten Betriebsdaten und der Schwingungsdaten zur Anzeigeeinrichtung (1 ), und
- Verwenden der Anzeigeeinrichtung (1 ) zum Analysieren des momentanen Schwingungsverhaltens des Feuerungssystems (6) anhand der ausgegebenen Analysekurve (7, 9, 11).
12. Verfahren nach Anspruch 1 , zusätzlich den Schritt umfassend:
- Stoppen des Hochfahrschrittes, falls ein kritischer Schwingungszustand des Feuerungssystems (6) im Analyseschritt ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, zusätzlich den Schritt umfassend:
- Hochfahren des Feuerungssystems (6) entlang einer zweiten Fahrlinie (7"'), die unterschiedlich zur ersten Fahrlinie (7") ist, um den kritischen Schwingungszustand des Feuerungssystems (6) zu vermeiden.
14. Steuereinrichtung zum Steuern eines Feuerungssystems, die eine Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 auszuführen.
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