Газотурбинный двигатель и способ обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе

Авторы патента:


Газотурбинный двигатель и способ обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе
Газотурбинный двигатель и способ обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе
Газотурбинный двигатель и способ обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе

 


Владельцы патента RU 2421662:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к способу обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе. Газовая турбина имеет газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку. Способ содержит этапы: измерения через определенное время первой температуры в каждой из, по меньшей мере, двух точек измерения, расположенных ниже по потоку камер сгорания в газовом канале, измерения через определенное время второй температуры в каждой из, по меньшей мере, двух горелок и обнаружения частичного погасания факела из измерений первых температур и измерений вторых температур, при этом обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения первого параметра обнаружения, при этом первый параметр обнаружения определяется из скорости изменения разброса между измерениями первых температур в различных точках измерения. Изобретение позволяет повысить надежность и экономичность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе, имеющем газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку. Кроме того, изобретение относится к газотурбинному двигателю упомянутого типа.

В таком газотурбинном двигателе общеизвестного уровня техники газовый канал или канал потока газа проходит через секцию сгорания, расположенную между компрессорной и турбинной секциями. Секция сгорания может включать в себя круговой массив камер сгорания. Воздух под высоким давлением от компрессора проходит через секцию сгорания, где он смешивается с топливом и сгорает. Как упомянуто выше, камеры сгорания каждая содержит горелку для воспламенения смеси воздух/топливо, особенно во время запуска газотурбинного двигателя.

Газообразные продукты сгорания выходят из секции сгорания с тем, чтобы привести в движение турбинную секцию, которая приводит в действие компрессор. В одновальных конструкциях турбины высокого давления и низкого давления турбинной секции механически соединены и вместе приводят в движение выходной приводной вал. В двухвальных конструкциях турбина низкого давления (силовая турбина) является механически независимой, т.е. только приводит в движение выходной приводной вал, а турбина высокого давления или так называемая компрессорная турбина приводит в действие компрессор. Это объединение работает в качестве газогенератора для турбины низкого давления. Газообразные продукты сгорания выходят из турбинной секции через выпускной канал.

Частичное погасание факела определяется в виде погасания факела в подмножестве камер сгорания, т.е. в одной или более, но не во всех камерах сгорания. Погасание факела во всех камерах сгорания рассматривалось бы полным погасанием факела. В случае такого частичного погасания факела не все поданное топливо сгорает в секции сгорания, что приводит к ухудшению общей работы и производительности двигателя. В случае частичного обрыва факела топливо продолжает подаваться системой управления в секцию сгорания в стремлении соответствия расходу топлива. Включение топлива в секцию сгорания, которое не полностью сгорело, имеет неблагоприятный результат образования высокого уровня выбросов и несгоревших углеводородов. Кроме того, это попадание несгоревшего топлива в воздух создает огнеопасную смесь, которая может быть воспламенена любой горячей зоной или искрой и может привести к последующему взрыву в выпускном канале.

Различные системы были разработаны для обнаружения состояний частичного погасания факела в газотурбинном двигателе. Эти системы включают в себя измерительные системы обнаружения, которые используют инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) датчики для обнаружения наличия или отсутствия факела в заданных местах. Этот тип систем обнаружения очень сильно зависит от расположения датчиков и может неправильно определить отсутствие факела. Более того, пламенно-температурные детекторы периодически испытывают недостаток загрязнения маслом или копотью, вызывающего отказ обнаружения. Кроме того, эти системы обнаружения факела, в большинстве случаев, являются дорогостоящими в обеспечении и техническом обслуживании.

GB 2282221 A описывает пламенно-температурный детектор для газотурбинного двигателя. Пламенно-температурный детектор содержит первый температурный датчик и второй температурный датчик, которые оба предусмотрены для обнаружения температуры окружающей среды снаружи камеры сгорания. Кроме того, второй температурный датчик предусмотрен также для обнаружения инфракрасного излучения от камеры сгорания. Первый температурный датчик и второй температурный датчик расположены в первом полом элементе и во втором полом элементе, соответственно. В то время как первый полый элемент является открытым по направлению к потоку воздуха, второй полый элемент является открытым не только по направлению к потоку воздуха, но и также к направлению, которое обеспечивает прямую видимость факела в камере сгорания через отверстие для подачи разбавляющего воздуха в камеру сгорания. Тепло от потока воздуха в камеру сгорания может конвективно передаваться на оба температурных датчика. Кроме конвективной теплопередачи инфракрасное излучение от факела внутри камеры сгорания может передаваться через отверстие на второй температурный датчик. В случае успешного воспламенения факел внутри камеры сгорания выделяет инфракрасное излучение, которое может быть обнаружено вторым температурным датчиком, но не первым температурным датчиком, таким образом оба температурных датчика определяют различные значения температуры. В случае, когда воспламенение не было успешным, оба температурных датчика измеряют только тепло, конвективно переданное от потока воздуха, таким образом оба определяют одинаковую температуру.

EP 1637805 A2 описывает способ обнаружения воспламенения для газовой турбины. В этом способе, изменение температуры, измеренной вниз по потоку турбины через определенное время, используется для того, чтобы сделать вывод, было ли воспламенение успешным.

US 4283634 описывает осуществление способа обнаружения частичного обрыва факела с многовальной турбиной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первой целью настоящего изобретения является обеспечение способа обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе, посредством которого вышеупомянутые недостатки могут быть уменьшены и, в особенности, облегчено более надежное обнаружение частичного погасания факела, в частности, во время запуска и приложения нагрузки. Второй целью изобретения является обеспечение выгодного газотурбинного двигателя.

Первая цель достигается, в соответствии с настоящим изобретением, посредством обеспечения способа обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе, имеющем газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку. Способ включает этапы: измерения через определенное время первой температуры в каждой из, по меньшей мере, двух точек измерения, расположенных вниз по потоку от камер сгорания в газовом канале, и предпочтительно в каждой из, по меньшей мере, трех таких точек измерения; измерения через определенное время второй температуры в каждой из, по меньшей мере, двух горелок и предпочтительно в каждой из, по меньшей мере, трех горелок; и обнаружения частичного погасания факела из измерений первых температур и измерений вторых температур, при этом указанное обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения первого параметра обнаружения, при этом указанный первый параметр обнаружения определяется из скорости изменения разброса между указанными измерениями первых температур в различных точках измерения. В частности, измерение через определенное время второй температуры в каждой из, по меньшей мере, двух горелок может происходить в пилотных горелках.

Вторая цель достигается, в соответствии с настоящим изобретением, посредством обеспечения газотурбинного двигателя, имеющего газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку, при этом газовый канал содержит первый температурный датчик в каждой из, по меньшей мере, двух точек измерения, расположенных вниз по потоку от камер сгорания, и предпочтительно в каждой из, по меньшей мере, трех таких точек измерения, при этом каждый температурный датчик приспособлен для измерения через определенное время первой температуры. Каждая из, по меньшей мере, двух горелок и предпочтительно каждая из, по меньшей мере, трех горелок содержит второй температурный датчик (например, в пилотных горелках) для измерения через определенное время второй температуры. Газотурбинный двигатель дополнительно включает в себя средство оценки для обнаружения частичного погасания факела из измерений первых температур и измерений вторых температур.

Другими словами, первые температурные датчики размещены, по меньшей мере, в двух точках измерения в газовом канале в области вниз по потоку от камер сгорания, т.е. в области турбинной секции, или далее вниз по потоку. Предпочтительно количество первых температурных датчиков в газовом канале составляет от 12 до 16. Однако более чем 16 или менее чем 12 температурных датчиков также может быть использовано. Температурные датчики в газовом канале осуществляют мониторинг поведения во времени так называемых значений первых температур. Кроме того, вторые температурные датчики размещены, по меньшей мере, в двух горелках, предпочтительно во всех горелках, например от 6 до 8 горелках. Однако это не следует подразумевать ограничением, так как более чем 8 или менее чем 6 горелок может присутствовать. Температурные датчики в горелках определяют поведение во времени так называемых значений вторых температур. Из измерений первых температур и измерений вторых температур может быть определено, произошло ли частичное погасание факела, т.е. произошло ли погасание факела в подмножестве камер сгорания. Во время безошибочной работы газотурбинного двигателя каждая камера сгорания имеет факел.

Изобретение основывается на понимании, что посредством измерения через определенное время первых температур в различных точках измерения можно осуществлять мониторинг развития во времени однородности температурного поля в газовом канале. Частичное погасание факела обычно сопровождается увеличением неоднородности температурного поля в газовом канале. Следовательно, является возможным получить первый признак частичного погасания факела из значений первых температур.

Затем, изобретение основывается на понимании, что, кроме того, частичное погасание факела сопровождается расхождением температурных градиентов в горелках, в особенности на наконечниках горелок. Это приводит к увеличению разброса измерений температур в различных горелках. Следовательно, измерение вторых температур в горелках, например в пилотных горелках, обеспечивает дополнительный признак частичного погасания факела.

Сочетание измерений первых температур и измерений вторых температур в соответствии с изобретением обеспечивает особенно надежное обнаружение частичного погасания факела. Это, как и различия динамического поведения между вторыми температурными датчиками в горелках и первыми температурными датчиками в газовом канале в ответ на изменения температуры потока газа и обстоятельство, заключающееся в том, что температура газового канала изменяется во время запуска, может быть существенным. Температура газового канала кратко изменяется вследствие модуляции топлива или сопла и динамического поведения процесса горения и так далее даже без обрыва факела, имеющего место в отдельной камере сгорания. Следовательно, сочетание измерений первых температур и измерений вторых температур в соответствии с изобретением учитывает динамический характер этих параметров и приводит к более надежному обнаружению частичного погасания факела, и ложное обнаружение частичного погасания факела в значительной степени предотвращается.

В соответствии с решением по изобретению, частичные погасания факелов во время запуска двигателя обнаруживаются с большей надежностью. Это позволяет предотвратить ложное обнаружение погасаний факелов, приводя к уменьшенному количеству остановок двигателя при запуске. Уменьшенное количество остановок при запуске приводит к увеличенному ожидаемому сроку службы газотурбинного двигателя и улучшает его работу в общем. Более того, система обнаружения в соответствии с изобретением может быть установлена в существующие газотурбинные силовые установки.

Предпочтительно температурные датчики для осуществления измерений температур содержат термопары. Термопары, использующиеся в газовом канале, должны обладать малой теплоемкостью и, следовательно, высокой скоростью отклика с тем, чтобы они обеспечивали хорошее представление температурного поля в газовом канале при любом режиме работы.

В предпочтительном варианте осуществления, обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения первого параметра обнаружения, который определяется скоростью изменения разброса между измерениями первых температур в различных точках измерения. Таким образом, осуществляется мониторинг изменения во времени температурного рельефа между различными точками измерения в газовом канале. Предпочтительно первый параметр обнаружения определяется скоростью изменения среднеквадратического отклонения измерений первых температур в различных точках измерения. Это означает, что среднеквадратическое отклонение между температурами, измеренными в различных точках измерения в газовом канале, вычисляется для каждого измерения, т.е. для каждого момента времени измерений. Из изменения во времени разброса, в особенности, среднеквадратического отклонения, вычисляется скорость изменения. Разброс или среднеквадратическое отклонение первых температурных датчиков в газовом канале обеспечивает систему информацией об однородности температурного поля в газовом канале. В случае идеально однородного распределения температурного поля (все термопары в газовом канале с одинаковой температурой) среднеквадратическое отклонение имеет значение ноль. Ситуация частичного погасания факела сопровождается увеличением неоднородности температурного поля в канале, и это приводит к увеличению среднеквадратического отклонения. Увеличение разброса или среднеквадратического отклонения может иметь различные причины (например, расхождение производительности камер сгорания), но обрыв факела является легко узнаваемым с помощью характерной высокой скорости деформации температурного поля канала - высокой скорости изменения разброса или среднеквадратического отклонения.

Более того, предпочтительным является, если первый параметр обнаружения, который в дальнейшем обозначается с помощью D1, определяется посредством вычисления сглаженной скорости изменения разброса между измерениями первых температур в различных точках измерения. Более того, предпочтительным является, если первый параметр D1 обнаружения детально вычисляется, как изложено ниже:

где - расчетное значение скорости изменения среднеквадратического отклонения между измерениями первых температур в различных точках измерения для текущего временного шага,

- действительное значение скорости изменения среднеквадратического отклонения между измерениями первых температур в различных точках измерения для текущего временного шага,

- расчетное значение скорости изменения среднеквадратического отклонения между измерениями первых температур в различных точках измерения для предыдущего временного шага,

w1 - весовой коэффициент, и

d1=(1-w1) - коэффициент затухания.

Коэффициент затухания может иметь значение приблизительно 0,7. Однако, подходящий коэффициент затухания может зависеть, в частности, от частоты измерений при мониторинге и/или типа использующейся термопары.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения второго параметра обнаружения, который определяется из разброса между скоростями изменения измерений вторых температур в различных горелках. Второй параметр обнаружения предпочтительно представляет собой среднеквадратическое отклонение скоростей изменения измерений вторых температур в различных горелках. Когда факел присутствует в камере сгорания, имеет место положительная, но умеренная скорость изменения температурного датчика в соответствующей горелке. С помощью вычисления второго параметра обнаружения из скоростей изменения измерений вторых температур вместо вычисления второго параметра из действительных температур, может быть получен более точный признак наличия факела в соответствующих камерах сгорания.

Несовпадения температур между различными горелками, в особенности между наконечниками горелок, во время запуска иногда могут быть обманчивыми, так как они являются результатом совместного влияния зажигания отдельного факела и первоначальной температуры отдельной горелки. Таким образом, меньшая температура наконечника горелки может быть вызвана поздним зажиганием, по сравнению с другими горелками, или даже горелкой, которая только что была заменена в прогретом двигателе. С помощью вычисления разброса или среднеквадратического отклонения между скоростями изменения обеспечивается информация о синхронности горения. В случае, при котором камеры сгорания являются идеально синхронизированными (температурные датчики с одинаковой скоростью изменения температуры), среднеквадратическое отклонение имеет значение ноль. Ситуация частичного погасания факела обычно сопровождается расхождением температурных градиентов горелок, в особенности температурных градиентов наконечников горелок, и это приводит к увеличению среднеквадратического отклонения.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, второй параметр обнаружения определяется посредством вычисления разброса сглаженных скоростей изменения измерений вторых температур в различных горелках. Предпочтительно, сглаженные скорости изменения для соответствующей горелки j в текущий временной шаг t вычисляются, как изложено ниже:

где - расчетное значение первой производной текущего временного шага,

- действительное значение первой производной текущего временного шага,

- расчетное значение (?) [для предыдущего временного шага],

w2 - весовой коэффициент, и

d2=(1-w2) - коэффициент затухания.

Коэффициент затухания может, например, составлять приблизительно 0,9. Однако подходящий коэффициент затухания может зависеть, в частности, от частоты измерений при мониторинге и/или типа использующейся термопары. Из вычисленных сглаженных скоростей изменения разброс или среднеквадратическое отклонение вычисляется для получения второго параметра D2 обнаружения.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, первый параметр обнаружения сравнивается с первым пороговым значением, второй параметр обнаружения сравнивается со вторым пороговым значением, и частичное погасание факела выявляется, если оба параметра обнаружения превышают соответствующее пороговое значение. Например, первое пороговое значение может иметь величину приблизительно 5°C/с, а второе пороговое значение может иметь величину приблизительно 0,5°C/с. Однако подходящие величины для первого и второго пороговых значений могут зависеть, в частности, от конструкции двигателя и/или типа использующейся термопары. Кроме того, вместо статических пороговых значений также могут быть использованы динамические пороговые значения.

Более того, предпочтительным является, если частичное погасание факела выявляется только, если оба параметра обнаружения превышают соответствующее пороговое значение в течение заданного количества последовательных измерений соответствующего параметра обнаружения. Предпочтительно для выявления частичного погасания факела используется некоторое количество последовательных измерений, например три последовательных измерения. Однако наиболее предпочтительное количество последовательных измерений зависит от частоты измерений. В качестве альтернативы, также время задержки может быть задано для соответствующих параметров обнаружения, предоставляя промежуток времени, в течение которого параметры обнаружения должны превышать соответствующие пороговые значения перед тем, как выявляется ситуация частичного обрыва факела. Это время задержки может изменяться в качестве функции, в частности, частоты измерений и может, например, составлять приблизительно 0,5 секунд и для первого, и для второго параметра обнаружения.

Более того, предпочтительным является, если вторые температуры измеряются на наконечниках соответствующих горелок, обращенных к соответствующим камерам сгорания. Предпочтительно температурные датчики встроены в наконечники горелок, которые обладают большой массой и, следовательно, большой тепловой инерцией. Когда факел присутствует в камере сгорания, в наконечнике горелки имеет место тепловой поток, дающий положительную, но умеренную степень изменения температуры датчика наконечника горелки.

Более того, предпочтительным является, если газотурбинный двигатель содержит силовую турбину, подлежащую приведению в движение движущим газом, продолжающуюся выпускным каналом, и, по меньшей мере, две точки измерения для измерения первых температур расположены в области выхода силовой турбины к выпускному каналу. Этот вариант осуществления является особенно применимым для одновальных газотурбинных двигателей, но также может быть применен для двухвальных двигателей. В предпочтительном варианте осуществления, приблизительно 12 температурных датчиков расположены на выходе силовой турбины. Однако более или менее чем 12 температурных датчиков также может быть использовано.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, газотурбинный двигатель содержит турбину высокого давления и турбину низкого давления, при этом каждая турбина приводится в движение движущим газом, а также промежуточный канал для направления движущего газа от турбины высокого давления к турбине низкого давления, и, по меньшей мере, две точки измерения для измерения первых температур расположены в промежуточном канале. Размещение температурных датчиков в промежуточном канале является особенно применимым для двухвальных газотурбинных двигателей, но также может быть применено для одновальных двигателей. Подходящее количество температурных датчиков в промежуточном канале может, например, составлять приблизительно 16 температурных датчиков. Однако изобретение также может быть осуществлено с более или менее чем 16 температурных датчиков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Подробное описание настоящего изобретения предложено ниже со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид в разрезе первого варианта осуществления газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением;

Фиг.2 - вид в разрезе второго варианта осуществления газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением; и

Фиг.3 - вид в продольном разрезе пилотной горелки, размещенной в газотурбинных двигателях в соответствии с фиг.1 и 2.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 иллюстрируют первый вариант осуществления газотурбинного двигателя 10 в виде одновального газотурбинного двигателя. Газотурбинный двигатель 10 содержит один вал 12 ротора, несущий и компрессор 14, и силовую турбину 16. Газовый канал 34 направляет движущий газ 18 через двигатель 10, начиная от впускной секции 20 через компрессор 14, секцию 22 сгорания, силовую турбину 16 и выпускной канал 26.

В левой части двигателя 10 в соответствии с фиг.1 движущий газ 18 в виде воздуха проходит через впускную секцию 20 в компрессор 14. Затем, компрессор 14 сжимает движущий газ 18. Далее, движущий газ 18 входит в секцию 22 сгорания двигателя 10, в которой он смешивается с топливом и воспламеняется в камерах 24 сгорания. Секция 22 сгорания содержит круговой массив камер 24 сгорания, из которых только одна показана на фиг.1 и которые ведут в газовый канал 34.

Сгоревший движущий газ 18 проходит через силовую турбину 16, расширяясь там и приводя в движение вал 12 ротора. Далее расширенный движущий газ 18 входит в выпускной канал 26. На выходе 28 силовой турбины 16 в выпускной канал 26 несколько первых температурных датчиков 30a в виде так называемых выходных термопар силовых турбин размещено в различных точках 32a измерения. Вследствие размещения первых температурных датчиков 30a на выходе 28 силовой турбины точки 32a измерения расположены вниз по потоку от камер 24 сгорания.

Камеры 24 сгорания каждая содержит горелку 36 для подачи топлива во внутреннюю часть соответствующей камеры 24 сгорания и воспламенения смеси топливо/воздух. Горелка 36 содержит пилотную горелку 37. Такая пилотная горелка 37 детально показана на фигуре 3. Пилотная горелка 37 включает в себя топливный впускной канал 38 для подачи топлива в пилотную горелку 37. Затем, топливо направляется к поверхности 40 или наконечнику пилотной горелки 37. Кроме того, каждая пилотная горелка 37 включает в себя второй температурный датчик 42 в виде так называемой термопары наконечника горелки, предусмотренный для измерения температуры на поверхности 40 горелки. Температуры, измеренные через определенное время первыми температурными датчиками 30a и вторыми температурными датчиками 42, оцениваются с помощью средства 44 оценки. В качестве результата этой оценки принимается решение, произошло ли частичное погасание факела, т.е. погасание факела в подмножестве камер 24 сгорания. Алгоритм оценки будет описан позже в тексте. Однако следует отметить, что необязательно требуется, чтобы термопара находилась в пилотной горелке. Другие расположения в горелке 36, позволяющие измерение температуры в горелке, в частности в наконечнике горелки, также являются возможными.

На фиг.2 показан второй вариант осуществления газотурбинного двигателя 10 в соответствии с изобретением в виде так называемого двухвального двигателя. Газотурбинный двигатель 10 в соответствии с фиг.2 отличается от двигателя 10 в соответствии с фиг.1 тем, что два механически независимых вала 46 и 48 ротора размещены в нем вместо одного вала 12 ротора в соответствии с фиг.1. Силовая турбина 16 в соответствии с фиг.1 в варианте осуществления в соответствии с фиг.2 разделена на турбину 50 высокого давления и турбину 52 низкого давления.

Турбина 50 высокого давления присоединена к первому валу 46 ротора, как и компрессор 14. Турбина 52 низкого давления смонтирована на втором валу 48 ротора. Газовый канал 34 включает в себя промежуточный канал 54 для направления движущего газа 18 от турбины 50 высокого давления к турбине 52 низкого давления. Вместо размещения первых температурных датчиков 30a на выходе 28 силовой турбины в соответствии с фиг.1 первые температурные датчики 30b размещены в различных точках 32b измерения в промежуточном канале 54 двигателя 10 в соответствии с фиг. 2. Вторые температурные датчики 42 размещены, как и в варианте осуществления в соответствии с фиг.1, на соответствующих поверхностях 40 пилотных горелок 37. Также, газотурбинный двигатель 10 в соответствии с фиг.2 включает в себя средство 44 оценки для оценки измерений первых температур и измерений вторых температур для того, чтобы принять решение, произошло ли частичное погасание факела.

Средство 44 оценки в соответствии с фиг.1 и 2 приспособлено для выполнения процесса оценки, описанного ниже:

Первые температуры T1i,t (i=1, 2, …, n) снимаются с первых температурных датчиков 30a и 30b, соответственно, где n - количество первых температурных датчиков 30a и 30b, соответственно, а t - текущий временной шаг.

Затем средняя температура

вычисляется. Затем вычисляется среднеквадратическое отклонение

В качестве следующего шага, скорость изменения среднеквадратического отклонения,, вычисляется, используя процедуру численного дифференцирования:

где t - текущий временной шаг, (t-Δt) - предыдущий временной шаг, а Δt - промежуток времени [между шагами].

Далее, первый параметр D1 обнаружения, являющийся сглаженной скоростью изменения среднеквадратического отклонения, вычисляется, как изложено ниже:

где - расчетное значение скорости изменения среднеквадратического отклонения между измерениями первых температур в различных точках 32a и 32b измерения, соответственно, для текущего временного шага,

- действительное значение среднеквадратического отклонения для текущего временного шага,

- расчетное значение среднеквадратического отклонения для предыдущего временного шага,

w1 - весовой коэффициент, и

d1=(1-w1) - коэффициент затухания.

В качестве следующего шага, D1 сравнивается с пороговым значением.

Затем, вторые температуры снимаются со вторых температурных датчиков 42 - T2j,t (j=1, 2, …, m), где m - количество вторых температурных датчиков 42, а t - текущий временной шаг.

Соответствующие скорости изменения вторых температур вычисляются, d(T2j,t)/dt, используя процедуру численного дифференцирования:

где t - текущий временной шаг, (t-Δt) - предыдущий временной шаг, а Δt - промежуток времени между шагами.

В качестве следующего шага, соответствующие сглаженные скорости изменения вторых температур вычисляются:

где - расчетное значение первой производной текущего временного шага,

- действительное значение первой производной текущего временного шага,

- расчетное значение первой производной предыдущего временного шага,

w2 - весовой коэффициент, и

d2=(1-w2) - коэффициент затухания.

Затем, среднее значение сглаженных первых производных вторых температур вычисляется:

В качестве следующего шага, вычисляется среднеквадратическое отклонение, являющееся вторым параметром D2 обнаружения:

Далее, D2 сравнивается с соответствующим пороговым значением.

Если во время периода мониторинга D1 превышает его заданное пороговое значение в течение заданного количества последовательных измерений и D2 также превышает его заданное пороговое значение в течение заданного количества последовательных измерений, выявляется частичное погасание факела. Следовательно, частичное погасание факела обнаруживается, только если и D1, и D2 превышают их пороговые значения. Этот подход основывается на взаимосвязанном влиянии камеры сгорания на первые температурные датчики. Влияниями завихрений - различных распределений влияния камеры сгорания на первые температурные датчики 30a и 30b, соответственно, при различных режимах работы - можно пренебрегать, используя этот способ обнаружения, благодаря обстоятельству, заключающемуся в том, что «модель» температурного поля газового канала представляется с помощью однозначно определяемого параметра - среднеквадратического отклонения всех первых температур.

Отдельные вторые температурные датчики 42 на наконечнике горелки и первые температурные датчики 30a и 30b, соответственно, в газовом канале могут вызвать ложное обнаружение обрыва факела в камере сгорания вследствие временного расхождения первых и вторых температур, например в случае ситуации вспышки пламени. Для предотвращения этого ложного обнаружения применен принцип голосования, т.е. критерии требуют превышения заданных пороговых значений обоими из сигналов D1 и D2, и, таким образом, способ обнаружения обеспечивает очень надежное обнаружение частичного погасания факела. Задержки в критериях обнаружения преимущественно представлены для предотвращения ложного обнаружения в случае внезапных скачков сигналов D1 и D2, которые могут быть вызваны ошибками измерений температурных датчиков.

1. Способ обнаружения частичного погасания факела в газотурбинном двигателе, имеющем газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку, при этом способ включает этапы:
измерения через определенное время первой температуры в каждой из, по меньшей мере, двух точек измерения, расположенных ниже по потоку камер сгорания в газовом канале,
измерения через определенное время второй температуры в каждой из, по меньшей мере, двух горелок и
обнаружения частичного погасания факела из измерений первых температур и измерений вторых температур, при этом обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения первого параметра обнаружения, который определяется из скорости изменения разброса между измерениями первых температур в различных точках измерения.

2. Способ по п.1, при котором первый параметр обнаружения определяют посредством вычисления сглаженной скорости изменения разброса между измерениями первых температур в различных точках измерения.

3. Способ по п.1, при котором обнаружение частичного погасания факела включает в себя этап определения второго параметра обнаружения, при этом второй параметр обнаружения определяют из разброса между скоростями изменения измерений вторых температур в различных горелках.

4. Способ по п.3, при котором второй параметр обнаружения определяют посредством вычисления разброса сглаженных скоростей изменения измерений вторых температур в различных горелках.

5. Способ по п.1, при котором первый параметр обнаружения сравнивают с первым пороговым значением, второй параметр обнаружения сравнивают со вторым пороговым значением и частичное погасание факела выявляется, если оба параметра обнаружения превышают соответствующее пороговое значение.

6. Способ по п.5, при котором частичное погасание факела выявляется только, если оба параметра обнаружения превышают соответствующее пороговое значение в течение заданного количества последовательных измерений соответствующего параметра обнаружения.

7. Способ по п.1, при котором вторые температуры измеряют на наконечниках соответствующих горелок, обращенных к соответствующим камерам сгорания.

8. Способ по п.1, при котором газотурбинный двигатель дополнительно содержит силовую турбину, подлежащую приведению в движение движущим газом, продолжающуюся выпускным каналом, и, по меньшей мере, две точки измерения для измерения первых температур расположены в области выхода силовой турбины к выпускному каналу.

9. Способ по п.1, при котором газотурбинный двигатель содержит турбину высокого давления и турбину низкого давления, при этом каждая турбина подлежит приведению в движение движущим газом, а также промежуточный канал для направления движущего газа от турбины высокого давления к турбине низкого давления, и, по меньшей мере, две точки измерения для измерения первых температур расположены в промежуточном канале.

10. Газотурбинный двигатель, имеющий газовый канал для направления движущего газа и несколько камер сгорания, при этом каждая из камер сгорания ведет в газовый канал и содержит горелку, при этом газовый канал содержит первый температурный датчик в каждой из, по меньшей мере, двух точек измерения, расположенных ниже по потоку камер сгорания, при этом каждый температурный датчик выполнен с возможностью измерения через определенное время первой температуры, отличающийся тем, что
каждая из, по меньшей мере, двух горелок содержит второй температурный датчик для измерения через определенное время второй температуры, а газотурбинный двигатель дополнительно включает в себя средство оценки для обнаружения частичного погасания факела из измерений первых температур и измерений вторых температур, причем газотурбинный двигатель выполнен с возможностью реализации способа по любому из пп.1-9.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для розжига и контроля пламени в газовых горелках. .

Изобретение относится к области энергетики и касается разъема для присоединения термопары к магнитному узлу газового клапана регулирования потока для регулирования потока газа в горелке, причем магнитный узел содержит первый штыревой контакт, соединенный с проводником магнитного узла и помещенный внутрь второго трубчатого цилиндрического контакта, соединенного с контактом заземления магнитного узла, при этом разъем содержит изолирующий корпус, имеющий центральный цилиндрический элемент, форма которого соответствует внутренней полости второго трубчатого цилиндрического контакта магнитного узла, причем центральный цилиндрический элемент имеет отверстие, которое совпадает с первым штыревым контактом магнитного узла, и содержит в упомянутом отверстии первый трубчатый контакт, выполненный с возможностью соединения с первым штыревым контактом магнитного узла, тогда как центральный цилиндрический элемент входит во второй трубчатый цилиндрический контакт магнитного узла, причем разъем имеет второй гнездовой контакт, который расположен в изолирующем корпусе и отверстие которого соответствует форме наружной поверхности второго трубчатого контакта магнитного узла, и этот второй гнездовой контакт разъема присоединяется к упомянутому второму трубчатому цилиндрическому контакту магнитного узла при присоединении первого штыревого контакта магнитного узла к первому трубчатому контакту разъема, причем первый трубчатый контакт разъема соединен с проводником, связанным с горячим спаем термопары, а второй гнездовой контакт разъема соединен с проводником, связанным с холодным спаем термопары.

Изобретение относится к газорегулировочной арматуре, которая дополнительно к возможности электронного розжига газового потока обеспечивает также возможность розжига газового потока вручную.

Изобретение относится к способу и устройству для розжига газового потока, которые должны обеспечить возможность зажигания в режиме дистанционного управления. .

Изобретение относится к способу и схемному устройству для автоматического зажигания газового потока. .

Изобретение относится к устройствам безопасности газовых плит. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для контроля топочного процесса в котле. .

Изобретение относится к энергетике, может Сьпь использовано в системах контроля и управления топливоиспользующими установками и позволяет повысить качество контроля измерения вредных веществ в дымовых газах путем расширения диапазона измерения по температуре продуктов сгорания и обеспечения избирательности измерений концентраций продуктов недожига и кислорода в продуктах сгорания.
Наверх