基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的進(jìn)步，燃?xì)廨啓C(jī)以其結(jié)構(gòu)緊湊、啟動(dòng)快、運(yùn)行平穩(wěn)、熱效率高等優(yōu)勢(shì)已 成為21世紀(jì)核心動(dòng)力裝備之一。異常檢測(cè)與故障診斷技術(shù)是保障燃?xì)廨啓C(jī)安全運(yùn)行的重 要手段。燃燒室是燃?xì)廨啓C(jī)的重要組成部分，其工作條件惡劣，故障頻發(fā)，且一旦損壞后果 十分嚴(yán)重，因此加強(qiáng)燃燒室的異常檢測(cè)和故障診斷有著十分重要的意義。
[0003] 然而，由于燃燒室工作時(shí)，溫度極高，現(xiàn)行的測(cè)溫手段無(wú)法在這種條件下長(zhǎng)期工 作。而在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)燃燒筒出現(xiàn)異常的時(shí)候，排溫的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)異常，所以用戶(hù)通常 是通過(guò)排溫異常來(lái)判斷燃燒筒的工作情況是否出現(xiàn)異常?？梢酝ㄟ^(guò)均勻布置在機(jī)組透平排 氣通道中的熱電偶測(cè)量燃?xì)廨啓C(jī)的排溫，來(lái)間接反映燃燒室內(nèi)的燃燒情況。
[0004] ((Real-timeon-lineperformancediagnosticsofheavy-dutyindustrialgas turbines》中是利用形狀因子來(lái)實(shí)現(xiàn)排溫的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，其形狀因子的定義為t時(shí)刻下，熱電 偶測(cè)得的最高溫與平均溫度的比值，由于溫度的突變會(huì)影響形狀因子，所以便可以用一段 時(shí)間內(nèi)的形狀因子的變化來(lái)推測(cè)燃機(jī)燃燒室是否發(fā)生了異常，如當(dāng)形狀因子突然高于正常 范圍，則說(shuō)明機(jī)組的排溫出現(xiàn)了異常。
[0005] 該方法僅僅利用了各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)之間的最高值來(lái)判斷排溫是否發(fā)生異常，不能全 面的描述燃機(jī)燃燒室工作的情況及異常演變的過(guò)程，當(dāng)某些異常發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一些熱電 偶的測(cè)得的溫度出現(xiàn)問(wèn)題，若這些排溫不是最高溫度，則該方法不能檢測(cè)出系統(tǒng)異常。
[0006] GE公司開(kāi)發(fā)的MARKVI燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定義S為排氣溫度的允許排溫分散度，認(rèn)為S 是燃?xì)廨啓C(jī)出口的平均排氣溫度T4'壓氣機(jī)出口溫度T/的函數(shù)，具體函數(shù)是個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：
[0008] 在該公式里，溫度均是以°F為計(jì)量單位的。公式右端的（100)帶有括號(hào)，表示變工 況條件下才加入該項(xiàng)。
[0009] 此外，MARKVI燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還定義：S1為排氣溫度熱電偶的最高讀數(shù)與最低讀 數(shù)之間的差；S2為排氣溫度熱電偶的最高讀數(shù)與第2個(gè)低讀數(shù)之間的差；S3為排氣溫度熱 電偶的最高讀數(shù)與第3個(gè)低讀數(shù)之間的差。
[0010] 基于上述的公式和定義，MARKVI燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的判別原理見(jiàn)圖1。圖1中， K1,K2,K3是三個(gè)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)定義的參數(shù)。典型情況下：KI. 0;K2= 5. 0;K3= 0. 8 ;
[0011] 但是，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警時(shí)燃燒系統(tǒng)已經(jīng)損壞較嚴(yán)重，存在 嚴(yán)重的"事后"診斷現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法存在嚴(yán)重"事后"診斷現(xiàn) 象的問(wèn)題，進(jìn)而提出了基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法。
[0013] 基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法，包括下述步驟：
[0014] 步驟1、設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)在排氣端均勻分布著n個(gè)熱電偶（測(cè)點(diǎn)），獲取燃?xì)廨啓C(jī)正常
內(nèi)各個(gè)時(shí)刻的排溫?cái)?shù)據(jù)，每列為某個(gè)時(shí)刻n個(gè)熱電偶的排溫?cái)?shù)據(jù)；其中，、表示第i個(gè)熱電 偶tj時(shí)刻測(cè)得的溫度，i= 1，2,. . .，n，t」=1，2,. ..，tm;
均溫度關(guān)系；
[0017] F1=^17；+^ (1)
[0018] 用相同方法求得第i個(gè)熱電偶（每個(gè)熱電偶）的排溫與平均溫度關(guān)系，如公式（2) 所示；
[0019] T=CxT+^(Z)
[0020] 將a義為第i個(gè)熱電偶排溫偏離指數(shù)；
[0021] 根據(jù)每個(gè)熱電偶的擬合公式，得到第i個(gè)熱電偶（每個(gè)熱電偶）對(duì)應(yīng)的0 1;
[0022]步驟3、針對(duì)第i個(gè)熱電偶，在不同時(shí)刻有
[0024] 氣:為第i個(gè)熱電偶t,時(shí)刻（不同時(shí)刻）排溫偏離指數(shù)；
[0025] 將步驟2得到的每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)的^勺值帶入到公式（3)中，并將對(duì)應(yīng)熱電偶的 t,時(shí)刻排溫?cái)?shù)據(jù)和平均溫度數(shù)據(jù)帶入到公式（3)中，得到第i個(gè)熱電偶、時(shí)刻（每個(gè)熱電 偶不同時(shí)刻）的心,70H構(gòu)成一個(gè)時(shí)間序列；
[0026]當(dāng)在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，的值保持恒定，但由于噪聲的存在，值會(huì)在 一定范圍內(nèi)波動(dòng)，由該波動(dòng)范圍可確定正常運(yùn)行時(shí)的力,閾值；若燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生異常，用該 段時(shí)間燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)求出的義會(huì)超出正常運(yùn)行數(shù)據(jù)所確定的閾值范圍，若燃?xì)?輪機(jī)運(yùn)行正常，則求出的 0在該閾值范圍內(nèi)；
[0027] 在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)，針對(duì)第i個(gè)熱電偶，統(tǒng)計(jì)％的正態(tài)分布情況： % ~W(ZLC)，其中y;為均數(shù)、〇 ;為標(biāo)準(zhǔn)差；則的閾值為[y「3 0;，y;+3 0J，如圖3 所示；
[0028] 步驟4、當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，采集某一時(shí)間段內(nèi)熱電偶對(duì)應(yīng)的排溫?cái)?shù)據(jù)，并求解該 時(shí)間段每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)排溫?cái)?shù)據(jù)的"％ ;若超出了對(duì)應(yīng)的閾值[y^3 0i，y0J，則判 斷該熱電偶對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)發(fā)生故障，若未超出，則燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行正常，為如圖4所示，。
[0029] 本方法可以充分利用排溫各個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確檢測(cè)出異常演變過(guò)程，在故 障發(fā)生的早期就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，減小經(jīng)濟(jì)損失，提高安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為MARKVI燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的判別原理圖；
[0031] 圖2為利用最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性回歸擬合的擬合圖；
[0032] 圖3為統(tǒng)計(jì)出\的正態(tài)分布圖；
[0033]圖4為基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法檢測(cè)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0034] 一：
[0035] 1、基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于它包括 下述步驟：
[0036] 步驟1、設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)在排氣端均勻分布著n個(gè)熱電偶，獲取燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)k
刻的排溫?cái)?shù)據(jù)，每列為某個(gè)時(shí)刻n個(gè)熱電偶的排溫?cái)?shù)據(jù)；其中，^表示第i個(gè)熱電偶\時(shí) 刻測(cè)得的溫度，i= 1，2,. . .，n，tj= 1，2,. ..，tm;
均溫度關(guān)系；
[0039] T1 =G1T1+^(1)
[0040] 用相同方法求得第i個(gè)熱電偶（每個(gè)熱電偶）的排溫與平均溫度關(guān)系，如公式（2) 所示；
[0041] T=aJ+fi(；-)
[0042] 將a義為第i個(gè)熱電偶排溫偏離指數(shù)；
[0043] 根據(jù)每個(gè)熱電偶的擬合公式，得到第i個(gè)熱電偶（每個(gè)熱電偶）對(duì)應(yīng)的0 1;
[0044]步驟3、針對(duì)第i個(gè)熱電偶，在不同時(shí)刻有
[0046] 氣為第i個(gè)熱電偶tj時(shí)刻（不同時(shí)刻）排溫偏離指數(shù)；
[0047] 將步驟2得到的每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)的^勺值帶入到公式（3)中，并將對(duì)應(yīng)熱電偶的 t,時(shí)刻排溫?cái)?shù)據(jù)和平均溫度數(shù)據(jù)帶入到公式（3)中，得到第i個(gè)熱電偶、時(shí)刻（每個(gè)熱電 偶不同時(shí)刻）的4, ' 構(gòu)成一個(gè)時(shí)間序列；
[0048]當(dāng)在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，％,的值保持恒定，但由于噪聲的存在，《%值會(huì)在 一定范圍內(nèi)波動(dòng)，由該波動(dòng)范圍可確定正常運(yùn)行時(shí)的?",閾值；若燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生異常，用該 段時(shí)間燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)求出的會(huì)超出正常運(yùn)行數(shù)據(jù)所確定的^%閾值范圍，若燃?xì)?輪機(jī)運(yùn)行正常，則求出的#:?在該閾值范圍內(nèi)；
[0049] 在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)，針對(duì)第i個(gè)熱電偶，統(tǒng)計(jì)出氣的正態(tài)分布情況： ~ '其中yi為均數(shù)、0i為標(biāo)準(zhǔn)差；則氣的閾值為[y「3 0i，y1+3 0J;如圖3 所示。
[0050] 步驟4、當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，采集某一時(shí)間段內(nèi)熱電偶對(duì)應(yīng)的排溫?cái)?shù)據(jù)，并求解該 時(shí)間段每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)排溫?cái)?shù)據(jù)的％, 5若％超出了對(duì)應(yīng)的閾值[y「3 0i，yi+3OJ，則判 斷該熱電偶對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)發(fā)生故障，若未超出，則燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行正常，如圖4所示。
【具體實(shí)施方式】 [0051] 二：本實(shí)施方式所述的步驟2所述進(jìn)行擬合的過(guò)程采用最小二乘法 進(jìn)行擬合。利用最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性回歸擬合的擬合圖如圖2所示。
[0052] 其它步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于它包括下述 步驟： 步驟1、設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)在排氣端均勻分布著η個(gè)熱電偶，獲取燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)時(shí)間 內(nèi)的排溫?cái)?shù)據(jù)？';其中，表示第i個(gè)熱電偶\時(shí)刻測(cè)得的溫度， i = 1，2,…，n，tj= 1，2,…，t m; 計(jì)算tj時(shí)刻η個(gè)熱電偶的平均溫度；并將tj時(shí)刻不同熱電偶 的排溫?cái)?shù)據(jù)與ζ分別組成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系步驟2、提取第一個(gè)熱電偶不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到如公式（1)的排溫與平均溫度關(guān)系；用相同方法求得第i個(gè)熱電偶的排溫與平均溫度關(guān)系，如公式（2)所示；將a 義為第i個(gè)熱電偶排溫偏離指數(shù)； 根據(jù)每個(gè)熱電偶的擬合公式，得到第i個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)的β 1; 步驟3、針對(duì)第i個(gè)熱電偶，在不同時(shí)刻有氣為第i個(gè)熱電偶t,時(shí)刻排溫偏離指數(shù)； 將步驟2得到的每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)的1的值帶入到公式（3)中，并將對(duì)應(yīng)熱電偶的t j 時(shí)刻排溫?cái)?shù)據(jù)和平均溫度數(shù)據(jù)帶入到公式（3)中，得到第i個(gè)熱電偶\時(shí)刻的K，構(gòu) 成一個(gè)時(shí)間序列； 在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)，針對(duì)第i個(gè)熱電偶，統(tǒng)計(jì)的正態(tài)分布情況： β;? ~ ，其中μ i為均數(shù)、σ i為標(biāo)準(zhǔn)差；則的閾值為[μ「3 σ μ 1+3 σ i]; 步驟4、當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，采集某一時(shí)間段內(nèi)熱電偶對(duì)應(yīng)的排溫?cái)?shù)據(jù)，并求解該時(shí)間 段每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)排溫?cái)?shù)據(jù)的氣5若超出了對(duì)應(yīng)的閾值[μ i_3。u μ J3 〇 J，則判斷 該熱電偶對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)發(fā)生故障，若未超出，則燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行正常。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法， 其特征在于步驟2所述進(jìn)行擬合的過(guò)程采用最小二乘法進(jìn)行擬合。
【專(zhuān)利摘要】基于排溫偏離指數(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法，涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷方法。為了解決現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法存在嚴(yán)重“事后”診斷現(xiàn)象的問(wèn)題。本發(fā)明首先獲取燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行tm時(shí)間內(nèi)的排溫?cái)?shù)據(jù)T，計(jì)算tj時(shí)刻n個(gè)熱電偶的平均溫度；并將tj時(shí)刻不同熱電偶的排溫?cái)?shù)據(jù)與分別組成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；求得第i個(gè)熱電偶排溫?cái)?shù)據(jù)和平均溫度的關(guān)系；針對(duì)第i個(gè)熱電偶，將βi和排溫?cái)?shù)據(jù)和平均溫度數(shù)據(jù)帶入到中，求得第i個(gè)熱電偶tj時(shí)刻的，統(tǒng)計(jì)出，設(shè)定的閾值為[μi-3σi,μi+3σi]；當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，求解某個(gè)時(shí)間段每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)排溫?cái)?shù)據(jù)的；若超出了對(duì)應(yīng)的閾值[μi-3σi,μi+3σi]，判斷該熱電偶對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)發(fā)生故障；反之，正常。本發(fā)明適用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷。
【IPC分類(lèi)】G01M15/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105067275
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510443528
【發(fā)明人】劉金福, 劉嬌, 萬(wàn)杰, 馬寧, 李飛, 于達(dá)仁
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日