專利名稱：：控制燃?xì)廨啓C(jī)的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)估其燃燒室壽命周期的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及控制燃?xì)廨啓C(jī)的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)估其燃燒室的壽命周期的方法。
背景技術(shù)：
：已知使用燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)電能，該燃?xì)廨啓C(jī)通常包括在其中壓縮從外面吸入的空氣的多級(jí)壓縮機(jī)，在其中發(fā)生添加到壓縮空氣的氣體燃料燃燒的燃燒室，以及在其中膨脹來自燃燒室的氣體的渦輪或膨脹器。于是渦輪能產(chǎn)生機(jī)械能，可利用該機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械或用于供給發(fā)電機(jī)?？刂迫?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)的當(dāng)前方法僅注重在加壓之后作用的，具有特定幅值水平的保護(hù)動(dòng)作在一定的時(shí)間間隔#1實(shí)現(xiàn)。此外，僅考慮有限數(shù)的臨界幅值，并根據(jù)基于經(jīng)驗(yàn)的判斷確定該時(shí)間間隔。目的在于保護(hù)燃燒室從而渦輪的完整性得到的結(jié)果僅在超過疲勞閾值時(shí)起作用，同時(shí)渦輪零件的疲勞壽命周期自身也可能在此閾值以下終止。如已知的，疲勞是材料受隨時(shí)間變化(或規(guī)則地或偶然地)的載荷被損壞到斷裂的機(jī)械現(xiàn)象，即使討論中的載荷最大強(qiáng)度遠(yuǎn)低于材料本身的斷裂或靜態(tài)極限。因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)和評(píng)估其壽命周期的方法，根據(jù)壓力波動(dòng)測(cè)量和使用特殊的控制和評(píng)估儀器能夠確定同一燃燒室的允許的疲勞閥值，當(dāng)壓力過大增長(zhǎng)出現(xiàn)時(shí)允許預(yù)定的保護(hù)動(dòng)作開始。本發(fā)明的另一目的是提供控制燃?xì)廨啓C(jī)的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)估燃燒室壽命周期的方法，其中能基于獲得的數(shù)據(jù)優(yōu)化燃燒室自身的部件的維護(hù)間隔。
發(fā)明內(nèi)容通過提供控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)以及評(píng)估其壽命周期的方法來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的。在后續(xù)權(quán)利要求中指出本發(fā)明的其它特性。根據(jù)本發(fā)明的控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)功其壽命周期的方法的特性與優(yōu)點(diǎn)從以下說明和非限制性描述，參照所附示意圖，將變得更明顯，其中圖l是燃?xì)廨啓C(jī)示意表示，在該燃?xì)廨啓C(jī)中可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的控制燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)與評(píng)估其壽命周期的方法。圖2表示與一定數(shù)量用某個(gè)幅值測(cè)量的與一定數(shù)量加壓周期相關(guān)的曲線；以及圖3表示圖2的值與通過借助于指數(shù)回歸近似地估算這些值的函數(shù)之間的比壽交。具體實(shí)施方式特別參照?qǐng)D1,該圖示意地表示通用的燃?xì)廨啓C(jī)，它包括能壓縮通過入口管道12引入的空氣的壓縮機(jī)12。然后該壓縮空氣被輸送到燃燒室14以與來自供給管道16的氣體燃料混合。燃燒提高溫度、氣體流動(dòng)的速度與容積以及其中因此包含的能量。通過管道18的氣體流動(dòng)指向渦輪20,該氣體流動(dòng)將氣體能量轉(zhuǎn)變成工作能量，該工作能量可^^皮用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械，例如借助于軸24連接到渦輪20的發(fā)電機(jī)。該渦輪20還提供為通過相關(guān)的軸26驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)10所必需的能量，同時(shí)由渦輪20通過出口管道28排放廢氣。根據(jù)本發(fā)明的控制燃燒室14的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)估其壽命周期的方法注重于燃燒室14自身內(nèi)發(fā)生的由于壓力增加的加壓幅值與通過眾所周知的沃勒(Wohler)曲線的所述加壓持續(xù)時(shí)間(周期)之間的相關(guān)性。該沃勒曲線是統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的曲線，該曲線將疲勞周期的最大幅值與循環(huán)數(shù)相關(guān)連，對(duì)于某種材料在斷裂之前允許預(yù)先確定的概率。通過在實(shí)驗(yàn)中以一定的幅值再建立某個(gè)加壓周期影響其結(jié)構(gòu)，該幅值施加到大量試驗(yàn)樣品，記錄斷裂之前它們?cè)试S的循環(huán)數(shù)。雖然試樣受到相同的加壓，但在相同的循環(huán)次數(shù)之后它們不是全斷裂，并且存在結(jié)果的分散。實(shí)驗(yàn)表示此分散^^艮據(jù)正態(tài)分布發(fā)生，在不同的幅值下然后重復(fù)相同系列的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)于獲得的每一種分布，記錄斷裂之前循環(huán)數(shù)的平均值。連接所有每個(gè)加壓幅值處的平均值的曲線是斷裂概率為50%的沃勒曲線，這意味著，對(duì)于測(cè)試的樣件，當(dāng)受到某一幅值的應(yīng)力循環(huán)時(shí)，在達(dá)到由沃勒曲線確定的循環(huán)數(shù)之前，有50%的概率它們將斷裂。然后根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)想一系列測(cè)試，使用位于相應(yīng)燃燒室14的一或幾個(gè)探針，以便實(shí)時(shí)直接測(cè)量燃燒室14自身內(nèi)的壓力波動(dòng)的幅值。使用該測(cè)量值以確定"累積應(yīng)力，，，即已經(jīng)偏離每個(gè)有效幅值水平的時(shí)間量。借助于眾所周知的Palmgren-Miner假設(shè)計(jì)算已經(jīng)通過的疲勞壽命循環(huán)，考慮疲勞壽命循環(huán)的所有幅值和相對(duì)的耗損。當(dāng)下面確定的累積損壞D超過某一預(yù)定值時(shí)，給出指令以關(guān)掉渦輪并實(shí)施對(duì)設(shè)備的檢查。這樣，考慮疲勞循環(huán)所有幅值的所有作用，可以獲得剩余疲勞壽命循環(huán)的正確評(píng)估?？蛇\(yùn)作地，依照根據(jù)本發(fā)明的方法的應(yīng)用例子，在疲勞狀態(tài)下通過建立對(duì)于某種構(gòu)成燃燒室14的材料的沃勒曲線以及400赫的燃燒頻率評(píng)估該燃燒室的特性。對(duì)于從峰到峰的四個(gè)不同幅值水平標(biāo)識(shí)4個(gè)點(diǎn)，該4個(gè)點(diǎn)允許畫出在以下數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上要建立的沃勒曲線。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>為了在渦輪的疲勞狀態(tài)下在運(yùn)行過程中測(cè)量對(duì)燃燒室14的積累損壞，使用Palmgren-Miner假設(shè)，該假設(shè)認(rèn)定在任何應(yīng)力狀態(tài)水平下?lián)p壞的比率對(duì)運(yùn)行循環(huán)數(shù)和總循環(huán)數(shù)之間的比是線性比例，該總的循環(huán)數(shù)產(chǎn)生對(duì)于該應(yīng)力水平的屈服點(diǎn)，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中項(xiàng)D代表累積損壞，項(xiàng)Ni代表剩余壽命并從沃勒曲線導(dǎo)出同時(shí)測(cè)量項(xiàng)iii。k指示幅值水平的數(shù)，Ni是在第i個(gè)幅值水平達(dá)到斷裂所必需的循環(huán)次數(shù)以及iii是在第i個(gè)幅值水平已經(jīng)過去的循環(huán)數(shù)。在圖2中指示的值可以用循環(huán)次數(shù)與幅值的數(shù)值的指數(shù)回歸估算，如可以從圖3中見到的，得到以下最后的函數(shù)F(x):=6.651.exp(-l.583■10—6x)+l.839為了確定Ni的值，需要計(jì)算反函數(shù)，即y=6.651.exp(l.583.106.x)+l.839求解，(631711.93935565382186)■In(.15035333032626672681-y-.27649977447000451060)g(y):=(631711.93935565382186.ln(.15035333032626672681y-.27649977447000451060)因此產(chǎn)生一矢量，它代表考慮以下數(shù)據(jù)的不同幅值的剩余壽命，以循環(huán)次數(shù)表示因此由包含借助于Palmgren-Miner假設(shè)得到Ni值的矢量代表燃燒室丄qa^犖j索野，。體jfg,3、工，ix衣wj:s:cj紐體—逸續(xù)'間值/r^于i，pi亇丄間通過的時(shí)間，例如等于2psi與3psi的壓力值。于是測(cè)量的時(shí)間間隔屬于第i個(gè)幅值水平并乘以400赫以得到在笫i+l個(gè)水平的iii值。通過以Ni除iii并求總和，最終得到積累損壞D的值。對(duì)于積累損壞D確定閾值等于0.1，當(dāng)D超過此閥值時(shí)，渦輪被置于分散火焰的狀態(tài)下，即以燃燒室14內(nèi)的低壓波動(dòng)水平運(yùn)行的型式但是具有較大的污染發(fā)射。根據(jù)優(yōu)選的應(yīng)用例子，渦輪的控制軟件能夠直接使用連續(xù)函數(shù)g(y)以計(jì)算剩余壽命，無需離散以前陳述的剩余壽命矢量。因此可看出，根據(jù)本發(fā)明的控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)和評(píng)估其壽命周期的方法實(shí)現(xiàn)前面確定的目的，因?yàn)樗试S燃燒室的剩余疲勞壽命的正確評(píng)估以改善渦輪的性能，僅當(dāng)十分需要時(shí)允許進(jìn)行特定的保護(hù)動(dòng)作。因此根據(jù)本發(fā)明設(shè)想控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力動(dòng)態(tài)及其壽命周期的方法無論如何可以進(jìn)行許多修改和變化，所有的均包括在相同的創(chuàng)新概念中。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。壽命g(2)g(3)g(4)g(5)g(6)g(7)g(8)壽命2.351x1061.103x1067.102x1054.699x1052.963x101.602x104.834x10權(quán)利要求1.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒的方法，該燃?xì)廨啓C(jī)包括至少一個(gè)壓縮機(jī)(IO)，能壓縮經(jīng)入口管道(12)引入的空氣，至少一個(gè)燃燒室(14)，其中所述壓縮的空氣與來自供給管道(16)的氣體燃料混合，以及至少一個(gè)渦輪(20)，能將來自所述燃燒室(14)的氣體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髂芰?，該工作能量可以用來?qū)動(dòng)一或幾個(gè)工作機(jī)械(22)，該方法包括借助于位于相應(yīng)的所述燃燒室(14)的一或幾個(gè)探針(30)測(cè)量燃燒室(14)內(nèi)的壓力波動(dòng)的幅值以及同一波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間或周期；通過對(duì)構(gòu)成所述燃燒室(14)的某種材料、對(duì)預(yù)定的燃燒頻率和對(duì)測(cè)量壓力波動(dòng)的所述振幅和周期值構(gòu)建沃勒曲線評(píng)估在所述燃燒室(14)的疲勞狀態(tài)下的特性；借助Palmgren-Miner假設(shè)在所述渦輪的疲勞狀態(tài)下在運(yùn)行過程中測(cè)量對(duì)所述燃燒室(14)的積累損壞(D)，所述Palmgren-Miner假設(shè)確定為式中D-積累損壞；K-幅值水平數(shù)；Ni-為在第i個(gè)幅值水平達(dá)到損壞所必需的循環(huán)次數(shù)，從所述沃勒曲線導(dǎo)出；iii是已經(jīng)在第i個(gè)幅值水平通過的循環(huán)次數(shù)；如果超過測(cè)量的積累損壞(D)，則進(jìn)行所述渦輪的保護(hù)動(dòng)作。2、根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括使用指數(shù)回歸f(x)估算所述循環(huán)次數(shù)的值和測(cè)量的幅值。3、根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括計(jì)算所述指數(shù)回歸f(x)的反函數(shù)g(x)以確定所述循環(huán)(Ni)的次數(shù)。4、根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述保護(hù)動(dòng)作包括將所述渦輪置于^t火焰運(yùn)行狀態(tài)之下并降低所述燃燒室(14)內(nèi)的壓力波動(dòng)。全文摘要本發(fā)明涉及控制燃?xì)廨啓C(jī)的壓力動(dòng)態(tài)及評(píng)估其燃燒室壽命周期的方法，介紹一種控制渦輪中燃燒的方法。該方法包括以下部分借助于位于渦輪相應(yīng)的燃燒室(14)的一或幾個(gè)探針(30)測(cè)量燃燒室(14)內(nèi)壓力波動(dòng)的幅值和同一波動(dòng)持續(xù)的時(shí)間或周期，通過對(duì)構(gòu)成該燃燒室(14)的某種材料對(duì)預(yù)定燃燒頻率和對(duì)測(cè)量的壓力波動(dòng)的振幅和周期值構(gòu)建沃勒曲線評(píng)估燃燒室(14)的特性，借助于Palmgren-Miner假設(shè)測(cè)量在渦輪的疲勞狀態(tài)下運(yùn)行過程中對(duì)燃燒室(14)的累積損壞(D)以及如果超過測(cè)量的累積損壞(D)值則進(jìn)行渦輪的保護(hù)動(dòng)作。文檔編號(hào)F02C9/00GK101311510SQ20081010910公開日2008年11月26日申請(qǐng)日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日發(fā)明者A·阿斯蒂申請(qǐng)人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司