[发明专利]失速和喘振检测系统及方法

说明书

技术领域

[0001]本文所公开的主题大体上涉及监测旋转机械构件的健康状况，并且更具体地涉及涡轮压缩机中的失速及喘振(surge)检测。

背景技术

[0002]在用于发电的燃气涡轮机中，通常容许压缩机以高压力比工作，以便实现较高的效率。在燃气涡轮机工作期间，可能会发生称为压缩机失速的现象，即当涡轮压缩机的压力比超过给定速度下的临界值时，压缩机的压力比会减小，而输送到发动机燃烧器中的气流也会减少并且在有些情况下可能会反向。压缩机失速具有许多导致因素。在一个实例中，发动机加速太快。在另一个实例中，在发动机的正常工作期间，空气压力或温度的入口轮廓变得过度扭曲。因吸入外来物或一部分发动机控制系统的故障所引起的压缩机损坏也可造成压缩机失速以及随后的压缩机性能下降。如果压缩机失速未被发现并容许其继续，则压缩机中所产生的燃烧器温度和振动应力可能变得高到足以对涡轮机造成损坏。

[0003]一种用于压缩机失速检测的方式为通过测量穿过压缩机的气流和升压来监测压缩机的健康状况。压力变化可归因于许多因素，例如举例来说，不稳定燃烧、旋转失速以及压缩机自身的喘振现象。为了确定这些压力变化，可监测穿过压缩机的升压变化的幅度和速率。然而，这种方法并不提供对旋转失速或喘振的预测能力，而且不能为实时控制系统提供信息以及足够的前置时间来前瞻性地处理此类事件。

发明内容

[0004]简而言之，提供了一种用于监测包括转子的压缩机的方法。该方法包括获取转子的动态压力信号，获取转子的叶片通过频率，使用叶片通过频率信号来过滤动态压力信号，在移动窗口时间周期内缓冲被过滤的动态压力信号，以及分析被缓冲的动态压力信号来预测压缩机的失速状态。

[0005]在另一个实施例中，提供了一种用于监测包括转子的压缩机的系统。该系统包括构造成用于获取转子的动态压力信号的压力传感器，构造成用于获取转子的速度信号的速度传感器，以及控制器，该控制器构造成用于使用转子速度信号来过滤动态压力信号、在移动窗口时间周期内缓冲被过滤的动态压力信号，以及分析被缓冲的动态压力信号来预测压缩机的失速状态。

附图说明

[0006]本发明的这些及其它特征、方面和优点在参照附图阅读如下详细说明时，将变得更为清楚，附图中相似的标号表示相似的零件，在附图中：

[0007]图1为根据本发明一个方面的具有传感器的压缩机的截面图；

[0008]图2示出了根据本发明的一个实施例的压缩机监测和控制系统的方框图；

[0009]图3为示出根据本文所公开的一个实施例的监测和控制压缩机健康状况的方框图；以及

[0010]图4为在较长的时间周期内的快速傅里叶变换的示图。

零件清单

10压缩机系统

12转子

14定子

16流向

18流向

20传感器位置

22传感器位置

24传感器位置

30压缩机监测和控制系统

32滤波器

34转子速度信号

36动态压力信号

40存储器

42信号处理器

44比较器

46查找表

48失速指示器

50失速指示信号

56压缩机监测系统

58低通滤波器

60速度-频率转换器

62叶片通过频率

66滤波器

68被过滤的动态压力信号

70均方根(RMS)转换器

72乘法器

73输入

74低通滤波器

75过滤的信号

76信号处理器

77偏移的动态压力信号

78数据收集器

80信号处理器

81变换的信号

84滤波器

85压缩机压力比

86源功率

87入口导向阀测量值

88功率计算机

90失速量度(未有标度的失速可能性)

92乘法器

94入口导向阀标度(scaling)

96失速可能性

97查找表

98喘振裕度剩余

99有标度的失速可能性

100长时间快速傅里叶变换

102频率

104功率

106功率峰值

108功率峰值

110功率峰值

具体实施方式