[发明专利]检测燃气涡轮机中预定状态的方法和用于燃气涡轮机的失效检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及检测燃气涡轮机中预定状态的方法。本发明还涉及用于燃气涡轮机的失效检测系统。

背景技术

在现有技术中已知（例如，如公开在EP 1 953 454 A1中）的这类燃气涡轮机中，气体管道或气体流动路径的路线穿过位于压缩机与涡轮机区段之间的燃烧区段/系统。燃烧区段可包括环形阵列的燃烧室。来自压缩机的高压空气流过燃烧区段，在燃烧区段处，高压空气与燃料混合并燃烧。如上文提到的，燃烧室均包括燃烧器，以点燃空气/燃料混合物，特别是在燃气涡轮机启动期间。

燃烧气体离开燃烧区段，以给涡轮机区段提供驱动压缩机的动力。在单轴布置结构中，涡轮机区段的高压、低压涡轮机被机械地连接，并共同驱动输出动力轴。在双轴布置结构中，低压涡轮机（动力涡轮机）在机械上是独立的，即只驱动输出动力轴，而高压涡轮机或所谓的压缩涡轮机驱动压缩机。这种结合充当了用于低压涡轮机的气体发生器。燃烧气体通过排出管道离开涡轮机区段。

在以气体燃料工作时，燃烧室中液体燃料不期望的引入可能引起燃烧区段中的温度升高。温度升高可能损坏涡轮机组件，即喷嘴。像燃烧器硬钎焊失效之类的组件的硬件失效可能是这种不期望状态的原因。

硬件失效的解决方案是通过设计出降低失效发生可能性的硬件解决方案来防止失效。但是，硬件失效不可能被完全避免，因此，应当可得到对于硬件失效的可靠的检测系统。

现有技术中已知有多种检测燃气涡轮机故障的系统。已知系统基于固定的温度阈值或在超过特定极限后扩散增加的温度测量值进行的。EP 1 953 454 A1公开了一种通过测量两个不同位置处随时间变化的温度，使用温度变化率来确定火焰中断，由此检测燃气涡轮机中的局部火焰中断的方法。

JP 56133636 A公开了另一种燃气涡轮机故障检测系统，所述系统将温度检测器测量的最大、最小温度值进行比较。沿圆周方向在排出气体的圆形流动通道中布置有多个温度检测器，当这些温度检测器的温度检测信号的最大和最小值之间的差超过某一设定值时，将产生指示异常的信号。

发明内容

本发明的第一个目的是要提供一种用于检测燃气涡轮机中预定状态特别是检测异常状态和/或硬件失效（例如燃烧器硬钎焊失效）的方法，从而可以缓解上文提到的缺点，尤其是便于更加可靠地检测燃气涡轮机中的预定状态，特别是异常和/或失效状态。本发明的第二个目的是要提供用于燃气涡轮机的有利的失效检测系统。

根据本发明，通过提供检测燃气涡轮机中预定状态的方法来实现第一个目的。所述方法包括如下步骤：

-测量位于所述燃气涡轮机中的至少三个探测点中每个探测点随时间变化的温度，

-确定所述至少三个探测点中每个探测点随时间变化的所测量温度的变化量，

-选择所确定的变化量中的一个，并将这一个选择的变化量与第一阈值进行比较，所述第一阈值基于其它确定的变化量中的至少两个变化量，

-基于所述一个选择的变化量与所述第一阈值的所述比较来检测所述燃气涡轮机中的所述预定状态。

根据本发明，通过提供用于燃气涡轮机的失效检测系统来实现第二个目的，所述系统具体被配置成用于执行检测燃气涡轮机中预定状态的方法。所述失效检测系统具有评估装置，所述评估装置用于通过所述燃气涡轮机中探测点的温度测量值中随时间变化的至少三个温度来检测所述燃气涡轮机的预定状态（特别是异常状态）和/或所述燃气涡轮机中的硬件失效，例如用于检测所述燃气涡轮机中燃烧器硬钎焊的失效。

换言之，本发明通过在预定时间周期中对每个测量位置，通过计算变化量（特别是标准偏差）来分析燃气涡轮机中不同位置（即涡轮机的燃烧系统内部或外部/下游）的瞬时温度读数。将一个测量位置（优选是每个测量位置）的变化量（或标准偏差）分别与一阈值进行比较，所述阈值基于其它测量位置的其它变化量（或标准偏差）中的至少两个（优选是全部）。如果所述一个变化量（或标准偏差）超过阈值，则检测到预定状态发生。

本发明基于这样的思路，即：除了与动态阈值进行比较之外，基于变化量/标准偏差来分析随时间变化的测量值，可以带来更加明显、稳健的结果和可靠的结论，作为基于随时间变化的单个测量值对随时间变化的测量值的分析（超过固定极限）。特别地，对于具有动态改变工艺参数的复杂动态工艺（诸如工艺温度），“较高层次”统计特性的分析和观察可能更加重要。