[发明专利]燃烧监测系统

说明书

提供了用于使用传感器头部和光学传感器询问器来确定与燃烧室中火焰的燃烧状况相关联的干涉测量数据和光谱数据的系统、方法和计算机可读介质，该传感器头部包括第一真空腔和操作地接合到燃烧室的内部部分的隔膜，该光学传感器询问器被配置在计算装置上并且经由光纤联接到传感器头部。光学传感器询问器包括干涉仪和光谱仪，该干涉仪被配置为基于经由第一光纤传输和反射的光来确定与火焰相关联的干涉测量数据，该光谱仪被配置为基于经由第二光纤传输的光来确定与火焰相关联的光谱数据。

背景技术

干涉测量技术可用于确定燃烧室(诸如气体涡轮的燃烧室)中火焰的燃烧特性。为了执行这些技术，光纤干涉测量传感器可被配置为将光传输到传感器中并且接收从传感器反射的光。联接到光纤干涉测量传感器的干涉仪可处理与反射光相关联的干涉图案，以确定从传感器内的不同反射边界反射的光学路径长度的差异。干涉图案差异可用于确定多个燃烧测量结果，诸如与在燃烧室中发生的燃烧反应相关联的动态压力、静态压力和温度。除了涡轮机械(诸如气体涡轮)之外，测量和监测燃烧特性对于确保往复式发动机(诸如内燃机)的最佳和安全操作可能是需要的。

光谱测定技术可用于确定作为波长或频率的函数的光强度，并且可测量由燃烧反应发射的紫外线、可见光和红外线辐射。这些光谱测量可用于表征火焰或燃烧反应，以及其中发生火焰或燃烧反应的设备的操作。光谱测定技术可使用光谱感测部件来执行，光谱感测部件可独立于测量相同燃烧反应的燃烧特性的干涉感测系统来配置。

发明内容

可在针对其中存在燃烧反应的设备(诸如在油气生产环境中的气体涡轮)执行燃烧监测。燃烧反应可包括火焰、燃料源和供氧源，使得燃料源被点燃，从而产生在存在氧气的情况下持续存在的火焰。监测燃烧反应的状况、质量和存在可了解生成燃烧反应、燃料供应或氧气供应的设备的情况。

燃烧监测系统可包括光纤干涉测量传感器，该光纤干涉测量传感器相对于燃烧源定位并且经由光纤联接到干涉仪。通过测量与通过传感器头部反射的光相关联的干涉测量数据，可确定燃烧反应的特性，诸如动态压力、静态压力和温度。例如，传感器头部可接合到燃烧反应，并且可经由光纤将与燃烧反应的特性相关联的反射光的变化传输到配置有干涉仪的计算装置。

对于用于燃烧监测的传统光纤干涉测量传感器，其确定附加的基于光谱的燃烧特性的能力可能有限。在一个方面，干涉测量燃烧监测系统可能无法生成与光谱数据相关联的测量结果，诸如火焰质量和燃料污染。在另一方面，干涉测量传感器的使用在高温条件下可能受到限制，诸如具有等于或高于约1000摄氏度的操作条件的燃烧室。附加燃烧特性可使用其他传感器类型来确定，但可能需要进入到燃烧室的内部容积中的附加穿透点或观察位置以执行燃烧监测。在燃烧室中的多个位置处部署多种传感器类型需要穿过燃烧室衬里和壳体的多个穿透部，这可能弱化穿透部位处的壁、壳体和衬里。此外，与使用被配置用于在单个位置处穿透燃烧室衬里和壳体的传感器执行燃烧监测相比，用于不同传感器的多个穿透部位的配置制造、保持和配置更昂贵。

一般来讲，本文提供了用于使用光谱数据分析执行燃烧监测的改进的系统、装置和方法。光纤干涉测量传感器可被配置为包括光谱感测部件。光谱感测部件可包括光谱仪和附加光纤以将来自燃烧室的光传输到光谱仪，以用于确定不能单独使用干涉测量感测部件确定的附加燃烧特性。可使用光谱数据确定的附加燃烧特性可包括火焰温度、火焰监控、点火器监控、火焰质量以及燃料源和燃烧反应中污染物的存在等。改进的燃烧监测系统的另外的益处在于可将干涉测量感测部件和光谱感测部件集成到单个传感器头部中，从而需要进入到燃烧室单个穿透点以监测和收集与燃烧反应相关联的干涉测量和光谱数据。