Способ и система для контроля в реальном времени горения без впрыска воды с низким уровнем выбросов оксидов азота и диффузионного горения Российский патент 2017 года по МПК G05B23/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное описание относится, в целом, к эксплуатации, контролю и диагностике механического/электрического оборудования и, более конкретно, к системам и способам для автоматического уведомления операторов о ненормальном режиме работы машин.

Обзор известных технических решений

Система сжигания топлива - важная часть, которая должна контролироваться в газовой турбине. Традиционные системы мониторинга процессов горения используют статические пороги, которые не рассматривают условия эксплуатации машины, такие как режим горения и нагрузка. В результате они не эффективны и производят ложные или слишком поздние предупреждения. Например, много часов в настоящее время тратится на определение местонахождения источника неисправности в случае проблемы разброса реальной температуры отработанных газов. На стороне детектора пламени контроль только цифрового сигнала или аналогового выходного сигнала без правильного статистического подхода затруднителен и приводит к ложному предупреждению.

Традиционные системы контроля страдают от технических неточностей. Неточность наиболее очевидна при наличии слишком большого количества ложных предупреждений или слишком поздних предупреждений, не принимающих во внимание условия эксплуатации машины; таким образом не предоставляется информация или предоставляется мало информации для нахождения неисправностей.

Сущность изобретения

В одной форме осуществления изобретения реализуемый на компьютере способ контроля и диагностики отклонений в работе газовой турбины реализуется с использованием компьютерного устройства, соединенного с интерфейсом пользователя и запоминающим устройством, и включает хранение множества наборов правил в запоминающем устройстве; эти наборы правил относятся к работе газовой турбины и содержат по меньшей мере одно правило, выраженное как выражение, связывающее выходные данные в реальном времени с входными данными в реальном времени, причем выражение связано по меньшей мере с одним из следующего: разброс температур потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; прием входных данных, поступающих в реальном времени, и данных за прошлые периоды от системы контроля состояния, связанной с газовой турбиной, причем входные данные касаются параметров, связанных по меньшей мере с одним из следующего: разброс температуры потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; определение перепада давления в линии газообразного топлива с использованием принимаемых данных; сравнение определяемого перепада давления с заданным диапазоном пороговых значений и выдачу рекомендации оператору газовой турбины на перевод режима работы газовой турбины из первого режима во второй режим без снижения нагрузки газовой турбины, если определяемый перепад давления удовлетворяет заданному диапазону пороговых значений.

В другой форме осуществления изобретения система контроля и диагностики для газовой турбины, содержащей осевой компрессор и турбину низкого давления, сообщающиеся по потоку, содержит набор правил для горения без впрыска воды с низким уровнем выбросов оксидов азота (Dry Low Nitrous oxide, DLN) и диффузионного горения в реальном времени, причем этот набор правил включает выражение связи выходных данных, поступающих в реальном времени, относительно по меньшей мере одного из следующего: разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины, угла закрутки потока отработанных газов, состояния множества детекторов пламени газовой турбины и перехода газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x.

В еще одной форме осуществления изобретения один или более машиночитаемых носителей хранят выполняемые компьютером команды, причем, когда они выполняются по меньшей мере одним процессором, то заставляют процессор записывать в запоминающее устройство множество наборов правил, наборы правил касаются выходных данных газовой турбины, при этом наборы правил содержат по меньшей мере одно правило, выраженное как выражение связи выходных данных, поступающих в реальном времени, с входными данными, поступающими в реальном времени, причем выражение касается по меньшей мере одного из следующего: разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины, угла закрутки потока отработанных газов, состояния исправности множества детекторов пламени газовой турбины и перехода газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; принимать входные данные, поступающие в реальном времени, и за прошлые периоды от системы контроля состояния, связанной с газовой турбиной, причем входные данные касаются параметров, связанных по меньшей мере с одним из следующего: разброс температуры потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; принимать множество выходных сигналов температуры от одного или более температурных датчиков, связанных с потоком отработанных газов газовой турбины, и определять разброс температуры потока отработанных газов газовой турбины, используя принимаемое множество выходных сигналов температуры.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1-10 показаны примеры осуществления описанных здесь способа и системы.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы дистанционного контроля и диагностики в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему примера осуществления архитектуры сети локальной системы контроля и диагностики промышленной установки, такой как распределенная система управления (Distributed Control System, DCS).

Фиг. 3 представляет собой блок-схему примера набора правил, который может использоваться с локальной системой контроля и диагностики (Local Monitoring and Diagnostic System, LMDS), показанной на фиг. 1.

Фиг. 4 представляет собой вертикальный вид сбоку газотурбинного двигателя в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Фиг. 5 представляет собой схему расположения двенадцати термопар, разнесенных приблизительно равномерно по окружности в диффузоре, в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий связь между засорением форсунки и разбросом температуры отработанных газов.

Фиг. 7 представляет собой блок-схему детектора пламени (Flame Detector, FD), который может использоваться с газотурбинным двигателем, показанным на фиг. 4, в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Фиг. 8 представляет собой снимок экрана с кривыми аналоговых выходных сигналов и цифровым выходным сигналом схемы детектирования пламени.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему работы газотурбинного двигателя во время процесса нагружения и разгружения.

Фиг. 10 представляет собой схему трубопроводов части топливной системы 1000, которая может использоваться с газотурбинным двигателем, показанным на фиг. 4, в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Хотя конкретные особенности различных форм осуществления изобретения могут быть показаны на некоторых чертежах и не показаны на других, это сделано только для удобства. Любая особенность некоторого чертежа может быть связана и/или заявлена в комбинации с любой особенностью некоторого другого чертежа.

Подробное описание изобретения

Следующее подробное описание поясняет формы осуществления изобретения в качестве примера, а не с целью ограничения. Предполагается, что изобретение имеет общее применение в аналитических и методических формах осуществления работы контрольной аппаратуры в промышленных, коммерческих и жилых применениях.

Система сжигания топлива - важный компонент, который необходимо контролировать в газовой турбине. Системы сжигания без впрыска воды с низким уровнем выбросов оксидов азота (DLN) более сложны и имеют иные режимы горения, чем традиционные газовые турбины. Используемое здесь обозначение NO_x относится к моноазотным оксидам, NO и NO₂ (окиси азота и двуокиси азота). Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения обеспечивает предотвращение неправильного управления горением, выдачу прямых рекомендаций для нахождения неисправностей, а также предупреждает о ранних признаках отказа, давая операторам газовой турбины время для действий и/или планирования остановки машины.

Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения включает следующие правила горения в качестве части системы контроля в режиме онлайн:

1. Разброс температуры отработанных газов как функции режима горения и нагрузки: Для системы DLN определение одного постоянного порога для разброса температуры отработанных газов будет приводить или к ложным предупреждениям или к слишком поздним предупреждениям. Есть последовательность переходов, во время которой горение переходит от одного режима к другому, например: первичный, "бедное горение - бедное горение", вторичный, предварительного смешения или "расширенное бедное горение - бедное горение". Во время каждого режима определяется надлежащий порог для разброса и при нагружении машины в режиме "бедное горение - бедное горение" разброс определяется как функция температуры горения. Для диффузионного горения разброс сравнивается с порогом, который равен, например, приблизительно 0,7 допустимого разброса. Также определяется правило для выявления отказа термоэлектрического датчика температуры отработанных газов. Пороги разброса отработанных газов устанавливаются более точно, потому что они устанавливаются для каждого режима горения и как функция нагрузки. Правильность предупреждений о разбросе отработанных газов проверяется, чтобы гарантировать, что причиной является реальная проблема. Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения облегчает и улучшает нахождение и устранение неисправностей: например, калькулятор угла закрутки определяет местонахождение источника неисправности (камеры (камер) сгорания и/или топливных форсунок) и уменьшает время нахождения неисправностей. В газовой турбине с диффузионным горением предусматривается также правило, которое определяет, не вызван ли большой разброс неисправным датчиком, так что процесс нахождения неисправностей может немедленно перейти к правильному определению основной причины.

2. Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения также выполняет расчет угла закрутки для обратного прослеживания от разброса к источнику или неисправной камере(-ам) сгорания, что значительно уменьшит время нахождения неисправностей. Когда разброс обнаруживается в газовой турбине с многосекционной трубчатой камерой сгорания, невозможно прямо судить об источнике проблемы (неисправной камере сгорания), потому что термопары не расположены рядом с жаровыми трубами. Набор правил прослеживает в обратном направлении связь отклонения разброса в выходном диффузоре с неисправной камерой сгорания. Связь, используемая в механизме правил, определяет неисправную камеру сгорания в случае реального разброса.

3. Состояние детектора пламени также важно, так как деградация детектора пламени с течением времени и другие проблемы могут приводить к многочисленным аварийным остановкам со всеми связанными с ними затратами и потерями производства. Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения включает алгоритм, который анализирует состояние детекторов пламени и генерирует предупреждения и рекомендации, связанные с этим анализом в реальном времени, облегчая выполнение хорошего технического обслуживания системы детектора пламени, чтобы избежать ложных предупреждений о погасании пламени и аварийных остановок. Необработанный импульсный сигнал, поступающий от датчика пламени (датчика ультрафиолетового (UltraViolet, UV) излучения), обрабатывается системой управления двумя различными способами: как аналоговый выходной сигнал и как цифровой выходной сигнал. Цифровые сигналы используются для обнаружения пламени и участвуют в логике панели управления, в то время как аналоговые сигналы не используются. Испытание в условиях эксплуатации и несколько проверок показали высокую степень изменчивости и низкую повторяемость сигналов детектора пламени, которые являются причиной "ложного" погасания пламени во вторичной зоне и аварийных остановок при работе в режиме предварительного смешивания. Состояние детектора пламени зависит от многих факторов, включая влажность воздуха, грязь, накапливающуюся на линзе и соединениях электропроводами. В наборе правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения аналоговый выходной сигнал используется для контроля детектора вторичного пламени: каждый сигнал обрабатывается с использованием статистического подхода, чтобы опознавать помехи и изменения и генерировать "количественный показатель состояния" (health count metric). Этот показатель используется для определения порогов и указания, необходимо ли заменить или настроить датчики. Выводимые рекомендации указывают, следует ли заменить, настроить, проверить детектор или очистить линзу детектора. Набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения контролирует постепенное ухудшение характеристик с течением времени и, таким образом, может предсказывать ранние признаки отказа. Выводимые рекомендации могут отличать ухудшающийся детектор от грязного или затуманенного.

4. Нецелесообразная разгрузка и излишнее сжигание топлива в настоящее время необходимы для перехода из режима "расширенное бедное горение - бедное горение" (Extended Lean-Lean, EXT-LL) в режим предварительного смешивания. Следовательно, некоторым выгодам, связанным с низкими выбросами, противоречит избыточное сжигание топлива. На основании расчета перепада давления в линии подачи газообразного топлива набор правил реального времени для горения в режиме DLN и диффузионного горения оценивает возможность перехода прямо без разгрузки, что может уменьшить сжигание топлива и позволить выполнить переход без снижения нагрузки газовой турбины. Правило перехода в технологии DLN позволяет операторам узнать о возможности избежать ненужной разгрузки, чтобы сэкономить время, топливо и уменьшить выбросы, являющиеся результатом избыточного сжигания газообразного топлива.

На фиг. 1 показана блок-схема системы 100 дистанционного контроля и диагностики в соответствии с примером осуществления данного изобретения. В примере осуществления система 100 содержит центр 102 дистанционного контроля и диагностики. Центр 102 дистанционного контроля и диагностики обслуживается организацией, такой как производитель комплектного оборудования (Original Equipment Manufacturer, OEM), закупленного и эксплуатируемого отдельной хозяйственной организацией, такой как эксплуатирующая организация. В примере осуществления производитель OEM и эксплуатирующая организация вступают в соглашение по обслуживанию, посредством чего производитель OEM предоставляет эксплуатирующей организации услуги, связанные с закупленным оборудованием. Эксплуатирующая организация может владеть закупленным оборудованием и эксплуатировать его на одном участке или на нескольких участках. Кроме того, производитель OEM может вступить в соглашение по обслуживанию с множеством эксплуатирующих организаций, каждая из которых обслуживает свой собственный единственный участок или многочисленные участки. Каждый из многочисленных участков может содержать идентичное отдельное оборудование или множества идентичных комплектов оборудования, таких как ряд последовательно установленных машин. Кроме того, по меньшей мере часть оборудования может быть уникальной для участка или уникальной для всех участков.

В примере осуществления первый участок 104 содержит один или более анализаторов 106 технологического процесса, системы 108 контроля оборудования, центры 110 локального управления оборудованием и/или панели 112 контроля и тревожной сигнализации, каждая из которых сконфигурирована для взаимодействия с соответствующими датчиками оборудования и управляющей аппаратурой, чтобы воздействовать на управление и работу соответствующего оборудования. Один или более анализаторов 106 технологического процесса, системы 108 контроля оборудования, центры 110 локального управления оборудованием и/или панели 112 контроля и тревожной сигнализации коммуникационно подключены к интеллектуальной системе 114 контроля и диагностики с помощью сети 116. Интеллектуальная система 114 контроля и диагностики (Intelligent Monitoring And Diagnostic, IMAD) конфигурирована так, чтобы поддерживать связь с другими локальными системами (не показанными на фиг. 1) и системами вне участка, такими как, но не ограничиваясь этим, центр 102 дистанционного контроля и диагностики. В различных формах осуществления изобретения система IMAD 114 сконфигурирована так, чтобы поддерживать связь с центром 102 контроля и диагностики, используя, например, выделенную сеть 118, линию 120 беспроводной связи и Интернет 122.

Каждый из множества других участков, например, второй участок 124 и n-ый участок 126, может быть по существу подобным первому участку 104, хотя может быть или не быть точно подобным первому участку 104.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему примера осуществления архитектуры 200 сети локальной системы контроля и диагностики промышленной установки, такой как распределенная система 201 управления (Distributed Control System, DCS). Промышленная установка может иметь множество единиц заводского оборудования, такого как газовые турбины, центробежные компрессоры, редукторы, генераторы, насосы, двигатели, вентиляторы и датчики контроля технологического процесса, которые соединены, сообщаясь по потоку, посредством соединительной трубопроводной сети, и соединены по сигнальной связи с системой DCS 201 с помощью одного или более модулей дистанционного ввода/вывода (Input/Output, I/O) и соединительных кабелей и/или радиосвязи. В примере осуществления промышленная установка содержит систему DCS 201, содержащую сетевую магистраль 203. Сетевая магистраль 203 может быть аппаратно-реализованным трактом передачи данных, например, изготовленным из кабеля с витыми парами, экранированного коаксиального кабеля или волоконно-оптического кабеля, или может быть по меньшей мере частично беспроводной. Система DCS 201 может содержать также процессор 205, который соединен с возможностью связи посредством сетевой магистрали 203 с заводским оборудованием, расположенным на участке промышленной установки или на удаленных местах. Должно быть понятно, что любое число машин может быть функционально связано с сетевой магистралью 203. Часть машин может быть подключена к сетевой магистрали 203 проводами, а другая часть машин может подключаться к сетевой магистрали 203 беспроводными средствами с помощью базовой радиостанции 207, которая может функционально связываться с системой DCS 201. Базовая радиостанция 207 может использоваться для увеличения эффективной дальности связи системы DCS 201, например, с оборудованием или датчиками, расположенными удаленно от промышленной установки, но продолжающими связываться с одной или несколькими системами в пределах промышленной установки.

Система DCS 201 может быть сконфигурирована для приема и отображения эксплуатационных параметров, связанных с множеством единиц оборудования, и генерирования сигналов автоматического управления и приема входных сигналов ручного управления, чтобы управлять работой оборудования промышленной установки. В примере осуществления система DCS 201 может содержать сегмент программного кода, сконфигурированный так, чтобы управляющий процессор 205 анализировал данные, принимаемые в системе DCS 201, которые позволяют осуществлять мониторинг и диагностику машин промышленной установки в режиме онлайн. Данные могут собираться от каждой машины, включая газовые турбины, центробежные компрессоры, насосы и двигатели, связанные с ними датчики технологического процесса, а также локальные датчики окружающей среды, включая, например, датчики вибраций, сейсмические датчики, датчики температуры, давления, тока, напряжения, температуры и влажности окружающей среды. Данные могут предварительно обрабатываться локальным диагностическим модулем или модулем дистанционного ввода/вывода либо могут передаваться в систему DCS 201 в необработанном виде.

Локальная система 213 контроля и диагностики (Local Monitoring and Diagnostic System, LMDS) может быть отдельным добавочным аппаратным устройством, таким, как например, персональный компьютер (Personal Computer, PC), который поддерживает связь с системой DCS 201 и другими системами 209 управления и источниками данных с помощью сетевой магистрали 203. Система LMDS 213 может быть реализована также в сегменте программы, выполняемой в системе DCS 201 и/или одной или нескольких других системах 209 управления. Соответственно, система LMDS 213 может работать распределенным образом так, чтобы часть сегмента программы параллельно выполнялась в нескольких процессорах. Система LMDS 213 также может быть полностью интегрирована в работу системы DCS 201 и других систем 209 управления. Система LMDS 213 анализирует данные, принимаемые системой DCS 201, источниками данных и другими системами 209 управления, чтобы определять эксплуатационное состояние машин и/или технологического процесса, применяющего машины, с использованием глобального вида промышленной установки.

В примере осуществления архитектура 100 сети содержит компьютер 202 серверного класса и одну или более клиентских систем 203. Компьютер 202 серверного класса дополнительно содержит сервер 206 базы данных, сервер 208 прикладных программ, веб-сервер 210, факс-сервер 212, сервер 214 каталогов и почтовый сервер 216. Каждый из серверов 206, 208, 210, 212, 214 и 216 может быть воплощен в программном обеспечении, выполняющемся на компьютере 202 серверного класса; или некоторые комбинации серверов 206, 208, 210, 212, 214 и 216 могут быть воплощены отдельно или в комбинации на отдельных компьютерах серверного класса, соединенных в локальную вычислительную сеть (Local Area Network, LAN) (не показанную). Блок 220 хранения данных соединен с компьютером 202 серверного класса. Кроме того, рабочая станция 222, такая как рабочая станция администратора системы, пользовательская рабочая станция и/или рабочая станция диспетчера, подключена к сетевой магистрали 203. Альтернативно, рабочие станции 222 подключаются к сетевой магистрали 203 с использованием Интернет-канала 226 или связываются посредством беспроводного соединения, например, посредством базовой радиостанции 207.

Каждая рабочая станция 222 может быть персональным компьютером, имеющим веб-браузер. Хотя функции, выполняемые на рабочих станциях, обычно показывают как выполняемые на соответствующих рабочих станциях 222, такие функции могут выполняться на одном из многих персональных компьютеров, подключенных к сетевой магистрали 203. Рабочие станции 222 описываются как связанные с отдельными приводимыми в качестве примера функциями только для того, чтобы облегчить понимание различных видов функций, которые могут выполняться лицами, имеющими доступ к сетевой магистрали 203.

Компьютер 202 серверного класса сконфигурирован так, чтобы связываться с различными лицами, включая служащих 228 и третьих лиц, например, поставщиков 230 услуг. Связь в примере осуществления показана как выполняемая с использованием сети Интернет, однако в других формах осуществления изобретения может использоваться любая другая связь типа глобальной сети (Wide Area Network, WAN), то есть системы и процессы не ограничены тем, чтобы применяться на практике с использованием сети Интернет.

В примере осуществления любое уполномоченное лицо, имеющее рабочую станцию 232, может получать доступ к системе LMDS 213. По меньшей мере одна из клиентских систем может содержать рабочую станцию 234 администратора, расположенную в удаленном месте. Рабочие станции 222 могут быть реализованы на персональных компьютерах, имеющих веб-браузер. При этом рабочие станции 222 сконфигурированы так, чтобы поддерживать связь с компьютером 202 серверного класса. Кроме того, факс-сервер 212 поддерживает связь с удаленно расположенными клиентскими системами, включая клиентскую систему 236, использующую телефонную линию (не показанную). Факс-сервер 212 сконфигурирован так, чтобы поддерживать связь также с другими клиентскими системами 228, 230 и 234.

Инструментальные средства компьютерного моделирования и анализа системы LMDS 213, как описано ниже более подробно, могут храниться на сервере 202 и могут быть доступны запрашивающей стороне в любой из клиентских систем 204. В одной форме осуществления изобретения клиентские системы 204 представляют собой компьютеры, содержащие веб-браузер, такой, что компьютер 202 серверного класса является доступным для клиентских систем 204 с использованием сети Интернет. Клиентские системы 204 подключаются к сети Интернет через множество интерфейсов, включая сеть, такую как локальная вычислительная сеть (LAN) или глобальная сеть (WAN), подключения по телефонным линиям, кабельные модемы и специальные высокоскоростные линии цифровой сети с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network, ISDN). Клиентские системы 204 могут быть любым устройством, способным к соединению с сетью Интернет, включая веб-ориентированный телефон, персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant, PDA) или другое веб-ориентированное подключаемое оборудование. Сервер 206 базы данных соединяется с базой данных 240, содержащей информацию о промышленной установке 100, как более подробно описано ниже. В одной форме осуществления изобретения централизованная база данных 240 хранится на компьютере 202 серверного класса, и к ней могут обращаться потенциальные пользователи в одной из клиентских систем 204 путем регистрации на компьютере 202 серверного класса с помощью одной из клиентских систем 204. В альтернативной форме осуществления изобретения база данных 240 хранится удаленно от компьютера 202 серверного класса и может быть нецентрализованной.

Другие системы промышленной установки могут предоставлять данные, которые являются доступными для компьютера 202 серверного класса и/или клиентских систем 204 посредством независимых подключений к сетевой магистрали 204. Сервер 242 интерактивных электронных технических руководств обслуживает запросы на данные машин, касающиеся конфигурации каждой машины. Такие данные могут включать эксплуатационные возможности, такие как характеристики насоса, номинальная мощность двигателя, класс изоляции и размер рамы, конструктивные параметры, такие как размеры, число стержней ротора или лопаток рабочего колеса и история технического обслуживания машин, такого как изменения при эксплуатации для машины, реальные измерения и измерения после окончания регулировки, а также выполненные на машине ремонтные работы, которые не возвратили машину к ее первоначальному расчетному режиму.

Портативный прибор 244 для контроля вибраций может периодически подключаться к локальной сети непосредственно или через входной порт компьютера, такой как порты, включенные в состав рабочих станций 222 или клиентских систем 204. Как правило, данные вибраций собираются по маршруту, причем данные собираются от заранее заданного списка машин на регулярной основе, например, ежемесячно или с другой периодичностью. Данные вибраций также могут собираться совместно с действиями по поиску неисправностей, техническому обслуживанию и вводу в эксплуатацию. Кроме того, данные вибраций могут собираться непрерывно в режиме реального времени или близком к реальному времени. Такие данные могут обеспечивать новый базовый уровень для алгоритмов системы LMDS 213. Данные технологического процесса могут точно так же собираться на основании маршрута или во время действий по поиску неисправностей, техническому обслуживанию и вводу в эксплуатацию. Кроме того, некоторые данные технологического процесса могут собираться непрерывно в режиме реального времени или близком к реальному времени. Некоторые параметры технологического процесса не могут постоянно контролироваться приборами, и портативное устройство 245 сбора данных технологического процесса может использоваться, чтобы собирать данные параметров технологического процесса, которые могут загружаться в систему DCS 201 посредством рабочей станции 222, чтобы они были доступны системе LMDS 213. Другие данные параметров технологического процесса, такие как данные анализаторов состава технологической жидкой среды и анализаторов поступающих в атмосферу загрязнений, могут предоставляться системе DCS 201 посредством множества мониторов 246 в режиме онлайн.

Электроэнергия, подаваемая на различные машины или генерируемая генераторами на промышленной установке, может контролироваться реле 248 защиты двигателя, связанными с каждой машиной. Как правило, такие реле 248 расположены удаленно от контролируемого оборудования в центре управления двигателями (Motor Control Center, МСС) или в распределительном устройстве 250, снабжающем машину. В дополнение к реле 248 защиты, распределительное устройство 250 может содержать также систему диспетчерского управления и сбора данных (Supervisory Control and Data Acquisition System, SCADA), которая снабжает систему LMDS 213 параметрами электропитания или оборудования системы энергоснабжения (не показано), расположенным на промышленной установке, например, на электрораспределительной подстанции, или параметрами удаленных выключателей линий передачи и линий.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему примера набора 280 правил, который может использоваться системой LMDS 213 (показанной на фиг. 1). Набор 280 правил может быть комбинацией одного или более устанавливаемых пользователем правил и ряда свойств, которые определяют режим и состояние устанавливаемых пользователем правил. Правила и свойства могут связываться и храниться в формате строки расширяемого языка разметки (extensible Markup Language, XML), которая может быть зашифрована на основании ключа из 25 алфавитно-цифровых знаков, когда сохраняется в файле. Набор 280 правил является модульным элементом знаний, который содержит один или более входов 282 и один или более выходов 284. Входы 282 могут быть программными портами, которые направляют данные из определенных мест в системе LMDS 213 в набор 280 правил. Например, входные данные от внешнего датчика вибраций насоса могут передаваться к аппаратному входному оконечному устройству в системе DCS 201. Система DCS 201 может выполнять дискретизацию сигнала в этом оконечном устройстве, чтобы вслед за этим принимать сигнал. Сигнал тогда может обрабатываться и сохраняться в ячейках в запоминающем устройстве, доступном системе DCS 201 и/или составляющем с ней единое целое. Первые входные данные 286 набора 280 правил могут отображаться на ячейки в запоминающем устройстве так, что содержимое ячеек в запоминающем устройстве является доступным для набора 280 правил как входные данные. Точно так же, выходные данные 288 могут отображаться на другие ячейки в запоминающем устройстве, доступные для системы DCS 201 или для другого запоминающего устройства, так, что ячейки в запоминающем устройство содержат выходные данные 288 набора 280 правил.

В примере осуществления набор 280 правил содержит одно или более правил, касающихся контроля и диагностики определенных проблем, связанных с оборудованием, эксплуатируемым на промышленном предприятии, таком как, например, предприятие по обратной закачке газа, завод сжиженного природного газа (Liquified Natural Gas, LNG), электростанция, нефтеперерабатывающий завод и химико-технологическое оборудование. Хотя набор 280 правил описывается с точки зрения использования промышленным предприятием, набор 280 правил может надлежащим образом создаваться для сбора любых знаний и использоваться для нахождения решений в любой области. Например, набор 280 правил может содержать знания, имеющее отношение к экономическому поведению, финансовой деятельности, явлениям погоды и процессам проектирования. Набор 280 правил тогда может использоваться, чтобы находить решения проблем в этой области. Набор 280 правил включает знания из одного или многих источников, так что знания передаются любой системе, где применяется набор 280 правил. Знания собираются в виде правил, которые связывают выходы 284 с входами 282 так, что спецификация входов 282 и выходов 284 позволяет применять набор 280 правил к системе LMDS 213. Набор 280 правил может содержать только правила, специфические для определенного оборудования установки, и может быть направлен только на одну возможную проблему, связанную с этим специфическим оборудованием установки. Например, набор 280 правил может содержать только правила, которые применимы к двигателю или комбинации двигатель/насос. Набор 280 правил может содержать только правила, которые определяют состояние исправности комбинации двигателя/насоса с использованием данных вибраций. Набор 280 правил может содержать также правила, которые определяют состояние исправности комбинации двигателя/насоса с использованием комплекта средств диагностики, включаемых в дополнение к средствам анализа вибраций, но могут также содержать, например, инструментальные средства расчета рабочих характеристик и/или инструментальные средства финансовых расчетов для комбинации двигателя/насоса.

Во время работы набор 280 правил создается в инструментальных средствах разработки программ, которые запрашивают пользователя о зависимостях между входами 282 и выходами 284. Входы 282 могут принимать данные, представляющие, например, цифровые сигналы, аналоговые сигналы, формы колебаний, обрабатываемые сигналы, введенные вручную данные и/или параметры конфигурации и выходные данные от других наборов правил. Правила в наборе 280 правил могут содержать логические правила, численные алгоритмы, приложения для обработки формы колебаний и сигналов, алгоритмы экспертной системы и искусственного интеллекта, статистические инструментальные средства и любое другое выражение, которое может связывать выходы 284 с входами 282. Данные с выхода 284 могут отображаться в соответствующие ячейки в запоминающем устройстве, которые резервируются и конфигурируются для приема каждых данных с выхода 284. Система LMDS 213 и система DCS 201 могут затем использовать ячейки в запоминающем устройстве, чтобы выполнять любые функции контроля и/или управления, для выполнения которых могут быть запрограммированы система LMDS 213 и система DCS 201. Правила набора 280 правил работают независимо от системы LMDS 213 и системы DCS 201, хотя данные на входе 282 могут подаваться в набор 280 правил и данные на выходе 284 могут подаваться в набор 280 правил непосредственно или опосредованно через промежуточные устройства.

Во время создания набора 280 правил человек-эксперт в данной области раскрывает знания области, специфической для конкретного оборудования, используя инструмент разработки при программировании одного или более правил. Правила создаются формированием выражений зависимости между данными на выходе 284 и данными на входе 282. Операнды могут выбираться из библиотеки операндов с использованием графических способов, например, с использованием перетаскивания мышью на графическом интерфейсе пользователя, встроенном в инструмент разработки. Графическое представление операнда может быть выбрано из библиотечной части экранного устройства отображения (не показанного) и перетащено в часть создания правила. Зависимости между входом 282 и операндами размещаются в виде логического показа, и пользователь запрашивается о значениях, таких как константы, когда они основаны на определенных операндах и некоторых определенных данных на входе 282, которые выбираются. Создается столько правил, сколько необходимо, чтобы собрать знания эксперта. Соответственно, набор 280 правил может содержать жесткий набор правил диагностики и/или контроля или относительно менее жесткий набор правил диагностики и/или контроля, основанный на требованиях пользователя и современном состоянии техники в конкретной области набора 280 правил. Инструмент разработки обеспечивает ресурсы для проверки набора 280 правил во время разработки, чтобы гарантировать, что различные комбинации и значения данных на входе 282 производят ожидаемые выходные данные на выходе 284.

Как описано ниже, наборы правил задаются, чтобы оценить разброс температуры отработанных газов как функцию режима горения и нагрузки, расчет угла закрутки для обратного прослеживания разброса температуры отработанных газов к источнику или неисправной камере(-ам) сгорания и состояние детекторов пламени, и генерирует предупреждения и рекомендации, чтобы избежать ложных предупреждений о погасании пламени и аварийных остановок, нецелесообразной разгрузки и излишнего сжигания топлива, необходимых в настоящее время для перехода из режима "расширенное бедное горение - бедное горение" (EXT-LL) в режим предварительного смешивания.

На фиг. 4 показан вертикальный вид сбоку газотурбинного двигателя 400 в соответствии с примером осуществления данного изобретения. В примере осуществления газотурбинный двигатель 400 содержит множество секционных камер 402 сгорания, сообщающихся с расположенной ниже по потоку турбиной 404 низкого давления или силовой турбиной, и диффузор 406, расположенный ниже по потоку от турбины 404 низкого давления. Диффузор 406 содержит множество термопар 408, расположенных по окружности во внутренней области диффузора 406 в тракте потока отработанных газов, выходящих из турбины 404 низкого давления. В примере осуществления количество термопар 408 равно тринадцати, они равномерно расположены по окружности в диффузоре 406. В различных формах осуществления изобретения используются другие количества термопар 408, которые могут располагаться в диффузоре 406 так, как это удобно.

В примере осуществления термопары 408 подключены к детектору 410 большого разброса, который сконфигурирован для приема сигналов температуры и применения к сигналам одного или более наборов правил обнаружения разброса. Секционные камеры 402 сгорания располагаются по окружности по газотурбинному двигателю 400. Отработанные газы, выходящие из каждой камеры 402 сгорания, различаются по температуре в зависимости от условий горения в каждой камере 402 сгорания. Отработанные газы каждой камеры 402 сгорания имеют тенденцию лишь до некоторой степени смешиваться с отработанными газами, выходящими из других камер 402 сгорания. В зависимости от условий эксплуатации газотурбинного двигателя, включая, но не ограничиваясь этим, нагрузку, воздушный поток и условия работы камеры 402 сгорания, каждая термопара 408 может быть тесно связана с различимой одной или несколькими камерами 402 сгорания. Такая тесная связь дает возможность обнаружения проблемы с форсункой в одной из камер 402 сгорания посредством обнаружения отклонений в разбросе температур в диффузоре 406, которые измеряются термопарами 408.

Набор правил разброса температуры отработанных газов, связанный с детектором 410 большого разброса, оценивает угол закрутки, который, как используется здесь, относится к углу между измеренной характерной температурой отработанных газов при различных нагрузках, и исходным местоположением камеры 402 сгорания. В примере осуществления набор правил разброса температуры отработанных газов является функцией преобразования со следующими входными данными:

Показания термопар температуры отработанных газов (TTXD_1…TTXD_13*).

Разброс температуры отработанных газов (TTXSP1*).

Скорость вращения турбины высокого давления в процентах (TNH*).

Скорость вращения турбины низкого давления в процентах (TNL*).

Абсолютное давление на выходе компрессора (PCD_abs*).

Давление окружающей среды (AFPAP*).

Набор правил разброса отработанных газов сконфигурирован для вывода угла закрутки и оценки холодных/горячих пятен. Выходные данные используют для определения местоположения вероятной причины разброса температуры по окружности диффузора 406. Набор правил разброса отработанных газов сконфигурирован для вывода шагов, которые необходимо выполнить для нахождения неисправности, когда угол закрутки превышает заданный диапазон пороговых значений, или когда обнаруживается другой индикатор отклонения разброса температуры. Например, набор правил разброса отработанных газов может выводить шаги нахождения неисправностей, которые включают, например: 1. Правильно определить горячие и холодные пятна на графике температуры выходных газов. 2. Проследить отклонение температуры выходных газов с помощью угла закрутки газов до конкретного местоположения камеры сгорания. 3. Определить аппаратные средства, которые способны создавать изменения в картине горения.

Применяемая методология набора правил разброса отработанных газов включает оценку присутствия холодного/горячего пятна, определение местоположения холодной/горячей области, выбор самой холодной/самой горячей термопары и ее соответствующего местоположения в выпускной напорной камере, выполнение проверки соседних термопар, расчет угла закрутки с использованием функции преобразования набора правил разброса отработанных газов от местоположения низкой термопары, прослеживание обратно величины угла закрутки для определения местоположения вероятной причины.

На фиг. 5 представлена схема размещения двенадцати термопар 408, расположенных с приблизительно одинаковыми интервалами по окружности в диффузоре 406 в соответствии с примером осуществления данного изобретения. Поток отработанных газов через диффузор 406 направлен в плоскость страницы на фиг. 5 или из нее. На основании фиксированного положения каждой термопары 408 в диффузоре 406 могут быть определены и проверены взаимосвязи между температурами, измеряемыми каждой из термопар 408, и соответствующими камерами 402 сгорания. Диапазон 500 неопределенности может использоваться для описания относительной неопределенности определяемого угла закрутки. На такую неопределенность может воздействовать, например, нагрузка газотурбинного двигателя 400.

Фиг. 6 представляет собой график 550, показывающий связь между засорением форсунки и разбросом температуры отработанных газов. График 550 содержит ось X 552, градуированную в единицах % засорения форсунки, и ось Y 554, градуированную в единицах разброса температуры отработанных газов. Линия 556 является кривой, построенной по нескольким точкам данных на основе анализа в эксплуатационных условиях и иллюстрирующей связь между засорением форсунки и разбросом температуры отработанных газов.

Разброс температуры на выходе камер 402 сгорания является функцией, например, но не ограничиваясь этим, режима горения газотурбинного двигателя 400, разделения топлива и выходной мощности газотурбинного двигателя 400. Набор правил, контролирующий режим DLN-I горения, является простым правилом, основанным на заданном диапазоне пороговых значений.

Набор правил контроля горения DLN-I принимает в качестве входных данных:

Режим горения (DLN_MODE_GAS*).

Среднюю температуру отработанных газов (ТТХМ*).

Разброс температуры отработанных газов (TTXSP1*)

Предел разброса температуры отработанных газов (TTXSPL*).

Опорное значение температуры горения (CTF*).

Показания температуры отработанных газов термопарами (TTXD_1, … TTXD_13*).

Порог, используемый для сигнализации о контролируемом отклонении, зависит, прежде всего, от режима горения и нагрузки газотурбинного двигателя. Например:

Разогрев: 33,33°С.

Режим предварительного смешивания: 25°С.

Режим бедное горение - бедное горение: (TTXM-CTF)*0,042+16,67°С.

Установившийся режим предварительного смешивания: 41,67°С.

Режим расширенное бедное горение - бедное горение с нагрузкой: 44,44°С.

Набор правил контроля горения по технологии DLN-I выводит предупреждения, индикации, такие как, но не ограниченные ими, проверка на сломанную термопару или проверка на забитые форсунки. Набор правил контроля горения по технологии DLN-I выводит также шаги для нахождения неисправностей, например:

1. Правильно определить горячие и холодные пятна на графике температуры отработанных газов.

2. Проследить отклонение температуры отработанных газов с помощью известного порога.

3. Исследовать задействование первичной и вторичной форсунок.

Применяемая методология набора правил контроля горения DLN-I включает определение местоположения холодной области посредством анализа данных температуры отработанных газов, выбора самых холодных/самых горячих термопар и соответствующего им местоположения в выпускной напорной камере, оценки наличия холодного/горячего пятна, поиска некоторого внезапного увеличения разброса более чем на 13,89°С, вычисления (SI) Разброс#1 (TTXSP1) = температура самой горячей - температура самой холодной термопары, (S2) Разброс#2 (TTXSP2) = температура самой горячей термопары - температура 2-ой самой холодной термопары, проверку соседней термопары на совместимость, запись разбросов в релевантных условиях (Первичный HL, Вторичный, …), определение порога из хорошей практики камеры сгорания в режиме DLN-1 и сравнение обоих разбросов с данным порогом.

На фиг. 7 показана схема 600 детектора пламени (FD), который может использоваться с газотурбинным двигателем 400 (показанным на фиг. 4) в соответствии с примером осуществления данного изобретения. В примере осуществления схема 600 детектора пламени может использоваться с набором правил обнаружения пламени, чтобы обеспечить индикацию состояния, чувствительности и работоспособности детекторов пламени (не показанных), что приводит к уменьшению возникновения аварийных остановок из-за отказа контрольно-измерительной аппаратуры. Набор правил, связанный с проверкой чувствительности FD вторичной зоны, является простым набором правил, основанным на значениях для контролируемых параметров, находящихся в пределах заданного порога.

Входные данные для набора правил FD включают:

Аналоговые сигналы FD (fd_intens_I, … fd_intens_8).

Логические сигналы FD (L28FDA, … L28FDH).

Сигнал относительной влажности (CMHUM).

Выходные данные набора правил FD включают предупреждения, такие как, но не ограничиваясь ими, "Замена детекторов пламени" и "Необходимость настройки детектора пламени".

В примере осуществления необработанный импульсный сигнал от датчика пламени обрабатывается набором правил FD двумя различными способами, аналоговые выходные сигналы (FD_INTENS_n) 602 являются частотными выходными сигналами, генерируемыми для целей контроля с использованием фиксированного временного окна длительностью одна секунда. Цифровые выходные сигналы (L28FDn) 604 генерируются путем сравнения частотного выходного сигнала, основанного на другом временном окне, например, 1/16 секунды, с порогами соответствующего подсчета, установленными в логике зажигания/гашения пламени в интерфейсах системы управления.

Фиг. 8 представляет собой снимок экрана 700 с кривой аналоговых выходных сигналов 602 и цифровым выходным сигналом 604. Уровни обнаружения и время обнаружения являются параметрами управления, используемые для настройки порога FD. Уровень частотного порога рассчитывается и определяется следующим образом:

Уровень обнаружения = 14, (частотный порог = 87,5 Гц), цифровой сигнал является плоским и равным 1.

Уровень обнаружения = 16, (частотный порог = 100 Гц), цифровой сигнал начинает колебаться, переключаясь от 0 до 1.

Уровень обнаружениями = 18, (частотный порог = 112,5 Гц), колебание цифрового сигнала.

Уровень обнаружения = 20, (частотный порог = 120 Гц), остаточный выброс L28fdf.

Уровень обнаружения = 22, (частотный уровень = 137,5 Гц), цифровой сигнал является плоским и равным 0.

Из анализа, выполненного на нескольких данных, полученных в эксплуатационных условиях, для каждого датчика вторичного пламени используется следующее условие:

Если: (Avg-7*STDV_calculated)*время обнаружения(1/16 с)<1 - детектор пламени необходимо заменить.

Если: (Avg-7*STDV_calculated)*время обнаружения(1/16 с)<2 - детектор пламени необходимо настроить.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему 900 работы газотурбинного двигателя 400 во время процесса нагружения и разгружения. На оси 902 показана нагрузка GT для рабочей зоны 904 нагружения и рабочей зоны 906 разгружения. Стрелки указывают путь, который газотурбинный двигатель 400 может использовать при пересечении рабочих зон. Набор правил прямого перехода используется для расчета возможности перехода из режима работы EXT-LL непосредственно в режим работы PREMIX (с предварительным смешиванием).

В примере осуществления набор правил прямого перехода является набором правил типа функции перехода. Набор правил прямого перехода принимает в качестве входных данных:

Давление газообразного топлива выше по потоку от клапана SVR.

Давление между клапанами (FPG2*).

Давление на выходе компрессора (PCD*).

Давление окружающей среды (AFPAP*).

Температура газообразного топлива (FGT2*).

Характеристики газового регулирующего клапана (Gas Control Valve, GCV), клапана пропорционального регулирования подачи топлива (Stop-Ratio Valve, SRV) - kv и Xt.

Эффективная площадь форсунки вторичного топлива.

Выходные данные набора правил прямого перехода:

Давление ниже по потоку от клапана GCV.

Оценка расхода газообразного топлива.

Индикация возможности установки переходить из режима EXT-LL прямо в PREMIX.

Работа DLN-1 от запуска до полной нагрузки включает пять различных режимов горения в жаровой трубе с несколькими зонами. Распределение топлива и пламени по различным зонам согласуется со скоростью вращения турбины и условиями нагрузки, чтобы получить лучшие рабочие характеристики и уменьшить выбросы при работе с устойчивым пламенем.

Если агрегат работает в режиме EXTENDED LEAN-LEAN ("расширенное бедное горение - бедное горение") с современной логикой DLN-1, то чтобы получить режим PREMIX STEADY STATE (стационарный режим предварительного смешивания), необходимо:

Снять нагрузку агрегата на ≈40% ниже базовой нагрузки*, возвращаясь в режим LEAN-LEAN POSITIVE ("бедное горение - бедное горение положительное").

Переход в PREMIX STEADY-STATE (стационарный режим с предварительным смешиванием) при возрастающей нагрузке.

Кроме того логика защиты трансформатора зажигания вводит другое ограничение, запрещающее переход в режим PREMIX (предварительного смешивания), если превышается рабочий цикл трансформатора.

Фиг. 10 представляет собой схему трубопроводов части топливной системы 1000, которая может использоваться с газотурбинным двигателем 400 (показанным на фиг. 4) в соответствии с примером осуществления данного изобретения.

Возможность перехода в режим PREMIX в технологии DLN-1 связана со способностью поддержания условия дросселирования газового регулирующего клапана (Gas Control Valve, GCV) 1002 во время переходного режима SECONDARY.

Давление 1004 выше по потоку от GCV и давление 1006 выше по потоку от SRV определяют, чтобы подать все количество газа в "беспереходную" топливную форсунку 1008 вторичного топлива без падений нагрузки установки во время переходного режима SECONDARY.

Условие для хорошего перехода в режим PREMIX может рассчитываться в реальном времени, чтобы определять увеличенное окно для доступности PREMIX, включая прямой переход из EXT-LL в PREMIX.

Разработка правила прямого перехода из EXT-LL в PREMIX включает следующее:

1-ый ШАГ - Расчет массового расхода топлива.

Предполагая газовый регулирующий клапан (GCV) дросселируемым и N=1:

где

k=cp/cv - отношение для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO,

R - для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO топлива,

A_ev = эффективная площадь как функция длины хода (из таблицы или соотношений).

2-ой ШАГ - Расчет давления [Р8] 1010 первичной топливной форсунки, когда питается только вторичная форсунка.

где:

T₈=FGT - температура газообразного топлива,

R - для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO,

A_eff = эффективная площадь как функция степени сжатия в форсунке,

k=cp/cv - отношение для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO,

3-й ШАГ - Расчет давления 1012 ниже по потоку от GCV, когда питают только вторичную форсунку и Р7≈Р8.

где:

C_v=при 0% открытии клапана GSV,

k=cp/cv - отношение для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO,

S_g - для одного из самых бедных газов согласно рабочему CSO топлива.

4-ый ШАГ - Проверка дросселирования GCV.

Если , то агрегат может перейти в режим PREMIX из режима EXT-LL.

Логические потоки, изображенные на фигурах чертежей, не требуют показанного конкретного порядка или последовательного порядка для достижения необходимых результатов. Кроме того, могут предусматриваться другие шаги, или шаги могут исключаться из описываемых технологических маршрутов, и другие компоненты могут добавляться в описываемые системы или удаляться из них. Соответственно, другие формы осуществления находятся в пределах объема нижеследующей формулы изобретения.

Следует понимать, что вышеприведенные формы осуществления изобретения, которые были описаны с конкретными деталями, являются просто примерами или возможными формами осуществления, и что есть много других комбинаций, добавлений или вариантов, которые могут быть включены в их состав.

Кроме того, конкретные наименования компонентов, написание прописными буквами терминов, атрибуты, структуры данных или любые другие аспекты программирования или структурные аспекты не являются обязательными или существенными, и механизмы, которые реализуют изобретение или его признаки, могут иметь другие названия, форматы или протоколы. Далее, система может быть реализована посредством комбинации аппаратных средств и программного обеспечения, как описано, или полностью элементами аппаратных средств. Кроме того, конкретное разделение функциональных возможностей между различными компонентами системы, описанными здесь, являются просто одним примером, а не обязательным; функции, выполняемые одним компонентом системы, могут вместо этого выполняться многочисленными компонентами, а функции, выполняемые многочисленными компонентами, могут вместо этого выполняться одним компонентом.

Некоторые части вышеприведенного описания представляют особенности в терминах алгоритмов и символических представлений операций над информацией. Эти описания алгоритмов и представления могут использоваться специалистами в области обработки данных, чтобы наиболее эффективно передать содержание их работы другим специалистам в этой области. Хотя эти операции описаны функционально или логически, подразумевается, что они будут реализованы в виде программ для компьютера. Кроме того, также было признано удобным иногда именовать эти множества операций модулями или функциональными названиями без потери общности.

Если специально не заявлено иное, то, как очевидно из вышеприведенного рассмотрения, понятно, что всюду в описании такие термины как "обработка" или "вычисление" или "расчет" или "определение" или "отображение" или "обеспечение" или аналогичные им относятся к операциям и процессам вычислительной системы или подобного электронного вычислительного устройства, которое манипулирует и преобразовывает данные, представленные как физические (электронные) количества в блоках памяти вычислительной системы или регистрах или других таких устройствах для хранения, передачи или отображения информации.

Хотя изобретение было описано с точки зрения различных частных форм осуществления, понятно, что изобретение может использоваться на практике с модификацией в пределах сущности и объема формулы изобретения.

Используемый здесь термин "процессор" относится к центральным процессорам, микропроцессорам, микроконтроллерам, схемам с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Circuits, RISC), специализированным интегральным схемам (Application Specific Integrated Circuits, ASIC), логическим схемам и любой другой схеме или процессору, способному выполнять описанные здесь функции.

Используемые термины "программное обеспечение" и "встроенные программы" взаимозаменяемы и включают любую программу для компьютера, хранящуюся в запоминающем устройстве для выполнения процессором 205, включая оперативное запоминающее устройство (Random Access Memory, RAM), постоянное запоминающее устройство (Read Only Memory, ROM), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (Erasable Programmable Read Only Memory, ROM), электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM) и энергонезависимое запоминающее устройство (Non-Volatile Random Access Memory, NVRAM). Вышеупомянутые типы запоминающих устройств приводятся только в качестве примера, и таким образом не ограничивают типы запоминающих устройств, пригодных для хранения программы для компьютера.

Как должно быть понятно на основании предшествующего описания, вышеописанные формы осуществления изобретения могут быть реализованы с использованием программирования компьютера или технических способов, включая программное обеспечение для компьютера, встроенные программы, аппаратные средства или их любую комбинацию или подмножество, причем технический эффект включает (а) хранение множества наборов правил в запоминающем устройстве, причем эти наборы правил относятся к работе газовой турбины и содержат по меньшей мере одно правило, выраженное как выражение, связывающее выходные данные в реальном времени с входными данными в реальном времени, причем выражение связано по меньшей мере с одним из следующего: разброс температур потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; (b) прием входных данных в реальном времени, а также входных данных за прошлые периоды времени от системы контроля состояния, связанной с газовой турбиной, причем входные данные касаются параметров, связанных по меньшей мере с одним из следующего: разброс температуры потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x; (с) определение перепада давления в линии газообразного топлива с использованием принимаемых данных, (d) сравнение определяемого перепада давления с заданным диапазоном пороговых значений и (е) выдачу рекомендации оператору газовой турбины на перевод режима работы газовой турбины из первого режима во второй режим без снижения нагрузки газовой турбины, если определяемый перепад давления удовлетворяет заданному диапазону пороговых значений. Любая такая результирующая программа, имеющая средства машиночитаемого кода, может быть воплощена или предоставлена на одном или более машиночитаемых носителях, таким образом формируя программное изделие для компьютера, то есть готовое изделие, согласно рассмотренным формам осуществления изобретения. Машиночитаемым носителем может быть, например, но не ограничиваясь этим, накопитель на жестких магнитных дисках, дискета, оптический диск, магнитная лента, полупроводниковое запоминающее устройство, такое как постоянное запоминающее устройство (ROM) и/или любая передающая/принимающая среда, такая как Интернет или другая сеть либо линия связи. Готовое изделие, содержащее машинный код, может быть сделано и/или использовано посредством выполнения программы непосредственно с одного носителя, копирования программы с одного носителя на другой носитель или передачей программы по сети.

Многие из функциональных единиц, описанных в этом описании, были обозначены как модули, чтобы более конкретно подчеркнуть независимость их реализации. Например, модуль может быть реализован как аппаратная схема, включающая заказные сверхбольшие интегральные (Very Large Scale Integration, VLSI) схемы или вентильные матрицы, имеющиеся на рынке полупроводники, такие как логические чипы, транзисторы или другие дискретные компоненты. Модуль может быть реализован также программируемыми аппаратными средствами, такими как программируемые пользователем вентильные матрицы (Field Programmable Gate Arrays, FPGA), программируемые матричные логические схемы, программируемые логические устройства (Programmable Logic Devices, PLD) или подобные им.

Модули могут быть реализованы также программными средствами для выполнения процессорами различного типа. Указанный модуль выполняемого кода может содержать, например, один или более физических или логических блоков машинных команд, которые могут быть организованы, например, как объект, процедура или функция. Однако исполняемые коды указанного модуля не обязательно должны быть физически расположены вместе, а могут содержать несопоставимые команды, хранящиеся в различных местах, которые, когда логически соединяются вместе, составляют модуль и достигают заявленного предназначения модуля.

Модуль выполняемого кода может быть единственной командой, или многими командами, и может быть также распределен по нескольким различным сегментам кода, среди различных программ и в нескольких запоминающих устройствах. Точно так же, эксплуатационные данные могут быть идентифицированы и иллюстрированы здесь в модулях, но могут быть воплощены в любой подходящей форме и организованы в любой структуре данных подходящего типа. Эксплуатационные данные могут собираться как единственный набор данных или могут распределяться по различным местам, включая различные запоминающие устройства, и могут существовать, по меньшей мере частично, просто как электрические сигналы или радиосигналы в системе или сети.

Вышеописанные формы осуществления способа и системы контроля и диагностики для газовой турбины, которая включает модуль правил, обеспечивают рентабельные и надежные средства для предоставления содержательных рекомендаций по эксплуатации и действиям по поиску неисправностей. Кроме того, система является более точной и менее склонной к ложным предупреждениям. Более конкретно, способы и системы, описанные здесь, могут предсказывать отказ компонента на намного более ранней стадии, чем известные системы, чтобы содействовать значительному сокращению времени простоя и предотвращению аварийных остановок. Кроме того, вышеописанные способы и системы облегчают предсказание отклонений на ранней стадии, давая возможность персоналу участка подготовить и спланировать остановку оборудования. В результате, способы и системы, описанные здесь, способствуют эксплуатации газовых турбин и другого оборудования рентабельным и надежным образом.

Данное описание использует примеры, чтобы раскрыть изобретение, включая лучшую форму осуществления, а также позволить любому специалисту в данной области применить изобретение на практике, включая создание и использование любых устройств или систем и применение любых используемых способов. Патентоспособный объем описания определяется формулой изобретения и может содержать другие примеры, которые могут предложить специалисты. Такие другие примеры находятся в пределах объема формулы изобретения, если они имеют элементы конструкции, которые не отличаются от дословных формулировок формулы изобретения, или если они содержат эквивалентные элементы конструкции с несущественными отличиями от дословных формулировок формулы изобретения.

Изобретение относится к способу контроля и диагностики отклонений в работе газовой турбины. Для реализации способа используют компьютерное устройство, интерфейсное устройство и запоминающее устройство с предварительно сохраненными на нем наборами правил, связывающие выходные и входные данные работы газовой турбины в реальном времени, причем входные данные связаны с разбросом температуры потока отработанных газов, состоянием детекторов пламени газовой турбины, переходами турбины в другой режим работы, определяют перепад давления в линии газообразного топлива и сравнивают его с пороговыми значениями, выдают рекомендации оператору газовой турбины на перевод ее работы в другой режим при условии соответствия перепаду давления заданному диапазону пороговых значений. Дополнительно определяют неисправную камеру сгорания путем определения угла закрутки потока отработанных газов на основе определения разброса температуры от датчиков температуры и соответствие его порогу разброса температуры для определенного режима горения. Обеспечивается своевременное предоставление сведений о неисправностях газовой турбины для предотвращения аварийных остановок. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Реализуемый на компьютере способ контроля и диагностики отклонений в работе газовой турбины, который реализуется с использованием компьютерного устройства, соединенного с интерфейсом пользователя и запоминающим устройством, и включает:

хранение в запоминающем устройстве множества наборов правил, которые относятся к работе газовой турбины и содержат по меньшей мере одно правило, выраженное как выражение, связывающее выходные данные в реальном времени с входными данными в реальном времени, причем выражение связано по меньшей мере с одним из следующего: разброс температур потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x;

прием входных данных в реальном времени, а также входных данных за прошлые периоды времени от системы контроля состояния, связанной с газовой турбиной, причем входные данные касаются параметров, связанных по меньшей мере с одним из следующего: разброс температуры потока отработанных газов газовой турбины, угол закрутки потока отработанных газов, состояние множества детекторов пламени газовой турбины и переход газовой турбины из первого режима работы во второй режим работы с пониженным уровнем выбросов NO_x;

определение перепада давления в линии газообразного топлива с использованием принимаемых данных;

сравнение определяемого перепада давления с заданным диапазоном пороговых значений и

выдачу рекомендации оператору газовой турбины на перевод газовой турбины из первого режима во второй режим без снижения нагрузки газовой турбины, если определяемый перепад давления удовлетворяет заданному диапазону пороговых значений.

2. Способ по п. 1, в котором хранение множества наборов правил включает хранение набора правил изменения режима газовой турбины, в котором первым режимом работы является режим "расширенное бедное горение - бедное горение" (EXT-LL), а вторым режимом работы с пониженным уровнем выбросов NO_x является режим предварительного смешивания (Premix).

3. Способ по п. 1, дополнительно включающий:

прием аналогового сигнала, выводимого по меньшей мере некоторыми из множества детекторов пламени;

статистический анализ каждого выводимого аналогового сигнала для идентификации шумовой компоненты сигнала и изменения сигнала;

генерирование количественного показателя состояния детекторов для задания множества порогов на основании анализа;

сравнение текущего выводимого аналогового сигнала с соответствующим порогом; и

вывод рекомендации по меньшей мере для одного из следующего: замены одного из множества детекторов пламени, настройки одного из множества детекторов пламени, проверки работы одного из множества детекторов пламени и чистки линзы одного из множества детекторов пламени.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий:

определение угла закрутки потока отработанных газов газовой турбины;

определение неисправной камеры сгорания с использованием определяемого угла закрутки и

вывод оператору сообщения о неисправной камере сгорания, которая была определена.

5. Способ по п. 4, в котором определение угла закрутки включает:

прием множества выходных сигналов температуры от одного или более датчиков температуры, связанных с потоком отработанных газов газовой турбины; и

определение разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины с использованием принимаемого множества выходных сигналов температуры.

6. Способ по п. 5, дополнительно включающий сопоставление определяемого разброса температуры с заданным допустимым диапазоном температуры, чтобы определить камеру сгорания, являющуюся источником разброса температуры.

7. Способ по п. 5, в котором определение разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины включает определение разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины в выходном диффузоре газовой турбины.

8. Способ по п. 5, в котором определение разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины включает определение разброса температуры потока отработанных газов газовой турбины как функции режима горения и нагрузки.

9. Способ по п. 5, в котором газовая турбина способна работать в множестве различных режимов горения, причем способ включает определение порога разброса температуры для каждого режима горения.

10. Способ по п. 9, дополнительно включающий установку порога разброса температуры равным значению, соответствующему вводимому режиму горения, одновременно с переходом во вводимый режим горения и/или перед переходом во вводимый режим горения.