"通過使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著減少調(diào)整一個設(shè)備所需的時間，同時可以創(chuàng)建更加友好的用戶操作界面，且無需犧牲測量精度。"
- Jordan Pritt, Turbine Technology Services Corporation
挑戰(zhàn):
當(dāng)燃?xì)鉁u輪燃燒室工作在燃料-空氣比接近可燃性下限的時候，為避免加速磨損、火焰回火或者貧油熄火現(xiàn)象的發(fā)生，需要盡量減少可能的破壞性壓力振蕩。
解決方案:
使用NI硬件和NI LabVIEW軟件開發(fā)一個便攜的燃燒狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，這樣我們可以精確地對不穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整以及調(diào)試。
作者:
Jordan Pritt - Turbine Technology Services Corporation
關(guān)于Turbine Technology Services Corporation
Turbine Technology Services （TTS）公司為全世界的渦輪機(jī)使用者和運(yùn)營商提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)咨詢、現(xiàn)場支持以及設(shè)計服務(wù)，并為各種機(jī)構(gòu)、獨(dú)立發(fā)電企業(yè)和私人企業(yè)提供廣泛的服務(wù)。我們的工程咨詢專家可以為蒸汽渦輪機(jī)使用者和運(yùn)營商提供有價值的系統(tǒng)評估服務(wù)和解決方案。我們的現(xiàn)場工程師致力于將我們的高效設(shè)計方案付諸實(shí)施、提供徹底的系統(tǒng)評估、監(jiān)督合作伙伴與供應(yīng)商，并與所有的發(fā)電廠進(jìn)行協(xié)調(diào)。
我們的使命是提供汽輪機(jī)行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)方案，并提供全球范圍內(nèi)的工程咨詢服務(wù)。我們的解決方案可靠、有效，可以幫助您成功地完成蒸汽渦輪機(jī)的安裝和現(xiàn)化代改進(jìn)項目。我們還為客戶的電廠提供控制組件、燃燒室及動態(tài)調(diào)整服務(wù)。哪里需要維護(hù)高效的工作狀態(tài)，哪里就有我們的服務(wù)。
背景
許多的發(fā)電廠運(yùn)營商都經(jīng)歷過由于汽輪機(jī)頻率不穩(wěn)所造成的損壞。為滿足當(dāng)前嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計的Dry Low NOx（DLN）燃燒室，必須工作在一個很低的燃料-空氣比下。由于燃料-空氣比非常接近可燃性下限，使得DLN燃燒室容易出現(xiàn)動態(tài)的壓力振蕩，從而導(dǎo)致組件接口的加速磨損，或者是硬件的直接損壞；預(yù)混合區(qū)域的火焰回火則會導(dǎo)致燃料噴嘴或其它燃燒室硬件的熔化；又或者熄火造成蒸汽渦輪機(jī)跳閘脫線。為了在符合排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下保護(hù)好長期工作組件，保證工作的完整性，DLN系統(tǒng)需要進(jìn)行定期的調(diào)試維護(hù)。
CMS-1000系統(tǒng)
為了避免渦輪機(jī)中重要組件的加速磨損和機(jī)械損壞，我們使用NI硬件和LabVIEW 軟件開發(fā)了一臺燃燒狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，使得對渦輪機(jī)的調(diào)試相對容易。這臺CMS-1000燃燒狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠監(jiān)控蒸汽渦輪機(jī)中每一個燃燒室的壓力。針對不同型號的蒸汽渦輪機(jī)，我們最多可以監(jiān)控多達(dá)18個燃燒室中的動態(tài)壓力。渦輪機(jī)的兩側(cè)各有一個監(jiān)控箱，每一個監(jiān)控箱接收一半的信號輸入，傳感器電纜從每一個燃燒室中接出再連接到任何一個監(jiān)控箱中的動態(tài)壓力傳感器上。
除了內(nèi)置的壓力傳感器，監(jiān)控箱中還裝有阻尼線圈，作為信號補(bǔ)償系統(tǒng)，可以消除傳感信號線上的衰減。另外，監(jiān)控箱中安裝有NI 9234 動態(tài)信號采集(DSA)模塊。壓力傳感器產(chǎn)生的模擬信號輸出給每一個監(jiān)控箱中的NI I/O模塊和NI cDAQ-9188機(jī)箱。通過設(shè)置NI的硬件和軟件，可以在兩個監(jiān)控箱之間實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集。采集到的動態(tài)壓力信號經(jīng)由NI MES-3980 工業(yè)以太網(wǎng)開關(guān)傳送給位于蒸汽渦輪機(jī)本地控制室中的一臺筆記本電腦。
LabVIEW程序?qū)?/SPAN>18個壓力信號進(jìn)行快速傅立葉變換，得到每一個燃燒室的頻譜(壓力幅度vs.頻率)。對這些頻譜的后期處理提供了關(guān)鍵的幅度和頻率數(shù)據(jù)，幫助決策者作出渦輪機(jī)調(diào)整方案。頻譜和后期處理后的數(shù)據(jù)可以以多種圖形的形式來顯示，幫助工程師更簡單、更快速地決定如何對蒸汽渦輪機(jī)的燃料和空氣進(jìn)行實(shí)時控制。多種數(shù)據(jù)記錄的格式同樣可以幫助工程師針對調(diào)整的結(jié)果編寫文檔并生成報表。
National Instruments提供的協(xié)助
NI在整個開發(fā)過程的各個環(huán)節(jié)為我們提供了巨大的幫助。購買NI產(chǎn)品之前，NI就幫助我們了解了實(shí)現(xiàn)我們開發(fā)目標(biāo)所需的環(huán)節(jié)，并給出了中肯的意見，例如哪一種硬件和軟件組合能夠為我們的應(yīng)用提供最好的效果。
National Instruments還提供了培訓(xùn)機(jī)會，在培訓(xùn)教室中幫助我們學(xué)習(xí)產(chǎn)品的使用。因為我們負(fù)責(zé)該項目的軟件工程師之前并沒有編寫LabVIEW的經(jīng)驗，為了讓他們可以快速地上手并保證高效、高質(zhì)量的工作，培訓(xùn)就顯得尤為重要。LabVIEW 核心課程 1為我們提供了重要的指導(dǎo)，沒有該培訓(xùn)，我們不可能按時完成項目。
在購買了NI產(chǎn)品之后，National Instruments也一直在任何我們需要的地方提供幫助，從硬件數(shù)據(jù)信號線的連接到軟件開發(fā)環(huán)節(jié)。NI技術(shù)支持工程師是一個極其重要的資源。他們知識豐富、值得信賴，他們會花時間來了解我們想實(shí)現(xiàn)的功能，而且有時候會為我們提供不同的開發(fā)建議來幫助我們更有效地完成開發(fā)目標(biāo)。
產(chǎn)品優(yōu)勢
CMS-1000是一臺緊湊、便攜的動態(tài)信號監(jiān)控系統(tǒng)，我們可以將其作為一臺最終產(chǎn)品賣給任何想自己對蒸汽渦輪機(jī)進(jìn)行調(diào)整的客戶，也可以由我們內(nèi)部使用，為那些不想自己調(diào)整渦輪機(jī)的客戶提供調(diào)試服務(wù)。將傳感器、管線和NI硬件裝配在一個監(jiān)控箱中大大簡化系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝步驟，只需要兩根線纜將三個最主要的組件(兩臺監(jiān)控箱，一臺筆記本電腦)連接起來即可。LabVIEW軟件幫助我們開發(fā)了一個簡單、友好的圖形化用戶界面，并帶有數(shù)據(jù)記錄功能。作為賣給客戶的最終產(chǎn)品，這些軟件特性都具有很重要的優(yōu)勢。
CMS-1000系統(tǒng)還為我們進(jìn)一步開發(fā)DLN燃燒室自動調(diào)整系統(tǒng)提供了一個現(xiàn)成的平臺。自動調(diào)整系統(tǒng)會繼承CMS-1000系統(tǒng)具有的動態(tài)監(jiān)控功能，再配合上廢氣排放和渦輪機(jī)控制器輸入信號。一套自動調(diào)整算法會持續(xù)地為實(shí)時燃料控制調(diào)整器提供反饋信號，幫助持續(xù)優(yōu)化工作過程中的廢氣排放和動態(tài)壓力。目前，這些調(diào)整還是由燃燒室工程師手動完成的，所以只能在離散的時間點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。這樣的手動調(diào)整并不能隨著時間的推移根據(jù)環(huán)境條件的季節(jié)變化或者燃燒室硬件的退化達(dá)到優(yōu)化目的。
結(jié)論
通過使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著減少調(diào)整一個設(shè)備所需的時間，同時可以創(chuàng)建更加友好的用戶操作界面，且無需犧牲測量精度。在未來的燃燒狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，我們會繼續(xù)使用National Instruments的硬件和軟件來幫助我們進(jìn)行開發(fā)。
