用于燃氣輪機的自動測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及包括測試系統的燃氣輪機和用測試程序操作燃氣輪機系統的方法。
【背景技術】
[0002]工業燃氣渦輪機被設計用于產生機械或電功率。在一定的運行時間之后，例如，在修理或翻修之后，為了檢查工業燃氣渦輪機是否仍然正確運行，需要進行燃氣渦輪機與預定運行點一起在其下運行的測試序列。每個運行點指定一組表示發動機應運行的狀態的設置點。
[0003]在現有的工業燃氣渦輪機中，燃氣渦輪機的測試序列是手動啟動的。操作員通過控制設備手動地控制工業燃氣渦輪機，使得燃氣渦輪機以由測試循環預定義的預定設置點運行。例如，在認證或工業燃氣渦輪機的性能測試中產生預定測試循環。
[0004]因此，為了引導工業燃氣渦輪機的測試序列，手動地啟動和控制測試循環的操作員是必須的。進一步地，在認證測試中預定義的測試序列通常與測試運行參數值和實際燃氣渦輪機暴露的環境參數是不一致的。對于這種偏差的一些原因，可以在工業燃氣輪機測試時和其日常使用時的氣候(例如溫度和海拔)和燃料成份的差異中找到。
[0005]US 4，821，217公開了一種可編程測試站，其自動執行噴氣飛機發動機的電動和氣動系統的靜態測試。測試站在每個發動機上自動模擬將測試的系統并測量它們的響應。可編程數據采集計算機同時控制刺激和測量值，并產生數據。站同時可操作地連接到多個發動機，并根據站用戶指令測量每一個上的特定系統。
[0006]US 4，389，710公開了用于練習和測試在飛機制動系統中的防滑和自動制動控制電路的可操作性的測試電路。數字處理器和與每個防滑控制電路和自動制動系統閥驅動器有關的接口電路通信。每一個這樣的接口電路包括從處理器接收電刺激并應用同樣的電刺激至相關的防滑控制電路或自動制動系統閥驅動器中的各種測試點的模擬開關。模擬選擇器連接到防滑控制電路和自動制動系統閥驅動器中的各種測試點，以感應對電刺激的響應，并將這種響應傳遞至處理器，以確定防滑和自動制動控制系統的可操作性。
[0007]US 5，521，824公開了使用超前-滯后控制的發動機測試裝置。運行接口產生控制模式信號和多個設置點。操作員還包括用于接收控制模式信號和多個設置點，并響應運行發動機測試裝置的測試控制器。測試控制器感應發動機測試裝置的運行特性。測試控制器還根據控制模式信號選擇地運行發動機測試裝置參數。
[0008]US 8，161，806公開了用于在其運行期間監測飛機的燃氣渦輪機的發動機性能參數的方法。方法包括感應性能參數，產生模擬傳感器輸出，通過用至少一個接近發動機安裝的輪轂單元決定模擬傳感器輸出生成數字數據。
[0009]US 4，215，412公開了飛機的燃氣渦輪機的實時性能監測。監測系統包括使用一組標量系數和各個發動機運行參數的電流值的數字處理器，以預測一組發動機性能參數的電流值。監測這些性能參數的實際值，并將其與預測值比較，以提供航空信號的偏差至使用數字處理器提供故障指示的監測邏輯。
[0010]EP I 288 644公開了用于渦輪機的診斷方法和診斷系統。系統評估在燃氣渦輪機的測試期間檢測到的故障是否與發動機的性能問題或者與發動機性能無關的一些其它異常有關。在一個性能條件下評估發動機的一個性能參數，以產生第一組當前發動機數據，然后將其與第一組之前的發動機數據比較，以確定是否存在異常。
[0011]EP 2 175 336 Al描述了為了保持最令人滿意的性能，用于在整個時間期間監測燃氣渦輪機性能以及補償在擴展運行期間遭受的退化的方法。
[0012]EP 2 249 004 A2描述了自動控制燃氣渦輪機的推力輸出，以補償在整個期間可能發生的退化的方法和系統。
[0013]EP 2 175 336 Al and EP 2 249 004 A2的每一個公開了預測模型，其基于發動機進氣條件和參考參數，例如燃料輸入，計算可以由標準或參考發動機獲得的性能。來自運行發動機的測量值與來自模型的等效預測參數比較，并作為調節一個或多個控制參數的基礎，例如燃料系統增益或者壓力比例限制等。
【發明內容】
[0014]本發明的一個目的可以是提供在實時條件下的工業燃氣渦輪機的自動測試。
[0015]本發明是測試燃氣渦輪機的方法，通常在交付給客戶之前，并可以用閉環控制自動執行，以得到目標性能參數，例如電力輸出、燃料消耗或者排放。本方法給出了運行中的發動機的測量值的分析模型，其計算不能直接測得的熱力學參數，例如燃燒室出口溫度或者標準化速度(N/根(進氣溫度))。然后反饋這些參數至控制器或控制設備，當它們在閉環中使用時，用于設置發動機測試運行點，以給出在預定測試序列中的指定值的這些參數值。
[0016]可以通過燃氣輪機系統和根據獨立權利要求運行燃氣輪機系統的方法來達到該目的。
[0017]根據本發明的第一方面，提出了一種燃氣輪機系統。燃氣輪機系統包括用于發電的燃氣渦輪機、用于控制燃氣渦輪機的控制單元、傳感器設備、比較單元和包括熱力學模型單元和測試序列單元的數據采集系統。
[0018]傳感器設備耦合到燃氣渦輪機，用于測量燃氣渦輪機的性能參數。
[0019]熱力學模型單元基于燃氣渦輪機的機械模型和燃氣渦輪機的熱力學模型產生計算性能參數。
[0020]測試序列本身可以由有資格的人員或者測試序列單元設計并由有資格的人員輸入至控制單元。測試序列數據包括設置點運行數據和時間表數據，燃氣渦輪機的測試循環可利用測試序列數據運行。
[0021]數據采集系統基于測試序列數據產生測試控制數據。數據采集系統耦合到控制單元，以提供測試控制數據至控制單元，使得燃氣渦輪機測試控制數據是可控制的。
[0022]比較單元耦合到數據采集系統，使得由傳感器設備測得的測量性能參數能在測試循環期間或測試循環終止之后與計算性能參數比較。
[0023]例如，燃氣渦輪機包括壓縮區、燃燒區和渦輪區。通過運行燃氣渦輪機，例如，產生可以用于運行用于產生電功率的發電機的(機械)功率。
[0024]為了控制燃氣渦輪機，安裝了控制單元。例如，控制單元可以控制燃料閥，用于控制燃料注入燃氣渦輪機的燃燒區。
[0025]進一步地，用于制動燃氣渦輪機的軸的制動單元可以耦合到燃氣渦輪機，例如，為了從燃氣輪機吸取能量。例如，控制單元可以控制制動單元，用于控制燃氣渦輪機的軸的轉速，以及因此因此直接或間接地控制流過燃氣渦輪機的流體質量。為了設置燃氣渦輪機的運行點，除了軸的轉速外，控制單元可以控制制動負載。
[0026]為了正確運行燃氣渦輪機，并且為了控制和測試燃氣渦輪機，數據采集系統用于收集具體參數的所有必需數據。例如，數據采集系統包括熱力學模型單元和測試序列單元。
[0027]傳感器設備耦合至燃氣渦輪機，用于測量運行參數或者用于測量性能參數。傳感器設備包括，例如溫度傳感器、壓力傳感器、氧氣傳感器、速度傳感器或者用于測量預期參數的任何其它合適的傳感器。
[0028]運行參數定義輸入至燃氣渦輪機的參數，用于運行燃氣渦輪機。例如，運行參數是燃料數量、空氣流量的質量流量或者由燃氣渦輪機放出的放氣的量。
[0029]當燃氣渦輪機在運行參數下運行時，測量性能參數定義由燃氣渦輪機輸出的參數。例如，測量性能參數分別是燃氣渦輪機的溫度(例如，燃氣渦輪機的預定位置，例如燃燒區或渦輪區)、在燃氣渦輪機的特定位置的壓力、燃氣渦輪機的排放、燃料消耗和/或燃氣渦輪機的負載。
[0030]例如，熱力學模型單元包括存儲器，其中存儲有燃氣渦輪機的機械模型(模擬)和燃氣渦輪機的熱力學模型(模擬)的數據。
[0031]例如，燃氣渦輪機的機械模型是包括燃氣渦輪機的相同尺寸和幾何約束的模型，使得機械模型的模擬是可能的。
[0032]相應地，熱力學模型包括具體燃氣渦輪機的具體運行條件的數據。例如，熱力學模型基于特定輸入(例如，運行)參數計算具體輸出(性能)參數，以此模擬燃氣渦輪機的運行。例如，作為輸入值，燃料的數量、輸入的空氣的數量和放出的空氣的數量是預定義的，使得熱力學模型可以計算(例如，考慮機械模型時)理論模擬性能參數，例如溫