[發明專利]喘振前兆防護系統和方法

有效

• 申請號: 201110417607.6
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102536866A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: M·克羅克;J·博爾頓
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F04D29/66
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊炯

技術領域

本發明總體涉及燃氣渦輪發動機等，且更具體地涉及用于通過測量葉片通過頻率附近的功率變化而在壓縮機中進行喘振前兆檢測和防護的系統和方法。

背景技術

燃氣渦輪發動機的壓縮機壓力比一般設定在遠離喘振/失速邊界的預定裕度(稱為喘振裕度或失速裕度)處，以避免不穩定的壓縮機運轉。在用于發電或其它目的的燃氣渦輪發動機中，較高的系統效率一般要求較高的壓縮機壓力比。然而，此類較高的壓力比可能使得如果喘振或失速狀態開始形成則必須減小運轉喘振/失速裕度并因此縮短響應時間。

一種檢測壓縮機喘振或失速的方法是通過測量穿過壓縮機的空氣流量和壓力上升來監視壓縮機的健康狀況。這些壓力變動可歸因于許多不同的因素，例如不穩定的燃燒、旋轉失速和壓縮機本身上的喘振事件。為了確定這些壓力變動，可監視通過壓縮機的壓力上升的大小和變化率。然而，該方法并未提供旋轉失速或喘振的預測能力。此外，該方法可能無法以充分的提前時間向控制系統實時提供信息以搶先處理此類事件。

因此，希望用于喘振事件前兆監視和防護的改進的系統和方法。此類系統和方法可以以充分的提前時間在實際喘振事件本身之前確定壓縮機中喘振可能性的大小，以充分響應，從而避免損壞壓縮機。

發明內容

因此，本發明提供一種監視壓縮機的方法。該方法可包括以下步驟：確定葉片通過頻率，對葉片通過頻率上下的多個頻率確定功率示數(power?indication)，對于多個預定時間間隔對這些頻率確定最大功率示數與最小功率示數之間的比率，并對每個預定時間間隔分析該比率，以預測壓縮機的喘振狀態。

本申請還提供了一種壓縮機系統。該系統可包括：速度傳感器，其用于獲取轉子的速度信號；壓力傳感器，其用于獲取多個動態壓力信號；以及控制器，其配置成從速度信號確定葉片通過頻率，并對葉片通過頻率上下的多個頻率基于動態功率信號來確定喘振指示信號。

本申請還提供了一種監視壓縮機中的喘振狀態的方法。該方法可包括以下步驟：基于轉子速度信號來確定葉片通過頻率，基于多個動態壓力信號來對葉片通過頻率上下的多個頻率確定功率示數，對于預定時間間隔對這些頻率確定最大功率示數與最小功率示數之間的比率，對每個預定時間分析該比率，以預測壓縮機的喘振狀態，并向壓縮機提供喘振指示信號。

在結合附圖和所附權利要求閱讀以下詳細說明后，本申請的這些和其它特征和改進對本領域技術人員來說將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是公知壓縮機的一部分的截面圖。

圖2是可如本文所述的壓縮機監視系統的示意圖。

圖3是示出用于可如本文所述的壓縮機監視的快速傅立葉變換分析的流程圖。

圖4是葉片通過頻率附近的功率變化的快速傅立葉變換圖示。

部件列表

100????壓縮機系統

110????轉子

120????定子

130????空氣流

140????傳感器

150????速度傳感器

160????壓力傳感器

170????壓縮機控制器

180????濾波器

190????存儲介質

200????信號處理器

202????速度-頻率轉換器

206????RMS轉換器

210????喘振指示器

220????轉子速度信號

230????動態壓力信號

240????喘振指示信號

250????快速傅立葉變換分析

260????方框

270????方框

280????方框

290????方框

300????方框

310????方框

320????方框

330????喘振

具體實施方式

一般而言，高效燃氣渦輪發動機以相對低的成本產生高電力輸出。因此，此類高效燃氣渦輪發動機中的壓縮機可運轉以產生對應于高燃燒溫度的循環壓力比。如上所述，壓縮機可經歷空氣動力不穩定，例如失速和/或喘振狀態，因為壓縮機用于產生高燃燒溫度或高循環壓力比。經歷此類失速和/或喘振狀態的壓縮機可導致可影響壓縮機和整個燃氣渦輪發動機的構件和運轉效率的問題。