CMS-1000系統

   "通過(guò)使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著(zhù)減少調整一個(gè)設備所需的時(shí)間，同時(shí)可以創(chuàng )建更加友好的用戶(hù)操作界面，且無(wú)需犧牲測量精度。"

   - Jordan Pritt, Turbine Technology Services Corporation

   挑戰:

   當燃氣渦輪燃燒室工作在燃料-空氣比接近可燃性下限的時(shí)候，為避免加速磨損、火焰回火或者貧油熄火現象的發(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(kāi)發(fā)一個(gè)便攜的燃燒狀態(tài)監測系統，這樣我們可以精確地對不穩定的燃燒狀態(tài)進(jìn)行調整以及調試。 

   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使用者和運營(yíng)商提供業(yè)內領(lǐng)先的技術(shù)咨詢(xún)、現場(chǎng)支持以及設計服務(wù)，并為各種機構、獨立發(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(xún)專(zhuān)家可以為蒸汽渦輪機使用者和運營(yíng)商提供有價(jià)值的系統評估服務(wù)和解決方案。我們的現場(chǎng)工程師致力于將我們的高效設計方案付諸實(shí)施、提供徹底的系統評估、監督合作伙伴與供應商，并與所有的發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行協(xié)調。

   我們的使命是提供汽輪機行業(yè)內領(lǐng)先的技術(shù)方案，并提供全球范圍內的工程咨詢(xún)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的安裝和現化代改進(jìn)項目。我們還為客戶(hù)的電廠(chǎng)提供控制組件、燃燒室及動(dòng)態(tài)調整服務(wù)。哪里需要維護高效的工作狀態(tài)，哪里就有我們的服務(wù)。

   背景

   許多的發(fā)電廠(chǎng)運營(yíng)商都經(jīng)歷過(guò)由于汽輪機頻率不穩所造成的損壞。為滿(mǎn)足當前嚴格的排放標準所設計的Dry Low NOx（DLN）燃燒室，必須工作在一個(gè)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燃燒室容易出現動(dòng)態(tài)的壓力振蕩，從而導致組件接口的加速磨損，或者是硬件的直接損壞；預混合區域的火焰回火則會(huì )導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跳閘脫線(xiàn)。為了在符合排放標準的前提下保護好長(cháng)期工作組件，保證工作的完整性，DLN系統需要進(jìn)行定期的調試維護。

   CMS-1000系統

   為了避免渦輪機中重要組件的加速磨損和機械損壞，我們使用NI硬件和LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)了一臺燃燒狀態(tài)監控系統，使得對渦輪機的調試相對容易。這臺CMS-1000燃燒狀態(tài)監控系統結構緊湊，能夠監控蒸汽渦輪機中每一個(gè)燃燒室的壓力。針對不同型號的蒸汽渦輪機，我們最多可以監控多達18個(gè)燃燒室中的動(dòng)態(tài)壓力。渦輪機的兩側各有一個(gè)監控箱，每一個(gè)監控箱接收一半的信號輸入，傳感器電纜從每一個(gè)燃燒室中接出再連接到任何一個(gè)監控箱中的動(dòng)態(tài)壓力傳感器上。 
  
                      

    除了內置的壓力傳感器，監控箱中還裝有阻尼線(xiàn)圈，作為信號補償系統，可以消除傳感信號線(xiàn)上的衰減。另外，監控箱中安裝有NI 9234 動(dòng)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(gè)監控箱中的NI I/O模塊和NI cDAQ-9188機箱。通過(guò)設置NI的硬件和軟件，可以在兩個(gè)監控箱之間實(shí)現同步數據采集。采集到的動(dòng)態(tài)壓力信號經(jīng)由NI MES-3980 工業(yè)以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)傳送給位于蒸汽渦輪機本地控制室中的一臺筆記本電腦。

    LabVIEW程序對18個(gè)壓力信號進(jìn)行快速傅立葉變換，得到每一個(gè)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)鍵的幅度和頻率數據，幫助決策者作出渦輪機調整方案。頻譜和后期處理后的數據可以以多種圖形的形式來(lái)顯示，幫助工程師更簡(jiǎn)單、更快速地決定如何對蒸汽渦輪機的燃料和空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。多種數據記錄的格式同樣可以幫助工程師針對調整的結果編寫(xiě)文檔并生成報表。

   National Instruments提供的協(xié)助

   NI在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節為我們提供了巨大的幫助。購買(mǎi)NI產(chǎn)品之前，NI就幫助我們了解了實(shí)現我們開(kāi)發(fā)目標所需的環(huán)節，并給出了中肯的意見(jiàn)，例如哪一種硬件和軟件組合能夠為我們的應用提供最好的效果。

   National Instruments還提供了培訓機會(huì )，在培訓教室中幫助我們學(xué)習產(chǎn)品的使用。因為我們負責該項目的軟件工程師之前并沒(méi)有編寫(xiě)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，培訓就顯得尤為重要。LabVIEW 核心課程 1為我們提供了重要的指導，沒(méi)有該培訓，我們不可能按時(shí)完成項目。

   在購買(mǎi)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，從硬件數據信號線(xiàn)的連接到軟件開(kāi)發(fā)環(huán)節。NI技術(shù)支持工程師是一個(gè)極其重要的資源。他們知識豐富、值得信賴(lài)，他們會(huì )花時(shí)間來(lái)了解我們想實(shí)現的功能，而且有時(shí)候會(huì )為我們提供不同的開(kāi)發(fā)建議來(lái)幫助我們更有效地完成開(kāi)發(fā)目標。

   產(chǎn)品優(yōu)勢

   CMS-1000是一臺緊湊、便攜的動(dòng)態(tài)信號監控系統，我們可以將其作為一臺最終產(chǎn)品賣(mài)給任何想自己對蒸汽渦輪機進(jìn)行調整的客戶(hù)，也可以由我們內部使用，為那些不想自己調整渦輪機的客戶(hù)提供調試服務(wù)。將傳感器、管線(xiàn)和NI硬件裝配在一個(gè)監控箱中大大簡(jiǎn)化系統的現場(chǎng)安裝步驟，只需要兩根線(xiàn)纜將三個(gè)最主要的組件(兩臺監控箱，一臺筆記本電腦)連接起來(lái)即可。LabVIEW軟件幫助我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單、友好的圖形化用戶(hù)界面，并帶有數據記錄功能。作為賣(mài)給客戶(hù)的最終產(chǎn)品，這些軟件特性都具有很重要的優(yōu)勢。
 
                    

   CMS-1000系統還為我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)DLN燃燒室自動(dòng)調整系統提供了一個(gè)現成的平臺。自動(dòng)調整系統會(huì )繼承CMS-1000系統具有的動(dòng)態(tài)監控功能，再配合上廢氣排放和渦輪機控制器輸入信號。一套自動(dòng)調整算法會(huì )持續地為實(shí)時(shí)燃料控制調整器提供反饋信號，幫助持續優(yōu)化工作過(guò)程中的廢氣排放和動(dòng)態(tài)壓力。目前，這些調整還是由燃燒室工程師手動(dòng)完成的，所以只能在離散的時(shí)間點(diǎn)上實(shí)現。這樣的手動(dòng)調整并不能隨著(zhù)時(shí)間的推移根據環(huán)境條件的季節變化或者燃燒室硬件的退化達到優(yōu)化目的。

   結論

   通過(guò)使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著(zhù)減少調整一個(gè)設備所需的時(shí)間，同時(shí)可以創(chuàng )建更加友好的用戶(hù)操作界面，且無(wú)需犧牲測量精度。在未來(lái)的燃燒狀態(tài)監控系統中，我們會(huì )繼續使用National Instruments的硬件和軟件來(lái)幫助我們進(jìn)行開(kāi)發(fā)。