MX100在燃氣輪機燃燒室溫度場測試中的應(yīng)用

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1.燃氣輪機簡介

燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。

燃氣輪機的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃氣的作功能力顯著提高，因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。

燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和燃氣透平等組成。燃燒室和透平不僅工作溫度高，而且還承受燃氣輪機在起動和停機時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃氣輪機壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命，除了對這兩大部件中工作條件zui差的零件如火焰筒和葉片等須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造外，對燃燒室的燃燒控制也是延長使用壽命的關(guān)鍵。

2.測試要求

為了監(jiān)測燃氣輪機燃燒室的燃燒狀態(tài)，同時提高燃燒室的燃燒效率并減少NOx的排放，需要對燃燒室的出口溫度場進行監(jiān)控并將出口溫度值傳送到燃燒控制系統(tǒng)。
測試燃機燃燒系統(tǒng)布置采用環(huán)形布置方式，共由20個燃燒室構(gòu)成。本次測試采用了200支熱電偶，每10支熱電偶為1組，共20組。將20組熱電偶均勻放置于燃燒室出口溫度場中，如下圖所示:

除了硬件系統(tǒng)以外，測試系統(tǒng)對軟件方面也提出很高的要求，具體要求如下:

1) 溫度zui小采樣周期為500ms；
2) 所測的200點溫度都要采集，當(dāng)燃機起動未進入穩(wěn)定狀態(tài)時，顯示畫面能夠動態(tài)實時顯示溫度的
變化值，此時數(shù)據(jù)不用記錄；當(dāng)燃機進入穩(wěn)定狀態(tài)后，手動操作進行采集溫度場溫度分布數(shù)據(jù)，
僅需對該時間點溫度進行采集。此外，該測試系統(tǒng)還需向控制系統(tǒng)提供信號(通過MX100的AO模
塊)，因此程序需實現(xiàn)將每10支熱電偶的平均值(共20路)送到AO模塊進行輸出，信號形式為4～
20mA標(biāo)準信號。由于所測溫度值較高，熱電偶絲容易熔斷，10支熱電偶求平均值時需將斷偶點
剔除；
3) 報表形式應(yīng)與實際的溫度分布形式類似。文件保存輸出形式采用excel表格形式，一次采集存一
個文件；報表文件自動地保存到事先設(shè)置好的文件保存路徑下，文件名可以；
4) 能夠顯示每10點熱電偶的平均值、zui高溫度值、zui低溫度值及zui高與zui低溫度差值；當(dāng)計算每支
熱電偶10點溫度的平均值時，不符合溫度范圍的溫度值點要進行剔除，不參與運算；
5) 能夠顯示每一環(huán)形截面(每一環(huán)形截面20點，共10個環(huán)形截面)20點平均值、zui高溫度值、zui低
溫度值及zui高與zui低溫度差值；
6) 能夠找出整個溫度場的zui高溫度點并以紅色顯示(200點環(huán)形陣中)。能夠顯示整個溫度場200點
平均值、zui高溫度值、zui低溫度值及zui高與zui低溫度差值；

3.測試方案

測試系統(tǒng)采用橫河電機DAQMASTER系列中MX100數(shù)據(jù)采集器，200點溫度采集使用通用AI模塊MX110-UNV-M10，AO輸出使用MX120-VAO-M08。系統(tǒng)共使用20塊AI和8塊AO模塊，系統(tǒng)共由四個機架構(gòu)成，PC與設(shè)備之間的通訊全部采用以太網(wǎng)通訊方式，系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖所示:

對MX100的配置使用了橫河電機提供的MXLOGGER軟件。MXLOGGERzui多可以連接20臺MX100，zui大連接通道數(shù)可以達到1600通道。軟件還提供了240個運算通道，程序用運算通道實現(xiàn)了每10支熱電偶的平均值(共20路)及熱電偶出現(xiàn)斷偶情況后求平均值時需斷偶點剔除的要求，并將求得的平均值通過比例換算轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準信號通過AO模塊進行輸出。
由于MXLOGGER的報表功能不能滿足測試要求，我們采用了Excel進行報表輸出。我們通過MXLOGGER提供的DDE服務(wù)器，方便的將MXLOGGER測得的數(shù)據(jù)傳送到Excel中，并通過Excel提供的VBA編程功能完成了測試需求中的報表輸出要求。具體軟件系統(tǒng)架構(gòu)如下:

4.報表輸出

報表輸出是基于Excel進行輸出的，系統(tǒng)進行在線的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)點擊報表鍵時系統(tǒng)將在線的數(shù)據(jù)傳送到Excel中，在Excel里再進行數(shù)據(jù)的離線分析。報表格式按照要求都已經(jīng)提前編輯完成，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送到Excel中后，Excel自動的按照編輯完成的格式輸出報表。報表輸出例，如下圖所示: