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CMS-1000系統(tǒng)
"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)燃氣渦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使用者和運營商提供業(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)，并為各種機構(gòu)、獨立發(fā)電企業(yè)和私人企業(yè)提供廣泛的服務(wù)。我們的工程咨詢專家可以為蒸汽渦輪機使用者和運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)電廠進行協(xié)調(diào)。
我們的使命是提供汽輪機行業(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的安裝和現(xiàn)化代改進項目。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)電廠運營商都經(jīng)歷過由于汽輪機頻率不穩(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跳閘脫線。為了在符合排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下保護好長期工作組件，保證工作的完整性，DLN系統(tǒng)需要進行定期的調(diào)試維護。
CMS-1000系統(tǒng)
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 軟件開發(fā)了一臺燃燒狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，使得對渦輪機的調(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)控蒸汽渦輪機中每一個燃燒室的壓力。針對不同型號的蒸汽渦輪機，我們最多可以監(jiān)控多達18個燃燒室中的動態(tài)壓力。渦輪機的兩側(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的燃料和空氣進行實時控制。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進行調(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控制器輸入信號。一套自動調(diào)整算法會持續(xù)地為實時燃料控制調(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上實現(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行開發(fā)。
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