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燃气轮机综合监测系统


技术简介

1、研发背景

       近年来,随着我国科技和经济的发展,燃气轮机作为一种多功能供能机械,广泛应用于航空、工业和舰船等领域,成为国民经济乃至国防工业的重要装备。燃气轮机控制系统所面临的主要挑战是燃气轮机个体之间性能的差异以及同一台燃气轮机在不同时间段所表现的性能差异。这种个体差异性是由于实际制造中的公差和材料特性所决定的,另外,燃气轮机的使用性能衰减以及燃气轮机修理或大修后所带来的部件之间的不匹配性,也导致了燃气轮机个体性能出现差异。由于燃气涡轮机械运行环境恶劣,热端部件如涡轮的性能恶化问题要比风扇和压气机等部件重要的多,所以这些热端部件需要频繁的修复或更换。燃气轮机控制系统的工作寿命要持续数个燃气轮机大修周期,因此控制系统必须具备不仅能处理燃气轮机及其部件性能缓慢衰退的问题,还要能处理燃气轮机在修理后所带来的性能突变的问题,这就意味着控制系统必须易于调整,或必须具备自我调整(或自我校正)的能力。因此,对燃气轮机进行综合监测就尤为必要。

2、技术突破

       耐高温传感器技术要适应发动机系统环境,就必须做到与现有的和既定的发动机接口和通信结构顺利实现连接,同时要在尺寸和环境适应性设计上满足本地测量的需求。为满足先进传感器数据传输需要,使用用于定义电平高低和数据通信协议的格式和标准。目前正在制定的智能传感器、无线和高速航空数据总线通信标准具有进步意义。由于耐高温传感器在工作模式上的特殊性,所以在其接口设计方面也出现了一些比较特殊的问题。

3、实现的原理和途径

       高温转速传感器采用磁电感应原理,应用于发动机及其它高温环境转速测量系统中,不影响测量精度。

       金属屑传感器采用永磁铁原理,检测机械磨损产生的金属屑,确保发动机正常运转。

耐热抗振型压力开关传感器采用特殊结构设计,可以同时检测管道压力变化,监测实时输出压力,确保发动机和其它设备正常工作。

       该系统应用传感器技术、总线通信技术和非接触式测量技术,针对发动机系统特点,进行多传感器参数同步监测,对发动机的各项工作参数以及其他辅助系统的工作参数进行采集、显示、记录、分析,实现发动机性能的评估与诊断。 


技术指标

1、高温转速传感器:

测量范围:(504000Hz

工作温度:(-50550)℃

2、金属屑传感器:

输出信号:开关信号

工作温度:-40℃~ +180

外形结构尺寸:Φ48×105

3、耐热抗振型压力开关传感器:

测量范围:包括0.2kg/cm210kg/cm2范围内多种产品 

温度范围:-60 ℃~150 


技术特点

1、特性及优势:

高可靠、高灵敏度的传感器;

独立的嵌入式主控计算机控制;

高速低延时Ethernet通讯。

2、国内外情况对比

       国际上较著名的这类监视系统有美国普惠(PW)公司的TEAM IIIGE公司的GEM以及英国Rolls-RoyceRR)公司的COMPASS系统。经过实验,结果表明,该系统能够检测较重的高达80%的外物和相当数量的不足1g的较轻外物。

       日本三菱重工Shintaro Kumano等为其燃气轮机开发了一套远程监控系统,其通过模式识别对比过去和现在的燃机运行状态,在燃机检测和维修前监测到其性能的退化。

国内对燃气涡轮的综合监测技术与国外有较大的差距,尚处于起步阶段,高参数的燃气轮机仍依赖进口,相应的监测系统也由国外配套,需要突破的关键技术很多,归纳起来有三个方面。

(1)测试参数检测方法及传感器的设计与应用;

(2)数据管理及信息融合技术;

(3)状态特征仿真和智能诊断分析技术。


预期效益

       燃气轮机综合监测系统的应用有利于及时对燃机异常状态或者故障做出诊断,为状态检修提供科学依据,减少维修工作量、备件数量及停机时间,从而降低维修费用,最终提高发动机可靠性、维修性和安全性,延长燃机的使用寿命。

       我国发动机生产能力为每年10台左右,以每台发动机应用12只高温转速传感器、6只金属屑传感器、28只耐热抗振型压力开关传感器为1套综合监测系统,则每年10套燃气轮机综合监测系统,每年合同额为600万元。