用于燃?xì)廨啓C(jī)的自動測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括測試系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)和用測試程序操作燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)被設(shè)計用于產(chǎn)生機(jī)械或電功率。在一定的運行時間之后，例如，在修理或翻修之后，為了檢查工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)是否仍然正確運行，需要進(jìn)行燃?xì)鉁u輪機(jī)與預(yù)定運行點一起在其下運行的測試序列。每個運行點指定一組表示發(fā)動機(jī)應(yīng)運行的狀態(tài)的設(shè)置點。
[0003]在現(xiàn)有的工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)中，燃?xì)鉁u輪機(jī)的測試序列是手動啟動的。操作員通過控制設(shè)備手動地控制工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)，使得燃?xì)鉁u輪機(jī)以由測試循環(huán)預(yù)定義的預(yù)定設(shè)置點運行。例如，在認(rèn)證或工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的性能測試中產(chǎn)生預(yù)定測試循環(huán)。
[0004]因此，為了引導(dǎo)工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的測試序列，手動地啟動和控制測試循環(huán)的操作員是必須的。進(jìn)一步地，在認(rèn)證測試中預(yù)定義的測試序列通常與測試運行參數(shù)值和實際燃?xì)鉁u輪機(jī)暴露的環(huán)境參數(shù)是不一致的。對于這種偏差的一些原因，可以在工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)測試時和其日常使用時的氣候(例如溫度和海拔)和燃料成份的差異中找到。
[0005]US 4，821，217公開了一種可編程測試站，其自動執(zhí)行噴氣飛機(jī)發(fā)動機(jī)的電動和氣動系統(tǒng)的靜態(tài)測試。測試站在每個發(fā)動機(jī)上自動模擬將測試的系統(tǒng)并測量它們的響應(yīng)?？删幊虜?shù)據(jù)采集計算機(jī)同時控制刺激和測量值，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)。站同時可操作地連接到多個發(fā)動機(jī)，并根據(jù)站用戶指令測量每一個上的特定系統(tǒng)。
[0006]US 4，389，710公開了用于練習(xí)和測試在飛機(jī)制動系統(tǒng)中的防滑和自動制動控制電路的可操作性的測試電路。數(shù)字處理器和與每個防滑控制電路和自動制動系統(tǒng)閥驅(qū)動器有關(guān)的接口電路通信。每一個這樣的接口電路包括從處理器接收電刺激并應(yīng)用同樣的電刺激至相關(guān)的防滑控制電路或自動制動系統(tǒng)閥驅(qū)動器中的各種測試點的模擬開關(guān)。模擬選擇器連接到防滑控制電路和自動制動系統(tǒng)閥驅(qū)動器中的各種測試點，以感應(yīng)對電刺激的響應(yīng)，并將這種響應(yīng)傳遞至處理器，以確定防滑和自動制動控制系統(tǒng)的可操作性。
[0007]US 5，521，824公開了使用超前-滯后控制的發(fā)動機(jī)測試裝置。運行接口產(chǎn)生控制模式信號和多個設(shè)置點。操作員還包括用于接收控制模式信號和多個設(shè)置點，并響應(yīng)運行發(fā)動機(jī)測試裝置的測試控制器。測試控制器感應(yīng)發(fā)動機(jī)測試裝置的運行特性。測試控制器還根據(jù)控制模式信號選擇地運行發(fā)動機(jī)測試裝置參數(shù)。
[0008]US 8，161，806公開了用于在其運行期間監(jiān)測飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的發(fā)動機(jī)性能參數(shù)的方法。方法包括感應(yīng)性能參數(shù)，產(chǎn)生模擬傳感器輸出，通過用至少一個接近發(fā)動機(jī)安裝的輪轂單元決定模擬傳感器輸出生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0009]US 4，215，412公開了飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的實時性能監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)包括使用一組標(biāo)量系數(shù)和各個發(fā)動機(jī)運行參數(shù)的電流值的數(shù)字處理器，以預(yù)測一組發(fā)動機(jī)性能參數(shù)的電流值。監(jiān)測這些性能參數(shù)的實際值，并將其與預(yù)測值比較，以提供航空信號的偏差至使用數(shù)字處理器提供故障指示的監(jiān)測邏輯。
[0010]EP I 288 644公開了用于渦輪機(jī)的診斷方法和診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)評估在燃?xì)鉁u輪機(jī)的測試期間檢測到的故障是否與發(fā)動機(jī)的性能問題或者與發(fā)動機(jī)性能無關(guān)的一些其它異常有關(guān)。在一個性能條件下評估發(fā)動機(jī)的一個性能參數(shù)，以產(chǎn)生第一組當(dāng)前發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)，然后將其與第一組之前的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)比較，以確定是否存在異常。
[0011]EP 2 175 336 Al描述了為了保持最令人滿意的性能，用于在整個時間期間監(jiān)測燃?xì)鉁u輪機(jī)性能以及補償在擴(kuò)展運行期間遭受的退化的方法。
[0012]EP 2 249 004 A2描述了自動控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的推力輸出，以補償在整個期間可能發(fā)生的退化的方法和系統(tǒng)。
[0013]EP 2 175 336 Al and EP 2 249 004 A2的每一個公開了預(yù)測模型，其基于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣條件和參考參數(shù)，例如燃料輸入，計算可以由標(biāo)準(zhǔn)或參考發(fā)動機(jī)獲得的性能。來自運行發(fā)動機(jī)的測量值與來自模型的等效預(yù)測參數(shù)比較，并作為調(diào)節(jié)一個或多個控制參數(shù)的基礎(chǔ)，例如燃料系統(tǒng)增益或者壓力比例限制等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的一個目的可以是提供在實時條件下的工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的自動測試。
[0015]本發(fā)明是測試燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法，通常在交付給客戶之前，并可以用閉環(huán)控制自動執(zhí)行，以得到目標(biāo)性能參數(shù)，例如電力輸出、燃料消耗或者排放。本方法給出了運行中的發(fā)動機(jī)的測量值的分析模型，其計算不能直接測得的熱力學(xué)參數(shù)，例如燃燒室出口溫度或者標(biāo)準(zhǔn)化速度(N/根(進(jìn)氣溫度))。然后反饋這些參數(shù)至控制器或控制設(shè)備，當(dāng)它們在閉環(huán)中使用時，用于設(shè)置發(fā)動機(jī)測試運行點，以給出在預(yù)定測試序列中的指定值的這些參數(shù)值。
[0016]可以通過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和根據(jù)獨立權(quán)利要求運行燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的方法來達(dá)到該目的。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括用于發(fā)電的燃?xì)鉁u輪機(jī)、用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的控制單元、傳感器設(shè)備、比較單元和包括熱力學(xué)模型單元和測試序列單元的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0018]傳感器設(shè)備耦合到燃?xì)鉁u輪機(jī)，用于測量燃?xì)鉁u輪機(jī)的性能參數(shù)。
[0019]熱力學(xué)模型單元基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械模型和燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱力學(xué)模型產(chǎn)生計算性能參數(shù)。
[0020]測試序列本身可以由有資格的人員或者測試序列單元設(shè)計并由有資格的人員輸入至控制單元。測試序列數(shù)據(jù)包括設(shè)置點運行數(shù)據(jù)和時間表數(shù)據(jù)，燃?xì)鉁u輪機(jī)的測試循環(huán)可利用測試序列數(shù)據(jù)運行。
[0021]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于測試序列數(shù)據(jù)產(chǎn)生測試控制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)耦合到控制單元，以提供測試控制數(shù)據(jù)至控制單元，使得燃?xì)鉁u輪機(jī)測試控制數(shù)據(jù)是可控制的。
[0022]比較單元耦合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使得由傳感器設(shè)備測得的測量性能參數(shù)能在測試循環(huán)期間或測試循環(huán)終止之后與計算性能參數(shù)比較。
[0023]例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)包括壓縮區(qū)、燃燒區(qū)和渦輪區(qū)。通過運行燃?xì)鉁u輪機(jī)，例如，產(chǎn)生可以用于運行用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)的(機(jī)械)功率。
[0024]為了控制燃?xì)鉁u輪機(jī)，安裝了控制單元。例如，控制單元可以控制燃料閥，用于控制燃料注入燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒區(qū)。
[0025]進(jìn)一步地，用于制動燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸的制動單元可以耦合到燃?xì)鉁u輪機(jī)，例如，為了從燃?xì)廨啓C(jī)吸取能量。例如，控制單元可以控制制動單元，用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸的轉(zhuǎn)速，以及因此因此直接或間接地控制流過燃?xì)鉁u輪機(jī)的流體質(zhì)量。為了設(shè)置燃?xì)鉁u輪機(jī)的運行點，除了軸的轉(zhuǎn)速外，控制單元可以控制制動負(fù)載。
[0026]為了正確運行燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且為了控制和測試燃?xì)鉁u輪機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于收集具體參數(shù)的所有必需數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括熱力學(xué)模型單元和測試序列單元。
[0027]傳感器設(shè)備耦合至燃?xì)鉁u輪機(jī)，用于測量運行參數(shù)或者用于測量性能參數(shù)。傳感器設(shè)備包括，例如溫度傳感器、壓力傳感器、氧氣傳感器、速度傳感器或者用于測量預(yù)期參數(shù)的任何其它合適的傳感器。
[0028]運行參數(shù)定義輸入至燃?xì)鉁u輪機(jī)的參數(shù)，用于運行燃?xì)鉁u輪機(jī)。例如，運行參數(shù)是燃料數(shù)量、空氣流量的質(zhì)量流量或者由燃?xì)鉁u輪機(jī)放出的放氣的量。
[0029]當(dāng)燃?xì)鉁u輪機(jī)在運行參數(shù)下運行時，測量性能參數(shù)定義由燃?xì)鉁u輪機(jī)輸出的參數(shù)。例如，測量性能參數(shù)分別是燃?xì)鉁u輪機(jī)的溫度(例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)的預(yù)定位置，例如燃燒區(qū)或渦輪區(qū))、在燃?xì)鉁u輪機(jī)的特定位置的壓力、燃?xì)鉁u輪機(jī)的排放、燃料消耗和/或燃?xì)鉁u輪機(jī)的負(fù)載。
[0030]例如，熱力學(xué)模型單元包括存儲器，其中存儲有燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械模型(模擬)和燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱力學(xué)模型(模擬)的數(shù)據(jù)。
[0031]例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械模型是包括燃?xì)鉁u輪機(jī)的相同尺寸和幾何約束的模型，使得機(jī)械模型的模擬是可能的。
[0032]相應(yīng)地，熱力學(xué)模型包括具體燃?xì)鉁u輪機(jī)的具體運行條件的數(shù)據(jù)。例如，熱力學(xué)模型基于特定輸入(例如，運行)參數(shù)計算具體輸出(性能)參數(shù)，以此模擬燃?xì)鉁u輪機(jī)的運行。例如，作為輸入值，燃料的數(shù)量、輸入的空氣的數(shù)量和放出的空氣的數(shù)量是預(yù)定義的，使得熱力學(xué)模型可以計算(例如，考慮機(jī)械模型時)理論模擬性能參數(shù)，例如溫