MX100在燃气轮机燃烧室温度场测试中的应用

1.燃气轮机简介
　　燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
　　燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。
　　燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，除了对这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等须用镍基和钴基合金等高温材料制造外，对燃烧室的燃烧控制也是延长使用寿命的关键。
2.测试要求
　　为了监测燃气轮机燃烧室的燃烧状态，同时提高燃烧室的燃烧效率并减少NOx的排放，需要对燃烧室的出口温度场进行监控并将出口温度值传送到燃烧控制系统。
　　测试燃机燃烧系统布置采用环形布置方式，共由20个燃烧室构成。本次测试采用了200支热电偶，每10支热电偶为1组，共20组。将20组热电偶均匀放置于燃烧室出口温度场中，如下图所示:

　　除了硬件系统以外，测试系统对软件方面也提出很高的要求，具体要求如下:
　　1） 温度最小采样周期为500ms;
　　2） 所测的200点温度都要采集，当燃机起动未进入稳定状态时，显示画面能够动态实时显示温度的变化值，此时数据不用记录;当燃机进入稳定状态后，手动操作进行采集温度场温度分布数据，仅需对该时间点温度进行采集。此外，该测试系统还需向控制系统提供信号（通过MX100的AO模块），因此程序需实现将每10支热电偶的平均值（共20路）送到AO模块进行输出，信号形式为4～20mA标准信号。由于所测温度值较高，热电偶丝容易熔断，10支热电偶求平均值时需将断偶点剔除;
　　3） 报表形式应与实际的温度分布形式类似。文件保存输出形式采用excel表格形式，一次采集存一个文件;报表文件自动地保存到事先设置好的文件保存路径下，文件名可以指定;
　　4） 能够显示每10点热电偶的平均值、最高温度值、最低温度值及最高与最低温度差值;当计算每支热电偶10点温度的平均值时，不符合温度范围的温度值点要进行剔除，不参与运算;
　　5） 能够显示每一环形截面（每一环形截面20点，共10个环形截面）20点平均值、最高温度值、最低温度值及最高与最低温度差值;
　　6） 能够找出整个温度场的最高温度点并以红色显示（200点环形阵中）。能够显示整个温度场200点平均值、最高温度值、最低温度值及最高与最低温度差值;
3.测试方案
　　测试系统采用横河电机DAQMASTER系列中MX100数据采集器，200点温度采集使用通用AI模块MX110-UNV-M10，AO输出使用MX120-VAO-M08。系统共使用20块AI和8块AO模块，系统共由四个机架构成，PC与设备之间的通讯全部采用以太网通讯方式，系统构成图如下图所示:

　　对MX100的配置使用了横河电机提供的MXLOGGER软件。MXLOGGER最多可以连接20台MX100，最大连接通道数可以达到1600通道。软件还提供了240个运算通道，程序用运算通道实现了每10支热电偶的平均值（共20路）及热电偶出现断偶情况后求平均值时需断偶点剔除的要求，并将求得的平均值通过比例换算转换为4～20mA标准信号通过AO模块进行输出。
　　由于MXLOGGER的报表功能不能满足测试要求，我们采用了Excel进行报表输出。我们通过MXLOGGER提供的DDE服务器，方便的将MXLOGGER测得的数据传送到Excel中，并通过Excel提供的VBA编程功能完成了测试需求中的报表输出要求。具体软件系统架构如下:

4.报表输出
　　报表输出是基于Excel进行输出的，系统进行在线的数据采集，当点击报表键时系统将在线的数据传送到Excel中，在Excel里再进行数据的离线分析。报表格式按照要求都已经提前编辑完成，系统将数据传送到Excel中后，Excel自动的按照编辑完成的格式输出报表。报表输出例，如下图所示: