MX100在燃氣輪機燃燒室溫度場測試中的應用

　　燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。

　　燃氣輪機的工作過程是，壓氣機（即壓縮機）連續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;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，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最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鍵。

2.測試要求

　　為了監測燃氣輪機燃燒室的燃燒狀態，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控并將出口溫度值傳送到燃燒控制系統。

　　測試燃機燃燒系統布置采用環形布置方式，共由20個燃燒室構成。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:

　　除了硬件系統以外，測試系統對軟件方面也提出很高的要求，具體要求如下:

　　1） 溫度最小采樣周期為500ms;

　　2） 所測的200點溫度都要采集，當燃機起動未進入穩定狀態時，顯示畫面能夠動態實時顯示溫度的變化值，此時數據不用記錄;當燃機進入穩定狀態后，手動操作進行采集溫度場溫度分布數據，僅需對該時間點溫度進行采集。此外，該測試系統還需向控制系統提供信號（通過MX100的AO模塊），因此程序需實現將每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置好的文件保存路徑下，文件名可以指定;

　　4） 能夠顯示每10點熱電偶的平均值、最高溫度值、最低溫度值及最高與最低溫度差值;當計算每支熱電偶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） 能夠顯示每一環形截面（每一環形截面20點，共10個環形截面）20點平均值、最高溫度值、最低溫度值及最高與最低溫度差值;

　　6） 能夠找出整個溫度場的最高溫度點并以紅色顯示（200點環形陣中）。能夠顯示整個溫度場200點平均值、最高溫度值、最低溫度值及最高與最低溫度差值;

3.測試方案

　　測試系統采用橫河電機DAQMASTER系列中MX100數據采集器，200點溫度采集使用通用AI模塊MX110-UNV-M10，AO輸出使用MX120-VAO-M08。系統共使用20塊AI和8塊AO模塊，系統共由四個機架構成，PC與設備之間的通訊全部采用以太網通訊方式，系統構成圖如下圖所示:

　　對MX100的配置使用了橫河電機提供的MXLOGGER軟件。MXLOGGER最多可以連接20臺MX100，最大連接通道數可以達到1600通道。軟件還提供了240個運算通道，程序用運算通道實現了每10支熱電偶的平均值（共20路）及熱電偶出現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換為4～20mA標準信號通過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服務器，方便的將MXLOGGER測得的數據傳送到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。具體軟件系統架構如下:

4.報表輸出

　　報表輸出是基于Excel進行輸出的，系統進行在線的數據采集，當點擊報表鍵時系統將在線的數據傳送到Excel中，在Excel里再進行數據的離線分析。報表格式按照要求都已經提前編輯完成，系統將數據傳送到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: