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MX100在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室溫度場(chǎng)測(cè)試中的應(yīng)用

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1.燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)介

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程是，壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀鞴?，推?dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)馔钙皆趲?dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，需用起動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動(dòng)機(jī)才脫開(kāi)。

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙降冉M成。燃燒室和透平不僅工作溫度高，而且還承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，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?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命，除了對(duì)這兩大部件中工作條件zui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(duì)燃燒室的燃燒控制也是延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵。

2.測(cè)試要求

為了監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃燒狀態(tài)，同時(shí)提高燃燒室的燃燒效率并減少NOx的排放，需要對(duì)燃燒室的出口溫度場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控并將出口溫度值傳送到燃燒控制系統(tǒng)。
測(cè)試燃機(jī)燃燒系統(tǒng)布置采用環(huán)形布置方式，共由20個(gè)燃燒室構(gòu)成。本次測(cè)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(chǎng)中，如下圖所示:

除了硬件系統(tǒng)以外，測(cè)試系統(tǒng)對(duì)軟件方面也提出很高的要求，具體要求如下:

1) 溫度zui小采樣周期為500ms；
2) 所測(cè)的200點(diǎn)溫度都要采集，當(dāng)燃機(jī)起動(dòng)未進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，顯示畫(huà)面能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示溫度的
變化值，此時(shí)數(shù)據(jù)不用記錄；當(dāng)燃機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，手動(dòng)操作進(jìn)行采集溫度場(chǎng)溫度分布數(shù)據(jù)，
僅需對(duì)該時(shí)間點(diǎn)溫度進(jìn)行采集。此外，該測(cè)試系統(tǒng)還需向控制系統(tǒng)提供信號(hào)(通過(guò)MX100的AO模
塊)，因此程序需實(shí)現(xiàn)將每10支熱電偶的平均值(共20路)送到AO模塊進(jìn)行輸出，信號(hào)形式為4～
20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。由于所測(cè)溫度值較高，熱電偶絲容易熔斷，10支熱電偶求平均值時(shí)需將斷偶點(diǎn)
剔除；
3) 報(bào)表形式應(yīng)與實(shí)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(gè)文件；報(bào)表文件自動(dòng)地保存到事先設(shè)置好的文件保存路徑下，文件名可以；
4) 能夠顯示每10點(diǎn)熱電偶的平均值、zui高溫度值、zui低溫度值及zui高與zui低溫度差值；當(dāng)計(jì)算每支
熱電偶10點(diǎn)溫度的平均值時(shí)，不符合溫度范圍的溫度值點(diǎn)要進(jìn)行剔除，不參與運(yùn)算；
5) 能夠顯示每一環(huán)形截面(每一環(huán)形截面20點(diǎn)，共10個(gè)環(huán)形截面)20點(diǎn)平均值、zui高溫度值、zui低
溫度值及zui高與zui低溫度差值；
6) 能夠找出整個(gè)溫度場(chǎng)的zui高溫度點(diǎn)并以紅色顯示(200點(diǎn)環(huán)形陣中)。能夠顯示整個(gè)溫度場(chǎng)200點(diǎn)
平均值、zui高溫度值、zui低溫度值及zui高與zui低溫度差值；

3.測(cè)試方案

測(cè)試系統(tǒng)采用橫河電機(jī)DAQMASTER系列中MX100數(shù)據(jù)采集器，200點(diǎn)溫度采集使用通用AI模塊MX110-UNV-M10，AO輸出使用MX120-VAO-M08。系統(tǒng)共使用20塊AI和8塊AO模塊，系統(tǒng)共由四個(gè)機(jī)架構(gòu)成，PC與設(shè)備之間的通訊全部采用以太網(wǎng)通訊方式，系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖所示:

對(duì)MX100的配置使用了橫河電機(jī)提供的MXLOGGER軟件。MXLOGGERzui多可以連接20臺(tái)MX100，zui大連接通道數(shù)可以達(dá)到1600通道。軟件還提供了240個(gè)運(yùn)算通道，程序用運(yùn)算通道實(shí)現(xiàn)了每10支熱電偶的平均值(共20路)及熱電偶出現(xiàn)斷偶情況后求平均值時(shí)需斷偶點(diǎn)剔除的要求，并將求得的平均值通過(guò)比例換算轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)AO模塊進(jìn)行輸出。
由于MXLOGGER的報(bào)表功能不能滿足測(cè)試要求，我們采用了Excel進(jìn)行報(bào)表輸出。我們通過(guò)MXLOGGER提供的DDE服務(wù)器，方便的將MXLOGGER測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送到Excel中，并通過(guò)Excel提供的VBA編程功能完成了測(cè)試需求中的報(bào)表輸出要求。具體軟件系統(tǒng)架構(gòu)如下:

4.報(bào)表輸出

報(bào)表輸出是基于Excel進(jìn)行輸出的，系統(tǒng)進(jìn)行在線的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)點(diǎn)擊報(bào)表鍵時(shí)系統(tǒng)將在線的數(shù)據(jù)傳送到Excel中，在Excel里再進(jìn)行數(shù)據(jù)的離線分析。報(bào)表格式按照要求都已經(jīng)提前編輯完成，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送到Excel中后，Excel自動(dòng)的按照編輯完成的格式輸出報(bào)表。報(bào)表輸出例，如下圖所示: