一、設(shè)計思想
燃氣渦輪發(fā)動機試驗臺系統(tǒng)由三部分組成，分別為燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、水力測功機測量控制系統(tǒng)、燃氣輪機外圍輔助設(shè)備。 燃氣渦輪發(fā)動機試驗臺數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)負責燃氣輪機本體及臺架外系統(tǒng)參數(shù)的顯示和數(shù)據(jù)存儲。兩個系統(tǒng)彼此獨立運作，但數(shù)據(jù)互通，并做有冗余設(shè)計。每個系統(tǒng)又分為兩部分，分別是硬件部分和軟件部分。硬件部分主體為電腦，通過電腦搭載的軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器儀表使用硬件實現(xiàn)的各種功能，從而減少了硬件數(shù)量，提高了系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性；軟件部分主體為虛擬儀器平臺，它集成了各類虛擬儀器的主要功用，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、硬件控制等，加上可以自主編程的人機操作界面，達到了使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用更為便捷的目的，同時大大減小了儀器儀表的開發(fā)費用。
水力測功機測量控制系統(tǒng)負責水力測功器參數(shù)的顯示和控制，并將采集到的信息傳輸給燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)；
燃氣輪機外圍輔助系統(tǒng)保障燃氣輪機正常運行。
二、方案概述
2.1 燃氣輪機外圍輔助系統(tǒng)及其監(jiān)測方案
燃氣輪機試驗臺是一項復雜的工程，其不僅需要燃氣輪機及各試驗參試設(shè)備全部妥善安裝，更離不開各燃氣輪機試驗臺外系統(tǒng)的支持。一個完備的燃氣輪機試驗臺至少應(yīng)具備的外系統(tǒng)及其測點布置列舉如下：
2.1.1、燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)負責供給燃氣輪機運行所需的燃油；燃油系統(tǒng)前端連接燃油箱，燃油進入燃油系統(tǒng)后，先經(jīng)過粗濾器，過濾油中雜質(zhì)，再經(jīng)過燃油增壓泵增加， 最終經(jīng)燃油精濾器精濾后，直接連接燃氣輪機燃油系統(tǒng)，在各個燃氣輪機運行工況供給燃油。燃油系統(tǒng)通過裝在回油管路上的調(diào)節(jié)閥控制輸入燃氣輪機燃油的流量。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需要監(jiān)測燃油系統(tǒng)輸入燃氣輪機燃油系統(tǒng)燃油的壓力、溫度、流量等參數(shù)。
2.1.2、滑油系統(tǒng)。滑油系統(tǒng)負責供給燃氣輪機轉(zhuǎn)軸潤滑的潤滑油；燃氣輪機能否可靠工作在很大程度上取決于滑油系統(tǒng)的狀態(tài)。燃氣輪機運行時，各結(jié)合面必須供給滑油以減少結(jié)合面的摩擦和磨損，防止其出現(xiàn)腐蝕、表面硬化甚至零部件脫落現(xiàn)象。此外，潤滑油還可以帶走部分高溫件產(chǎn)熱、摩擦產(chǎn)熱、結(jié)合面間硬夾雜物等，也可作為某些自動 裝置的工作液體。由于消耗量小，滑油系統(tǒng)大多都做成循環(huán)式的，滑油從滑油箱中流入燃氣輪機滑油系統(tǒng)，并接收工作過的滑油，將其經(jīng)過過濾、換熱后重新返回滑油箱。滑 油系統(tǒng)通過裝在冷卻水系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)閥控制滑油回油溫度，當滑油箱溫度過低時，可以通過滑油加熱系統(tǒng)對滑油進行加熱。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需要監(jiān)測滑油箱溫度、液位和進出口滑油壓力、溫度等。
2.1.3、壓縮空氣系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)負責供給燃氣輪機氣動控制、噴油嘴供氣等所需的壓縮空氣；場地上，壓縮空氣直接從空壓站引出，數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需監(jiān)測壓縮空氣總管壓力。
2.1.4、水系統(tǒng)。水系統(tǒng)負責水力測功器（功率輸出端）的水供應(yīng)和潤滑油的冷卻。各系統(tǒng)用水直接從進水母管引出，故數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)僅需監(jiān)水系統(tǒng)中進水母管壓力。
2.1.5、進排氣系統(tǒng)。進氣系統(tǒng)負責給低壓壓氣機輸送空氣，排氣系統(tǒng)負責排放燃氣輪機運行產(chǎn)生的廢氣。由于直接輸入氣體進入燃氣輪機，進氣系統(tǒng)是燃氣輪機試驗臺檢查 要求最高的外系統(tǒng)。必須定期進行檢查，確保各進氣室、水平進氣轉(zhuǎn)接段、上進氣轉(zhuǎn)接段無異物，各進氣濾器、防護網(wǎng)完好。排氣系統(tǒng)要注意排放廢氣的指標，確保其不超過 相關(guān)的環(huán)保標準。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需監(jiān)測進氣總壓、進氣靜壓、進氣溫度、排氣總壓、排氣溫度等參數(shù)。
2.1.6、視頻監(jiān)控系統(tǒng)
2.1.7、消防系統(tǒng)
2.1.8、燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)
由于需監(jiān)測的信號點較多，為便于設(shè)計者的程序維護、線路布置和維護人員的檢修，計劃在燃氣輪機試驗臺旁設(shè)計數(shù)據(jù)采集箱，數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)采集 站。數(shù)據(jù)采集單元負責給各傳感器供電，并接收各傳感器信號。數(shù)據(jù)采集站整合現(xiàn)場采 集到的數(shù)據(jù)整合進入數(shù)據(jù)采集箱，最終匯入上位機并由軟件讀取，組成完整的燃氣輪機 試驗臺數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。
2.1.9、水力測功機測量控制系統(tǒng)
水力測功機是燃氣輪機試驗重要的一環(huán)，本次水力測功器測量控制系統(tǒng)中所配合使用的水力測功器為上海啟策公司生產(chǎn)的水力測功器，在測功器本體上設(shè)有滑油站、扭矩測量設(shè)備等。 其配套的測量控制系統(tǒng)主要包含以下幾部分：
① 數(shù)據(jù)監(jiān)測：采集測功器正常運行所需的各種數(shù)據(jù)，如進出水溫度、進水壓力、滑油壓力等，當有監(jiān)測數(shù)據(jù)超限時及時報警。
② 進出水閥：采集進出水閥閥位信號及其運行狀態(tài)，當閥卡塞或達到最大最小閥位 時報警；對閥位的控制方面，運行人員可采用旋轉(zhuǎn)編碼器對進出水閥進行手動控制，也可使用由計算機控制。
③ 扭矩測量：傳感器位于水力測功器腔室內(nèi)，測量控制系統(tǒng)接收實時扭矩值并計算功率。
④轉(zhuǎn)速測量：傳感器位于水力測功器軸末端，測量控制系統(tǒng)接收實時轉(zhuǎn)速值并計算功率。
⑤ 校準模塊：可使用系統(tǒng)自帶的校準模塊進行校準。校準時，先確定零位，再使用測力環(huán)增大測功器扭矩并度數(shù)，再輸入至校準模塊中即可。
三、系統(tǒng)性分析
① 可靠性設(shè)計
硬件方面，本次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計在現(xiàn)場單獨設(shè)計了數(shù)據(jù)采集站，整合了場地采集的信號，在滿足設(shè)計要求的前提下燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大大簡化了線路數(shù)量， 也就提高了可靠性；軟件方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用了兩臺主/備服務(wù)站，連入同局域網(wǎng)中互為備份，只要其中任意一臺正常工作，系統(tǒng)可以正常運作且數(shù)據(jù)傳輸完整。
② 測試性設(shè)計
在燃氣輪機試驗臺進行試驗前靜態(tài)調(diào)試時，可給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電進行檢查。程序中會顯示和水力測功器測量控制系統(tǒng)與場地數(shù)據(jù)采集站的連接狀態(tài)，實現(xiàn)自檢測，并可以通過進出水閥旋鈕對進出水閥遠控狀態(tài)進行調(diào)試。
③ 安全性設(shè)計
燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計了故障檢測系統(tǒng)，對信號輸入異常、信號超差等 狀態(tài)進行檢測并報警，及時提醒運行人員確認，保障燃氣輪機運行安全；水力測功器測量控制系統(tǒng)設(shè)計了進出水閥鎖定系統(tǒng)，當有信號異常或掉電現(xiàn)象發(fā)生時，進出水閥會維持當前閥位并報警，確保不會因為水力測功器運行狀態(tài)異常導致燃氣輪機不安全狀態(tài)的發(fā)生。
④ 維修性設(shè)計
在依照設(shè)計原則與需求的前提下，本次設(shè)計盡量減少了轉(zhuǎn)接頭布置，并大量采用了電連接器設(shè)計，具備防插錯功能；傳感器均以系統(tǒng)為單位統(tǒng)一安裝，提高了傳感器檢定、 故障檢查的便利性；同時進行了標準化設(shè)計，在用的數(shù)個燃氣輪機試驗臺均采用同類傳感器、相同電氣接口和相同采集通道順序，保證了在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時，除進行模塊 更換檢查外，也可通過整體更換的方式進行快速維修，確保燃氣輪機試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體維修的簡易、快捷。
⑤ 綜合保障性設(shè)計
本次設(shè)計中，各系統(tǒng)實現(xiàn)了通用化，各模塊均可互換；同時采用備用模塊設(shè)計，降低了運行人員在運行檢查和維修時的技術(shù)要求。
⑥環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計
滑油系統(tǒng)中設(shè)計了加熱模塊，當滑油因溫度低導致流動不暢時可進行加熱；各數(shù)據(jù)采集柜所使用的模塊可以在 0~60 攝氏度下工作，滿足臺架要求。
四、試驗臺系統(tǒng)圖及主要測量點
- 大氣壓力
- 大氣溫度
- 大氣濕度
- 燃機進口壓降
- 燃機排氣壓降
- 燃機排氣溫度
- 測功器轉(zhuǎn)速
- 測功器扭矩
- 測功器功率
- 燃料流量
- 燃料壓力
- 燃料溫度
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