预先确定实际设备中即将发生的振荡不稳定的起始的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开的实施方案涉及一种用于预先确定实际设备中即将发生的振荡不稳 定的起始的系统和方法，更具体而言，涉及但不限于一种用于预确定在设备中即将开始的 振荡不稳定，并控制设备的各种参数以防止设备振荡不稳定的系统和方法，所述设备为比 如高雷诺数流或燃烧设备和/或噪声声学设备。本申请基于2012年10月1日提交的印 度申请编号4110/CHE/2012,2012年10月26日提交的印度申请编号4476/CHE/2012以及 2013年3月25日提交的PCT申请编号PCT/IN2013/000197,并且要求上述申请的优先权， 通过引用将其公开纳入本文。
【背景技术】
[0002] 在各个领域中应用的多种设备中控制振荡不稳定是非常重要的，因为此类振荡导 致这些设备的性能下降和寿命减少。在设备比如在燃气轮机、喷气式发动机以及工业处理 设备中应用的燃烧器（比如锅炉和喷烧器）中，控制并避免振荡不稳定仍然是挑战性的任 务，因为这些设备是由各种流动和燃烧过程驱动。此外，在这些设备中，可能仅由于对系统 有效的一小部分能量足够驱动此类不稳定并且在设备中相应的衰减较弱，从而容易地出现 振荡不稳定。因此，在这些设备中容易建立大振幅的压力振荡，由于热传递的增加而导致性 能损失、操作范围减小以及结构变差。此外，振荡不稳定的起始的检测在其它领域同样仍然 是挑战性的任务；例如由于气动弹性不稳定而导致的流诱发振动，以及由于气动声学不稳 定而导致的管道音调产生。
[0003] 研宄人员己提出各种技术以控制在实际系统比如燃烧器和涡轮机械中发生的振 荡不稳定，下面列出了一些技术。在一种提出的技术中，延迟反馈控制器用于燃烧器。延迟 反馈控制器改变燃料管线中的压力以控制不稳定。虽然使用延迟反馈控制器的技术在控制 燃烧器中的不稳定上是部分成功的，但应当注意到，该技术可能并不适合多数领域的系统， 因为它需要外部致动器、燃烧器构造的改变以及对于任意输入的频率响应的知识。此外，仅 在不稳定发生之后才可以控制不稳定，因此该技术不能防止不稳定。
[0004] 在另一种现有技术中，基于在燃烧器中的壳体振动的带宽和动态压力测量来确定 燃烧器的稳定性。指示阻尼的带宽随着燃烧器接近稳定极限而降低至零。然而，在燃烧器 中的噪声的存在会使该技术部分低效，因为该技术依赖于频域分析。
[0005] 在另一种现有技术中，使用排气流和燃料喷射率调制来确定燃烧器的稳定边际。 然而，这种技术再次受到声学驱动器和脉冲的燃料喷射器的需求的限制。另一种现有技术 提出一种检测器，其利用所获得的信号的自相关性能来体现燃烧器的阻尼的特性。当阻尼 为零时，燃烧器的不稳定由检测器进行跟踪。这种技术又要求燃烧器达到对于检测器的不 稳定而工作。此外，该技术对于表现为脉冲不稳定和噪声诱发的转变可能无效。此外，在频 谱中的多个频率的存在使阻尼的概念不清楚。
[0006] 为了避免燃烧不稳定，燃烧器设计者在燃烧器的设计中引入了足够的稳定裕度。 5 CN 104704226 A 说明书 2/10 页 稳定裕度即使在最坏的可能情境下也能防止发生不稳定。然而，在操作机制上的这样的保 守估算导致NOx的排放水平增加，使得更难以满足排放标准要求。
[0007] 在另一种现有技术中，在通过仔细选择的带通和滤波器之后，使用位于发动机的 压缩机部分的传感器检测在涡扇发动机中的气动和空气动力学不稳定，发动机产生不稳定 的前兆信号。检测不稳定的这种方法问题在于由于在前面的系统中讨论的类似问题。
[0008] 因此，用于控制振荡不稳定的现有技术需要在设备中结合某些设计特征或能够检 测不稳定并控制不稳定的传感器或相似检测器的接合。此外，两个过程都针对在不稳定发 生后识别不稳定。因此，存在对于能够预确定不稳定并相应地控制各种参数的系统和方法， 以防止系统进入使其变得不稳定的操作机制，从而改进稳定裕度。
[0009] 发明目的
[0010] 本发明的主要目标是提供一种用于在实际设备中的振荡不稳定的起始的早期检 测的系统。
[0011] 本发明的另一个目标是提供一种用于在实际设备中振荡不稳定的起始的早期检 测；并且控制设备的各种参数以防止设备发展振荡不稳定的系统。
[0012] 本发明的另外的目标是提供用于在实际设备中的振荡不稳定的起始的早期检测 的方法。
[0013] 本发明的另一个目标是提供用于在实际设备中振荡不稳定的起始的早期检测；并 且控制设备的各种参数以防止设备进入存在振荡不稳定的操作机制的方法。
[0014] 在连同随后的描述和所附附图一起考虑的情况下，将更好地领会和理解实施方案 的这些和其他目标。然而，应当理解的是，在表示优选的实施方案及其许多具体细节的同 时，随后的描述以说明的形式给出，而不构成限制。可以在本文中的实施方案的范围内做出 许多变化和修改而不脱离本文中的实施方案的精神，并且本文中的实施方案包括所有此类 修改。
【附图说明】
[0015] 在所附附图中示出了本发明，贯穿所附附图，在各个附图中相同的附图标记表示 相应的部件。参考附图从随后的说明书能够更好地理解本文中的实施方案，其中：
[0016] 图1是用于在实际设备中即将发生的不稳定的起始的早期检测的系统100的框 图；
[0017] 图2是说明随着参数朝向不稳定移动，基于应用到从在特定构造中的燃烧器（C) 获得的动态压力数据上的0-1测试的测量的示图；
[0018] 图3是说明随着参数朝向不稳定移动，基于应用到从在特定构造中的燃烧器（C) 获得的动态压力数据上的穿过设定阈值的峰的数量的测量的示图；
[0019] 图4是说明随着参数朝向不稳定移动，基于应用到从在特定构造中的燃烧器（C) 获得的动态压力数据的赫斯特指数测试的测量的示图；
[0020] 图5是用于通过计数在燃烧器（C)内产生的脉冲而在燃烧器（C)中的不稳定的起 始的早期检测的系统的原理图；
[0021] 图6说明了用于通过计算赫斯特指数而在燃烧器（C)中的不稳定的起始的早期检 测的系统100的原理； 6 CN 104704226 A 说明书 3/10 页
[0022] 图7是说明用于在实际设备中振荡不稳定的起始的早期检测和控制设备的各种 参数以便防止设备振荡不稳定的方法的流程图。
[0023] 图8说明了用于通过计算赫斯特指数而在空气声学系统中的不稳定的起始的早 期检测的系统100的原理。
【具体实施方式】
[0024] 参考非限制性实施方案而更充分地解释本文中的实施方案和各种特征及其详细 描述，所述非限制性实施方案在所附附图中显示并在随后的说明书中详细描述。
[0025] 公知的组件和处理技术的描述得以省略，从而不会不必要地掩盖本文中的实施方 案。
[0026] 本文中所使用的示例仅仅旨在便于理解实施方案可以实践的方式并且进一步使 本领域技术人员能够实践这些实施方案。例如，虽然为了容易理解实施方案，本文中的某些 实施方案涉及用于在比如燃气轮机中的燃烧器的设备中，以及在比如锅炉和喷烧器的工业 处理设备中的不稳定的起始的早期检测的系统和方法，但应当注意到，根据本实施方案的 系统也可以用于任何其它设备，其中从通过间歇脉冲而发生混乱动作转变到振荡不稳定。 此外，虽然本文中的某些实施方案涉及用于在燃烧系统中检测和防止振荡不稳定的系统和 方法，但应当注意到，根据本实施方案的系统和方法也可以用于在任何噪声或混乱系统中 防止振荡不稳定；例如，可能由于气动弹性颤振或流诱发振动而出现的结构不稳定，气动和 空气动力学不稳定比如浪涌和/或出现在磁动流体力学中的不稳定，或在气体运输系统中 表现为管道音调不稳定的空气声学不稳定。此外，虽然本文中的某些实施方案涉及利用更 快和更抗差的脉冲计数的技术和用于不稳定的起始的早期检测的赫斯特指数方法的系统 和方法，但应当注意到，该系统可以利用能够确定通过间歇脉冲以平滑的方式到不稳定的 转变的任何其它方法。因此，实例不应该被解释为对本文的实施方案的范围的限制。
[0027] 本文的实施方案实现一种用于在不稳定发生之前在实际设备中确定振荡不稳定 的