PROCEDIMIENTO, PROGRAMA DE ORDENADOR CON ELEMENTOS DE CÓDIGO DE PROGRAMA Y PRODUCTO DE PROGRAMA DE ORDENADOR PARA ANALIZAR FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE UN PROCESO DE COMBUSTIÓN EN UNA CÁMARA DE COMBUSTIÓN UTILIZANDO UN MODELO ESTADÍSTICO ADIESTRABLE.

Procedimiento para el análisis de factores que influyen sobre un proceso de combustión en una cámara de combustión,

caracterizado porque - el análisis de los factores que influyen se realiza utilizando un modelo estadístico adiestrable, - el modelo estadístico adiestrable se adiestra al menos utilizando valores predeterminados de los factores que influyen, modificándose las ponderaciones del modelo estadístico adiestrable tal que el modelo estadístico adiestrado describe el proceso de combustión, - se realiza un pruning (poda) de las ponderaciones, y - utilizando las ponderaciones modificadas, se analiza la influencia de los factores que influyen sobre el proceso de combustión

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2004/052319.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HOFMANN, REIMAR, STERZING,Volkmar.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 27 de Septiembre de 2004.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05B17/02 FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 17/00 Sistemas que implican el uso de modelos o de simuladores de dichos sistemas (G05B 13/00, G05B 15/00, G05B 19/00 tienen prioridad; computadores analógicos para procedimientos, sistemas o dispositivos específicos, p. ej. simuladores, G06G 7/48). › eléctricos.

Clasificación PCT:

  • G05B13/04 G05B […] › G05B 13/00 Sistemas de control adaptativos, es decir, sistemas que se regulan a sí mismos para obtener un rendimiento óptimo siguiendo un criterio predeterminado (G05B 19/00 tiene prioridad; aprendizaje automático G06N 20/00). › que implican el uso de modelos o de simuladores.

Clasificación antigua:

  • G05B13/04 G05B 13/00 […] › que implican el uso de modelos o de simuladores.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre.

PDF original: ES-2364477_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a un análisis de factores que influyen sobre un proceso de combustión en una cámara de combustión.

Por [1] se conoce un análisis de factores que influyen sobre un proceso de combustión en una cámara de combustión.

En este análisis se utilizan métodos lineales, como un análisis de regresión, para investigar las relaciones de dependencia entre los factores que influyen y su influencia sobre el proceso de combustión.

Puesto que evidentemente un proceso de combustión que transcurre en una cámara de combustión es un proceso complejo, que obedece a dependencias no lineales de los factores que influyen, no aportan tales procedimientos de análisis "lineales", como los de [1] resultados fiables y suficientemente exactos en cuanto a la influencia de los factores que influyen sobre el proceso de combustión.

Por [2] se conoce un análisis de un proceso de combustión que llega más lejos, en este caso de un proceso de combustión en una cámara de combustión de una turbina de gas, una llamada turbina de gas con cámara de combustión anular tipo V84.3A.

Además, se conoce por [2] la aparición de vibraciones u oscilaciones de presión en un proceso de combustión en una cámara de combustión de una turbina de gas, en este caso de una turbina de gas con cámara de combustión anular V84.3A, así como que resultan daños en la cámara de combustión debidos a las vibraciones.

En [2] se describe que estas oscilaciones o vibraciones dan lugar a un llamado zumbido o zumbido en la cámara de combustión, que aparece debido a una realimentación positiva entre procesos de combustión que transcurren simultáneamente en la cámara de combustión de la turbina de gas.

Las vibraciones implican un frente de llama inestable, que a su vez provoca un calentamiento mayor de la cámara de combustión. Éste puede originar daños en la cámara de combustión de la turbina de gas.

Para poder tomar medidas de ayuda frente al problema de las vibraciones de la combustión, se investigó en [2] el fenómeno de las vibraciones en profundidad y se compararon y debatieron posibilidades para eliminarlas, en particular métodos activos y pasivos.

En [2] se determina y propone la eliminación de las vibraciones nocivas mediante la optimización del diseño de la geometría de una cámara de combustión.

En [2] se propone, frente a eventuales problemas de vibración que se presenten de nuevo al ampliar la zona de trabajo de la turbina de gas, un control de inestabilidad activo (AIC) en base a una modulación anticíclica de un flujo de combustible.

Desde luego, exige el AIC un caro y costoso sistema sensórico y de actuadores, lo cual limita su posibilidad utilización.

Además se sabe que este zumbido perjudicial también puede reducirse o evitarse reduciendo la carga en la turbina de gas, es decir, se sabe que la carga de una turbina de gas tiene una gran influencia sobre el zumbido (nocivo) en la cámara de gas o bien tiene una fuerte dependencia o correlación con el mismo.

La reducción de la carga para reducir o evitar daños de una cámara de combustión de una turbina de gas es desde luego una posibilidad de solución sólo practicable en determinadas condiciones.

Por lo general, los operadores de centrales de energía tienen compromisos de potencia frente a sus consumidores, que se ven en peligro de incumplimiento cuando se reduce la potencia de las turbinas de gas.

En consecuencia, tiene interés conocer otros factores que influyen sobre el proceso de combustión o bien sobre el zumbido, además de la carga, la geometría y el flujo de combustible para reducir o evitar el perjudicial zumbido en la cámara de combustión.

Así, en general es deseable conocer cualitativa y/o cuantitativamente con suficiente precisión la influencia de los distintos factores que influyen sobre el proceso de combustión, al igual que las dependencias de los factores que influyen entre sí.

Este conocimiento podría en particular permitir resolver de manera más efectiva o económica planteamientos de problemas generales en el campo de los procesos de combustión, así como reducir el problema del zumbido en la cámara de combustión en especial mediante otros factores influyentes o bien combinaciones adecuadas de otros factores influyentes.

Análisis de datos utilizando una red

Se conoce en general la utilización de redes formadas por nodos y enlaces en el campo de un análisis de datos para conocer y describir complejas estructuras de datos y dependencias de datos en las estructuras de datos.

Por [3] se conoce un tal análisis de datos utilizando una red del tipo "red causal".

Claramente una tal red causal es un modelo estadístico de los datos descritos por la misma.

Una tal red causal, como la descrita en [3], es además en particular adecuada para conocer y describir características estadísticas de datos, por ejemplo una dependencia estadística o bien independencia entre dos variables.

Además, se conoce por [3] un procedimiento para eliminar enlaces que pueden determinarse en la red, un llamado Polynomial-Complexity-Verfahren (procedimiento de complejidad polinómica, procedimiento PC).

Un análisis de datos que utiliza una red causal del subtipo de la red bayesiana o red de Bayes [4], se conoce igualmente por [3].

En este análisis de datos mediante la red bayesiana, se averiguan (aprenden) dependencias estadísticas o bien independencias estadísticas, en general características estáticas, entre los datos. Las características estadísticas de los datos pueden entonces representarse gráficamente (figura 3) utilizando la red compuesta por nodos y enlaces.

La figura 3 muestra esta representación gráfica con la red 300 compuesta por nodos 310 y enlaces 320. Cada dos nodos 310 de la red 300 están unidos entre sí mediante un enlace 320.

Un nodo 310 de la red 300 representa un dato (variable). Un enlace 320 representa una dependencia estadística entre los nodos 310 o bien variables unidos mediante este enlace 320. Los nodos 310 no unidos son estadísticamente independientes entre sí.

La figura 4 muestra esquemáticamente un proceso 400 en un análisis de datos según el procedimiento PC conocido por [3], que da lugar a la estructura de red 300 representada (a modo de ejemplo) en la figura 3.

El objetivo del análisis de datos es averiguar las dependencias o independencias entre datos a analizar y una representación de las dependencias o independencias entre los datos, para representar una estructura contenida en los datos mediante una estructura de red o bien una red.

Mediante una estructura contenida en los datos ha de entenderse en general una dependencia estadística y/o una independencia estadística entre las variables.

Los datos para el análisis de datos son variables v, w, x, y y z. Resultan conjuntos de datos (v, w, x, y, z)i con i = 1 … N (N = cantidad del conjunto de datos predeterminado).

En el análisis se averigua una dependencia estadística o una independencia entre las variables v, w, x, y y z.

En la figura 5 se representa una red 500 compuesta por nodos A 510, B 511, C 512, D 513 y E 514, que representan las variables v, w, x, y y z.

En una primera etapa 410 del procedimiento 400 se averigua, utilizando un procedimiento de prueba estadístico, una prueba χ2 que se describe en [5], una independencia estadística o dependencia estadística en cada caso entre dos variables, por ejemplo (v,w), (x,z) o (v,y) (independencia estadística o dependencia de orden 0).

En una segunda etapa 420 se eliminan de la red 500, que presenta una configuración inicial, en la que todos los nodos están unidos entre sí mediante enlaces, aquellos enlaces 521 que unen en cada caso dos nodos, por ejemplo (A,E), (C,D) y (C,E), para cuyas correspondientes variables se haya averiguado que existe una independencia estadística, por ejemplo (v,z), (x,y) y (x,z).

En una tercera etapa 430 se averigua para en cada caso dos variables, para las que se ha detectado una dependencia estadística, una dependencia estadística condicionada o bien una independencia bajo la condición de una tercera variable, por ejemplo (u,x|v), (v,y|w) o (w,x|v) (independencia estadística o dependencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el análisis de factores que influyen sobre un proceso de combustión en una cámara de combustión,

caracterizado porque

- el análisis de los factores que influyen se realiza utilizando un modelo estadístico adiestrable,

- el modelo estadístico adiestrable se adiestra al menos utilizando valores predeterminados de los factores que influyen, modificándose las ponderaciones del modelo estadístico adiestrable tal que el modelo estadístico adiestrado describe el proceso de combustión,

- se realiza un pruning (poda) de las ponderaciones, y

- utilizando las ponderaciones modificadas, se analiza la influencia de los factores que influyen sobre el proceso de combustión.

2. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- en el que los factores que influyen incluyen al menos algunas de las siguientes magnitudes y/o magnitudes derivadas de las mismas:

- una presión del aire exterior, una presión del gas, una presión tras una compresión, una diferencia de presión en un filtro de aire, un gas piloto, una carga, una temperatura del aire, una temperatura del gas, una temperatura tras una compresión, una reducción de la presión en una cámara de combustión, una posición del "blade" (álabe), una potencia de la turbina de gas, una temperatura de aspiración, una presión del aire del entorno, una pérdida de presión a través de un filtro de aspiración, una presión final del compresor, una temperatura final del compresor, una posición de los álabes de guía de entrada, una pérdida de presión en una cámara de combustión, un punto de referencia del gas piloto, una presión del gas, una temperatura del gas, una velocidad de giro, una temperatura del gas de escape.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, -en el que se describe el proceso de combustión utilizando una magnitud que describe un zumbido en la

cámara de combustión, reproduciéndose los factores que influyen sobre el factor que describe el zumbido en la cámara de combustión.

4. Procedimiento según la reivindicación precedente,

- en el que el proceso de combustión se describe utilizando una magnitud que describe una emisión de NOx, reproduciéndose los factores que influyen en el factor que describe la emisión de NOx.

5. Procedimiento según la reivindicación precedente,

- en el que la magnitud que describe el zumbido en la cámara de combustión es una magnitud objetivo en el adiestramiento.

6. Procedimiento según la reivindicación precedente, -en el que la magnitud que describe la emisión de NOx es la magnitud objetivo en el adiestramiento.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- en el que el modelo estadístico adiestrable es una red neuronal, en particular una red neuronal feedforward (prealimentación) o una red causal o un árbol de decisión.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- en el que la cámara de combustión es una cámara de combustión de una turbina, en particular de una turbina de gas.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- utilizado en el marco de un análisis de sensibilidad para factores que influyen sobre un proceso de combustión de una cámara de combustión.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- utilizado para averiguar la secuencia según la importancia de factores que influyen sobre un zumbido en una cámara de combustión.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

- utilizado para averiguar una secuencia según la importancia de factores que influyen sobre una emisión de 5 NOx de una cámara de combustión.

12. Programa de ordenador con elementos de código de programa, para realizar todas las etapas correspondientes a reivindicación 1, cuando el programa se ejecuta en un ordenador.

13. Programa de ordenador con elementos de código de programa según la reivindicación precedente, cuyos elementos de código de programa están memorizados en un soporte de datos legible por computadora.

10 14. Producto de programa de ordenador con elementos de código de programa memorizados en un soporte legible por máquina, para realizar todas las etapas correspondientes a la reivindicación 1, cuando el programa se ejecuta en un ordenador.


 

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