СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА МОНИТОРИНГА КЛАПАННЫХ УЗЛОВ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2012 года по МПК F01D17/20 G01M15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к клапанному узлу и, более конкретно, к способу и системе мониторинга клапанного узла, используемого в паровой турбине.

Уровень техники

Паровая турбина преобразует кинетическую энергию или тепловую энергию сжатого пара в полезную механическую энергию. Как правило, пар образуется в парогенераторе или бойлере, затем проходит через запорные и регулирующие клапаны в сопла, которые приводят во вращение роторный узел. Роторный узел, в свою очередь, может приводить во вращение генератор для производства электроэнергии. Запорные и регулирующие клапаны управляют работой паровой турбины, регулируя поток пара, проходящий в сопла. Регулирующий клапан обычно управляет подачей пара в сопла при нормальных режимах работы. Запорный клапан обычно при нормальной работе удерживается открытым и закрывается, когда необходимо немедленно остановить турбину. В некоторых случаях регулирующий клапан и запорный клапан интегрированы в единое устройство.

В различных режимах работы характеристики потока в клапанных узлах и вокруг клапанных узлов паровой турбины могут привести к нестабильности, которая может вызвать вибрацию. Чрезмерная вибрация нежелательна и может привести к усталости элементов и преждевременному отказу клапанных узлов. Известно, что клапанные узлы в эксплуатации подвержены вибрациям, которые возникают как в результате вибрации самих клапанных узлов, так и под воздействием потока в клапанных узлах и вокруг них, которые часто называют, соответственно, структурная вибрация и акустическая вибрация. Клапанные узлы могут подвергаться влиянию как индивидуальных эффектов вибрации, так и эффектов, возникающих при взаимодействии структурных и акустических частот и форм волн.

В настоящее время для коррекции взаимодействия частот вибраций конструируют клапанные узлы, в которых прогнозируемо достигается достаточное разделение между их структурными и акустическими характеристиками. Однако, по мере увеличения количества задач, в которых могут использоваться такие клапанные узлы, их рабочие условия становятся менее прогнозируемыми. Кроме того, спрос на клапанные узлы растет, что приводит к их работе в более жестких, более изменчивых условиях. Соответственно, обеспечение адекватного разделения между характеристиками структурной и акустической вибраций становится все более трудным, что не позволяет получить полной информации о напряжениях, воздействующих на клапанные узлы и, следовательно, о возникшей усталости.

Следовательно, существует необходимость лучше понять характеристики вибраций клапанных узлов, применяемых в паровых турбинах. Кроме того, предпочтительно достичь понимания вибрационных характеристик клапанных узлов в различных рабочих состояниях, чтобы сравнить их с вибрационными характеристиками клапанных узлов при эксплуатации.

Краткое описание изобретения

Таким образом, в настоящей заявке предлагаются устройства и способы мониторинга клапанных узлов паровой турбины. В одном варианте настоящего изобретения предлагается способ мониторинга клапанного узла. Во-первых, можно измерять вибрационные характеристики по меньшей мере одного клапанного узла перед его работой. Затем, во время работы клапанного узла можно проводить мониторинг его поведения и сравнивать его с вибрационными характеристиками, определенными перед началом его работы. Сравнение поведения клапанного узла во время его работы с характеристиками клапанного узла, полученными перед началом работы, может позволить провести оценку уровней напряжений, испытываемых клапанным узлом во время работы.

В другом варианте может быть предложена система для мониторинга клапанных узлов паровой турбины. Система может содержать по меньшей мере один анализатор характеристик, соединенный с по меньшей мере одним клапанным узлом, при этом анализатор или анализаторы характеристик могут быть запрограммированы на измерение вибрационных характеристик клапанного узла до начала его работы и ввод этих вибрационных характеристик в запоминающее устройство. С клапанным узлом может быть соединено по меньшей мере одно устройство мониторинга для отслеживания поведения клапанного узла во время работы. С устройством или устройствами мониторинга может быть соединено по меньшей мере одно управляющее устройство, запрограммированное на: получение отслеженного поведения клапанного узла от устройства мониторинга, извлечение вибрационных характеристик из запоминающего устройства, сравнение поведения, отслеженного во время работы с вибрационными характеристиками, измеренными до начала работы, и оценку уровней напряжений, испытываемых клапанным узлом во время работы на основании сравнения поведения во время работы с вибрационными характеристиками до начала работы.

В еще одном варианте предлагается способ мониторинга по меньшей мере одного клапанного узла, используемого в паровой турбине. Сначала, перед началом работы, можно измерить исходные характеристики клапанного узла при множестве рабочих условий. Измерение исходных характеристик может включать: измерение частот собственных колебаний акустического пространства и структуры клапанного узла, определение распределения и амплитуд вибрационного давления, воздействующего на клапанный узел по меньшей мере на одной из частот собственных колебаний, проведение анализа вынужденной реакции на клапанном узле, при этом анализ вынужденной реакции может включать учитывание распределения и амплитуды вибрационного давления. Мониторинг поведения клапанного узла можно проводить во время работы, при этом поведение включает частоты вибраций клапанного узла, амплитуды вибраций клапанного узла, подъем клапана клапанного узла, давления пара и температуры пара. Затем, поведение во время работы клапанного узла можно сравнить с исходными характеристиками клапанного узла. Этот способ может обеспечить возможность прогнозирования остатка срока службы клапанного узла на основании сравнения поведения во время работы с исходными характеристиками.

Эти и другие признаки настоящего изобретения будут более понятны специалистам из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи и из формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы мониторинга клапанных узлов.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему компьютеризованной системы мониторинга, используемой системой по фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой иллюстративную диаграмму последовательности операций, демонстрирующую логику, реализуемую системой по фиг. 1.

Фиг. 4 представляет собой иллюстративную блок-схему последовательности операции, демонстрирующую логику, реализуемую системой по фиг. 1.

Фиг. 5 представляет собой иллюстративную блок-схему последовательности, демонстрирующую логику, реализуемую системой по фиг. 1.

Фиг. 6 представляет собой частичное сечение иллюстративного клапанного узла по фиг. 1.

Фиг. 7 представляет собой иллюстративный выход системы по фиг. 1.

Фиг. 8 представляет собой иллюстративный выход системы по фиг. 2.

Подробное описание изобретения

Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления изобретения. Предмет настоящего изобретения может быть реализован в разных формах и не должен толковаться как ограниченный описанными здесь вариантами осуществления изобретения. Эти варианты осуществления изобретения показаны для того, чтобы настоящее описание соответствовало требованиям применимого законодательства. Одинаковые элементы на всех чертежах обозначены одними и теми же позициями.

В настоящем описании даются ссылки на блок-схемы систем, способов, устройств и компьютерных программных продуктов по меньшей мере одного описанного варианта. Следует понимать, что каждый блок блок-схемы и комбинации блоков в блок-схемах, соответственно, можно реализовать, по меньшей мере частично, через команды компьютерной программы. Такие команды компьютерной программы можно загружать в компьютер общего назначения, в компьютер со специализированными аппаратными средствами, или в другое программируемое устройство для обработки данных для получения машины с тем, чтобы команды, выполняемые на компьютере или другом программируемом устройстве для обработки данных, создавали средство для реализации функциональности каждого блока блок-схемы, или комбинации блоков блок-схем, подробно описанных ниже.

Эти команды компьютерной программы также могут храниться в машиночитаемом запоминающем устройстве, которое управляет компьютером или другим программируемым устройством для обработки данных так, чтобы функционировать конкретным образом, чтобы команды, хранящиеся в машиночитаемом запоминающем устройстве, создавали изделие, включая командные средства, которые реализуют функцию, указанную в блоке или в блоках. Команды компьютерной программы также могут загружаться в компьютер или другое программируемое устройство для обработки данных для создания последовательности оперативных шагов, выполняемых на компьютере или другом программируемом устройстве для обработки данных для создания процесса, реализуемого компьютером так, чтобы команды, выполняемые на компьютере или другом программируемом устройстве для обработки данных, создавали шаги для реализации функций, заданных в блоке или в блоках.

Системы и способы, описанные ниже, могут быть реализованы через применение программы, работающей под операционной системой компьютера. Они также могут выполняться при других конфигурациях компьютерной системы, включая наладонные устройства, многопроцессорные системы, микропроцессорную или программируемую потребительскую электронику, миникомпьютеры, универсальную ЭВМ коллективного пользования и т.д.

Прикладные программы, которые являются компонентами описанных здесь систем и способов, могут включать подпрограммы, программы, компоненты, структуры данных, и т.д., которые реализуют определенные абстрактные типы данных и выполняют определенные задачи или действия. В распределенной вычислительной среде прикладная программа (целиком или частично) может располагаться в локальном запоминающем устройстве или другом запоминающем устройстве. Кроме того или в качестве альтернативы, прикладная программа (целиком или частично) может располагаться в удаленном запоминающем устройстве или хранилище, учитывая ситуации, когда задача выполняется уделенными обрабатывающими устройствами, связанными через коммуникационную сеть. Иллюстративные варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же позициями на разных чертежах.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения можно определить влияние усталости и, более конкретно, многоцикловой усталости на клапанные узлы паровой турбины. Эти системы и способы могут использоваться для определения исходных характеристик эффектов вибрации на структуру клапанного узла и соответствующее акустическое пространство. Эти исходные данные могут использоваться для сравнения при мониторинге поведения клапанных узлов во время работы. Соответственно, комбинация понимания исходных характеристик и поведения клапанных узлов во время работы позволяет системе лучше информировать оператора о напряжениях, испытываемых клапанными узлами и, следовательно, об износе и оценочном времени до отказа клапанных узлов.

На фиг. 1 в форме блок-схемы показана паровая турбина 100 в паротурбинной системе. Пар может входить в паровую турбину 100 через один или более впуск 120 для пара, который соединен с клапанным узлом 110, который управляет входом и объемом пара, подаваемого на один или более роторный узел 140 через один или более выпуск 130 для пара. Клапанный узел 110 может содержать регулирующий клапан и запорный клапан, объединенные в один узел. В качестве альтернативы, регулирующий клапан и запорный клапан могут быть выполнены как отдельные узлы. Клапанный узел 110 управляет потоком пара. Если клапанный узел 110 открыт, пар может протекать через роторный узел 140. В качестве альтернативы, если клапанный узел 110 закрыт, пар не протекает через роторный узел 140. Следует понимать, что паровая турбина 100 может содержать более чем один из описанных элементов. Например, множество клапанных узлов 110 можно сконфигурировать так, чтобы они были установлены последовательно или параллельно друг с другом и/или работали в режиме полного подвода или частичного подвода.

С клапанным узлом 110 можно интегрировать одно или более устройство 150 контроля и наблюдения, которое обеспечивает возможность мониторинга различных параметров клапанного узла 110. Например, одним из устройств 150 контроля и наблюдения может быть акселерометр, используемый для измерения вибрационных характеристик клапанного узла 110, таких как амплитуда и частота. Другим примером одного из устройств 150 контроля и наблюдения может быть тензодатчик или динамический тензодатчик, используемый для измерения растяжения, испытываемого клапанным узлом 110. Кроме того, другими примерами параметров, отслеживаемых устройствами 150 контроля и наблюдения, могут являться давление пара, температура пара, подъем клапана, смещение, растяжение, ускорение или время работы. Специалистам понятно, что с помощью устройств 150 контроля и наблюдения можно осуществлять мониторинг и других рабочих параметров паровой турбины 100. Описание, сопровождающее фиг. 3 и 5, содержит дополнительные детали, относящиеся к работе управляющего устройства 170 и устройств 150 контроля и наблюдения. Одно или более оперативное управляющее устройство 170 может принимать, хранить и обрабатывать данные измерений, поступающие от устройств 150 контроля и наблюдения. Перед началом работы для снятия характеристик клапанного узла 110 может использоваться один или более анализатор 160 характеристик. Например, анализатор 160 характеристик может быть выполнен с возможностью выполнения анализа методом конечных элементов, численного анализа неустановившихся гидродинамических потоков (CFD-анализ), а также других полевых или лабораторных испытаний, известных специалистам. В описании, сопровождающем фиг. 3 и 4, приведены дополнительные детали относительно работы анализатора 160 характеристик. Наконец, управляющее устройство 170 и анализатор 160 характеристик могут работать на одной или более компьютеризованной системе 190 мониторинга. Дополнительные детали о работе компьютеризованной системы 190 мониторинга приведены в описании, сопровождающем фиг. 2.

На фиг. 2 представлена блок-схема компьютеризованной системы 190 мониторинга, используемой для снятия исходных характеристик и мониторинга клапанных узлов 110 по иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Более конкретно, элементы компьютеризованной системы 190 мониторинга могут использоваться для выполнения функций управляющего устройства 170 и анализатора 160 характеристик. Компьютеризованная система 190 мониторинга может содержать запоминающее устройство 210, которое хранит запрограммированную логику 220 (т.е. программные средства) и может хранить данные 230 измерений. Запоминающее устройство 210 также может содержать операционную систему 240. Процессор 250 может использовать операционную систему 240 для выполнения запрограммированной логики 220 и, при этом, может использовать данные 230 измерений. Связь между запоминающим устройством 210 и процессором 250 может обеспечивать шина 260 данных. Пользователи могут работать с компьютеризованной системой 190 мониторинга через устройство (устройства) 270 интерфейса, такие как клавиатура, манипулятор, панель управления или любое другое устройство, способное передавать данные в компьютеризованную систему 190 мониторинга и от нее. Например, устройство 270 пользовательского интерфейса может выдавать пользователю сигнал о превышении порогового уровня вибрации при работе паровой турбины 100. Устройство пользовательского интерфейса также может показывать пользователю израсходованный ресурс или оставшийся срок службы клапанного узла 110. Компьютеризованная система 190 мониторинга может поддерживать связь с паровой турбиной 100, а также с клапанными узлами 110 до интеграции в паровую турбину 100 через интерфейс 280 ввода/вывода. Более конкретно, одна или более из компьютеризованных систем 190 мониторинга может выполнять функции управляющего устройства 170, например, осуществлять мониторинг клапанного узла 110 через устройство или устройства 150 контроля и наблюдения. Кроме того, одна или более компьютеризованная система 190 мониторинга может выполнять функции анализатора 160 характеристик перед началом работы паровой турбины 100. Кроме того, следует понимать, что через интерфейс 280 ввода/вывода с компьютеризованной системой 190 мониторинга могут поддерживать связь другие внешние устройства, такие как роторный узел 140 или множество других паровых турбин 100. В показанном варианте компьютеризованная система 190 мониторинга может быть установлена удаленно от паровой турбины 100, хотя ее можно устанавливать там же, где расположена паровая турбина 100 или даже интегрировать в паровую турбину 100. Более того, компьютеризованная система 190 мониторинга и запрограммированная логика 220, которая реализуется этой системой, могут содержать программные, микропрограммные и аппаратные средства или любую их комбинацию. Следует также понимать, что можно использовать множество компьютеризованных систем 190 мониторинга, благодаря чему различные признаки, приведенные в настоящем описании, могут быть выполнены на одной или более из разных компьютеризованных систем 190 мониторинга.

На фиг. 3-5 представлены иллюстративные блок-схемы последовательности операций, представляющие способы, которыми может работать вариант настоящего изобретения. На фиг. 3 представлена иллюстративная блок-схема последовательности основного режима работы анализатора 160 характеристик и управляющего устройства 170, используемых для определения исходных характеристик и рабочего поведения клапанного узла 110 по иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. В блоке 310 анализатор 160 характеристик может определять исходные характеристики клапанного узла 110 в одном или более рабочем состоянии. Рабочими состояниями, анализируемыми анализатором 160 характеристик, могут быть, например, холодный пуск, горячий пуск, теплый пуск, передача нагрузки и выключение.

Как описано выше, следует понимать, что анализатор 160 характеристик может работать на одной или более из компьютеризованных систем 190 мониторинга и может содержать один или более из программных модулей, хранящихся в форме запрограммированной логики 220 в запоминающем устройстве 210. Эти программные модули могут использоваться во время анализа в блоке 310, например, такие программные модули, которые выполнены с возможностью проведения анализа по методу конечных элементов, CFD-анализа или других лабораторных или полевых тестов, известных специалистам. Работа и способы реализации анализатора 160 характеристик более подробно показаны в описании, сопровождающем фиг. 4.

После определения исходных характеристик можно осуществлять мониторинг клапанного узла 110 во время его работы в паровой турбине 100, как показано блоком 320, используя одно или более устройство 150 контроля и наблюдения, поддерживающее связь с управляющим устройством 170, как описано со ссылками на фиг. 1. Работа и способы, реализуемые управляющим устройством 170, более детально показаны в описании, сопровождающем фиг. 5.

В блоке 330 рабочее поведение, измеренное управляющим устройством 170, можно сравнить с исходными характеристиками, определенными анализатором 160 характеристик на этапе 310 для определения напряжений, которым подвергается клапанный узел 110 во время работы. Более конкретно, рабочее поведение, например данные об ускорении и частоте, измеренных в блоке 320, и акустическом воздействии, определенном исходными характеристиками, определенными в блоке 310, посредством цифровых алгоритмов позволяют прогнозировать амплитуды вибраций при работе и, тем самым, напряжения, которым подвержен клапанный узел 110 при работе.

Наконец, как показано в блоке 340, понимание потенциальных эффектов на клапанный узел 110 может позволить операторам прогнозировать нежелательные эффекты многоцикловой усталости. Более конкретно, рабочие напряжения, оцененные в блоке 330, затем можно проанализировать для расчета израсходованного ресурса клапанного узла 110 во время зарегистрированной эксплуатации. Израсходованный ресурс можно рассчитать по правилу Майнера (Miner's Rule) или другим способом прогнозирования напряжений, таким как вероятностные распределения, например, логарифмические распределения, распределения Вейбулла и другие, хорошо известны специалистам. Данные об израсходованном ресурсе затем можно сохранить в запоминающее устройство 210 для использования в дальнейшем. Кроме того, результаты расчетов израсходованного ресурса можно суммировать нарастающим итогом для получения полного израсходованного ресурса и оценки оставшегося полезного срока службы клапанного узла 110. Вычисления, проводимые в блоке 340, можно выполнять в реальном масштабе времени, в квазиреальном масштабе времени или главным образом на основании исторических данных.

На фиг. 4 показана иллюстративная блок-схема последовательности операций, которые может выполнять анализатор 160 характеристик для определения исходных характеристик клапанного узла 110 в одном или более рабочем состоянии согласно одному аспекту настоящего изобретения. Исходные характеристики можно определять перед работой, обычно при стендовых испытаниях или в лабораторной среде, хотя для определения характеристик, показанных на фиг. 4, можно проводить и полевые испытания и т.п., известные специалистам. Кроме того, исходные характеристики можно определить, помимо прочего, для следующих рабочих состояний: холодный пуск, горячий пуск, теплый пуск, передача нагрузки и выключение. Несмотря на эти перечисленные примеры рабочих состояний, следует понимать, что описываемые здесь системы и способы не требуют измерений во всем спектре рабочих состояний для получения адекватных исходных характеристик. Более того, следует понимать, что каждое из измерений, описанное со ссылками на фиг. 4, не является обязательным для достижения понимания исходных характеристик и, следовательно, для получения основного понимания достаточно некоторого подмножества описанных измерений.

В блоке 410 можно для одного или более рабочих состояний измерить частоты собственных колебаний акустического пространства клапанного узла 110. Акустическое пространство лучше всего можно определить как внутреннюю полость клапанного узла 110, через которую во время работы проходит пар. Более конкретно, частоты собственных колебаний акустического пространства можно определить с использованием методов точного численного анализа. К ним обычно относятся анализ методом конечных элементов, где моделируется геометрия акустического пространства и с использованием коммерчески доступных инструментов проведения анализа методом конечных элементов определяются акустические частоты и распределение нормализованного давления. Целью этого этапа является более точное понимание частот акустического пространства, окружающего регулирующий клапан в клапанном узле 110. Кроме того, следует понимать, что для достижения этой цели можно использовать другие численные методы, например метод граничных элементов, методы фактических экспериментальных измерений, например, введением микрофона в это пространство и другие известные специалистам методы. Соответственно, можно спрогнозировать возможные структурные виды до определенной частоты, например 10 кГц.

В блоке 420 в одном или более рабочем состоянии можно определить частоты собственных колебаний структуры клапанного узла 110. Частоты собственных колебаний можно измерять с помощью измерительных устройств, аналогичных устройствам 150 контроля и наблюдения, например акселерометров. Измеряя и акустические характеристики, и структурные характеристики, можно определить возможное структурно-акустическое вибрационное взаимодействие, которое может существенно повлиять на напряжения, воздействующие на клапанный узел 110, и спрогнозировать оставшийся срок службы.

Как показано в блоке 430, можно определить амплитуду и распределение давления по акустическому пространству и структуре клапанного узла 110. Например, для определения распределения давления и относительных амплитуд в блоке 340 можно использовать СFD-анализ, или другие лабораторные или полевые испытания, известные специалистам. На фиг. 7, более подробно описанной ниже, показан иллюстративный выход CFD-анализа, проведенного на клапанном узле 110 для конкретной частоты, вида и рабочего состояния.

Распределение давления и амплитуды, определенные в блоке 430, затем можно подать на вход для анализа вынужденной реакции, как описано в блоке 430. Анализ вынужденной реакции может быть процедурой анализа методом конечных элементов, где для разных рабочих частот в точках клапанного узла 110 можно определить возникшее напряжение. На фиг. 8, более подробно описанной ниже, показан иллюстративный вывод анализа вынужденной реакции для положений проб на клапанном узле 110. Измеренные возникшие амплитуды напряжений, определенные в блоке 440, можно использовать для сравнения с рабочим поведением клапанного узла 110, измеренным в блоке 320 по фиг. 3, и более подробно показанным в описании блоков 330 и 340 на фиг. 3.

Как показано в блоке 435, при необходимости перед началом работы можно измерять по меньшей мере один из нескольких параметров, к которым относятся смещение, напряжение и ускорение клапанного узла 110 для получения дополнительных исходных характеристик клапанного узла 110. Растяжение можно измерять с помощью устройства 150 контроля и наблюдения, например тензодатчика, динамического тензодатчика, и т.п., известного специалистам. Ускорение можно измерить с использованием устройства 150 контроля и наблюдения, такого как акселерометр или подобного, известного специалистам. Смещение можно измерять, используя комбинацию измерений, выполненных тензодатчиком и акселерометром, используя динамический тензодатчик и т.п., как известно специалистам. Следует понимать, что на этом этапе такие измерения являются необязательными и не являются обязательными для достижения цели настоящего изобретения.

На фиг. 5 представлена иллюстративная блок-схема последовательности операций, которые могут выполняться управляющим устройством 170 для мониторинга клапанного узла 110 во время работы паровой турбины 100. В блоке 510 можно проводить мониторинг частоты вибраций и относительной амплитуды клапанного узла 110. Более конкретно, одно или более из устройств 150 контроля и наблюдения, например акселерометр и т.п., как известно специалистам, может быть прикреплено к клапанному узлу 110 и поддерживать связь с управляющим устройством 170. Управляющее устройство 170 может содержать программные средства, которые считывают сигналы от устройства 150 контроля и наблюдения и переводят эти сигналы в частоты вибраций и относительные амплитуды. В блоке 520 можно осуществлять мониторинг уровней давления пара, окружающего клапанный узел 110, используя устройство, чувствительное к давлению, известное специалистам. В блоке 530 можно осуществлять мониторинг уровней температуры пара, окружающего клапанный узел 110, используя устройство, чувствительное к температуре, известное специалистам. Подъем клапана в клапанном узле 110 можно измерять датчиком линейного перемещения или другими способами, известными специалистам, как описано в блоке 540.

Все вышеприведенные условия можно измерять и отслеживать во времени, как описано в блоке 550. Отслеживание этих условий во времени дает более полную картину того, как долго клапанный узел 110 повергается изменяющимся условиям. Кроме того, отслеживание рабочих условий клапанного узла во времени позволяет оценить израсходованный ресурс устройства, как описано в блоке 340 на фиг. 3. Следует понимать, что описанные выше условия приведены лишь для примера и специалистам понятно, что можно измерять и включать в анализ рабочего поведения клапанного узла 110 и другие условия. Например, как показано в блоке 545, во время работы при необходимости можно осуществлять мониторинг по меньшей мере одного из следующих параметров: напряжение, растяжение и смещение, которые в дальнейшем сравнивается с исходными данными, факультативно измеренными в блоке 435 на фиг.4.

На фиг. 6 показан иллюстративный пример клапанного узла 110, который может подвергаться мониторингу способами и системами, описанными в настоящем описании. Акустическое пространство 610 определяет внутреннюю полость клапанного узла 110. В этом иллюстративном клапанном узле регулирующий клапан 620 и запорный клапан 630 интегрированы в единый узел. Во время работы регулирующий клапан 620 может удерживаться открытым так, чтобы обеспечивать поток пара от впуска 120 через кольцевой сетчатый фильтр 650, через акустическое пространство 610 к пуску 130. Расход пара можно регулировать через расстояние от нижней части регулирующего клапана 620 до седла 640 клапана, благодаря чему посадка регулирующего клапана 620 на седло 640 приведет к остановке потока. Кроме того, для немедленной остановки потока, на седло 640 можно быстро посадить запорный клапан 630. Взаимодействие между различными характеристиками акустического пространства 610 и клапанного узла 110, включающего регулирующий клапан 620 и запорный клапан 630, может повлиять на общее поведение клапанного узла 110. Устройство 150 контроля и наблюдения, такое как акселерометр, можно установить, например, на стержень регулирующего клапана 620 для мониторинга рабочего поведения регулирующего клапана. Аналогично, хотя на чертеже и не показано, устройство 150 контроля и наблюдения можно установить на стержень запорного клапана 630 для мониторинга его рабочего поведения.

На фиг. 7 показан иллюстративный пример нормализованного распределения давления, которое можно определить CFD-анализом, например, в блоке 430 на фиг. 4. Берется модель 700 акустического пространства иллюстративного клапанного узла 110. Графический вывод, являющийся результатом CFD-анализа, показывает градиент распределения нормализованных давлений, простирающийся от отрицательного нормализованного давления 710 до положительного нормализованного давления 720. Затененные участки, показанные на модели 700 акустического пространства, представляют разные градиенты распределения нормализованных давлений, имеющих относительные величины меньше, чем наибольшее давление, представленное положительным нормализованным давлением 720, и больше чем наименьшее давление, представленное отрицательным нормализованным давлением 710.

На фиг. 8 приведен иллюстративный пример результатов анализа вынужденной реакции, который может проводиться в блоке 440 на фиг. 1, для моделирования напряжений, которые могут возникнуть в клапанном узле 110. Иллюстративное акустическое пространство 610 и клапанный узел 110 показаны имеющими положения для отбора проб - первое положение 820, второе положение 830 и третье положение 840 - для которых можно измерять реакцию по давлению. Диаграмма 800 результатов анализа вынужденной реакции показывает по оси y главное напряжение в килофунтах на квадратный дюйм, а по оси х - частоту возбуждения в Гц. Иллюстративный результат показан первой кривой 850, второй кривой 860 и третьей кривой 870, которые соответствуют напряжению, возникающему на клапанном узле 110 в первом, втором и третьем положениях 820, 830 и 840 на частотах между 1000 Гц и 2000 Гц. Следует понимать, что акустическое пространство, положения, для которых показано напряжение, и частоты, для которых измеряется напряжение, а также величины напряжений, показанные на диаграмме 800 с результатом анализа, приведены только для иллюстрации и могут меняться в зависимости от конструкции и условий работы клапанного узла.

Очевидно, что вышеизложенное относится только к предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения и что специалисты могут внести в него многочисленные изменения и модификации, не выходящие за пределы сущности и объема, которые определены приложенной формулой изобретения.

Список ссылочных позиций

100 - паровая турбина

110 - клапанный узел

120 - впуск для пара

130 - выпуск для пара

140 - роторный узел

150 - устройство контроля и наблюдения

160 - анализатор характеристик

170 - управляющее устройство

190 - компьютеризованная система мониторинга

210 - запоминающее устройство

220 - запрограммированная логика

230 - данные измерений

240 - операционная система

250 - процессор

260 - шина данных

270 - устройство пользовательского интерфейса

280 - интерфейс ввода/вывода

310 - блок

320 - блок

330 - блок

340 - блок

410 - блок

420 - блок

430 - блок

440 - блок

510 - блок

520 - блок

530 - блок

540 - блок

550 - блок

610 - акустическое пространство

620 - регулирующий клапан

630 - запорный клапан

640 - седло клапана

650 - кольцевой сетчатый фильтр

700 - модель акустического пространства

710 - отрицательное нормализованное давление

720 - положительное нормализованное давление

800 - диаграмма результатов анализа вынужденной реакции

820 - первое положение

830 - второе положение

840 - третье положение

850 - первый вывод

860 - второй вывод

870 - третий вывод

Изобретение относится к энергетике. В способе мониторинга клапанных узлов турбины сначала измеряют вибрационные характеристики по меньшей мере одного клапанного узла до начала его работы. Далее осуществляют мониторинг поведения клапанного узла во время его работы, после чего сравнивают полученные данные с вибрационными характеристиками, полученными до начала работы. Изобретение позволяет оценить уровни напряжений, воздействующих на клапанный узел при его работе и повысить надежность контроля. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ мониторинга клапанного узла (110), при котором:
измеряют вибрационные характеристики по меньшей мере одного клапанного узла (110) до начала работы;
осуществляют мониторинг поведения по меньшей мере одного клапанного узла (110) во время работы;
сравнивают поведение по меньшей мере одного клапанного узла (110) во время работы с вибрационными характеристиками по меньшей мере одного клапанного узла (110), и
оценивают уровни напряжений, возникающих в по меньшей мере одном клапанном узле (110) во время работы на основании сравнения поведения во время работы с вибрационными характеристиками, измеренными до начала работы.

2. Способ по п.1, при котором измерение вибрационных характеристик выполняют для множества рабочих условий по меньшей мере одного клапанного узла (110), при этом множество рабочих условий включает по меньшей мере одно из: холодного пуска, горячего пуска, теплого пуска, передачи нагрузки или выключения.

3. Способ по п.1, при котором измерение вибрационных характеристик выполняют для множества рабочих условий по меньшей мере одного клапанного узла (100), при этом способ дополнительно включает:
определение частоты собственных колебаний акустического пространства (610) по меньшей мере одного клапанного узла (110);
определение вида собственных колебаний акустического пространства (610) по меньшей мере одного клапанного узла (110);
определение частоты собственных колебаний структуры по меньшей мере одного клапанного узла (110);
определение вида собственных колебаний структуры по меньшей мере одного клапанного узла (110);
определение распределения давлений, воздействующих на структуру по меньшей мере одного клапанного узла (110) по меньшей мере на одной частоте собственных колебаний;
определение амплитуды давлений, воздействующих на структуру по меньшей мере одного клапанного узла (110) по меньшей мере на одной частоте собственных колебаний;
выполнение анализа (800) вынужденной реакции для определения относительных уровней напряжения, воздействующего по меньшей мере на одно положение по меньшей мере одного клапанного узла (110), при этом анализ (800) вынужденной реакции по меньшей мере частично учитывает амплитуду давления и распределение давлений.

4. Способ по п.3, при котором измерение вибрационных характеристик дополнительно включает определение по меньшей мере одного из смещения клапанного узла (110), растяжения на клапанном узле (109) или ускорения клапанного узла (110).

5. Способ по п.3, при котором определение частот собственных колебаний и видов собственных колебаний акустического пространства (610) выполняют с использованием чувствительных микрофонов (150), при этом определение частот собственных колебаний и видов собственных колебаний выполняют с использованием акселерометра (150).

6. Способ по п.3, при котором определение распределения давлений и определение амплитуды давления включает выполнение численного анализа неустановившихся гидродинамических потоков.

7. Способ по п.1, при котором мониторинг поведения по меньшей мере одного клапанного узла (110) во время работы дополнительно включает:
измерение частоты вибраций по меньшей мере одного клапанного узла (110);
измерение амплитуды вибраций по меньшей мере одного клапанного узла (110);
измерение по меньшей мере одного из: подъема клапана по меньшей мере одного клапанного узла давления пара или температуры пара; и
сохранение в запоминающем устройстве (210) отслеженного поведения, включая время, в течение которого проводились измерения.

8. Способ по п.7, при котором измерение частот вибраций и измерение амплитуд вибраций выполняют с использованием акселерометра (150).

9. Способ по п.1, дополнительно включающий:
вычисление израсходованного ресурса по меньшей мере одного клапанного узла (110), учитывая оценочные уровни напряжений, воздействующих на по меньшей мере один клапанный узел (110) во время работы; и
сохранение данных об израсходованном ресурсе в запоминающем устройстве (110).

10. Способ по п.9, дополнительно включающий
суммирование с нарастающим итогом данных об израсходованном ресурсе для оценки оставшегося срока службы по меньшей мере одного клапанного узла (110), и
отображение оставшегося срока службы по меньшей мере одному пользователю.