СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ БАЗОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА РОТОРА Российский патент 2012 года по МПК F01D19/00 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к паровым турбинам и, в частности, к контролю эксцентриситета ротора паровых турбин.

Эксцентриситет ротора в паровой турбине является показателем изгиба вала ротора и обычно характеризует вибрационное состояние турбины во время работы в переходном и устойчивом режимах. Величина эксцентриситета в роторе турбины оказывает существенное влияние на пригодность, надежность, эксплуатационные характеристики и срок службы ротора турбины.

Частые пуски и остановы паровой турбины, которые представляют собой обычное явление в установках с одновременным использованием паровой турбины и газовой турбины, ведут к увеличению эксцентриситета ротора. Увеличение эксцентриситета сверх заранее определенного порогового значения увеличивает остаточный изгиб ротора. Чрезмерный изгиб ротора обычно приводит к дисбалансу, что вызывает вибрацию ротора и может привести к трению между вращающимися деталями и неподвижными деталями паровой турбины. Трение может ухудшить эксплуатационные характеристики паровой турбины и увеличить эксплуатационные расходы.

Современные способы контроля эксцентриситета паровой турбины включают в себя установку датчиков смещения на паровой турбине рядом с ротором. Данные от датчиков хранятся в базах данных и вручную загружаются в компьютер для анализа. Данные от датчиков просматриваются для выбора данных, связанных с конкретными событиями при работе турбины (например, останов, пуск и/или работа ротора на низкой скорости). Чтобы получить базовые значения эксцентриситета и изменения от пуска к пуску, вычисления для выбранных данных выполняются вручную. Этот традиционный способ является несложным, если турбина, для которой выполняются вычисления базового значения эксцентриситета, имеет относительно небольшое число циклов включения/выключения, но становится трудоемким, когда турбина имеет множество подобных циклов. Выполнение вычислений вручную для большого объема данных от датчиков смещения занимает чрезвычайно много времени и высока вероятность возникновения ошибок.

Сущность изобретения

Раскрывается способ определения эксцентриситета ротора в турбине, включающий в себя: сбор данных по эксцентриситету ротора от датчиков для множества операций пуска; установление базового значения эксцентриситета, используя данные от датчиков, соответствующие выбранной операции пуска; определение значения эксцентриситета, используя фильтрованные данные от датчиков для каждой из множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; определение разности эксцентриситета ротора между базовым значением эксцентриситета и каждым из значений эксцентриситета для множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; и предоставление информации о состоянии эксцентриситета ротора, исходя из разности эксцентриситета ротора.

Раскрытый способ может включать в себя фильтрацию данных от датчиков для выбора данных от датчиков, соответствующих операциям пуска и использование только выбранных данных от датчиков для определения значений эксцентриситета. Способ может также включать в себя предоставление информации о тенденции изменения эксцентриситета ротора для периода времени, по меньшей мере, один год, и предоставление информации о чрезмерных изменениях эксцентриситета ротора. Кроме того, способ может исключать из процесса определения значения эксцентриситета данные от датчиков, имеющие скорость изменения, большую, чем заранее определенный предел во время периода пуска. Дополнительно, способ может сравнивать среднюю величину значений эксцентриситета за длительный период для множества операций пуска в течение заранее определенного длительного периода времени с текущей средней величиной значений эксцентриситета для заранее определенного числа самых последних операций пуска.

Также раскрывается способ определения эксцентриситета ротора в турбине, содержащий: сбор данных по эксцентриситету ротора от датчиков для периода времени, соответствующего ряду операций при работе турбины; фильтрацию данных от датчиков, чтобы выбрать данные от датчиков, соответствующие операциям пуска турбины; установление базового значения эксцентриситета, используя фильтрованные данные от датчиков, соответствующие выбранной операции пуска; определение значения эксцентриситета, используя фильтрованные данные от датчиков, для каждой из множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; определение разности эксцентриситета ротора между базовым значением эксцентриситета и каждым из значений эксцентриситета для множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска, и предоставление информации о состоянии эксцентриситета ротора, исходя из разности эксцентриситета ротора.

Раскрывается система для определения эксцентриситета ротора в турбине, содержащая: датчик эксцентриситета ротора, контролирующий эксцентриситет ротора и генерирующий данные по эксцентриситету ротора; вычислительную систему, включающую в себя: (i) базу данных, хранящую данные по эксцентриситету ротора для периода, соответствующего ряду операций при работе турбины; (ii) фильтр данных, извлекающий данные по эксцентриситету ротора, соответствующие операциям пуска турбины, из данных по эксцентриситету ротора, и генерирующий фильтрованные данные от датчика; (iii) алгоритм, устанавливающий базовое значение эксцентриситета ротора с использованием фильтрованных данных от датчика, соответствующих выбранной операции пуска; алгоритм, устанавливающий значение эксцентриситета с использованием фильтрованных данных от датчика для каждой из множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; (iv) алгоритм, определяющий разность эксцентриситета ротора между базовым значением эксцентриситета и каждым из значений эксцентриситета для множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; и (v) генератор отчетов, предназначенный для выдачи отчетов о состоянии эксцентриситета ротора исходя из разности эксцентриситета ротора.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 схематично показана архитектура системы, предназначенной для контроля состояния паровой турбины.

Фиг.2 - характерный график, иллюстрирующий тенденции изменения эксцентриситета ротора на основе измерений эксцентриситета, выполненных при каждом пуске турбины и нанесенных на график с учетом дат выполнения этих измерений.

Фиг.3 - блок-схема характерного алгоритма, предназначенного для определения устойчивого, среднего эксцентриситета ротора при пуске турбины.

Фиг.4 - блок-схема характерного алгоритма, предназначенного для обнаружения смещений эксцентриситета ротора и выдачи предупреждений при чрезмерных смещениях эксцентриситета.

Подробное описание изобретения

На Фиг.1 схематично показана паровая турбина 10, состояние которой контролируют при помощи множества датчиков 12, например, датчиков смещения. Данные от датчиков принимает контроллер вычислителя 14 паровой турбины. Паровая турбина 10, размещение датчиков 12, контроль состояния турбины и контроллер 14 турбины являются традиционными и хорошо известными компонентами, работающими обычным образом.

Датчики 12, например датчики смещения, расположенные рядом с ротором турбины, обычно используются для контроля и измерения эксцентриситета в паровых турбинах. Датчики смещения и данные, полученные от датчиков, направляются на локальный, расположенный рядом монитор и хранятся в центральной базе 18 данных от датчиков.

Данные, например, значения эксцентриситета и моменты времени, в которые эти значения получены, генерируются датчиками 12 контроля эксцентриситета. Во время работы паровой турбины данные могут собираться датчиками в относительно непрерывном режиме, например, каждые пять минут. Контроллер 14 турбины может сохранять фактически все данные, поступившие от датчиков 12, по меньшей мере, в течение заранее определенного периода времени, например, трех месяцев. Сбор фактически всех данных от датчиков может привести к накоплению большого количества данных по эксцентриситету.

Данные от датчиков направляют в контроллер 14 и в центральную вычислительную систему 16. Загрузка данных из контроллера в вычислительную систему 16 может происходить периодически, например, каждый день или каждую неделю. Вычислительная система 16 может хранить данные от датчиков в заранее определенной таблице, находящейся в заранее определенном месте центральной базы 18 данных от датчиков. Данные могут храниться в базе 18 данных от датчиков в течение такого времени, которого будет достаточно для фильтрации данных с получением выбранных данных по эксцентриситету, соответствующих конкретным событиям, например, пуску турбины. Возможно, нет необходимости хранить все данные от датчиков, например, данные, не соответствующие конкретному событию, в течение длительных периодов времени.

Центральная вычислительная система 16 может быть локальной, например, находящейся рядом с паровой турбиной, либо удаленной и получающей доступ к контроллеру через глобальную сеть, такую как Интернет. Вычислительная система 16 может включать в себя электронную память, в которой хранятся базы данных и исполняемые программы, устройства ввода и вывода, такие как устройство связи, предназначенное для приема данных по эксцентриситету от контроллера, клавиатуру и монитор, предназначенные для взаимодействия с человеком-оператором, и принтеры для вывода отчетов, касающихся эксцентриситета ротора паровой турбины. Центральная вычислительная система 16 в общем случае включает в себя источник данных, такой как центральная база 18 данных, в которой хранятся рабочие данные от датчиков турбины. В центральной базе данных 18 могут также храниться данные по эксцентриситету и другие необходимые данные измерений, поступившие от других работающих паровых турбин, например, аналогичных паровых турбин, работающих в данной зоне. В дополнение к данным от датчиков в базе 18 данных могут храниться данные, характеризующие операции включения и выключения турбины. Информация, касающаяся операций включения и/или выключения, может быть использована для фильтрации данных от датчиков и выбора данных от датчиков, соответствующих событиям пуска. Данные от датчиков по событиям пуска могут использоваться для определения базовых значений эксцентриситета и определения временных интервалов для данных от датчиков, соответствующих событиям пуска. Значение эксцентриситета для каждого пуска сравнивается с базовым значением.

Базы данных в вычислительной системе могут включать в себя базу 18 данных от датчиков, предназначенную для хранения данных от датчиков 12, и базу 20 данных, предназначенную для хранения данных контроля и диагностики. Данные от датчиков могут включать в себя информацию, касающуюся эксцентриситета ротора, например, смещение ротора и/или вибрацию ротора, а также момент времени, в который информация об эксцентриситете была получена датчиком. Устройство обработки (например, в центральной операционной системе) выполняют программы 22, такие как программы с правилами диагностики, для сортировки и фильтрации данных по эксцентриситету, хранящихся в базе 18 данных от датчиков. Данные из базы данных от датчиков анализируются устройством обработки, которое идентифицирует данные, соответствующие событиям пуска паровой турбины. Когда идентифицировано событие пуска, данные по эксцентриситету для периода времени, соответствующего этому событию, например, один (1) час перед идентифицированным событием пуска, анализируются, чтобы определить постоянное, среднее значение эксцентриситета. Оставшиеся данные по эксцентриситету, полученные от датчиков, в дальнейшем для анализа эксцентриситета не используются. За счет ограничения количества анализируемых и/или хранимых данных по эксцентриситету существенно снижается объем данных, которые необходимо анализировать.

За счет фильтрации данных по эксцентриситету и использования данных от датчиков, соответствующих только одному типу событий при работе турбины, например, моментам включения, можно с большей легкостью сравнить данные по эксцентриситету, чтобы определить изменение эксцентриситета ротора со временем. Например, данные, собираемые во время пуска турбины, фиксируют эксцентриситет ротора при работе на низкой скорости вращения и перед тем, как теплота пара, воздействующая на турбину, начинает существенно влиять на этот эксцентриситет. Во время работы на низкой скорости вращения эксцентриситет ротора относительно легко измерить при помощи датчиков 12, и на него не влияют ни центробежные силы, возникающие при высоких скоростях вращения, ни теплота пара.

Вычислительная система 16 может выдавать предупредительные сообщения и уведомления, если изменение базового значения эксцентриситета вышло за заранее определенные пределы. Другие программы, исполняемые устройством обработки, могут выполнять анализ 24 данных, например, вычислять средние значения отсортированных и/или фильтрованных данных по эксцентриситету, при этом результаты анализа данных сохраняются в базе 20 данных контроля и диагностики. Дополнительные исполняемые программы могут проверять достоверность 26 результатов, хранящихся в базе данных контроля и диагностики, и предоставлять результаты определения вибрации в модуль 28 диагностики состояния паровой турбины. Модуль диагностики анализирует данные от паровой турбины, включая те данные, которые являются следствием обработки данных по эксцентриситету, и информирует оператора турбины о состоянии эксцентриситета паровой турбины. Например, модуль диагностики может определять изменение базового значения эксцентриситета, которое свидетельствует о значении эксцентриситета, при котором необходимо техническое обслуживание паровой турбины.

Описанная в данном документе вычислительная система 16 обнаруживает изменения базового значения эксцентриситета в течение всего срока службы паровой турбины. Информация об изменениях базового значения эксцентриситета в паровой турбине помогает идентифицировать появление постоянного изгиба ротора. Другой модуль следит за изменением базовых значений эксцентриситета ротора турбины. Если наблюдается значительное смещение базового значения эксцентриситета, выдается предупредительное сообщение. Это сообщение будет отправлено оператору паровой турбины, например, по каналу связи для электронной почты, между вычислительной системой и устройством обработки.

Эксцентриситет ротора изменяется при переходе ротора от одного к другому режиму работы. Существует необходимость контроля эксцентриситета в паровой турбине для отслеживания изменений в вибрационных характеристиках ротора турбины. Контроль необходим для обнаружения, когда эксцентриситет ротора станет чрезмерным.

Контроль изменения базового значения эксцентриситета является параметром оценки состояния паровой турбины и определения потребности в техническом обслуживании или ремонте. Изменение базовых значений является показателем того, становится ли чрезмерным эксцентриситет ротора и когда это происходит, например, когда эксцентриситет переходит за пороговый уровень. Вычислительная система 16 предоставляет средства для обнаружения изменения базовых значений эксцентриситета в реальном времени и помогает идентифицировать у паровых турбин ухудшение вибрационных характеристик.

Вычислительная система 16 генерирует среднее значение эксцентриситета перед каждой операцией пуска паровой турбины. Вычислительная система определяет изменение базовых значений эксцентриситета для каждого из серии пусков в течение некоторого периода времени, например, в течение нескольких лет. Оцененные таким образом изменения в базовых значениях эксцентриситета могут быть нанесены на график, такой как показан на Фиг.2.

Фиг.2 представляет собой характерный график 40, иллюстрирующий тенденции изменения эксцентриситета ротора на основе значений 42 эксцентриситета, соответствующих каждому пуску турбины и нанесенных по датам 44, в которые проводились измерения. Данные по эксцентриситету нанесены на график на основе измерений, выполненных, например, «в милах» (0,001 дюйма (1 дюйм = 25,4 миллиметра)), в соответствующее время и дату пуска. Измерения эксцентриситета соответствуют периодам пуска паровой турбины в течение продолжительного периода времени, например, двух лет. Данные по эксцентриситету, нанесенные на график 40, могут представлять собой эксцентриситет ротора для различных операций включения в течение многолетнего периода. Измерения эксцентриситета могут проводиться с учетом базового значения. Значения эксцентриситета, нанесенные на график, представляют собой различные значения, находящиеся между базовым значением и значением эксцентриситета для другого пуска. Разница между базовым значением эксцентриситета и значением эксцентриситета при пуске является показателем того, насколько увеличился изгиб ротора относительно базового значения.

Измерения эксцентриситета, нанесенные на график 40, могут включать в себя значения 46 разности эксцентриситета, автоматически определенные вычислительной системой 16 с использованием программно-реализованных алгоритмов, примененных при проведении измерений эксцентриситета и автоматически нанесенных на график 40 (см. окружности 46). На график 40 могут также быть нанесены измерения эксцентриситета, выполненные вручную (показаны звездочками/квадратами 48), например, при вводе вручную измерений и соответствующих им моментов времени включения в устройство для ввода информации пользователем, входящее в состав вычислителя. Выполненные вручную измерения эксцентриситета, которые нанесены на Фиг.2, хорошо коррелированы с измерениями 46, которые автоматически заданы при помощи программно-реализованных алгоритмов вычислительной системы, и описаны в данном документе. Сильная корреляция измерений вручную и автоматических измерений говорит о том, что описанные в данном документе алгоритмы обеспечивают измерения эксцентриситета фактически с той же точностью, что и измерения, выполненные вручную. Программно-реализованные алгоритмы могут использоваться для автоматической генерации значений эксцентриситета и разности с базовыми значениями и, таким образом, освобождают технических специалистов, работающих с паровой турбиной, от вычисления значений эксцентриситета вручную. Пунктирной линией 49 показана тенденция увеличения эксцентриситета ротора в течение многолетнего периода, приведенного на графике 40.

Чтобы установить базовое значение эксцентриситета для конкретной паровой турбины, алгоритм определения среднего значения эксцентриситета при пуске идентифицирует первый пуск турбины на основе данных от датчиков, хранящихся в базе 18 данных, вычисляет значение эксцентриситета ротора с использованием данных от датчиков, генерированных непосредственно перед упомянутым первым пуском, и задает значение эксцентриситета при первом пуске как базовое значение, отражающее состояние только что введенного в эксплуатацию или отремонтированного ротора паровой турбины. После установления базового значения эксцентриситета алгоритм фильтрует данные от датчиков, чтобы идентифицировать и накопить информацию, соответствующую следующим событиям пуска турбины. Алгоритм определяет значение эксцентриситета для каждого события пуска. Значение эксцентриситета может быть выражено в виде разности между значением эксцентриситета, рассчитанным для следующего события пуска, и базовым значением эксцентриситета.

Если в выбранный период времени события пуска отсутствуют, например, если турбина приводится в действие поворотным механизмом в течение некоторого периода времени, алгоритм вычисляет усредненный эксцентриситет от первой точки на графике, имеющейся в этом периоде времени. Значение эксцентриситета, соответствующее первой точке на графике, может использоваться как базовое значение эксцентриситета. Для каждого периода, например, 15-дневного, после первой точки данных алгоритм вычисляет средний эксцентриситет и может вычислить разность между средним значением эксцентриситета для этого периода и значением для первой точки на графике. Средние значения эксцентриситета для каждого 15-дневного периода могут быть нанесены на график аналогично тому, как показано на Фиг.2.

В дополнение к вычислению и нанесению на график значений эксцентриситета вычислительная система 16 может отслеживать существенные смещения базовых значений эксцентриситета. Когда наблюдается чрезмерное смещение эксцентриситета, предупреждение может отправляться по электронной почте, на пейджер или с использованием другого типа связи одному или более операторов и технических специалистов, работающих с паровой турбиной.

Фиг.3 представляет собой блок-схему характерного алгоритма 50 определения среднего эксцентриситета при пуске ротора, который предназначен для определения эксцентриситета ротора при каждом пуске турбины. Алгоритм 50 идентифицирует событие пуска турбины на основе просмотра данных от датчиков, хранящихся в базе 18 данных (Фиг.1), и вычисляет усредненные значения эксцентриситета во время достоверно установленного временного интервала, соответствующего событию пуска. Значение эксцентриситета сохраняется в базе 20 данных (Фиг.1) и впоследствии используется для построения графиков (Фиг.2) и выдачи предупреждений (Фиг.4). Алгоритм 50 может быть интегрирован в программный модуль вычислений, исполняемый вычислительной системой 16 периодически, например, каждые 24 часа. Алгоритм 50 может применяться для вычисления усредненных эксцентриситетов для событий пуска каждый день.

Выполнение алгоритма начинается (этап 52) с идентификации операции пуска паровой турбины и, возможно, непосредственно предшествующей операции останова турбины, соответствующей этой идентифицированной операции пуска (этап 54). Этап 54 идентификации пуска выполняется с использованием рабочих данных от датчика и других данных о паровой турбине, полученных (этап 56) из базы 18 данных.

Данные могут анализироваться для операций пуска и останова с использованием обычных алгоритмов обнаружения пуска/останова. В качестве примера алгоритм, предназначенный для идентификации остановов турбины и проворачивания при начале работы поворотного механизма, сравнивает два обычных сигнала данных. Первый сигнал данных представляет собой логический сигнал, принимающий значения 0 и 1 в зависимости от состояния сцепления поворотного механизма с ротором паровой турбины. В начале операции пуска поворотный механизм входит в зацепление с ротором, когда ротор остановлен, и прикладывает крутящий момент к ротору. Крутящий момент от поворотного механизма поворачивает ротор, хотя и медленно. При подаче пара в турбину ротор ускоряется, и поворотный механизм выходит из зацепления с ротором, когда при ускорении ротора скорость его вращения достигает заранее определенной величины. Второй сигнал данных указывает на скорость вращения турбины, например, в оборотах в минуту (об/мин). Алгоритм пуска/останова может идентифицировать момент времени, в который скорость вращения турбины начинает непрерывно расти, например, превысит скорость поворотного механизма (как предполагается, составляющую 10 об/мин). Логический сигнал из первого сигнала данных может использоваться для идентификации режима работы, например, режима пуска. Второй сигнал данных может использоваться для идентификации того момента, когда при пуске достигнута заранее определенная скорость вращения, например, выше 10 или 100 об/мин. Для идентификации операции пуска может использоваться этап 54 идентификации пуска.

Как только на этапе 54 идентифицирован достоверный пуск, алгоритм 50 устанавливает заранее заданный период пуска, например, 60-минутный период времени перед идентифицированным пуском (этап 58). Во время периода пуска, предшествующего идентифицированному пуску, ротор поворачивается медленно, и датчики 12 эксцентриситета генерируют сигналы, характеризующие эксцентриситет ротора перед тем, как центробежные силы и теплота вызовут изгиб ротора. Данные по эксцентриситету, генерированные во время заранее заданного периода пуска, усредняются. Это среднее значение сохраняется как значение эксцентриситета для соответствующего периода пуска. На этапе 62 происходит возврат для повторного выполнения этапа 54 идентификации пуска, этапа 58 определения временного интервала для пуска и вычисления 64 среднего значения эксцентриситета для этого периода, чтобы повторить эти этапы для каждой операции пуска в заранее заданном периоде времени, например, от одного до трех лет работы паровой турбины.

Чтобы определить средние значения эксцентриситета для каждой операции пуска, алгоритм 50 использует алгоритм 64 обнаружения изгиба ротора, который подробно раскрыт на Фиг.3 с правой стороны. Сначала при выполнении алгоритма 64 обнаружения изгиба ротора определяется, имеет ли место состояние временного изгиба ротора. Временный изгиб может возникать при медленном восстановлении ротора после термического изгиба при предшествующем останове. Временный изгиб обычно не является показателем наличия постоянного эксцентриситета ротора и может быть проигнорирован при определении тенденций изменения эксцентриситета. Алгоритм 64 обнаружения изгиба ротора может быть применен (этап 66), чтобы гарантировать, что состояния временного изгиба не используются при генерации среднего значения эксцентриситета, наносимого на график 40.

Алгоритм 64, 66 обнаружения изгиба ротора определяет наличие термического изгиба ротора путем проверки того, превышает ли скорость изменения изгиба заранее определенный уровень. Например, ротор может считаться находящимся в состоянии термического и временного изгиба, если фильтрованная скорость изменения изгиба превышает 0,03 мил/мин в течение 15-минутного периода. Если применительно к конкретной операции пуска идентифицирован временный изгиб, алгоритм отбрасывает этот пуск и автоматически переходит к следующему пуску (результат "Да" на этапе 66).

Алгоритм 64, 66 обнаружения изгиба ротора идентифицирует состояния временного эксцентриситета, используя приведенную ниже формулу для вычисления изменения эксцентриситета ротора во время операции пуска. Алгоритм 64 использует данные по эксцентриситету от датчиков, хранящиеся в базе 18 данных от датчиков. При помощи приведенного ниже уравнения вычисляется скорость изменения эксцентриситета при обнаружении термического изгиба для всех без исключения точек выбранного периода пуска, например, составляющего один час при работе турбины в режиме пуска.

где точка "Х" находится в пределах 60-минутного периода времени усреднения; ECC_ROC - фильтрованное значение скорости изменения, как оно определяется в приведенном выше уравнении; и ECC представляет собой значения эксцентриситета в каждой точке 60-минутного периода времени усреднения. Ротор считается находящимся в состоянии термического изгиба, если фильтрованная скорость изменения (ECC_ROC) превышает 0,03 мил/мин для периода времени продолжительностью 15 минут. Если применительно к конкретному пуску идентифицирован временный термический изгиб, алгоритм отбрасывает данные от датчиков, связанные с этим событием пуска, и переходит к следующему пуску (результат "Да" на этапе 66).

На этапе 68 задается временной интервал усреднения, например 60 минут, от нуля (0) до j. Этот интервал делится на приращения i, соответствующие измерениям эксцентриситета датчиками во временном интервале. На этапе 70 для вычисления процентного изменения эксцентриситета (%ECC_ROC@Точка"Х") в конкретный момент между двумя последовательными точками на графике во временном интервале применяется приведенное ниже уравнение:

где точка "Х" находится в пределах 60-минутного интервала усреднения; %ECC_ROC - процентное изменение эксцентриситета между двумя последовательными точками на графике в интервале усреднения; и ECC представляет собой значения эксцентриситета в каждой точке 60-минутного интервала усреднения. Это вычисление (этап 70) процентного изменения выполняют для каждой имеющейся точки на графике во временном интервале. На этапе 72, если процентное изменение для точки на графике превышает 50%, соответствующая точка (Х) на графике не учитывается (этап 76) при вычислении среднего значения эксцентриситета, и предполагается, что она связана с пиком эксцентриситета. Если на этапе 72 определено, что процентное изменение составляет меньше 50%, значение эксцентриситета для соответствующего приращения (i) по времени добавляется к сумме значений эксцентриситета во временном интервале. Описанные выше этапы (70-78) повторяются для каждого приращения (i) из временного интервала до тех пор, пока данная последовательность этапов не будет выполнена для последнего приращения (i=j), о чем свидетельствует этап 80. Когда определено и оценено каждое изменение эксцентриситета (этап 70), сумма (этап 74) всех постоянных значений эксцентриситета, например, значений не являющихся пиковыми, используется, чтобы определить средний эксцентриситет для периода времени.

Как только для каждой точки (i) на графике эксцентриситета из интервала усреднения вычислены скорости изменения, на этапе 82 алгоритма подсчитывается число точек на графике, для которых скорость изменения превышает 50%. Если число таких точек превышает пороговый уровень, такой как половина временного интервала (например, 30), данные по эксцентриситету в этом интервале обрабатываются как данные со слишком высоким уровнем шумов. Соответствующее событие пуска не используется при определении тенденции изменения эксцентриситета ротора, так как данные по эксцентриситету для этого события отбрасываются (этап 86) как пуск с данными с высоким уровнем шумов от датчиков, и алгоритм переходит к следующему пуску.

На этапе 84 определяют базовое среднее значение эксцентриситета (Average_Eccent), используя сумму (этап 74) постоянных значений эксцентриситета и следующий алгоритм:

где N - число точек на графике, для которых %ECC_ROC превышает 50%; %ECC_ROC - процентное изменение эксцентриситета между двумя последовательными точками на графике в 60-минутном интервале усреднения; В - точка на графике за 60 минут перед моментом пуска установки; и С - точка на графике, соответствующая моменту пуска установки. Базовое среднее значение эксцентриситета (Average_Eccent) для соответствующего события пуска сохраняют в базе 20 данных контроля и диагностики (Фиг.1).

Этапы с 56 по 84 могут быть выполнены для каждой операции пуска, для которой имеются данные по эксцентриситету от датчиков. В ситуациях, когда паровая турбина не эксплуатируется в течение длительного периода времени после останова, те же вычисления выполняются каждые 15 дней, начиная от последнего останова. Результаты этих вычислений сохраняются как базовое значение эксцентриситета для каждого события пуска в базе 20 данных контроля и диагностики.

После того как алгоритм 50 вычисляет базовое значение эксцентриситета для каждого пуска, выполненного паровой турбиной, результаты этих вычислений используются для определения смещения базового значения эксцентриситета. Фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма 90 обнаружения смещения базовых значений эксцентриситета, при помощи которого обнаруживают смещение базовых значений эксцентриситета и автоматически сообщают информацию, например, посылая сообщения по электронной почте, о значительных изменениях базовых значений эксцентриситета. Увеличение базовых значений эксцентриситета может быть непосредственно соотнесено с вибрационными характеристиками паровой турбины. Базовые значения эксцентриситета обеспечивают средство контроля вибрационных характеристик паровой турбины. Увеличение базовых значений эксцентриситета может указывать на увеличение трения, например, между вращающимися и неподвижными деталями. Трение и изменение вибрационных характеристик паровой турбины может быть обнаружено путем контроля изменений базовых значений эксцентриситета. Алгоритм 90 обнаружения смещения базового значения эксцентриситета обнаруживает изменения в базовых значениях эксцентриситета и генерирует отчеты, чтобы проинформировать технических специалистов и другой персонал, отвечающий за функционирование паровой турбины. Кроме того, этот алгоритм выдает предупреждения, в которых указывается степень смещения базовых значений эксцентриситета.

Алгоритм 90 обнаружения смещения базового значения эксцентриситета использует усредненные данные по эксцентриситету (этап 92), вычисленные при помощи алгоритма 50 определения среднего эксцентриситета при пуске ротора и сохраненные в базе 20 данных контроля и диагностики. На этапе 94 на основе ряда значений эксцентриситета для событий пуска, например для последних 25 значений эксцентриситета (Avg25) определяется долгосрочное среднее значение эксцентриситета. Среднее значение для 25 значений эксцентриситета берется, чтобы минимизировать разброс значений эксцентриситета и определить тенденцию изменения эксцентриситета в течение относительно длительного периода. На этапе 96 вычисляется среднее значение для текущих значений эксцентриситета для уменьшенного числа последовательных событий пуска, например, среднее значение для значений эксцентриситета для последних пяти событий пуска (Avg5). Текущий средний эксцентриситет для уменьшенного числа событий пуска характеризует текущие изменения значения эксцентриситета. Среднее значение для текущих значений эксцентриситета заранее определяется для каждого следующего события пуска.

На этапе 98 определяется разность между текущим средним значением (Avg5) эксцентриситета (этап 96) и долгосрочным средним значением (этап 94). Положительная разность указывает на то, что эксцентриситет ротора возрастает. Чтобы определить, является ли разность (Avg5 минус Avg25) положительной (результат "1") или отрицательной (результат "0"), на этапе 100 выполняется логическая операция. Если имеется положительная разность, то проверяется, увеличивается ли разность для заранее определенного числа последовательных событий пуска (этап 96). На этапе 102 вычисляется среднее для результатов ("1" или "0") логических операций для последовательности событий пуска, например, состоящей из двадцати (20) событий. Если на этапе 104 среднее для результатов логических операций меньше 0,5 для двадцати событий пуска, то автоматический отчет алгоритмом 90 обнаружения смещения базового значения эксцентриситета не генерируется. Если на этапе 104 среднее от результатов логических операций больше 0,5 для двадцати событий пуска, то соответствующее базовое значение Avg25, полученное на этапе 94, помечается на этапе 108 как текущее эталонное базовое значение эксцентриситета. Так как выполнение этапа 94 повторяют для оценки эксцентриситета последовательных операций пуска, то текущее значение Avg25 эксцентриситета, генерированное на этом этапе, может смещаться относительно базового значения, помеченного на этапе 108. Если на этапе 112 определено, что разность (этап 110) между базовым значением Avg25 (этап 108) и текущим значением Avg25 эксцентриситета становится больше заранее определенной величины, например, 2 милов, то на этапе 114 выдается предупреждение, информирующее о смещении базового значения (BL - BaseLine, базовое значение) эксцентриситета. Предупреждение может представлять собой сообщение, отправляемое по электронной почте техническому специалисту и другим работникам, отвечающим за состояние паровой турбины.

Описанная в данном документе система в техническом плане предоставляет ряд преимуществ, включая возможность точного вычисления базовых значений эксцентриситета и, таким образом, определения степени исправности установки в целом и вибрационных характеристик паровой турбины, в особенности, при переходных режимах работы. Система обеспечивает получение решения в реальном времени для постоянного мониторинга турбин и формирует общую картину изменений эксцентриситета ротора. Эта информация позволяет операторам паровой турбины точно регулировать режим работы паровой турбины и ее техническое обслуживание. Доступность и надежность данных по эксцентриситету ротора, кроме того, снижает расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию паровых турбин. Алгоритм, применяемый в описанной в данном документе системе, обладает особенностями, позволяющими обнаруживать отклонения эксцентриситета, являющиеся следствием термического изгиба, и неустойчивый или пиковый характер изменения эксцентриситета перед пусками. Эти аномальные точки на графике не используются при вычислении, так как это могло бы исказить выходную информацию о системе.

Хотя настоящее изобретение описано на примере варианта его реализации, который на данный момент считается наиболее целесообразным и предпочтительным, необходимо понимать, что это изобретение не должно ограничиваться описанным вариантом, и, на самом деле, предполагается, что оно охватывает все различные модификации и эквивалентные конструктивные решения, не выходящие за пределы его сущности и объема, определенных в пунктах приложенной формулы изобретения.

Перечень номеров ссылки   Описание 10 Паровая турбина 12 Датчики 14 Контроллер турбины 16 Вычислительная система, связанная с турбиной 18 База данных от датчиков 20 База данных контроля и диагностики 22 Программы 24 Устройство обработки для выполнения анализа данных 26 Исполняемые программы для проверки достоверности данных 28 Модуль диагностики состояния паровой турбины 30 Ротор 40 График 42 Значения эксцентриситета 44 Даты 46 Автоматически определенные значения эксцентриситета - окружности на графике 40 48 Вручную определенные значения эксцентриситета - звездочки/квадраты 49 Линия тенденции изменения эксцентриситета - пунктирная линия 50 Алгоритм определения среднего эксцентриситета при пуске ротора (Фиг.3) 52 Начало выполнения алгоритма 54 Идентификация пуска 56 Получение данных о работе паровой турбины 58 Определение временного интервала для пуска 62 Повторение этапов 54-60 64 Алгоритм обнаружения изгиба ротора 66 Применение алгоритма обнаружения изгиба ротора 68 Задание временного интервала усреднения 70 Вычисление процентного (%) изменения 72 Процентное (%) изменение для точки на графике превышает 50% 74 Суммирование 76 Если процентное (%) изменение для точки на графике превышает 50%, соответствующая точка (X) на графике по эксцентриситету не учитывается 78 Этап приращения 80 Повторение этапов 70-78 82 Подсчет числа точек на графике, для которых соответствующая скорость изменения превышает 50% 84 Среднее базовое значение эксцентриситета (Average Eccent) 86 Данные по эксцентриситету для этого события отбрасываются 90 Алгоритм обнаружения смещения базового значения эксцентриситета 92 Усреднение данных по эксцентриситету 94 Определение долгосрочного среднего значения эксцентриситета 9 Определение текущего среднего значения эксцентриситета для уменьшенного числа последовательных событий пуска 98 Определение разности между текущим средним значением (Avg5) эксцентриситета (этап 96) и долгосрочным средним значением (этап 94) 100 Выполнение логической операции для идентификации того, является ли разница (Avg5 минус Avg25) положительной (результат "1") или отрицательной (результат "0") 102 Определение среднего значения для результатов ("1" или "0") логических операций для последовательности событий пуска 104 Среднее значение для результатов логических операций меньше 0,5 для двадцати событий пуска 106 Никаких действий 108 Пометить как текущее эталонное базовое значение эксцентриситета 110 Вычисление разницы 112 Выдача предупреждения 114 Увеличение эксцентриситета

Изобретение относится к энергетике. Способ определения эксцентриситета ротора в турбине содержит: сбор данных по эксцентриситету ротора от датчиков для множества операций пуска; установление базового значения эксцентриситета, используя данные от датчиков, соответствующие выбранной операции пуска; определение значения эксцентриситета, используя фильтрованные данные от датчиков для каждой из множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; определение разности эксцентриситета ротора между базовым значением эксцентриситета и каждым из значений эксцентриситета для множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; и предоставление информации о состоянии эксцентриситета ротора исходя из разности эксцентриситета ротора. Изобретение позволяет повысить доступность и надежность данных по эксцентриситету ротора, снизить расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию паровых турбин. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения эксцентриситета ротора (30) в турбине (10), содержащий:
- сбор (56) данных (18) по эксцентриситету ротора от датчиков для множества операций (54) пуска;
- установление базового значения (84) эксцентриситета, используя данные от датчиков, соответствующие выбранной операции пуска;
- определение (90) значения эксцентриситета, используя фильтрованные данные от датчиков для каждой из множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска;
- определение (98) разности эксцентриситета ротора между базовым значением эксцентриситета и каждым из значений эксцентриситета для множества операций пуска, следующих за выбранной операцией пуска; и
- предоставление информации (92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 112) о состоянии эксцентриситета ротора, исходя из разности эксцентриситета ротора.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий фильтрацию (72, 76) данных от датчиков для выбора данных от датчиков, соответствующих операциям пуска и использование только выбранных данных от датчиков для определения значений эксцентриситета.

3. Способ по п.1, в котором предоставление информации о состоянии эксцентриситета ротора включает в себя предоставление информации о тенденции изменения (49) разностей эксцентриситета ротора за период времени, по меньшей мере, один год.

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий исключение (82) из определения значения эксцентриситета данных от датчиков, имеющих скорость изменения, большую, чем заранее определенный предел во время периода пуска.

5. Способ по п.1, в котором определение значения эксцентриситета включает в себя определение средней величины (68) для данных от датчиков в период пуска, причем период соответствует работе ротора на низкой скорости при пуске.

6. Способ по п.5, в котором работа ротора на низкой скорости составляет ниже 100 оборотов в минуту.

7. Способ по п.1, в котором предоставление информации (112) о состоянии эксцентриситета ротора включает в себя сравнение (94) средней величины значений эксцентриситета за длительный период для множества операций пуска в течение заранее определенного длительного периода времени с текущей средней величиной значений эксцентриситета для заранее определенного числа самых последних операций пуска.

8. Способ по п.1, в котором турбина представляет собой паровую турбину (10).

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий исключение (76) из определения разностей эксцентриситета ротора значения эксцентриситета для операции пуска, во время которой скорость изменения эксцентриситета ротора превышает заранее определенную пороговую скорость изменения эксцентриситета ротора.

10. Способ по п.9, дополнительно содержащий определение (70) скорости изменения эксцентриситета ротора во время одной из упомянутых операций пуска как функцию от множества значений эксцентриситета ротора, определенных во время одной из упомянутых операций пуска.