專利名稱：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的閥位和運(yùn)行順序的方法和裝置，特別在汽輪機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)測定故障或低效率。通常用調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的驅(qū)動蒸汽流量，蒸汽從高壓汽源經(jīng)調(diào)節(jié)閥送到汽輪機(jī)高壓級的入口噴咀。因為汽輪機(jī)的高壓級通常沿園周分布有多個噴咀，為供給每個噴咀蒸汽設(shè)置了各個調(diào)節(jié)閥，根據(jù)特定的汽輪機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行要求，能以同步方式或者以一定的順序控制所有的閥門。
每個閥門能在全關(guān)和全開狀態(tài)之間工作，當(dāng)一個最初全關(guān)的調(diào)節(jié)閥要開始流過蒸汽時，通常要使它突跳到全位移或升程的7%左右，該閥就所謂處于它的開啟點。在閥門“開啟”和開始通汽之前，通常閥芯有一個很小的運(yùn)動并且閥桿必須移動一個很小的行程。
然后，當(dāng)閥桿在開的方向繼續(xù)移動時，通過閥門的流量近似線性增加，直到到達(dá)更遠(yuǎn)的一個點，亦稱為拐點。在這一段閥門位移中，閥門在控制或調(diào)節(jié)蒸汽流量。拐點通常位于閥門開至其全行程的30-40%以上，這相當(dāng)于閥門幾乎達(dá)到全流量。通常閥門是要控制的，因此在達(dá)到它的拐點處，也就到達(dá)它行程的開啟終點。
當(dāng)閥門的關(guān)閉元件從它的開啟點向拐點移動時流量正向增加，而拐點則表示在該點“位移-流量曲線”的斜率發(fā)生突增。
如果進(jìn)入汽輪機(jī)高壓級的蒸汽流量所需的控制要求調(diào)節(jié)閥工作在它的開啟點和拐點之間的區(qū)域，則流經(jīng)部分開啟的閥門的蒸汽就要被該閥門節(jié)流，這對于高壓汽輪機(jī)的效率和發(fā)電廠的熱耗率有不利的影響。
汽輪機(jī)-發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷是蒸汽流量的函數(shù)，換言之，是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥位的函數(shù)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥可有二種運(yùn)行方式單一閥門方式(在這種方式下所有調(diào)節(jié)閥以同步的方式工作)和順序閥門方式(在這種方式下調(diào)節(jié)閥按預(yù)先設(shè)定的順序逐步動作)。在負(fù)荷低于滿負(fù)荷時順序閥門運(yùn)行方式比單一閥門運(yùn)行方式效率高。順序閥門方式中，在某個閥門點上汽輪機(jī)運(yùn)行達(dá)到最高效率。該閥門點的定義是在該點調(diào)節(jié)閥在下一個閥門按照順序開始打開之前盡可能地開大。根據(jù)調(diào)節(jié)閥的數(shù)量，有幾個不同的閥門點。在閥門點之間運(yùn)行是低效的，因為流過部分開啟的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生蒸汽節(jié)流損失。但有時因設(shè)備調(diào)節(jié)負(fù)荷的需要，這是不可避免的。這稱為在閥門特性曲線上運(yùn)行，因為該“特性曲線”在閥門點之間的熱耗率曲線中。運(yùn)行在閥門特性曲線上會引起熱耗損失高達(dá)50Btu/Kwn。(英國熱量單位/千瓦小時)。


圖1的曲線表示了壓力狀態(tài)與閥門順序工作的關(guān)系。它表示壓力和流量或關(guān)于每一個閥門的負(fù)荷百分比之間的關(guān)系。該圖涉及裝有6個調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)，其中二個以同步運(yùn)行方式其它4個以順序運(yùn)行方式向多級汽輪機(jī)的第一級或高壓級供汽。蒸汽通過節(jié)流閥向所有的調(diào)節(jié)閥供汽，節(jié)流閥的入口壓力保持基本恒定，如圖1中水平虛線所示。還示出了送到汽輪機(jī)第一級的蒸汽壓力。
曲線10代表了第一組的二個閥門的出口壓力，當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行在它的負(fù)荷范圍的較低點時，它們要被開啟。從相應(yīng)于汽輪機(jī)停止的全關(guān)狀態(tài)到相應(yīng)于拐點12的全開狀態(tài)都能控制這兩個閥門。當(dāng)?shù)谝唤M二個閥門達(dá)到它們的拐點時，它們流過幾乎其本身的全流量。而所有其它閥門保持基本關(guān)閉，汽輪機(jī)在它的最低閥位點運(yùn)行。
如果汽輪機(jī)運(yùn)行在較高的負(fù)荷水平，在順序中的下一個閥門被打開，曲線18表示閥門從它的開啟14開大至它的拐點16時該閥門出口壓力的變化。當(dāng)曲線10和18代表的這些閥門通過它們的全流量時，汽輪機(jī)運(yùn)行在下一個閥門點。
相應(yīng)地，通過順序開啟其它三個閥門的一個或更多個，汽輪機(jī)的負(fù)荷也提高，對于這幾個閥門在開啟點20、22和24與拐點26、28和30之間的壓力變化分別用曲線32、34和36表示。
已經(jīng)全開的閥門的出口壓力，通常用共同曲線37代表，它與節(jié)流閥入口壓力的差值為38，亦即對于每個負(fù)荷值通過節(jié)流閥和所開啟的調(diào)節(jié)閥的壓降。代表每一個調(diào)節(jié)閥的出口壓力的曲線和第一級壓力之間的垂直距離基本上相應(yīng)于通過該調(diào)節(jié)閥供汽的有關(guān)噴咀的壓降。
在采用順序動作閥門的系統(tǒng)中希望有一定重疊度39存在于閥門拐點相應(yīng)的負(fù)荷點和下一個閥門開啟點所相應(yīng)的負(fù)荷點之間。如果負(fù)荷增加，順序中這下一個閥門就要打開或如果負(fù)荷下降這下一個閥門在順序中則預(yù)先關(guān)閉。如果不存在這樣的重疊度，在負(fù)荷響應(yīng)中將會出現(xiàn)一個“平點”，并且這可能是運(yùn)行不穩(wěn)定的根源。另一方面，重疊度過大將造成不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行工況。
此外，當(dāng)采用順序閥門方式運(yùn)行時，重要的是閥門按順序工作，蒸汽只通過噴咀園周一個單獨(dú)連接的弧段送往汽輪機(jī)級。如果蒸汽是在噴咀園周二個成一定角度分開的部分送入，這兩部分之間就沒有蒸汽送入，這樣會引起雙倍的沖擊，在汽輪機(jī)級上產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力并可能在短時期內(nèi)導(dǎo)致葉片損失。如果正確地使用調(diào)節(jié)閥這種工況就不應(yīng)該發(fā)生。但由于調(diào)節(jié)閥桿的斷裂則會出現(xiàn)這種情況。
眾所周知監(jiān)測汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)是基于對節(jié)流壓力、節(jié)流溫度和第一級壓力的測量。例如，名為“EPRI首次應(yīng)用”，文件FS5429/E，發(fā)表于1985年12月的出版物，敘述了這種方法。
在現(xiàn)場試驗中采用調(diào)節(jié)閥出口壓力讀數(shù)來設(shè)定調(diào)節(jié)閥位，也是眾所周知的。
本發(fā)明的一個目的是快速檢測并對電廠值班員預(yù)告調(diào)節(jié)閥門故障幫助他們得出最經(jīng)濟(jì)的閥門設(shè)定值。
本發(fā)明的另一個目的是在連續(xù)監(jiān)測調(diào)節(jié)閥的工作順序，以便保證依次運(yùn)行的調(diào)節(jié)閥之間存在所需的重疊度。
本發(fā)明在廣義的形式上說包括用以連續(xù)監(jiān)測汽輪機(jī)運(yùn)行時高壓汽輪機(jī)第一級的供汽系統(tǒng)中的一組調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)的方法和設(shè)備。該系統(tǒng)包括以規(guī)定的壓力向調(diào)節(jié)閥供汽的一個節(jié)流閥和多個噴咀的裝置，每個噴咀從各自的調(diào)節(jié)閥輸送蒸汽到各自的汽輪機(jī)入口區(qū);用于監(jiān)測每個調(diào)節(jié)閥出口處壓力的裝置;用以監(jiān)測節(jié)流閥入口處壓力和汽輪機(jī)第一級壓力的裝置;以及連接上述監(jiān)測裝置，用以對監(jiān)測到的每個調(diào)節(jié)閥出口壓力與監(jiān)測到的汽輪機(jī)閥門進(jìn)口壓力和汽輪機(jī)第一級壓力進(jìn)行比較，以便提供每個調(diào)節(jié)閥運(yùn)行狀態(tài)的指示值的裝置。
為了便于理解和實踐本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖，并只作為示例來敘述一個較佳實施例。
圖1說明在汽輪機(jī)級供汽系統(tǒng)中順序的調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài);
圖2說明二個按順序工作的調(diào)節(jié)閥的工作特性;
圖3是實施本發(fā)明的裝置的方框圖。
根據(jù)本發(fā)明，每個調(diào)節(jié)閥的出口壓力(Pvi，這里i是依次工作的閥門的序號)用一個壓力傳感器直接監(jiān)測，同樣PThr是節(jié)流閥的入口壓力，汽輪機(jī)第一級壓力為Pfs。對于每個調(diào)節(jié)閥這些讀數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算以尋出PThr-Pvi和Pvi-Pfs的表達(dá)式。
如果PThr-Pvi小于一個選定的第一極限值并為維持這個值面選定的時間周期就可以推斷出調(diào)節(jié)閥i開啟。通常第一極限值略大于從PThr測出點，通過開啟的調(diào)節(jié)閥到Pvi測出點預(yù)計的壓降。
另一方面，如果Pvi-Pfs小于第二選定的極限值(該值明顯地小于第一極限值)，并且為維持這個值選定的時間周期，就可以斷定閥門i關(guān)閉。
當(dāng)調(diào)節(jié)閥開啟或關(guān)閉時調(diào)節(jié)閥的出口壓力值實際上分別等于拐點的壓力Pkni和開啟點壓力Pcri，并且作為即時的拐點和開啟點壓力值儲存起來。
上述的Pkni和Pcri的儲存值一直保留到產(chǎn)生一個差值時，新的數(shù)值被記錄下來，然后再把這個新的數(shù)值儲存起來，這些數(shù)值會變化，例如當(dāng)改變汽輪機(jī)的運(yùn)行點時。
只要調(diào)節(jié)閥正確地工作，調(diào)節(jié)閥就會按V1，V2，……Vi……Vn的順序打開，并按Vn……Vi……V2，V1的順序關(guān)閉，這樣在任何給定的時間，V1和Vi間的每個閥門將處于壓力Pkn，Vn和Vi間的每個閥門將處于壓力Pcr，如果閥門i是在它的工作范圍的有效部分內(nèi)，閥門i可在Pkn或在Pcr，或者在中間值。
因此調(diào)節(jié)閥的出口壓力可以容易地比較以確定故障狀態(tài)的存在。諸如雙倍沖擊或閥桿斷裂。
可以比較依次工作的調(diào)節(jié)閥的有關(guān)讀數(shù)以確定它們是否按適當(dāng)?shù)闹丿B度工作。
圖2示出了二個依次工作的調(diào)節(jié)閥V(i)和V(i+1)的閥門出口壓力VS，流量或汽輪機(jī)負(fù)荷的曲線。當(dāng)閥門V(i)的每個出口壓力讀數(shù)(該讀數(shù)是在Pkn(i)和參考值P2(i)之間)與閥門V(i+1)的一個出口壓力讀數(shù)(該讀數(shù)在Pcr(i+1)和另一個參考值P1(i+1)之間)在時間上重合，那么閥門V(i)和V(i+1)之間的重疊度是在正常范圍內(nèi)。
如果閥門V(i)的在Pkn(i)和P2(i)之間的一個出口壓力讀數(shù)，與閥門V(i+1)的大于P(i+1)的一個出口壓力讀數(shù)重疊，或者閥門V(i+1)的在Pcr(i+1)和P1(i+1)之間的一個出口壓力讀數(shù)與閥門V(i)的小于P2(i)的一個出口壓力讀數(shù)重疊，就可以斷定閥門的重疊度過量。
最后，如果閥門Vi的出口壓力讀數(shù)Pkn(i)與閥門Vi+1的出口壓力讀數(shù)Pcr(i+1)相重合，就可以推斷存在一個平坦點工況。
上面敘述的準(zhǔn)則有不隨時間變化的優(yōu)點，對于給定的檢查，必須同時監(jiān)測所有的壓力，但是只需以足夠的速度做連續(xù)檢查，以保證迅速檢測出故障工況。
另一方面檢測這樣的工況還可以通過在適當(dāng)?shù)乃俣认聦γ總€壓力取樣，將連續(xù)的讀數(shù)儲存起來，以求出每當(dāng)一個閥門投入復(fù)歸運(yùn)行時的壓力變化模式，然后相對于給定的時間標(biāo)尺，比較連續(xù)運(yùn)行的閥門的模式，以便識別上述的工況。
圖3示出了一個汽輪機(jī)高壓級的供汽流程以及為實施本發(fā)明的監(jiān)測元件和器件。為了給高壓級供汽，一定壓力的蒸汽被送到節(jié)流閥40。流出節(jié)流閥的蒸汽送至多個調(diào)節(jié)閥42，在圖3中只畫出了其中之一。閥門42通過導(dǎo)管46向各自的噴咀44供汽。
設(shè)置第一個壓力傳感器以監(jiān)測節(jié)流閥40的入口壓力，裝在導(dǎo)管46的第二個壓力傳感器52用來監(jiān)測閥門42的出口壓力，而第三個壓力傳感器54的裝設(shè)是為了監(jiān)測汽輪機(jī)第一級的壓力。如果導(dǎo)管46呈“U”形則傳感器52可以裝設(shè)在管道的最低點。
傳感器50、52和54的壓力讀數(shù)輸入到第一個數(shù)據(jù)處理級56，它用前述方法對各種壓力讀數(shù)進(jìn)行比較后輸出指示調(diào)節(jié)閥42是開啟還是關(guān)閉的信號，以及指示閥門42的Pkn和Pcr的即時數(shù)值的信號。
即時的信號與傳感器52的輸出信號一起輸入到下一級處理單元58，它還從其它調(diào)節(jié)閥60有關(guān)的傳感器接收類似的信號，處理單元58以重復(fù)的方式比較與各個調(diào)節(jié)閥有關(guān)的讀數(shù)并產(chǎn)生輸出信號指示閥門之間的關(guān)系，如有關(guān)它們的工作狀態(tài)和依次運(yùn)行的閥門之間的關(guān)系，以及關(guān)于它們運(yùn)行曲線的重疊度。
在本發(fā)明能夠根據(jù)上述壓力讀數(shù)執(zhí)行全程監(jiān)測功能的同時，這些讀數(shù)可與另外的輸入信號結(jié)合產(chǎn)生更多的信息。
例如從用來設(shè)定每個調(diào)節(jié)閥的機(jī)械裝置得出的每個調(diào)節(jié)閥預(yù)定位置的有關(guān)數(shù)據(jù)，可以與從各種壓力信號得到的閥位信息相比較，以生產(chǎn)每個調(diào)節(jié)閥是否正在它的預(yù)定位置的指示值。此外，以上述方式得到的故障指示可以簡化或確認(rèn)，并可檢測其它類型的故障，這需要把從壓力讀數(shù)得到的數(shù)據(jù)與其它的汽輪機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，例如汽輪機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)電力輸出、汽輪機(jī)負(fù)荷設(shè)定所根據(jù)的電力需求、節(jié)流閥溫度讀數(shù)、數(shù)字閥試驗數(shù)據(jù)和數(shù)字單一閥門方式數(shù)據(jù)。
本發(fā)明當(dāng)然可以用于以單一閥門方式運(yùn)行的系統(tǒng)，特別是用來檢測雙倍沖擊情況的存在。
根據(jù)本發(fā)明得到的數(shù)據(jù)可以按照技術(shù)上已知的方法用各種形式顯示出來，以便向值班人員提供故障信號。
鑒于以上敘述說明了本發(fā)明的具體實施例，就知道可以在不脫離其精神的情況下，作多種改進(jìn)。附加的權(quán)利打算包括這些改型，因為它屬于本發(fā)明的真正規(guī)圍和精神。
因此現(xiàn)在所揭示的實施例如圖所示要在各個方面加以考慮而且不受約束，由附加的權(quán)利所指明的本發(fā)明的范圍，而不是前面所述的，以及一切具有權(quán)利要求的等同物含義和范疇的改變都因而要包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在汽輪機(jī)運(yùn)行中連續(xù)監(jiān)測高壓汽輪機(jī)第一級供汽系統(tǒng)中一組調(diào)節(jié)閥門運(yùn)行狀況的方法，所述系統(tǒng)包括含有用以在規(guī)定壓力下向調(diào)節(jié)閥供汽的節(jié)流閥和多個噴咀的裝置，每一個噴咀用來從各自的調(diào)節(jié)閥輸送蒸汽至各自的汽輪機(jī)入口區(qū)，該方法包括監(jiān)測每一個調(diào)節(jié)閥出口壓力；監(jiān)測節(jié)流閥入口和汽輪機(jī)第一級的壓力，其特征在于以下步驟把測得的每個調(diào)節(jié)閥的出口壓力與測得的節(jié)流閥入口和汽輪機(jī)第一級壓力進(jìn)行比較，以提供每一個調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)的指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的比較步驟包括產(chǎn)生測得的每一個調(diào)節(jié)閥出口壓力和每一個在節(jié)流閥入口測得的壓力和在汽輪機(jī)第一級測得的壓力之間的差值的指示;和把每個差值指示與各自的閾值進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，調(diào)節(jié)閥是按照選定的順序工作，以實現(xiàn)改變到汽輪機(jī)的蒸汽流量，而且還包括對所有調(diào)節(jié)閥運(yùn)行狀態(tài)的指示值加以比較，以便檢驗閥門是按選定的順序運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，每一個調(diào)節(jié)閥有一個閥門關(guān)閉元件，在調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的第一終端狀態(tài)和調(diào)節(jié)閥開啟的第二終端狀態(tài)之間可以移動;調(diào)節(jié)閥以一種選定的順序工作，以實現(xiàn)改變到汽輪機(jī)的蒸汽流量，以便某個調(diào)節(jié)閥的閥門關(guān)閉元件從終端狀態(tài)中的一種狀態(tài)產(chǎn)生移動，此時在順序中居先的調(diào)節(jié)閥的閥門關(guān)閉元件是在選定的距離起朝另一個終端狀態(tài)移動;還包括將監(jiān)測到的一個調(diào)節(jié)閥和順序中下一個調(diào)節(jié)閥的出口壓力加以比較，以提供順序中的這一個調(diào)節(jié)閥閥門關(guān)閉元件的位置指示，此時居先的調(diào)節(jié)閥的閥門關(guān)閉元件是處于另一個終端狀態(tài)和選定的離它的距離之間的位置處。
5.在汽輪機(jī)運(yùn)行中連續(xù)監(jiān)測高壓級汽輪機(jī)第一級供汽系統(tǒng)中一組調(diào)節(jié)閥門運(yùn)行狀態(tài)的裝置，該系統(tǒng)包括含有一個節(jié)流閥(40)，用以在規(guī)定壓力下向調(diào)節(jié)閥(42)供汽的一個節(jié)流閥(40)和多個噴咀(44)的裝置，每個噴咀用來從各自的調(diào)節(jié)閥(42)送汽至各自的汽輪機(jī)入口區(qū)，所述的裝置包括用來監(jiān)測每個調(diào)節(jié)閥出口壓力的裝置(52);用來監(jiān)測節(jié)流閥入口和汽輪機(jī)第一級壓力的裝置(50，54);以及與上述監(jiān)測裝置相連用來把監(jiān)測到的每個調(diào)節(jié)閥的出口壓力與監(jiān)測到的汽輪機(jī)閥門入口和汽輪機(jī)第一級壓力進(jìn)行比較的裝置(56，58)，以提供每一個調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)的指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述的用以比較的裝置(56、58)包括用于產(chǎn)生監(jiān)測到的每一個調(diào)節(jié)閥出口壓力和監(jiān)測到的節(jié)流閥每一個入口壓力以及監(jiān)測到的汽輪機(jī)第一級壓力之間的差值的指示的裝置，以及用來將每個差值指示與各自的極限值進(jìn)行比較的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，調(diào)節(jié)閥是按選定的順序工作，以實現(xiàn)改變?nèi)ネ啓C(jī)的蒸汽流量，而且還包括用來對所有調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀態(tài)指示進(jìn)行比較以檢測閥門是按選定順序工作的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，每一個調(diào)節(jié)閥都具有一個閥門關(guān)閉元件，可在調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的第一終端狀態(tài)和調(diào)節(jié)閥開啟第二終端狀態(tài)之間移動，調(diào)節(jié)閥按選定的順序工作，以實現(xiàn)改變?nèi)ネ啓C(jī)的蒸汽流量，某一個調(diào)節(jié)閥的閥門關(guān)閉元件從一個終端狀態(tài)產(chǎn)生移動，此時在順序中居先的調(diào)節(jié)閥閥門關(guān)閉元件在選定的距離起朝另一個終端狀態(tài)移動，還有包括用以將監(jiān)測到的這一個調(diào)節(jié)閥出口壓力與順序中下一個調(diào)節(jié)閥的出口壓力進(jìn)行比較的裝置，以提供順序中的這一個調(diào)節(jié)閥閥門關(guān)閉元件的位置指示，此時，居先的調(diào)節(jié)閥閥門關(guān)閉元件是處于另一個終端狀態(tài)和選定的離它的距離之間的位置處。
全文摘要
本方法和裝置在汽輪機(jī)運(yùn)行中連續(xù)測量高壓汽輪機(jī)第一級供汽系統(tǒng)中一組調(diào)節(jié)閥42、60運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)包括含有以規(guī)定壓力向調(diào)節(jié)閥42、60供汽的節(jié)流閥40和多個噴嘴44的汽源，各噴嘴從其調(diào)節(jié)閥向其汽輪機(jī)入口送汽。其步驟是監(jiān)測各調(diào)節(jié)閥出口壓力；監(jiān)測節(jié)流閥入口和汽輪機(jī)第一級的壓力；把監(jiān)測到的每個調(diào)節(jié)閥出口壓力與監(jiān)測到的節(jié)流閥入口和汽輪機(jī)第一級的壓力比較以提供各調(diào)節(jié)閥運(yùn)行狀態(tài)的指示，檢測和發(fā)出閥門故障或不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的警報。
文檔編號F01D17/18GK1041420SQ8910752
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月28日
發(fā)明者丹尼爾E·弗里德斯瑪 申請人:西屋電氣公司