專利名稱：評(píng)定汽輪機(jī)系統(tǒng)中關(guān)鍵閥門性能的診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到汽輪機(jī)，尤其涉及到一種用于定期地評(píng)定一個(gè)汽輪機(jī)系統(tǒng)中蒸汽閥門工作狀態(tài)的自動(dòng)診斷系統(tǒng)。
汽輪機(jī)系統(tǒng)，諸如用于商用電廠中的汽輪機(jī)系統(tǒng)，裝有許多關(guān)鍵的止回(NR)閥。這些閥門中有多個(gè)在運(yùn)行中劣化的固定和非固定部件，為了評(píng)定這些部件的狀態(tài)，必須定期對(duì)這些部件進(jìn)行檢查。過去，許多必要的檢查需要解體閥門，且只能在汽輪機(jī)系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)才能進(jìn)行。然而，一臺(tái)汽輪機(jī)退出運(yùn)行會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失，即使幾小時(shí)也要盡量避免。為了對(duì)許多關(guān)鍵的閥門工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，通常是進(jìn)行有限的在線試驗(yàn)。然而，這些有限的在線試驗(yàn)是一種既耗時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度又大的工序，它需要有在控制室調(diào)整汽輪機(jī)參數(shù)的運(yùn)行人員和觀察閥門動(dòng)作及在閥門現(xiàn)場(chǎng)做性能試驗(yàn)的鉗工，以及為協(xié)調(diào)控制室和閥門現(xiàn)場(chǎng)之間的試驗(yàn)工作和即刻整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的工作人員。在線試驗(yàn)還要求工作人員在靠近熱的高能量蒸汽環(huán)境中工作。這些手工操作過程的結(jié)果是每試驗(yàn)一個(gè)閥門都需要大量的電廠人員參與，而在電廠中，有大量的蒸汽閥門需要定期檢查，還有其他的急待檢修需求，從而使關(guān)鍵閥門的試驗(yàn)常常是被延誤，實(shí)際進(jìn)行的次數(shù)比為了確保閥門工作而需要進(jìn)行的次數(shù)要少得多。此外，在線試驗(yàn)並不總能暴露出故障，所以，閥門損壞在造成汽輪機(jī)明顯的損壞以前也許並不能探測(cè)出來。
用一個(gè)關(guān)鍵閥門舉例，它可能出現(xiàn)不易檢測(cè)出的故障，此閥門是一臺(tái)大型汽輪機(jī)系統(tǒng)的抽汽管路中為防止回流而設(shè)置的止回閥。為了再加熱凝汽器和鍋爐之間流動(dòng)的汽輪機(jī)給水，高溫抽汽在給水加熱器管束內(nèi)將熱量傳遞給來自凝汽器的相對(duì)較冷的給水，最后其抽汽在給水加熱器室內(nèi)凝結(jié)。這個(gè)過程由于降低了鍋爐熱應(yīng)力和降低了鍋爐與為了重新加熱從凝汽器到鍋爐循環(huán)流動(dòng)的給水之間的溫差而改變了蒸汽循環(huán)的效率，並又降低了鍋爐的熱應(yīng)力。當(dāng)電廠電負(fù)荷下降時(shí)，和線路發(fā)生故障電負(fù)荷大幅度下降時(shí)，或在甚至計(jì)劃停機(jī)汽輪機(jī)必須退出運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致上述減少部份負(fù)荷，凝結(jié)水在給水加熱器的殼體內(nèi)，除氧器內(nèi)，或抽汽管道內(nèi)發(fā)生壓力降，導(dǎo)致蒸發(fā)並可能造成濕蒸汽通過抽汽管道向汽輪機(jī)返流。但為汽輪機(jī)停運(yùn)是不帶負(fù)荷的，這種回流蒸汽，由于水和冷蒸汽有害地滲入到汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)中可以導(dǎo)致超速工況，使葉片和密封裝置損壞、螺栓損壞、汽缸變形、軸向推力不平衡、軸承損壞等等，而且它還可以損壞蒸汽管路中的其他部件。為了防止這種回流，在抽汽管路中裝設(shè)了快速動(dòng)作的止回閥，為了防止這些閥門在運(yùn)行的劣化和在停機(jī)期間，特別是緊急停機(jī)時(shí)動(dòng)作不正常，必須定期對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。止回閥中的缺陷，不解體是很難檢測(cè)出來的，為了確保閥門部件的完整性，只有有限幾種在線試驗(yàn)才能實(shí)現(xiàn)。由于手動(dòng)試驗(yàn)過程的本質(zhì)和急待檢修需求的原因，確保止回閥正常工作必須的試驗(yàn)和檢查常常被延誤，結(jié)果，許多導(dǎo)致汽輪機(jī)損壞的事故，均是由于蒸汽和給水通過抽汽管道返流引起的。因此最理想的是，提供一種自動(dòng)診斷系統(tǒng)，定期或連續(xù)地監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)系統(tǒng)中的許多關(guān)鍵閥門的工作狀態(tài)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種診斷系統(tǒng)和方法，通過裝設(shè)在高溫、高壓容器中的測(cè)量位移的傳感器，監(jiān)測(cè)關(guān)鍵閥門的部件性能。
根據(jù)這個(gè)目的，本發(fā)明屬于評(píng)定汽輪機(jī)的抽汽管路中止回(NR)閥工作性能的一種診斷系統(tǒng)，該止回(NR)閥連接在一個(gè)蒸汽支路上，與汽輪機(jī)和一臺(tái)給水加熱器之間的隔離閥串接。該止回閥包括一個(gè)通過轉(zhuǎn)軸可擺動(dòng)的擋板，用于選擇性地切斷通過閥門的回流;一個(gè)設(shè)在閥門外部的軸上用于平衡擋板重量的配重(Counterweight)，和一個(gè)與軸相連接用于促使軸開始旋轉(zhuǎn)使擋板向關(guān)閉方向動(dòng)作的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)。該系統(tǒng)包括第一傳感器裝置，它與支撐擋板的軸相連，用來提供一個(gè)表征轉(zhuǎn)軸角度位置的第一信號(hào);第二傳感器裝置，連接用來傳送隔離閥的理想狀態(tài)，提供表征隔離閥的理想狀態(tài)的第二信號(hào);以及計(jì)算機(jī)裝置，用于接收上述第一和第二信號(hào)。上述計(jì)算機(jī)裝置包括用于根據(jù)接收到的上述第二信號(hào)，確定上述轉(zhuǎn)軸角度位置的變化率的計(jì)時(shí)裝置，還包括用于將上述轉(zhuǎn)軸位置與相應(yīng)位于上述第二信號(hào)狀態(tài)的預(yù)定的轉(zhuǎn)軸位置相比較，並為識(shí)別響應(yīng)于上述NR閥特性的變化量，用于對(duì)上述變化率進(jìn)行比較的裝置。上述計(jì)算機(jī)裝置還給出一份說明上述止回閥的可操作性情況的報(bào)告。
本發(fā)明從對(duì)以下結(jié)合附圖作為舉例的一個(gè)較佳實(shí)施例的敘述將更容易了解，在附圖中

圖1是取通過閥門的蒸汽流動(dòng)的方向的止回閥剖面圖;
圖2是圖1中的閥門取垂直于蒸汽流動(dòng)方向的剖面圖;
圖3是本發(fā)明采用的閥門監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖;
圖4是包括有多個(gè)狀態(tài)傳感器的止回閥剖面圖;
圖5是圖4閥門縱向剖面圖;
圖6是汽輪機(jī)抽汽系統(tǒng)中的止回閥和隔離閥簡(jiǎn)示圖;
圖7-8是本發(fā)明監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)邏輯圖;
圖9是圖7-8功能和診斷邏輯的邏輯圖，和圖10是包括有圖7-8的系統(tǒng)的選擇性試驗(yàn)過程的邏輯圖。
盡管本發(fā)明通常可適用于各種閥門並對(duì)含有各種流體的管道系統(tǒng)適用，在這里介紹的是監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)系統(tǒng)中的止回閥工作參數(shù)的特殊應(yīng)用。參考圖1和2，這里示出一種用以控制汽輪機(jī)抽汽管道中的回流的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)止回閥10。圖1表示一個(gè)止回閥剖面圖，取自通過閥門的蒸汽流動(dòng)方向，圖2示出圖1所示閥門的縱剖面圖，取自與蒸汽流動(dòng)方向相垂直的剖面。閥門10包一個(gè)閥室12，閥室有一個(gè)入口14和出口18，入口用于接收來自抽汽管道16的第一段16A的蒸汽，而出口18用于通過抽汽管道16的第二段16B傳輸蒸汽。閥座20圓周圍繞著鄰近閥入口14的閥室段裝設(shè)，一個(gè)可拆裝的蓋板22用螺栓固定在閥室22上端，用于檢查和修理閥門。連接閥盤24(有時(shí)稱為擋板或搖板)以便于繞閥軸26轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的閥盤連接是靠閥臂34起作用的，閥臂34用一個(gè)螺紋緊固件38在第一端部36處緊固到閥盤24上，閥臂34的第二端部固定地與閥軸26相連，以使隨著盤24的打開和關(guān)閉引起閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)。就閥門10而論，軸26在支承座44中轉(zhuǎn)動(dòng)，支承座44支撐著軸26，支承座44支持在支承座架47中，而密封環(huán)51防止蒸汽泄漏。
在正常工作時(shí)，伺服馬達(dá)46在氣壓或液壓下動(dòng)作，使操作活塞48和桿49保持在伸展位置，以致閥軸26可以靠抽汽管道16中流體壓力轉(zhuǎn)動(dòng)，逆著閥盤24動(dòng)作，迫使閥盤成圖1虛線所示的打開位置50。根據(jù)接收到來自控制室的關(guān)于汽輪機(jī)停機(jī)的跳閘信號(hào)，電磁操作的泄放閥52使伺服馬達(dá)46中的液壓釋放(或遠(yuǎn)程地釋放供到伺服馬達(dá)46的液流的管道中液壓)，且彈簧54使操作活塞48返回，閥軸26開始轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿至少使閥盤24向著關(guān)閉位置移動(dòng)一部份行程，以致閥盤24變成承受隨蒸汽逆流產(chǎn)生的流體力，該逆流使閥盤24轉(zhuǎn)動(dòng)成緊靠閥座20的全關(guān)閉位置56。
上面敘述過的止回閥10可以用本發(fā)明的診斷系統(tǒng)，在線監(jiān)測(cè)幾種熟知的導(dǎo)致閥門故障的閥門劣化模式，這些模式包括(1)由于閥盤24的撓曲和其他變形，使閥盤24回座不良;(2)連接閥盤24和閥桿34的緊固件松動(dòng)或斷裂，可能使閥盤24與閥座20不對(duì)中或完全與閥桿34脫開;(3)閥桿34斷裂或永久變形或閥桿34和閥軸26之間的連接斷裂或永久變形;(4)軸支承座表面之間的內(nèi)表面腐蝕和咬死，造成摩擦力過大，阻止閥盤24及時(shí)可靠地從打開位置50轉(zhuǎn)動(dòng)到全關(guān)位置56;(5)閥軸26和操作活塞48之間連桿57斷裂或永久變形，從而阻止了閥盤24可靠地、及時(shí)地轉(zhuǎn)動(dòng)，或?qū)е赂緹o初始的轉(zhuǎn)動(dòng)輔助力;以及(6)由于調(diào)整螺絲59A，使不正確定位的配重塊59與閥門連桿57成為活動(dòng)連接，導(dǎo)致閥盤在運(yùn)行時(shí)定位不正確或關(guān)閉動(dòng)作不合適。
參考圖3，這兒簡(jiǎn)單示意出本發(fā)明的一種形式，用于對(duì)一組閥門62的工作進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)定的診斷系統(tǒng)60。每個(gè)閥門62均配有幾個(gè)傳感器64，為了測(cè)量與閥門一個(gè)功能相對(duì)應(yīng)的工作參數(shù)，每個(gè)傳感器與一個(gè)閥門部件相連。傳感器信號(hào)依靠數(shù)據(jù)總線67，可以直接傳送到數(shù)據(jù)總線67上的閥監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)66中，每個(gè)傳感器供給的信號(hào)載著不同的地址標(biāo)號(hào)。為了驗(yàn)證在診斷試驗(yàn)時(shí)控制閥操作器的動(dòng)作，計(jì)算機(jī)66還與汽輪控制系統(tǒng)68相配合，(該控制系統(tǒng)可能是用于閥門62的電站計(jì)算機(jī)和控制器)去監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變量，諸如出力和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。由與閥門62相連的單個(gè)傳感器提供的信號(hào)，對(duì)于診斷閥門62的工作狀態(tài)並不總是足夠充分的，但借助計(jì)算機(jī)邏輯，綜合傳感器信號(hào)和其他汽輪機(jī)工作信號(hào)，對(duì)所有汽輪機(jī)工作模式均可以監(jiān)測(cè)和診斷閥門工作狀態(tài)。
根據(jù)以經(jīng)過的時(shí)間為函數(shù)預(yù)編程序或根據(jù)在當(dāng)時(shí)的閥門隨汽輪機(jī)操作而動(dòng)作時(shí)即一種非試驗(yàn)操作工況由閥門傳感器提供的數(shù)據(jù)，可以開始對(duì)一組閥門62進(jìn)行診斷試驗(yàn)程序，該試驗(yàn)程序也可以通過運(yùn)行人員關(guān)閉開關(guān)開始。換言之，一個(gè)運(yùn)行人員可以通過一個(gè)控制鍵盤69，對(duì)診斷系統(tǒng)60提供輸入信號(hào)，在選擇的閥門上，指揮專門的試驗(yàn)。系統(tǒng)60通過在測(cè)試閥門對(duì)每一汽輪機(jī)運(yùn)行模式的響應(yīng)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)對(duì)閥門性能進(jìn)行評(píng)定。在進(jìn)行汽輪機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)中，在任何給定的時(shí)內(nèi)進(jìn)行人為活動(dòng)閥門的可能性將受到汽輪機(jī)工作模式的限制。例如，在一臺(tái)多個(gè)閥門的汽輪機(jī)中，一個(gè)控制閥的性能僅在汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)通過同時(shí)打開和關(guān)閉各個(gè)控制閥門來評(píng)定。否則，評(píng)定工作可能明顯地改變汽輪機(jī)的出力。
對(duì)于裝在汽輪機(jī)抽汽管道16中圖1和2所示的止回閥10，可以由診斷系統(tǒng)評(píng)定閥門性能的有關(guān)工作模式包括(1)汽輪機(jī)啟動(dòng)模式，在此模式中裝有止回閥的管道16由一個(gè)隔離閥94隔離(見圖6)，直到汽輪機(jī)達(dá)到低極限值，隔離閥打開且蒸汽開始流動(dòng);(2)正常運(yùn)行模式，在此模式中，為了再加熱給水，蒸汽通過止回閥10流動(dòng);(3)正常停機(jī)模式，在此模式中，汽輪機(jī)在預(yù)計(jì)的停機(jī)期間從一個(gè)低負(fù)荷值跳閘，為了防止中等數(shù)量的返流蒸汽，閥門10關(guān)閉(在某種情況下，隔離閥在機(jī)組停止運(yùn)行跳閘前關(guān)閉);(4)緊急停機(jī)模式，在此模式中，汽輪機(jī)在高負(fù)荷下跳閘，為了防止由于隔離閥不及時(shí)關(guān)閉大量蒸汽返流，閥10關(guān)閉，以起到阻止初始返流的作用;和(5)負(fù)荷控制模式，在此模式中，汽輪機(jī)負(fù)荷大幅度下降，可能造成返流，需要關(guān)閉閥門10，特別是發(fā)現(xiàn)某一臺(tái)給水加熱器中水位高時(shí)，例如一旦某臺(tái)給水加熱器水位控制系統(tǒng)失靈時(shí)。
在進(jìn)一步介紹診斷系統(tǒng)60時(shí)，圖4和5示出裝有許多用于在上面敘述的運(yùn)行模式中評(píng)定性能的傳感器(相對(duì)應(yīng)的傳感器64)的止回閥10。一個(gè)位置傳感器，諸如一個(gè)轉(zhuǎn)軸微增編碼器，與它相關(guān)的信號(hào)處理電子裝置(該裝置可以裝設(shè)在遠(yuǎn)處)一起可以裝在靠近閥門軸26處，以便通過數(shù)據(jù)總線或其他傳輸線路67，將數(shù)字編碼信息提供給閥門監(jiān)測(cè)器計(jì)算機(jī)66。指示可轉(zhuǎn)動(dòng)的閥軸26的角度位置。在另一種型式中，位置傳感器可以由裝在靠近轉(zhuǎn)軸26上固定的凸輪74處的接近式傳感器72構(gòu)成，軸26的轉(zhuǎn)動(dòng)使接近式傳感器72和凸輪表面74之間的間隙發(fā)生變化，間隙少正常表示閥門位置不適當(dāng)，在運(yùn)行時(shí)也能指示閥門卡滯。由位置傳感器70或72提供的信息可以用單一地址標(biāo)號(hào)進(jìn)行編碼(以供認(rèn)別)。閥室12可以包括分別定位在閥座上游和下游(對(duì)應(yīng)于正常流動(dòng)方向)側(cè)的第一和第二壓力監(jiān)測(cè)器78和76，監(jiān)測(cè)口78和76由一根內(nèi)裝差壓傳感器82的壓力管80彼此相連。差壓傳感器可以提供閥座20兩側(cè)的壓降數(shù)據(jù)指示，差壓傳感器的輸出也被數(shù)字編碼，並在沿?cái)?shù)據(jù)總線67傳輸前，用單一地址標(biāo)號(hào)供給計(jì)算機(jī)66，壓力傳感器86沿管子80安裝在第二孔口78附近，以提供抽汽管道16的第一段16A中的壓力指示，電壓傳感器90監(jiān)測(cè)傳送到泄放閥52的跳閘信號(hào)，並在此基礎(chǔ)上給出泄放閥狀態(tài)的數(shù)據(jù)指示，由壓力傳感器86和電壓傳感器90提供的信息也進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換並用單一地址標(biāo)號(hào)沿著通訊線路67傳輸。
止回閥的評(píng)定的基礎(chǔ)是為確認(rèn)閥門位置正確進(jìn)行的信號(hào)對(duì)照和將傳感器信號(hào)與合格標(biāo)準(zhǔn)比較，用以識(shí)別工作特性的劣化，這些信息對(duì)預(yù)測(cè)閥門故障是有用的。例如轉(zhuǎn)軸支承座表面(軸26對(duì)支承座44)劣化的早期或閥軸26和操作活塞48之間的連桿的早期劣化可以用監(jiān)測(cè)供給泄放閥52跳閘信號(hào)和閥盤24的回座之間時(shí)間延遲增加量來識(shí)別。根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，控制室顯示出關(guān)于被測(cè)量閥門性能的信息。系統(tǒng)60還預(yù)報(bào)以后閥門性能並根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)的趨勢(shì)和各傳感器輸出信息之間相關(guān)情況預(yù)報(bào)故障。
在接著對(duì)本發(fā)明診斷系統(tǒng)做更詳細(xì)說明前，先參考圖6，圖6中示出汽輪機(jī)系統(tǒng)92中的一個(gè)止回閥位置的簡(jiǎn)單功能圖。閥10裝在隔離閥94和給水加熱器96之間，隔離閥94和止回閥10位于將汽輪機(jī)99與給水加熱器96相連的抽汽管道98中，在汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，隔離閥94和止回閥10全開，使抽汽流到給水加熱器96中，該隔離閥常常是一個(gè)電氣驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)閥門，且關(guān)閉速度不快。止回閥10是一個(gè)快速動(dòng)作閥門，為汽輪機(jī)在上面敘述的不正常工作的事故狀態(tài)提供保護(hù)。
圖6還示出電廠計(jì)算機(jī)68和連接來接收和供給各種傳感器和控制信號(hào)的監(jiān)測(cè)器計(jì)算機(jī)66，附加的那些前面敘述過的傳感器信號(hào)典型包括來自汽輪機(jī)99的選定區(qū)域或部件的溫度和壓力信息，以及來自抽汽管路98和給水加熱器96的溫度和壓力信息。方框91、93和95是表示這些傳感器，由于這些傳感器對(duì)這樣的汽輪系統(tǒng)是普通的，是熟知技術(shù)，所以不再需要進(jìn)行敘述。
圖7和8是故障樹圖，敘述了由閥門監(jiān)測(cè)器計(jì)算機(jī)66與諸如止回閥10這樣的閥門監(jiān)測(cè)一起完成的監(jiān)測(cè)和評(píng)定功能內(nèi)容。先看圖7，方框100代表最終結(jié)論，即閥門10在應(yīng)該限制蒸汽回流時(shí)沒有限制，或是在不應(yīng)該限制蒸汽順向流動(dòng)時(shí)限制了，余下的功能方框?qū)?yīng)于確定潛在故障發(fā)生的原因。方框102和104判別閥門的兩種可能的不正常工作狀況，即閥10將不是處于打開就是處于關(guān)閉工況。來自方框100的線路中的邏輯“或”符號(hào)表示到那個(gè)字塊的其中一個(gè)通道可能發(fā)生失靈情況。線路中的邏輯“與”符號(hào)表示多種試驗(yàn)，操作或工況同時(shí)存在。在汽輪機(jī)蒸汽壓力比給水加熱器壓力大很多和隔離閥打開的任何時(shí)候，止回閥(NRV)應(yīng)該打開，以允許蒸汽順向流動(dòng)，在隔離閥關(guān)閉或一旦汽輪機(jī)壓力等于或小于給水加熱器壓力的任何時(shí)候，止回閥應(yīng)該關(guān)閉，在后者情況，它防止蒸汽發(fā)生逆流。與這兩個(gè)狀態(tài)相聯(lián)系的信息可以由隔離閥94的狀態(tài)，或更確切地說，可由傳送到閥94的信號(hào)聯(lián)同蒸汽流足以去移動(dòng)止回閥將閥門打開或關(guān)閉去進(jìn)行評(píng)定。限制開關(guān)(未示出)可以與閥94相連，用以監(jiān)測(cè)閥門位置。另外，傳感器65可以與系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)68連接，用以監(jiān)測(cè)控制閥門94時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)，在兩種情況下，傳感器信號(hào)將給出閥門94應(yīng)有狀態(tài)的指示，如果與閥94有關(guān)的傳感器指示閥門應(yīng)該關(guān)閉，那么閥10的任何不正常狀態(tài)將涉及到和方框102所示的一種逆流工況。如果閥門94應(yīng)該打開，那么涉及到的閥10的不正常狀態(tài)將是方框104所示的順向流動(dòng)工況。
首先看順向流動(dòng)工況，至少存在兩種可能的不正常狀態(tài)，即閥門10不打開(部分或完全關(guān)閉)，方框106;或閥門擋板或閥盤24振動(dòng)，方框108。兩種工況均可以由角度位置傳感器70檢測(cè)，例如用一個(gè)微增編碼器或一個(gè)凸輪接近式傳感器72。方框110和112表示配重塊59離開原來位置，可能造成止回閥的這些不正常狀態(tài)。根據(jù)這些檢測(cè)到的情況，有必要派一個(gè)專門人員手工調(diào)整該配重塊(該配重塊如圖1所示，正常情況是與轉(zhuǎn)軸相連接，去平衡擋板或盤24的重量，並很容易被通過閥10的蒸汽流移動(dòng))。依靠監(jiān)測(cè)理想狀態(tài)隔離閥94、閥桿26的角度位置的信號(hào)指示和汽輪機(jī)99的電力負(fù)荷，可以快速評(píng)定閥10的狀態(tài)。
逆流時(shí)的不正?？梢陨婕暗礁喾N問題，止回閥的任務(wù)是防止瞬時(shí)間逆流，一般隔離閥關(guān)閉過程中和/或水從加熱器疏走，持續(xù)時(shí)間小于幾分鐘。方框114、116、118和120代表可能的不正常狀態(tài)。反常的關(guān)閉，方框114，可以由動(dòng)力伺服馬達(dá)52的不正常工作引起，方框122反常關(guān)閉指的是這樣一種工況，在這種工況時(shí)，閥10為間斷工作狀態(tài)，即有時(shí)不以重復(fù)方式工作。監(jiān)測(cè)器66可以檢定閥門10不正常，方框102;閥門應(yīng)該關(guān)閉和它的實(shí)際狀態(tài)、方框114(來自位置傳感器70);以及伺服馬達(dá)是否正在正確工作，方框122;來自傳感器90。如果傳感器90指示工作正常，可能的原因會(huì)是軸26上的配重塊59調(diào)整不當(dāng)，方框124;或軸的摩擦太大，方框126。單個(gè)字母符號(hào)，諸如在圓圈中的“B”，是一個(gè)邏輯指示器，表示依另一位置處的字母“B”而定的工況也適用于這一位置處的試驗(yàn)。因此，方框124、126指示的工況可適用于反常關(guān)閉。在方框120下的符號(hào)“A”同樣可以由圖8中所示的工況造成。要指出，方框124和126還表示，萬一閥門10是如方框116中可能的關(guān)閉過慢故障模式。通過監(jiān)測(cè)器計(jì)算機(jī)66中對(duì)由傳感器70獲得的軸26的關(guān)閉時(shí)間計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，慢關(guān)就容易檢測(cè)出來。
方框118，閥10泄漏，可以通過差壓傳感器82檢測(cè)，該模式假設(shè)閥門關(guān)閉。造成泄漏可能有四個(gè)原因閥盤24撓曲、緊固件38故障、閥座20損壞和擋板或閥盤桿34變形，都分別由方框128、129、130和132表示。這些故障中任一個(gè)都需要對(duì)閥門進(jìn)行修理和更換。
限制流動(dòng)的全部故障，見方框120，可以通過轉(zhuǎn)軸位置傳感器70和/或差壓傳感器82探測(cè)。圖8示出這種工況可能的故障模式。一旦轉(zhuǎn)軸26卡滯，如方框134、轉(zhuǎn)軸位置傳感器70將指示無移動(dòng)。如果擋板或閥盤24與轉(zhuǎn)軸26脫開，如方框136，傳感器70會(huì)指示軸移動(dòng)而差壓傳感器82會(huì)指示壓力無變化。同樣，如果軸26對(duì)擺動(dòng)桿34的鍵剪斷，如方框138，位置傳感器70將示出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但壓力傳感器80將保持差壓不變，轉(zhuǎn)軸26斷裂，如方框140，將指示轉(zhuǎn)軸21不動(dòng)，與此同時(shí)差壓指示恒定，即與轉(zhuǎn)軸卡滯的響應(yīng)相同。擋板臂34斷裂會(huì)由軸26轉(zhuǎn)動(dòng)和恒定的壓差指示出來。兩種外部故障以方框144和146表示，轉(zhuǎn)動(dòng)軸26上的配重離開位置和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)52不動(dòng)作。這后兩種工況即是前面敘述過的有關(guān)閥門打開故障且與閥門關(guān)閉是相同的。
本發(fā)明的診斷系統(tǒng)既可以用于汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)模式，也可以用于汽輪機(jī)運(yùn)行或停機(jī)時(shí)的試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。參考圖9，方框150代表閥門監(jiān)測(cè)模式。該系統(tǒng)可以是被動(dòng)式監(jiān)測(cè)，如方框152;或主動(dòng)的試驗(yàn)，如方框154。
診斷系統(tǒng)的集中試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺绶娇?54所示，首先要求檢驗(yàn)汽輪機(jī)或電站的參數(shù)，以保證試驗(yàn)可以進(jìn)行，見方框156。假定進(jìn)行試驗(yàn)的條件滿足，那未可以或以自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，如方?58，或以選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺绶娇?60進(jìn)行試驗(yàn)。自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瓦x擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ街g的差別僅在于選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，系統(tǒng)的操作人員選擇部分閥門做試驗(yàn)，而自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，系統(tǒng)被編成程序，按順序通過預(yù)先選定的閥門並逐一地對(duì)每個(gè)閥門做試驗(yàn)，如方框159。由于自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺菀讓?shí)現(xiàn)而且只不過是選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ降闹貜?fù)而已，故以下的敘述將只針對(duì)選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。自?dòng)和選擇試驗(yàn)采用圖10中帶符號(hào)“K”的試驗(yàn)表示。
現(xiàn)在參考圖10，止回閥(NRV)的試驗(yàn)可以在汽輪機(jī)帶負(fù)荷并有抽汽流量時(shí)進(jìn)行全部試驗(yàn)，方框162;或在汽輪機(jī)的其他工況進(jìn)行局部試驗(yàn)如方框164。在線試驗(yàn)中，系統(tǒng)首先必須驗(yàn)證;隔離閥94打開，如方框166，給水加熱器96在運(yùn)行，如方框168，和止回泄放閥通電使NRV全開，如方框170。試驗(yàn)止回閥時(shí)，保持隔離閥94打開，止回閥伺服馬達(dá)泄放閥簡(jiǎn)單地通過給它的伺服馬達(dá)提供一個(gè)信號(hào)而打開，然后再關(guān)閉，如方框172所示。由于該隔離閥94依然開著，確有汽流通過，止回閥10從打開轉(zhuǎn)換成部分關(guān)閉狀態(tài)，然后再打開，所有上面所述參考圖7和8的各種可能的不正常情況都可以通過敘述過的試驗(yàn)檢測(cè)出來。為了統(tǒng)計(jì)分析，最好能將從監(jiān)測(cè)止回閥10的工作收集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，例如打開隔離閥的試驗(yàn)可以設(shè)計(jì)成使NRV跳閘一個(gè)預(yù)定次數(shù)，例如5次，然后對(duì)那5次取樣，對(duì)止回閥10的動(dòng)作做統(tǒng)計(jì)學(xué)的評(píng)定以證明其運(yùn)行可靠。要注意至此所述的系統(tǒng)不僅可以提供止回閥故障的指示，而且還可借助傳感器70，給出閥門的響應(yīng)時(shí)間，以預(yù)防潛在的故障模式?？紤]到試驗(yàn)閥門的所有數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)，並與接著進(jìn)行的試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)比較，因而可以從數(shù)據(jù)變化，檢測(cè)出閥門劣化情況?？梢哉J(rèn)為，止回閥10響應(yīng)時(shí)間受抽汽管路中蒸汽的溫度和壓力影響，所以止回閥響應(yīng)時(shí)間的任何讀數(shù)必須用溫度和壓力進(jìn)行修正，提供關(guān)于溫度和壓力信息的傳感器是熟知的技術(shù)，且是采用本發(fā)明汽輪機(jī)系統(tǒng)的共用元件。
考慮方框164所示的局部試驗(yàn)。該局部試驗(yàn)和完全在線試驗(yàn)之間的區(qū)別是抽汽不流通，在那種情況下，可以用同樣的技術(shù)操作止回閥，並用相同的傳感器去檢驗(yàn)止回閥的狀態(tài)，然而，當(dāng)抽汽管路98中沒有抽汽流動(dòng)時(shí)，由于沒有蒸汽流升舉閥門，止回閥的正常狀態(tài)是響應(yīng)于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)60的動(dòng)作維持在關(guān)閉位置。最好，在進(jìn)行符號(hào)“L”所示的試驗(yàn)時(shí)，NRV伺服馬達(dá)可以動(dòng)作跳開所帶的泄放閥，如方框173。
現(xiàn)在再回到圖9，當(dāng)機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)，可以用方框174的監(jiān)測(cè)和診斷模式;當(dāng)汽輪機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可以用方框176;當(dāng)汽輪機(jī)跳閘時(shí)，用方框178;以及當(dāng)在抽汽管路中有局部回流時(shí)，用方框180。在診斷模式中，閥門的狀態(tài)，即隔離閥94和止回閥10的狀態(tài)是周期地被取樣，并帶有每一取樣的日期和時(shí)間。每個(gè)取樣值與預(yù)定的允許極限相比較，以對(duì)止回閥10的完好狀況作出評(píng)定。正如上面討論關(guān)于選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，可以用周期取樣所獲得的數(shù)據(jù)，去計(jì)算止回閥在這段時(shí)間范圍的趨勢(shì)、平均值和變化;為了修正和使有關(guān)止回閥的數(shù)據(jù)規(guī)范化，還可以監(jiān)測(cè)抽汽管路98中蒸汽的溫度和壓力，正如圖7和8所敘述的，監(jiān)測(cè)和診斷模式可以對(duì)不正常工況進(jìn)行檢測(cè)。
在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行模式中，正如方框182所示，在抽汽管路98中可以有抽汽。在兩種情況中，隔離閥狀態(tài)和止回閥狀態(tài)被周期抽樣，並附有相應(yīng)的時(shí)間和日期，如方框186。取樣值可以與諸如計(jì)算得出的變量的允許極限相比較，以確定止回閥的工作是正常還是不正常，如方框188和190。方框190可以確定趨勢(shì)，以預(yù)報(bào)可能發(fā)生的故障並可以在故障發(fā)生前進(jìn)行修理或更換。正如其他取樣一樣，還可以取樣通過閥門的蒸汽溫度和壓力並用于使閥門有關(guān)的任何讀數(shù)規(guī)范化。如果管路被隔離，用方框164敘述過的同一邏輯。
機(jī)組退出運(yùn)行的試驗(yàn)和過程由方框174示出，它與由方框184示出的用于截?cái)喑槠囼?yàn)進(jìn)行的情況相同。
機(jī)組跳閘在方框178中示出，它為計(jì)算閥門在運(yùn)行工況下的關(guān)閉時(shí)間提供了一個(gè)可能。另外，傳感器監(jiān)測(cè)提供了與其他試驗(yàn)工況下所提供的同一基準(zhǔn)的信息。
方框180的局部回流試驗(yàn)基本上與方框178的機(jī)組跳閘情況是相同的，因此可能是對(duì)另一止回閥動(dòng)作做比較，方框180下的診斷可按照?qǐng)D7和8敘述的相同的過程。
盡管本發(fā)明的原則已在實(shí)施例中明確的敘述，但很明顯，對(duì)熟練技術(shù)人員來說，在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)可作出許多結(jié)構(gòu)、布局和部件的改型，發(fā)展成適用于具體操作要求的其它實(shí)施例，而不脫離在以下權(quán)利要求中所述的本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)。例如，能通過記錄止回閥異常特性來監(jiān)測(cè)所選取的如通過閥座泄漏蒸汽這樣的隔離閥的異常。
代號(hào) 參考號(hào) 閥閥門監(jiān)測(cè)器 66 3控制 68 3鍵盤 69 3止回閥故障 100 7不正?；亓? 102 7不正常順流 104 7不完全打開 106 7振動(dòng) 108 7配重塊離開位置 110 7配重塊離開位置 112 7反常關(guān)閉 114 7關(guān)閉過慢 116 7泄漏 118 7限制流動(dòng)的全部故障 120 7限制流動(dòng)的全部故障 120 8失常的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)關(guān)閉力 122 7重塊離開位置 124 7軸摩擦力太大 126 7搖板彎 128 7緊固件故障 129 7閥座損壞 130 7連桿變形 132 7軸卡滯 134 8
搖板分離 136 8鍵剪切 138 8軸斷裂 140 8連桿斷裂 142 8重塊離開位置 144 8失去動(dòng)力關(guān)閉 146 8閥門監(jiān)測(cè)工作模式 150 9監(jiān)測(cè)和診斷模式 152 9集中試驗(yàn)?zāi)Ｊ? 154 9檢驗(yàn)電站參數(shù)正常以進(jìn)行試驗(yàn) 156 9自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ? 158 9依次試驗(yàn)全部止回閥 159 9選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ? 160 9選擇性試驗(yàn)(試驗(yàn)單個(gè)閥門) 160 10管路中具有實(shí)際抽汽的全部試驗(yàn) 162 10對(duì)于其他工況部分試驗(yàn) 164 10隔離閥打開 166 10給水加熱器運(yùn)行 168 10止回閥驅(qū)動(dòng)力切斷 170 10簡(jiǎn)單關(guān)閉隔離閥保持關(guān)閉 172 10再打開隔離閥簡(jiǎn)單地跳開止回閥伺服 173 10馬達(dá)泄放閥再關(guān)閉泄放閥機(jī)組退出運(yùn)行 174 9
機(jī)組運(yùn)行 176 9機(jī)組跳閘 178 9局部回流 180 9實(shí)際抽汽 182 9抽汽被隔離 184 9變量取樣 186 9計(jì)算得出變量 188 9比較和/或趨勢(shì) 190 9
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于評(píng)定汽輪機(jī)(99)的抽汽管路(98)中止回(NR)閥(10)工作狀態(tài)的診斷系統(tǒng)(60)，該NR閥10連接在蒸汽流動(dòng)通路中與汽輪機(jī)(99)和一個(gè)給水加熱器(96)之間的隔離閥(94)相串接，該NR閥(10)包括一個(gè)靠軸(26)可擺動(dòng)的擋板(24)，用于選擇地切斷通過閥門(10)的回流，一個(gè)配重塊固定在閥門(10)外面的軸(26)上，用于平衡擋板(24)的重量，並包括一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的伺服馬達(dá)(46)，該馬達(dá)與軸(26)相連，用于提供給軸(26)轉(zhuǎn)動(dòng)的初始驅(qū)動(dòng)力，以使擋板向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動(dòng)，該系統(tǒng)(60)包括第一傳感器裝置(70)，它連到支撐擋板(24)的軸(26)上，用于提供代表軸(26)角度位置的信號(hào)；第二傳感器裝置(64)，連接來用于傳送隔離閥(94)的一個(gè)理想的狀態(tài)，提供代表隔離閥(94)理想狀態(tài)的第二信號(hào)；一個(gè)計(jì)算機(jī)裝置(66)，連接以接收上述第一和第二信號(hào)，上述計(jì)算機(jī)裝置(66)包括用于根據(jù)接收到的上述第二信號(hào)，確定上述軸(26)角度位置的變化率；還包括將上述軸(26)的位置與對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)的狀態(tài)，預(yù)定的軸位置進(jìn)行比較，並用于對(duì)上述變化進(jìn)行比較，以識(shí)別對(duì)應(yīng)于上述NR閥(10)的特性變化的裝置，上述計(jì)算機(jī)裝置(66)給出標(biāo)明上述NR閥(10)的操作性情況的狀態(tài)報(bào)告。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一個(gè)系統(tǒng)，其特征在于第三傳感器裝置(82)與上述NR閥(10)相連，用于代表上述NR閥(10)的入口(14)和出口(18)之間差壓的第三信號(hào)。上述第三信號(hào)提供給上述計(jì)算機(jī)裝置(66)，以指示擋板(26)的位置;上述計(jì)算機(jī)裝置(66)用于將上述第三信號(hào)與預(yù)置的壓力信號(hào)相比較，以確定與上述第二信號(hào)建立的隔離閥(94)理想狀態(tài)相比較的擋板(24)的狀態(tài)，且上述計(jì)算機(jī)裝置(66)在上述隔離閥(94)理想狀態(tài)與上述NR閥(10)的上述狀態(tài)不同時(shí)，提供一個(gè)上述NR閥(10)不正常的指示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一個(gè)系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)第四傳感器裝置(90)與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的伺服馬達(dá)(46)相連，用于給出表征加到伺服馬達(dá)(46)上的電力的第四信號(hào)，伺服馬達(dá)(46)用于使上述NR閥(10)開始工作;上述計(jì)算機(jī)裝置(66)適用于接收上述第四信號(hào)並使上述第四信號(hào)與至少上述第一信號(hào)比較，上述第一信號(hào)用于確定閥軸(26)響應(yīng)于伺服馬達(dá)(46)的動(dòng)作而轉(zhuǎn)動(dòng)，上述計(jì)算機(jī)裝置(66)還提供當(dāng)上述第一信號(hào)指示軸(26)相應(yīng)于上述第四信號(hào)無角度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不正常指示。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的一個(gè)系統(tǒng)，其特征在于該裝置提供了用于周期地驅(qū)動(dòng)隔離閥(94)以使其從一個(gè)打開到關(guān)閉又返回到打開狀態(tài)的循環(huán)，且上述計(jì)算機(jī)裝置(66)可運(yùn)用于監(jiān)測(cè)上述第一、第二和第三傳感器裝置中的每一個(gè)，以確定當(dāng)隔離閥(94)循環(huán)動(dòng)作時(shí)NR閥(10)的響應(yīng)，上述計(jì)算機(jī)裝置(66)編輯NR閥(10)的動(dòng)作記錄，足以建立由相對(duì)于NR閥(10)的變量表現(xiàn)出的故障趨勢(shì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一個(gè)系統(tǒng)，其特征在于該裝置(64)提供了用于供給表示汽輪機(jī)抽汽管路(98)中的蒸汽溫度和壓力的信號(hào)，並在于上述計(jì)算機(jī)裝置(66)可以用于建立軸(26)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與蒸汽溫度和壓力函數(shù)的規(guī)范化關(guān)系。
6.用于評(píng)價(jià)一個(gè)汽輪機(jī)系統(tǒng)(92)中蒸汽流通路中蒸汽閥的可操作性的一種方法，其中該蒸汽流動(dòng)通路中至少安裝著一個(gè)閥門;並確定閥門的工作狀態(tài)，其特征在于對(duì)閥門實(shí)際狀態(tài)與理想的狀態(tài)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)存在的任何差別，對(duì)閥門理想和不是蒸汽流動(dòng)工況引起的實(shí)際狀態(tài)之間的每一差異給出一個(gè)不正常信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一種方法，其特征在于，其閥門包括一個(gè)與可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的軸(26)相連的擋板(24)，提供的信號(hào)用于對(duì)閥門的循環(huán)動(dòng)作產(chǎn)生作用，擋板軸(26)的角度取向被確定，當(dāng)擋板(24)移動(dòng)到它的最終位置時(shí)，軸(26)位置的變化速率被測(cè)定，且將軸(26)位置的變化速率與預(yù)先選擇的變化速率進(jìn)行比較，當(dāng)變化速率指示出與預(yù)先選擇的變化率的偏差超過了一個(gè)預(yù)定量值時(shí)，發(fā)出不正常信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的一種方法，特征在于上述閥門的狀態(tài)由閥門的入口(14)和出口(18)之間的壓力差來確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的一種方法，特征在于連接在蒸汽流動(dòng)通道中的閥門，與一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥相串聯(lián)，而理想的閥門工作狀態(tài)包括熟知?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)閥的工作狀態(tài)步驟和將動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥的的態(tài)與至少一個(gè)閥門的狀態(tài)進(jìn)行比較的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種方法，特征在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥門定期地啟動(dòng)，以從現(xiàn)有狀態(tài)到另一狀態(tài)又返回到現(xiàn)有狀態(tài)循環(huán)，在啟動(dòng)和循環(huán)期間，檢測(cè)出閥門的角度位置，將測(cè)出的角度位置與相對(duì)于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥的狀態(tài)的預(yù)置的角度位置相比較，當(dāng)檢測(cè)到的角度位置偏離預(yù)置的角度位置時(shí)，就產(chǎn)生了不正常工作信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種方法，其特征在于檢測(cè)出的角度位置與預(yù)置角度位置相比較的每一步結(jié)果都存儲(chǔ)在一個(gè)可編址記憶裝置中，並且對(duì)存儲(chǔ)的每個(gè)結(jié)果校正，以產(chǎn)生閥門工作狀況的趨勢(shì)分析。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一種方法，其特征在于對(duì)蒸汽流動(dòng)通路上的蒸汽溫度和壓力進(jìn)行采樣，並對(duì)閥門每一定期循環(huán)所存儲(chǔ)的結(jié)果規(guī)范化，對(duì)溫度和壓力的變化作修正。
全文摘要
評(píng)價(jià)汽輪機(jī)抽汽回路止回閥工作狀況的診斷系統(tǒng)，它包括一個(gè)與支撐閥轉(zhuǎn)軸相連的第一傳感器，提供表征轉(zhuǎn)軸角度位置的第一信號(hào)；一個(gè)與隔離閥相連的第二傳感器，提供代表隔離閥要求狀態(tài)的第二信號(hào)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)接收第一和第二信號(hào)。計(jì)時(shí)裝置，用于根據(jù)接收到的第二信號(hào)確定轉(zhuǎn)軸角度位置的轉(zhuǎn)化率。計(jì)算機(jī)還包括將轉(zhuǎn)軸位置與預(yù)置的軸位置進(jìn)行比較的裝置，以識(shí)別與NR閥的特性響應(yīng)的偏差，還提供NR閥可操作性狀態(tài)的情況報(bào)告。
文檔編號(hào)F01D21/00GK1053660SQ9110045
公開日1991年8月7日 申請(qǐng)日期1991年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月25日
發(fā)明者塞奇·彼得·巴頓, 戴維·布魯斯·貝里朗 申請(qǐng)人:西屋電氣公司