專利名稱：用于操作旋轉(zhuǎn)式機器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及旋轉(zhuǎn)式機器，更具體而言，涉及用以利于旋轉(zhuǎn)式機器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間的密封的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
蒸汽輪機和燃氣輪機在其它用途中被用以產(chǎn)生用于發(fā)電機的動力。已公知的蒸汽輪機具有蒸汽通路，所述蒸汽通路通常包括呈串行流關(guān)系的蒸汽入口、渦輪和蒸汽出口。已公知的燃氣輪機具有氣體通路，所述氣體通路通常包括呈串行流關(guān)系的空氣進口(或入口)、壓縮機、燃燒器、渦輪和氣體出口(或排氣噴嘴)。壓縮機和渦輪部分包括至少一排周向間隔一定距離的旋轉(zhuǎn)葉片或漿葉。
渦輪機效率至少部分地取決于對轉(zhuǎn)子軸和周圍套殼或外殼之間的徑向空隙或間隙的控制。如果該空隙太大，蒸汽或氣體流可通過空隙間隙泄漏，因此降低了渦輪機效率。另一種可選實施方式是，如果空隙太小，在某些渦輪運行條件下，旋轉(zhuǎn)填料密封件齒部不合需要地接觸固定填料密封件或反之亦然，由此對渦輪機效率產(chǎn)生不利的影響。通過填料密封件的氣體或蒸汽泄漏表示效率的損耗且通常是所不希望的。
為了利于最小化密封泄漏，至少一些已公知的渦輪采用了多個迷宮式密封件。已公知的迷宮式密封件包括縱向間隔一定距離的多排迷宮式密封齒部以利于抵抗可出現(xiàn)在渦輪中的壓力差的密封。然而，某些渦輪機的不正常運行狀況可導致渦輪套殼的撓曲、轉(zhuǎn)子軸的彎曲和其它可導致迷宮式密封齒部與其它渦輪機部件接觸的狀況。已公知為摩擦的這種接觸可損害或扭曲齒部形狀并增大轉(zhuǎn)子和套殼之間的空隙，以使得渦輪機熱效率可被降低。例如，在啟動過程中的溫度劇增可使渦輪機部件發(fā)生扭曲，并致使填料摩擦接靠渦輪軸。一旦軸和填料之間的空隙擴大超過初始設(shè)計規(guī)格，由于通過填料的蒸汽泄漏導致的效率損耗可增加。通常情況下，受損的密封件僅在渦輪機停機過程中是可修理和可互換的。已公知的迷宮式密封件設(shè)計的其它可選實施方式可提高密封件對摩擦的耐受性，然而，已公知的設(shè)計可能不能阻止摩擦的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種用于操作旋轉(zhuǎn)式機器的方法。所述旋轉(zhuǎn)式機器包括固定構(gòu)件和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其中所述可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被構(gòu)造以至少部分地在固定構(gòu)件內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述方法包括確定利于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和固定構(gòu)件之間產(chǎn)生所不希望的接觸的旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況、監(jiān)控與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)并且當被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)時，阻止旋轉(zhuǎn)式機器的運行。
在另一個實施例中，提供了一種用于優(yōu)化渦輪機啟動過程的控制系統(tǒng)。所述渦輪機包括具有渦輪機殼體的渦輪機、和被構(gòu)造以至少部分地在殼體內(nèi)繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和多個被構(gòu)造用以監(jiān)控渦輪機的不正常運行狀況的過程傳感器。所述系統(tǒng)包括用于儲存與轉(zhuǎn)子和殼體之間的空隙相關(guān)的渦輪機設(shè)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和具有儲存了多種分析工具的存儲器的處理器，其中所述處理器被構(gòu)造以連接到多個過程傳感器和數(shù)據(jù)庫上。所述處理器進一步被構(gòu)造以確定旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況，其中所述不正常運行狀況利于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和固定構(gòu)件之間產(chǎn)生所不希望的接觸、監(jiān)控與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)并且在被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)時，阻止旋轉(zhuǎn)式機器的運行。
在另一個實施例中，提供了一種在計算機可讀介質(zhì)上實施的用于監(jiān)控設(shè)備的計算機程序。所述設(shè)備包括多個共同為蒸汽驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)式機器供應蒸汽的裝置。所述旋轉(zhuǎn)式機器包括固定構(gòu)件和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其中所述可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被構(gòu)造以至少部分地在固定構(gòu)件內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述計算機程序包括控制計算機的代碼段，所述計算機從操作連接到所述裝置上的傳感器中接收多個過程參數(shù)并隨后確定旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況，其中所述不正常運行狀況利于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和固定構(gòu)件之間產(chǎn)生所不希望的接觸、監(jiān)控與所述不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)并且在被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)時，阻止旋轉(zhuǎn)式機器的運行。


圖1是典型的蒸汽輪機的橫截面圖；
圖2是高壓(HP)部分填料套殼和密封組件的放大示意圖，其可與圖1所示的蒸汽輪機一起使用；圖3是可與圖2所示的密封組件一起使用的典型的填料環(huán)的透視圖；圖4是已經(jīng)與轉(zhuǎn)子軸部分接觸的一個齒部的放大視圖；圖5是典型的實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)的簡化框圖；圖6是示出了實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的啟動允許頁面的用戶界面的一個典型實施例；和圖7是一種可被用以操作圖1所示的蒸汽輪機的典型方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了包括高壓(HP)部分12和中壓(IP)部分14的典型的對流蒸汽輪機10。外殼或套殼16被軸向地分別分成上半部分13和下半部分15，并且外殼或套殼16橫跨高壓部分12和中壓部分14。殼體16的中心部分18包括高壓蒸汽入口20和中壓蒸汽入口22。高壓部分12和中壓部分14被裝在套殼16內(nèi)并被布置在受軸頸軸承26和28支承的單個軸承跨距中。軸蒸汽密封填料30和32分別位于每個軸頸軸承26和28的內(nèi)側(cè)。
環(huán)狀部分分隔器42從中心部分18朝向轉(zhuǎn)子軸部分60徑向向內(nèi)延伸，所述轉(zhuǎn)子軸部分60在高壓部分12和中壓部分14之間延伸。更具體而言，分隔器42在第一高壓部分噴嘴46和第一中壓部分噴嘴48之間的轉(zhuǎn)子軸部分60的一部分的周圍周向延伸。分隔器42被容納在通道50中，所述通道被限定在軸蒸汽密封填料52中。
分別在軸頸軸承26和28軸向內(nèi)側(cè)的軸蒸汽密封填料30和32可被分別用于減少從蒸汽輪機10向轉(zhuǎn)子軸部分43和44周圍的周圍環(huán)境58的泄漏。軸蒸汽密封填料52有利于減少從相對較高的壓力部分12向中壓部分14的蒸汽泄漏。每個填料30和32，和/或軸蒸汽密封填料52可具有迷宮式密封類型。
在運行過程中，高壓蒸汽入口20接收來自蒸汽源，例如動力鍋爐(未示出)的高壓/高溫蒸汽。蒸汽被輸送通過高壓部分12，其中從蒸汽中提取動力以使轉(zhuǎn)子軸部分43、44和60旋轉(zhuǎn)。蒸汽排出高壓部分12并返回鍋爐，其中所述蒸汽被重新加熱。被再加熱的蒸汽隨后被輸送至中壓蒸汽入口22并返回中壓部分14，所述蒸汽的壓力比進入高壓部分12的蒸汽壓力降低了，但其溫度與進入高壓部分12的蒸汽溫度近似相等。因此，高壓部分12內(nèi)的運行壓力比中壓部分14內(nèi)的運行壓力更高，以使得高壓部分12內(nèi)的蒸汽傾向于通過可在高壓部分12和中壓部分14之間形成的泄漏通路朝向中壓部分14流動。一條這種泄漏通路可被限定延伸通過鄰近轉(zhuǎn)子軸部分60的軸蒸汽密封填料52。因此，軸蒸汽密封填料52包括多個迷宮式密封件以利于減少沿轉(zhuǎn)子軸部分60從高壓部分12向中壓部分14的泄漏。
在典型實施例中，迷宮式密封件包括縱向間隔一定距離的多排迷宮式密封齒部，所述密封齒部利于密封抵抗可在蒸汽輪機中存在的運行壓力差。刷式密封件還可被用以利于最小化通過被限定在兩個部件之間的間隙而產(chǎn)生的泄漏，例如從較高壓力區(qū)域流向較低壓力區(qū)域的泄漏。刷式密封件提供了比迷宮式密封件更有效的密封，然而，至少一些已公知的蒸汽輪機，所述蒸汽輪機依靠渦輪部分之間和/或渦輪部分和軸承之間的刷式密封組件，還使用至少一個標準迷宮式密封件作為用于刷式密封組件的多余備用密封件。
圖2是可用在蒸汽輪機，例如蒸汽輪機10(如圖1所示)，中的高壓部分填料套殼72和密封組件74的放大示意圖。密封組件74被設(shè)置在高壓部分12和中壓部分14之間的轉(zhuǎn)子軸部分60和填料套殼72之間。密封組件74可包括一個或多個被安裝在填料套殼72中的周向延伸的槽78中的填料環(huán)76。填料環(huán)76包括密封裝置，例如多個軸向間隔一定距離的從填料環(huán)76中延伸出來的迷宮式密封齒部80。填料密封裝置還可包括刷式密封件(未示出)或軸向間隔一定距離的迷宮式密封齒部80和刷式密封件的組合。轉(zhuǎn)子軸部分60包括凸起部分或齒部82，所述凸起部分或齒部82與齒部80配合以將相對大量的障礙物，即齒部80和82，安放到從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域的流體流中，所述高壓區(qū)域和低壓區(qū)域位于密封組件74的相對側(cè)，所述每個障礙物迫使流體沿曲折通路進行流動，由此減少了泄漏流。通過確定在密封組件74的軸向相對側(cè)上的高壓區(qū)域和低壓區(qū)域之間的壓力差，計算通過密封組件74的壓力降的總和。填料環(huán)76可以是彈簧支持的且由此當受到嚴重的轉(zhuǎn)子/密封件干擾時自由地徑向移動。
圖3是可與密封組件74(如圖2所示)一起使用的典型填料環(huán)76的透視圖。當對渦輪機10進行組裝時，迷宮式齒部80和齒部82互相嚙合，以使得在齒部80和齒部82之間限定出相對緊密的空隙。由于存在這種緊密的空隙，在渦輪機10的某些不正常運行狀況中齒部80和82可易于彼此接觸或接觸其它部件。最明顯的是在渦輪機10的啟動或關(guān)閉過程中由溫度所致的套殼16的差異膨脹。這種差異膨脹可導致套殼16產(chǎn)生翹曲，使得套殼16上的一些部分受驅(qū)動與轉(zhuǎn)子軸部分43、44和60相接觸。
圖4是已與轉(zhuǎn)子軸部分60接觸的一個齒部80的放大視圖300。齒部80的遠端302變形成為蘑菇狀，致使齒部80和轉(zhuǎn)子軸部分60之間的空隙擴大。此外，這種幾何形狀可導致齒部80的行為與噴嘴相似且可增大泄漏流超過僅材料損耗所導致的泄漏流。
圖5是典型的實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)400的簡化框圖。如此處所使用的，實時指的是在影響輸出結(jié)果的輸入發(fā)生變化，例如計算機計算，的極短期間后產(chǎn)生輸出結(jié)果。所述期間為在規(guī)律重復的任務的每次重復操作之間的時間量。所述重復的任務被稱為周期性任務。所述時期是實時系統(tǒng)中的設(shè)計參數(shù)，所述系統(tǒng)可基于輸出結(jié)果的重要性和/或系統(tǒng)實施對輸入的處理以產(chǎn)生輸出結(jié)果的能力進行選擇。此外，實時發(fā)生的事件在沒有相當大的有意延遲的情況下發(fā)生。在典型實施例中，計算以一秒的周期被實時更新。渦輪機器，例如蒸汽輪機10(如圖1所示)可包括多個傳感器402，所述傳感器被構(gòu)造以監(jiān)控蒸汽輪機10和連接到蒸汽輪機10上的設(shè)備。表示被檢測到的運行參數(shù)的一個或多個信號404被從傳感器402傳送至現(xiàn)場監(jiān)控器(OSM)406或設(shè)備分配式控制系統(tǒng)(未示出)?，F(xiàn)場監(jiān)控器406可包括計算機408且可被構(gòu)造成通過通信鏈路412與服務器410通信連接的客戶機，所述通信鏈路412，例如，但不限于，通過利用調(diào)制解調(diào)器和電話線的電話連接的互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(例如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)等)連接、或利用調(diào)制解調(diào)器的直接點對點連接、衛(wèi)星連接、利用紅外、串連、并聯(lián)、通用串行總線(USB)、火線(FireWire)/IEEE-1394的直接端口對端口連接。在另一個實施例中，現(xiàn)場監(jiān)控器406可包括用于蒸汽輪機10的控制器單元?，F(xiàn)場監(jiān)控器406多個部分可包括數(shù)據(jù)收集和儲存部分414、異常檢測部分416和遠程通知部分418。
服務器410可包括遠程監(jiān)控和診斷工作站420，所述遠程監(jiān)控和診斷工作站420可被連接到服務器410上作為一體部件，如典型實施例中所示，或可以是服務器410的客戶機。遠程監(jiān)控和診斷工作站420可位于中央操作中心(未示出)中且包括比現(xiàn)場監(jiān)控器406中可得到的分析軟件組更強大的分析軟件組。遠程監(jiān)控和診斷工作站420還可接收從多個現(xiàn)場傳送出來的數(shù)據(jù)，在所述現(xiàn)場處用戶、第三方和/或客戶端渦輪機器可被監(jiān)控。因此通過遠程監(jiān)控和診斷工作站420可得到一列渦輪機器的實時運行數(shù)據(jù)和檔案數(shù)據(jù)。用戶422可具有遠程監(jiān)控和診斷工作站420的可得到的多個部件，例如，但不限于，數(shù)據(jù)檢索和歸檔部件424、數(shù)據(jù)計算部件426、異常檢測部件428、診斷評價部件430和數(shù)據(jù)可視和報告部件432。所述數(shù)據(jù)可視和報告部件432可包括多個用戶界面434以利于分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)檢索和歸檔部件424可被連接到自動數(shù)據(jù)檢索單元436上，所述自動數(shù)據(jù)檢索單元436以可選擇的速度，例如每分鐘，從數(shù)據(jù)檢索和歸檔部件424中采集數(shù)據(jù)樣本并儲存數(shù)據(jù)用于以后的檢索和分析。來自自動數(shù)據(jù)檢索單元436的數(shù)據(jù)可被傳送到渦輪機器數(shù)據(jù)庫438上，所述數(shù)據(jù)可包括來自一列渦輪機器的運行數(shù)據(jù)和用于所述一列渦輪機器的設(shè)計和維修歷史數(shù)據(jù)。全面的數(shù)據(jù)歸檔允許使用本發(fā)明的實施例的算法對歷史數(shù)據(jù)進行分析以利于提高所述算法用于廣泛的各種應用的準確性。數(shù)據(jù)可被確認440并被應用于算法中，所述算法可學習每個被監(jiān)控的渦輪機器的運行特征并確定隨時間的限定了不正常運行狀況的限制性最少的一組運行參數(shù)值，以使得每個渦輪機可受到保護防止產(chǎn)生摩擦，同時保持大部分的運行能力。用戶界面444可被用以控制和修改算法和數(shù)據(jù)歸檔過程。
利用已經(jīng)被傳送至現(xiàn)場監(jiān)控器406的標準和公用運行數(shù)據(jù)，可被實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)400使用以確定可導致產(chǎn)生摩擦的不正常運行狀況的數(shù)據(jù)是可得到的。所述運行數(shù)據(jù)可從先前安裝的傳感器中獲得。在典型實施例中，現(xiàn)場監(jiān)控器406監(jiān)控軸承振動(峰到峰的位移)、溫度、壓力、偏心度、軸向位移、載荷和冷凝器壓力值。通過峰到峰的振動信號和通過監(jiān)控自動事件相關(guān)性，例如如果蒸汽輪機10被允許啟動和/或連續(xù)運行時可導致產(chǎn)生摩擦的狀況，對可導致摩擦狀況的不正常運行狀況進行接近實時地遠程監(jiān)控。
上面討論的運行數(shù)據(jù)可從由傳感器402傳送的與蒸汽輪機10的運行相關(guān)的信號412中獲得。傳感器412包括測量接近蒸汽輪機10的軸承的徑向振動的振動傳感器。所述振動傳感器可包括，但不限于，渦電流探針、加速度計、或振動換能器。當提及低壓軸承振動時，其為對最接近蒸汽輪機10的低壓側(cè)，通常接近出口端，的軸承進行的徑向振動測量。還具有測量轉(zhuǎn)子部分43、44和60的軸向移動的軸向振動傳感器。軸偏心度可由傳感器412進行測量以確定何時慢速滾動和加熱的組合已經(jīng)將轉(zhuǎn)子偏心度降低到渦輪機可安全地加速而沒有來自過度振動或轉(zhuǎn)子到定子上的接觸的損害的程度。偏心度是轉(zhuǎn)子慢速滾動時的轉(zhuǎn)子彎曲的量度，所述轉(zhuǎn)子彎曲可由，但不限于，固定機械彎曲、暫時熱彎曲和重力彎曲中的任一種或組合導致產(chǎn)生。通常情況下，渦電流探針被用以測量軸偏心度。差異膨脹測量與渦輪機殼體或套殼相關(guān)的渦輪機轉(zhuǎn)子膨脹?？衫脺u電流探針或線性電壓差動變壓器(LVDT)對差異膨脹進行測量。其它可進行測量的運行狀況包括殼體金屬溫度和蒸汽入口溫度，其可通過溫度換能器，例如熱電偶進行測量?？赏ㄟ^壓力換能器測量冷凝器壓力?，F(xiàn)場監(jiān)控器406可包括儲存介質(zhì)，所述儲存介質(zhì)通過機器可讀的計算機程序代碼進行編碼用以利用來自傳感器402的輸入檢測可導致在蒸汽輪機10中產(chǎn)生摩擦的不正常運行狀況。計算機程序代碼可包括用于導致計算機實施下面所披露的方法的實施例的指令。
圖6是用戶界面500的典型實施例，其中示出了在實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)400內(nèi)的啟動允許頁面。在所述典型實施例中，蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)400包括算法，所述算法接收來自現(xiàn)場監(jiān)控器406的數(shù)據(jù)、分析用于被監(jiān)控的設(shè)備狀況和其中有可能存在渦輪機摩擦的可能性的，或其中渦輪機摩擦例如通過儲存在數(shù)據(jù)庫420或其它位置中的檔案數(shù)據(jù)的分析在過去已經(jīng)被觀察到的設(shè)備狀況之間的預定關(guān)系的數(shù)據(jù)。被監(jiān)控的設(shè)備狀況通過傳感器412進行檢測，被傳送至現(xiàn)場監(jiān)控器406或分布式控制系統(tǒng)(DCS)，且隨后使得可進入蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)400。
用戶界面500包括被監(jiān)控參數(shù)502的顯示，所述被監(jiān)控的參數(shù)被確定以有助于利于填料密封摩擦的狀況，以使得通過限制被監(jiān)控的參數(shù)避免導致產(chǎn)生填料密封摩擦的狀況，所述對被監(jiān)控參數(shù)的限制有助于使那些狀況至可允許的數(shù)值或數(shù)值范圍504。所述可允許的范圍可基于設(shè)計要求和/或經(jīng)驗性研究被確定且對于一列渦輪機中的不同渦輪機單元可以是唯一的。所述可允許的范圍基于設(shè)備運行歷史還可以是可變化的。例如，對于渦輪機從冷鐵狀況(cold iron condition)的啟動，對渦輪機金屬差異溫度的蒸汽允許溫度可被限于比當渦輪機在跳閘之后短時間再啟動的值更小的值。渦輪機的各種不正常運行狀況可增加填料52、30和32與轉(zhuǎn)子軸部分43、44和60接觸的可能性。
被監(jiān)控的參數(shù)502的顯示包括每個被監(jiān)控的參數(shù)的當前值506。用戶界面500包括允許滿意指示508，所述允許滿意指示508可編成帶有顏色的代碼以為操作者提供對設(shè)備狀況，或具體地，提供對有助于利于密封填料摩擦的狀況的被監(jiān)控的參數(shù)的視覺提示。例如，“滿意”狀況510可被顏色標記為“綠色”，而“不滿意”狀況512可被顏色標記為“紅色”。用戶界面500可包括選擇其它分布式控制系統(tǒng)(DCS)控制屏幕的方式，例如通過圖形軟件按鈕(未示出)進行選擇。
渦輪機的各種不正常運行狀況可引起渦輪機的振動或增加渦輪機中現(xiàn)有振動的幅度和/或相位。這種振動可增加轉(zhuǎn)子軸部分43、44和60分別接觸軸蒸汽密封填料30、32和52的可能性。不正常運行狀況，例如，但不限于，入口蒸汽溫度和渦輪機轉(zhuǎn)子金屬溫度之間的溫差、入口蒸汽溫度和渦輪機套殼金屬溫度之間的溫差、由于彎曲導致的轉(zhuǎn)子偏心度、預定運行范圍之外的蒸汽密封溫度、轉(zhuǎn)子和/或套殼的軸向移動或轉(zhuǎn)子和套殼之間的差異移動以及渦輪機內(nèi)的水的引入，可以是可導致齒部80與軸部分43、44和/或60接觸的渦輪機振動中的變化的來源。
圖7是可被用以操作渦輪機10(如圖1所示)的典型方法600的流程圖。方法600包括確定602渦輪機10的不正常運行狀況，其中所述不正常運行狀況利于連接到轉(zhuǎn)子軸部分43、44和60上的迷宮式密封齒部80和連接到套殼16上的迷宮式密封齒部82之間產(chǎn)生所不希望的接觸，或摩擦。
可導致和/或有助于摩擦的不正常運行狀況是可驅(qū)動轉(zhuǎn)子部件進入套殼部件內(nèi)，例如驅(qū)動齒部80進入齒部82內(nèi)的那些狀況。所述接觸可以是斷續(xù)的，例如通過轉(zhuǎn)子部件的振動運動，或可以是基本上持續(xù)的，例如當轉(zhuǎn)子部件相對于套殼部件進行移動時，例如，當在轉(zhuǎn)子部件和套殼部件之間存在差異膨脹時。這種不正常運行狀況可包括彎曲的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子的縱向軸線不是線性的，或至少部分是弧形的。已經(jīng)被閑置的或已經(jīng)被不經(jīng)意地停止了延長的時期的轉(zhuǎn)子可引發(fā)彎曲或折彎。所述彎曲可通過旋轉(zhuǎn)裝置操作和可能通過高速運行之前的用以阻止內(nèi)部空隙摩擦的輔助加熱進行修正。軸偏心度測量被用以確定何時慢速滾動和加熱的組合已經(jīng)將轉(zhuǎn)子偏心度降低到渦輪機可安全地加速而沒有來自過度振動或轉(zhuǎn)子到定子上的接觸的損害的程度。偏心度是轉(zhuǎn)子慢速滾動時的轉(zhuǎn)子彎曲的量度，所述轉(zhuǎn)子彎曲可由固定機械彎曲、暫時熱彎曲和/或重力彎曲中的任一種或組合導致產(chǎn)生。單元的突然跳閘和旋轉(zhuǎn)裝置接合失效可導致熱/重力彎曲。
此外，殼體膨脹測量被用以監(jiān)控渦輪機殼體或套殼16在啟動、運行和關(guān)閉過程中的熱增長。套殼16在機器的一端被錨固到渦輪機基底上且被允許通過朝向相對端滑動而膨脹或增長。套殼膨脹的膨脹量或增長是當渦輪機被加熱時，其殼體膨脹或增長的多少，在某些情況下達幾英寸，的量度。
在渦輪機的加速運轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)和來自渦輪機金屬部分的處于差異溫度下的蒸汽的引入可導致熱狀況發(fā)生變化，以使得渦輪機的轉(zhuǎn)子和套殼可以不同速度進行膨脹和/或收縮。差異膨脹的測量允許對這些旋轉(zhuǎn)式機器構(gòu)件之間的相對增長或收縮進行評估以利于阻止摩擦的發(fā)生。
加速度變化率的參數(shù)在啟動過程中可被監(jiān)控作為施加到轉(zhuǎn)子上的扭矩的指示。加速度變化率測量傳感器可利用渦輪機速度輸入以得到其輸出。相位，或相位角是振動信號之間的關(guān)系的量度且被用以確定轉(zhuǎn)子平衡狀況中的變化，或轉(zhuǎn)子系統(tǒng)剛硬性的偏差，例如帶有裂紋的軸。
其它可有助于來自渦輪機10的振動反應的不正常運行狀況是相對低的蒸汽密封集管溫度和/或潤滑油溫度、未適當操作的用以從渦輪機中除去冷凝蒸汽的渦輪機排放閥或汽水閥。每種不正常運行狀況可具有一組特定的設(shè)備過程傳感器，所述傳感器可被用以以相對較高的可信度感測與每種不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)。例如，差異膨脹傳感器、入口蒸汽傳感器和渦輪機金屬溫度傳感器可被聯(lián)合使用以指示套殼16可相對于轉(zhuǎn)子部件膨脹的程度?？紤]到齒部80和82之間的空隙，這種差異膨脹的程度可以是不可容忍的。一種測定法可被編入系統(tǒng)400的算法中，所述算法為每個在確定渦輪機10的不正常運行狀況的過程中使用的過程參數(shù)設(shè)定了可允許的運行范圍。所述可允許的運行范圍基于渦輪機10的運行歷史可以是可變的。例如，當渦輪機10從冷鐵狀態(tài)啟動時與當渦輪機10在跳閘后重新啟動時相比，其溫差運行限制可以是不同的。與每種不正常運行狀況相關(guān)的每個參數(shù)被監(jiān)控604且大小變化的幅度和方向可相對于與不正常運行狀況相關(guān)的彼此參數(shù)進行分析，以便識別渦輪機10的不正常運行狀況。這種分析避免了可限制啟動和/或運行柔性的參數(shù)大小的過度保守的可允許范圍。被監(jiān)控的參數(shù)隨后與用于參數(shù)的已確定的可允許范圍相比較。表示渦輪機10正接近非正常運行狀況，其中轉(zhuǎn)子部件可產(chǎn)生摩擦，的被監(jiān)控的參數(shù)可被用以通告報警狀況。在啟動過程中，當被監(jiān)控的參數(shù)處于確定的可允許范圍內(nèi)時，被監(jiān)控的參數(shù)可被用以設(shè)定控制系統(tǒng)的允許。所述允許可控制蒸汽入口閥組，以使得直到達到所有允許時，入口控制閥被阻止允許蒸汽進入渦輪機內(nèi)，或蒸汽流可被限制為對渦輪機10變暖有用的量。當被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)，或在預定可允許的范圍外時，渦輪機10的運行可被阻止606。
所述系統(tǒng)產(chǎn)生的技術(shù)效果包括優(yōu)化渦輪機的啟動以使得可避免產(chǎn)生利于引起和/或加重渦輪機的振動的不正常運行狀況。利用渦輪機設(shè)計數(shù)據(jù)和用于與要避免的不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)的實時過程參數(shù)數(shù)據(jù)的組合，可確定要避免的不正常運行狀況。此外，避免用于振動的修正作用有利于更快地單元啟動和提高生產(chǎn)運行的收益。當渦輪機10處于不正常運行狀況下時，被編程進入處理器的存儲器內(nèi)的算法可隨后被實施以阻止渦輪機10的運行。
盡管結(jié)合用于蒸汽輪機引擎的渦輪機在此處對本發(fā)明進行了描述和示例說明，但是應該理解，本發(fā)明可被用于優(yōu)化任何旋轉(zhuǎn)式機器的啟動。因此，本發(fā)明的實踐不限于蒸汽輪機引擎。
上述實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)提供了一種用于啟動旋轉(zhuǎn)式機器的具有成本效益且可靠的裝置。更具體而言，所述系統(tǒng)實時地監(jiān)控參數(shù)并阻止渦輪機的運行直到可利于轉(zhuǎn)子部件與套殼部件發(fā)生所不希望接觸的不正常運行狀況不再存在。因此，實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)提供了一種具有成本效益的操作旋轉(zhuǎn)式機器的方法。
上面對實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)的典型實施例進行了詳細描述。所示的實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)部件不限于此處所述的具體實施例，而相反地，每個實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)的部件可獨立地和與此處所述的其它部件分開使用。例如，上述實時蒸汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)部件還可與其它控制系統(tǒng)，例如分布式控制系統(tǒng)(DCS)、渦輪機監(jiān)控儀器(TSI)系統(tǒng)、蒸汽輪機控制系統(tǒng)和渦輪機保護系統(tǒng)組合使用。
盡管已經(jīng)根據(jù)各種具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到可通過在技術(shù)方案的精神和范圍內(nèi)的變型實施本發(fā)明。
零件表


權(quán)利要求
1.一種用于操作旋轉(zhuǎn)式機器(10)的方法(600)，包括固定構(gòu)件(16)和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(43、44)，其中可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件至少部分地在固定構(gòu)件內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述方法包括確定(602)利于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和固定構(gòu)件之間產(chǎn)生不希望的接觸的旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況；監(jiān)控(604)與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)；和當被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)時，阻止(606)旋轉(zhuǎn)式機器的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況包括確定引起旋轉(zhuǎn)式機器超過預定閾值的振動或增加旋轉(zhuǎn)式機器振動的猛烈程度的旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況包括確定在旋轉(zhuǎn)式機器啟動過程中的旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況包括確定可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭曲和固定構(gòu)件的扭曲中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)控與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)包括監(jiān)控旋轉(zhuǎn)式機器軸承振動級別、可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件振動相位角、固定構(gòu)件膨脹、固定構(gòu)件和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的差異膨脹、蒸汽入口閥位置、旋轉(zhuǎn)式機器排放閥位置、旋轉(zhuǎn)式機器速度和加速度、可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件推力位置、可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件偏心度中的至少一個，至少一個軸承溫度和至少一個軸承油溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)控與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)包括從設(shè)備分布式控制系統(tǒng)中接收與被監(jiān)控的參數(shù)相關(guān)的信號(404)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括確定旋轉(zhuǎn)式機器的運行歷史以使得能夠基于運行歷史選擇預定范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括限制旋轉(zhuǎn)式機器的輸出以利于將被監(jiān)控的參數(shù)保持在預定范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中阻止旋轉(zhuǎn)式機器的運行包括基本上阻止主蒸汽流進入旋轉(zhuǎn)式機器內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中阻止旋轉(zhuǎn)式機器的運行包括將蒸汽入口閥組信號傳送至旋轉(zhuǎn)式機器控制系統(tǒng)。
全文摘要
提供了一種用于操作旋轉(zhuǎn)式機器(10)的方法(600)。所述旋轉(zhuǎn)式機器包括固定構(gòu)件(16)和可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(43、44)，其中可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被構(gòu)造以至少部分地在固定構(gòu)件內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述方法包括確定(602)利于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和固定構(gòu)件之間產(chǎn)生所不希望的接觸的旋轉(zhuǎn)式機器的不正常運行狀況、監(jiān)控(604)與不正常運行狀況相關(guān)的參數(shù)并且在被監(jiān)控的參數(shù)處于預定范圍內(nèi)時，阻止(606)旋轉(zhuǎn)式機器的運行。
文檔編號G01M99/00GK1724851SQ20051007651
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者D·F·羅伊, G·E·庫珀, S·C·克盧格, D·A·貝克, V·V·巴達米, P·J·埃森佐普夫 申請人:通用電氣公司