CN102562317A - 用于对涡轮机中的转子进行低速低转矩测试的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对涡轮机中的转子进行低速低转矩测试的方法和装置。具体而言，提供了用于执行低转矩低速测试以判断涡轮机的转子是否能自由旋转的方法和装置。一种方法包括自动地施加转矩到转子上，该转矩逐渐增大到预定转矩值。该方法还包括在转矩逐渐增大时监测转子的速度。该方法还包括，在转子的速度变为正之后输出转子能自由旋转的指示，或者在转子的速度保持为零并且施加的转矩达到预定转矩值时输出转子被锁定的指示。

Description

用于对涡轮机中的转子进行低速低转矩测试的方法和装置
技术领域
本文公开的主题的实施例大体上涉及能够自动执行低转矩低速测试以便确定涡轮机的转子是否能自由旋转的方法和装置。
背景技术
涡轮机的冷却过程在涡轮机一停止就开始。该冷却过程不均匀，因为涡轮机的外部通常比其中央(涡轮机的转子位于那里)冷却得更快。因此，转子可变得被锁定而不能自由旋转。该锁定是暂时的，当冷却完成时消除。然而，有时候操作者需要在不等完全冷却的情况下重启涡轮机，这是被称为热重启的情况。
图1中示出了一种常规的涡轮机1。在该涡轮机1中，轴向压缩机10和涡轮机20内的转子由于经由输入齿轮箱30接收的转矩而可旋转。输入齿轮箱30配置为用以从传动齿轮箱40接收转矩，传动齿轮箱40进一步连接至辅助齿轮箱50。辅助齿轮箱50可经由超越离合器70从维护衬垫60或从起动器80接收转矩。
为了确保该转子能自由旋转，从而避免损坏涡轮机1的转子或其他构件，通常，在热重启之前，操作者人工地测试转子是否能自由旋转。为了完成这些，操作者进入涡轮机的封壳(未示出)并通过拆卸维护衬垫60的封盖而获得通到维护衬垫60的通路。然后操作者用测力工具施加转矩到转子上，该转矩具有达到预定转矩值的值。施加的转矩从辅助齿轮箱50经由传动齿轮箱40和输入齿轮箱30传递至涡轮机1的转子。如果转子旋转，则测试被认为是成功的。否则，直到涡轮机1进一步冷却之后才可能进行热重启，以便使转子变得能自由旋转。如果测试成功，操作者将维护衬垫60的封盖重新装配并离开涡轮机的封壳。
这样的人工测试占用相对较长的时间。此外，可能的是，在测试完成之后但在重启涡轮机之前，转子因为冷却持续而变得被锁定。
因此，希望提供避免前述问题与缺点的***和方法。
发明内容
根据一个示例性实施例，一种涡轮机包括转子以及配置为用以被连接至该转子的起动设备。该起动设备包括转矩产生装置和控制器，该转矩产生装置配置为用以产生被传递至转子的转矩，并且控制器连接至该转矩产生装置。该控制器配置为用以自动地：(i)控制转矩产生装置以便输出逐渐增大的转矩，(ii)在转矩逐渐增大时监测转子的速度，以及，(iii)在转子的速度变为正之后输出转子能自由旋转的指示，或者在转子速度保持为零并且转矩达到预定转矩值时输出转子被锁定的指示。
根据另一示例性实施例，一种配置为用以起动涡轮机的起动设备包括转矩产生装置和控制器，该转矩产生装置配置为用以产生被传递至转子的转矩，并且控制器连接至该转矩产生装置。该控制器配置为用以自动地：(i)控制转矩产生装置以便输出逐渐增大的转矩，(ii)在转矩逐渐增大时监测转子的速度，以及，(iii)在转子的速度变为正之后输出转子能自由旋转的指示，或者在转子速度保持为零并且转矩达到预定转矩值时输出转子被锁定的指示。
根据另一示例性实施例，提供了一种执行低转矩测试以判断涡轮机中的转子是否能自由旋转的方法。该方法包括自动地施加逐渐增大的转矩到转子上。该方法还包括在转矩逐渐增大时监测转子的速度。该方法还包括，在转子的速度变为正之后输出转子能自由旋转的指示，或者在转子速度保持为零并且施加的转矩达到预定转矩值时输出转子被锁定的指示。
附图说明
附图被包括到该说明书中并组成该说明书的一部分，其示出了一个或多个实施例，并且与描述一起解释了这些实施例。在附图中：
图1是一种常规涡轮机的示意图；
图2是根据一个示例性实施例的涡轮机的示意图；
图3是根据另一示例性实施例的涡轮机的示意图；
图4是根据另一示例性实施例的在内部具有转子的压缩机-涡轮***的示意图；
图5是根据一个示例性实施例的自动执行低速低转矩测试的方法的流程图；
图6A是根据一个示例性实施例的关于不成功的低速低转矩测试的转矩和转子速度与时间的关系的图表；
图6B是根据一个示例性实施例的关于成功的低速低转矩测试的转矩和转子速度与时间的关系的图表；
图7是根据一个示例性实施例的液压起动***的示意图；
图8是根据一个示例性实施例的使用液压起动器来自动执行低速低转矩测试的方法的流程图；
图9是根据一个示例性实施例的另一液压起动***的示意图；
图10是根据一个示例性实施例的气体或空气膨胀器起动设备的示意图；
图11是根据一个示例性实施例的电起动设备的示意图；以及
图12是根据另一示例性实施例的自动执行低速低转矩测试的方法的流程图。
具体实施方式
示例性实施例的下述描述对附图进行了参考。不同附图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。下述详细描述不限制本发明的实施例。相反，本发明的实施例的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，下述实施例关于包括转子的涡轮机的术语和结构而论述。但是，下面将论述的实施例不限于这些***，而是可应用于需要在热重启之前测试转子是否能自由旋转的其他***。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考意指结合实施例所述的特定特征、结构或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的不同位置出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以任何合适方式结合在一个或多个实施例中。
图2是根据一个示例性实施例的涡轮机100的示意图。在涡轮机100中，位于压缩机110和涡轮机120内的转子可由于经由输入齿轮箱130、传动齿轮箱140和离合器170从起动器180接收的转矩而旋转。本领域技术人员将理解，热重启之前的自动测试可应用于多种涡轮机。
在图3中所示的另一实施例中，在涡轮机200中，压缩机210和涡轮230内的转子可由于经由离合器270从起动器280接收的转矩而旋转。
图4示出了包括压缩机285和涡轮290的***201。转子295可为在压缩机285内具有叶轮和在涡轮290内具有转子叶片的单个部件。布置在单个轴上的叶轮和转子叶片同时旋转，从而允许通过燃烧涡轮机290内的燃料空气混合物产生的能量被用来增大压缩机285内的流体流压力。
起动器180和280配置为用以通过一系列操作(其组成低速低转矩测试)来分别控制涡轮机100和200。基于该低速低转矩测试，判断涡轮机的转子是否能自由旋转。如果低速低转矩测试表明转子能***，则可开始热重启。
图5示出了根据一个示例性实施例来自动执行低速低转矩测试的方法300的流程图。连接在涡轮机中的起动设备(像起动器180或起动器280)可包括转矩产生装置和控制器。控制器配置为用以使转矩产生装置输出被传递至转子的转矩。但是，该控制器可放置在起动设备外(即，转矩产生装置和控制器可为位于不同位置的单独的装置)。在步骤S310中，转矩产生装置被促动以输出转矩到转子上。
在S320中，控制器控制转矩产生装置以便输出被传递至转子的增大的转矩。转矩的值逐渐增大到预定转矩值τlimit。该预定转矩值τlimit为显著小于正常操作期间出现的转矩的值。当具有低于τlimit的值的转矩被传递至转子时，转子以较低的速度旋转，该速度显著小于正常操作速度。因此，与正常操作相比，该测试以低转矩和低速而执行。因此，如果转子被锁定，该测试使转子以及围绕或联接至转子的构件经受的应力小于试图在正常操作范围内操作转子失败的情况下出现的应力的量。
转矩的增大可为逐步式的或者处于预定的转矩增加率。在液压起动器中，转矩增大可由于油压升高而发生。油压开始升高的时刻以及转矩开始增大的时刻之间可存在延迟。油压可逐步升高或以恒定速率升高，并且可引起转矩非均匀但逐步的增大。如果转矩增大是以逐步式方式操作该***的结果，则S320之后的步骤S330和S350可在一个步骤的油压升高之后执行或者对于预定数量步骤的油压升高执行一次。无论转矩增大得均匀或不均匀，S320、S330和S350可作为循环序列命令依次执行。或者，S320、S330和S350可并行执行(未示出)，并且随后在S330或S350处得到的“是”将终止转矩增大。
在S330中，将转矩与预定转矩值τlimit比较。如果转矩超出τlimit(S330处的分支“是”)，测试的结果是转子被锁定而不能在不损坏涡轮机的情况下旋转。转矩产生装置随后在S340处停止，并且控制器输出转子被锁定的指示。
如果转矩未超出τlimit(S330处的分支“否”)，将从例如位于转子附近的传感器得到的转子转速与“零”速度值相比较。该“零”速度值可将速度测量的精度考虑在内以防止假阳性。防止假阳性结果的另一方法是使速度在预定间隔内继续增大或增大至预定速度值。
如果转子的转速为正(S350处的分支“是”)，则测试的结果为该转子能***。转矩产生装置随后在S360处停止，并且控制器输出转子自由的指示，因而，该机器准备好热重启。
S340和S360处的指示输出可为触发后续操作的信号、操作者可见的信息等等。在输出其中一个指示之后，控制器控制转矩产生装置以便停止输出转矩。但是，当指示为转子自由时，控制器可随后控制转矩产生装置以输出用于涡轮机的正常操作或热重启的转矩。
如果转子的转速不为正(S350处的分支“否”)，随后为S320，即，施加至转子的转矩增大。
图6A和图6B是分别示出不成功和成功的低速低转矩测试的转矩和转子速度(以任意单位)与时间的关系的图。
在图6A中，确定转子被锁定而不能旋转。线370表示转子速度，其在整个低速低转矩测试中(即，直到t1)保持为零(尽管由线375表示的持续增大的转矩)。一旦转矩达到τlimit，测试终止而显示该测试不成功，并且因此不可能进行热重启。
在图6B中，确定转子能自由旋转。线375表示持续增大的转矩。转子速度(线380)在t1时变为正。在转子速度(线380)变为正后，转矩的增大可持续预定时间或者直到转子速度达到预定速度值，以便避免测试的假阳性结果。如果转子速度在该预定时间期间保持为正或者达到预定速度值，即使转矩在t2时小于τlimit，转矩的增大也在t2时终止。在低转矩低速测试之后，在转子完全停止之前，可在t3时开始热重启。控制器可自动控制转矩产生装置以便在预定时间间隔t3-t2之后逐渐增大转矩值以用于正常操作，或者，操作者可在接收到低转矩低速测试已成功的指示后发布正常操作命令。
在低转矩低速测试结束时，施加至转子的转矩可以预定速率减小。在图6B中，t2(低转矩低速测试结束时)和t3(使施加的转矩朝正常操作值逐渐增大的开始)之间的转矩值显示为零，但是本领域普通技术人员应当理解，该零值并非限制，在t2和t3之间可存在较小的非零值，或者转矩的逐渐减小。
在成功的低转矩低速测试之后，在转子停止前重启涡轮机以用于正常操作具有的优点在于，避免在测试和重启之间将转子锁定。
在热重启期间施加的转矩(图6B中t3之后的线385)以显著高于测试期间(线375)的速率增大，一直增大到显著大于τlimit的转矩值。热重启期间的转子速度(图6B中的线390)比测试期间增大得显著更快，一直增大到显著更高的速度值。
执行类似于图5中所示的方法的起动器180和280(即，转矩产生装置)可包括液压起动***、膨胀器起动***(带有压缩气体或空气)或电起动***。
图7中示出了根据一个示例性实施例的液压起动***400。通过液压起动***400输出的转矩的转矩值取决于油管线405中的油的压力。控制器410配置为用以接收关于转子的速度(V转子)和油管线405中的油的压力的信息。
沿着油管线405，由电动马达430驱动的液压泵420位于供油407和回油409之间。由液压泵420泵送的油的量和压力取决于泵冲程促动器440的状态以及开口阻尼阀450的区域中的固定流量(即，增加液压泵420的流量导致管线中的压力增大)。控制器410配置为用以控制泵冲程促动器440和开口阻尼阀450以便自动执行低转矩低速测试。
在液压泵420的下游，位于朝向放油孔425的导引管423上的阻尼阀450可在液压起动***400停止时打开。压力传感器460(PT)测量输入至液压起动器470的油的压力，液压起动器470可连接至离合器480。离合器480可分别对应于图2和3中的离合器170或270。离开液压起动器470的油朝回油409输送。
图8示出了使用液压起动***(例如图7的液压起动***400)来自动执行低速低转矩测试的方法500的流程图。该方法500可由硬件、软件或其组合实施。
在步骤S510中，评估是否需要旋转检查(即，执行低速低转矩测试)。例如，当意图进行热重启时，执行测试是必需的。操作者还可在正常启动序列之前(例如在安装涡轮机之后不久)发布用于执行低速低转矩测试的命令。如果测试被认为是非必需的(S510处的分支“否”)，则可在S520处开始正常的启动序列。
如果测试被认为是必需的(S510处的分支“是”)，在S530中，泵用马达(例如图7中的430)开启，阻尼阀(例如图7中的450)打开，并且，在预定的延迟DLY1之后，通过使冲程促动器(例如图7中的440)以冲程增加率SART1逐渐增加到第一冲程值SASP1来增大油压(例如由图7中的传感器460测量)。例如，预定延迟DLY1可为17秒，第一冲程值SASP1可为15％，冲程增加率SART1可为0.625％/秒。这些与其他的冲程相关的值表示最大冲程值的百分比。本领域普通技术人员应当理解，在描述图8中的流程图时引用的这些值和其他值取决于液压起动***的构件的特征，并且不意图限制在液压起动器中应用低速低转矩测试的范围。
在S540中，对转子速度AC(例如由位于转子附近的传感器所测量)是否大于预定速度值ACSP达预定时间DLY2执行评估。例如，预定速度值ACSP可为120rpm，并且DLY2可为10秒。当转子速度大于ACSP达DLY2时，低转矩低速测试成功。
如果S540处的评估的结果为肯定的(即，S540的分支“是”)，则测试成功。随后，在S550中，通过使冲程促动器以速率SART2逐渐降至SAP2来降低压力，并且在延迟DLY4之后，关闭阻尼阀。例如，SAP2可为0％，并且SART2可为15％/秒，且DLY4可为1秒。在S550之后的S560中，起动***信号指示测试成功，并且可随后在S570处进行热重启。
如果S540处的评估的结果为否定的(即，S540的分支“否”)，在S580中，对油压(例如图7中由传感器460测得)是否大于参考压力值PTS1达时段DLY3执行评估。例如，PTS1可为表压90bar(对应于91.013bar的绝对压力)，并且DLY3可为10秒。油压大于参考压力值PTS1达时段DLY3表明经由超越离合器(例如图7中的480)施加的转矩已达到限定值。
如果S580处的评估的结果为肯定的(即，S580的分支“是”)，则低转矩低速测试失败。随后，在S590中，降冲程促动器以速率SART2逐渐降至SAP2，从而造成压力下降，并且，在延迟DLY5之后，关闭泵用马达。例如，DLY5可为15秒。在S590之后的S600中，起动***指示测试失败。
如果S580的评估的结果为否定的(即，S580的分支“否”)，在S610中，将油压与预定压力值PTSP2进行比较。例如，PTSP2可为表压10bar(对应于11.013bar的绝对压力)。如果油压大于PTSP2(即，S610的分支“是”)，在S620中，降冲程促动器的渐增率设置为SART3。如果油压不大于PTSP2(即，S610的分支“否”)，在S630中，降冲程促动器的渐增率设置为SART4。因此，冲程促动器的速率由油压确定。当油压低于PTSP2时，促动器速率为SART4，否则促动器速率为SART3以避免突然的油压波动。例如，SART3可为0.0625％，并且SART4可为0.625％。
在S620或S630之后的S640中，观测到延迟DLY6以便允许油压稳定，并且随后，通过用一个步骤的值SASP3渐增冲程促动器设定点速率来增大压力。例如，SASP3可为1.25％，并且DLY可为5秒。
随后，在S650中，执行关于冲程促动器位置是否在设定点的评估。如果冲程促动器在设定点(即，S650的分支“是”)，则在S660中降冲程促动器保持在当前位置，并且然后，再次执行S540。
如果冲程促动器位置仍然低于设定点(即，S650的分支“否”)，则在S670中将油压与PTSP1进行比较。如果该比较表明油压大于PTSP1(即，S670的分支“是”)，则执行S660。如果该比较表明油压不大于PTSP1(即，S670的分支“否”)，则在S680中使冲程促动器朝设定点渐增，并且再次执行S650。
图9示出了液压起动***490的备选实施例，其包括控制器410，由于位于朝向放油孔的管路上的节流阀495，控制器410在控制油压时具有可选的杠杆作用。通过液压泵420泵送的油的量取决于泵冲程促动器440的状态以及节流阀495的可变流通面积(即，设定固定的液压泵420流量和减小阀495的流通面积造成油压增大)。
根据另一实施例，还可使用如图10中所示的膨胀器起动设备700来执行自动低速低转矩测试。在膨胀器起动设备700中，压力控制阀710、压力传感器720和膨胀器起动器730设置在介于压缩空气供给735和通风口737之间的管路732上。膨胀器起动器730给离合器740(其可对应于超越离合器180和280)提供转矩。转矩值由到达膨胀器起动器730的压缩空气的流量和/或压力确定。控制器750配置为用以接收关于转子的速度(V转于)的信息以及从压力传感器720接收到达膨胀器起动器730的压缩空气的压力的信息。控制器750还配置为用以控制压力阀710以便执行低速低转矩测试(例如图5中的300)。
根据另一实施例，可使用如图11中所示的电起动设备来执行自动低速低转矩测试。在该电起动设备800中，控制器840(其接收关于转子的速度(V转于)的信息)可控制电源810(其向电起动器820供电)。电起动器820经由离合器830(其可分别对应于图2和图3中的离合器180或280)产生待提供至转子的转矩，以便执行低速低转矩测试(例如图5中的300)。
图12是根据另一示例性实施例的自动执行低速低转矩测试的方法900的流程图。该方法900包括，在S910中，自动施加转矩到转子上，该转矩逐渐增大至预定转矩值。此外，该方法包括，在S920中，当转矩逐渐增大时，监测转子的速度。然后，该方法900包括，在S930中，在转子的速度变为正之后输出转子能自由旋转的指示，或者在转子的速度保持为零并且施加的转矩已达到预定转矩值时输出转子被锁定的指示。
这些实施例中的一些具有下述优点，即，缩短用以判断涡轮机的转子是否能自由旋转所需的时间。自动执行低转矩低速测试降低与转子被锁定的情况下尝试热重启相关的损坏的风险。
所公开的示例性实施例提供了用于自动执行低转矩低速测试来判断涡轮机的转子是否能自由旋转的***、装置和方法。应当理解，该描述不意图限制本发明的实施例。相反，这些示例性实施例意图覆盖被包括在如所附权利要求所限定的本发明的实施例的精神和范围中的备选方案、变型和等同物。此外，在对示例性实施例的详细描述中，阐述了许多特定细节以便提供对要求保护的发明的全面理解。但是，本领域技术人员应当理解，很多实施例可不带有这样的特定细节而实施。
尽管以特定组合在实施例中描述了示例性实施例的特征和元件，但是，各特征或元件可不带有实施例的其它特征和元件而单独使用，或者以带有或不带有本文所公开的其它特征和元件的不同组合单独使用。
该书面描述用所公开主题的示例来使本领域技术人员能实施该主题，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何包括在内的方法。该主题的可取得专利的范围由所附权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种涡轮机，包括：
转子；和
起动设备，所述起动设备配置为用以被连接至所述转子，并且包括：
转矩产生装置，所述转矩产生装置配置为用以产生被传递至所述转子的转矩；以及
控制器，所述控制器连接至所述转矩产生装置并配置为用以自动地：(i)控制所述转矩产生装置以输出逐渐增大的转矩，(ii)在所述转矩逐渐增大时监测所述转子的速度，以及，(iii)在所述转子的速度变为正之后输出所述转子能自由旋转的指示，或者在所述转子的速度保持为零并且所述转矩达到预定转矩值时输出所述转子被锁定的指示。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述起动设备配置为用以在输出所述转子能自由旋转的所述指示之后重启所述涡轮机。
3.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述控制器配置为，在输出所述转子能自由旋转的所述指示之前，当所述转子的速度为正时在预定时间内控制所述转矩产生装置以便持续施加转矩。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮机还包括：
旋转传动组件，所述旋转传动组件连接在所述转矩产生装置与所述转子之间，并且配置为用以将所述转矩从所述转矩产生装置传递至所述转子。
5.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述起动设备为液压装置。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述转矩产生装置为膨胀器。
7.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述起动设备为电气装置。
8.一种配置为用以起动涡轮机的起动设备，所述起动设备包括：
转矩产生装置，所述转矩产生装置配置为用以产生被传递至所述涡轮机的转子的转矩；以及
控制器，所述控制器连接至所述转矩产生装置并配置为用以：(i)控制所述转矩产生装置以便输出逐渐增大的转矩，(ii)在所述转矩逐渐增大时监测所述转子的速度；以及，(iii)在所述转子的速度变为正之后输出所述转子能自由旋转的指示，或者在所述转子的速度保持为零并且所述转矩达到预定转矩值时输出所述转子被锁定的指示。
9.一种执行低转矩测试以判断涡轮机中的转子是否能自由旋转的方法，所述方法包括：
自动地施加逐渐增大的转矩到所述转子上；
在所述转矩逐渐增大时监测所述转子的速度；以及
在所述转子的速度变为正之后输出所述转子能自由旋转的指示，或者在所述转子的速度保持为零并且所述施加的转矩达到预定转矩值时输出所述转子被锁定的指示。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在输出所述转子能自由旋转的指示之后起动所述涡轮机的正常操作/热重启，其中，所述起动所述正常操作/热重启发生在所述转子的速度变为零之前。
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