CN109642469A - 用于阀和致动器监测***的导引状况评定模块 - Google Patents

用于阀和致动器监测***的导引状况评定模块 Download PDF

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Abstract

本申请和产生的专利进一步提供了一种由数据采集***(710)来评估涡轮机(100)中的阀杆泄漏和导引件变形的方法。该方法可以包括以下步骤：从数个传感器(380)接收数个运行参数；基于所述运行参数生成摩擦滞后曲线；基于所述摩擦滞后曲线来确定摩擦特性；将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较；以及如果所述摩擦特性在增加和/或超过预定值，则改变所述运行参数中的一个或多个运行参数和/或启动修理程序。

Description

用于阀和致动器监测***的导引状况评定模块
技术领域
本申请和所得专利总体上涉及用于蒸汽涡轮机和其他类型的涡轮机械的监测和控制***，并且更具体地涉及一种用于蒸汽涡轮机等的提供连续的部件和***状态信息、警告和校正的阀和致动器监测***。
背景技术
蒸汽涡轮机将加压蒸汽的动能或热能转换成有用的机械功。一般而言，蒸汽在蒸汽发生器或锅炉中产生，穿过控制阀和停止阀进入这些部段，并驱动转子组件。然后，转子组件进而可以驱动发电机以产生电能等。控制阀和停止阀通过控制蒸汽到这些部段中的流动来控制蒸汽涡轮机的操作。控制阀通常在正常操作水平期间控制或调节进入这些部段的蒸汽的体积流量和/或压力。停止阀典型地是安全阀。停止阀典型地在正常操作期间保持打开并且当需要立即关机时关闭。在一些应用中，控制阀和停止阀可以整合到单个单元中。
由于市场需求，可能需要蒸汽涡轮机以增加的循环和更长的检查间隔来运行。为了获得关于诸如控制阀和停止阀等蒸汽涡轮机部件的状况的重要信息，可以使用状况监测***。然而，这种监测***的范围可能受到限制，因为某些类型的部件磨损或损坏可能仅在***关机期间经由视觉检查才会显现。这种停机成本和时间可能很显著。
发明内容
本申请提供了由数据采集***来评估涡轮机中的阀杆泄漏和导引件变形的方法。该方法可以包括：从数个传感器接收数个运行参数；基于所述运行参数生成摩擦滞后曲线；基于所述摩擦滞后曲线来确定摩擦特性；将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较；以及如果所述摩擦特性在增加和/或超过预定值，则改变所述运行参数中的一个或多个运行参数和/或启动修理程序。
本申请和产生的专利进一步提供了涡轮机***。该涡轮机***可以包括：数个阀；数个传感器，该数个传感器能够接收涡轮机和阀运行参数；以及数据采集***，该数据采集***包括与所述传感器通信的处理器。所述数据采集***可操作用于执行以下操作：从所述传感器处接收所述涡轮机和阀运行参数；基于所述涡轮机和阀运行参数生成摩擦滞后曲线；基于所述摩擦滞后曲线来确定摩擦特性；将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较；以及如果所述摩擦特性在增加和/或超过预定值，则提供警告。
在结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述之后，本发明和所得专利的这些和其他特征以及改进对于本领域普通技术人员而言将变得明显。
附图说明
图1是如本文中描述的蒸汽涡轮机***的示意图。
图2是可以与图1的蒸汽涡轮机***一起使用的组合停止阀和控制阀的部分透视图。
图3是图2的组合停止阀和控制阀的部分截面视图。
图4是用于与图2的组合停止阀和控制阀一起使用的分布式控制***的示意图。
图5是如本文中描述的阀和致动器监测***(“VAMS”)的示意图。
图6是用于与图5的VAMS一起使用的高级启动计数器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图7是用于与图5的VAMS一起使用的高级节流时间计数器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图8是用于与图5的VAMS一起使用的导引状况评定模块中的示例性方法步骤的流程图。
图9是用于与图5的VAMS一起使用的阀冲程和阀杆道程计数器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图10是用于与图5的VAMS一起使用的密封度测试评估模块中的示例性方法步骤的流程图。
图11是用于与图5的VAMS一起使用的高级密封度测试评估模块中的示例性方法步骤的流程图。
图12是用于与图5的VAMS一起使用的阀杆振动评估模块中的示例性方法步骤的流程图。
图13是用于与图5的VAMS一起使用的隔热品质指示器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图14是用于与图5的VAMS一起使用的固体颗粒侵蚀指示器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图15是用于与图5的VAMS一起使用的结垢指示器模块中的示例性方法步骤的流程图。
图16是用于与图5的VAMS一起使用的柔***计数器模块中的示例性方法步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中贯穿若干视图，相同的附图标记指代相同的元件，图1是如本文中描述的蒸汽涡轮机***100的示意图。一般而言，蒸汽涡轮机***100可以包括高压部段110、中压部段120和低压部段130。高压部段110、中压部段120和低压部段130可以定位在转子轴140上并且可以驱动所述转子轴。转子轴140还可以驱动发电机150以用于产生电功率或用于其他类型的有用功。蒸汽涡轮机***100可以具有任何合适的大小、形状、配置或容量。
锅炉160等可以产生蒸汽流170。锅炉160和蒸汽流170可以经由高压管线180与高压部段110连通。蒸汽170可以驱动高压部段110并经由冷端再热管线190离开高压部段110。冷端再热管线190可以与再热器200(即，锅炉160或其一部分)连通。再热器200可以对蒸汽流170进行再加热。再热器200和蒸汽流170可以经由中压管线210与中压部段120连通。蒸汽流170可以驱动中压部段120并且可以经由低压管线220离开中压部段120。然后，蒸汽流170可以驱动低压部段130并且可以经由冷凝器管线230离开到冷凝器240。然后，现在冷凝的蒸汽流170可以返回到锅炉160或引导到其他地方。本文中可以使用其他类型的循环和其他类型的部件。
蒸汽涡轮机***100可以包括多个蒸汽阀260。蒸汽阀260可以包括停止阀270和控制阀280。具体地，高压停止阀和控制阀290可以定位在高压管线180上，而中压停止和控制阀300可以定位在中压管线210上。本文中可以使用其他类型的阀和其他位置。如图2和图3所示，停止和控制阀290、300可以包括定位在共用壳体310内的停止阀270和控制阀280。壳体310可以包括一个或多个隔热层315。停止阀270可以包括停止阀关闭构件320。停止阀关闭构件320可以由停止阀阀杆330来驱动。停止阀阀杆330可以进而由停止阀致动器340来驱动。类似地，控制阀280可以包括控制阀关闭构件350、控制阀阀杆360和控制阀致动器370。本文中描述的蒸汽阀260仅用于示例的目的。本文中可以使用任何合适大小、形状或配置的许多其他类型的蒸汽阀270及其部件。
蒸汽涡轮机***100可以包括多个传感器380。传感器380可以采用常规设计，并且可以收集关于任何类型的运行参数等的数据。仅作为示例，传感器380可以包括速度传感器390。速度传感器390可以定位在转子轴140附近，以便确定所述转子轴的速度和加速度。传感器380可以包括多个金属温度传感器，诸如高压部段金属温度传感器400和中压部段金属温度传感器410。金属温度传感器400、410可以定位在高压部段110和中压部段120中的转子轴140附近。传感器380还可以包括多个蒸汽温度传感器。蒸汽温度传感器可以包括定位在高压部段110附近的高压部段入口温度传感器420和高压部段出口温度传感器430、以及定位在中压部段120附近的中压部段入口温度传感器440。蒸汽温度传感器还可以包括定位在高压停止和控制阀290附近的高压阀温度传感器450、以及定位在中压停止和控制阀300附近的中压阀温度传感器460。传感器380可以包括多个蒸汽压力传感器。蒸汽压力传感器可以包括定位在高压部段110附近的高压部段排气压力传感器470、定位在高压停止和控制阀290下游的高压阀压力传感器480、以及定位在中压停止和控制阀300下游的中压阀压力传感器490。传感器380还可以包括多个质量流量传感器。质量流率传感器可以包括定位在高压停止和控制阀290附近的高压阀流率传感器500、以及定位在中压停止和控制阀300附近的中压阀流率传感器510。
停止和控制阀290、300本身也可以包括多个传感器。这些阀可以包括内壁处的停止阀内壳体温度传感器520、外壁处的停止阀外壳体温度传感器530、内壁处的控制阀内壳体温度传感器540、以及外壁处的控制阀外壳体温度传感器550。停止阀270可以具有入口压力传感器5600。中间压力传感器575可以位于停止阀270与控制阀280之间。控制阀阀杆360可以包括振动传感器580，而致动器340、370可以具有位于其中的轴上的位置传感器590、以及液压压力阀595。本文中描述的传感器380仅用于示例的目的。本文中还可以使用许多其他和不同类型的传感器。
图4示出了现有阀控制***600的示例。阀控制***600可以与上述蒸汽阀260中的任何蒸汽阀等一起使用。如上所示，蒸汽阀260可以经由致动器610进行操作。致动器610可以采用常规设计。具体地，蒸汽阀260可以经由电液转换器620来控制。电液转换器620可以包括转换阀630和阀控制器640。电液转换器620将电控制信号转换为用于致动器610的相应液压压力。电液转换器620可以采用常规设计。阀控制器640可以与安装调试工具650进行通信。安装调试工具650可以是常规微处理器等。安装调试工具650可以用于阀设置以及用于周期性测量。安装调试工具650可以根据请求连接至电液转换器620。任何数量的蒸汽阀260都可以经由与分布式控制***670通信的涡轮调速器660来控制。当前的阀控制***600不提供在线监测或集成到现有监测***中。来自各种传感器380的输入可以根据需要与涡轮机调速器660和/或分布式控制***670进行通信。本文中可以使用其他部件和其他配置。
图5示出了如本文中描述的阀和致动器监测***700(下文中称为“VAMS 700”)的示例。VAMS 700基于连续监测来评定蒸汽阀260的状况。VAMS 700可以提供对蒸汽阀260的实时监测，以用于状况评定、预测性维护、校正、订购备件等。VAMS 700可以包括数据采集***710。数据采集***710的元件可以用于采集蒸汽阀260的操作数据并控制其操作，并且采集蒸汽涡轮机和蒸汽设施的操作数据。
数据采集***710可以包括历史机720。历史机720可以是软件，并且可以或可以不包括数据库功能。历史机720经由计算器与编程逻辑接口连接，并以其中可用的数据运行。历史机720可以存储从传感器380等接收的数据以及经处理的数据。历史机720可能能够记录非标量数据以及标量数据。(阀控制器640等可以为具有采用非标量格式的数据输出的事件提供高速记录。)本文中可以使用其他类型的数据库和平台。数据采集***710可以导入由软件、硬件、固件或其任何组合实施的编程逻辑。历史机720可以进行级联，使得一个历史机720可以在服务器上运行并从多个VAMS 700收集数据。同样地，可以使用多个数据采集***710，使得可以在这些不同***中的一者或多者上执行本文中描述的不同特征。
数据采集***710还可以包括处理器730。处理器730可以提供数据过滤和处理。处理器730可以利用操作***来执行程序逻辑，并且在这样做时，还可以利用在历史机720上找到的所测量数据。处理器730可以包括用于计算的计算器。计算器可以是可自由编程的计算引擎，并且可以针对历史机720来编写。程序语言可以包括Python、C/C++等。数据采集***710接收可用数据并进行关于其评定的计算。
用户可以经由图形用户界面740与数据采集***710对接。图形用户界面740可以包括显示器、键盘、小键盘、鼠标、控制面板、触摸屏显示器、麦克风等，以促进用户交互。具体地，图形用户界面740可以支持工作站750，其中，数据采集***710可以提供趋势、警报、事件等。由数据采集***710输出的数据可以经由图形用户界面740对客户可用。图形用户界面740可以与历史机720和处理器730进行通信。因此，将可以容易地访问诸如测量结果、经处理数据等所有可用数据。数据采集***710可以经由一个或多个数据总线760与阀260和传感器380以及本文中的其他部件进行通信。VAMS 700可以在无人看管的情况下进行运行，而无需用户交互。本文中可以使用其他部件和其他配置。
数据采集***710可以本地定位在蒸汽涡轮机***100处和/或远程定位在客户的位置处。多个数据采集***710可以与客户端采集***745进行通信。客户端采集***745可以具有类似的配置和部件。此外，客户站点处的客户端采集***745处的历史机720可以跨多个蒸汽阀260收集数据。数据采集***710和/或客户端采集***745还可以与中央数据中心770进行通信。中央数据中心770可以经由虚拟专用网络或互联网780、经由传输工具765、安全文件传送等中的数据集与数据采集***710和/或客户端采集***745进行通信。可以在中央数据中心770处执行进一步处理。本文中可以使用其他部件和其他配置。
参考了根据示例实施例的***、方法、设备和计算机程序产品的框图。将理解，框图的至少一些框以及框图中的框的组合可以至少部分地由计算机程序指令来实施。如上所述，这些计算机程序指令可以加载到通用计算机、专用计算机、基于专用硬件的计算机或其他类型的可编程数据处理设备上，以生产机器，从而使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令创建用于实施以下讨论的框图的至少一些框或框图中的框的组合的功能的手段。
还可以将这些计算机程序指令存储在非暂态计算机可读存储器之中，其可以指引计算机或其他可编程数据处理设备来以特定方式运行，从而使得存储在计算机可读存储器之中的指令产生包括实施在一个或多个框之中指定的功能的指令装置的制品。还可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行，以产生计算机实施的过程，从而使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施在一个或多个框中指定的功能的步骤。
可以通过在计算机的操作***上运行的应用程序来实施本文中描述的***的一个或多个部件以及方法的一个或多个元件。它们还可以与其他计算机***配置一起实践，包括手持装置、多处理器***、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。作为本文中描述的***和方法的部件的应用程序可以包括实施某些抽象数据类型并执行某些任务或动作的例程、程序、部件、数据结构等。在分布式计算环境中，应用程序(全部或部分)可以位于本地存储器中或其他存储装置中。另外地或可替代地，应用程序(全部或部分)可以位于远程存储器中或存储装置中，以允许由通过通信网络链接的远程处理装置来执行任务的情况。
因此，VAMS 700可以提供对各种阀和致动器的实时监测。具体地，VAMS 700因此可以提供实时状态信息、消息、警告和寿命消耗信息，以便通过将实际数据与设计数据进行比较来提供确定和预测。以下模块描述了可以在本文中使用的不同类型的检查和监测的技术和方法。本文中可以单独地或与许多其他和不同的模块和方法一起使用。
图6示出了用于在如本文中描述的高级启动计数器模块(Advanced Start-upCounter Module)800中使用的示例方法步骤的流程图。常规的蒸汽涡轮机通常对冷启动、暖启动和热启动的次数进行计数。高级启动计数器模块800收集更多和更强大的信息，以便提供关于低周疲劳损坏的估计。具体地，高级启动计数器模块800对启动次数进行计数，并向每次启动分配关于关机时段、关闭温度下降、启动时间等的信息。高级启动计数器模块800创建启动列表和进一步信息，并且然后确定可能的疲劳损坏程度的严重性指标。
举例而言，VAMS 700从多个传感器380收集运行涡轮机和阀的参数，并确定多种运行状况。具体地，在步骤810处，VAMS 700确定从上次关闭到当前启动的静置时间。关闭状态和启动状态可以通过经由位置传感器590的停止阀270的位置或者根据涡轮机控制器或来自任何其他来源的信号来确定。本文中可以永久地监测阀和致动器。在步骤820处，VAMS700可以确定关闭温度下降，即，在关闭时段期间的温度降低。可替代地或另外地，可以确定在关闭时段期间的温度瞬变。在步骤830处，VAMS 700可以判定启动是“冷启动”、“暖启动”还是“热启动”和/或VAMS 700可以经由金属温度传感器400、410之一来确定阀壳体温度。可以显示启动的次数和性质并将其提供给操作者。还可以从来自涡轮机控制器的信号中读取启动类型(例如，冷启动、暖启动或热启动)。
在步骤840处，VAMS 700可以确定达到蒸汽涡轮机的X％负载的时间。X％负载可以被设置为负载的10％、负载的20％、…、负载的100％或其间的任何百分比。在步骤860处，VAMS 700可以相对于静置时间绘制并显示达到X％负载的时间。所述图表可以总体上示出特定阀或涡轮机的寿命期间的所有启动。还可以使用设计数据以便将设计时间与实际时间进行比较。
在步骤870处，VAMS 700可以确定实际数据与设计数据相比的多个比率。这可以包括设计启动时间与达到X％负载的时间的时间比、启动温度瞬变与设计温度瞬变的启动温度比、以及关闭温度下降或瞬变与设计温度下降或瞬变的关闭温度比。在步骤880处，VAMS700可以基于时间比、启动温度比和/或关闭温度比的平均值来确定严重性因子，和/或基于这些比的最大值来确定严重性因子。可替代地，可以由VAMS 700来确定基于自涡轮机操作开始或自上次阀检查或自任何其他时间点以来所有启动的所有时间比的平均值的严重性因子。以相同的方式，可以确定基于所有启动的所有启动温度比的平均值的严重性因子、以及基于所有关闭的所有关闭温度比的平均值的严重性因子。
严重性因子还可以用于确定因子化的启动总和。因子化的启动总和可以是所有启动的特性严重性因子的总和，而不是对x冷启动、y暖启动和z热启动进行计数。特性严重性因子可以是表征一次特定启动的严重性的值。这可以通过构建时间比、启动温度比与关闭温度比的乘积或者通过构建这些比率的乘积来确定，由此，利用加权因子来对这些比率中每个比率进行加权。代替针对启动次数的这三个值x、y、z，因子化的启动总和可以是作为对由感兴趣的时间段内的所有启动和关闭引起的疲劳损坏的更好指标的一个值。
在步骤885处，VAMS 700可以判定这些严重性因子中的任何一个是否大于1.0。若是，则VAMS 700可以在步骤890处发出疲劳警告。这种疲劳警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括改变运行参数或运行状况中的一者或多者和/或启动修理程序和/或启动阀零件的更换。这些运行参数可以包括时间、温度等。如果所有严重性因子都小于1.0，则VAMS700可以在步骤895处指示正常操作。在任何事件中，当前疲劳状态将被显示给操作者并对操作者可用。
越短的实际启动时间可能意味着越高的严重性。同样，越高的实际温度瞬变可能意味着越高的严重性。因此，高级启动计数器模块800为操作者提供启动历史的详细概览，并以简单的方式指示可能的低周疲劳损坏。可以针对每次启动更新此信息。因此，与已知计数器相比，高级启动计数器模块800可以提供对可能的疲劳损坏的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。因此，何时应该执行阀检查，高级启动计数器模块800可以例如通过在两次检查之间限定因子化的启动总和的上限来支持何时应该执行阀检查的决策。
图7示出了如本文中描述的高级节流时间计数器模块(Advanced ThrottlingTime Counter Module)900中的示例方法步骤。高级节流时间计数器模块900指示给定的阀是否正在重节流状况下运行。具体地，当阀钟形件等处于某个位置范围内并且当阀上的压力比处于某个范围内时，阀可能会由于在不稳定蒸汽流下的激励而强烈振动。如果这种振动发生较长的时间段，则这种振动可能导致阀的磨损增加和/或损坏。
举例而言，在步骤910，VAMS 700可以确定不同类型的涡轮机和阀运行参数。这些运行参数可以包括：来自阀入口压力传感器560的压力；以及来自阀入口压力传感器560和高压部段110处的高压阀压力传感器480、中压部段120处的中压阀压力传感器490的阀上的压力降；经由阀杆位置传感器590的阀杆位置；经由流率传感器500、510的质量流率等。可以永久地监测阀和致动器。在步骤920，VAMS 700可以判定阀是否处于振动状态，即，某些参数是否超过预定值。例如，阀钟形件是否处于某个位置范围内并且压力比(即，控制阀座之后的压力除以控制阀座之前的压力)是否处于某个范围内。通过实验分析或理论分析(例如，3D流动分析)来确定在高振动情况下的位置范围和压力比范围。在步骤930，VAMS 700可以确定阀已经在振动状态下运行的时间。在步骤940，VAMS 700可以基于处于振动状态下的时间与总运行时间的比率、以及可容许振动时间与总运行时间的比率来确定严重性因子。可以根据经验接受可容许振动时间。在步骤950，VAMS 700可以判定严重性因子是否大于1.0。比率大于1.0可能指示不利的节流操作。在步骤960，如果比率大于1.0，则VAMS 700可以发出节流警告。这种节流警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括改变运行参数或运行状况中的一者或多者和/或启动修理程序和/或启动阀零件的更换。运行参数可以包括改变压力、温度、阀杆位置、质量流率等。如果比率小于1.0，则VAMS 700可以在步骤970指示正常操作。在任何事件中，当前振动状态将被显示给操作者。VAMS 700还可以提供关于阀以每个冲程运行的时间、累积振动时间的统计信息。还可以确定并报告过度或异常的振动。
因此，高级节流时间计数器900提供关于给定阀的可能磨损和侵蚀状况的信息。操作者可以更好地管理备件，因为操作者只需要在需要时或在计划检查之前订购零件。不需要储备不必要的备件。因此，高级节流时间计数器模块900向操作者提供阀的累积振动历史的概览。此历史提供了对于导引件磨损和阀座侵蚀的指示。因此，高级节流时间计数器模块900可以提供对可能的磨损损坏的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图8是流程图，示出了如本文中描述的导引状况评定模块(Guide ConditionAssessment Module)1000中的示例性方法步骤。导引状况评定模块1000可以测量并评估蒸汽阀260中的阀杆的摩擦行为。可以将所得到的摩擦特性与先前的测量结果进行比较，并且可以评定摩擦特性的趋势。这种评定与需要拆卸阀的当前检查方法形成对比。这些当前方法可能导致检查间隔之间的泄漏阀，这可能存在操作风险以及健康问题和安全问题。
一般而言，每个蒸汽阀260内的阀杆可以在导衬或其他导引元件(诸如阀中的孔)内被导引，并且可以例如利用石墨填料紧固到外部。由于阀振动、老化、腐蚀、氧化、磨损、粗糙度变化、侵蚀、蒸汽中的颗粒和随后在滑动面上的沉积物、以及由于变形引起的间隙变化，阀杆在导引元件和阀杆密封件处的滑动行为可能随时间而变化。这种变化可能导致阀杆开始粘塞，使得阀可能无法正常关闭或者可能导致石墨密封件中的预张力松脱。为了在步骤1010评定蒸汽阀230的状况，VAMS 700可以获得如下运行参数，诸如经由位置传感器590获得的阀杆的位置，来自压力传感器480、490、560的蒸汽压力，以及经由液压压力传感器595获得的致动器340、370中的高压油的液压压力。本文中还可以考虑其他类型的参数。可以永久地监测阀和致动器。在步骤1020，VAMS 700可以生成摩擦滞后曲线，即，在阀杆首先处于关闭位置然后处于打开位置的运动期间阀杆位置的液压压力依赖关系。打开方向和关闭方向上的液压压力差示出了静摩擦和滑动摩擦(当阀杆在运动开始之前停止时，例如在阀杆运动的转折点处，为静摩擦；在阀杆不停止的那些阀杆位置处为滑动摩擦)。在步骤1030，VAMS 700可以确定摩擦特性。摩擦特性可以包括：在顶部和底部转折点处的所计算静摩擦力，以及具有最大值、平均值和最小值的滑动摩擦力，以及在阀杆道程上在这两个方向上的静摩擦和滑动摩擦的曲线。本文中可以评估其他类型的摩擦特性。在步骤1040，VAMS700可以将所确定的摩擦特性(即，如上所述的摩擦值)与来自先前冲程测试的摩擦特性进行比较。在步骤1050，VAMS 700可以判定摩擦特性是否增大和/或所确定的摩擦特性是否超过预定值。若是，则可以在步骤1060发出阀故障警告。这种阀故障警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括使阀离线、改变运行参数或运行状况中的一者或多者、和/或启动修理程序。运行参数可以包括液压和蒸汽压力、阀杆位置、蒸汽温度和金属温度等。若否，可以在步骤1070指示正常操作。
因此，导引状况评定模块1000可以为操作者提供阀可能粘塞的预警。这种预警可以允许操作者重新紧固阀的阀杆密封件和/或订购备件和/或计划对导引件进行再加工以确保正确的间隙。之前，仅能在检查期间或者经由操作期间的泄漏来检测到不正确工作的密封件。因此，导引状况评定模块1000确保阀向环境提供足够的蒸汽密封度，并且当阀导引件变得更糟时，在发生阀粘塞事件之前给出预警。因此，导引状况评定模块1000可以提供对可能的导引件和密封件损坏的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图9是流程图，示出了用于如本文中描述的阀冲程和阀杆道程计数器模块(ValveStroke and Spindle Way Counter Module)1100的示例性方法步骤。内部阀杆导引件的磨损受阀冲程数和阀头覆盖距离的影响。冲程越多、以及覆盖距离越长，可能会产生越多的磨损。之前，仅能通过拆卸阀来发现阀杆的导引件和密封件的状况。
因此，阀冲程和阀杆道程计数器模块1100对冲程数进行计数(冲程计数器)，并对覆盖距离进行计数(道程计数器)。具体地，VAMS 700在步骤1110从位置传感器590获得时间相关的阀杆位置，并对冲程和覆盖距离进行计数。可以永久地监测阀和致动器。在步骤1120，VAMS 700可以根据冲程值来对冲程进行分类，即，VAMS 700可以根据大小(线性分布范围或以等比级数分类)和平均阀杆位置来对冲程进行分类。此外，还可以对阀杆停留在某个位置的时间进行计数。冲程可以被认为是小的、中等的、大的或其他。当阀正在控制时，阀杆通常执行永久小冲程。可以从整体统计信息中过滤掉或移除这些小冲程。可以经由雨流方法、范围平均方法等来确定冲程值。雨流方法可以用于分析阀杆运动数据，以便将不同阀杆运动的谱归约到一组简单的冲程中。具体地，雨流方法是一种用于根据时间历史来对循环进行计数的方法。本文中还可以使用其他类型的循环计数方法和阀杆运动分析。
在步骤1130，VAMS 700可以对整个阀杆运动历史进行评估。可以将移动历史示出为标量值、矩阵或图表。在步骤1140，VAMS 700可以将移动历史与已知的可容许值进行比较。基于此比较，VAMS 700可以在步骤1150提供对达到导引件替换的剩余时间的估计。取决于所述比较，VAMS 700还可以使阀离线，改变运行参数或运行状况中的一者或多者，和/或启动修理程序(例如，用于修理阀杆导引件和/或阀杆密封件)。可以在监测器上将估计示出给设施操作者或以其他方式进行报告。
因此，阀冲程和阀杆道程计数器模块1100永久地向设施操作者提供运动历史的当前状态的概览。这种运动历史提供了导引件和阀杆密封件磨损的指示，以及现在、下次检查或其他时候是否应替换导引件和密封件的指示。设施操作者可以针对检查计划和订购备件来考虑此信息。阀部件可包括磨损的导引件、磨损的阀杆、磨损的石墨包装等。还可以提供关于寿命消耗和剩余寿命的整体信息。因此，阀冲程和阀杆道程计数器模块1100可以提供对可能的导引件磨损的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图10是用于如本文中描述的密封度测试评估模块(Tightness Test EvaluationModule)1200的示例性步骤的流程图。密封度测试评估模块1200可以向设施操作者提供与过去测量结果相比的阀密封度的当前状态的概览。具体地，密封度测试评估模块1200可以提供对活塞环的状态以及阀座处的任何侵蚀的指示，以判定现在、下次检查或其他时候是否应该替换活塞环、钟形件、扩散器等。此外，密封度测试评估模块1200贯穿整个操作历史对涡轮机的密封度测试进行比较，并判定是否存在增加阀泄漏并因此增加阀损坏的趋势。
举例而言，VAMS 700可以获得涡轮机和阀运行参数，诸如来自转子速度传感器390的转子速度，来自位置传感器590的阀位置，来自压力传感器470、480、490的蒸汽压力，以及来自温度传感器420、430、440、450、460的温度。可以永久地监测阀和致动器。在步骤1210，VAMS 700可以开始密封度测试。测试的开始可以与停止阀270的打开协同。在步骤1230，可以测量在刚打开停止阀270时的转子加速度。在步骤1240，可以结束测试，并且可以在步骤1250在测试结束时确定转子速度。在步骤1260，VAMS 700可以将所确定的转子加速度和所确定的转子速度与可容许值进行比较。在步骤1270，如果所确定的转子加速度和/或所确定的转子速度超过可容许值，则VAMS 700可以向操作者提供泄漏警告。具体地，密封度测试评估模块1200判定通过处于关闭位置处的阀的蒸汽流量是否低于可容许极限。可容许极限可以由转子速度的增加和/或转子加速度的增加来限定。这种阀故障警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括使阀离线，改变运行参数或运行状况中的一者或多者，和/或启动修理程序。运行参数可以包括速度、压力、温度、阀杆位置等。
在预定间隔之后，可以在步骤1280重复密封度测试。在步骤1290，VAMS 700可以对重复密封度测试的结果(测试结束时的转子速度、测试开始时的加速度)进行比较，并且可以计算不同类型的趋势线(即，直线的和指数的)。在步骤1295，VAMS 700可以基于趋势线来计算达到不可接受泄漏的预测时间。设施操作者可以考虑此预测以进行检查计划和订购备件。因此，密封度测试评估模块1200向设施操作者提供与过去相比的阀密封度的当前状态的概览。因此，设施操作者可能会在达到临界值之前发出关于密封度不足的警告。因此，密封度测试评估模块1200可以提供对阀密封度的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图11是流程图，示出了用于如本文中描述的高级密封度测试评估模块(AdvancedTightness Test Evaluation Module)1300的示例方法步骤。与上述密封度测试评估模块1200类似，高级密封度测试评估模块1300是使用压力衰减和稳定压力值作为替代和/或作为阀密封度和健康状况的附加指标的进一步增强。密封度不足可能表明阀座处或其他阀部件中的侵蚀损坏或其他损坏或未对准。
举例而言，在步骤1310，VAMS 700可确定涡轮机和阀运行参数，包括来自转子速度传感器390的转子速度、以及各位置(诸如，停止阀270的上游、控制阀280的下游、以及它们之间)处来自压力传感器480、490、560的蒸汽压力。在步骤1320，可以打开停止阀270并且可以关闭控制阀280。在步骤1330，可以确定转子加速度和转子速度，以便提供对控制阀座的状况的指示。在第二操作模式下，在步骤1335，可以关闭停止阀270并且可以打开控制阀280。在步骤1338处，可以确定转子加速度和转子速度，以给出对停止阀座的状况的指示。在第三操作模式下，在步骤1340，可以打开停止阀270并且可以关闭控制阀280。然后，可以在步骤1350关闭停止阀270。在步骤1360，可以确定停止阀270与控制阀280之间的压力衰减，例如，利用中间压力传感器575测量。在步骤1370，一旦停止阀270与控制阀280之间的压力达到稳定值，就可以确定稳定的压力值。在步骤1380，VAMS 700将以上测得的转子加速度和/或转子速度与可容许值进行比较。同样地，或者在步骤1390的替代方案中，VAMS 700可以将所确定的压力衰减(例如，经由时间常数或者开始时与一定时间之后的压力差)和/或所确定的稳定压力值与可容许值进行比较。在步骤1395，可以将所确定的转子加速度、所确定的转子速度、所确定的压力衰减和/或所确定的稳定压力值与来自先前测试的测量结果进行比较，并且可以分析每种类型的测量结果的趋势线。如果趋势线示出大于可容许增加的增加，或者如果趋势线表明测量结果接近可容许极限，则VAMS 700可以提供泄漏警告。这种泄漏警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括使阀离线，改变运行参数或运行状况中的一者或多者，和/或启动修理程序。运行参数可以包括速度、压力、温度、阀杆位置等。具体地，如果超过可容许值，则可能发生阀侵蚀，并且现在、下次检查或其他时候可能需要替换阀部件。
高级密封度测试模块1300可以在每个涡轮机启动时或根据需要而自动完成。设施操作者可以考虑此信息以进行检查计划并提前准备备件。因此，高级密封度测试模块1300向设施操作者提供对阀密封度的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图12是用于如本文中描述的阀杆振动评估模块(Spindle Vibration EvaluationModule)1400的示例性方法步骤的流程图。阀杆振动评估模块1400可以观察并评估阀杆的振动的性质。这种振动可能导致阀杆和相关导衬的磨损以及其中的损坏。
举例而言，在步骤1410，VAMS 700可以确定涡轮机和阀运行参数，包括来自位置传感器590的阀杆位置、来自振动传感器580的阀杆振动水平、以及来自压力传感器480、490、560、575的阀上游和下游的蒸汽压力。在步骤1420，可以主要从振动传感器580评定阀杆和导衬上的磨损，即评估振动特性(例如，频率和振幅或者频率和振动速度)和振动的持续时间。在步骤1430，可以将振动和持续时间与预定值进行比较。基于此评定，设施操作者可以判定例如在下一次计划停机时是否可能需要替换阀杆或导衬。另外地和/或可替代地，在步骤1440，设施操作者可以改变整个蒸汽涡***作模式，以便减小振动水平。例如，一个阀可以略微打开较多，而一个阀可以略微打开较少。VAMS 700还可以使阀停止运行和/或启动修理程序。
因此，阀杆振动评估模块1400向设施操作者提供关于阀的振动行为的概览以及将运行参数改变回安全区中的能力。因此，操作者可以为计划检查做准备并提前订购备件。此外，可以记录蒸汽压力、阀杆位置与振动水平之间的关系并将其提供给设施操作者和/或阀设计者。因此，阀杆振动评估模块1400可以提供对振动行为的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图13是流程图，示出了用于如本文中描述的隔热性能指示器模块(InsulationQuality Indicator Module)1500的示例方法步骤。隔热性能指示器模块1500优选地自动地且永久地或根据请求而执行温度测量，并且优选地自动地且永久地或根据请求而评估阀隔热体315的有效性。例如，在检查阀壳体之后，隔热体315是否由于老化或不正确的重新组装而无效。
举例而言，在步骤1510，VAMS 700可以确定涡轮机和阀运行参数，包括来自内壳体温度传感器和外壳体温度传感器520、530、540、550，和/或来自专用隔热体传感器的内壳体和外壳体和隔热体温度。具体地，可以确定壳体的金属表面处、隔热体内部、隔热体表面处和/或隔热体外部的金属片材表面处的温度。在壳体壁厚度内的双重测量也可以确定穿过壳体壁的温度梯度。还可以确定穿过隔热体的类似温度梯度。温度记录传感器等也可以用于产生整个隔热阀或隔热表面的部分的温度记录图。在步骤1520，VAMS 700可以确定隔热体的有效性。通过隔热体外表面处的较高温度、壳体壁外表面处的较低温度、穿过壳体壁的较高温度梯度和/或穿过隔热体厚度的较低温度梯度可以示出不太有效的隔热体。在步骤1530，如果确定隔热体无效，则VAMS 700可以提供隔热警告。这种隔热警告可以不仅包括向操作者显示信息，还包括使阀离线，或者改变运行参数或运行状况中的一者或多者。然后，设施操作者可以校正隔热体、订购备件和/或计划检查。
因此，隔热性能指示器模块1500向设施操作者提供对阀和涡轮机状况的更准确概览。隔热性能指示器模块1500提供关于隔热体是否如预期地有效的指示。如果不是，则可以提供由于错误的组装、老化等导致隔热体不再有效的警告。因此，隔热性能指示器模块1500可以提供对阀隔热性的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图14是流程图，示出了用于如本文中描述的固体颗粒侵蚀指示器模块(SolidParticle Erosion Indicator Module)1600的示例性方法步骤。固体颗粒侵蚀指示器模块1600评估锅炉管线的温度以及管线材料的性质，以评定其中结垢的风险。锅炉管线中的温度瞬变和蒸汽速度可以影响何时结垢从锅炉管道分离并与蒸汽一起流入阀中。蒸汽化学成分也可以影响管线中积垢的快速程度。结垢可以导致阀和其他类型的涡轮机部件的侵蚀，特别是当阀节流并且可能例如在扩散器座和阀钟形件或阀头处发生较高的局部蒸汽速度时。
举例而言，在步骤1610中，VAMS 700可以确定涡轮机和阀运行参数，包括经由高压入口温度传感器420、450确定在高压管线180中的、来自锅炉160的进入蒸汽温度，并且包括经由中压入口温度传感器410、460确定中压管线210中的、来自再热器200的蒸汽温度。还可以使用管壁处的金属温度传感器。在步骤1620，VAMS 700可以查找或确定进入的蒸汽流或发电设施的蒸汽/水循环中的冷凝水的蒸汽化学成分的性质。在步骤430，VAMS 700可以查找或确定所讨论阀的节流历史。举例而言，节流历史可以由上述高级节流时间计数器模块900来确定。本文中还可以使用其他类型的计数器等。在步骤1640，VAMS 700可以查找在高压管线180或其他地方使用的锅炉配管材料的类型。在步骤1650，VAMS 700可以基于蒸汽温度及其瞬变、蒸汽化学成分、节流历史、锅炉配管材料等来确定阀部件的固体颗粒侵蚀的可能性。还可以根据同时的测量结果来评估可能性，例如，当发生节流并且同时存在强温度梯度时，这导致来自锅炉管的较高固体颗粒流量并且同时导致阀内部的较高局部速度并因此具有很高的损坏效果。侵蚀损坏的可能性可以随时间累积。在步骤1660，VAMS 700可以将当前可能性和/或累积可能性与可容许值进行比较。取决于可能性的性质，VAMS 700可以使阀离线或者改变运行参数或运行状况中的一者或多者。然后，设施操作者可以订购备件和/或计划检查。固体颗粒侵蚀指示器模块1600也可用作检查间隔计数器的若干模块之一。
因此，固体颗粒侵蚀指示器模块1600向设施操作者提供对阀零件就侵蚀状况而言的更准确概览。VAMS 700可以自动执行此评估。因此，固体颗粒侵蚀指示器模块1600可以提供对可能的侵蚀损坏的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图15是流程图，示出了用于如本文中描述的结垢指示器模块(Scaling IndicatorModule)1700的示例性方法步骤。结垢指示器模块1700可以基于温度测量结果、蒸汽化学成分和材料类型来对阀和其他涡轮机部件的结垢进行评定。结垢指示器模块1700可以提供预测的结垢状态。
举例而言，在步骤1710，VAMS 700可以优选地在整个阀运行时间上确定涡轮机和阀运行参数，包括来这些不同蒸汽温度传感器420、430、440、450、460的蒸汽温度以及来自金属温度传感器400、410的金属温度。在步骤1720，VAMS 700可以优选地在整个阀运行时间上确定或查找蒸汽流的蒸汽化学成分。在步骤1730，VAMS 700可以确定整个涡轮机运行时间。在步骤1740，VAMS 700可以查找这些不同阀部件中所涉及的材料的性质。在步骤1750，VAMS 700可以基于温度历史、蒸汽化学成分历史以及每个阀部件的材料的性质来确定每个阀部件的结垢值。在步骤1760，VAMS 700可以基于阀中的主要材料的性质来提供整体阀结垢指标。具体地，VAMS 700可以基于就结垢而言的实际运行时间来提供对这些不同阀部件的状况的预测。取决于风险的性质，VAMS 700可以使阀离线或者改变运行参数或运行状况中的一者或多者。然后，设施操作者可以订购备件和/或计划检查。
因此，结垢指示器模块1600向设施操作者提供对阀零件就阀部件结垢的状况而言更准确概览。结垢指示器模块1600提供关于应该何时替换零件的预测。基于这些结果，设施操作者可以更好地准备设施检查和或备件。因此，结垢指示器模块1600可以提供对可能的阀结垢损坏的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
图16示出了用于如本文中描述的柔***间隔计数器模块(Flexible ServiceInterval Counter Module)1800的示例性方法步骤的流程图。柔***间隔计数器模块1800可以基于阀的整体操作来判定是应该延长还是缩短检查间隔。
举例而言，在步骤1810，VAMS 700可以确定涡轮机和阀运行参数，包括来自压力传感器470、480、490、560、575的蒸汽压力，来自温度传感器420、430、440、450、460的蒸汽温度，来自金属温度传感器400、410、520、530、540、550的金属温度，由位置传感器590确定的阀杆位置，由液压压力传感器595确定的致动器中的液压压力、由速度传感器390确定的涡轮机速度、以及蒸汽化学成分。在步骤1820，VAMS 700可以将实际蒸汽压力与设计蒸汽压力进行比较。在步骤1830，VAMS 700可以将实际蒸汽温度与设计蒸汽温度进行比较。在步骤1840，VAMS 700可以将实际金属温度与设计金属温度进行比较。在步骤1850，VAMS 700可以确定阀振动状态。举例而言，高级节流时间计数器模块900可以用于确定振动状态。可以使用其他类型的分析。在步骤1860，可以确定阀摩擦状态。举例而言，可以在此使用导引状况评定模块1000。可以使用其他类型的分析。在步骤1870，可以确定阀节流历史。在步骤1880，可以确定启动的次数和类型。举例而言，本文中可以使用高级启动计数器模块800。可以使用其他类型的分析。在步骤1890，VAMS 700可以考虑这些阀运行参数和所评估的损坏指标中的每一者，以建议延长或缩短检查间隔和/或是否应该使阀离线。
具体地，高级节流时间计数器模块900向设施操作者提供剩余运行时间，直到建议检查为止。例如，当阀在相对较低的温度和压力下全时运行时，则与标准间隔相比，可以延长所建议的检查间隔(即，两次检查之间的运行时间)；而当阀在相对较高的温度和压力下全时运行时，则与标准值相比，可以减小所建议的检查间隔。如由侵蚀指示器检测到高侵蚀可能性，可以减小所建议的检查间隔。如利用密封度测试指示器或高级密封度测试指示器测量和评估到通过阀座的高的检测泄漏，可以减小所建议的检查间隔。如由蠕变损坏指示器检测到高蠕变损坏，可以减小所建议的检查间隔。如例如由高级节流时间计数器检测到相对较长的节流时间，尤其是当冲程位置处于关于振动的关键区域中时，可以减小所建议的检查间隔。如利用阀杆振动评估模块评估到较长时间内的高振动，可以减小所建议的检查间隔。在较长时间上测量到不利蒸汽化学成分，可以减小所建议的检查间隔。如由结垢指示器模块检测到高结垢，可以减小所建议的检查间隔。
因此，柔***间隔计数器模块1800向设施操作者提供关于下一次检查的时间点的建议。此建议基于涡轮机操作的性质和其他影响。可以自动执行此检查。具体地，当阀在低发动机状况下平稳地运行时，可以延长检查间隔。如果任何运行参数超过可容许值，则可缩短检查间隔。因此，柔***间隔计数器模块1800可以提供对阀状况的更准确描述而不需要视觉检查和停机时间。
因此，VAMS 700为蒸汽涡轮机提供永久在线的阀和致动器监测产品。蒸汽阀260的状况监测提供了关于阀和整个蒸汽涡轮机***100的健康状况的重要信息。所监测的信息可以允许操作者做出决定以确保最佳的机器性能，并且通过在早期阶段检测不同的阀故障症状来提供可能故障的预警。VAMS 700为操作者提供评定报告，所述报告建议采取措施以减少关机成本和时间、修改运行状况以减少寿命消耗、并且从基于时间的维护转变到基于状况的维护以延长整体维护间隔。
明显是，前述内容仅涉及本申请和所得专利的某些实施例。本领域普通技术人员可以在本文中进行许多改变和修改，而不脱离由所附权利要求及其等效物限定的本发明的一般精神和范围。

Claims (15)

1.一种由数据采集***(710)来评估涡轮机(100)中的阀杆泄漏和导引件变形的方法，包括：
从多个传感器(380)接收多个运行参数；
基于所述多个运行参数，生成摩擦滞后曲线；
基于所述摩擦滞后曲线，确定摩擦特性；
将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较；以及
如果所述摩擦特性在增加和/或超过预定值，则改变所述多个运行参数中的一个或多个运行参数和/或启动修理程序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收多个操作程序的步骤包括：阀杆液压和阀杆位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变所述多个运行参数中的一个或多个运行参数和/或启动修理程序的步骤包括：改变阀杆液压和/或阀杆位置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变所述多个运行参数中的一个或多个运行参数和/或启动修理程序的步骤包括：使阀(270)停止运行。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变所述多个操作程序中的一个或多个操作程序和/或启动修理程序的步骤包括：紧固阀(270)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变所述多个操作程序中的一个或多个操作程序和/或启动修理程序的步骤包括：订购零件。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成摩擦滞后曲线的步骤包括：在关闭所述阀(270)和打开所述阀(270)期间，关于阀杆位置来比较阀杆液压。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成摩擦滞后曲线的步骤包括：将阀静摩擦与阀滑动摩擦进行比较。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较的步骤包括：确定摩擦特性趋势。
10.一种涡轮机***(100)，包括：
多个阀(260)；
多个传感器(380)，所述多个传感器(380)能够接收涡轮机和阀运行参数；以及
数据采集***(710)，所述数据采集***(710)包括处理器(730)，所述处理器(730)与所述多个传感器(380)通信，并且其中所述数据采集***(710)能操作用于执行以下操作：
从所述多个传感器接收所述多个涡轮机和阀运行参数；
基于所述多个涡轮机和阀运行参数，生成摩擦滞后曲线；
基于所述摩擦滞后曲线，确定摩擦特性；
将所述摩擦特性与先前摩擦特性进行比较；以及
如果所述摩擦特性在增加和/或超过预定值，则提供警告。
11.如权利要求10所述的涡轮机***(100)，其特征在于，所述多个涡轮机和阀运行参数包括阀杆液压和阀杆位置。
12.如权利要求10所述的涡轮机***(100)，其特征在于，所述数据采集***(710)进一步能操作用于：当所述摩擦特性在增加和/或超过预定值时改变所述多个涡轮机和阀运行参数中的一个或多个涡轮机和阀运行参数。
13.如权利要求10所述的涡轮机***(100)，其特征在于，所述数据采集***(710)进一步能操作用于：当所述摩擦特性在增加和/或超过预定值时使阀(260)停止运行。
14.如权利要求10所述的涡轮机***(100)，其特征在于，所述数据采集***(710)进一步能操作用于：当所述摩擦特性在增加和/或超过预定值时启动修理程序和/或订购零件。
15.如权利要求10所述的涡轮机***(100)，其特征在于，所述多个阀(260)包括一个或多个蒸汽停止阀(270)以及一个或多个蒸汽控制阀(280)。
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