CN113374582B - 一种燃气轮机运行状态评估装置及方法 - Google Patents

一种燃气轮机运行状态评估装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种燃气轮机运行状态评估装置及方法，属于燃气轮机运行状态评估领域。具体包括：传感器模块、燃气轮机测控模块、以太网通讯模块、参数实时监测模块、状态实时评估模块、燃气轮机运行状态变化趋势模块、数据库和人机交互界面；通过传感器模块收集到燃气轮机实时运行数据，根据运行数据通过参数实时监测模块判断运行工况计算参数变化率，根据状态实时评估模块参数变化率实现燃气轮机参数的评估和总体运行状态的评估；解决了现有技术中存在的燃气轮机故障发现不及时的问题，实现了燃气轮机运行状态的评估、监测及预测，并简单直观的在人机交互界面进行显示。

Description

一种燃气轮机运行状态评估装置及方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机评估装置，尤其涉及一种燃气轮机运行状态评估装置及方法，属于燃气轮机运行状态评估领域。
背景技术
燃气轮机结构复杂，工作环境恶劣，一旦发生故障，会造成重大安全事故。有效的运维保障可降低事故风险、减少维修费用、降低经济损失，因此对其进行实时的状态评估和预测至关重要。
现有方法通常采用人工检查的方式，定时进行巡回检查，这样的方式受工作人员检查的细致程度受影响，因人员疏忽导致故障发现不及时，造成事故的风险高。
因此，亟待一种燃气轮机运行状态评估装置及方法以解决现有技术中存在的燃气轮机故障发现不及时的问题。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明提供了一种应用于燃气轮机状态评估装置，包括：传感器模块、燃气轮机测控模块、以太网通讯模块、参数实时监测模块、状态实时评估模块、燃气轮机运行状态变化趋势模块、数据库和人机交互界面；
所述传感器模块的输出端与所述燃气轮机测控模块的输入端连接；所述燃气轮机测控模块的输出端与所述以太网通讯模块的输入端连接；所述以太网通讯模块的输出端与所述参数实时监测模块的输入端连接；所述参数实时监测模块的输出端与所述状态实时评估模块的输入端连接；所述状态实时评估模块的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述数据库的输入端分别与以太网通讯模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端、参数实时监测模块输出端、状态实时评估模块的输出端连接；
所述数据库的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述人机交互界面的输入端分别与参数实时监测模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端和状态实时评估模块的输出端连接。
优选的，所述传感器模块包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器和转速传感器，所述燃气轮机测控模块接收各传感器的数据，并将同一时间的数据汇总。
优选的，所述参数实时监测模块接收以太网通讯模块传输的传感器模块采集的燃气轮机参数；所述参数实时监测模块包括燃气轮机工况判断模块、参数基准值选取模块和参数预处理模块；所述燃气轮机工况判断模块的输出端与所述数据库和所述人机交互界面的输入端连接；所述参数基准值选取模块输出端与人机交互界面输入端相连，参数预处理模块输出端与状态实时评估模块输入端、数据库和人机交互界面相连。
优选的，所述状态实时评估模块包括参数状态评估模块、部件状态评估模块和整机状态评估模块；所述参数状态评估模块输出端与部件状态评估模块输入端及人机交互界面输出端连接；所述部件状态评估模块的输出端与整机状态评估模块的输入端及人机交互界面输入端连接；所述整机状态评估模块输出端分别与数据库输入端、燃气轮机状态变化趋势模块输入端及人机交互界面输入端连接。
优选的，所述燃气轮机运行状态变化趋势模块包括运行状态的动态预测模块、短时预测模块和长时预测模块；所述动态预测模块的输入端、短时预测模块的输入端和长时预测模块输入端与状态实时评估模块的输出端、数据库的输出端连接；
优选的，所述以太网通讯模块输入端通信接口采用IMB-M43H板载以太网控制器Intel I219-LM与传感器模块相连。
优选的，燃气轮机测控模块的输出端通过总线与以太网通讯模块输入端相连，进行单向通信。
一种燃气轮机运行状态评估方法，包括以下步骤：
步骤一、传感器模块采集燃气轮机的实时压力值、温度值、轴转速、流量值等信息；并将采集的数据传输至燃气轮机测控模块；
步骤二、燃气轮机测控模块通过以太网通讯模块将步骤一所述的数据传输至参数实时监测模块；
步骤三、参数实时监测模块根据燃气轮机运行参数实时变化判断当前燃气轮机的工况，并根据当前的工况选取参数基准值，计算参数变化率，并将参数变化率传输至状态实时评估模块；
步骤四、状态实时评估模块根据参数变化率评估燃气轮机实时运行状态，并将实时运行状态数据传输至燃气轮机运行状态变化趋势模块；
步骤五、燃气轮机运行状态变化趋势模块根据燃气轮机实时运行状态与燃气轮机历史运行状态相比较，以此预测燃气轮机运行状态变化趋势。
步骤六、步骤一至步骤五所述的数据输出的同时传输至数据库和人机交互界面中以保存、显示所述数据。
本发明的有益效果如下：本发明通过传感器模块收集到燃气轮机实时运行数据，根据运行数据通过参数实时监测模块判断运行工况计算参数变化率，根据状态实时评估模块参数变化率实现燃气轮机参数的评估和总体运行状态的评估，并根据燃气轮机总体运行状态评估结果的当前值及历史值实现燃气轮机运行状态变化趋势的预测；解决了现有技术中存在的燃气轮机故障发现不及时的问题，实现了燃气轮机运行状态的评估、监测及预测，并简单直观的在人机交互界面进行显示。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的***结构示意图；
图2为本发明实施例一所述的传感器模块连接示意图；
图3为本发明实施例一所述的参数实时监测模块连接示意图；
图4为本发明实施例一所述的状态实时评估模块连接示意图；
图5为本发明实施例一所述的燃气轮机运行状态变化趋势模块连接示意图；
图6为本发明实施例二所述的方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一、参照图1至图5说明本实施例，一种应用于燃气轮机状态评估装置，包括：传感器模块、燃气轮机测控模块、以太网通讯模块、参数实时监测模块、状态实时评估模块、燃气轮机运行状态变化趋势模块、数据库和人机交互界面；
所述传感器模块的输出端与所述燃气轮机测控模块的输入端连接；所述燃气轮机测控模块的输出端与所述以太网通讯模块的输入端连接；所述以太网通讯模块的输出端与所述参数实时监测模块的输入端连接；所述参数实时监测模块的输出端与所述状态实时评估模块的输入端连接；所述状态实时评估模块的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述数据库的输入端分别与以太网通讯模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端、参数实时监测模块输出端、状态实时评估模块的输出端连接；
所述数据库的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述人机交互界面的输入端分别与参数实时监测模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端和状态实时评估模块的输出端连接。
具体的，所述传感器模块用于监测燃气轮机运行实时各个特征参数进行实时采集。
燃气轮机测控模块接收传感器模块传输的数据。
以太网通讯模块用于将燃气轮机测控模块接收到的传感器模块数据传输至参数实时监测模块中。
参数实时监测模块用于监测燃气轮机运行参数实时变化、判断工况、选取参数基准值和计算参数变化率。
状态实时评估模块用于评估燃气轮机部件及其整体的实时运行状态。
燃气轮机运行状态变化趋势模块用于预测燃气轮机运行状态变化趋势。
数据库用于储存燃气轮机运行时间、监测参数、燃气轮机部件及其整体运行状态、燃气轮机运行状态预测值
人机交互界面用于显示燃气轮机监测参数、部件及燃机整体运行状态、燃气轮机运行状态变化趋势。
具体的，所述传感器模块包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器和转速传感器，所述燃气轮机测控模块接收各传感器的数据，并将同一时间的数据汇总。燃气轮机测控模块的输出端通过总线与以太网通讯模块输入端相连，进行单向通信。
具体的，以太网通讯模块输入端通信接口采用IMB-M43H板载以太网控制器IntelI219-LM与传感器模块相连。
具体的，传感器模块与燃气轮机测控模块通过模拟量电缆和数字量电量连接。
具体的，所述参数实时监测模块接收以太网通讯模块传输的传感器模块采集的燃气轮机参数；所述参数实时监测模块包括燃气轮机工况判断模块、参数基准值选取模块和参数预处理模块；所述燃气轮机工况判断模块的输出端与所述数据库和所述人机交互界面的输入端连接；所述参数基准值选取模块输出端与人机交互界面输入端相连，参数预处理模块输出端与状态实时评估模块输入端、数据库和人机交互界面相连。燃气轮机工况判断模块根据燃气轮机运行参数判断当下运行工况，参数基准值选取模块根据运行工况选取参数基准值，参数基准值就是燃气轮机为发生退化时，处于健康运行状态时的各参数值，参数预处理模块计算参数变化率，燃气轮机当前工况、该工况下各参数基准值及监测值、当前各参数变化率都将由人机交互界面进行显示，并将工况和参数变化率存储到数据库中，同时将参数变化率传输给状态实时评估模块。
具体的，参数变化率的计算方法是燃气轮机运行实时数据减去参数基准值除以参数基准值。
具体的，所述状态实时评估模块包括参数状态评估模块、部件状态评估模块和整机状态评估模块；所述参数状态评估模块输出端与部件状态评估模块输入端及人机交互界面输出端连接；所述部件状态评估模块的输出端与整机状态评估模块的输入端及人机交互界面输入端连接；所述整机状态评估模块输出端分别与数据库输入端、燃气轮机状态变化趋势模块输入端及人机交互界面输入端连接。参数状态评估模块接收参数预处理模块得到的参数变化率，通过隶属函数进行参数状态评估，得到燃气轮机评估结果。并将评估结果传输至部件状态评估模块中和人机交互界面，部件状态评估模块利用层次分析法得到各个部件的运行状态评估结果，并将评估结果传输至整机状态评估模块和人机交互界面，整机状态评估模块利用层次分析法，得到燃气轮机整体状态评估结果，整机状态评估模块将评估结果传输至数据库中以存储评估结果，同时将评估结果传输至燃气轮机运行状态变化趋势模块和人机交互界面中。
具体的，所述燃气轮机运行状态变化趋势模块包括运行状态的动态预测模块、短时预测模块和长时预测模块；所述动态预测模块的输入端、短时预测模块的输入端和长时预测模块输入端与状态实时评估模块的输出端、数据的输出端连接；燃气轮机运行状态变化趋势模块接收评估结果并从数据库中分别调取燃气轮机历史健康度短、中、长三种长度的采样点，以实现燃气轮机动态状态预测、短时状态预测和长时状态预测。预测结果存储在数据库，并将三种预测的运行状态结果及历史真实运行状态结果显示在人机交互界面，简单直观。
具体的，燃气轮机运行状态变化趋势模块通过利用不同数量的历史数据点，以预测不同时间长度的未知状态点，实现多时间尺度预测，其中动态预测所需历史点少，运算时间快；短时预测可实时跟踪燃机运行状态；长时预测可实现大时间跨度的燃机运行状态预测。机组人员可以综合动态、短时和长时预测结果，实现故障预警，把握燃气轮机整体运行状态的趋势变化，合理安排运行计划，制定维修策略。
具体的，燃气轮机的评估结果用健康度表示。
具体的，以太网通讯模块采用安全可靠的双冗余工业以太网架构，2光24电，支持多模光纤工业以太环网，以实现数据的传输。
具体的，燃气轮机测控模块包括：
4-20mA输入模块HDCS-AI8(8通道)
4-20mA输出模块HDCS-AO8(8通道)
数字量输入模块HDCS-DI16(16通道)
数字量输出模块HDCS-DO16(16通道)
热电阻输入模块HDCS-RTD(8通道)
数字采集卡、机柜、电源等。
具体的，燃气轮机传感器模块包括：压力传感器、温度传感器、流量传感器、转速传感器、振动传感器等，其大部分与变送器为一整体，将物理信号(压力、流量、温度、转速、振动等)转换为电信号(4-20mA/0-20mA/0-5V/1-5V等信号)，输出到燃气轮机测控模块，并通过以太网通讯模块传输到数据库中。
实施例二、参照图6说明本实施例，一种燃气轮机运行状态评估方法，包括以下步骤：
步骤一、传感器模块采集燃气轮机的实时压力值、温度值、轴转速、流量值等信息；并将采集的数据传输至燃气轮机测控模块；
步骤二、燃气轮机测控模块通过以太网通讯模块将步骤一所述的数据传输至参数实时监测模块；
步骤三、参数实时监测模块根据燃气轮机运行参数实时变化判断当前燃气轮机的工况，并根据当前的工况选取参数基准值，计算参数变化率，并将参数变化率传输至状态实时评估模块；
步骤四、状态实时评估模块根据参数变化率评估燃气轮机实时运行状态，并将实时运行状态数据传输至燃气轮机运行状态变化趋势模块；
步骤五、燃气轮机运行状态变化趋势模块根据燃气轮机实时运行状态与燃气轮机历史运行状态相比较，以此预测燃气轮机运行状态变化趋势。
步骤六、步骤一至步骤五所述的数据输出的同时传输至数据库和人机交互界面中以保存、显示所述数据。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种燃气轮机运行状态评估装置，其特征在于，包括：传感器模块、燃气轮机测控模块、以太网通讯模块、参数实时监测模块、状态实时评估模块、燃气轮机运行状态变化趋势模块、数据库和人机交互界面；
所述传感器模块的输出端与所述燃气轮机测控模块的输入端连接；所述燃气轮机测控模块的输出端与所述以太网通讯模块的输入端连接；所述以太网通讯模块的输出端与所述参数实时监测模块的输入端连接；所述参数实时监测模块的输出端与所述状态实时评估模块的输入端连接；所述状态实时评估模块的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述参数实时监测模块接收以太网通讯模块传输的传感器模块采集的燃气轮机参数；所述参数实时监测模块包括燃气轮机工况判断模块、参数基准值选取模块和参数预处理模块；所述燃气轮机工况判断模块的输出端与所述数据库和所述人机交互界面的输入端连接；所述参数基准值选取模块输出端与人机交互界面输入端相连，参数预处理模块输出端与状态实时评估模块输入端、数据库和人机交互界面相连；
燃气轮机工况判断模块根据燃气轮机运行参数判断当下运行工况，参数基准值选取模块根据运行工况选取参数基准值，参数基准值就是燃气轮机为发生退化时，处于健康运行状态时的各参数值，参数预处理模块计算参数变化率，燃气轮机当前工况、该工况下各参数基准值及监测值、当前各参数变化率都将由人机交互界面进行显示，并将工况和参数变化率存储到数据库中，同时将参数变化率传输给状态实时评估模块；
所述状态实时评估模块包括参数状态评估模块、部件状态评估模块和整机状态评估模块；所述参数状态评估模块输出端与部件状态评估模块输入端及人机交互界面输出端连接；所述部件状态评估模块的输出端与整机状态评估模块的输入端及人机交互界面输入端连接；所述整机状态评估模块的输出端分别与数据库输入端、燃气轮机状态变化趋势模块输入端及人机交互界面输入端连接；
参数状态评估模块接收参数预处理模块得到的参数变化率，通过隶属函数进行参数状态评估，得到燃气轮机评估结果，并将评估结果传输至部件状态评估模块中和人机交互界面，部件状态评估模块利用层次分析法得到各个部件的运行状态评估结果，并将评估结果传输至整机状态评估模块和人机交互界面，整机状态评估模块利用层次分析法，得到燃气轮机整体状态评估结果，整机状态评估模块将评估结果传输至数据库中以存储评估结果，同时将评估结果传输至燃气轮机运行状态变化趋势模块和人机交互界面中；
所述数据库的输入端分别与以太网通讯模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端、参数实时监测模块输出端、状态实时评估模块的输出端连接；
所述燃气轮机运行状态变化趋势模块包括运行状态的动态预测模块、短时预测模块和长时预测模块；所述动态预测模块的输入端、短时预测模块的输入端和长时预测模块输入端与状态实时评估模块的输出端、数据的输出端连接；
燃气轮机运行状态变化趋势模块利用不同数量的历史数据点，预测不同时间长度的未知状态点；
所述数据库的输出端与燃气轮机运行状态变化趋势模块的输入端连接；
所述人机交互界面的输入端分别与参数实时监测模块的输出端、燃气轮机运行状态变化趋势模块的输出端和状态实时评估模块的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器模块包括温度传感器、振动传感器、压力传感器、流量传感器和转速传感器，所述燃气轮机测控模块接收各传感器传输的数据，并将同一时间的数据汇总。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述以太网通讯模块输入端通信接口采用IMB-M43H板载以太网控制器Intel I219-LM与传感器模块相连。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述燃气轮机测控模块的输出端通过总线与以太网通讯模块输入端相连，进行单向通信。
5.基于权利要求1-4任一所述的一种燃气轮机运行状态评估装置实现的一种燃气轮机运行状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、传感器模块采集燃气轮机的实时压力值、温度值、轴转速、流量值等信息；并将采集的数据传输至燃气轮机测控模块；
步骤二、燃气轮机测控模块通过以太网通讯模块将步骤一所述的数据传输至参数实时监测模块；
步骤三、参数实时监测模块根据燃气轮机运行参数实时变化判断当前燃气轮机的工况，并根据当前的工况选取参数基准值，计算参数变化率，并将参数变化率传输至状态实时评估模块；
步骤四、状态实时评估模块根据参数变化率评估燃气轮机实时运行状态，并将实时运行状态数据传输至燃气轮机运行状态变化趋势模块；
步骤五、燃气轮机运行状态变化趋势模块根据燃气轮机实时运行状态与燃气轮机历史运行状态相比较，以此预测燃气轮机运行状态变化趋势；
步骤六、步骤一至步骤五所述的数据输出同时传输至数据库和人机交互界面中以保存、显示所述数据。
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