FR2919661A1

FR2919661A1 - Systeme et procede de detection d'un decalage de l'excentricite de base d'un rotor

Info

Publication number: FR2919661A1
Application number: FR0854567A
Authority: FR
Inventors: Vasanth Muralidharan; Abhay Sudhakarrao Kant; Sn Arul Saravanapriyan; Sb Mahalakshmi Balasubramaniam; Jitendra Kumar
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2009-02-06
Also published as: US20090037121A1; RU2008131963A; DE102008002977A1; US7742881B2; JP2009036204A; RU2468212C2

Abstract

Procédé pour déterminer l'excentricité d'un rotor dans une turbine, comprenant les étapes suivantes : collecte (56) de données de capteurs d'une excentricité de rotor pour une pluralité d'opérations de démarrage (54); établissement d'une valeur d'excentricité de base (84) en utilisant les données de capteurs correspondant à une opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une valeur d'excentricité en utilisant les données de capteurs filtrées pour chacune d'une pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une différence d'excentricité de rotor entre la valeur d'excentricité de base et chacune des valeurs d'excentricité pour la pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée, et présentation d'un état d'excentricité de rotor, sur la base de la différence d'excentricité de rotor.

Description

B08-2217FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Système et procédé de

détection d'un décalage de l'excentricité de base d'un rotor Invention de : MURALIDHARAN Vasanth KANT Abhay Sudhakarrao SARAVANAPRIYAN S. N. Arul BALASUBRAMANIAM SB, Mahalakshmi KUMAR Jitendra Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 2 août 2007 sous le n 11/832.755 Système et procédé de détection d'un décalage de l'excentricité de base d'un rotor

La présente invention concerne des turbines à vapeur et plus particulièrement la surveillance de l'excentricité du rotor de turbines à vapeur. L'excentricité d'un rotor dans une turbine à vapeur est un indicateur de la cambrure de l'arbre du rotor et indique d'une manière générale l'état vibratoire de la turbine pendant le fonctionnement transitoire et le régime permanent. Le degré d'excentricité d'un rotor de turbine a une influence significative sur la disponibilité, la fiabilité, la performance et la durée de vie d'un rotor de turbine. Des démarrages et des arrêts fréquents de turbines à vapeur, qui sont courants dans des unités à cycle combiné à turbine à vapeur et turbine à gaz, tendent à faire augmenter l'excentricité du rotor. Une augmentation de l'excentricité au-delà d'une limite de seuil prédéterminée indique une cambrure permanente du rotor. Une cambrure excessive du rotor entraîne typiquement un balourd du rotor, qui provoque des vibrations du rotor et peut conduire à des frottements entre les éléments tournants et les éléments stationnaires d'une turbine à vapeur. Le frottement peut faire diminuer le rendement d'une turbine à vapeur et augmenter les coûts d'exploitation.

Les procédés actuels de surveillance de l'excentricité d'une turbine à vapeur prévoient des sondes de déplacement qui sont montées sur la turbine à vapeur et à proximité du rotor. Les données des sondes sont enregistrées dans des bases de données et téléchargées manuellement dans un ordinateur en vue de leur analyse. Les données des sondes ou capteurs sont recherchées pour sélectionner des données associées à des événements spécifiques de turbine (par exemple l'arrêt, le démarrage et/ou le fonctionnement du rotor à faible vitesse). Des calculs sont effectués sur les données sélectionnées, afin d'obtenir des valeurs d'excentricité de base et des variations d'excentricité d'un démarrage à l'autre. Ce procédé classique est moins difficile à mettre en oeuvre lorsque la turbine pour laquelle les calculs d'excentricité de base sont effectués a un nombre relativement faible de cycles de démarrages/d'arrêts, mais il devient fastidieux lorsque la turbine subit un grand nombre de ces cycles. La réalisation manuelle des calculs pour un grand volume de données de sondes de déplacement est extrêmement longue et susceptible d'erreurs. L'invention divulgue un procédé pour déterminer l'excentricité d'un rotor dans une turbine, comprenant les étapes suivantes : collecte de données de capteurs de l'excentricité de rotor pour une pluralité d'opérations de démarrage; établissement d'une valeur d'excentricité de base, en utilisant les données de capteurs correspondant à une opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une valeur d'excentricité, en utilisant les données de capteurs filtrées pour chacune d'une pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une différence d'excentricité de rotor entre la valeur d'excentricité de base et chacune des valeurs d'excentricité pour la pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; et présentation d'un état d'excentricité de rotor, basé sur la différence d'excentricité de rotor. Le procédé divulgué peut comprendre le filtrage des données de capteurs afin de sélectionner des données de capteurs correspondant à des opérations de démarrage, et l'utilisation des seules données de capteurs sélectionnées pour déterminer les valeurs d'excentricité. Le procédé peut également signaler une tendance des différences d'excentricité du rotor pendant un laps de temps d'au moins une année et signaler des variations excessives de l'excentricité du rotor. En outre, le procédé peut exclure de la détermination de la valeur d'excentricité des données de capteurs présentant une vitesse de variation supérieure à une limite prédéterminée pendant une période de démarrage. D'autre part, le procédé peut comparer une moyenne, établie sur une longue durée, de valeurs d'excentricité pour une pluralité d'opérations de démarrage, pendant un long laps de temps prédéterminé, avec une moyenne actuelle de valeurs d'excentricité pour un nombre prédéterminé des opérations de démarrage les plus récentes. L'invention divulgue également un procédé pour déterminer l'excentricité d'un rotor dans une turbine, comprenant les étapes suivantes : collecte de données de capteurs concernant l'excentricité de rotor, pendant un laps de temps correspondant à des fonctionnements de turbine différents; filtrage des données de capteurs pour extraire les données de capteurs correspondant à des opérations de démarrage de turbine; établissement d'une valeur d'excentricité de base, en utilisant les données de capteurs filtrées correspondant à une opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une valeur d'excentricité, en utilisant les données de capteurs filtrées pour chacune d'une pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; détermination d'une différence d'excentricité de rotor entre la valeur d'excentricité de base et chacune des valeurs d'excentricité pour la pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; et présentation d'un état d'excentricité de rotor, basé sur la différence d'excentricité de rotor. L'invention divulgue un système pour déterminer l'excentricité d'un rotor dans une turbine, comprenant les éléments suivants : un capteur d'excentricité de rotor, surveillant l'excentricité du rotor et générant des données d'excentricité de rotor; un système informatique englobant : (i) une base de données stockant les données d'excentricité de rotor pendant une durée correspondant à différents fonctionnements de turbine; (ii) un filtre de données qui extrait des données d'excentricité de rotor, correspondant à des opérations de démarrage de turbine, des données d'excentricité de rotor et génère des données de capteurs filtrées; (iii) un algorithme établissant une valeur d'excentricité de base, en utilisant les données de capteurs filtrées, correspondant à une opération de démarrage sélectionnée; un algorithme établissant une valeur d'excentricité, en utilisant les données de capteurs filtrées pour chacune d'une pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; (iv) un algorithme déterminant une différence d'excentricité de rotor entre la valeur d'excentricité de base et chacune des valeurs d'excentricité pour la pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; et (v) un générateur d'état pour éditer des présentations d'un état d'excentricité de rotor, basé sur la différence d'excentricité de rotor. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma d'une architecture de système pour un système de surveillance d'une turbine à vapeur, la figure 2 est un exemple de graphique montrant des tendances d'excentricité de rotor, sur la base de mesures d'excentricité effectuées lors de chaque démarrage de turbine et inscrites par rapport aux dates auxquelles ces mesures ont été prises, la figure 3 est un organigramme d'un exemple d'algorithme pour déterminer une excentricité de rotor moyenne stable, lors du démarrage de turbine, et la figure 4 est un organigramme d'un exemple d'algorithme pour détecter des changements de l'excentricité de rotor et émettre des avertissements en cas de changements excessifs de l'excentricité. La FIGURE 1 est un schéma d'une turbine à vapeur 10 surveillée par une pluralité de capteurs 12, par exemple des sondes de déplacement. Les données envoyées par les capteurs sont reçues par un contrôleur informatique 14 pour la turbine à vapeur. La turbine à vapeur 10, l'agencement de capteurs 12 pour surveiller la turbine et le contrôleur de turbine 14 sont des éléments classiques et bien connus, qui fonctionnent de manière habituelle.

Les capteurs 12, par exemple des sondes de déplacement adjacentes à un rotor de turbine, sont généralement utilisés pour la surveillance et la mesure de l'excentricité sur des turbines à vapeur. Les données de sonde de déplacement obtenues des capteurs sont acheminées via un dispositif de surveillance local, installé sur place, et enregistrées dans une base de données centrale 18 de capteurs.

Les données, par exemple les valeurs d'excentricité et les instants auxquels les valeurs sont recueillies par les capteurs, sont générées par les capteurs 12 de surveillance d'excentricité. Ces données peuvent être recueillies par les capteurs de façon relativement continue, par exemple toutes les cinq minutes pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur. Le contrôleur 14 peut stocker sensiblement toutes les données émanant des capteurs 12, au moins pendant un laps de temps prédéterminé, par exemple trois mois. La collecte de sensiblement toutes les données de capteurs peut conduire à la collecte d'une grande quantité de données d'excentricité. Les données provenant des capteurs sont acheminées au contrôleur 14 et à un système informatique central 16. Le téléchargement de données du contrôleur vers le système informatique 16 peut se faire sur une base périodique, par exemple tous les jours ou toutes les semaines. Le système informatique 16 peut stocker les données de capteurs dans une table prédéfinie, à un emplacement prédéfini dans la base de données centrale 18 de capteurs. Les données peuvent être stockées dans la base de données 18 de capteurs pendant un laps de temps qui soit au moins suffisant pour filtrer les données, en vue de sélectionner des données d'excentricité correspondant à des événements particuliers, par exemple un démarrage de turbine. Eventuellement, il n'est pas nécessaire de stocker toutes les données de capteurs pendant une longue durée, par exemple les données qui ne correspondent pas à un événement particulier. Le système informatique central 16 peut être local, c'est-à-dire installé sur place avec la turbine à vapeur, ou bien il peut se situer à distance et accéder au contrôleur par l'intermédiaire d'un grand réseau, tel qu'Internet. Le système informatique 16 peut comporter une mémoire électronique stockant des bases de données et des programmes exécutables, des dispositifs d'entrée et de sortie, par exemple un dispositif de communication pour recevoir des données d'excentricité depuis le contrôleur, un clavier et un écran pour une interaction avec des opérateurs humains, et des imprimantes pour éditer des rapports concernant les excentricités de rotor de la turbine à vapeur. Le système informatique central 16 comprend en général une source de données, par exemple la base de données centrale 18, qui stocke des données de fonctionnement provenant de capteurs de la turbine. Les données d'excentricité et d'autres mesures requises concernant d'autres fonctionnements de turbines à vapeur, par exemple d'autres turbines à vapeur fonctionnant dans la zone, peuvent également être stockées dans la base de données centrale 18. En plus des données de capteurs, la base de données 18 peut stocker des données indicatives d'opérations de démarrage et d'arrêt de turbine. Les informations concernant des opérations de démarrage et/ou d'arrêt peuvent servir à filtrer les données de capteurs et à sélectionner des données de capteurs correspondant à des événements de démarrage. Les données de capteurs provenant d'événements de démarrage peuvent être utilisées pour déterminer des valeurs d'excentricité de base et pour déterminer des fenêtres de temps de données de capteurs correspondant à des démarrages. La valeur d'excentricité pour chaque démarrage est comparée avec la valeur de base. Les bases de données dans le système informatique peuvent englober la base de données 18 de capteurs pour stocker des données provenant des capteurs 12 et une base de données 20 pour stocker des données de surveillance et de diagnostic (M&D). Les données provenant des capteurs peuvent inclure des informations concernant l'excentricité du rotor, par exemple le déplacement du rotor et/ou la vibration du rotor, et l'instant auquel l'information d'excentricité a été recueillie par le capteur. Un processeur (tel qu'il est prévu dans la plateforme centrale) exécute des programmes 22 faisant partie d'un logiciel, par exemple des programmes avec des règles de diagnostic pour trier et filtrer les données d'excentricité stockées dans la base de données 18 de capteurs. Les données provenant de la base de données de capteurs sont analysées par le processeur, qui identifie les données correspondant à des événements de démarrage de la turbine à vapeur. Lorsqu'un événement de démarrage est identifié, les données d'excentricité d'un laps de temps correspondant à l'événement de démarrage, par exemple une (1) heure avant l'événement de démarrage identifié, sont analysées pour déterminer une valeur d'excentricité moyenne stable. Les autres données d'excentricité reçues des capteurs ne sont pas utilisées pour l'analyse d'excentricité. En limitant la quantité de données d'excentricité analysées et/ou enregistrées, on réduit considérablement le volume de données devant être visualisées. Grâce au filtrage des données d'excentricité et à l'utilisation de données de capteurs correspondant à un seul type d'événement de turbine, par exemple les instants de démarrage, les données d'excentricité peuvent être comparées plus facilement pour déterminer des variations de l'excentricité du rotor au cours du temps. Par exemple, les données recueillies lors du démarrage de la turbine indiquent l'excentricité du rotor pendant le fonctionnement à faible vitesse de rotation et avant que la chaleur de la vapeur appliquée à la turbine n'influence de manière sensible l'excentricité du rotor. Pendant le fonctionnement à faible vitesse du rotor, l'excentricité du rotor est relativement facile à mesurer par les capteurs 12 et n'est pas influencée par des forces centrifuges qui apparaissent en présence de vitesses de rotation élevées ou sous l'effet de la chaleur de la vapeur. Le système informatique 16 peut émettre des alarmes et des avertissements, si le changement de l'excentricité de base dépasse des limites prédéterminées. D'autres programmes de logiciels exécutés par le processeur peuvent réaliser l'analyse de données 24, par exemple établir des moyennes des données d'excentricité triées et/ou filtrées, les résultats de l'analyse de données étant enregistrés dans la base de données M&D 20. Des programmes de logiciels exécutables supplémentaires peuvent valider 26 les résultats enregistrés dans la base de données M&D et présenter les résultats de vibration à un module 28 de diagnostic de turbine à vapeur. Ce module de diagnostic analyse les données provenant de la turbine à vapeur, y compris les résultats des données d'excentricité, et indique l'état d'excentricité de la turbine à vapeur à l'opérateur de la turbine. Par exemple, le module de diagnostic peut déterminer une variation de l'excentricité de base, qui indique une valeur d'excentricité à viser par la maintenance de la turbine à vapeur. Le système informatique 16 divulgué ici détecte des changements de la valeur d'excentricité de base pendant toute la durée de vie d'une turbine à vapeur. La connaissance de changements de l'excentricité de base dans une turbine à vapeur est utile pour identifier le début d'une cambrure permanente du rotor. Un autre module vérifie des changements de valeurs d'excentricité de base du rotor de turbine. Une alarme est déclenchée si un décalage significatif est observé dans la valeur d'excentricité de base. Cette alarme est envoyée à un opérateur de la turbine à vapeur, par exemple via une liaison de communication par courriel entre le système informatique et le contrôleur. L'excentricité change à mesure que le rotor passe par différents cycles de fonctionnement. Il est nécessaire de surveiller l'excentricité dans une turbine à vapeur pour déceler des changements des caractéristiques vibratoires du rotor de turbine. Cette surveillance est nécessaire pour détecter l'instant où l'excentricité du rotor devient excessive. La surveillance de variations de l'excentricité de base constitue un paramètre pour évaluer la turbine à vapeur et déterminer le moment où un entretien ou une réparation doit avoir lieu. La variation de l'excentricité de base indique si et quand l'excentricité du rotor devient excessive, par exemple lorsque l'excentricité dépasse un niveau de seuil. Le système informatique 16 constitue un moyen de détection en ligne de variations de l'excentricité de base et aide à identifier des turbines à vapeur présentant une dégradation de leur comportement vibratoire.

Le système informatique 16 génère une valeur d'excentricité moyenne avant chaque opération de démarrage de turbine à vapeur. Le système informatique détermine un changement des valeurs d'excentricité de base pour chaque démarrage d'une série de démarrages effectués au cours d'un laps de temps, par exemple plusieurs années. Les changements estimés des valeurs d'excentricité de base peuvent être indiqués dans un graphique, tel que le montre la figure 2. La FIGURE 2 représente un exemple de graphique 40 montrant des tendances d'excentricité de rotor, basées sur des valeurs d'excentricité 42 correspondant à chaque démarrage de turbine et tracées par rapport aux dates 44 auxquelles les mesures ont été effectuées. Les données d'excentricité sont inscrites dans le graphique par une mesure de l'excentricité, par exemple en millièmes (0,001) de pouce (25,4 millimètres), et avec l'heure et la date de démarrage correspondantes. Les mesures d'excentricité correspondent à des périodes de démarrage de la turbine à vapeur pendant un laps de temps étendu, par exemple deux ans. Les données d'excentricité inscrites dans le graphique 40 peuvent représenter l'excentricité lors de différents démarrages au cours d'une période de deux ans. Les mesures d'excentricité peuvent se faire par rapport à une excentricité de base. Les valeurs d'excentricité inscrites dans le graphique représentent différentes valeurs entre une excentricité de base et une autre valeur d'excentricité de démarrage. La différence entre la valeur d'excentricité de base et une valeur d'excentricité de démarrage constitue un indicateur du degré de cambrure supplémentaire qui est survenue dans le rotor à partir de la valeur de base. Les mesures d'excentricité inscrites dans le graphique 40 peuvent englober des valeurs de différence d'excentricité 46 qui sont déterminées automatiquement par le système informatique 16, en utilisant des algorithmes logiciels appliqués aux mesures d'excentricité, et tracées automatiquement dans le graphique 40 (voir les cercles 46). Des mesures d'excentricité générées par voie manuelle (indiquées par des étoiles/carrés 48) peuvent également être notées dans le graphique 40, par exemple par saisie manuelle des mesures et de leurs instants de démarrage associés, dans un dispositif d'entrée d'utilisateur de l'ordinateur. Les mesures d'excentricité générées par voie manuelle, inscrites dans la figure 2, présentent une bonne corrélation avec les mesures 46 déterminées par voie automatique par les algorithmes logiciels du système informatique et divulguées ici. La forte corrélation entre les mesures déterminées par voie manuelle et par voie automatique suggère que les algorithmes divulgués ici déterminent les mesures d'excentricité sensiblement avec la même précision que les mesures d'excentricité effectuées par voie manuelle. Les algorithmes logiciels peuvent être utilisés pour générer automatiquement des valeurs d'excentricité et la différence par rapport à des valeurs de base et éviter ainsi aux techniciens en charge de la turbine à vapeur de générer des valeurs d'excentricité par voie manuelle. La ligne en tirets 49 désigne la tendance de l'augmentation de l'excentricité du rotor au cours de la période de plusieurs années définie dans le graphique 40. Pour établir une valeur d'excentricité de base pour une turbine à vapeur particulière, un algorithme d'excentricité de démarrage moyenne identifie un premier démarrage de la turbine à partir des données de capteurs stockées dans la base de données de capteurs 18, calcule une valeur d'excentricité de rotor, en utilisant les données de capteurs générées juste avant ce premier démarrage, et applique la valeur d'excentricité pour le premier démarrage en tant qu'excentricité de base représentant l'état d'un rotor nouvellement mis en service ou réparé d'une turbine à vapeur. Après l'établissement d'une valeur d'excentricité de base, l'algorithme filtre les données de capteurs pour identifier et recueillir des données correspondant aux événements de démarrage de turbine suivants. L'algorithme détermine une valeur d'excentricité pour chaque événement de démarrage. La valeur d'excentricité peut être exprimée comme une différence entre la valeur d'excentricité déterminée pour un événement de démarrage subséquent et la valeur d'excentricité de base. Si aucun événement de démarrage n'est présent dans le laps de temps sélectionné, par exemple si la turbine est sur vireur pendant un certain laps de temps, l'algorithme calcule une excentricité moyenne à partir du premier point de mesure disponible dans le laps de temps. La valeur d'excentricité correspondant au premier point de mesure peut être utilisée comme valeur d'excentricité de base. Pour chaque laps de temps, par exemple quinze jours, après le premier point de mesure, l'algorithme calcule une excentricité moyenne et peut calculer une différence entre la valeur d'excentricité moyenne pour le laps de temps et la valeur pour le premier point de mesure. Les valeurs d'excentricité moyennes pour chaque période de quinze jours peuvent être inscrites dans le graphique, d'une manière similaire à celle représentée dans la figure 2. En plus du calcul et du traçage des valeurs d'excentricité, le système informatique 16 peut surveiller des décalages importants des valeurs d'excentricité de base. Lorsqu'un décalage excessif de l'excentricité est observé, une alarme peut être déclenchée via courriel, un bip ou un autre moyen de communication auprès d'un ou plusieurs opérateurs et techniciens de la turbine à vapeur. La FIGURE 3 représente un organigramme d'un exemple d'un algorithme 50 d'excentricité de démarrage moyenne d'un rotor, destiné à déterminer l'excentricité du rotor lors de chaque démarrage de la turbine. Cet algorithme 50 identifie un événement de démarrage de turbine, sur la base d'un examen de données de capteurs stockées dans la base de données 18 (figure 1) et calcule des valeurs d'excentricité moyenne dans une fenêtre de fonctionnement valide, correspondant à l'événement de démarrage. La valeur d'excentricité est enregistrée dans une base de données 20 (fig. 1) et est ensuite utilisée pour tracer des graphiques (fig. 2) et émettre des alarmes (fig. 4). L'algorithme 50 peut être intégré dans un module logiciel de calcul, exécuté périodiquement par le système informatique 16, par exemple toutes les 24 heures. L'algorithme 50 peut être appliqué pour calculer les excentricités moyennes pour des événements de démarrage ayant lieu tous les jours. L'algorithme commence (pas 52) par l'identification d'une opération de démarrage de turbine à vapeur et, de manière facultative, d'un arrêt de turbine qui a eu lieu immédiatement avant et correspond à l'opération de démarrage identifiée (pas 54). Le pas d'identification de démarrage 54 est exécuté sur la base de données de capteurs opérationnelles et d'autres données de la turbine à vapeur, qui ont été extraites de la base de données 18 (pas 56). Les données peuvent être analysées pour des opérations de démarrage et d'arrêt, en utilisant des algorithmes classiques de détection de démarrage/arrêt. Par exemple, un algorithme pour identifier des arrêts de turbine et un roulis provenant d'une opération de lancement de vireur compare deux signaux de données classiques. Le premier signal de données est un signal logique qui adopte les valeurs 0 et 1, en fonction de l'état de la prise du vireur avec le rotor d'une turbine à vapeur. Au début d'une opération de démarrage, le vireur se met en prise avec un rotor, lorsque celui-ci est arrêté, et applique un couple de rotation au rotor. Le couple du vireur fait tourner le rotor, bien que ce soit lentement. A mesure que la vapeur est envoyée à la turbine, le rotor accélère et le vireur est mis hors de prise d'avec le rotor, dès que celui-ci accélère au-delà d'une vitesse de rotation prédéterminée. Le deuxième signal de données indique la vitesse de rotation de la turbine, par exemple en tours par minute (rpm û tr/min). L'algorithme de démarrage/d'arrêt peut identifier l'instant où la vitesse de rotation de la turbine commence à augmenter de façon continue, par exemple au-delà de la vitesse du vireur (supposée être de 10 tr/min). Le signal logique provenant du premier signal de données peut être utilisé pour identifier le mode de service, par exemple un mode de démarrage. Le deuxième signal de données peut être utilisé pour identifier l'instant où l'opération de démarrage a atteint une vitesse de rotation prédéterminée, par exemple au-delà de 10 tr/min ou 100 tr/min. Le pas d'identification de démarrage 54 peut être utilisé pour identifier une opération de démarrage. Dès qu'un démarrage valide a été identifié au pas 54, l'algorithme 50 fixe un intervalle de temps de démarrage prédéfini, par exemple d'une durée de 60 minutes, avant le démarrage identifié (pas 58). Pendant l'intervalle de temps de démarrage précédant le démarrage identifié, le rotor tourne lentement et les capteurs d'excentricité 12 génèrent des signaux représentatifs de l'excentricité du rotor, avent que des forces centrifuges et la chaleur n'influencent la cambrure du rotor. On établit la moyenne des données d'excentricité générées pendant l'intervalle de démarrage prédéfini. Cette moyenne est enregistrée en tant que valeur d'excentricité pour l'intervalle de démarrage correspondant. Au pas 62, les pas d'identification d'intervalles de démarrage 54, de détermination d'un intervalle de démarrage 58 et de détermination 64 d'une moyenne des valeurs d'excentricité de cet intervalle sont répétés pour chaque opération de démarrage, dans un intervalle de temps défini, par exemple de un à trois ans de service de la turbine à vapeur. Pour déterminer une valeur d'excentricité moyenne pour chaque opération de démarrage, l'algorithme 50 applique un algorithme de détection de cambrure de rotor 64, qui est illustré en détail à droite dans la figure 3. L'algorithme de détection de cambrure 64 détermine initialement s'il existe un état de cambrure temporaire du rotor. Une cambrure temporaire peut apparaître sur un rotor qui récupère lentement d'événements de cambrure thermique liés à un arrêt précédent. Une cambrure temporaire n'indique en général pas uneexcentricité permanente du rotor et peut être ignorée dans la détermination des tendances d'excentricité. L'algorithme de détection de cambrure de rotor 64 peut être appliqué (pas 66) pour garantir que des états de cambrure temporaire ne soient pas utilisés pour générer la valeur d'excentricité moyenne inscrite dans le graphique 40. L'algorithme de détection de cambrure de rotor 64, 66 détermine si le rotor subit une cambrure thermique, en déterminant si la vitesse de variation de la mesure de cambrure dépasse un niveau prédéfini. Par exemple, le rotor peut être traité comme subissant une cambrure thermique et temporaire, si une vitesse filtrée de changement de cambrure est supérieure à 0,03 millième de pouce/min pendant une durée de 15 minutes. Si une cambrure temporaire est identifiée par rapport à une opération de démarrage particulière, l'algorithme écarte ce démarrage et passe automatiquement au démarrage suivant, au pas 66 (condition OUI). L'algorithme de détection de cambrure de rotor 64, 66 identifie des excentricités temporaires en utilisant une formule indiquée ci-dessous pour calculer le changement de l'excentricité du rotor pendant une opération de démarrage.

L'algorithme 64 utilise les données de capteurs d'excentricité stockées dans la base de données de capteurs 18. L'équation ci-dessous calcule la vitesse de changement de l'excentricité pour une détection de cambrure thermique, à chaque point, sans exception, d'un intervalle de démarrage sélectionné, par exemple un intervalle d'une heure, d'une opération de démarrage de turbine. ( ù ECCX15 / (ECCX+1 ùECCX14 ) (ECCX+2 ù ECCXù13 ) (ECCX+3 ù ECCX12 15 15 15 15 ECC ù ROC @ Po int' X' = 4 Ici, Po int 'X' est un instant d'un intervalle d'établissement de moyenne de 60 minutes; ECC ROC est une valeur filtrée de vitesse de changement d'excentricité, telle qu'elle est indiquée dans l'équation ci-dessus, et ECC désigne les valeurs d'excentricité à chaque point de l'intervalle d'établissement de moyenne de 60 minutes. Le rotor est considéré comme subissant une cambrure thermique, si cette vitesse de changement filtrée (ECC ROC) est supérieure à 0,03 millième de pouce/min. pour 15 minutes continues. Si une cambrure thermique temporaire est identifiée par rapport à un démarrage particulier, l'algorithme écarte les données de capteurs associées à cet événement de démarrage et passe à un démarrage au pas 66 (condition OUI). Au pas 68, une fenêtre d'intervalle de temps d'établissement de moyenne, par exemple 60 minutes, est définie de zéro (0) à j. Cette fenêtre est divisée en incréments de i qui correspondent à des mesures de données de capteurs d'excentricité dans la fenêtre de temps. Au pas 70, l'algorithme indiqué ci-dessous est appliqué pour calculer un pourcentage (%) de changement d'excentricité à un instant particulier (%ECC ROC@X) entre deux points de mesure successifs dans la fenêtre de temps.

ECCX+1ùECCX * 100 %ECC ROC@ Po int' X' = Minimum (ECCX , ECCX+1 )

Ici, Po int 'X' est un instant dans la fenêtre d'établissement de moyenne de 60 minutes; %ECC ROC est le changement d'excentricité en pour cent entre deux points de mesure successifs dans la fenêtre d'établissement de moyenne, et ECC désigne les valeurs d'excentricité à chaque point dans la fenêtre d'établissement de moyenne de 60 minutes. Ce calcul de changement en pour cent (%) (pas 70) est effectué pour chaque point de mesure disponible dans la fenêtre de temps. Au pas 72, si le changement en pour cent (%) pour un point de mesure est supérieur à 50 %, le point de mesure (X) correspondant de l'excentricité n'est pas pris en compte (pas 76) pour l'établissement de la moyenne de l'excentricité et est supposé être associé à un événement de pointe d'excentricité. Si le changement en pour cent déterminé est inférieur à 50 % au pas 72, la valeur d'excentricité de l'incrément de temps (i) correspondant est ajoutée à la somme des valeurs d'excentricité de la fenêtre de temps. Comme indiqué au pas 80, les pas (70 à 78) ci-dessus sont répétés pour chaque incrément (i) de la fenêtre de temps et jusqu'à ce que le dernier incrément soit atteint (i j). Lorsque chaque changement d'excentricité (pas 70) est déterminé et évalué, la somme (pas 74) de toutes les valeurs d'excentricité stables, par exemple les valeurs ne constituant pas un événement de pointe, est utilisée pour déterminer une excentricité moyenne pour l'intervalle de temps. Une fois que la vitesse de changement est calculée pour chaque point de mesure d'excentricité (i) dans la fenêtre d'établissement de moyenne, l'algorithme compte le nombre de points de mesure pour lesquels la vitesse de changement associée est supérieure à 50 %, au pas 82. Si le nombre de ces points est supérieur à un niveau de seuil, par exemple la moitié de la fenêtre de temps (par ex. 30), les données d'excentricité dans la fenêtre sont traitées comme étant trop perturbées. L'événement de démarrage correspondant n'est pas utilisé pour établir une tendance de l'excentricité du rotor, parce que les données d'excentricité de cet événement sont écartées (pas 86) en tant que démarrages avec des données de capteurs perturbées, et l'algorithme passe au démarrage suivant. Au pas 84, une valeur d'excentricité moyenne de base (Average Eccnt) est déterminée en utilisant la somme (74) des valeurs d'excentricité stables et l'algorithme suivant :

C E X , (%Eœ_ ROCS < 50%) AVERAGE EîENT = I=B 60 - N Ici, N est le nombre de points de mesure pour lequel %ECCROC est supérieur à 50 %; %ECCROC est le changement en pour cent de l'excentricité entre deux points de mesure successifs, dans la fenêtre d'établissement de moyenne de 60 minutes; 'B' est un point de mesure situé 60 minutes avant l'heure de démarrage de l'unité, et 'C' est un point de mesure qui correspond à l'heure de démarrage de l'unité. La valeur d'excentricité moyenne de base (AVGECCENT) pour l'état de démarrage correspondant est enregistrée dans la base de données M&D 20 (fig. 1). Les pas décrits au pas 56 à 84 peuvent être exécutés pour chaque opération de démarrage pour laquelle des données de capteurs d'excentricité sont disponibles.

Dans des situations où la turbine à vapeur n'est pas en état de fonctionnement pendant une longue durée à la suite d'un arrêt, les mêmes calculs sont effectués tous les 15 jours à partir du dernier arrêt. Les résultats de ces calculs sont enregistrés en tant que valeur d'excentricité de base pour chaque état de démarrage dans la base de données M&D 20. Après que l'algorithme 50 a calculé l'excentricité de base pour chaque démarrage disponible pour une turbine, les résultats de ces calculs sont utilisés pour déterminer le décalage de l'excentricité de base. La FIGURE 4 est un organigramme d'un algorithme de décalage d'excentricité 90 qui détecte un décalage des valeurs d'excentricité de base et signale automatiquement, par exemple via courriel, des changements significatifs des valeurs d'excentricité de base. Des augmentations de l'excentricité de base peuvent être directement liées au comportement vibratoire d'une turbine à vapeur. Les valeurs d'excentricité de base constituent un moyen de surveiller le comportement vibratoire d'une turbine à vapeur. Des augmentations de ces valeurs peuvent indiquer une augmentation du nombre des événements de frottement, par exemple le frottement entre des éléments tournants et des éléments stationnaires. Des frottements et des changements du comportement vibratoire d'une turbine à vapeur peuvent être détectés en surveillant les changements des valeurs d'excentricité de base. L'algorithme de décalage d'excentricité de base 90 détecte des changements des valeurs d'excentricité de base et génère des comptes-rendus pour informer les techniciens de la turbine à vapeur et d'autres personnes responsables de la turbine. En outre, l'algorithme de décalage d'excentricité émet des alarmes indiquant le degré du décalage de l'excentricité de base. L'algorithme de décalage d'excentricité de base 90 utilise au pas 92 des données d'excentricité moyennes qui sont calculées par l'algorithme d'excentricité de démarrage de base 50 et enregistrées dans la base de données M&D 20. Au pas 94, une valeur d'excentricité moyenne sur une longue durée est déterminée à partir d'une série de valeurs d'excentricité dans des conditions de démarrage, par exemple les 25 valeurs d'excentricité les plus récentes (Avg 25). Une moyenne de 25 valeurs d'excentricité est prise en compte pour réduire à un minimum les effets de dispersion des valeurs d'excentricité et pour établir une tendance d'excentricité sur un intervalle de temps relativement long. Au pas 96, une moyenne des valeurs d'excentricité actuelles est établie pour un nombre réduit d'états de démarrage séquentiels, par exemple une moyenne des valeurs d'excentricité pour les cinq états de démarrage les plus récents (Avg5). L'excentricité actuelle moyenne pour le nombre réduit d'états de démarrage indique des changements actuels de la valeur d'excentricité. La moyenne des valeurs d'excentricité actuelles est prédéterminée pour chaque état de démarrage successif.

Au pas 98, une différence est déterminée entre la valeur moyenne actuelle (AVG5) des valeurs d'excentricité (pas 96) et les valeurs d'excentricité sur une longue durée (pas 94). Une différence positive indique que l'excentricité du rotor augmente. Au pas 100, une opération booléenne est exécutée pour identifier si la différence (Avg 5 moins Avg 25) est positive (1 émis) ou négative (0). Si la différence est positive, une détermination est effectuée pour savoir si la valeur actuelle augmente pour un nombre prédéterminé d'événements de démarrage successifs (pas 96). Une moyenne est établie pour les sorties d'opérations booléennes (1 ou 0) pour une séquence d'événements de démarrage, par exemple vingt (20), au pas 102. Si la valeur booléenne moyenne est inférieure à 0,5 pour vingt événements de démarrage, au pas 104, aucun compte-rendu automatique n'est généré par l'algorithme de décalage d'excentricité de base 90. Si la sortie booléenne moyenne est supérieure à 0,5 pour vingt événements de démarrage (pas 104), la valeur de base AVG 25 correspondante du pas 94 est marquée comme étant une valeur d'excentricité de base de référence actuelle, au pas 108. Lorsque le pas 94 est répété pour évaluer les excentricités d'opérations de démarrage subséquentes, la valeur d'excentricité AVG 25 actuelle, générée par ce pas, peut différer de la valeur de base marquée au pas 108. Si la différence (pas 110) entre la valeur de base AVG 25 (pas 108) et la valeur d'excentricité AVG 25 actuelle devient supérieure à une quantité prédéterminée, par exemple 2 millièmes de pouce (pas 112), une alarme est émise pour signaler un décalage d'excentricité de base (BL), au pas 114. L'alarme peut consister en des courriels qui sont envoyés au technicien en charge de la turbine à vapeur et à d'autres personnes responsables de la turbine. Le système décrit ici a plusieurs effets techniques, y compris la capacité de calculer de manière précise des valeurs d'excentricité de base et ainsi le comportement vibratoire et sanitaire global, notamment pendant des phases transitoires de la turbine à vapeur. Le système offre une solution en ligne pour identifier des turbines de façon permanente et donne une image globale des changements d'excentricité de rotor. Cette information permet aux opérateurs de la turbine à vapeur de régler avec précision le fonctionnement et l'entretien de la turbine. La disponibilité et la fiabilité des données d'excentricité de rotor réduisent également les coûts d'entretien et d'exploitation. Les algorithmes utilisés dans le système décrit ici présentent des caractéristiques pour détecter une dégradation de l'excentricité suite à une cambrure thermique et des évolutions de l'excentricité avec des ondulations/pics, avant des démarrages. Ces points de mesure anormaux ne sont pas utilisés pour les calculs, puisqu'ils risquent de fausser le résultat du système.

15 20 25 30 Liste des éléments GE IDL 217612 839-1923 Système et procédé de détection d'un décalage de l'excentricité de base d'un rotor Référence Description Turbine à vapeur 12 Capteurs 14 Contrôleur de turbine 16 Système informatique associé 18 Base de données de capteurs 20 Base de données RM&D 22 Programmes de logiciel 24 Processeur pour effectuer l'analyse des données 26 Validation par des programmes de logiciel exécutables 28 Diagnostic de turbine à vapeur 30 Rotor 40 Graphique 42 Valeurs d'excentricité 44 Dates 46 Valeurs d'excentricité déterminées par voie automatique û Cercles dans le graphique 40 48 Valeurs d'excentricité déterminées par voie manuelle û étoiles/carrés 49 Ligne de tendance d'excentricité û ligne en tirets 50 Organigramme de l'algorithme d'excentricité de démarrage moyenne de rotor (fig. 3) 52 Début de l'algorithme 54 Pas d'identification de démarrage 56 Acquisition de données d'exploitation de la turbine à vapeur 58 Fenêtre de temps pour le pas de démarrage 62 Répéter les pas 54 à 60 64 Algorithme de détection de cambrure de rotor 66 Application de l'algorithme de détection de cambrure de rotor 68 Fenêtre d'intervalle de temps d'établissement de moyenne 70 Calculer un changement en pour cent (%) 18 5 10 20 25 72 Le changement en pour cent (%) pour un point de mesure est-il supérieur à 50 % 74 Somme 76 Si le changement en pour cent (%) pour un point de mesure est supérieur à 50 %, le point de mesure d'excentricité (X) correspondant n'est pas pris en compte 78 Pas d'incrément 80 Répéter les pas 70 à 78 82 Compter le nombre de points de mesure pour lesquels la vitesse de changement associée est supérieure à 50 % 84 Valeur d'excentricité moyenne de base (Average_Eccnt) 86 Les données d'excentricité de cet événement sont écartées 90 Algorithme de décalage d'excentricité 92 Données d'excentricité ayant fait l'objet d'un calcul de moyenne 96 La moyenne des valeurs d'excentricité actuelles est déterminée pour un nombre réduit d'états de démarrage séquentiels 98 Une différence est déterminée entre la valeur moyenne actuelle (AVG5) des valeurs d'excentricité (pas 96) et les valeurs d'excentricité sur une longue durée (pas 94) 100 Une opération booléenne est effectuée pour identifier si la différence (AvgS moins Avg25) est positive (1 émis) ou négative (0) 102 Une moyenne est établie pour les sorties (1 ou 0) de l'opération booléenne, pour une séquence d'événements de démarrage 104 Si la valeur booléenne moyenne est inférieure à 0,5 pour vingt événements de démarrage, 106 Pas d'action 108 Marquée comme une valeur d'excentricité de base de référence actuelle 110 Différence 112 Une alarme est émise 114 Déclencher une alarme d'excentricité 30

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer l'excentricité d'un rotor (30) dans une turbine (10), comprenant les étapes suivantes : collecte (56) de données de capteurs (18) de l'excentricité de rotor pour une pluralité d'opérations de démarrage (54); établissement d'une valeur d'excentricité de base (84), en utilisant les données de capteurs correspondant à une opération de démarrage sélectionnée; détermination (90) d'une valeur d'excentricité, en utilisant les données de capteurs filtrées pour chacune d'une pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; détermination (98) d'une différence d'excentricité de rotor entre la valeur d'excentricité de base et chacune des valeurs d'excentricité pour la pluralité d'opérations de démarrage qui suivent l'opération de démarrage sélectionnée; et présentation (92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 112) d'un état d'excentricité de rotor, sur la base de la différence d'excentricité de rotor.

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le filtrage (72, 76) des données de capteurs, afin de sélectionner des données de capteurs correspondant à des opérations de démarrage, et l'utilisation des seules données de capteurs sélectionnées pour déterminer les valeurs d'excentricité.

3. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la présentation de l'état d'excentricité du rotor inclut la présentation d'une tendance (49) des différences d'excentricité du rotor pendant un laps de temps d'au moins une année.

4. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'exclusion (82), de la détermination de la valeur d'excentricité, des données de capteurs présentant une vitesse de variation supérieure à une limite prédéterminée pendant une période de démarrage.

5. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la détermination de la valeur d'excentricité inclut la détermination d'une moyenne (68) des données de capteurs pour une période de démarrage, cette période correspondant à un fonctionnement de rotor à faible vitesse lors du démarrage.

6. Procédé selon la revendication 5, selon lequel le fonctionnement du rotor à faible vitesse est inférieur à 100 tours par minute.

7. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la présentation (112) de l'état d'excentricité du rotor inclut la comparaison (94) d'une moyenne, sur une longue durée, de valeurs d'excentricité pour une pluralité d'opérations de démarrage pendant un long laps de temps prédéterminé, avec une moyenne actuelle de valeurs d'excentricité pour un nombre prédéterminé des opérations de démarrage les plus récentes.

8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la collecte (56) de données de capteurs (18) comprend en outre la collecte (56) de données de capteurs (18) de l'excentricité de rotor pour une pluralité d'opérations de démarrage (54) dans une turbine à vapeur.

9. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'exclusion (76), de la détermination des différences d'excentricité de rotor, de la valeur d'excentricité pour une opération de démarrage pendant laquelle une vitesse de variation de l'excentricité de rotor dépasse une vitesse de seuil prédéterminée de variation d'excentricité de rotor.

10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre la détermination (70) de la vitesse de variation d'excentricité de rotor pendant l'une desdites opérations de démarrage, en tant que fonction d'une pluralité de valeurs d'excentricité de rotor déterminées pendant ladite opération de démarrage.20