CN101438060A - 流体机械的性能诊断装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种流体机械的性能诊断装置，其特征在于，具有预想性能曲线运算器和性能诊断运算器，其中，预想性能曲线运算器为，按照来自流体机械的压缩比或压力差与入口流量对多个流体控制量的每个将特性无量纲化，求出示出压力系数和流量系数之间的关系的曲线；性能诊断运算器为根据所述流体机械运行时的流体控制量、吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，求出实测性能压差，同时，根据预想性能曲线和运行时的流体控制量和入口流量，求出预想性能压差，根据预想性能压差和实测性能压差的比值，计算性能劣化度。

Description

流体机械的性能诊断装置及系统

技术领域

本发明涉及一种用于诊断压送流体的各种风扇、压缩机、泵等流体机械的性能的流体机械的性能诊断装置及系统。

背景技术

以往，作为同时采集用于诊断泵的性能所必需的各种数据来容易地进行泵的性能诊断的装置，提出了一种具有为了同时地测量诊断泵的性能所必需的各种数据而安装在所需位置上的带测定端子的测量器(吸入压力检测器、排出压力检测器、轴封部温度计、泵本体侧轴承部温度计、电机侧轴承部温度计、泵本体侧轴承部水平方向振动计、泵本体侧轴承部上下方向振动计、电机侧轴承部水平方向振动计、电机侧轴承部上下方向振动计、轴方向振动计、流量计及监视照相机)，以及采集这些测量器的测量数据并将采集的数据按任意地设定的时间单位存储的性能诊断用记录器的方案(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开2003-166477公报(摘要及图1)

以往的装置只记录测量的数据并图表化地显示，在技术人员诊断设备的性能中，需要进一步的分析。

并且，主要为测量各场所的振动的装置，具有难以把握因叶片、叶轮(impe1ler)的腐蚀、劣化等原因引起的性能劣化的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种可简单地评价流体机械的劣化度的流体机械的性能诊断装置或流体机械的性能诊断系统。

本发明解决了上述以往的技术问题，权利要求书所记载的各发明中作为流体机械的性能诊断装置及系统，分别采用了以下(1)～(4)所述的各方案。

(1)第1方案的流体机械的性能诊断装置的特征在于，具有预想性能曲线运算器和性能诊断运算器，其中，预想性能曲线运算器为，根据流体机械的压缩比或压力差与入口流量对多个流体控制量的每个将特性无量纲化，求出表示压力系数和流量系数之间的关系的曲线；性能诊断运算器为根据所述流体机械运行时的流体控制量、吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，求出实测性能压差，并且根据预想性能曲线、流体控制量和入口流量，求出预想性能压差，根据预想性能压差和实测性能压差的比值，计算性能劣化度。

(2)第2方案的流体机械的性能诊断装置的特征在于，在前述第1方案中，实测性能压差通过下式求出，即在吸入压力为P_s、排出压力为P_d、吸入温度为T_s、压缩系数为Z、气体平均分子量为M_w、热容比为k、β＝(k—1)/k时，用下式算出实测性能压差H_real，H_real＝Z·/β·T_s/M_w·{(P_d/P_s)β-1}。

(3)第3方案的流体机械的性能诊断装置的特征在于，在前述的第1或2方案中，具有将所述性能劣化度进行微分以算出性能劣化度变化率的性能变化率运算器。

(4)第4方案的流体机械的性能诊断系统的特征在于，具有：测量或计算上述流体机械运行时的吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，且存储其数据的监视装置；将存储在该监视装置中的所述数据通过网络传送的中央监视计算机，所述中央监视计算机具有前述第1～3任一方案中记载的流体机械的性能诊断装置。

发明的效果

专利请求的范围所记载的各技术方案的发明由于采用了上述(1)～(4)记载的各方案，可非常简单地评价设备的性能劣化。

附图说明

图1为采用本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的设备的示意图。

图2为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的电路构成图。

图3为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的运算框图。

图4为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的显示图表例。

图5A为示出本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的评价的基本原理的图。

图5B为示出本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的评价的基本原理的图。

符号说明

1a、1b、1c 流体机械

2 叶轮机

3 压缩机

4 转速计

5 排出侧压力计

6 吸入侧压力计

7 吸入侧温度计

8 流量计

9 排出管道

10 吸入管道

11 监视装置

12 网络

13 中央监视计算机

20 运行数据收集器

21 共享存储器

22 性能诊断运算器

23 各数据输入器

24 预想性能曲线运算器

25 性能诊断数据库

26 性能变化率运算器

27 履历数据库

28 显示器

具体实施方式

下面，参照附图1～5对本发明的实施方式进行说明

图1为采用本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的设备的示意图，图2为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的电路构成图，图3为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的运算框图，图4为本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的显示图表，图5A及图5B为示出本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的评价的基本原理的图。

首先，对本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的评价的基本原理进行说明。

在本发明的实施方式中，基本原理为，将设计性能(或预想性能)和实测的性能的特性无量纲化，并将两者比较和评价。

此外，还算出实测的性能的变化率(劣化率)，可更容易地进行评价。

即，将有效地用于压缩机等的压力上升的成每单位重量的工作量的压差(head，ヘツド)作为性能评价的参数。

规定的吸入温度、热容比、流体的常数等条件下的压差(即，预想性能压差H_pred)可由下式(1)算出。

式(1)预想性能压差H_pred：H_pred＝f₁(N、Qs)

在上式中，N为压缩机等的作为流体控制量的旋转数，Qs为入口体积流量。

此时，压缩机中的预想性能压差Hpred与入口体积流量Qs的关系正如图5A所示，在多个流体控制量，即各旋转数中，随着入口体积流量Qs增加，预想性能压差Hpred为减少的曲线。

另外，随着旋转数N增加为N₀₁，N₀₂，N₀₃，预想性能压差Hpred也增加。

此外，规定的吸入温度、气体物性等条件下的成每单位重量的工作量的压差(即，实测性能压差H_real)可由下式(2)算出。

式(2)实测性能压差：H_real＝f₂(P_s、P_d、T_s)

在上式中，P_s为吸入压力，P_d为排出压力，T_s为吸入温度。

然后，根据预想性能压差H_pred、旋转数N和入口体积流量Q_s，由下式(3)、式(4)，计算无量纲化的压力系数μ、流量系数φ，制成数据库。

式(3)压力系数：μ＝2g·H_prod/u²＝K₁·(H_prod/N²)

式(4)流量系数：φ＝Q_s(60π·D·b·u)＝K₂·(Q_s/N)

在此，u为压缩机的叶轮的圆周速度，D为叶轮的外径，b为叶轮的出口宽度，K₁、K₂为常数。

此时，压力系数μ与流量系数ф的关系正如图5B所示，成为随着流量系数ф的增加，压力系数μ增加后减少的曲线。

另外，在数据库中存储每个流体控制量，即表示旋转数N₀₁，N₀₂，N₀₃中压力系数μ与流量系数ф之间的关系的曲线。

之后，根据实测的实际旋转数Nx、排出压力Pd、吸入压力Ps、吸入温度Ts、入口体积流量Qx、压缩系数Z、气体平均分子量Mw及热容比k，进行以下的运算。

首先，表示实际旋转数Nx中的压力系数μ与流量系数ф的关系的曲线如图5B中点划线所示，通过下式(5)、式(6)，线性插入地推定。

式(5)压力系数：μ＝{f₁(N₀₂、ф)—f₁(N₀₁、ф)}/(N₀₂—N₀₁)·(N—N₀₁)+f₁(N₀₁、ф)

式(6)流量系数：ф＝{f₂(N₀₂、μ)—f₁(N₀₁、μ)}/(N₀₂—N₀₁)·(N—N₀₁)+f₁(N₀₁、μ)

将上述的实际旋转数Nx中的压力系数μ和流量系数ф代入式(3)、式(4)，进行反算，接下来由下式(7)、式(8)，获得表示出图5A的点划线所示的实际旋转数N_x中的预想性能压差H_pred与入口体积流量Qs的关系的曲线。

式(7)预想性能压差：H_pred＝1/K₁·N_x ²·μ

式(8)入口体积流量：Qs＝1/K₂·N_x·ф

然后，将实测的入口体积流量Q_x根据实测的排出压力P_d、吸入压力P_s、吸入温度T_s，修正为规定条件下的入口体积流量Q_x，根据图5A所示的预想性能压差H_pred与入口体积流量Q_s之间的关系的曲线，求出实际旋转数N_x中的预想性能压差H_predx。

另外，实测性能压差H_real可由下式(9)求出。

式(9)H_real＝Z·1/β·T_s/M_w·{(P_d/P_s)β-1}

但是，压缩系数为Z，气体平均分子量为Mw，k为热容比，β为(k—1)/k。

接着，通过求出的预想性能压差H_predx和实测性能压差H_real，算出压差比(性能劣化度)α＝实测性能压差H_real/预想性能压差H_predx，评价作为性能劣化度的设备的性能。

该压差比(性能劣化度)α能够在整个运行区域中定量地评价。

下面，参照图1，对采用了利用上述原理的本发明实施方式的流体机械的性能诊断装置的设备概况说明。

在火力发电厂及其他各种设备中，设置各种风扇、压缩机、泵等多个流体机械1a，1b，1c。

并且，在对流体机械1a为压缩机的场合进行说明时，压缩机3由可变速的叶轮机2驱动。

该叶轮机2通过未图示的控制器(governor)控制旋转数，叶轮机2与检测出其实际旋转数Nx的转速计4连接。

在压缩机3的排出管道9上设有检测出排出压力Pd的排出侧压力计5。

此外，在压缩机3的吸入管道10上也设有检测出吸入压力Ps的吸入侧压力计6，检测出流入吸入管道10内的流体的吸入温度Ts的吸入侧温度计7，测量流体的入口体积流量Qx的流量计8。

并且，由转速计4检测出的实际旋转数Nx、由排出侧压力计5检测出的排出压力Pd、由吸入侧压力计6检测出的吸入压力Ps、由吸入侧温度计7检测出的吸入温度Ts、由流量计8检测出的入口体积流量Qx被向各监视装置11发送。

另外，在监视装置11或中央监视计算机13等中也另外地输入、存储流入吸入管道10内的流体的物性值。

接着，被输入到各监视装置11中的实际旋转数Nx、排出压力Pd、吸入压力Ps、吸入温度Ts、入口体积流量Qs、气体的物性值(压缩系数Z、气体平均分子量Mw以及热容比k)等的规定期间单位的各测量值与各流体机械1a，1b，1c的识别码和测量年月日时刻一同地被存储于各监视装置11内的存储装置中。

并且，存储于存储装置中的各识别码、测量年月日时刻、测量值定期地或根据来自中央监视计算机13的要求，被通过网络12向中央监视计算机13传送。

作为输入、运算、推定、存储物性值的方法，具有如下的方法。

作为例1，用未图示的气体分析仪定期地测量气体的组成，将气体组成向监视装置11或中央监视计算机13输入(例如为空气的场合，氮气：79％，氧气：21％)，根据基准压力、基准温度，在监视装置11或中央监视计算机13等内，推算气体物性值(气体压缩系数Z、热容比k、气体平均分子量Mw)。

作为例2，在气体物性值内、气体压缩系数Z、热容比k相对于气体组成的变动大致一定的情况下，用未图示的气体比重计(相对于空气的气体比重)只定期地测量气体的分子量Mw，只将气体分子量作为变动数据使用。

作为例3，用未图示的气体分析仪在线测量气体的组成，用测量的气体物性推算程序推算气体物性值(气体压缩系数Z、热容比k、气体平均分子量Mw)，将其输入到监视装置11或中央监视计算机13等中使用。

该中央监视计算机13如图2所示，具有运行数据收集器20、共享存储器21、性能诊断运算器22、各数据输入器23、预想性能曲线运算器24、性能诊断数据库25、性能变化率运算器26、履历数据库27和显示器28。

另外，各计算器通常成为计算机的程序、序列框的形式，但并不限于此，也包含有由各电气计算电路单元等构成的形式。

下面，参照图3对各计算器等的处理内容进行说明。

首先，在运行数据收集器20中，执行通信的初始化(步骤S01)。

用计时器计算时间，定期地对各监视装置11发送数据发送的请求信号(步骤S02)。

然后，在从各监视装置11输入流体机械1a，1b，1c的识别码以及规定的期间内的各测量年月日时刻、测量值(步骤S03)时，将该数据复制到共享存储器21中(步骤S04)。

之后，复位计时器，返回由计时器设定的时间的计算(步骤S02)。

另外，由各时间输入器23，在每个识别码中输入各流体机械1a，1b，1c的容量、性能等。

该输入的容量、性能等由预想性能曲线运算器24，根据上述的式(3)、式(4)，无量纲化地求出每个规定的旋转数例如图5B所示的3个旋转数N₀₁，N₀₂，N₀₃的压力系数μ和流量系数ф之间的关系的曲线。

示出所求出的压力系数μ和流量系数ф之间的关系的曲线与各流体机械1a，1b，1c的识别码、装置的名称一同存储在性能诊断数据库25中。

接着，在性能诊断运算器22中，首先，执行性能诊断程序的初始化(步骤S11)。

用计时器计算时间(步骤S12)，定期地由共享存储器21输入流体机械测量的数据(识别码、测量年月日时刻、实际旋转数N_x、排出压力P_d、吸入压力P_s、吸入温度T_s、入口体积流量Q_s、压缩系数Z、气体平均分子量M_w和热容比k等)(步骤S13)。

然后，根据这些输入的数据，用上述的式(9)计算实测性能压差H_real。

另外，根据实测的实际旋转数N_x、排出压力P_d、吸入压力P_s、吸入温度T_s、入口体积流量Q_s、压缩系数Z、气体平均分子量M_w和热容比k等，由表示上述的式(5)～式(8)和图5A的预想性能压差H_pred和入口体积流量Qs之间的关系的曲线，算出测量时的流体机械的实际旋转数Nx中的预想性能压差H_predx。

然后，算出压差比(性能劣化度)α＝实测性能压差H_real/预想性能压差H_predx(步骤S14)，并向履历数据库27输出(步骤S15)。

之后，置位计时器，返回由计时器设定的时间的计算(步骤S12)。

并且，在性能变化率运算器26中，输入来自履历数据库27的压差比α，并进行微分来算出变化率，将求出的变化率存储到履历数据库27中。

在显示器28中，首先，执行画面显示程序的初始化(步骤S21)。

然后，由履历数据库27，得到压差比α和压差比α的变化率，生成画面数据(步骤S22)，在画面中显示如图4所示的图表(步骤S23)。

显示在该画面中的图表如图4所示，以横轴为时间，表示压差比(性能劣化度)α(或实测性能压差H_real)以及压差比α的变化率的推移，由此，可以容易地评价压缩机3的性能。

并且，非常简单地评价设备的性能劣化，预想维修时间，可事先避免故障。

另外，上述是用旋转数可变的原动机(汽轮机、蒸汽叶轮机、电动马达等的电机)来驱动流体机械，在控制其旋转数的情况下，旋转数作为流体控制量。

可是，对于流体量的控制没有限定。

例如，也可对应于将流体机械的旋转数设为一定，在流体机械的入口设置入口导流叶片(IGV、入口导引机翼、inlet guide vane)或流量控制阀，将叶片或阀的开度作为流体控制量加以控制的设备。

以上，针对压缩机情况下的性能诊断说明了本发明的实施方式，但也可适用于其他的风扇、泵等，本发明并不限于上述的实施方式，可在本发明的范围内，在其具体的构造上添加各种变更。

产业上的可利用性

根据本发明的流体机械的性能诊断装置，通过具有性能诊断运算器，能够简单地评价流体机械的性能劣化度。该性能诊断运算器通过预想性能曲线运算器，根据来自流体机械的压缩比或压力差与入口流量等，对多个流体控制量的每个将特性无量纲化，求出示出压力系数和流量系数之间的关系的曲线，再根据前述流体机械运行时的流体控制量、吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，求出实测性能压差，并且根据预想性能曲线和运行时的流体控制量和入口流量求出预想性能压差，根据求出的预想性能压差和实测性能压差的比值，计算性能劣化度。

Claims (4)

1、一种流体机械的性能诊断装置，其特征在于，

具有预想性能曲线运算器和性能诊断运算器，其中，上述预想性能曲线运算器根据流体机械的压缩比或压力差与入口流量对多个流体控制量的每个将特性无量纲化，求出表示压力系数和流量系数之间的关系的曲线；上述性能诊断运算器根据上述流体机械运行时的流体控制量、吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，求出实测性能压差，并且根据预想性能曲线、流体控制量和入口流量，求出预想性能压差，根据预想性能压差和实测性能压差的比值，运算性能劣化度。

2、按照权利要求1所述的流体机械的性能诊断装置，其特征在于，

实测性能压差通过下式求出，即在吸入压力为P_s、排出压力为P_d、吸入温度为T_s、压缩系数为Z、气体平均分子量为M_w、热容比为k、β＝(k—1)/k时，用下式算出实测性能压差H_real，

H_real＝Z·1/β·T_s/M_w·{(P_d/P_s)β-1}

3、按照权利要求1或2所述的流体机械的性能诊断装置，其特征在于，

具有将上述性能劣化度进行微分以算出性能劣化度变化率的性能变化率运算器。

4、一种流体机械的性能诊断系统，其特征在于，

具有：监视装置，其测量或运算上述流体机械运行时的吸入压力、排出压力、吸入温度、压缩系数、气体平均分子量、热容比，且存储该数据；和

中央监视计算机，其通过网络接收存储在该监视装置中的上述数据，

上述中央监视计算机具有上述权利要求1～3中任一项所述的流体机械的性能诊断装置。

Images