CN102213115B - 汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置和方法。所述的方法包括计算汽轮机动叶片的故障概率F_Pi；在线监视汽轮机转子振动信号；在线分析转子振动频谱；在线监视汽轮机转子轴向位移信号；计算动叶片的平均检修时间MTTR_i；确定动叶片故障后果的权重系数W_i；计算汽轮机动叶片的安全风险排序数RPN_i；评定汽轮机动叶片安全风险等级；确定动叶片最大安全风险排序数RPN_max;推荐汽轮机动叶片的风险控制措施。本发明的优点是给出了汽轮机动叶片安全风险的在线监视与控制装置，实现了汽轮机动叶片安全风险的在线计算与控制。

Description

汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置及方法

技术领域

本发明涉及汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置及方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术

汽轮机动叶片的主要功能是把蒸汽的动能转变为机械能，反动度大于零的动叶片还具有把蒸汽热能转变为动能的作用。根据统计数据，汽轮机动叶片的事故次数、检修时间和更换件数均占汽轮机的第一位，表明动叶片是影响汽轮机安全运行的关键部件。在汽轮机的运行中发生动叶片断裂、围带断裂和拉筋断裂的故障模式，后果严重。汽轮机动叶片的安全风险同动叶片故障可能性和动叶片故障后果有关；汽轮机动叶片故障可能性同故障概率和故障特征信号有关，汽轮机动叶片的故障后果同检修时间长短及故障危害性有关。现有的汽轮机热工保护系统，具有转子振动与轴向位移的在线保护功能，还没有汽轮机动叶片安全风险的在线监视与控制功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置和方法，实现汽轮机动叶片安全风险的在线监视与控制。

为了实现以上目的，本发明提供了。

本发明还提供了一种汽轮机动叶片的安全风险在线监视与控制方法，其特征在于，使用一种汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置，所述的汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置包括振动传感器和轴向位移传感器，高中压缸两侧的轴颈以及低压缸两侧的轴颈上各设有两个振动传感器，高中压缸的调速器侧推力轴承上设有一个轴向位移传感器，振动传感器和轴向位移传感器皆与汽轮机热工保护系统接口连接，汽轮机热工保护系统接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，采用C语言编写汽轮机动叶片安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮机动叶片的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的概率F_Pi：

式中，n_i为本台汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片或低压缸发电机侧动叶片已发生第i种故障模式的次数，n_0i为软件数据文件中已有的同型号汽轮机相应动叶片发生第i种故障模式的总次数的历史数据统计值，t_i为本台汽轮机从投运至当前的日历小时数，t_0i为软件数据文件中已有的同型号汽轮机使用的总日历小时数的历史数据的统计值，i=1，2，3，第1种故障模式为叶片断裂，第2种故障模式为围带断裂，第3种故障模式为拉筋断裂；

    第二步：在线监视汽轮机转子振动信号：采用振动传感器，在线监视汽轮机转子振动双振幅，根据转子振动双振幅监视值的大小，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第1个系数P₁表示在表1；

表1 ：

第三步：在线分析转子振动频谱：使用计算软件，在线分析转子振动频谱，根据频谱分析结果，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2：

第四步：在线监视汽轮机转子轴向位移信号：采用轴向位移传感器，在线监视汽轮机转子的轴向位移，根据转子轴向位移监视值的大小，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：计算动叶片的平均检修时间MTTR_i：使用计算软件，分别在线计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的平均检修时间MTTR_i；

式中，τ_0i为软件数据文件已有的同型号汽轮机相应动叶片发生第i中故障模式引起的汽轮机的总的非计划停运时间；

    第六步：确定动叶片故障后果的权重系数W_i：分别定义汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生以下三种故障模式的故障后果的权重系数W_i表示在表4；

表4：

第七步：计算汽轮机动叶片的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，采用第一到第六步中的运算结果，分别计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的安全风险排序数RPN_i；

RPN_i=F_Pi×P₁×P₂×P₃×MTTR_i×W_i；

第八步：评定汽轮机动叶片安全风险等级：根据汽轮机安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片的安全风险分为5个等级，表示在表5；

表5：

第九步：确定动叶片最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片的安全风险排序数中的最大安全风险排序数RPN_max

RPN_max=max{RPN_i}

第十步：推荐汽轮机动叶片的风险控制措施：根据汽轮机动叶片的最大安全风险排序数RPN_max的计算值，推荐以下风险控制措施对策：

（1）若RPN_max<8，有五级风险，轻微风险，可接受风险，建议按《发电企业设备检修导则》（DL/T838）规定的检修间隔和检修内容安排A级检修（计划大修），进行全面检查；

（2）若8≤RPN_max<24，有四级风险，普通风险，可接受风险，建议在下次A级检修（计划大修）中，进行全面检查；

（3）若24≤RPN_max<72，有三级风险，重要风险，不可接受风险，建议在本年内安排A级检修（计划大修），进行全面检查；

（4）若72≤RPN_max168，有二级风险，严重风险，不可接受风险，建议在本月内安排A级检修（计划大修），进行全面检查；

（5）若RPN_max≥168，有一级风险，重大风险，不可接受风险，建议本周内安排A级检修（计划大修），进行全面检查。

优选地，所述的振动传感器与水平面之间的夹角为45°。

本发明的优点是给出了汽轮机动叶片安全风险的在线监视与控制装置，实现了汽轮机动叶片安全风险的在线计算与控制。如果汽轮机动叶片的安全风险排序数增大时，通过合理的安排A级检修（计划大修）来使汽轮机动叶片的安全风险处于受控状态。

附图说明

图1为本发明汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置的方框图；

图2为本发明汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制方法的流程图；

图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图；

图4为汽轮机动叶片安全风险排序数计算结果的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图1所示，本发明汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制方法的方框图，本发明的汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置由振动传感器1、轴向位移传感器2、汽轮机热工保护系统接口、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器组成，高中压缸两侧的轴颈以及低压缸两侧的轴颈上各设有两个与水平面互成45°安装的振动传感器1，高中压缸的调速器侧推力轴承上设有一个轴向位移传感器2，振动传感器1和轴向位移传感器2皆与汽轮机热工保护系统接口连接，汽轮机热工保护系统接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器连接用户端浏览器。

如图2所示，汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制方法的流程图，如图3所示，本发明计算服务器采用的计算机软件框图，该软件安装在汽轮机动叶片安全风险排序数的计算服务器上，应用于汽轮机动叶片安全风险的在线计算和控制。

对于某型号进汽温度为538℃的亚临界300MW汽轮机，带基本负荷；高中压缸，还有一个低压缸；转子振动双振幅的报警值为大于0.125mm，转子轴向位移的报警值为小于1.64mm或大于3.44mm。该台300MW汽轮机的高中压缸和低压缸的动叶片采用图1所示的装置、图2所示的流程图和图3所示的计算机软件，图4为该台300MW汽轮机在某一时刻的动叶片安全风险计算结果的示意图。该台300MW汽轮机动叶片在某一时刻的安全风险的监视与控制结果如下：

第一步：汽轮机高中压缸和低压缸的动叶片故障概率F_Pi的在线计算结果列于表6；

[表6 ]

第二步和第三步：使用计算机软件，由300MW汽轮机转子振动信号在线监视值与频谱分析数值得出的系数P₁和P₂的计算值列于表7；

[表7]

第四步：由300MW汽轮机转子轴向位移在线监视值得出的系数P₃的计算值为P₃=1；

第五步：300MW汽轮机高中压缸和低压缸的动叶片的平均检修时间MTTR_i的历史数据的计算结果列于表8；

[表8 ]

第六步：300MW汽轮机高中压缸与低压缸的动叶片的故障后果的权重系数W_i的取值列于表9；

[表9 ]

第七步和第八步：该台300MW汽轮机动叶片安全风险排序数RPN_i的计算值和风险级别的评定结果列于表10；

[表10]

第九步和第十步：该台300MW汽轮机动叶片在该时刻的安全风险排序数的最大值为RPN_max=24.98>24，有三级风险，重要风险，故障模式为调速器侧高中压缸动叶片断裂，推荐的安全风险控制措施为年内安排A级检修（计划大修），对高中压缸叶片进行全面检查。

采用本发明提供的汽轮机动叶片安全风险的在线监视与控制装置，实现了在线定量计算300MW汽轮机动叶片的安全风险排序数，根据汽轮机动叶片的最大安全风险排序数来安排A级检修（计划大修），使该台300MW汽轮机动叶片的安全风险处于受控状态。

Claims (1)

1.一种汽轮机动叶片的安全风险在线监视与控制方法，使用一种汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置，所述的汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制装置包括振动传感器（1）和轴向位移传感器（2），高中压缸两侧的轴颈以及低压缸两侧的轴颈上各设有两个振动传感器（1），高中压缸的调速器侧推力轴承上设有一个轴向位移传感器（2），振动传感器（1）和轴向位移传感器（2）皆与汽轮机热工保护系统接口连接，汽轮机热工保护系统接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器,其特征在于,采用C语言编写汽轮机动叶片安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机动叶片安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮机动叶片的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的概率F_Pi：

式中，n_i为本台汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片或低压缸发电机侧动叶片已发生第i种故障模式的次数，n_0i为软件数据文件中已有的同型号汽轮机相应动叶片发生第i种故障模式的总次数的历史数据统计值，t_i为本台汽轮机从投运至当前的日历小时数，t_0i为软件数据文件中已有的同型号汽轮机使用的总日历小时数的历史数据的统计值；

    第二步：在线监视汽轮机转子振动信号：采用振动传感器（1），在线监视汽轮机转子振动双振幅，根据转子振动双振幅监视值的大小，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第1个系数P₁表示在表1；

表1 ：

第三步：在线分析转子振动频谱：使用计算软件，在线分析转子振动频谱，根据频谱分析结果，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2：

第四步：在线监视汽轮机转子轴向位移信号：采用轴向位移传感器（2），在线监视汽轮机转子的轴向位移，根据转子轴向位移监视值的大小，分别定义高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：计算动叶片的平均检修时间MTTR_i：使用计算软件，分别在线计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的平均检修时间MTTR_i；

式中，τ_0i为软件数据文件已有的同型号汽轮机相应动叶片发生第i中故障模式引起的汽轮机的总的非计划停运时间；

    第六步：确定动叶片故障后果的权重系数W_i：分别定义汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生以下三种故障模式的故障后果的权重系数W_i表示在表4；

表4：

第七步：计算汽轮机动叶片的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，采用第一到第六步中的运算结果，分别计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片发生第i种故障模式的安全风险排序数RPN_i；

RPN_i=F_Pi×P₁×P₂×P₃×MTTR_i×W_i；

第八步：评定汽轮机动叶片安全风险等级：根据汽轮机安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片的安全风险分为5个等级，表示在表5；

表5：

第九步：确定动叶片最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算汽轮机高中压缸调速器侧动叶片、高中压缸发电机侧动叶片、低压缸调速器侧动叶片和低压缸发电机侧动叶片的安全风险排序数中的最大安全风险排序数RPN_max

RPN_max=max{RPN_i}

第十步：推荐汽轮机动叶片的风险控制措施：根据汽轮机动叶片的最大安全风险排序数RPN_max的计算值，推荐以下风险控制措施对策：

（1）若RPN_max<8，有五级风险，轻微风险，可接受风险，建议按《发电企业设备检修导则》规定的检修间隔和检修内容安排A级检修，进行全面检查；

（2）若8≤RPN_max<24，有四级风险，普通风险，可接受风险，建议在下次A级检修中，进行全面检查；

（3）若24≤RPN_max<72，有三级风险，重要风险，不可接受风险，建议在本年内安排A级检修，进行全面检查；

（4）若72≤RPN_max168，有二级风险，严重风险，不可接受风险，建议在本月内安排A级检修，进行全面检查；

（5）若RPN_max≥168，有一级风险，重大风险，不可接受风险，建议本周内安排A级检修，进行全面检查。

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