CN102213215A - 监测压缩机的系统以及方法 - Google Patents

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CN102213215A CN2011100933236A CN201110093323A CN102213215A CN 102213215 A CN102213215 A CN 102213215A CN 2011100933236 A CN2011100933236 A CN 2011100933236A CN 201110093323 A CN201110093323 A CN 201110093323A CN 102213215 A CN102213215 A CN 102213215A
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Abstract

用于监测压缩机(12)异常的系统(10)包括与压缩机(12)连接的声能探测器(24)以及与声能探测器(24)通信的控制器(14)。该声能探测器(24)将反映由压缩机(12)所产生的声能的声能信号(44)传输至控制器(14)。至少一个与压缩机(12)连接的传感器(22)测量该压缩机(12)的运行参数并且将反映运行参数的参数信号(60)传输至控制器(14)。用于监测压缩机(12)异常的方法包括感测由压缩机(12)所产生的声能并且将反映该声能的声能信号(44)传输至控制器(14)。该方法进一步包括感测压缩机(12)的至少一个运行参数，将反映运行参数的参数信号(60)传输至控制器(14)，并且基于声能信号(44)以及运行参数信号传输输出信号(16)。

Description

监测压缩机的系统以及方法
技术领域
本发明一般涉及用于监测压缩机健康的系统以及方法。更具体地，本发明描述了结合声能传感器和统计意义的操作信息来监测压缩机、探测压力波或者其他由压缩机异常引起的声能、以及/或者提供反映压缩机健康的信息的系统。
背景技术
压缩机广泛地在工业以及商业运行中所使用。例如，典型的燃气涡轮机包括在前部的轴向压缩机、一个或者多个围绕中间的燃烧室、以及在后部的涡轮机。压缩机包括压缩机壳体，其封闭了多级的旋转叶片以及静导叶(stationary vane)。周围空气进入压缩机，并且旋转叶片以及静导叶逐渐地将动能赋予工作流体(空气)以将其带至高能量状态。工作流体离开压缩机且流入燃烧室，在其中它与燃料混合并且点燃以产生具有高温、高压、以及高速的燃烧气体。该燃烧气体离开燃烧室并且流入涡轮机，在其中它们膨胀以产生功。
在运行期间，内部压缩机部件不断地遭受来自腐蚀、侵蚀以及在工作流体中夹带的外来物体碎片的磨损。高循环疲劳可导致在内部压缩机部件中裂纹以及其他异常的形成，例如定子导叶的腐蚀或者在转子与静态部分之间增大的摩擦或者摩擦力。一旦形成，该裂纹以及其他异常趋向扩展、增加内部压缩机部件在运行期间可断裂或者失效的风险，造成对人员以及设备严重的损害，并且需要延长的关闭时段以修理或者替换损坏的部件。
存在常规的系统以及方法以监测压缩机的性能以及运行。例如，振动传感器可被用于监测来在运行期间来自压缩机的振动。在存在的振动的频率或者幅度中的改变可指示过度磨损以及/或者裂纹形成。然而，振动传感器仅可探测足够大以引起在压缩机中的不平衡和振动的裂纹以及其他异常。因此，振动传感器可能无法探测未导致在压缩机中可探测的振动的小裂纹。
可视检查也被用于监测压缩机的性能以及运行。例如，压缩机可被关闭并且壳体可被移去以允许在压缩机内部的离散位置的可视检验。然而，可视检查是耗时的，限制于视觉可接近的部件，需要压缩机被关闭，并且仅能探测足够大以成为视觉可辨识的存在的裂纹。
因此，存在用于监测压缩机的性能以及运行的、避免与振动探测器以及可视探测关联的某些或者所有不利因素的改进的系统以及方法是所希望的。
发明内容
本发明的方面以及优点在下面接下来的说明中被阐明，或者可从本说明是明显的，或者可通过本发明的实践而习得。
本发明的一个实施例是用于监测压缩机异常的系统。该系统包括与压缩机连接的声能探测器以及与声能探测器通信的控制器。该声能探测器将反映由压缩机所产生的声能的声能信号传输至控制器。该系统进一步包括至少一个与压缩机连接的传感器，并且该至少一个传感器测量该压缩机的运行参数并且将反映运行参数的参数信号传输至控制器。
本发明的另一个实施例是用于监测压缩机异常的系统。该系统包括与压缩机连接的声能探测器，并且该声能探测器包括与放大器连接的传感器。该系统进一步包括与声能探测器通信的控制器，并且该声能探测器将反映由压缩机所产生的声能的声能信号传输至该控制器。至少一个与该压缩机连接的传感器测量该压缩机的运行参数并且将反映运行参数的参数信号传输至控制器。
本发明还包括用于监测压缩机异常的方法。该方法包括感测由压缩机所产生的声能并且将反映该声能的声能信号传输至控制器。该方法进一步包括感测压缩机的至少一个运行参数，将反映运行参数的参数信号传输至控制器，并且基于声能信号以及运行参数信号传输输出信号。
本领域的技术人员根据本说明书的审阅将会理解这样的实施例的特征以及方面以及其他。
附图说明
对本领域内技术人员的本发明的完整以及实现性公开(包括其最佳实施方式)在本说明书的其余部分更具体地被阐明，包括参考附图，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于监测压缩机的系统；以及
图2示出了根据本发明的一个实施例的声能探测器的简图。
具体实施方式
现将详细地给出参考以呈现本发明的实施例，其中一个或者多个示例在附图中所图示。该详细的说明使用数字以及字母标号以指代在附图中的特征。在附图以及说明中的类似的或者相似的标号已被用于指代本发明的类似的或者相似的部分。
每个示例通过本发明的解说的方式而被提供，不是对本发明的限制。事实上，对本领域内技术人员而言，在本发明中可以进行修改以及变更而未脱离其范围或者精神是清楚的。例如，作为一个实施例的部分所图示或者所描述的特征可被用于另一实施例以得到又另一实施例。因此，目的在于本发明覆盖这样的修改以及变更，它们落入附上的权利要求以及其等同的范围内。
图1根据本发明的一个实施例示出了用于监测压缩机12(在图2出所示出)的系统10。系统10一般包括控制器14，其结合来自多种来源的统计意义的信息以确定压缩机12的运行状态并且产生输出信号16。控制器14可包括各个部件，例如微处理器18、协处理器、以及/或者储存数据、储存软件指令、以及/或者执行软件指令的存储器/媒介元件20。各个存储器/媒介元件20可以是一种或者多种计算机可读媒介，例如，但不限于，易失性存储器(如，RAM、DRAM、SRAM、等等)、非易失性存储器(如，闪存驱动器、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、等等)、以及/或者其他存储器装置(如，磁盘、基于磁的存储媒介、光存储媒介、等等)的任意组合。任何可能的数据存储以及处理器配置的变更将可被本领域内的技术人员所理解。
统计意义的信息可包括，例如，来自与压缩机12连接的传感器22的实时信息、关于压缩机12运行、修理、以及/或者维护的历史信息、以及/或者关于相似的压缩机的运行、修理以及维护的历史信息。输出信号16可指示，例如，需要立即注意的警报状态、建议或者修改的检查间隔、建议或者修改的修理或者维护时间表、以及/或者裂纹长度信息。
如图1中所示，控制器14接收来自声能探测器24的信息。该声能探测器24可包括一个或者多个声发射传感器以及一般适用于感测在裂纹开始以及/或者扩展期间所产生的压力瞬时现象或者震动波的电路。例如，如图2中所示，声能探测器24一般可包括一个或者多个声发射传感器26以及信号调节器和发生器28。适当的耦合体(coupler)30，例如凡士林油、润滑剂、或者相似的粘性流体，可用于将传感器26连接至压缩机12的表面32(例如压缩机壳体)以增强从压缩机部件到传感器26的声能的传输。传感器26可包括磁致伸缩材料或者压电换能器，其将压力瞬时现象或者震动波转换成电信号36。信号调节器和发生器28可包括前置放大器38、滤波器40、以及放大器42以产生反映由压缩机12所产生的声能的声能信号44。前置放大器38使由传感器26所产生的电信号36增大，并且滤波器40从电信号36移除噪声且将滤波信号46传送至放大器42用于进一步放大。
声能波或者震动波可由例如在压缩机中的异常(例如裂纹的发生以及/或者扩展、定子导叶的腐蚀、或者在转子与固定部分之间的摩擦)所产生。震动波可以是特征在于具有一个或者多个大约与随后的具有减幅的次级波相等幅度的峰波。来自传感器26的电信号36可反映关于震动波的信息，例如峰波以及/或者次级波的数量、持续时间、频率、时间、以及/或者幅度。滤波器40可包括预定的阈值以通过移除来自电信号26的不超过预定的阈值的背景噪声而修改电信号26。滤波器40然后将滤波信号46传送至放大器42。在特定的实施例中，滤波器40可包括频率带通滤波器，其可被调谐或者调节以屏蔽来自由传感器26所产生的电信号36的噪声的特定频率。此外或者备选地，滤波器40可采用一般被称为装仓(binning)的过程以合并来自多个传感器26的电信号36并且增强被传输至控制器14的声能信号44的清晰度。
参考回图1，控制器14将声能信号44与来自一个或者多个参数传感器22以及/或者输入装置54的信息合并。参数传感器22提供压缩机12或者与压缩机12协力运行的关联设备(例如燃烧室56或者涡轮机58)的运行参数的实时或者近乎实时的测量。一般所测量的压缩机12的运行参数可包括，例如，压缩机的排出温度、压缩机的增压比、进口导叶角度、轴承温度、轴承振动、转子振动、等等。一般所测量的关联设备的运行参数可包括，例如，燃气涡轮机负载、燃料冲程基准(fuel stroke reference)、涡轮机速度、涡轮机排气温度、等等。每个参数传感器22将反映运行参数的参数信号60传输至控制器14用于进一步处理。
输入装置54允许用户与系统10通信并且可包括任何结构用于提供用户与系统10之间的交互。例如，输入装置可包括键盘、计算机、终端、磁带驱动器、以及/或者任何其他用于从用户接收输入并且产生数据信号62到系统10的装置。
数据信号62可包括任何可适用的关于压缩机12以及关联设备56、58的所储存在数据库中由控制器14使用的信息。例如，数据信号62可包括所搜集的关于相似的压缩机以及关联设备的机群(fleet)信息，其包括具有统计以及历史意义的运行、修理、以及/或者维护信息。数据信号62还可包括关于特定压缩机12以及关联设备56、58的历史信息，例如先前运行水平的日期以及持续时间、在先前运行期间的特定设备配置、完成的维护项目、经验试验结果、等等。数据信号62还可包括基于机群模型对压缩机20以及关联设备56、58的预期或者预测的事件(例如预期运行水平、设备配置、例行维护、压缩机失效风险、以及对各个部件预测的使用寿命)。数据信号62还可包括用户希望在控制器14中执行的程序修改。例如，经验数据可变得可适用，其指出在机群模型中被用于预测裂纹发生以及/或者扩展、摩擦事件、以及其他压缩机异常的变化。因此，用户可希望改变预定的阈值、检查以及/或者维护间隔、或者其他所编程进入控制器14的参数，并且用户能通过由输入装置54所产生的数据信号62将所改变的程序传送至控制器14。
相应地来自参数传感器22以及输入装置54的参数信号60以及数据信号62可经由有线或者无线通信网络被传输至一个或者多个数据存储装置20。每个数据存储装置20可以是计算机存储器存储装置，例如，硬盘驱动器、光盘、或者磁带。数据存储装置20可以是集成至控制器14以及/或者位于控制器14本地的现场监测系统的一部分(如图1中所示)，或者它们可位于控制器14远程位置，甚至可能在远离压缩机12的非现场位置处。
在运行期间，控制器14采用传感器以及信息融合技术以确定压缩机12的运行状态。具体地，控制器14接收声能信号44、一个或者多个参数信号60、以及任何由用户通过数据信号62所提供的另外信息。控制器14合并以及滤波所有的该信息以得到关于压缩机12的运行以及维护的结论和建议。例如，控制器14可仅仅基于包括在声能信号44中的具体频率以及/或者幅度来识别在压缩机12中裂纹发生以及/或者扩展的事件。控制器14可基于声能信号44的时间延迟、频率、幅度、或者任何其他特性而进一步明确指出在压缩机12中所猜测的裂纹的准确位置。
然而，在声能信号44中的有用的信息时常可由来自正常运行状态或者零星、但重复发生的事件的噪声所模糊，因而限制控制器14可靠识别在压缩机12中的裂纹或者异常开始或者扩展的能力。为提高声能信号44的信噪比，控制器14可被编程以应用已知的对声能信号44、参数信号60、以及/或者数据信号62的数学技术。例如，控制器14可被编程以包括，例如，小波滤波器、时间快速傅里叶变换(FFT)、混沌序列、频率解调、相关积分、贝叶斯统计、等等，以识别在声能信号44、参数信号60、以及/或者数据信号62之间的时间序列关系。控制器14然后可从存储器存储装置20或者查询表(例如其将特定裂纹尺寸或者位置与预期的生长率以及最终部件失效相关联)检索经验数据。控制器14然后可将经验数据与时间序列关系融合以识别或者预测即将发生的事件，例如定子导叶开裂、压缩机摩擦、外壳开裂、在旋转导叶中的过度磨损、等等。另外的分类技术，例如监督以及非监督技术，可给控制器补充以将声发射事件以及异常分类。
如图1中所示，控制器14产生输出信号16，其反映压缩机12的运行状态。例如，如果压缩机12的运行状态指示突然的或者灾难性的事件已经发生，其需要立即注意，输出信号16可驱动报警电路64，起动安全电路、或者触发其两个的组合以确保即时的操作员动作以处理该情况。然而，如果压缩机12的运行状态指示将来事件的先兆，输出信号16可产生消息，事件记录66，或者其他可被用于调整对压缩机12的维护以及/或者关闭时间表的项目。在任一事件中，输出信号16还可例如驱动其他保护压缩机12的保护性特征，例如，用于限制压缩机12的最大运行水平、限制进口导叶的位置、限制压缩机增压比、等等。
在图1中所图示的系统10以及先前的说明可被用于提供用于监测压缩机12的性能以及/或者在压缩机12中的异常的方法。具体地，声能探测器24可感测在压缩机12中由裂纹发生以及/或者扩展、摩擦、等等所产生的声能或者震动波的释放。声能探测器24可测量震动波的各个特性，例如震动波的幅度以及/或者频率，并且将反映声能的声能信号44传输至控制器14。该系统可进一步包括一个或者多个参数传感器22，其感测压缩机12的至少一个运行参数并且将反映运行参数的参数信号60传输至控制器14。控制器14可融合所搜集的信号44、60并且基于声能信号44以及运行参数信号60而传输输出信号16。
在另一实施例中，用于监测压缩机12的性能或者在压缩机12中的异常的方法可包括基于预定的阈值滤波声能信号44并且进一步基于压缩机12以及关联设备56、58的运行模式进行滤波。这些运行模式可通过使用所包括在参数信号60以及/或者数据信号62中的压缩机以及燃气涡轮机运行参数来计算。又进一步实施例可包括从输入装置54到控制器14传输反映关于压缩机12的信息的数据信号62。
该书面说明使用示例(包含最佳实施模式)以公开本发明，并且还能使本领域内任何技术人员实施本发明，包括制作以及使用任何装置或者系统并且实施任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求所限定，且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这些其他的示例如果具有与权利要求的字面语言无不同的结构单元，或者它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构单元则被规定为在权利要求的范围内。
部件列表
  10   系统   12   压缩机
  14   控制器   16   输出信号
  18   微处理器   20   存储器
  22   传感器   24   声能探测器
  26   声发射传感器   28   信号调节器和发生器
  30   耦合体   32   压缩机外壳
  36   电信号   38   前置放大器
  40   滤波器   42   放大器
  44   声能信号   46   滤波信号
  54   输入装置   56   燃烧室
  58   涡轮机   60   参数信号
  64   报警电路   66   事件记录
  62   数据信号

Claims (10)

1.一种用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，包括：
与压缩机(12)连接的声能探测器(24)：
与所述声能探测器(24)通信的控制器(14)，其中所述声能探测器(24)将反映由所述压缩机(12)所产生的声能的声能信号(44)传输至所述控制器(14)；以及
与所述压缩机(12)连接的至少一个传感器(22)，其中所述至少一个传感器(22)测量所述压缩机(12)的运行参数并且将反映运行参数的参数信号(60)传输至所述控制器(14)。
2.如权利要求1所述的用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，其中所述声能探测器(24)包括具有预定阈值的滤波器(40)，并且所述滤波器(40)基于所述预定的阈值修改所述声能信号(44)。
3.如权利要求1所述的用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，进一步包括输入装置(54)，其将数据信号(62)传输至所述控制器(14)，其中所述数据信号(62)反映关于压缩机(12)的信息。
4.如权利要求1所述的用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，进一步包括与压缩机(12)连接的多个传感器(22)，其中所述多个传感器(22)测量压缩机(12)的多个运行参数并且将反映运行参数的参数信号(60)传输至所述控制器(14)。
5.如权利要求1所述的用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，进一步包括与所述控制器(14)通信的输出装置(64)。
6.如权利要求5所述的用于监测压缩机(12)异常的系统(10)，其中所述控制器(14)基于所述声能信号(44)以及所述参数信号(60)将输出信号(16)传输至所述输出装置(64)。
7.一种用于监测压缩机(12)异常的方法，包括：
感测由压缩机(12)所产生的声能；
将反映该声能的声能信号(44)传输至控制器(14)；
感测压缩机(12)的至少一个运行参数；
将反映运行参数的参数信号(60)传输至所述控制器(14)；以及
基于所述声能信号(44)以及所述运行参数信号(60)传输输出信号(16)。
8.如权利要求7所述的用于监测压缩机(12)异常的方法，进一步包括基于预定阈值滤波所述声能信号(44)。
9.如权利要求7所述的用于监测压缩机(12)异常的方法，进一步包括将数据信号(62)传输至所述控制器(14)，其中所述数据信号(62)反映关于压缩机(12)的信息。
10.如权利要求7所述的用于监测压缩机(12)异常的方法，进一步感测压缩机(12)的多个运行参数并且将反映运行参数的参数信号(60)传输至所述控制器(14)。
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