CN102226415B - 汽轮机转子安全风险在线监视与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽轮机转子安全风险的在线监视与控制方法，所述的方法包括计算汽轮机转子的故障概率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,在线监视汽轮机胀差信号,在线监视汽轮机转子偏心信号,计算转子的平均检修时间MTTR_i,确定转子故障后果的权重系数W_i,计算汽轮机转子的安全风险排序数RPN_i,评定汽轮机转子安全风险等级,确定汽轮机转子的最大安全风险排序数RPN_max,推荐汽轮机转子的风险控制措施。本发明给出了汽轮机转子安全风险的在线监视与控制方法，实现了汽轮机转子安全风险的在线计算与控制。

Description

汽轮机转子安全风险在线监视与控制方法

技术领域

本发明涉及汽轮机转子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

转子是汽轮机的重要部件，它将蒸汽作用在叶片上的圆周力转换成旋转的机械能并通过它带动发电机发出电能。由于汽轮机转子高速旋转且承受很大的离心力，转子的安全性，对汽轮机的安全运行来说是至关重要的。在汽轮机的运行中发生转子碰磨、大轴弯曲和振动偏大的故障模式，后果严重。汽轮机转子的安全风险同转子故障可能性和转子故障后果有关；汽轮机转子故障可能性同故障概率和故障特征信号有关，汽轮机转子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、汽轮机胀差与转子偏心的在线保护功能，还没有汽轮机转子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转子安全风险在线监视与控制装置和方法，实现汽轮机转子安全风险的在线监视与控制。

为了实现以上目的，本发明提供了一种汽轮机转子的安全风险在线监视与控制方法，使用汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置，所述的汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置包括振动传感器、汽轮机胀差传感器和转子偏心监测器，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，高中压缸发电机侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个汽轮机胀差传感器，高中压缸调速器侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个转子偏心监测器，振动传感器、汽轮机胀差传感器和转子偏心监测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,其特征在于，采用C语言编写汽轮机转子安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机转子安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮机转子的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第i种故障模式的概率F_Pi

                                                 

式中，n_i为本台汽轮机高中压转子或低压转子已发生第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转子发生第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，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，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子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，分别定义表示汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2:

第四步：在线监视汽轮机胀差信号：采用汽轮机胀差传感器，在线监视汽轮机转子与汽缸的胀差，根据汽轮机胀差监视值的大小，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：在线监视汽轮机转子偏心信号：采用转子偏心监测器，在线监视汽轮机转子偏心，根据汽轮机转子偏心监视值的大小，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第4个系数P₄表示在表4：

表4：

第六步：计算转子的平均检修时间MTTR_i：使用计算机软件中已有的历史数据，分别在线计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第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转子发生第i种故障模式引起的汽轮机的总非计划停运时间；

    第七步：确定转子故障后果的权重系数W_i：分别定义汽轮机高中压转子和低压转子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5；

表5：

第八步：计算汽轮机转子的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，分别计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第i种故障模式的安全风险排序数RPN_i

RPN_i=F_Pi×P₁×P₂×P₃×P₄×MTTR_i×W_i

第九步：评定汽轮机转子安全风险等级：根据汽轮机转子安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮机高中压转子和低压转子的安全风险分为5个等级，表示表6；

表6：

第十步：确定汽轮机转子的最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算汽轮机高中压转子和低压转子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}

第十一步：推荐汽轮机转子的风险控制措施：根据汽轮机转子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_max<168，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。

本发明的优点是给出了汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置，实现了汽轮机转子安全风险的在线计算与控制。如果汽轮机转子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）来使汽轮机转子的安全风险处于受控状态。

附图说明

图1为本发明汽轮机转子安全风险在线监视与控制装置的方框图；

图2为本发明汽轮机转子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为汽轮机转子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，本发明汽轮机转子安全风险在线监视与控制方法的方框图，本发明的汽轮机转子安全风险在线监视与控制装置由振动传感器1、汽轮机胀差传感器2、转子偏心监测器3、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，高中压缸发电机侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个汽轮机胀差传感器2，高中压缸调速器侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个转子偏心监测器3，振动传感器1、汽轮机胀差传感器2和转子偏心监测器3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。

如图2所示，汽轮机转子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转子安全风险排序数的计算服务器上，应用于汽轮机转子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，高中压合缸，还有一个低压缸。转子振动双振幅的报警值为大于0.125mm，汽轮机胀差报警值为大于18mm或小于1mm，转子偏心的报警值为大于0.0762mm。该台300MW汽轮机的高中压转子和低压转子采用图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转子安全风险计算结果的示意图。该台300MW汽轮机的高中压转子与低压转子在某一时刻的安全风险的监视与控制结果如下：

第一步：汽轮机高中压转子和低压转子故障概率F_Pi的在线计算结果列于表7；

表7：

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8；

表8：

第四步和第五步：由300MW汽轮机胀差在线监视值得出的系数P₃和由300MW汽轮机转子偏心在线监视值得出的系数P₄的计算值列于表9；

表9：

第六步：300MW汽轮机高中压转子和低压转子的平均检修时间MTTR_i的历史数据的计算结果列于表10；

表10：

第七步：300MW汽轮机高中压转子和低压转子的故障后果的权重系数W_i的取值列于表10；

表10：

第八步和第九步：该台300MW汽轮机转子安全风险排序数RPN_i的计算值和风险级别的评定结果列于表11；

      表11：

第十步和第十一步：该台300MW汽轮机转子在该时刻的安全风险排序数的最大值为RPN_max=197.77>168，有一级风险，重大风险，故障模式为高中压转子大轴弯曲，推荐的安全风险控制措施为本周内安排A级检修（计划大修），对高中压转子进行全面检查。

采用本发明提供的汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置，实现了在线定量计算300MW汽轮机转子的安全风险排序数，根据汽轮机转子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汽轮机转子的安全风险处于受控状态。

Claims (1)

1.一种汽轮机转子的安全风险在线监视与控制方法，使用汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置，所述的汽轮机转子安全风险的在线监视与控制装置包括振动传感器（1）、汽轮机胀差传感器（2）和转子偏心监测器（3），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），高中压缸发电机侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个汽轮机胀差传感器（2），高中压缸调速器侧的轴颈以及低压缸发电机侧的轴颈上各设有一个转子偏心监测器（3），振动传感器（1）、汽轮机胀差传感器（2）和转子偏心监测器（3）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语言编写汽轮机转子安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机转子安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮机转子的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第i种故障模式的概率F_Pi

                                                

式中，n_i为本台汽轮机高中压转子或低压转子已发生第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转子发生第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，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子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，分别定义表示汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2:

第四步：在线监视汽轮机胀差信号：采用汽轮机胀差传感器（2），在线监视汽轮机转子与汽缸的胀差，根据汽轮机胀差监视值的大小，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：在线监视汽轮机转子偏心信号：采用转子偏心监测器（3），在线监视汽轮机转子偏心，根据汽轮机转子偏心监视值的大小，分别定义汽轮机高中压转子和低压转子故障发生可能性的第4个系数P₄表示在表4：

表4：

第六步：计算转子的平均检修时间MTTR_i：使用计算机软件中已有的历史数据，分别在线计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第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转子发生第i种故障模式引起的汽轮机的总非计划停运时间；

    第七步：确定转子故障后果的权重系数W_i：分别定义汽轮机高中压转子和低压转子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5；

表5：

第八步：计算汽轮机转子的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，分别计算汽轮机高中压转子和低压转子发生第i种故障模式的安全风险排序数RPN_i

RPN_i=F_Pi×P₁×P₂×P₃×P₄×MTTR_i×W_i

第九步：评定汽轮机转子安全风险等级：根据汽轮机转子安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮机高中压转子和低压转子的安全风险分为5个等级，表示表6；

表6：

第十步：确定汽轮机转子的最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算汽轮机高中压转子和低压转子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}

第十一步：推荐汽轮机转子的风险控制措施：根据汽轮机转子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_max<168，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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