CN102230399A - 汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置和方法，所述的装置包括振动传感器、轴瓦金属温度传感器、轴承回油温度传感器和轴承润滑油压力传感器，振动传感器、轴瓦金属温度传感器、轴承回油温度传感器和轴承润滑油压力传感器皆连接汽轮发电机热工保护系统接口，汽轮发电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。本发明的优点是给出了汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，实现了汽轮发电机轴承安全风险的在线计算与控制。如果汽轮发电机轴承的安全风险排序数增大时，通过合理的安排临时检修或C级检修来使汽轮发电机轴承的安全风险处于受控状态。

Description

汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制装置及方法

技术领域

本发明涉及汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制装置及方法，属于汽轮发电机技术领域。

背景技术

汽轮发电机的轴承为径向轴承，用来承担汽轮发电机转子重量和旋转的不平衡力并确定转子的径向位置，从而保证汽轮发电机转子与定子之间正确的径向间隙。汽轮发电机轴承发生轴瓦烧损、轴瓦磨损、轴承漏油和轴瓦温度偏高的故障模式，后果严重。汽轮发电机轴承的安全风险同轴承故障可能性和轴承故障后果有关；汽轮发电机轴承故障可能性同故障概率和故障特征信号有关，汽轮发电机轴承的故障后果同检修时间长短及故障危害性有关。现有的汽轮发电机的热工保护系统，具有转子振动、轴瓦金属温度、轴承回油温度与轴承润滑油压力的在线保护功能，还没有汽轮发电机轴承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发电机轴承安全风险在线监视与控制装置和方法，实现汽轮发电机轴承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发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，包括振动传感器、轴瓦金属温度传感器、轴承回油温度传感器和轴承润滑油压力传感器，发电机的汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承上各设有两个振动传感器、一个轴瓦金属温度传感器、一个轴承回油温度传感器和一个轴承润滑油压力传感器，振动传感器、轴瓦金属温度传感器、轴承回油温度传感器和轴承润滑油压力传感器皆连接汽轮发电机热工保护系统接口，汽轮发电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。

优选地，所述的振动传感器与水平面之间的夹角为45°。

本发明还提供了一种汽轮发电机轴承的安全风险在线监视与控制方法，其特征在于，使用上述装置，采用C语言编写汽轮发电机轴承安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮发电机轴承的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第i种故障模式的概率F_Pi

式中，n_i为本台汽轮发电机各轴承已发生第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发电机相应轴承发生第i种故障模式的总次数的历史数据统计值，t_i为本台汽轮发电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发电机使用的总日历小时数的历史数据的统计值；

    第二步：在线监视汽轮发电机转子振动信号：采用振动传感器（1），在线监视汽轮发电机转子振动双振幅，根据转子振动双振幅监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第1个系数P₁表示在表1；

表1：

第三步：在线监视汽轮发电机轴瓦金属温度信号：采用轴瓦金属温度传感器（2），在线监视汽轮发电机轴瓦金属温度，根据汽轮发电机轴瓦金属温度监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2：

第四步：在线监视轴承回油温度信号：采用轴承回油温度传感器（3），在线监视汽轮发电机轴承回油温度，根据汽轮发电机轴承回油温度监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：在线监视轴承润滑油压力信号：采用轴承润滑油压力传感器（4），在线监视汽轮发电机轴承润滑油压力，根据汽轮发电机轴承润滑油压力监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第4个系数P₄表示在表4；

    表4：

第六步：计算轴承的平均检修时间MTTR_i：使用计算机软件中已有的历史数据，分别在线计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第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发电机相应轴承发生第i中故障模式引起的汽轮发电机的总的非计划停运时间；

    第七步：确定轴承故障后果的权重系数W_i：分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生以下四种故障模式的故障后果的权重系数W_i表示在表5；

表5：

故障模式	Wi
		轴瓦烧损	4
轴瓦磨损	3
		轴承漏油	2
轴瓦温度偏高	1

第八步：计算汽轮发电机轴承的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，分别计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第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：评定汽轮发电机轴承安全风险等级：根据汽轮发电机轴承安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮发电机轴承的安全风险分为5个等级，表示表6；

   表6：

第十步：确定汽轮发电机轴承的最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承的各种故障模式下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：推荐汽轮发电机轴承的风险控制措施：根据汽轮发电机轴承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C级检修（计划小修），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，建议在本月内安排C级检修（计划小修）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，建议在本周内安排临时检修，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，建议在三天内安排临时检修，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，建议立即停机安排临时检修，进行全面检查。

本发明的优点是给出了汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，实现了汽轮发电机轴承安全风险的在线计算与控制。如果汽轮发电机轴承的安全风险排序数增大时，通过合理的安排临时检修或C级检修来使汽轮发电机轴承的安全风险处于受控状态。

附图说明

图1为本发明汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制装置的方框图；

图2为本发明汽轮发电机轴承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为汽轮发电机轴承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，本发明汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制方法的方框图，本发明的汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制装置由振动传感器1、轴瓦金属温度传感器2、轴承回油温度传感器3、轴承润滑油压力传感器4、汽轮发电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，发电机的汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承上各设有两个与水平面互成45°安装的振动传感器1、一个轴瓦金属温度传感器2、一个轴承回油温度传感器3和一个轴承润滑油压力传感器4，振动传感器1、轴瓦金属温度传感器2、轴承回油温度传感器3和轴承润滑油压力传感器4皆连接汽轮发电机热工保护系统接口，汽轮发电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，汽轮发电机轴承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，该软件安装在汽轮发电机轴承安全风险排序数的计算服务器上，应用于汽轮发电机轴承安全风险的在线计算和控制。

对于某型号300MW汽轮发电机，汽轮机侧和励磁机侧各安装有1个径向轴承，轴承振动双振幅的报警值为大于0.125mm，轴瓦金属温度的报警值为107℃，轴承回油温度的报警值为77℃，轴承润滑油压力的报警值为0.082MPa。该台300MW汽轮发电机的轴承采用图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汽轮发电机在某一时刻的轴承安全风险计算结果的示意图。该台300MW汽轮发电机的两个轴承在某一时刻的安全风险的监视与控制结果如下：

第一步：汽轮发电机轴承故障概率F_Pi的在线计算结果列于表7；

表7：

	轴瓦烧损	轴瓦磨损	轴承漏油	轴瓦温度偏高
					汽轮机侧轴承	6.200165×10-3	6.677101×10-3	1.764662×10-2	3.386244×10-2
励磁机侧轴承	6.526489×10-3	7.028527×10-3	1.857539×10-2	3.564467×10-2

第二步和第三步：使用计算机软件，由300MW汽轮发电机轴承振动信号在线监视值得出的系数P₁与轴瓦金属温度监视值得出的系数P₂的计算值列于表8；

表8：

第四步和第五步：由300MW汽轮发电机轴承回油温度在线监视值得出的系数P₃和由300MW汽轮发电机轴承润滑油压力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汽轮发电机轴承的平均检修时间MTTR_i的历史数据的计算结果列于表10；

表10：

轴承位置	轴瓦烧损	轴瓦磨损	轴承漏油	轴瓦温度偏高
					汽轮机侧轴承	379.90	213.27	77.11	125.59
励磁机侧轴承	379.90	213.27	77.11	125.59

第七步：300MW汽轮发电机轴承的故障后果的权重系数W_i的取值列于表11；

表11：

故障模式	Wi
		轴瓦烧损	4
轴瓦磨损	3
		轴承漏油	2
轴瓦温度偏高	1

第八步和第九步：该台300MW汽轮发电机轴承安全风险排序数RPN_i的计算值和风险级别的评定结果列于表14；

表14：

第十一步和第十二步：该台300MW汽轮发电机轴承在该时刻的安全风险排序数的最大值为RPN_max=75.37>72，有二级风险，严重风险，故障模式为汽轮机侧轴承轴瓦烧损，推荐的安全风险控制措施为三天内安排临时检修，对汽轮机侧轴承进行全面检查。

采用本发明提供的汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，实现了在线定量计算300MW汽轮发电机轴承的安全风险排序数，根据汽轮发电机轴承的最大安全风险排序数来安排临时检修或C级检修，使该台300MW汽轮发电机轴承的安全风险处于受控状态。

Claims (3)

1.一种汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，包括振动传感器（1）、轴瓦金属温度传感器（2）、轴承回油温度传感器（3）和轴承润滑油压力传感器（4），发电机的汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承上各设有两个振动传感器（1）、一个轴瓦金属温度传感器（2）、一个轴承回油温度传感器（3）和一个轴承润滑油压力传感器（4），振动传感器（1）、轴瓦金属温度传感器（2）、轴承回油温度传感器（3）和轴承润滑油压力传感器（4）皆连接汽轮发电机热工保护系统接口，汽轮发电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。

2.如权利要求1所述的汽轮发电机轴承安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，所述的振动传感器（1）与水平面之间的夹角为45°。

3.一种汽轮发电机轴承的安全风险在线监视与控制方法，其特征在于，使用权利要求1所述的装置，采用C语言编写汽轮发电机轴承安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮发电机轴承安全风险在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：计算汽轮发电机轴承的故障概率F_Pi：使用计算机软件，分别在线计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第i种故障模式的概率F_Pi

式中，n_i为本台汽轮发电机各轴承已发生第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发电机相应轴承发生第i种故障模式的总次数的历史数据统计值，t_i为本台汽轮发电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发电机使用的总日历小时数的历史数据的统计值；

    第二步：在线监视汽轮发电机转子振动信号：采用振动传感器（1），在线监视汽轮发电机转子振动双振幅，根据转子振动双振幅监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第1个系数P₁表示在表1；

表1：

第三步：在线监视汽轮发电机轴瓦金属温度信号：采用轴瓦金属温度传感器（2），在线监视汽轮发电机轴瓦金属温度，根据汽轮发电机轴瓦金属温度监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第2个系数P₂表示在表2；

表2：

第四步：在线监视轴承回油温度信号：采用轴承回油温度传感器（3），在线监视汽轮发电机轴承回油温度，根据汽轮发电机轴承回油温度监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第3个系数P₃表示在表3；

表3：

第五步：在线监视轴承润滑油压力信号：采用轴承润滑油压力传感器（4），在线监视汽轮发电机轴承润滑油压力，根据汽轮发电机轴承润滑油压力监视值的大小，分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承故障发生可能性的第4个系数P₄表示在表4；

    表4：

第六步：计算轴承的平均检修时间MTTR_i：使用计算机软件中已有的历史数据，分别在线计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第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发电机相应轴承发生第i中故障模式引起的汽轮发电机的总的非计划停运时间；

    第七步：确定轴承故障后果的权重系数W_i：分别定义发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生以下四种故障模式的故障后果的权重系数W_i表示在表5；

表5：

故障模式 W_i 轴瓦烧损 4 轴瓦磨损 3 轴承漏油 2 轴瓦温度偏高 1

第八步：计算汽轮发电机轴承的安全风险排序数RPN_i：使用计算软件，分别计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承发生第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：评定汽轮发电机轴承安全风险等级：根据汽轮发电机轴承安全风险排序数的RPN_i大小，分别把汽轮发电机轴承的安全风险分为5个等级，表示表6；

   表6：

第十步：确定汽轮发电机轴承的最大安全风险排序数RPN_max：采用如下公式，计算发电机汽轮机侧轴承和励磁机侧轴承的各种故障模式下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：推荐汽轮发电机轴承的风险控制措施：根据汽轮发电机轴承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C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，建议在本月内安排C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，建议在本周内安排临时检修，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，建议在三天内安排临时检修，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，建议立即停机安排临时检修，进行全面检查。

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