CN102803735A - 使用千斤顶确定涡轮机变几何设备位置的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制涡轮机变几何设备(1)定位的装置，包括计算机(2)、驱动器(5)和驱动系统(7)，所述驱动器(5)用于根据计算机(2)指令驱动所述变几何设备；所述驱动器(5)包括移活动组件(6)，该活动组件(6)带有可测量其延伸情况的传感器(8)；所述驱动系统(7)的其中一端连接到所述活动组件(6)的联接点(12)上，另一端连接到所述设备(1)的附着点(13)上；附着点(13)在沿对接点(11)所限制行程上在驱动器(5)的作用下移动，使得传动系统(7)在附着点(13)位于对接点(11)上时在驱动器(5)的作用下弹性变形，计算机(2)提供给所述活动组件(6)的延伸设定值被确定为相对于活动组件(6)延伸值的差，该延伸值对应于附着点(13)与对接点(11)的接触。

Description

使用千斤顶确定涡轮机变几何设备位置的装置和方法
技术领域
本发明的领域是变几何设备领域和这些设备定位控制，特别是安装在涡轮机上的变几何设备领域。
背景技术
涡轮机上的几个设备可以安装成能够旋转或平移，不论其是诸大体沿高压压缩机气流方向朝向的可调整定子叶片，还是打开或关闭以便必要时增加压缩机喘振裕度的排出阀或压缩机动叶片或变螺距螺旋桨。
这些变几何设备通过由千斤顶或任何其他驱动器驱动的传动系统来传动，正如本申请人在EP1724472号专利申请中所说明的那样，设备位置由千斤顶行程和所述变几何设备期望位置之间建立关系定律来确定。此外，人们已知变几何设备位置控制装置，正如EP1988259专利申请中所描述的那样，其中，设备位置由行程端点传感器来检测。
所述定位常常是由在所需位置上循环运动的闭环控制装置驱动。千斤顶杆位置通过LVDT(线性可变位移传感器)传感器获得，这种传感器会随千斤顶杆移动并将移动动作传递给传动系统位置控制装置。这些传感器通常为绝对定位型传感器，也就是说，它们指示千斤顶杆相对于固定基准位置的位置，与千斤顶本体或与设备本身相关。
这种闭环控制通常在千斤顶杆位置上而不是在所述设备位置上循环运动。千斤顶行程得到良好控制，但如果在机器寿命期间因磨损而出现间隙时，或如果位于千斤顶下游的传动系统出现诸如断裂这样的重大损坏时，所述行程会对应于变几何设备的非正确位置。
例如，可调整定子叶片(或称变距定子叶片--VSV)的固定衬套常常会出现磨损，结果，在其定位位置会出现相当大的间隙，且该变几何设备会失去控制精度。
由于当前系统定位精度的不够，涡轮机设计师们会考虑在确定变几何设备控制装置尺寸时留有余量。具体来讲，他们必须考虑在设备使用寿命期间其真实位置和控制系统期望位置之间可能出现的差异。在压缩机设备的具体情况下，这种设备在使用时需要防止出现喘振现象，因为压缩机配套所产生的相应余量并不是很理想，为了考虑将来的磨损和因磨损而引起的与叶片调整精度丧失相关的容差，工作点的选择远离其本应所在的喘振线。
此外，在安装期间，操作者必须确保所述变几何设备的精确定位，以避免使用时定位精度不足的进一步增加。这种操作很费时间，而且会造成可能的操作误差。
发明内容
本发明的目的是提出一种变几何设备及其相关控制系统的定位装置以解决这些缺陷，这种装置不会再产生现有装备所存在的某些缺陷，特别是，对这些设备的非精确定位不敏感。另外，本发明还提出了相关装置定位方法。
为此，本发明的目的是提供一种涡轮机变几何设备定位控制装置。所述装置包括计算机，通过计算机驱动所述变几何设备的驱动器，和传动系统。所述驱动器包括活动组件，该活动组件设有可测量其延伸率的传感器。所述传动系统的其中一端连接到所述活动组件联接点(coupling point)上，而另一端连接到所述设备的附着点(attachment point)上，附着点在驱动器的动作下会沿着对接点(abutment)所限定的行程(stroke)移动，当附着点处在对接点上时，传动系统在驱动器的作用下会出现弹性变形，其特征在于，计算机提供给所述活动组件的延伸设定值定义为相对于活动组件延伸值的差值，而延伸值则对应于附着点与对接点的接触处。
将对应于对接点的延伸值作为基准使用，可消除传动系统内可能存在的间隙，而且，还可检测出传动系统内可能存在的破裂情况。因此，减小了为确保涡轮机正确操作所需之余量。
优选地，计算机通过向驱动器发送其活动组件动作的至少一个设定值，该设定值超过对应于附着点的对接置放位置，来检测该活动组件的延伸值，该值对应于附着点与对接点处的接触位置。
向驱动器发送动作指令，会引起千斤顶在穿过该对接点时至少其中一个工作特性的改变，这样，就可以检测出到达变几何设备附着点对接处的实际值。根据所获得的实际延伸值，该延伸值对应于对接点的接触情况，以及根据控制逻辑内出现的情况，可以重新设定控制逻辑，并进而在该控制逻辑设计期间来减少余量。
有利的是，该装置还包括测量驱动器所输出的力装置，所述计算机采集活动组件移动期间随着时间变化的扭矩(活动组件延伸，--驱动器所输出的力)，以响应所述活动组件在对应于附着点对接置放位置之外所发送的设定值。
在具体实施例中，所述计算机适合检测曲线上转折点，该曲线给出驱动器随着时间变化而提供的力。
更优选地，在其传动系统定位控制的控制逻辑中，所述计算机重新设定活动组件的延伸率，在实现驱动器传送对应于所述转折点位置的力，该延伸率对应于附着点与对接点的接触。
因此，可以有规律地---例如，每次使用期间---重新设定变几何设备的控制逻辑，并可在因为传动系统磨损或损坏而出现容许偏差时作出反应。
本发明还涉及到通过传动系统来控制涡轮机变几何设备定位的方法，该方法采用驱动器活动组件延伸方式，所述驱动器设有可测量这种延伸的传感器和可测量驱动器所提供的力的装置，所述传动系统其中一端接到所述活动组件的联接点上，而其另一端连接到所述设备的附着点上，附着点在沿对接点限制行程上在驱动器作用下移动，附着点在对接点上时，可使传动系统在驱动器动作下弹性变形，所述方法包括如下步骤：
a)向驱动器发送其活动组件的移动设定值，该设定值超过对应于附着点的对接置放位置，
b)在所述移动组件移动期间，测量至少一个扭矩值(活动组件的延伸-驱动器所发送的力)，
c)根据对驱动器所提供的力的测量值和至少一个所测扭矩，计算活动组件延伸值，该延伸值对应于附着点与对接点的接触处，
d)通过相对于上面所计算值的差，确定发送给活动组件的使用延伸值。
优选地，在所发送的所述活动组件设定值之后，该设定值超过对应于附着点(13)的对接置放位置，步骤b)旨在收集活动组件移动期间随着时间变化的扭矩(活动组件延伸--驱动器提供的力)，以及步骤c)，旨在检测曲线上的转折点，该曲线给出驱动器随着时间所发送的力的变化。
最后，本发明涉及到安装有变几何设备的涡轮机，所述变几何设备的定位是由上述装置控制的，还涉及到涡轮机的计算机，在所述涡轮机中，安装有计算模块，其执行上述其中一种方法。
附图说明
下面阅读参照所附示意图给出的本发明实施例的详细解释性说明，可以更好地理解本发明，本发明的其他目的、细节、特性和优点会更清楚地显现出来，所给实施例仅为说明示例，并不是限定性示例。
附图如下：
图1为根据本发明一个实施例的一台变几何设备控制系统示意图；
图2为变几何设备和驱动其运动的千斤顶活动组件行程的比较示意图；
图3一方面示出了根据本发明的有关变几何设备的动作指令，另一方面示出了该变几何设备为响应所述指令而做出的实际动作；
图4所示为在诸如图3所示指令动作期间千斤顶为了控制根据本发明的变几何设备而施加的各种力。
具体实施方式
参照图1，该图示出了控制一台变几何设备1的系统，包括经由设定值线路3接收该台设备1预期位置设定值的计算机2，该计算机通过电源线4提供的电源操纵千斤顶类型5的驱动器。在计算机2的输出端，电源线4驱动千斤顶5和其千斤顶杆状的活动组件6，从而通过传动系统7对该变几何设备1的位置进行修正。千斤顶杆6在联接点12处与传动系统相连接，而传动系统通过附着点13驱动变几何设备1。传感器8持续测量千斤顶杆6的位置，并将测量信息通过环回线9传送给计算机2。计算机不断地计算传感器8所测位置和对应于传动系统7正常工作时预期位置之间的差，并由此而操纵电源线4来减少该差别，并使其逐步降至零。
应该注意的是，在所述示例中，控制系统闭环控制千斤顶杆的位置，但本发明可以完全采用无闭环回路的直接系统。
因为随着时间的流逝而出现的磨损或因为可能的破损，传动系统7会出现间隙10，该间隙会在设备1的实际位置和千斤顶杆6要求位置之间在一个方向或另一个方向上产生差别。
图1还示出了对应于该变几何设备1其中一个行程结束位置的对接点11。这种对接点可以是--例如—变距定子叶片(VSV)传动系统环高压箱体上的对接点，压缩机排出阀闸门中间箱体上的对接点或机翼或螺旋桨螺距的最大和最小对接点。在变几何设备附着点行程上使用至少一个对接点对于本发明实施例是必不可少的。
图2以比较方式示出了在变几何设备1驱动期间传动系统7上千斤顶杆6联接点12移动情况和变几何设备1上传动系统附着点13的实际移动情况，目的是从其中一个对接点位置移向另一个对接点位置。尽管千斤顶杆6在行程ZV上移动，但附着点13首先不动，这种情况也发生在对应于构成间隙10的行程J对应部分。一旦传动系统间隙10出现，变几何设备1穿过的有效行程为ZGV，也就是说，行程从一个对接点行进到另一个对接点。图2所示千斤顶行程ZV大于其有效行程，也就是说，在传动系统标称状态时，该行程大于对应于变几何设备1在其对接点之间运动ZG的行程。因为所要求的千斤顶杆6行程大于行程结束对接点一侧的有效行程，千斤顶5在其行程结束时抵住传动系统7，后者因为对接点11而不再前进，并随之引起该传动系统的机械变形。这样，千斤顶联接点12继续向前运行一段距离D，该距离相当于构成传动系统7各部件的弹性。
参照图3和图4，这些附图示出了，在根据指令，将变几何设备1从某个起始点移动到第一个行程结束对接点11(参考符号A)期间，千斤顶杆6联接点12的移动情况L(图3)和千斤顶5所产生的力F的情况(图4)，此时，千斤顶5推动变几何设备1使其抵在对接点上；在该第一移动之后，接着是第二移动，即从该第一对接点A移动到第二对接点(参考符号B)，此时，千斤顶5的动作方向与前次方向相反。
图3示出了两根曲线，一根曲线(虚线)所示为计算机2所要求的位置，另一根曲线(实线)所示为上述运动期间千斤顶联接点12的实际位置。指令首先是在零位，也就是说，未要求千斤顶有任何动作，因此，附着点13处于此前所处位置。在计算机通过设定值线3收到改变变几何设备1位置的请求指令后，计算机在tA时给千斤顶5发出指令，将附着点13移至第一对接点A，为的是在那儿停留给定时间tB-tA。在tB时间之后，计算机发出指令，将附着点13从第一对接点A移至第二对接点B。
在tA时刻，联接点12以对应于千斤顶5的千斤顶杆6的移动速度从其初始位置向对接点11处移动。一旦可能的间隙10被再吸收，附着点13也同样移动这么多。当附着点13到达第一对接点A处时，千斤顶5继续其行程直到时间tB，因为传动系统7弹性所允许的变形，其杆的联接点12继续前进一段距离DA。
在tB时刻，千斤顶5的压力反向，附着点13现在接到指令来到第二对接点B。因为附着点13开始时始终保持与对接点A接触，通过消除因传动系统7弹性而引起的收缩力DA，杆的联接点12回到在该对接点上释放支撑应力的位置。千斤顶杆6继续回缩，与此同时，首先形成间隙J，该间隙可能出现在传动系统该方向上，然后将附着点13移向第二对接点B。如上所述，当附着点13到达第二对接点B时，千斤顶5杆6继续前进一段距离DB，该距离是传动系统7的弹性所允许的。
与此同时，如图4所示，千斤顶所产生的力会从tA时改变，但同时最初保持较弱状态并等于传动系统7和所述变几何设备1移动所必需的值。一旦附着点13到达第一对接点A，计算机2发送的设定值就会继续操纵千斤顶动作，以到达该对接点那边的位置。而后，作为对该对接点施加反作用力的反应，千斤顶所施加的力突然增加。因此，图4所示曲线呈现出tA时的明显变化。
从tB时刻开始，千斤顶所施加的力突然下降，而后反方向施加给第二对接点B。
下面介绍一种装备和方法，这种装备和方法旨在避免涡轮机变几何设备控制时出现的磨损和由此而产生测量容差的问题，以及，检测这些变几何设备控制系统可能出现的破损。
应该注意的是，通常在现有技术中，传感器8是绝对测量传感器，用来评定千斤顶杆6自固定基准物的延伸情况。该基准物可以--例如--是千斤顶的本体，而后，测量有关千斤顶杆自所述本体伸出的长度的延伸值。另一方面，在本发明中，所使用的千斤顶杆延伸值测量相对于使用推理方式不得而知的位置，而该位置在变几何设备1置于对接状态时才确定。
本发明首先提出在尽可能靠近变几何设备处置放一个--优选两个--机械对接装置，然后，通过发送变几何设备1指令给其中一个所述对接点，按所使用规律方式或在电机寿命周期内定期地重新调整千斤顶杆6的位置。
本发明的方法在于确定千斤顶杆6对应于对接点11位置的延伸值，在这个对接点处，变几何设备1附着点13与对接点接触，将计算机2要求的千斤顶5延伸值作为基准值，然后，通过与该基准值之间的差值，确定千斤顶杆6的位置设定值。
该基准值确定后，千斤顶杆6所处位置就不再依赖于传动系统中可能存在的间隙。然后，就可实现变几何设备1传动位置的良好控制。因此，不再需要像现有技术那样应用余量来弥补磨损。此外，还可检测驱动系统中是否出现破裂，因为在这种情况下，变几何设备1决不会到达其对接点，千斤顶杆也不再有对应于对接点11处的变几何设备位置的延伸。
为了确信对应于设备1的千斤顶杆6的位置与对接点11相接触，操作者通过设定值线3发送至位置L1的布置设定值，有意置于所选定对接点11之外。
在千斤顶移动期间，计算机2通过其给予电源线4数值来获得千斤顶5所传递的力F1，并通过传感器8获得千斤顶杆6的位置L1。这样，就能够重新产生图4所示曲线。
通过分析该曲线，可以确定变几何设备1位于对接点11处时对应于千斤顶延伸LA的转折点FA。而后，正是该值被视作千斤顶杆随后定位的基准。
为此，提出了可避免传动系统7出现磨损并可检测所述传动系统出现任何可能破裂的装置和方法。
尽管上面参照具体实施例介绍了本发明，但很显然，本发明包括了所述装置的所有相似技术和这些技术的结合形式，只要这些都属于本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于控制涡轮机变几何设备(1)定位的装置，包括计算机(2)、驱动器(5)和传动系统(7)，所述驱动器(5)用于根据计算机(2)指令驱动所述变几何设备；所述驱动器(5)包括活动组件(6)，该活动组件(6)带有可测量其延伸情况的传感器(8)；所述传动系统(7)的其中一端连接到所述活动组件(6)的联接点(12)上，另一端连接到所述设备(1)的附着点(13)上；附着点(13)在沿对接点(11)所限制行程上在驱动器(5)的作用下移动，使得传动系统(7)在附着点(13)位于对接点(11)处时在驱动器(5)的作用下弹性变形，其特征在于，计算机(2)提供给所述活动组件(6)的延伸设定值被确定为相对于活动组件(6)延伸值的差，该延伸值对应于附着点(13)与对接点(11)接触位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，计算机(2)通过向驱动器(5)发送其活动组件(6)移动的至少一个设定值，该设定值超过对应于附着点(13)的对接置放位置，来检测活动组件(6)的延伸值，该值对应于附着点(13)与对接点(11)的接触。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括测量驱动器(5)传递的力的装置，其特征在于，所述计算机用来收集由于活动组件延伸而形成的随时间变化的扭矩和活动组件(6)在移动期间驱动器(5)传递的力，以响应所述活动组件在对应于附着点(13)对接置放位置处传送的设定值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述计算机检测曲线上的转折点，该曲线给出了驱动器随着时间的变化的传递力。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算机在控制传动系统(7)定位的控制逻辑中重新设定活动组件(6)的延伸，以实现驱动器(5)传送对应于所述转折点位置的力，该活动组件(6)的延伸对应于附着点(13)与对接点(11)的接触位置。
6.一种通过传动系统(7)来控制涡轮机变几何设备(1)定位的方法，该方法采用驱动器(5)活动组件(6)的延伸方式，所述驱动器设有测量所述延伸的传感器(8)和测量驱动器(5)所递送的力的装置，所述传动系统其中一端连接到所述活动组件(6)的联接点(12)上，而其另一端连接到所述设备(1)的附着点(13)上，附着点(13)在驱动器(5)作用下沿对接点(11)限制行程移动，附着点(13)在对接点(11)处时，使传动系统(7)在驱动器(5)作用下弹性变形，所述方法包括如下步骤：
a)向驱动器(5)发送其活动组件(6)的移动设定值，该设定值超过对应于附着点(13)的对接置放位置，
b)在所述活动组件(6)移动期间，测量因活动组件(6)延伸而形成的至少一个扭矩值和驱动器(5)所传送的力，
c)根据对驱动器(5)所传送力的测量值和至少一个所测扭矩，计算活动组件(6)的延伸值，该值对应于附着点(13)与对接点(11)的接触位置，
d)通过相对于上面所计算值的差，确定发送给活动组件(6)的使用延伸值。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在向所述活动组件发送的设定值之后，该设定值超过对应于附着点(13)的对接置放位置，步骤b)旨在收集活动组件(6)移动期间由于活动组件(6)延伸所构成的随着时间变化的扭矩和驱动器(5)所传送的力，以及步骤c)旨在检测曲线上的转折点，该曲线给出驱动器(5)随着时间所发送的力的变化。
8.一种安装变几何设备(1)的涡轮机，该变几何设备的定位是由权利要求1到5其中一项权利要求所述装置控制的。
9.一种涡轮机的计算机，其中安装有计算模块，用来实施权利要求6或7所述方法。
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