CN1041420A

CN1041420A - 汽轮机调节阀监测器

Info

Publication number: CN1041420A
Application number: CN89107521A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔E·弗里德斯玛
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1990-04-18
Also published as: KR900005040A; US4878348A; EP0361835A1

Abstract

本方法和装置在汽轮机运行中连续测量高压汽轮机第一级供汽系统中一组调节阀42、60运行状态。该系统包括含有以规定压力向调节阀42、60供汽的节流阀40和多个喷嘴44的汽源，各喷嘴从其调节阀向其汽轮机入口送汽。其步骤是监测各调节阀出口压力；监测节流阀入口和汽轮机第一级的压力；把监测到的每个调节阀出口压力与监测到的节流阀入口和汽轮机第一级的压力比较以提供各调节阀运行状态的指示，检测和发出阀门故障或不经济运行的警报。

Description

本发明涉及用于监测汽轮机调节阀的阀位和运行顺序的方法和装置，特别在汽轮机-发电机系统内测定故障或低效率。通常用调节阀来调节进入汽轮机的驱动蒸汽流量，蒸汽从高压汽源经调节阀送到汽轮机高压级的入口喷咀。因为汽轮机的高压级通常沿园周分布有多个喷咀，为供给每个喷咀蒸汽设置了各个调节阀，根据特定的汽轮机系统的运行要求，能以同步方式或者以一定的顺序控制所有的阀门。

每个阀门能在全关和全开状态之间工作，当一个最初全关的调节阀要开始流过蒸汽时，通常要使它突跳到全位移或升程的7%左右，该阀就所谓处于它的开启点。在阀门“开启”和开始通汽之前，通常阀芯有一个很小的运动并且阀杆必须移动一个很小的行程。

然后，当阀杆在开的方向继续移动时，通过阀门的流量近似线性增加，直到到达更远的一个点，亦称为拐点。在这一段阀门位移中，阀门在控制或调节蒸汽流量。拐点通常位于阀门开至其全行程的30-40%以上，这相当于阀门几乎达到全流量。通常阀门是要控制的，因此在达到它的拐点处，也就到达它行程的开启终点。

当阀门的关闭元件从它的开启点向拐点移动时流量正向增加，而拐点则表示在该点“位移-流量曲线”的斜率发生突增。

如果进入汽轮机高压级的蒸汽流量所需的控制要求调节阀工作在它的开启点和拐点之间的区域，则流经部分开启的阀门的蒸汽就要被该阀门节流，这对于高压汽轮机的效率和发电厂的热耗率有不利的影响。

汽轮机-发电机组的负荷是蒸汽流量的函数，换言之，是汽轮机调节阀位的函数。汽轮机调节阀可有二种运行方式：单一阀门方式（在这种方式下所有调节阀以同步的方式工作）和顺序阀门方式（在这种方式下调节阀按预先设定的顺序逐步动作）。在负荷低于满负荷时顺序阀门运行方式比单一阀门运行方式效率高。顺序阀门方式中，在某个阀门点上汽轮机运行达到最高效率。该阀门点的定义是：在该点调节阀在下一个阀门按照顺序开始打开之前尽可能地开大。根据调节阀的数量，有几个不同的阀门点。在阀门点之间运行是低效的，因为流过部分开启的调节阀产生蒸汽节流损失。但有时因设备调节负荷的需要，这是不可避免的。这称为在阀门特性曲线上运行，因为该“特性曲线”在阀门点之间的热耗率曲线中。运行在阀门特性曲线上会引起热耗损失高达50Btu/Kwn。（英国热量单位/千瓦小时）。

图1的曲线表示了压力状态与阀门顺序工作的关系。它表示压力和流量或关于每一个阀门的负荷百分比之间的关系。该图涉及装有6个调节阀的系统，其中二个以同步运行方式其它4个以顺序运行方式向多级汽轮机的第一级或高压级供汽。蒸汽通过节流阀向所有的调节阀供汽，节流阀的入口压力保持基本恒定，如图1中水平虚线所示。还示出了送到汽轮机第一级的蒸汽压力。

曲线10代表了第一组的二个阀门的出口压力，当汽轮机运行在它的负荷范围的较低点时，它们要被开启。从相应于汽轮机停止的全关状态到相应于拐点12的全开状态都能控制这两个阀门。当第一组二个阀门达到它们的拐点时，它们流过几乎其本身的全流量。而所有其它阀门保持基本关闭，汽轮机在它的最低阀位点运行。

如果汽轮机运行在较高的负荷水平，在顺序中的下一个阀门被打开，曲线18表示阀门从它的开启14开大至它的拐点16时该阀门出口压力的变化。当曲线10和18代表的这些阀门通过它们的全流量时，汽轮机运行在下一个阀门点。

相应地，通过顺序开启其它三个阀门的一个或更多个，汽轮机的负荷也提高，对于这几个阀门在开启点20、22和24与拐点26、28和30之间的压力变化分别用曲线32、34和36表示。

已经全开的阀门的出口压力，通常用共同曲线37代表，它与节流阀入口压力的差值为38，亦即对于每个负荷值通过节流阀和所开启的调节阀的压降。代表每一个调节阀的出口压力的曲线和第一级压力之间的垂直距离基本上相应于通过该调节阀供汽的有关喷咀的压降。

在采用顺序动作阀门的系统中希望有一定重叠度39存在于阀门拐点相应的负荷点和下一个阀门开启点所相应的负荷点之间。如果负荷增加，顺序中这下一个阀门就要打开或如果负荷下降这下一个阀门在顺序中则预先关闭。如果不存在这样的重叠度，在负荷响应中将会出现一个“平点”，并且这可能是运行不稳定的根源。另一方面，重叠度过大将造成不经济的运行工况。

此外，当采用顺序阀门方式运行时，重要的是阀门按顺序工作，蒸汽只通过喷咀园周一个单独连接的弧段送往汽轮机级。如果蒸汽是在喷咀园周二个成一定角度分开的部分送入，这两部分之间就没有蒸汽送入，这样会引起双倍的冲击，在汽轮机级上产生严重的应力并可能在短时期内导致叶片损失。如果正确地使用调节阀这种工况就不应该发生。但由于调节阀杆的断裂则会出现这种情况。

众所周知监测汽轮机调节阀的调节是基于对节流压力、节流温度和第一级压力的测量。例如，名为“EPRI首次应用”，文件FS5429/E，发表于1985年12月的出版物，叙述了这种方法。

在现场试验中采用调节阀出口压力读数来设定调节阀位，也是众所周知的。

本发明的一个目的是快速检测并对电厂值班员预告调节阀门故障帮助他们得出最经济的阀门设定值。

本发明的另一个目的是在连续监测调节阀的工作顺序，以便保证依次运行的调节阀之间存在所需的重叠度。

本发明在广义的形式上说包括用以连续监测汽轮机运行时高压汽轮机第一级的供汽系统中的一组调节阀的工作状态的方法和设备。该系统包括：以规定的压力向调节阀供汽的一个节流阀和多个喷咀的装置，每个喷咀从各自的调节阀输送蒸汽到各自的汽轮机入口区;用于监测每个调节阀出口处压力的装置;用以监测节流阀入口处压力和汽轮机第一级压力的装置;以及连接上述监测装置，用以对监测到的每个调节阀出口压力与监测到的汽轮机阀门进口压力和汽轮机第一级压力进行比较，以便提供每个调节阀运行状态的指示值的装置。

为了便于理解和实践本发明，现结合附图，并只作为示例来叙述一个较佳实施例。

图1说明在汽轮机级供汽系统中顺序的调节阀的工作状态;

图2说明二个按顺序工作的调节阀的工作特性;

图3是实施本发明的装置的方框图。

根据本发明，每个调节阀的出口压力（P_vi，这里i是依次工作的阀门的序号）用一个压力传感器直接监测，同样P_Thr是节流阀的入口压力，汽轮机第一级压力为P_fs。对于每个调节阀这些读数进行数学运算以寻出P_Thr-P_vi和P_vi-P_fs的表达式。

如果P_Thr-P_vi小于一个选定的第一极限值并为维持这个值面选定的时间周期就可以推断出调节阀i开启。通常第一极限值略大于从P_Thr测出点，通过开启的调节阀到P_vi测出点预计的压降。

另一方面，如果P_vi-P_fs小于第二选定的极限值（该值明显地小于第一极限值），并且为维持这个值选定的时间周期，就可以断定阀门i关闭。

当调节阀开启或关闭时调节阀的出口压力值实际上分别等于拐点的压力P_kni和开启点压力P_cri，并且作为即时的拐点和开启点压力值储存起来。

上述的P_kni和P_cri的储存值一直保留到产生一个差值时，新的数值被记录下来，然后再把这个新的数值储存起来，这些数值会变化，例如当改变汽轮机的运行点时。

只要调节阀正确地工作，调节阀就会按V₁，V₂，……V_i……V_n的顺序打开，并按V_n……V_i……V₂，V₁的顺序关闭，这样在任何给定的时间，V₁和V_i间的每个阀门将处于压力P_kn，V_n和V_i间的每个阀门将处于压力P_cr，如果阀门i是在它的工作范围的有效部分内，阀门i可在P_kn或在P_cr，或者在中间值。

因此调节阀的出口压力可以容易地比较以确定故障状态的存在。诸如双倍冲击或阀杆断裂。

可以比较依次工作的调节阀的有关读数以确定它们是否按适当的重叠度工作。

图2示出了二个依次工作的调节阀V_（i）和V_（i+1）的阀门出口压力VS，流量或汽轮机负荷的曲线。当阀门V_（i）的每个出口压力读数（该读数是在P_kn（i）和参考值P_2（i）之间）与阀门V_（i+1）的一个出口压力读数（该读数在P_cr（i+1）和另一个参考值P_1（i+1）之间）在时间上重合，那么阀门V_（i）和V_（i+1）之间的重叠度是在正常范围内。

如果阀门V_（i）的在P_kn（i）和P_2（i）之间的一个出口压力读数，与阀门V_（i+1）的大于P_（i+1）的一个出口压力读数重叠，或者阀门V_（i+1）的在P_cr（i+1）和P_1（i+1）之间的一个出口压力读数与阀门V_（i）的小于P_2（i）的一个出口压力读数重叠，就可以断定阀门的重叠度过量。

最后，如果阀门V_i的出口压力读数P_kn（i）与阀门V_i+1的出口压力读数P_cr（i+1）相重合，就可以推断存在一个平坦点工况。

上面叙述的准则有不随时间变化的优点，对于给定的检查，必须同时监测所有的压力，但是只需以足够的速度做连续检查，以保证迅速检测出故障工况。

另一方面检测这样的工况还可以通过在适当的速度下对每个压力取样，将连续的读数储存起来，以求出每当一个阀门投入复归运行时的压力变化模式，然后相对于给定的时间标尺，比较连续运行的阀门的模式，以便识别上述的工况。

图3示出了一个汽轮机高压级的供汽流程以及为实施本发明的监测元件和器件。为了给高压级供汽，一定压力的蒸汽被送到节流阀40。流出节流阀的蒸汽送至多个调节阀42，在图3中只画出了其中之一。阀门42通过导管46向各自的喷咀44供汽。

设置第一个压力传感器以监测节流阀40的入口压力，装在导管46的第二个压力传感器52用来监测阀门42的出口压力，而第三个压力传感器54的装设是为了监测汽轮机第一级的压力。如果导管46呈“U”形则传感器52可以装设在管道的最低点。

传感器50、52和54的压力读数输入到第一个数据处理级56，它用前述方法对各种压力读数进行比较后输出指示调节阀42是开启还是关闭的信号，以及指示阀门42的P_kn和P_cr的即时数值的信号。

即时的信号与传感器52的输出信号一起输入到下一级处理单元58，它还从其它调节阀60有关的传感器接收类似的信号，处理单元58以重复的方式比较与各个调节阀有关的读数并产生输出信号指示阀门之间的关系，如有关它们的工作状态和依次运行的阀门之间的关系，以及关于它们运行曲线的重叠度。

在本发明能够根据上述压力读数执行全程监测功能的同时，这些读数可与另外的输入信号结合产生更多的信息。

例如从用来设定每个调节阀的机械装置得出的每个调节阀预定位置的有关数据，可以与从各种压力信号得到的阀位信息相比较，以生产每个调节阀是否正在它的预定位置的指示值。此外，以上述方式得到的故障指示可以简化或确认，并可检测其它类型的故障，这需要把从压力读数得到的数据与其它的汽轮机数据结合起来，例如汽轮机驱动的发电机电力输出、汽轮机负荷设定所根据的电力需求、节流阀温度读数、数字阀试验数据和数字单一阀门方式数据。

本发明当然可以用于以单一阀门方式运行的系统，特别是用来检测双倍冲击情况的存在。

根据本发明得到的数据可以按照技术上已知的方法用各种形式显示出来，以便向值班人员提供故障信号。

鉴于以上叙述说明了本发明的具体实施例，就知道可以在不脱离其精神的情况下，作多种改进。附加的权利打算包括这些改型，因为它属于本发明的真正规围和精神。

因此现在所揭示的实施例如图所示要在各个方面加以考虑而且不受约束，由附加的权利所指明的本发明的范围，而不是前面所述的，以及一切具有权利要求的等同物含义和范畴的改变都因而要包括在内。

Claims

1、一种在汽轮机运行中连续监测高压汽轮机第一级供汽系统中一组调节阀门运行状况的方法，所述系统包括含有用以在规定压力下向调节阀供汽的节流阀和多个喷咀的装置，每一个喷咀用来从各自的调节阀输送蒸汽至各自的汽轮机入口区，该方法包括：监测每一个调节阀出口压力；监测节流阀入口和汽轮机第一级的压力，其特征在于以下步骤：把测得的每个调节阀的出口压力与测得的节流阀入口和汽轮机第一级压力进行比较，以提供每一个调节阀的工作状态的指示。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述的比较步骤包括：产生测得的每一个调节阀出口压力和每一个在节流阀入口测得的压力和在汽轮机第一级测得的压力之间的差值的指示;和把每个差值指示与各自的阈值进行比较。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，调节阀是按照选定的顺序工作，以实现改变到汽轮机的蒸汽流量，而且还包括对所有调节阀运行状态的指示值加以比较，以便检验阀门是按选定的顺序运行。

4、根据权利要求3所述的方法，其中，每一个调节阀有一个阀门关闭元件，在调节阀关闭的第一终端状态和调节阀开启的第二终端状态之间可以移动;调节阀以一种选定的顺序工作，以实现改变到汽轮机的蒸汽流量，以便某个调节阀的阀门关闭元件从终端状态中的一种状态产生移动，此时在顺序中居先的调节阀的阀门关闭元件是在选定的距离起朝另一个终端状态移动;还包括将监测到的一个调节阀和顺序中下一个调节阀的出口压力加以比较，以提供顺序中的这一个调节阀阀门关闭元件的位置指示，此时居先的调节阀的阀门关闭元件是处于另一个终端状态和选定的离它的距离之间的位置处。

5、在汽轮机运行中连续监测高压级汽轮机第一级供汽系统中一组调节阀门运行状态的装置，该系统包括：含有一个节流阀（40），用以在规定压力下向调节阀（42）供汽的一个节流阀（40）和多个喷咀（44）的装置，每个喷咀用来从各自的调节阀（42）送汽至各自的汽轮机入口区，所述的装置包括：用来监测每个调节阀出口压力的装置（52）;用来监测节流阀入口和汽轮机第一级压力的装置（50，54）;以及与上述监测装置相连用来把监测到的每个调节阀的出口压力与监测到的汽轮机阀门入口和汽轮机第一级压力进行比较的装置（56，58），以提供每一个调节阀的工作状态的指示。

6、根据权利要求5所述的装置，其中，所述的用以比较的装置（56、58）包括用于产生监测到的每一个调节阀出口压力和监测到的节流阀每一个入口压力以及监测到的汽轮机第一级压力之间的差值的指示的装置，以及用来将每个差值指示与各自的极限值进行比较的装置。

7、根据权利要求6所述的装置，其中，调节阀是按选定的顺序工作，以实现改变去往汽轮机的蒸汽流量，而且还包括用来对所有调节阀的运行状态指示进行比较以检测阀门是按选定顺序工作的装置。

8、根据权利要求6所述的装置，其中，每一个调节阀都具有一个阀门关闭元件，可在调节阀关闭的第一终端状态和调节阀开启第二终端状态之间移动，调节阀按选定的顺序工作，以实现改变去往汽轮机的蒸汽流量，某一个调节阀的阀门关闭元件从一个终端状态产生移动，此时在顺序中居先的调节阀阀门关闭元件在选定的距离起朝另一个终端状态移动，还有包括用以将监测到的这一个调节阀出口压力与顺序中下一个调节阀的出口压力进行比较的装置，以提供顺序中的这一个调节阀阀门关闭元件的位置指示，此时，居先的调节阀阀门关闭元件是处于另一个终端状态和选定的离它的距离之间的位置处。