CN109578090B - 一种透平机械及其转速计算算法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透平机械转速计算算法，所述透平机械用计算算法包括以下步骤：S1：检测透平机械的转速并将测量数据传输至第一计算模块；S2：第一计算模块对测量数据进行第一次计算，并将计算所得计算值传输至第二计算模块；S3：向第二计算模块输入标准值，所述第二计算模块对计算值及标准值进行第二次计算得到输出值。采用上述方案，本发明对透平机械的转速测量步骤进行优化，提高了透平机械测量转速的精确程度，最关键加入了测量错误数值的判断方式和解决方案，显著提高了透平机械的安全可靠性、工作效率及工作质量，使透平机械的转速趋于稳定，保证了设置的工作稳定性，同时延长的设备的使用寿命及保证了工作人员操作透平机械时的安全性。

Description

一种透平机械及其转速计算算法

技术领域：

本发明涉及透平机械控制领域，尤其涉及一种透平机械及其转速计算算法。

背景技术：

透平机械广泛运用于现代生产工作中，而对于透平机械来说检测其工作状态的指标中最重要的就是转速，以透平机械中的汽轮机为例，汽轮机的转速快且为大型设备，所以在其升过程中，需要满足生产安全，即保证汽轮机转速稳定且快速的上升到目标转速。对于旋转的叶片来说其所承受的离心力与转速的平方成正比，即随着汽轮机转速的上升，叶片所承受的离心力会几何倍数上升，这时汽轮机出现超速的情况，就会导致设备损坏及出现危害工作人员的情况，对正常的生产造成重大的影响，不利于工作效率及工作质量。此外，汽轮机的转子本身具有较大质量且为不规则物体，即各部分质量不均一，易在离心力的作用下引起设备的震动，所述震动随着转速的上升而增大，若出现超速的情况其震动情况也会加剧，对设备的安全稳定运行造成巨大干扰。综上所述，对透平机械的转速必须实时监测，防止透平机械的转速超过设定的目标转速。

目前，在透平机械的转速调节领域，采用的转速判断或者计算逻辑各不相同，且测量转速的转速通道设置数量也不同，如一路转速测量、二路转速测量及三路测量，所述各路测量的计算逻辑也各不相同，如取大值法、取平均值法或取中间值法。然而上述方法均有自身缺陷不能做有效的故障判断和取舍，也无法涵盖发生的所有故障类型，如某一路或者两路转速数值由于探头损坏导致数值为零，这时取中间值或者简单的取平均值就会发生超速的问题；测量转速失真时，测量转速就会出现上下波动的现象，而不是实际数值，这时简单的取大值，就会发生设备震荡或者无法控制的情况。因此，透平机械转速的测量及控制，直接影响高转速的透平机械设备运行安全，且因为转速测量错误或者通道故障，极易引起高速旋转设备出现重大飞车事故。

因此，本领域亟需一种更高精确性的透平机械用的转速计算算法。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够更好测量透平机械转速及调控透平机械转速，以解决现有技术测量、调控效果不佳的技术问题。

一种透平机械转速计算算法，所述透平机械用计算算法包括以下步骤：

S1：检测透平机械的转速并将测量数据传输至第一计算模块；

S2：第一计算模块对测量数据进行第一次计算，并将计算所得计算值传输至第二计算模块；

S3：向第二计算模块输入标准值，所述第二计算模块对计算值及标准值进行第二次计算得到输出值。

采用上述方案，本发明对透平机械的转速测量步骤进行优化，提高了透平机械测量转速的精确程度，显著提高了透平机械的工作效率及工作质量，使透平机械的转速趋于稳定，保证了设置的工作稳定性，同时延长的设备的使用寿命及保证了工作人员操作透平机械时的安全性。

优选的，所述S1步骤还包括待用数据输入，所述待用数据包括上一周期测量值及上一周期输出值，所述上一周期测量值输入至少有两组，所述检测过程通过数据检测器实现，所述数据检测器设置至少有两组，即所述测量值测量至少有两组，所述测量值组与上一周期测量值组相对应，所述上一周期测量值个数与测量值个数一致，所述测量值组即为测量路，所述测量值个数即为测量路数，所述方法显著提高本发明的检测精度，同时通过转速实际值控制透平机械的开启或关闭，防止透平机械转速过快或过慢引起的设备损坏或重大飞车事故。

更优选的，所述S2步骤中第一次计算包括：

判断步骤，通过对比判断每组测量值与对应组上一周期测量值、每组测量值与上一周期输出值得到处理结果，得到合格结果或不合格结果，所述处理结果为合格时输出实际测量值，所述处理结果为不合格时记录不合格测量路，所述不合格结果数大于测量路数一半时终止算法进行，所述不合格结果数小于等于测量路数一半时将测量值传输至计算步骤；

计算步骤，对处理结果为合格的测量值进行平均值计算，所述计算结果为计算值。

进一步的，所述判断步骤中对比判断包括第一处理组及第二处理组，所述第一处理组的判断依据为将所述测量值与上一周期输出值进行差值计算，所述差值不小于-450且不大于450时传输测量值给第二处理组，所述差值小于-450或大于450时记录该测量组为不合格测量路，所述第二处理组的判断依据为将所述测量值与其相对应的上一周期测量值计算差值，所述差值不小于-100且不大于100时输出实际测量值给计算步骤，所述差值小于-100或大于100时记录该测量组为不合格测量路。

进一步的，所述S3步骤中的第二次计算采用PID计算模块计算，所述PID计算模块计算逻辑为通用计算逻辑，优选的，所述PID计算模块的计算逻辑采用增量式运算。

采用上述方案，本发明对测量数据进行了合理的利用，并突出了循环计算逻辑的优势，即使前后周期的数据产生连动效应，同时使透平机械的转速稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性，提高透平机械的使用寿命及使用安全性。

优选的，本发明的还提供了一种采用上述计算算法的透平机械用阀门控制方法，所述透平机械用阀门控制方法包括以下步骤：

S4：数值转化，将上述输出值转化为阀门阀位给定值；

S5：阀门控制，根据S4步骤所得阀门阀位给定值调整蒸汽阀门动作闭环。

采用上述方案，本发明可以实时对透平机械的转速进行调控，防止透平机械的转速过快或过慢，使透平机械的转速趋于工作人员输入的目标值，可有效提高透平机械的工作效率及工作质量，同时优化的工作工序，简化操作人员的工作难度。

更优选的，本发明还提供了一种透平机械，所述透平机械采用上述阀门控制方法，进一步的，所述透平机械所使用的计算算法通过循环方式实现，所述循环方式还包括步骤S6：

S6：循环计算，当S5步骤的阀门控制完成后，所述计算算法重新回到S1步骤。

优选的，所述S2步骤还设置包括故障信号处理步骤，所述不合格结果处理步骤为关闭被记录为不合格测量路。

更优选的，所述故障信号处理步骤还包括：当所述不合格结果数大于测量路数一半时停止透平机械及计算算法的运行，当所述不合格结果数小于等于测量路数一半时继续透平机械及计算算法的运行，所述方法优化了工作流程，方便工作人员根据具体工况对透平机械进行操作。

优选的，本发明还提供了一种上述透平机械所使用的透平机械用转速控制系统，所述系统包括数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端、PID计算模块及数据库，所述数据收集端与计算逻辑模块相连接，所述计算逻辑模块与PID计算模块相连接，所述数据库分别与数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端及PID计算模块相连接。

更优选的，所述透平机械用的转速控制系统还包括数据输出端，所述数据输出端与数据库相连接，所述数据输出端用于输出转速控制系统的实时数据，便于操作人员监测。

优选的，所述数据收集端包括至少两个数据检测器，所述数据检测器为测速探头，所述不同的测速探头即为不同的测量路，所述测速探头收集到转速测量值后分别传输给计算逻辑及数据库，所述数据库用于记录各个周期的转速测量值、转速计算值、转速目标值及转速输出值。

优选的，所述计算逻辑模块包括转速判断区及转速计算区。更优选的，所述多组上传数据分别进行转速判断区判断，所述转速判断区进行两次处理，第一处理组将数据收集端上传的转速测量值与数据库中记录的上一周期输出值计算差值，所述差值不小于-450且不大于450时传输转速测量值给第二处理组，所述差值小于-450或大于450时输出转速测量值为零且发出故障信号，所述第二处理组将数据收集端上传的转速测量值与数据库中记录的上一周期测量值计算差值，所述差值不小于-100且不大于100时传输转速测量值至转速计算区，所述差值小于-100或大于100时输出转速测量值为零且发出故障信号。

进一步的，所述转速计算区对转速判断区输出的转速测量值进行取平均值计算，所述转速测量值的平均值即为本周期的转速计算值，所述取平均值的计算中分母值等于测量路数减接收到的故障信号个数、分子值等于转速判断区输出的转速测量值之和。

采用上述方案，本发明循环计算逻辑的特点得到了进一步的体现，充分利用了周期性数前后周期之间的关联性，实时检测透平机械的转速值并使其平稳变化或稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性、使用寿命及使用安全性。

优选的，所述透平机械用的计算逻辑模块还包括检测控制区，所述检测控制区与数据库相连接，所述故障信号由数据库传输给检测控制区，所述检测控制区根据接收的故障信号进行判断逻辑运算，所述判断逻辑运算通过接收的故障信号数量发送控制信号，所述控住信号包括停机信号、警报信号及停测信号，所述判断逻辑运算为当接收的故障信号为0个时不发送信号，所述判断逻辑运算为当接收的故障信号不为0个时发送停测信号至对应数据检测器，使其停止运行，更优选的，当所述故障信号数大于测量路数一半时发送停机信号至数据输出端停止透平机械及计算算法的运行，当所述故障信号数小于测量路数一半时继续透平机械及计算算法的运行，当所述故障信号数等于测量路数一半时发送警报信号至数据输出端。

更优选的，所述数据输入端输入的数值为转速目标值，所述转速目标值与转速计算值通过PID计算模块计算后得到转速给定值，所述PID计算模块采用杭州优稳公司生产的PID型号：PID1，其软件版本为SN：2017052703。进一步的，所述透平机械用的转速控制系统还包括调整部，所述调整部对转速给定值进行数值转化，将其转化为阀门阀位给定值，并根据所得阀门阀位给定值调整蒸汽阀门动作闭环，通过蒸汽阀门动作闭环调整透平机械的转速大小。

采用上述方案，本发明可以实现对透平机械的转速的自动调控，优化的工作工序，简化操作人员的工作难度，有效防止透平机械的转速过快或过慢，显著提高透平机械的工作效率及工作质量。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明对透平机械的转速测量步骤进行优化，提高了透平机械测量转速的精确程度，显著提高了透平机械的工作效率及工作质量，使透平机械的转速趋于稳定，保证了设置的工作稳定性，同时延长的设备的使用寿命及保证了工作人员操作透平机械时的安全性。

2.本发明对测量数据进行了合理的利用，并突出了循环计算逻辑的优势，即使前后周期的数据产生连动效应，同时使透平机械的转速稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种透平机械用转速控制方法的示意图；

图2为本发明一种透平机械用转速控制方法的流程图；

图3为本发明第一计算模块的流程图；

图4为本发明一种透平机械用转速控制系统的流程图；

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

如图1及图2所示，本发明提供了一种透平机械，所述透平机械采用下述转速控制方法，且所述转速控制方法通过循环方式实现，所述循环方式包括以下步骤：

S1：检测透平机械的转速并将测量数据传输至第一计算模块；

S2：第一计算模块对测量数据进行第一次计算，并将计算所得计算值传输至第二计算模块；

S3：向第二计算模块输入标准值，所述第二计算模块对计算值及标准值进行第二次计算得到输出值；

S4：数值转化，将上述输出值转化为阀门阀位给定值；

S5：阀门控制，根据S4步骤所得阀门阀位给定值调整蒸汽阀门动作闭环，通过蒸汽阀门动作闭环调整透平机械的转速。

S6：循环计算，当S5步骤的阀门控制完成后，所述计算算法重新回到S1步骤。

所述S1步骤还包括待用数据输入，所述待用数据包括上一周期测量值及上一周期输出值，所述上一周期测量值输入有三组，所述检测过程通过数据检测器实现，所述数据检测器设置有三组，即所述测量值测量三组，测量路数为三，所述三组测量值与三组上一周期测量值相配合，所述方法显著提高本发明的检测精度，同时通过转速实际值控制透平机械的开启或关闭，防止透平机械转速过快或过慢引起的设备损坏或工作事故。采用上述方案，本发明对透平机械的转速测量步骤进行优化，提高了透平机械测量转速的精确程度，显著提高了透平机械的工作效率及工作质量，保证了设置的工作稳定性，本发明还可以实时对透平机械的转速进行调控，防止透平机械的转速过快或过慢，优化的工作工序，简化操作人员的工作难度，延长的设备的使用寿命及保证了工作人员操作透平机械时的安全性。

如图2及图3所示，所述S2步骤中第一次计算包括：

判断步骤，通过对比判断每组测量值与对应组上一周期测量值及每组测量值与上一周期输出值得到处理结果，所述处理结果为不合格时进行报错，所述处理结果为合格时输出实际测量值，所述报错信号数为2或3时终止算法进行并关闭透平机械，所述报错信号为1或0时将测量值传输至计算步骤；

计算步骤，对所述处理结果为合格的测量值进行平均值计算，所述计算结果为计算值。

所述判断步骤中对比判断包括第一处理组及第二处理组，所述第一处理组的判断依据为将所述测量值与上一周期输出值进行差值计算，所述差值不小于-450且不大于450时传输测量值给第二处理组，所述差值小于-450或大于450时输出测量值为零且发出故障信号，所述第二处理组的判断依据为将所述测量值与其相对应的上一周期测量值计算差值，所述差值不小于-100且不大于100时输出实际测量值给计算步骤，所述差值小于-100或大于100时输出测量值为零且发出故障信号。

所述S2步骤还包括：故障信号处理步骤，所述故障信号处理步骤包括：当故障信号个数为2或3时，停止透平机械运行；当故障信号个数为0时，透平机械正常工作；当故障信号为1时，透平机械继续运行，标记并关闭故障信号发出组，即下一周期算法内仅有两组检测值参与计算，所述算法使用上述算法，所述方法简化了操作步骤，提高了工作人员的工作效率。所述故障信号处理步骤还包括：当两组检测值中发出故障信号个数为1时，发出警报信号；当两组检测值中发出故障信号个数为2时，停止透平机械运行，所述方法优化了工作流程，方便工作人员根据具体工况对透平机械进行操作。采用上述方案，本发明对测量数据进行了合理的利用，并突出了循环计算逻辑的优势，即使前后周期的数据产生连动效应，同时使透平机械的转速稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性，提高透平机械的使用寿命及使用安全性。所述S3步骤中的第二次计算采用PID计算模块计算，所述PID计算模块计算逻辑为增量式运算。

如图1及图4所示，本发明还提供了一种使用上述透平机械用转速控制方法的透平机械用转速控制系统，所述系统包括数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端、PID计算模块、数据输出端及数据库，所述数据收集端与计算逻辑模块相连接，所述计算逻辑模块与PID计算模块相连接，所述数据库分别与数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端、PID计算模块及数据输出端相连接。

所述数据收集端包括三组数据检测器，分别为第一路检测器、第二路检测器及第三路检测器，所述数据检测器为测速探头，所述测速探头收集到转速测量值后分别传输给计算逻辑及数据库，所述数据库用于记录各个周期的转速测量值、转速计算值、转速目标值及转速输出值。

所述计算逻辑模块包括转速判断区及转速计算区。更优选的，所述转速判断区包括第一判断组、第二判断组及第三判断组，所述第一判断组、第二判断组及第三判断组分别处理第一路检测器、第二路检测器及第三路检测器上传的数据，所述三路上传数据分别进行转速判断区判断，所述转速判断区进行两次处理，第一处理组将数据收集端上传的转速测量值与数据库中记录的上一周期输出值计算差值，所述差值不小于-450且不大于450时传输转速测量值给第二处理组，所述差值小于-450或大于450时输出转速测量值为零且发出故障信号，所述第二处理组将数据收集端上传的转速测量值与数据库中记录的上一周期测量值计算差值，所述差值不小于-100且不大于100时传输转速测量值至转速计算区，所述差值小于-100或大于100时输出转速测量值为零且发出故障信号。

所述转速计算区对转速判断区输出的转速测量值进行取平均值计算，所述转速测量值的平均值即为本周期的转速计算值，所述取平均值的计算中分母值等于3减接收到的故障信号个数、分子值等于转速判断区输出的转速测量值之和。采用上述方案，本发明循环计算逻辑的特点得到了进一步的体现，充分利用了周期性数前后周期之间的关联性，实时检测透平机械的转速值并使其平稳变化或稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性、使用寿命及使用安全性。

所述计算逻辑模块还包括检测控制区，所述故障信号由数据库传输给检测控制区，所述检测控制区根据接收的故障信号进行判断逻辑运算，所述判断逻辑运算通过接收的故障信号数量发送控制信号，所述控住信号包括停机信号、警报信号及停测信号，所述判断逻辑运算为当接收的故障信号为0个时不发送信号，所述判断逻辑运算为当接收的故障信号为1个时发送停测信号至对应数据检测器，使其停止运行，即之后的算法计算仅由两路正常的数据检测器提供测量值，当接收的故障信号为2或3个时发送停机信号至数据输出端。更优选的，当上述两路正常的数据检测器中又出现故障时，所述故障信号上传至检测控制区，所述检测控制区根据接收的故障信号进行判断逻辑运算，当故障信号个数为1，发送警报信号至数据输出端，当故障信号个数为2，发送停机信号至数据输出端。

所述数据输入端输入的数值为转速目标值，所述转速目标值与转速计算值通过PID计算模块计算后得到转速给定值，所述PID计算模块采用杭州优稳公司生产的PID型号：PID1，其软件版本为SN：2017052703。进一步的，所述透平机械用的转速控制系统还包括调整部，所述调整部对转速给定值进行数值转化，将其转化为阀门阀位给定值，并根据所得阀门阀位给定值调整蒸汽阀门动作闭环，通过蒸汽阀门动作闭环调整透平机械的转速大小。采用上述方案，本发明可以实现对透平机械的转速的自动调控，优化的工作工序，简化操作人员的工作难度，有效防止透平机械的转速过快或过慢，显著提高透平机械的工作效率及工作质量。

综上所述，本发明对透平机械的转速测量步骤进行优化，提高了透平机械测量转速的精确程度，显著提高了透平机械的工作效率及工作质量，使透平机械的转速趋于稳定，保证了设置的工作稳定性，同时延长的设备的使用寿命及保证了工作人员操作透平机械时的安全性。本发明也对测量数据进行了合理的利用，并突出了循环计算逻辑的优势，即使前后周期的数据产生连动效应，同时使透平机械的转速稳定在一定范围内，有效提高透平机械的工作稳定性。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种透平机械转速计算算法，其特征在于：所述透平机械用计算算法包括以下步骤：

S1：检测透平机械的转速并将测量数据传输至第一计算模块；

S2：第一计算模块对测量数据进行第一次计算，并将计算所得计算值传输至第二计算模块；

所述S2步骤中第一次计算包括：判断步骤，通过对比判断每组测量值与对应组上一周期测量值、每组测量值与上一周期输出值得到处理结果，得到合格结果或不合格结果，所述处理结果为合格时输出实际测量值，且所述不合格结果数大于测量路数一半时终止算法，所述不合格结果数小于等于测量路数一半时将测量值传输至计算步骤；计算步骤，对处理结果为合格的测量值进行平均值计算，所述计算结果为计算值；

S3：向第二计算模块输入标准值，所述第二计算模块对计算值及标准值进行第二次计算得到输出值。

2.根据权利要求1所述透平机械转速计算算法，其特征在于：所述S1步骤还包括待用数据输入，所述待用数据包括上一周期测量值及上一周期输出值，所述上一周期测量值输入至少有两组，所述测量值测量至少有两组，所述测量值与上一周期测量值相对应，所述上一周期测量值个数与测量值个数一致，即不同的测量值组即为不同的测量路，所述测量值个数即为测量路数。

3.根据权利要求2所述透平机械转速计算算法，其特征在于：所述S3步骤中的第二次计算采用PID计算模块计算，所述PID计算模块计算逻辑为通用计算逻辑。

4.一种采用如权利要求3所述的透平机械转速计算算法的透平机械用阀门控制方法，其特征在于：所述透平机械用阀门控制方法包括以下步骤：

S4：数值转化，将上述输出值转化为阀门阀位给定值；

S5：阀门控制，根据S4步骤所得阀门阀位给定值调整蒸汽阀门动作闭环。

5.一种透平机械，其特征在于：所述透平机械的阀门控制采用权利要求4所述的透平机械用阀门控制方法。

6.根据权利要求5所述透平机械，其特征在于：所述判断步骤中对比判断包括第一处理组及第二处理组，所述第一处理组的判断依据为将所述测量值与上一周期输出值进行差值计算，所述差值不小于-450且不大于450时传输测量值给第二处理组，所述差值小于-450或大于450时输出测量值为零且发出故障信号，第二处理组的判断依据为将所述测量值与其相对应的上一周期测量值计算差值，所述差值不小于-100且不大于100时输出实际测量值给计算步骤，所述差值小于-100或大于100时输出测量值为零且发出故障信号。

7.根据权利要求6所述透平机械，其特征在于：所述S2步骤还设置包括故障信号处理步骤，所述故障信号处理步骤包括：故障路标记，所述故障路标记为标记并关闭故障信号发出的测量路。

8.根据权利要求7所述透平机械，其特征在于：所述故障信号处理步骤还包括：当所述故障信号数大于测量路数一半时停止透平机械及计算算法的运行，当所述故障信号数小于测量路数一半时继续透平机械及计算算法的运行，当所述故障信号数等于测量路数一半时发出警报信号。

9.一种权利要求8所述透平机械用的透平机械用转速控制系统，其特征在于：所述系统包括数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端、PID计算模块及数据库，所述数据收集端与计算逻辑模块相连接，所述计算逻辑模块与PID计算模块相连接，所述数据库分别与数据收集端、计算逻辑模块、数据输入端及PID计算模块相连接。

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