CN114412686B - 一种水轮机主轴密封性能监测评估方法 - Google Patents

一种水轮机主轴密封性能监测评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，水轮发电机组检测装置实时采集主轴密封浮动环的高度数据、顶盖泵启动时间数据和顶盖泵停止时间数据；分别根据主轴密封抗磨性能赋分模型和主轴密封止水性能赋分模型对采集的数据进行评分；根据主轴密封稳定性能赋分模型对发电机组主轴密封稳定性能进行评分，根据发电机主轴密封稳定性能分判断发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常；本发明能够根据顶盖泵启停间隔和浮动环高度检测数据，更加真实准确地了解主轴密封的抗磨性能、止水性能以及稳定性能，及时了解发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常，及时准确地发现主轴密封存在的问题。

Description

一种水轮机主轴密封性能监测评估方法
技术领域
本发明涉及水电站设备稳定性能监测评估领域，尤其涉及一种水轮机主轴密封性能监测评估方法。
背景技术
水轮机是否能够安全运行，主轴密封起决定因素，主轴密封安装在水导轴承的下面，以防止水在压力的作用下从主轴和顶盖处渗漏到机器内。水轮机主轴密封的部件构成包括滑环、支持环、抗磨环和浮动环，主轴密封经长时间运行后，易出现以下几种现象：一是支持环与浮动环接触面磨损，导致主轴密封漏水量增大。二是抗磨环磨损，导致浮动环抬升量增大，进而导致主轴密封漏水量增大，抗磨环磨损严重时甚至会导致浮动环与滑环间产生钢对钢磨损，严重影响主轴密封稳定性能。主轴密封性能不好，将导致漏水量大，会引发水淹水导轴承，导致水轮机断电、漏电，严重威胁水电站的安全。目前对机组运行时发电机组主轴密封稳定性能检测往往误差较大，并且需要根据经验自行判断是否异常，不能及时发现主轴密封存在的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，能够根据顶盖泵启停间隔和浮动环高度检测数据，更加真实准确地了解主轴密封的抗磨性能、止水性能以及稳定性能，及时了解发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常，及时准确地发现主轴密封存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，包括以下步骤
S1、水轮发电机组检测装置实时采集主轴密封浮动环的高度数据、顶盖泵启动时间数据和顶盖泵停止时间数据；
S2、分别根据主轴密封抗磨性能赋分模型和主轴密封止水性能赋分模型对采集的数据进行评分；
主轴密封抗磨性能赋分模型：
当0≤Δh≤4，则y＝100-2.5×Δh；
当4＜Δh≤9，则y＝114-6×Δh；
当9＜Δh≤13，则y＝195-15×Δh；
其中，Δh为主轴密封抗磨环磨损量，Δh＝h0-h，h为主轴密封浮动环高度，h0为主轴密封浮动环安装时的原始高度，h单位为mm，y为主轴密封抗磨性能分值；
主轴密封止水性能赋分模型：
当0≤Δt＜22，则f＝32ln(Δt+1)；
当22＜Δt≤27，则f＝100；
当27＜Δt≤58.5，则f＝101-0.09(Δt-25)2；
当58.5＜Δt，则f＝0；
其中，Δt为顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔，Δt＝t1-t2，t1为水轮发电机组顶盖泵启动时间，t2为水轮发电机组顶盖泵停止时间，Δt单位为min，f为主轴密封止水性能分值；
S3、根据主轴密封稳定性能赋分模型对发电机组主轴密封稳定性能进行评分，根据发电机主轴密封稳定性能分值判断发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常；
主轴密封稳定性能赋分模型：
当80≤min(f，y)≤100，θ＝0.4×max(f，y)+0.6×min(f，y)；
当60≤min(f，y)＜80，θ＝0.3×max(f，y)+0.7×min(f，y)；
当50≤min(f，y)＜60，θ＝0.2×max(f，y)+0.8×min(f，y)；
当0≤min(f，y)＜50，θ＝0.1×max(f，y)+0.9×min(f，y)；
其中max(f，y)表示f、y中的最大值，min(f，y)表示f、y中的最小值，θ为发电机主轴密封稳定性能分值。
优选的，根据发电机主轴密封稳定性能分值将发电机主轴密封稳定性能状态得分划分四个状态包括优良(80-100)、提醒(60-80)、轻度损坏(50-60)和严重损坏(低于50)；优良：设备可以长期稳定运行；提醒：有异常报警需临时停机短时处理(1天以内)；轻度损坏：设备轻度损坏需停机一定时间处理(2-15天)；严重损坏：设备严重损坏需长时间停机处理(15天以上)。
优选的，当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为轻度损坏，报警单元发出红色二级警示。
优选的，水轮发电机组检测装置包括：
安装在水轮发电机组主轴密封浮动环上的浮动环高度测量传感器，用于实时采集浮动环高度；
安装在水轮发电机组顶盖内的顶盖泵启泵浮子和停泵浮子，当顶盖内水位到达启泵水位时顶盖泵启动，同时记录启泵时间；当顶盖内水位下降至停泵水位时顶盖泵停止运行，同时记录停泵时间。
优选的，S2和S3在后台计算机系统中进行执行，后台计算机系统内设有数据分析单元，所述数据分析单元从水轮发电机组检测装置获取数据，并经过分析后输出发电机主轴密封稳定性能分值。
优选的，根据多组同一数据采集周期采集的顶盖泵启停间隔和浮动环高度，进行计算得出对应的发电机主轴密封稳定性能分值，利用人工神经网络，训练计算机学习生成相对应的发电机主轴密封稳定性能评估曲线。
优选的，当主轴密封抗磨性能分值y或主轴密封止水性能分值f处于60-80，则对应的主轴密封抗磨性能状态或主轴密封止水性能状态为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当主轴密封抗磨性能分值y或主轴密封止水性能分值f处于50-60，则对应的主轴密封抗磨性能状态或主轴密封止水性能状态为轻度损坏，报警单元发出红色二级警报。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够有效地对顶盖泵启停间隔和浮动环高度变化情况进行检测，然后根据本发明提供的赋分模型分别赋分，接着综合考虑顶盖泵启停间隔和浮动环高度变化情况之间的关系得出发电机组主轴密封稳定性能得分以及状态，及时了解发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常，及时准确地发现主轴密封存在的问题，极大提升了发电机组主轴密封稳定性能状态检测的准确性和真实性，更加清晰直观量化地了解发电机组主轴密封稳定性能状态，能够为机组设备下一步检修方式提供重要依据。
附图说明
图1为本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，在水轮发电机组主轴密封浮动环上安装浮动环高度测量传感器，用于实时采集浮动环高度，在水轮发电机组顶盖内安装顶盖泵启泵浮子和停泵浮子，当顶盖内水位到达启泵水位时顶盖泵启动，同时记录启泵时间；当顶盖内水位下降至停泵水位时顶盖泵停止运行，同时记录停泵时间，后台计算机系统内设有数据分析单元。
水轮发电机组检测装置实时采集主轴密封浮动环的高度数据、顶盖泵启动时间数据和顶盖泵停止时间数据，分别根据主轴密封抗磨性能赋分模型和主轴密封止水性能赋分模型对采集的数据进行评分。
将主轴密封浮动环高度定义为h，将主轴密封浮动环安装时的原始高度定义为h0，将主轴密封抗磨环磨损量定义为Δh，Δh＝h0-h，h单位为mm，对抗磨环磨损量赋分，由Δh换算得出y，y定义为主轴密封抗磨性能分值，Δh的值越小，则对应y值越高。
主轴密封抗磨性能赋分模型：
当0≤Δh≤4，则y＝100-2.5×Δh；
当4＜Δh≤9，则y＝114-6×Δh；
当9＜Δh≤13，则y＝195-15×Δh。
本发明提供的主轴密封抗磨性能赋分模型，主轴密封抗磨环磨损量与主轴密封抗磨性能分值的关系是分段线性负相关的，主轴密封抗磨环磨损量较小时，主轴密封抗磨性能分值扣分较慢；主轴密封抗磨环磨损量适中时，主轴密封抗磨性能分值扣分速度适中；主轴密封抗磨环磨损量较大时，主轴密封抗磨性能分值扣分速度增快；相对于简单的线性扣分模型，主轴密封抗磨性能赋分模型能够更加真实准确地反应主轴密封的抗磨性能，便于更加清晰直观地了解主轴密封的抗磨状态，能够为机组设备下一步检修方式提供重要依据。
当主轴密封抗磨性能分值y处于60-80，则对应的主轴密封抗磨性能状态为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当主轴密封抗磨性能分值y处于50-60，则对应的主轴密封抗磨性能状态为轻度损坏，报警单元发出红色二级警报。
将水轮发电机组顶盖泵启动时间定义为t1，停止时间定义为t2，顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔(以后简称启停间隔)定义为Δt，Δt单位为min，其中，Δt＝t1-t2。对顶盖泵启停间隔赋分，由Δt换算得出f，f定义为主轴密封止水性能分值。
主轴密封止水性能赋分模型：
当0≤Δt＜22，则f＝32ln(Δt+1)；
当22＜Δt≤27，则f＝100；
当27＜Δt≤58.5，则f＝101-0.09(Δt-25)2；
当58.5＜Δt，则f＝0。
本发明提供的主轴密封止水性能赋分模型，综合考虑了顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔各种时间段的情况，顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔正常情况下是在22-27min之间的；当启停间隔小于22min时，主轴密封止水性能分值与启停间隔的关系用导数曲线表示；当启停间隔在27-58min之间，主轴密封止水性能分值与启停间隔的关系用一元二次函数曲线表示；当启停间隔大于58.5min时，说明主轴密封止水性能极差，主轴密封止水性能分值为0；相对于简单的线性扣分模型，本发明提供的主轴密封止水性能赋分模型能够更加真实准确地反应主轴密封止水性能，便于更加清晰直观地了解主轴密封止水性能，能够为机组设备下一步检修方式提供重要依据。
当主轴密封止水性能分值f处于60-80，则对应的主轴密封止水性能状态为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当主轴密封止水性能分值f处于50-60，则对应的主轴密封止水性能状态为轻度损坏，报警单元发出红色二级警报。
根据主轴密封稳定性能赋分模型对发电机组主轴密封稳定性能进行评分，根据发电机主轴密封稳定性能分值判断发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常。
主轴密封稳定性能赋分模型：
当80≤min(f，y)≤100，θ＝0.4×max(f，y)+0.6×min(f，y)；
当60≤min(f，y)＜80，θ＝0.3×max(f，y)+0.7×min(f，y)；
当50≤min(f，y)＜60，θ＝0.2×max(f，y)+0.8×min(f，y)；
当0≤min(f，y)＜50，θ＝0.1×max(f，y)+0.9×min(f，y)。
其中max(f，y)表示f、y中的最大值，min(f，y)表示f、y中的最小值，θ为发电机主轴密封稳定性能分值。
本发明提供的主轴密封稳定性能赋分模型，综合考虑了主轴密封抗磨性能得分和主轴密封止水性能得分，当二者的最小值比较大的时候，说明主轴密封稳定性能优良，主轴密封抗磨性能得分和主轴密封止水性能得分二者的最小值对主轴密封稳定性能得分影响占比为0.6，当二者的最小值逐渐减小的时候，说明主轴密封稳定性能在变差，则主轴密封抗磨性能得分和主轴密封止水性能得分二者的最小值对主轴密封稳定性能得分影响占比逐步提升，相对于简单的占得分模型，本发明提供的主轴密封稳定性能赋分模型更加全面的考虑了各种情况对主轴密封稳定性能得分的影响，能够更加真实准确地反应主轴密封稳定性能，便于更加清晰直观地了解主轴密封稳定性能，能够为机组设备下一步检修方式提供重要依据。
根据发电机主轴密封稳定性能分值将发电机主轴密封稳定性能状态得分划分四个状态包括优良(80-100)、提醒(60-80)、轻度损坏(50-60)和严重损坏(低于50)；优良：设备可以长期稳定运行；提醒：有异常报警需临时停机短时处理(1天以内)；轻度损坏：设备轻度损坏需停机一定时间处理(2-15天)；严重损坏：设备严重损坏需长时间停机处理(15天以上)。
当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为轻度损坏，报警单元发出红色二级警示。
根据多组同一数据采集周期采集的顶盖泵启停间隔和浮动环高度，进行计算得出对应的发电机主轴密封稳定性能分值，利用人工神经网络，训练计算机学习生成相对应的发电机主轴密封稳定性能评估曲线。
实施例一，在实际工作中，当水轮发电机组检测装置实时采集主轴密封抗磨环磨损量Δh为2mm，则对应的主轴密封抗磨性能分值y＝100-2.5×2＝95，则说明主轴密封抗磨性能优良；水轮发电机组检测装置实时采集顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔Δt为29.3min时，主轴密封止水性能分值f＝101-0.09(29.3-25)2＝99.34，则说明主轴密封止水性能优良；此时的发电机主轴密封稳定性能分值θ＝0.4×99.34+0.6×95＝96.74，发电机主轴密封稳定性能优良，设备可以长期稳定运行。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：包括以下步骤S1、水轮发电机组检测装置实时采集主轴密封浮动环的高度数据、顶盖泵启动时间数据和顶盖泵停止时间数据；
S2、分别根据主轴密封抗磨性能赋分模型和主轴密封止水性能赋分模型对采集的数据进行评分；
主轴密封抗磨性能赋分模型：
当0≤Δh≤4，则y＝100-2.5×Δh；
当4<Δh≤9，则y＝114-6×Δh；
当9<Δh≤13，则y＝195-15×Δh；
其中，Δh为主轴密封抗磨环磨损量，Δh＝h0-h，h为主轴密封浮动环高度，h0为主轴密封浮动环安装时的原始高度，h单位为mm，y为主轴密封抗磨性能分值；
主轴密封止水性能赋分模型：
当0≤Δt≤22，则f＝32ln(Δt+1)；
当22<Δt≤27，则f＝100；
当27<Δt≤58.5，则f＝101-0.09(Δt-25)2；
当58.5<Δt，则f＝0；
其中，Δt为顶盖泵上次停泵时间至下次启泵时间间隔，Δt＝t1-t2，t1为水轮发电机组顶盖泵启动时间，t2为水轮发电机组顶盖泵停止时间，Δt单位为min，f为主轴密封止水性能分值；
S3、根据主轴密封稳定性能赋分模型对发电机组主轴密封稳定性能进行评分，根据发电机主轴密封稳定性能分值判断发电机组主轴密封稳定性能状态是否存在异常；
主轴密封稳定性能赋分模型：
当80≤min(f，y)≤100，θ＝0.4×max(f，y)+0.6×min(f，y)；
当60≤min(f，y)＜80，θ＝0.3×max(f，y)+0.7×min(f，y)；
当50≤min(f，y)＜60，θ＝0.2×max(f，y)+0.8×min(f，y)；
当0≤min(f，y)＜50，θ＝0.1×max(f，y)+0.9×min(f，y)；
其中max(f，y)表示f、y中的最大值，min(f，y)表示f、y中的最小值，θ为发电机主轴密封稳定性能分值。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：根据发电机主轴密封稳定性能分值将发电机主轴密封稳定性能状态得分划分四个状态包括优良即80-100、提醒即60-80、轻度损坏即50-60和严重损坏即低于50；优良：设备可以长期稳定运行；提醒：有异常报警需临时停机短时处理即1天以内；轻度损坏：设备轻度损坏需停机一定时间处理即2-15天；严重损坏：设备严重损坏需长时间停机处理即15天以上。
3.根据权利要求2所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当发电机主轴密封稳定性能状态得分被判定为轻度损坏，报警单元发出红色二级警示。
4.根据权利要求1所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：水轮发电机组检测装置包括：
安装在水轮发电机组主轴密封浮动环上的浮动环高度测量传感器，用于实时采集浮动环高度；
安装在水轮发电机组顶盖内的顶盖泵启泵浮子和停泵浮子，当顶盖内水位到达启泵水位时顶盖泵启动，同时记录启泵时间；当顶盖内水位下降至停泵水位时顶盖泵停止运行，同时记录停泵时间。
5.根据权利要求1所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：S2和S3在后台计算机系统中进行执行，后台计算机系统内设有数据分析单元，所述数据分析单元从水轮发电机组检测装置获取数据，并经过分析后输出发电机主轴密封稳定性能分值。
6.根据权利要求1所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：根据多组同一数据采集周期采集的顶盖泵启停间隔和浮动环高度，进行计算得出对应的发电机主轴密封稳定性能分值，利用人工神经网络，训练计算机学习生成相对应的发电机主轴密封稳定性能评估曲线。
7.根据权利要求1所述的一种水轮机主轴密封性能监测评估方法，其特征在于：当主轴密封抗磨性能分值y或主轴密封止水性能分值f处于60-80，则对应的主轴密封抗磨性能状态或主轴密封止水性能状态为提醒，报警单元发出黄色一级警示；
当主轴密封抗磨性能分值y或主轴密封止水性能分值f处于50-60，则对应的主轴密封抗磨性能状态或主轴密封止水性能状态为轻度损坏，报警单元发出红色二级警报。
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