专利名称：确定极限超过值的方法
技术领域：
本发明大体涉及一种确定极限超过值的方法，具体涉及一种蒸汽涡轮中确定运行参数极限超过值的方法。
背景技术：
在机器和其他设备的运行过程中，通常需要监测设备的运行参数。对运行参数进行限制，从而限制该参数值的绝对值以及参数在一给定值的持续时间。例如，在蒸汽涡轮的运行过程中，为各种运行参数，诸如涡轮内的蒸汽温度，设定控制极限是很必要的。
一般的，运行参数的极限由极限超过值的数值和持续时间来定义。一个参数短时间内超过设定极限而不会造成负面后果；然而，如果参数长时间超过极限值，设备有可能被损坏。而且，参数的逐渐变化可能不会造成负面后果；而参数值的突然升高或降低可能会导致设备损坏。例如，涡轮内的蒸汽温度可以随时间缓慢上升而不会损坏设备，但温度的突然上升可能会导致蒸汽涡轮的严重损坏。
目前检测参数极限超过值的方法是检测超过极限的时刻。然后触发一定时器确定参数超过极限值的持续时间。一般只有在参数超过极限值，定时器运行一段预定时间后，才会采取纠正措施。然而，参数值的改变超过极限值或者可能甚至在到达极限之前，其对于确定或预测设备的损坏可能是同样重要的。因此，在技术上就需要一种系统和方法来监测和检测参数值的大小变化而不仅仅是看其是否超过极限值。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种确定蒸汽涡轮系统中运行参数的极限超过值的方法。该方法包括接收与运行参数相关的测试数据以及确定在预定时间段内，接收数据的变化率何时超出预定极限值。当发生超出极限时采取控制措施。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种确定蒸汽涡轮系统中运行参数的极限超过值的系统。该系统包括一与蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮相连的监测装置，该监测装置用来收集与蒸汽涡轮系统运行参数相关的测试数据，还包括一与监测装置通讯的控制单元，用于接收测试数据。控制单元还包括程序逻辑，用来确定在预定时间段内，接收数据的变化率何时超过预定极限值以及当发生超过极限时采取控制措施。
以下描述本发明的一些方面，其用于确定极限超过值的方法和确定极限超过值的系统。根据本发明的一个方面，接收的测试数据与进入蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮内的蒸汽温度相关。可选的，接收的测试数据与进入蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮内的蒸汽压力相关。
根据本发明的另一个方面，极限超过值的确定包括将接收的测试数据与检测曲线进行比较，该检测曲线包含在预定的时间长度内测试的运行参数值的预定的变化率。而根据本发明的另一方面，制成了一包括数据曲线和极限超过值的图表，该数据曲线来自于在预定的时间段内接收的数据，并且通过检测一个点来确定极限超过值，在该点处数据曲线与检测值交叉。
根据本发明的另一个方面，采取控制措施包括设置报警。可选择地，采取控制措施也可以是传送警报信号。采取控制措施也可以包括调整定义运行参数的输入量。可选择地，采取控制措施也包括关闭使用运行参数的系统。根据本发明的另一个方面，指示采取控制措施的信号可被储存。
由于已经概括地描述了本发明，下面参照附图进行说明，附图不是必须按比例绘制，其中图1是根据本发明的示例性实施例，实施一种确定极限超过值方法的蒸汽涡轮系统的原理图。
图2是根据本发明的示例性实施例，应用在确定极限超过值方法上的控制单元方框图。
图3是根据本发明的实施例，应用在控制单元上的控制逻辑流程图。
图4是根据本发明的实施例，描述控制单元分析的数据的第一实施例的曲线。
图5是根据本发明的实施例，描述控制单元的数据分析的第一实施例的曲线。
图6是根据本发明的实施例，描述控制单元分析的数据的第二实施例的曲线。
图7是根据本发明的实施例，描述控制单元的数据分析的第二实施例的曲线。
图8是根据本发明的实施例，描述控制单元分析的数据的第三实施例的曲线。
图9是根据本发明的实施例，描述控制单元的数据分析的第三实施例的曲线。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明进行详细描述，其中，公开了本发明的一些但不是所有的实施例。实际上，这些发明可包括不同的实施方式，而不应当仅限于这里所阐述的实施例；相反地，提供这些实施例使得说明书满足申请的法定要求。相同的附图标记代表相同的部件。
下面，根据本发明的实施例，参照系统框图、方法、设备及计算机程序产品来描述本发明。容易理解方框图的每个方框以及方框的组合可以分别通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以装载到通用计算机，专用计算机，或其他用于生产机器的程序数据处理设备上，这样，在计算机或其他可编程数据处理的设备上执行该指令就可实现方框图中每个方框或方框组合的功能，这些将在以下详细描述。
计算机程序指令也可以存储在计算机可读内存中，指示计算机或其他可编程数据处理装置以具体方式实现其功能，因而指令存储在计算机可读内存内制成一种包括指令装置的产品，其可实现方框所示功能。计算机程序指令也可以装载到计算机或其他程序数据处理设备产生一系列在计算机或其他程序设备中执行的运行步骤，从而产生计算机实施过程，这样在计算机或其他程序设备中执行的指令为实施方框中确定的功能提供了步骤。
相应地，方框图中的方框支持实现特定功能的装置的组合，支持实现特定功能步骤的组合以及实现特定功能的程序指令方法。也可以理解，通过专用硬件计算机系统可以实施方框图的每一个方框以及方框图中方框的组合，该专用硬件计算机系统可以执行特定的功能或步骤或专用硬件组合以及计算机指令。
本发明可以通过一个在计算机操作系统中运行的应用程序来实施。本发明也可以通过其他计算机系统结构来实施，包括手持设备，多处理机系统，基于单片机或者可编程的消费电子，微型计算机，以及大型计算机等。
应用程序是本发明的一部分，可以包括例行程序，程序，部件，数据结构等，它可以执行确定的抽象数据类型，执行确定的任务或动作。在一分布式计算环境中，应用程序(全部或部分)位于本地内存或其他存储器。另外，或可选择的，应用程序(全部或部分)可位于远程内存或存储器，从而允许发明的实施，这样就通过网络由远端程序设备来执行任务。本发明的示例性实施例以下将参考附图来进行描述，其中，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
根据本发明的一个方面，用来确定参数极限超过值的方法将参数的允许值大小和参数的变化率合并为一种简单的方法。在一段时间周期内监测参数值大小的总的绝对变化。总数值的变化与预定的极限曲线进行比较从而确定是否超出参数极限值。如果已超出极限，系统将会采取纠正措施。
图1为根据本发明的一个示例性实施例，采用了确定极限超过值方法的蒸汽涡轮系统。本发明在蒸汽涡轮系统中的应用只是作为本发明应用的一个代表性例子来描述。本领域技术人员可以理解，本发明可以在任何系统中实施，只要该系统中参数具有极限值而且参数值会随时间变化。这些系统包括工业机器，蒸汽涡轮，燃气涡轮，其他燃烧系统和水利系统但不局限于此。
根据图1，蒸汽涡轮100位于蒸汽涡轮系统中，蒸汽通过蒸汽输入管105进入蒸汽涡轮100。同理，蒸汽通过蒸汽输出管107排出蒸汽涡轮100。通过蒸汽输入管105的蒸汽流由蒸汽阀110控制。如果蒸汽阀110打开，就允许蒸汽流过蒸汽输入管105。相反地，如果蒸汽阀110关闭，就不允许蒸汽流过蒸汽输入管105进入蒸汽涡轮100。监测装置115监测进入管道的蒸汽的各种参数，这里所述实施例涉及监测蒸汽温度，但领域技术人员应该知道，蒸汽涡轮100的其他运行参数也可以由监测装置115进行监测，这些运行参数包括但不局限于蒸汽压力，蒸汽涡轮100中使用轴承的金属温度，以及任何其他设置极限的可变参数。控制单元125接收来自监测装置115的测试数据并且如果数据测试超出系统极限时可采取纠正措施，如下文所述。
图2为根据本发明的示例性实施例的控制单元125的方框图，其中，控制单元125应用在确定极限超过值的方法中。根据本发明，控制单元125包括一用来存储程序逻辑215(例如软件)的存储器205。存储器205也包括应用在本发明的运行过程中的测试数据220以及运行系统225。处理器227使用操作系统225执行程序逻辑215，而且在执行过程中，也使用测试数据220。存储器205与处理器227通过数据总线230通讯。用户通过用户界面设备235，诸如键盘，鼠标，控制面板，或其他可以将数据输送至控制单元125的任何其他装置与控制单元125通讯。控制单元125通过I/O界面240与蒸汽涡轮100或其他外部设备，诸如蒸汽涡轮系统通讯。在示例实施例中，控制单元125设置远离蒸汽涡轮100，虽然它可以与蒸汽涡轮系统设置在一起或者甚至集成为一体。进一步地，所使用的控制单元125与程序逻辑215可包括软件、硬件、固件或它们的组合。
图3为根据本发明的实施例，实施本发明的控制单元125的控制逻辑的示例性流程图。在方框305中，起动蒸汽涡轮系统并且蒸汽涡轮100等待蒸汽通过蒸汽输入管105进入。在方框310中，控制单元125打开蒸汽阀110，允许蒸汽流进蒸汽涡轮100。监测装置115持续监测运行参数，该运行参数对本发明的实施例而言为蒸汽温度。根据本发明的一个方面，监测装置115可以为控制单元125提供测试数据。这样，控制单元125持续监测运行参数，如框315所示。测试数据可以例如是运行参数的实际测试值，也可以是代表了运行参数变化的绝对值。本领域技术人员知道，与运行参数相关联的其他数据形式也可以通过监测装置115提供给控制单元125。在框320中，控制单元125确定蒸汽涡轮100的运行参数是否在其运行极限内。如果蒸汽涡轮100在可接受的极限内运行，则控制单元125返回监测运行参数315。然而，如果蒸汽涡轮100不在可接受的极限内运行，则控制单元125将采取纠正措施，如框325所示。根据本发明的一个实施例，纠正措施325可以是任何控制措施。控制措施可以包括但不局限于设置警报，传输报警信号，关闭蒸汽阀110，改变进入蒸汽涡轮100的蒸汽温度，改变进入蒸汽涡轮100的蒸汽压力，或一起关闭系统。另外，任何系统运行过程中超出可接受极限的触发警报或情况都可以记录在控制系统125的存储器205中。
根据本发明的另一个方面，当在框315中监测运行参数时，控制单元125在预定时间间隔内检测运行参数值的绝对变化率。因此，控制系统125可以确定运行参数值的任何变化是否以不希望的比率发生。以蒸汽涡轮中的蒸汽温度作为一个例子，如果蒸汽温度在20分钟内上升40度，则不会对蒸汽涡轮造成损害；然而，如果在2分钟内上升相同的温度，则会对蒸汽涡轮造成严重的损害。控制系统125监测的时间长度可以是任意预定的时间周期，但作为示例目的，以下以20分钟的时间间隔作为例子。
根据本发明的另一个方面，在框315中，用检测曲线来持续监测运行参数并且检测极限超过值。检测曲线可以具体为本发明的监测设备和运行参数中的一种或两种类型。检测曲线可以定义为监测时间段内运行参数绝对值变化极限的任意曲线。根据本发明的一个方面，可在运行参数被监测之前定义检测曲线。当本发明监测一运行参数时，将运行参数绝对值的变化与检测曲线进行比较，从而检测瞬时与渐进极限超过值。
在图3中的框315中，当运行参数被监测时，运行参数的大小变化被连续监测与更新，并且与检测曲线进行比较。表示运行参数值大小变化的数据存储在控制单元125的存储器205中。根据本发明的一个方面，运行参数绝对值的变化与在预定时间间隔内的检测曲线进行比较，该预定时间为从当前时间回溯的时间。因而，如果预定时间周期是20分钟，则检测在上一个20分钟监测运行参数的变化率。在连续监测运行参数的过程中，与检测曲线进行比较的数据被持续更新。如果绘图，代表回溯时间段的运行参数大小变化的数据曲线通过监测窗口时移显示，该监控窗口代表了被监测的当前时间间隔。检测曲线定义为在预定时间间隔内，运行参数变化率的极限。超过极限会发生在数据曲线与检测曲线交叉的任一点。在框315中，控制单元125的持续扫描检测极限超过状况。假设通过本发明检测到极限超过值，则无需通过以运行参数保持在极限值以上的一定时间量来定义极限超过值。相反，本发明会自动根据对运行参数的分析整合一个时间量，可以检测到运行参数速率增加或减少损坏设备的状况。
图4-9是描述本发明检测分析的三个实施例。在每个例子中，蒸汽涡轮中蒸汽的温度被检测20分钟。本领域技术人员都知道，这三个实施例仅仅是代表了本发明在蒸气涡轮系统中的一个应用，而且为了监测更大范围的运行参数，可以在不同的系统中实施本发明。
图4是根据本发明的一个实施例，描述由控制单元125分析的数据的第一实施例的曲线。图4表示了进入蒸汽涡轮的蒸汽温度在一段时间内保持恒定然后在很短的时间内迅速上升的情形。在20分钟时间间隔内监测进入蒸汽涡轮的蒸汽温度。蒸汽温度在12:00p.m.是1000华氏度(F)，而且蒸汽温度保持1000度直至12:15p.m.。然后温度开始上升到12:20p.m.时达到1025度。
图5是根据本发明的实施例，描述控制单元的数据分析的第一个实施例的曲线。蒸汽涡轮的检测曲线501显示在数据窗口中。它从0至4.5分钟为一水平线，在4.5分时，曲线线性上升直至它又一次达到水平曲线，该水平曲线为从15分到20分。检测曲线501来自于特定的被监测的设备。对蒸汽涡轮而言，检测曲线501具体为监测的蒸汽涡轮，并且来自各种因素的组合，包括但不局限于蒸汽涡轮的尺寸，监测的蒸汽涡轮的类型，蒸汽涡轮运行中的设置。在本发明运行之前，将检测曲线501输入至控制单元125的存储器205。检测曲线501代表了进入蒸汽涡轮的蒸汽温度值的绝对变化率极限。例如，蒸汽温度在4.5分钟的时间间隔内改变15华氏度而不会导致超出极限。同理，蒸汽温度在15至20分钟内改变50华氏度而不会导致超出极限。
从当前时间回溯20分钟的时间间隔内，图4中累积的蒸汽温度绝对变化率绘成了数据曲线503。如果当前时间是12:20，那么相应的蒸汽温度是1025华氏度。回溯看，在12:19，蒸汽温度是1021华氏度。这样，在当前时间之前，一分钟有4度的蒸汽温度累积绝对变化率。这在数据曲线503中，由数据点(1，4)表示。相似地，在12:15，蒸汽温度为1000华氏度。这样，在当前时间的5分钟之前，即当前时间和12:15p.m.之间，有25度蒸汽温度的累积绝对变化率。这在数据曲线503中，由数据点(5，25)来表示。在12:00至12:15之间，蒸汽温度保持在1000华氏度。这样在当前时间前的5分钟至20分钟，蒸汽温度没有发生变化，然而，在同样的时间间隔内，蒸汽温度具有25华氏度的累积绝对变化率。这样，数据曲线503在点(5，25)与点(20，25)之间为一水平线。为了易于理解，本发明的运行实例中的蒸汽温度的测试每分钟只取一次；然而，本领域技术人员应该知道，在分析运行参数的转换的时间间隔内，可以采取任意次的数据测试。
在本实施例中，当数据曲线503第一次与检测曲线501交叉时，发生了极限超过值。在这一点，控制单元125可采取任何控制措施，包括但不局限于设置警报，传输超过值信息，冷却蒸汽涡轮中的蒸汽温度，通过关闭蒸汽阀110切断流入涡轮的蒸汽流，或一起关闭蒸汽涡轮100。此外，控制单元125可在它的存储器210中记录任何极限超过值以便以后修正。
图6是根据本发明的实施例，描述由控制单元分析的数据的第二实施例的曲线。图6表示的是进入蒸汽涡轮的蒸汽温度下降然后又回到它初始温度的情形。在12:00p.m，进入蒸汽涡轮的蒸汽温度为1015华氏度。在12:12p.m.，蒸汽温度开始下降直至12:15p.m.，此时，蒸汽温度为1005华氏度。在12:16p.m.，蒸汽温度开始上升直至在12:20p.m.回到1015华氏度。
图7是根据本发明的实施例，描述控制单元125的数据分析的第二实施例的曲线。检测曲线701与图5中描述的相同。与图5中所述实施例相同，从当前时间回溯20分钟的时间间隔内，图6中的进入蒸汽涡轮的蒸汽累积绝对温度变化率绘制成了数据曲线703。当前时间是12:20p.m.并且回溯至12:00p.m.的时间间隔内绘制数据。在数据曲线703中产生了一个峰值，在该峰值处，蒸汽温度下降了10华氏度，然后又上升至其最初的温度。累积的绝对蒸汽温度变化没有超过检测曲线701定义的极限值。因此，对该实施例而言，蒸汽温度保持在可接受的运行极限内。
图8是根据本发明的实施例，描述由控制单元分析的数据的第三实施例的曲线。图8表示的是进入蒸汽涡轮的蒸汽温度在分析的时间间隔内逐步上升的情形。蒸汽温度从12:00p.m.至12:07p.m.保持相对稳定在1010华氏度。然后温度在12:08p.m.下降至1005华氏度，并且开始逐渐上升直至在12:20p.m.达到1050华氏度。
图9是根据本发明的实施例，描述控制单元的数据分析的第三实施例的曲线。检测曲线901与图5和图7中描述的相同。与以前的实例相同，从当前时间回溯20分钟的时间间隔内，图8中的进入蒸汽涡轮的蒸汽累积绝对温度变化率绘制成了数据曲线903。对数据曲线903来说，当前时间为12:20p.m.。数据曲线903描述了温度从当前时间前的12分钟即12:08p.m.至当前时间内温度逐渐上升的情形。与图4和图5中的实例类似，当数据曲线903与检测曲线901第一次交叉时，出现极限超过值。在这一点，数据点大致为(9，30)，控制单元125可采取前边描述的任何控制措施，可以理解以上描述的实施例仅仅代表了三个在监测运行参数时时间的三个特定实例。在本发明的正常运行中，运行参数连续地被监测。在监测运行参数的过程中，对每一个特定实例会及时产生不同的数据曲线。
根据本发明前叙说明和相关附图的教导，对这里所述发明的多种改进和其他的实施方式对于本领域的技术人员是可以想到的。因此，本发明可以理解为并不局限于公开的特定实施例而且所做的改进和其他实施例应包括在所要求的权利要求范围内。虽然这采用了专用名词，但它们仅仅是一般意义上的描述，而并没有限定作用。
部件列表100蒸汽涡轮105蒸汽输入管107蒸汽输出管110蒸汽阀115监测装置125控制单元205存储器215程序逻辑220测试数据225运行系统227处理器230数据总线235用户界面设备240 I/O界面305框310框315框320框325框501检测曲线503数据曲线701检测曲线703数据曲线901检测曲线903数据曲线。
权利要求
1.一种确定蒸汽涡轮系统中运行参数的极限超过值的方法，包括接收与蒸汽涡轮(100)的运行参数相关的测试数据(220)；确定在预定的时间周期内接收的数据的变化率何时超出了预定的极限；当超出极限时采取控制措施。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收测试数据(220)包括接收与进入蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮内的蒸汽温度相关的测试数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中接收测试数据(220)包括接收与进入蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮内的蒸汽压力相关的测试数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中确定包括对接收的测试数据(220)与在预定时间长度内具有预先设定的变化率的检测曲线(501、701或901)进行比较。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括产生包括数据曲线(503，703或903)的图形，所述数据曲线是根据在预定时间间隔内接受的测试数据得到的；还包括在图形中确定一个点，在该点处，数据曲线(503，703或903)与检测曲线交叉。
6.如权利要求1所述的方法，其中，采取控制措施包括传输警报信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中，采取控制措施包括调整定义运行参数的输入流。
8.如权利要求1所述的方法，其中，采取控制措施包括关闭采用运行参数的系统。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括存储指示采取了控制措施的信号。
10.一种确定蒸汽涡轮系统中运行参数的极限超过值的系统，包括与蒸汽涡轮系统的蒸汽涡轮相联的监测装置，用来收集与蒸汽涡轮系统的运行参数相关的测试数据；与监测装置通讯的控制单元，用来接收测试数据，该控制单元包括执行下述步骤的程序逻辑确定在预定时间周期内，接收的数据变化率何时超出了预定极限；以及在超出极限时采取控制措施。
全文摘要
一种确定蒸汽涡轮系统中运行参数的极限超过值的方法和系统。接收与运行参数相关的测试数据(220)，并且当预定时间周期内接受的数据(220)的变化率超过预定极限时，确定极限超过值。当确定了极限超过值时采取控制措施。
文档编号F01D19/00GK101025093SQ20071009238
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年2月24日
发明者N·A·蒂森彻克, D·G·柯希霍夫 申请人:通用电气公司