一种生物质汽轮机控制系统的制作方法

本发明涉及汽轮机控制领域，尤其涉及一种生物质汽轮机控制系统。

背景技术：

1、汽轮机是一种利用蒸汽或气体动能来驱动转子旋转，从而产生功率的热力机械设备。其工作原理基于热力学中的汽轮机循环，包括蒸汽进汽、膨胀、排汽和再循环等过程。汽轮机广泛应用于发电厂、石油化工、船舶动力、飞机推进、核动力装置等领域。不同应用场景需要不同类型和规模的汽轮机。为了提高汽轮机的效率和性能，对汽轮机的研究不断增加。

2、中国专利公开号：cn116733545a，公开了一种汽轮机及汽轮机的控制方法，包括汽缸，汽缸具有第一容纳腔、第二容纳腔和转轴，本发明实施例中，汽轮机中的通流组件至少包括两段：第一通流组件和第二通流组件，并且两通流组件所在的容纳腔分别设置有第一进口和第二进口，可以根据通入汽轮机中蒸汽的流量，可选择性开启第一进口和第二进口，这样能够随功率变化改变蒸汽在通流组件内流程，使汽轮机在各种功率下获得理想通流面积和最佳的通流效率，可以使汽轮机在较宽功率范围内都能高效率运行。

3、但是，现有技术中，未针对蒸汽含有杂质的程度对蒸汽进行分类，根据不同的蒸汽类别选取对应的汽轮机运行参数，不能延长汽轮机正常运转时长以及不能可靠获取汽轮机内部运行状态，从而导致汽轮机运行的效率较低的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种生物质汽轮机控制系统，用以克服现有技术中，未针对蒸汽含有杂质的程度对蒸汽进行分类，根据不同的蒸汽类别选取对应的汽轮机运行参数，不能延长汽轮机正常运转时长以及不能可靠获取汽轮机内部运行状态，从而导致汽轮机运行的效率较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种生物质汽轮机控制系统，包括：

3、检测模块，包括设置于汽轮机的蒸汽入口处用以获取蒸汽超声信号的超声检测单元，分别设置于所述汽轮机的蒸汽入口以及蒸汽出口处用以获取蒸汽图像的图像采集单元，设置于蒸汽入口的阀门上用以获取阀门振动信号的振动检测单元，设置于汽轮机的转动轴上用以获取转动轴振动信号的振动检测单元以及设置于蒸汽出口用以获取蒸汽流速的流量检测单元；

4、上位机，分别与所述汽轮机以及检测模块连接，包括蒸汽表征单元以及转换机构分析单元，

5、所述蒸汽表征单元用以获取蒸汽超声信号以及蒸汽入口的蒸汽图像，以根据蒸汽超声信号的幅值以及蒸汽图像的色度值计算蒸汽纯度表征值，划分蒸汽类别；

6、所述转换机构分析单元用以根据蒸汽类别选取汽轮机运行策略，包括，

7、调整蒸汽入口的蒸汽流速，依据蒸汽流出汽轮机的过滤组件的流速判定过滤是否符合标准；

8、或，获取蒸汽出口的蒸汽流速以及根据蒸汽出口的蒸汽图像获取蒸汽方向，计算气流运行表征参量，判定汽轮机内部是否存在隐性异常，获取阀门振动信号以及转动轴振动信号，判定汽轮机运转是否出现异常。

9、进一步地，所述蒸汽表征单元根据公式（1）计算蒸汽纯度表征值，

10、   (1)

11、公式（1）中，e表示蒸汽纯度表征值，a表示蒸汽超声信号的幅值，a0表示预设蒸汽超声信号的幅值阈值，s表示蒸汽图像的色度值，s0表示预设蒸汽图像的色度值阈值。

12、进一步地，所述蒸汽表征单元将蒸汽纯度表征值与预设蒸汽纯度表征值对比阈值进行对比，

13、若蒸汽纯度表征值小于预设蒸汽纯度表征值对比阈值，则蒸汽表征单元划分蒸汽类别为高纯度类别；

14、若蒸汽纯度表征值大于或等于预设蒸汽纯度表征值对比阈值，则蒸汽表征单元划分蒸汽类别为非高纯度类别。

15、进一步地，所述转换机构分析单元根据蒸汽类别选取汽轮机运行策略，

16、若蒸汽类别为高纯度类别，则转换机构分析单元获取蒸汽出口的蒸汽流速以及根据蒸汽出口的蒸汽图像获取蒸汽方向，计算气流运行表征参量，判定汽轮机内部是否存在隐性异常，获取阀门振动信号以及转动轴振动信号，判定汽轮机运转是否出现异常；

17、若蒸汽类别为非高纯度类别，则转换机构分析单元调整蒸汽入口的蒸汽流速，依据蒸汽流出汽轮机的过滤组件的流速判定过滤是否符合标准。

18、进一步地，所述转换机构分析单元根据蒸汽纯度表征值调整蒸汽入口的蒸汽流速，其中，蒸汽纯度表征值与蒸汽入口的蒸汽流速呈负相关。

19、进一步地，所述转换机构分析单元将蒸汽流出过滤单元的流速与预设流出流速对比阈值进行对比，

20、若蒸汽流出过滤单元的流速小于预设流出流速对比阈值，则转换机构分析单元判定过滤不符合标准。

21、进一步地，所述转换机构分析单元根据公式（2）计算气流运行表征参量，

22、   (2)

23、公式（2）中，c表示气流运行表征参量，v表示蒸汽出口的蒸汽流速，v0表示预设蒸汽出口的蒸汽流速阈值，θ表示蒸汽角度，θ0表示预设蒸汽角度阈值。

24、进一步地，所述转换机构分析单元将气流运行表征参量与预设气流运行表征参量对比阈值进行对比，

25、若气流运行表征参量大于预设气流运行表征参量对比阈值，则转换机构分析单元判定汽轮机内部存在隐性异常。

26、进一步地，所述转换机构分析单元判定汽轮机运转是否出现异常包括，

27、获取阀门振动信号在预设时间范围内的振幅平均值以及获取转动轴振动信号在预设时间范围内的振幅平均值，将阀门振动信号在预设时间范围内的振幅平均值与预设阀门振幅对比阈值进行对比，将转动轴振动信号在预设时间范围内的振幅平均值与预设转动轴振幅对比阈值进行对比，

28、若满足第一预设条件，则转换机构分析单元判定汽轮机运转出现异常；

29、所述第一预设条件为阀门振动信号在预设时间范围内的振幅平均值大于预设阀门振幅对比阈值，或，转动轴振动信号在预设时间范围内的振幅平均值大于预设转动轴振幅对比阈值。

30、进一步地，还包括启停模块，用以在转换机构分析单元判定过滤不符合标准，或，判定汽轮机运转出现异常时停止汽轮机运行。

31、与现有技术相比，本发明检测模块获取蒸汽超声信号，获取蒸汽图像，获取阀门振动信号以及转动轴振动信号以及获取蒸汽流速，蒸汽表征单元获取蒸汽超声信号以及蒸汽入口的蒸汽图像，计算蒸汽纯度表征值，划分蒸汽类别，转换机构分析单元根据蒸汽类别选取汽轮机运行策略，包括，判定过滤是否符合标准，或，计算气流运行表征参量，判定汽轮机内部是否存在隐性异常，获取阀门振动信号以及转动轴振动信号，判定汽轮机运转是否出现异常，本发明可靠的对汽轮机运行状态进行监控，及时对汽轮机运行异常作出判断，对汽轮机运行作出调整，从而提高汽轮机运行效率。

32、尤其，本发明蒸汽表征单元根据蒸汽超声信号的幅值以及蒸汽图像的色度值计算蒸汽纯度表征值，通过对蒸汽进行超声，可以一定程度上表征蒸汽中是否含有杂质，以及杂质含量，杂质会散射超声波，使得超声信号发生变化，而蒸汽的色度值也可以一定程度表征蒸汽中是否含有杂质，当蒸汽的色度值与纯净的蒸汽色度值差异较大时，推断蒸汽的杂质含量较高，通过获取蒸汽超声信号的幅值以及蒸汽图像的色度值可以可靠表征蒸汽的纯净程度，从而为后续提供数据支持。

33、尤其，本发明转换机构分析单元根据蒸汽纯度表征值调整蒸汽入口的蒸汽流速，当蒸汽纯度表征值较大时，此时蒸汽纯度较低，蒸汽中的杂质含量较高，蒸汽流速过快可能会导致过滤的负荷增加，降低其处理效率，甚至造成过滤组件损坏，降低蒸汽流速可以增加蒸汽在过滤组件中的过滤时间，使得过滤组件有更多的时间和机会去捕捉和去除杂质，从而提高过滤效率。

34、尤其，本发明转换机构分析单元获取蒸汽出口的蒸汽流速以及根据蒸汽出口的蒸汽图像获取蒸汽方向，计算气流运行表征参量，汽轮机叶片在长期高速旋转和受到高温高压蒸汽冲击的工作环境下，会受到周期性的载荷作用，导致叶片材料的疲劳损伤，这种疲劳可能表现为叶片表面的裂纹、剥落或变形，叶片疲劳造成的表面不平整或凹凸不平可能会导致蒸汽流动的不稳定性，当蒸汽流过受损的叶片表面时，流动会受到干扰，可能产生湍流或旋涡，从而影响蒸汽的流速和方向，通过获取蒸汽出口的蒸汽流速以及蒸汽方向，可以一定程度表征叶片运行是否发生异常，从而表征汽轮机运行是否发生异常，对汽轮机运行状态进行监控，及时对汽轮机运行异常作出判断，对汽轮机运行作出调整，从而提高汽轮机运行效率。

35、尤其，本发明转换机构分析单元获取阀门振动信号以及转动轴振动信号，判定汽轮机运转是否出现异常，杂质的存在可能增加阀门或转动轴的摩擦力，导致能量损耗增加和振动幅度增大，特别是在高速运转的汽轮机中，摩擦力的增加可能会导致振动幅度显著增大，当叶片受损时，叶片的质量分布可能会发生变化，导致转子的不平衡，这种不平衡会引起转动轴的振动，振幅可能会增大，通过获取阀门振动信号以及转动轴振动信号，可以对汽轮机运行状态进行监控，及时对汽轮机运行异常作出判断，对汽轮机运行作出调整，从而提高汽轮机运行效率。