监控衰退系统技术方案

本发明专利技术涉及对诸如工业燃气涡轮机的缓慢衰退系统的故障成因的识别。在初始时输入一些参数值之后，本发明专利技术的过程包括在燃气涡轮机工作期间周期性地重复的多个步骤。第一，对于每个潜在故障（例如压缩机叶片的污染、涡轮机叶片的侵蚀或机器部件的腐蚀），计算表征特定燃气涡轮机的症状前故障概率以及症状条件故障概率。在第二步骤中，载入来自监控装置的在线数据，以更新症状信息，并计算症状后故障概率，其中所述症状信息例如为多变效率和流量能力的降低、振动谱的变化或其他机器状况指示信息。在第三步骤中，所计算的故障概率被显示并传送到用于调度燃气涡轮机工作或维护措施的计划系统。

Monitor fading system

The present invention relates to the identification of the causes of failures in a slow fading system such as an industrial gas turbine. After entering some parameter values at the initial time, the process of the present invention includes a plurality of steps that are repeated periodically during the operation of the gas turbine. First, for each potential failure (such as pollution, turbine blades of compressor blade erosion or corrosion of machine parts), calculated the specific gas turbine symptoms before the fault probability and condition probability of failure symptoms. In the second step, load the data from the online monitoring device, to update the symptom information, and calculate the probability of fault symptoms, wherein the symptom information such as polytropic efficiency and flow capacity, reduce the change of vibration spectrum or other machine condition indication information. In the third step, the calculated failure probability is displayed and transmitted to a planning system for scheduling gas turbine operation or maintenance measures.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】监控衰退系统
0001本专利技术涉及用于涡轮机(例如燃气涡轮机或内燃机)的控制和仪表化
本专利技术始于 一种对 一般系统类型中遭受多个故障的特定衰 退系统进行监控的方法。
技术介绍
0002诸如燃气涡轮机或内燃机的涡轮机是一种承受相当大负荷的系 统。蠕变和疲劳在由非常高的燃烧温度、压力比和气流所引起的极限条件 下会对机器产生影响。燃气涡轮机(GT)的主要组件(即，入口喷嘴、 压缩机、燃烧室、涡轮机、气流冷却器、以及出口 )都会由于它们的恶化 对GT性能的衰退起到不同程度的作用。在内，每个单独组件的状况总是 随工作或操作时间不断恶化，直到通过某种维护措施至少部分地对其进行 恢复。0003涡轮机衰退是一个复杂的过程，如果能够清楚地区分故障的成因 和症状，则可更好地理解该过程。特定衰退的初始原因(换句话说就是影 响给定组件的故障成因)可以是诸如污损、腐蚀、侵蚀等各种作用。相反 地，不同故障经常产生相似的可观测的效果或症状，例如热力学效率和流 量能力的降低。不幸的是，直接检测故障成因通常是不可能的或者太过昂 贵，所有检测或监控努力一般都仅限于症状识别。0004影响燃气涡轮机给定组件的故障的成因可能是各种作用，例如压 缩机叶片的污染、涡轮机叶片的侵蚀、或机器部件的腐蚀。出于故障成因 对涡轮机性能的影响，使得一种特定类型的故障成因(例如压缩机污损) 需要一种特定的维护措施(例如压缩机擦拭)，而不同的故障成因需要不 同的维护措施。因此，需要连续地分析测得的衰退症状，以推断它们的根本起因(或多个起因)，即，定位正在发生的故障(或多个故障)的成因。 然后，可用诊断结果对操作和维护策略进行优化。这种优化的维护调度或进度安排(schedule)确保经济安全的工作，并且帮助预测主要组件的剩 余寿命。这里，主要问题在于从(观察到的)症状回推故障的成因。这是 一种"逆向问题"，因为实际上，机器不同位置处的故障会使症状出现， 而如上文所述，不同故障常会产生类似的可观测的效果或衰退症状。0005在专利申请EP-A 1 418 481中给出了用于航空燃气涡轮机诊断的 框架(framework),其区分了由单一系统故障事件引起的快速恶化和由所 有引擎组件的损伤聚积引起的渐进恶化。测量值△向量包括与某些气路参 数数据(例如，转子速度、温度和压力)参考值的偏差，反映了多种可能 的引擎/传感器系统故障出现以及随机测量噪声的影响。根据离散时刻k 处的测量值△向量，可在;f莫块性能分析内估计或计算出包含当前状态引擎 系统和传感器故障的总故障向量xk。除了提到统计试验或神经网络之外， 该估计方法未被详细描述。如果正在发生快速恶化事件，则基于测量值A 向量相对于时刻k-l处的前一测量值的变化AAk,来执行单一故障或根本 原因分离。否则，基于分配给渐进恶化的测量值A向量的累积份额ZK旨1,执行多故障分离，以得到更新的误差向量。由于"故障"向量Xk实际对应于症状(如风机效率降低等)，因此这种方法允许重构和区分不同的症 状；然而，这种方法并不获得故障的成因。0006燃气涡轮机性能诊断的目标在于准确检测、分离和评定性能变 化、系统故障及仪表化问题。在许多其他技术中，气路分析(GPA)是一 种构建得较好的框架，用于根据对沿涡轮机气路取得的被测参数的认识来 估计性能变化，所述被测参数例如为功率、引擎速度、温度、压力或燃料 流量。这些被测参数的可辨偏移提供了必须的信息，用来确定引擎工作中 相对于假定的参考、标称或初始状态的潜在偏移，即衰退症状。GPA允许 根据独立参数或系统状态的衰退来识别引擎性能的恶化，所述独立参数或 系统状态例如为热力学效率、流量能力、和入口/出口过滤器面积。未出 版的欧洲专利申请05405270.9公示了一种方法，该方法用于监控4戈表緩 慢衰退真实或模拟系统的不同衰退症状或健康参数的发展。在此将该申请 以引用方式并入本文以便用于各种目的。所有基于GPA的方法实际上都是终结于对性能恶化或衰退提供某些估计(即，对症状提供某些估计)。 然而，这些方法并未解决识别和定位症状根本原因的问题(例如并未回答下述问题"效率恶化是由涡轮机侵蚀造成的还是由污损造成的？")，该 问题被遗留给后续的分析或诊断步骤。0007另一方面，专利申请EP1 103 926涉及用于航空燃气涡轮机引擎 的基于模型的诊断。在故障检测及分离分类器(前馈神经网络或线性回归 器)中计算出传感器数值(速度、温度、压力)以及虚拟或模型参数(失 速裕度、特定燃料消耗、气流、风机/压缩机/涡轮机效率)，以识别特定的 故障分类并输出诊断结果。所述神经网络和线性回归器由多组引擎或^f莫型 数据进行训练，上述引擎或模型数据包括模拟的无故障引擎和模拟的、具 有需要在诊断中分类的特定故障的引擎。
技术实现思路
0008因此，本专利技术的一个目的在于建立緩慢衰退系统的不同衰退症状 和故障成因之间的联系，并且为了改善维护调度而指出 一种分离故障成因 的方法。这一 目的是通过分别根据权利要求1和6的、用于监控实际或沖莫 拟的特定衰退系统的方法和计算机程序来实现的。根据从属权利要求，容 易理解进一步的优选实施例。0009根据本专利技术，首先提供表征所考虑的特定衰退系统的数据以及表 征该特定系统所属的类型或系列的参数。此后，在该特定系统的工作期间 周期性地重复多个步骤，在每个时刻将特定系统的潜在故障成因(例如机 器部件的污染、侵蚀或腐蚀)概率地关联到该特定系统的可观测症状(例 如多变效率或流量能力降低或振动谱变化)。换句话说，就是已知可观测 症状和对该系统类型典型的先验信息，来计算系统故障潜在成因的条件概 率。更详细地，对于每个潜在故障，相继计算特定系统的两个特征，即症 状前故障概率和症状条件故障概率。条件概率量化了在许多故障成因中的 每一个故障成因的可能性有多大，藉此为机器工作和维护的基于危险的计 划提供了至关重要的输入。具体地，通过在一定的时刻步骤比较特定衰退 系统观察到的症状，然后可容易地诊断或定位出对该衰退而言最为可能的故障成因(一个或多个)。0010本专利技术的一个优选实施例包括第二步骤，根据该步骤是通过以可测附属输出变量的函数的形式提供症状分布，来更新关于特定系统症状的 信息。基于此，计算症状后故障概率或以这些测量值为条件的故障概率。0011本专利技术的一个进一步的优选变型包括第三步骤，在该步骤中显示所计算的故障概率，以可视化地诊断故障成因，和/或将所计算的故障概 率传送到计划系统，用于调度特定衰退系统的工作措施或插入维护措施。0012优先地，緩慢衰退系统是在长时间周期内以稳定状态工作的工业 燃气涡轮机。相应地，除了两个不同工作点之间某些罕见的瞬态阶段之外， 温度传感器与燃气介质处于热力学平衡状态，并产生可信任的测量值。此时间的情况下可被选取得很长。 附图说明0013下文将参考优选的示例性实施例更详细地解释本专利技术的主旨，附 图示出了这些优选的示例性实施例，在附图中0014图1示意性地示出了燃气涡轮机的组件，0015图2是对特定衰退系统进行监控的过程的流程图，0016图3是带有故障概率等高线的症状分布图，以及0017图4是故障概率的趋势线。0018在图中所使用的附图标记以及它们的含义均罗列在以附图标记 列出的统本文档来自技高网...

【技术保护点】
对遭受多个故障（Ｆ↓［ｉ］）的一般系统类型的特定衰退系统（２）进行监控的方法，包括：　　　　ａ）对于每个故障（Ｆ↓［ｉ］），提供表征所述系统类型的传播参数（τ↓［ｉ］），　　　　ｂ）对于每个故障（Ｆ↓［ｉ］），提供表征所述系统类型的症状值分布（ｐ（δ｜Ｆ↓［ｉ］）、ｐ（δ｜＊）），　　　　ｃ）提供所述特定系统（２）的工作和维护数据（ｔ↓［ｍａｉｎｔ］），　　　　ｄ）对于每个故障（Ｆ↓［ｉ］），基于来自步骤ａ）的传播参数（τ↓［ｉ］）、和来自步骤ｃ）的工作和维护数据（ｔ↓［ｍａｉｎｔ］）来计算所述特定系统（２）的症状前故障概率（Ｐ（Ｆ↓［ｉ］）），以及　　　　ｅ）对于每个故障（Ｆ↓［ｉ］），基于来自步骤ｂ）的症状值分布（ｐ（δ｜Ｆ↓［ｉ］）、ｐ（δ｜＊））和来自步骤ｄ）的症状前故障概率（Ｐ（Ｆ↓［ｉ］））来计算所述特定系统（２）的症状条件故障概率Ｐ（Ｆ↓［ｉ］｜δ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A庞塞特，K斯塔德勒，T冯霍夫，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]