專利名稱：渦輪機壽命評估和檢查的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本文公開的主題涉及渦輪機，且更具體而言，涉及何時檢查渦輪機和何時更換渦 輪機的各種構件。
背景技術：
電功率發(fā)生典型地包括一個或多個渦輪機的使用。像任何其它機械裝置一樣，這 些渦輪機時不時可需要檢查，以確保恰當?shù)牟僮?。一種方法是進行定期檢查。但是，在一些 情況下，可確定的是特定的渦輪機(或其一部分)可不需要如其它渦輪機(或其一部分) 那樣頻繁地檢查，即使是在它們?yōu)橄嗤愋偷那闆r下。因此，一個渦輪機可不需要檢查，而 另一個渦輪機可需要檢查。可影響這種決定的一個因素是基于渦輪機所處的環(huán)境條件。許多年來，功率發(fā)生系統(tǒng)的高的可用性和可靠性已經是電力工業(yè)的主要條件。不 可靠性和被迫停機的高成本是眾所周知的。不恰當?shù)木S護或操作性反常檢測可導致渦輪機 被迫停機。這種反常的早期檢測在防止和減少漫長的渦輪機被迫停機方面是重要的。典型的檢查可要求渦輪機在檢查期間停止運轉。在這種情況下，可妨礙功率發(fā)生 裝置的生產能力的至少一部分。降低產生功率的能力可具有與之相關聯(lián)的實際的經濟成 本。另外，檢查本身會花費金錢。由于至少這兩個原因，可有益的是僅在需要時執(zhí)行檢查。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于為形成機組(fleet)的一部分的單元產生 檢查建議或部件更換建議的系統(tǒng)。這個方面的系統(tǒng)包括接收來自至少一個渦輪機的至少 一部分的輸入且產生檢查建議或部件更換建議的評估模塊。評估模塊包括基于輸入和歷 史操作數(shù)據(jù)來產生事件風險估計的健康評估模塊；以及聯(lián)接到健康評估模塊上的性能分析 器，該性能分析器基于事件風險估計以及與成本相關的信息來產生檢查建議。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種為形成機組的一部分的單元形成單元檢查建 議的方法。這個方面的方法包括在評估模塊處接收來自至少一個渦輪機的至少一個部分的 輸入；在健康評估模塊處基于輸入和歷史操作數(shù)據(jù)來形成事件風險估計；以及基于事件風 險估計和成本信息來產生檢查建議。根據(jù)結合附圖進行的以下描述，這些和其它優(yōu)點及特征將變得更加顯而易見。


在說明書的結尾處的權利要求書中特別指出并且清楚地要求保護看作是本發(fā)明 的主題。根據(jù)結合附圖進行的以下詳細描述，本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點是顯而易見 的，其中圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖；圖2顯示了本發(fā)明的實施例可植于其上的計算系統(tǒng)；圖3是用于圖1中所示的系統(tǒng)的更詳細的數(shù)據(jù)流圖；以及圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法。參照附圖借助于實例，詳細描述解釋了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特征t部件列表50系統(tǒng)52壓縮機54燃燒器56渦輪60渦輪機系統(tǒng)62控制器64通訊路徑/評估器66另外的信息68壽命預測70檢查建議100處理系統(tǒng)101系統(tǒng)處理器102存儲器(ROM)103硬盤104大容量存儲器105存儲裝置106網絡適配器107輸入/輸出適配器108接口適配器109鍵盤110鼠標111揚聲器112顯示適配器113系統(tǒng)總線114系統(tǒng)存儲器115顯示監(jiān)視器116網絡接口 120軟件 132日志 300系統(tǒng)302健康評估模塊304中間輸出308溫度信息310地理輸入312硬件配置314模型參數(shù)
316性能分析器318成本信息320模型更新器322數(shù)據(jù)庫
具體實施例方式在使用一些或所有的現(xiàn)場數(shù)據(jù)、操作概貌(operational profile)、現(xiàn)場條件、硬 件配置、入口調節(jié)、傳感器信息、可靠性模型、專家規(guī)則(expert rule)、分類器以及多元統(tǒng) 計技術的情況下，本文公開的實施例可提供壽命評估、資產規(guī)劃(asset planning)及檢查 建議。在使用本文公開的系統(tǒng)或執(zhí)行本文公開的方法時，可計劃精確的單元檢查，而且還可 提高機組中的單元的可用性。具體而言，檢查建議可為基于風險模型和硬件配置的信息融合。系統(tǒng)可提供更精 確的檢查建議，并且防止現(xiàn)場的意外停機。使用本文公開的發(fā)明還可允許基于操作概貌變 化來改進渦輪機壽命。另外，跟蹤特定的失效或風險可允許確定需要另外的裝置來進行恰 當?shù)臏u輪機操作。例如，在高風險的地理區(qū)域中操作的渦輪機可需要入口空氣過濾系統(tǒng)。圖1顯示了根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)50的數(shù)據(jù)流圖。系統(tǒng)50可包括一個或多個渦 輪機60。渦輪機60可為任何類型的渦輪機。在一個實施例中，渦輪機60可為燃氣輪機。在渦輪機60為燃氣輪機的情況下，渦輪機60可包括壓縮機52用以抽入和壓縮空 氣；燃燒器54 (或燃燒爐)用以添加燃料以加熱壓縮空氣；以及渦輪56用以從熱的空氣流 中抽取功率。燃氣輪機是采用持續(xù)燃燒過程的內燃(IC)發(fā)動機。以下描述可集中在壓縮 機42上。但是，應當理解，本文的教導不如此受到限制且可應用于例如渦輪機60的任何部 分。系統(tǒng)50還可包括聯(lián)接到渦輪機60上的控制器62?？刂破?2接收來自渦輪機60 的信息，并且基于該信息，控制器62可改變渦輪機60的操作。因此，控制器62和渦輪機60 之間的通訊可為雙向的，如由通訊路徑64所指示的那樣。控制器62可聯(lián)接到評估器64上。在一個實施例中，評估器64接收來自62的信 息和來自另外的信息源(未示出)的另外的信息66，以產生壽命預測68和檢查建議70中 的一個或兩者。另外的信息66可包括但不限于現(xiàn)場監(jiān)視信息。在一個實施例中，現(xiàn)場監(jiān)視信 息與壓縮機52相關。這種現(xiàn)場監(jiān)視信息可包括但不限于操作小時數(shù)、入口調節(jié)、噴霧器 (fogger)信息、部件負載操作、水洗信息、入口空氣質量及其它傳感器信息。另外的信息66 還可包括與一個或多個可能的檢查的成本和特定事件(例如但不限于失效或意外停機(下 文中的“事件”))的(實際或估計的)成本相關的信息。評估器64可在硬件、軟件或它們的一些組合(固件)中實現(xiàn)。評估器64接收來 自控制器62的信息和另外的信息66。下文對另外的信息66進行更詳細的論述。作為中間步驟，評估器可基于接收到的信息為渦輪機60產生事件風險、損害指標 或警報。這些中間值可用來確定檢查成本或部件更換成本是否超過停機成本，以產生檢查 或更換建議70。在檢查成本或部件更換成本超過停機成本乘以停機的可能性的情況下，檢 查建議可為不執(zhí)行檢查。在檢查成本或部件更換成本小于停機成本乘以停機的可能性的情5況下，檢查建議可為執(zhí)行檢查。而且，評估器64可根據(jù)其已經接收到的信息來產生壽命預 測68。例如，在一些情況下，模型參數(shù)314可表示單元(或特定部分)正在接近其預計的 生命周期的盡頭。在這種情況下，評估器64可確定剩余的壽命是總的預計生命周期的百分 比。參看圖2，顯示了用于實現(xiàn)本文的教導的處理系統(tǒng)100的實施例。處理系統(tǒng)100 可包括評估器64(圖1)。在這個實施例中，系統(tǒng)100具有一個或多個中央處理單元(處理 器)101a、101b、101c等(共同地或共有地稱為處理器101)。在一個實施例中，各個處理器 101可包括精簡指令集計算機(RISC)微處理器。處理器101通過系統(tǒng)總線113聯(lián)接到系統(tǒng) 存儲器114和各個其它構件上。只讀存儲器(ROM) 102聯(lián)接到系統(tǒng)總線113上，并且可包括 控制系統(tǒng)100的某些基本功能的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)。圖2還描繪了輸入/輸出(I/O)適配器107和聯(lián)接到系統(tǒng)總線113上的網絡適 配器106。I/O適配器107可為與硬盤103和/或磁帶存儲器裝置105或任何其它類似構 件通訊的小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)適配器。I/O適配器107、硬盤103及磁帶存儲裝置 105在本文共同地稱為大容量存儲器104。網絡適配器106使總線113與外部網絡116互 連，從而使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100能夠與其它這種系統(tǒng)通訊。顯示屏(例如顯示監(jiān)視器)115 可通過顯示適配器112連接到系統(tǒng)總線113上，該顯示適配器112可包括圖形適配器以改 進圖形密集型應用(graphics intensive application)的性能、以及視頻控制器。在一個 實施例中，適配器可107、106和112可連接到一個或多個I/O總線上，該一個或多個I/O總 線通過中間總線橋(未顯示)連接到系統(tǒng)總線113上。用于連接外圍裝置(例如硬盤控制 器、網絡適配器及圖形適配器)的適當?shù)腎/O總線典型地包括公共協(xié)議，例如外圍構件接口 (PCI)。另外的輸入/輸出裝置示為通過用戶接口適配器108和顯示適配器112連接到系統(tǒng) 總線113上。鍵盤109、鼠標110及揚聲器111均通過用戶接口適配器108互連到總線113 上，該用戶接口適配器108可包括例如將多個裝置適配器集成到單個集成電路中的超級I/ 0芯片。因此，如圖2中所配置的那樣，系統(tǒng)100包括以處理器101形式的處理設備，包括 系統(tǒng)存儲器114和大容量存儲器104的存儲設備，諸如鍵盤109和鼠標110的輸入設備，以 及包括揚聲器111和顯示器115的輸出設備。在一個實施例中，系統(tǒng)存儲器114和大容量 存儲器104的一部分共同存儲操作系統(tǒng)，以協(xié)調圖2中所示的各種構件的功能。將理解的是，系統(tǒng)100可為任何適當?shù)挠嬎銠C或計算平臺，并且可包括終端、無線 裝置、信息儀器、裝置、工作站、小型計算機、大型計算機、個人數(shù)字助理(PDA)或其它計算 裝置。應當理解的是，系統(tǒng)100可包括通過通訊網絡鏈接在一起的多個計算裝置。例如，兩 個系統(tǒng)之間可存在客戶-服務器關系，而且處理可在該兩個系統(tǒng)之間分開。系統(tǒng)100可使用任何計算機操作系統(tǒng)。系統(tǒng)100還可包括用于在網絡116上通訊 的網絡接口 106。網絡116可為局域網(LAN)、城域網(MAN)或廣域網(WAN)，例如互聯(lián)網或 環(huán)球信息網。系統(tǒng)100的用戶可通過任何適當?shù)木W絡接口 116連接來連接到網絡上，例如，標準 的電話線路、數(shù)字用戶線路、LAN或WAN鏈路(例如Tl、T3)、寬帶連接(幀中繼、ATM)及無 線連接(例如，802. 11 (a),802. 11(b),802. 11(g))。如本文所公開的那樣，系統(tǒng)100可包括存儲在機器可讀的介質(例如，硬盤104)上的機器可讀的指令，以執(zhí)行本文公開的一個或多個方法。如本文所論述的那樣，指令可稱 為“軟件” 120。軟件120可使用本領域所知的軟件開發(fā)工具來產生。軟件120可包括本領 域所知的、用于提供用戶交互作用能力的各種工具和特征。在一些實施例中，將軟件120作為覆蓋物(overlay)提供給另一個程序。例如，可 將軟件120作為“附加物”提供給另一個應用(或操作系統(tǒng))。注意，用語“附加物”大體指 的是本領域中已知的輔助程序代碼。在這種實施例中，軟件120可代替與其協(xié)作的應用或 操作系統(tǒng)的結構或對象。圖3是可產生檢查建議70或壽命預測68中的一個或兩者的系統(tǒng)300的、比圖1 中所示更詳細的描繪。系統(tǒng)300包括評估器64(也稱為評估器模塊)。如上所述，評估器模 塊64接收來自控制器62和一個或多個其它信息源的輸入。根據(jù)這個信息和(可能地)其 它信息，評估器模塊64產生檢查建議70或壽命預測68中的一個或兩者。在一個實施例中，評估器模塊64可包括健康評估模塊302。健康評估模塊302可 接收來自一個或多個信息源的輸入，并且產生中間輸出304。大體而言，中間輸出304可包 括一個或多個值，包括但不限于事件風險、未來損害的可能性及一個或多個警報。評估器模塊64可聯(lián)接到控制器62上，并且接收來自控制器62的信息?？刂破?2 接收來自例如渦輪機的信息，并且基于那個信息，控制器62可改變渦輪機的操作。控制器 62對健康評估模塊提供關于渦輪機(特別是壓縮機)的操作的信息中的至少一些。這個信 息可包括但不限于各種設定點、限值、累加器值等。在一個實施例中，控制器62可從中間輸 出304中接收風險水平，該風險水平使得由控制器62改變接收到的(或其它)操作值中的 一個或多個。評估器模塊64可聯(lián)接到一個或多個現(xiàn)場監(jiān)視器上，并且接收來自監(jiān)視器的信息。 這些監(jiān)視器可提供表示操作小時數(shù)、渦輪機啟動次數(shù)、入口調節(jié)、噴霧器/冷卻器/蒸發(fā)器 /噴灑器(spritz)、部件負載操作、水洗、入口空氣質量及其它傳感器輸入的值。評估器模塊64還可接收天氣/環(huán)境溫度信息308。這個信息可來自渦輪機處的 傳感器或來自其它源，諸如例如，天氣報告服務或網頁。無論如何，這個信息可影響任何類 型的分析，因為如所知道的那樣，諸如濕度、溫度等天氣條件可對渦輪機的操作和壽命有影 響。如上所述，系統(tǒng)300可聯(lián)接到多個渦輪機或位置上。實際上，一些位置可包括多個 渦輪機。為此，對于一個或多個渦輪機來說，健康評估模塊302可接收地點位置和地理輸入 310、硬件配置312及機組的模型參數(shù)314。在一個實施例中，硬件配置312可表示特定類型 的渦輪機和聯(lián)接在一起的構件，包括特定的壓縮機。模型參數(shù)314可為從單元(例如，失效 或未失效的單元)記錄的歷史信息和在那些情況下應用的檢查進度表。如下面所論述的那 樣，模型參數(shù)314可基于本文公開的系統(tǒng)的操作隨時間而改變。中間值304可包括連接到控制器62上的輸出連接。例如，控制器62可使用警報 條件或事件風險來改變渦輪機以及特別是壓縮機的操作。中間值304還可包括到性能分析器316的輸出。性能分析器316獲得中間值304， 并且結合成本信息318來確定壽命預測68或檢查建議中的一個或兩者。成本信息318可 為一個或多個可能的檢查的成本和特定的意外停機的(實際或估計的)成本。停機可為部 分停機或部件維修停機或部件更換停機。
例如，在如從成本信息318中接收到的檢查的成本超過停機成本乘以停機的可能 性(例如中間值304所代表的風險)的情況下，檢查建議70可為不執(zhí)行檢查。在檢查的成 本少于停機成本乘以停機的可能性的情況下，檢查建議70可為執(zhí)行檢查。而且，性能分析 器316可根據(jù)其已經接收到的信息來產生壽命預測68?？蓪⒅虚g值304和由性能分析器316產生的輸出中的一個或多個兩者提供給模型 更新器320。模型更新器320可包括一個或多個更新算法，該更新算法基于中間值304、性 能分析器316輸出及檢查數(shù)據(jù)庫322中的數(shù)據(jù)可更新模型參數(shù)314。這樣，模型參數(shù)314就 可隨系統(tǒng)的操作參數(shù)隨時間變化而動態(tài)更新，以更精確地描述系統(tǒng)。圖4是顯示了根據(jù)一個實施例的、產生檢查建議的方法的流程圖。在這個實例中， 使用了與渦輪壓縮機相關的某些可觀測到的操作值。當然，可使用其它值，并且本文的教導 可應用于渦輪機的其它構件或任何其它機器。在一個實施例中，評估器64可執(zhí)行圖4中公 開的方法。應當理解的是，圖4的方法可周期性地運行或可持續(xù)地運行。在方框402處，接收與特定單元的操作相關的信息或數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)可包括但不 限于，氯離子濕沉降水平、葉片燃燒小時、葉片燃燒啟動次數(shù)、每次啟動的小時數(shù)、溫度、相 對濕度和入口空氣冷卻系統(tǒng)的操作小時數(shù)(例如蒸發(fā)器冷卻器、噴霧器、噴灑器、冷卻器， 以及在線和離線水洗頻率和小時數(shù))。在方框404處，接收針對不健康單元和健康單元的之前與健康相關的數(shù)據(jù)。這個 信息可存儲在例如檢查數(shù)據(jù)庫322中，并且可將其提供為模型參數(shù)314(圖幻。可將模型參 數(shù)提供為單獨的值或統(tǒng)計上很重要的值。例如，針對健康單元和不健康單元兩者的值可包 括針對關注的各個值的平均數(shù)和協(xié)方差矩陣。在方框406處，確定了當前值和之前的不健康信息之間的距離。在一個實施例中， 這種確定可包括執(zhí)行以下計算不健康距離(Dl)= (X-XO) ‘ *inv(SO)*(X-XO)；其中，X是當前信息，且XO是平均數(shù)，而SO是與不健康信息相關的協(xié)方差矩陣。在方框408處，確定了當前值和之前的健康信息之間的距離。在一個實施例中，這 種確定可包括執(zhí)行以下計算健康距離(D2)= (X-Xl) ‘ *inv(Si)*(X-Xl)；其中，X是當前信息，且Xl是平均數(shù)，而Sl是與健康信息相關的協(xié)方差矩陣?；谠诜娇?06和408處計算的相關距離，可在方框410處計算事件風險值。這 個值代表單元的事件的可能性，并且這個值基于單元實際經歷的操作條件。在一個實施例 中，可通過比較以上計算的距離來產生事件風險。當然，可采用其它統(tǒng)計技術。在一個實施例中，方法可包括信息融合方框411。在方框411處，可使用例如基于 規(guī)則的系統(tǒng)來使風險信息與其它信息融合。融合可包括融合各種統(tǒng)計(威布爾、比例危害 (proportional hazard)、判別分析等)、半經驗及基于物理的模型。當然，可使用其它信息 融合算法(例如，登普斯特-謝弗、貝葉斯融合或模糊邏輯)來融合這些信息源。在方框412處接收成本信息。成本信息可為一個或多個可能的檢查的成本和特定 的意外停機的(實際或估計的)成本。停機可為部分停機或部件維修停機或部件更換停機。在方框414處，產生和輸出檢查建議。例如，在檢查成本超過停機成本乘以停機的 可能性(例如中間值304所代表的風險)的情況下，檢查建議可為不執(zhí)行檢查。在檢查成本小于停機成本乘以停機的可能性的情況下，檢查建議可為執(zhí)行檢查。
雖然結合僅有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，但是應當容易地理解， 本發(fā)明不限于這種公開的實施例。而是相反，可修改本發(fā)明，以結合在此之前未描述的但與 本發(fā)明的精神和范圍相當?shù)娜魏螖?shù)量的變化、改變、替代或等同布置。另外，雖然已經對本 發(fā)明的各種實施例進行了描述，但是應理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括所述實施例中的 一些。因此，本發(fā)明不應視為由前述描述限制，而是僅由所附權利要求書的范圍限制。
權利要求
1.一種用于為單元產生檢查或部件更換建議的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括接收來自至少一個渦輪機(60)的至少一部分的輸入且產生檢查或部件更換建議(70) 的評估模塊(64)，所述評估模塊包括基于所述輸入和歷史操作數(shù)據(jù)來產生事件風險估計的健康評估模塊(302)；以及聯(lián)接到所述健康評估模塊上的性能分析器(316)，該性能分析器(316)基于所述事件 風險估計以及與事件的成本相關的信息來產生所述檢查建議。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括聯(lián)接到所述健康評估模塊上的控制器(62)，所述控制器(6 提供所述輸入的至少一 部分，并且所述控制器(62)控制所述至少一個渦輪機的所述至少一部分的操作。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一部分是壓縮機(52)。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入包括所述壓縮機的氯離子濕沉 降水平的表示。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入還包括燃燒小時數(shù)、啟動次數(shù)、 平均溫度及平均濕度中的至少一個。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述與成本相關的信息包括意外停機成 本和檢查成本。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述性能分析器基于所述輸入來確定所 述單元是更接近健康狀態(tài)還是不健康狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，如果所述單元更接近不健康狀態(tài)，則所述 事件風險與所述確定相關。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述健康評估模塊接收代表類似單元的 歷史操作的模型參數(shù)，所述模型參數(shù)包括針對至少一個參數(shù)的平均值和協(xié)方差矩陣。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模型參數(shù)包括氯離子濕沉降水平和 其它腐蝕性指標。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪機壽命評估和檢查的系統(tǒng)及方法，具體而言，一種用于為形成機組的一部分的單元產生檢查或部件更換建議的系統(tǒng)，包括接收來自至少一個渦輪機(60)的至少一部分的輸入且產生檢查建議(70)的評估模塊(64)。評估模塊包括基于輸入和歷史操作數(shù)據(jù)來產生事件風險估計的健康評估模塊(302)；以及聯(lián)接到健康評估模塊上的性能分析器(316)，該性能分析器(316)基于事件風險估計以及與成本相關的信息來產生檢查或部件更換建議。
文檔編號F01D21/00GK102052104SQ20101053845
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者A·K·潘迪, J·辛赫, S·M·霍伊特 申請人:通用電氣公司