[发明专利]基于传感器计算燃气涡轮的服务间隔

说明书

本发明涉及一种用于计算负载偏斜度结果(LSR)以确定涡轮(GT)的服务间隔的方法和计算单元(10)。该方法包括：接收(S1)随时间连续测量的负载信号(1)，负载信号指示涡轮(GT)在涡轮的操作期间的负载；将随时间的负载百分比信号(lp)确定(S4)为所接收的所测量的负载信号(1)与最大容量信号(mc)的偏差，其中最大容量信号(mc)表示在给定时间生成的最大可能负载并且根据连续测量的传感器信号(s)而被计算，所连续测量的传感器信号表示涡轮操作的操作参数；基于所确定的负载百分比信号(lp)，计算(S5)负载百分比分布(LPD)；作为所计算的负载百分比分布(LPD)的不对称量度来计算(S6)负载偏斜度因子(LSF)；提供(S7)负载偏斜度结果(LSR)，负载偏斜度结果(LSR)包括所计算的负载百分比分布(LPD)和所计算的负载偏斜度因子(LSF)。

燃气涡轮通过将燃料能量转化为机械功率或电功率(通过连接至发电机)而被用于各种生产设备中的功率生成。基础热力循环涉及压缩气态介质(通常为空气)，通过燃烧或热交换增添燃料能量，以及通过涡轮的热压缩气体膨胀将热能转化为轴功率。与理想热力循环相比，实际的燃气涡轮无法在无摩擦且无损耗的情况下执行这些过程。

燃气涡轮是具有多个零件的复杂系统，这些零件需要正确地操作以保障涡轮操作。为了保障燃气涡轮的正确操作，需要限定服务间隔。各种技术因素都会影响燃气涡轮的服务计划和服务间隔。

目的在于在不危及安全的情况下，实现最高可能的可靠性和可用性。为了满足这些要求，数十年来，预防性维护和基于条件的维护理念一直应用于这些机器。

核心理念是在实际故障之前替换有风险的部件，以避免计划外的停机时间或安全相关事故。另一方面，这些部件十分昂贵，并且因此，推迟更换这些部件可以节省大量资源。找到最佳更换时间以使可靠性、可用性最大化并使成本和停机时间最小化，对于工程师来说一直是一项具有挑战性的任务。

部件的移除时间取决于每个部件的每个关键位置的(一个或多个)主要故障机制，这转而又取决于材料、机械负载、温度、速度及多个其它参数。

这些参数本身取决于机器在小时数、负载水平和操作周期方面的使用情况。由于这种情况非常复杂，工程部门考虑材料特性、负载、数值模型等所有不确定性，计算每个关键部件的预期必要服务间隔。部件的“技术寿命”尤其取决于气体温度、壁厚、冷却空气流、涂层厚度及其它材料特性。

在已有的技术中，使用假定参数固定值的确定性途径来进行计算是已知的。由于参数的分散以及为了克服不确定性，使用了“安全因子”。

另一种已知的理念是使用所谓的等效操作小时数(EOH)或等效周期(EOC)作为活动时间的量度。

EOH/EOC概念基于以下技术背景。

涡轮的技术操作参数对部件的磨损具有强烈影响。例如，涡轮入口温度的快速变化以及在超过基础负载的温度的气体温度下操作的操作时间段会引起对热气路径器件的附加应力。通过确定基本负载应力下的等效操作小时数(EOH)，允许这种应力对这些器件的使用寿命的影响。为此，各种温度范围内的各种过程事件和操作小时数分别被赋值单独的因子，然后将这些因子相加。

实际操作小时数通常小于等效操作小时数(EOH)，因为(如上所述)EOH的概念是基于这样的技术观察：涡轮零件的磨损与操作条件相关。

因此，操作条件的一个关键因子是涡轮操作的负载水平(作为所提供的能量的量度)。

在已有的技术中，已知使用预防性维护操作来减少故障及其相关成本。然而，维护操作的成本很高。因此，投入了大量努力以使由故障引起的预期总成本以及工业设备的预防性维护最小化。在已有的技术中，大多数预防性维护途径包括使用固定时间表，该时间表被预先优化以使成本最小化。