СИСТЕМА ДАТЧИКОВ РАБОЧЕЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ СИСТЕМ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
WORKING FLUID SENSOR SYSTEM FOR POWER GENERATION SYSTEMS

Предпосылки создания изобретения
[0001] Изобретение относится к системам электростанций и, в частности, к системам датчиков рабочей текучей среды для анализа работы, рабочих характеристик и/или эффективности турбин и систем генерации электроэнергии.
[0002] В конструкциях некоторых электростанций, например некоторых ядерных электростанций с простым циклом и комбинированным циклом, используются турбины. Анализ работы и рабочих характеристик некоторых таких систем и турбин (например, паровых турбин, паровых турбин низкого давления и т.д.) может быть проведен и/или дополнен анализом влагосодержания рабочей текучей среды (например, отработанного пара) в турбине. Этот анализ может позволить техническому персоналу и/или проектировщикам принять более обоснованные решения относительно технического обслуживания, настроек конструкции и эксплуатации установки (например, какая турбина должна работать и когда, следует ли регулировать рабочие параметры для конкретной турбины, следует ли производить техническое обслуживание для конкретной турбины и т.д.). В системах, содержащих паровую турбину низкого давления (LP), измеренное влагосодержание в отработанном паре турбины низкого давления может использоваться наряду с данными о давлении выхлопа турбины низкого давления, давлении на входе турбины низкого давления и рабочих температур турбины низкого давления для вычисления эффективности турбины низкого давления. Поэтому желательно быстро, точно и достоверно измерить влагосодержание внутри турбины, в частности в выпускной трубе турбины. В некоторых системах электростанций для определения влагосодержания рабочей текучей среды в турбине извлекают и анализируют пробы отработанного пара. В других системах пытаются использовать оптические датчики, в которых для определения влагосодержания отработанного пара используется теория ослабления света. Однако пробы может оказаться трудно взять и проанализировать, а установка, калибровка и управление работой оптических датчиков могут оказаться невозможными или неэффективными с экономической точки зрения. Таким образом, эти устройства могут быть неточными, требующими много времени для своей работы, технически сложными и/или невыполнимыми.
Сущность изобретения
[0003] Раскрываются системы для анализа работы системы генерации электроэнергии. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения система датчиков рабочей текучей среды содержит набор датчиков, сконфигурированный для его размещения внутри турбины, при этом указанный набор датчиков содержит зондовые части, которые выступают в проток в турбине для контакта с рабочей текучей средой, причем зондовые части реагируют на силу, действующую на зондовые части со стороны рабочей текучей среды, и указывают на влагосодержание рабочей текучей среды.
[0004] Первый аспект изобретения относится к системе, содержащей набор датчиков, сконфигурированный для его размещения внутри турбины, при этом указанный набор датчиков содержит зондовые части, которые выступают в проток в турбине для контакта с рабочей текучей средой, причем зондовые части реагируют на силу, действующую на зондовые части со стороны рабочей текучей среды, и указывают на влагосодержание рабочей текучей среды.
[0005] Второй аспект изобретения относится к системе, содержащей по меньшей мере одно вычислительное устройство, сконфигурированное для определения рабочей характеристики турбины путем выполнения следующих операций: получение данных о потоке от набора датчиков, подвергающихся воздействию потока рабочей текучей среды в турбине, при этом указанные данные о потоке включают по меньшей мере одно из следующего: коэффициент лобового сопротивления для набора датчиков, набор текущих окружающих условий турбины или эрозионное воздействие рабочей текучей среды на набор датчиков; определение влагосодержания рабочей текучей среды на основе данных о потоке и определение рабочей характеристики турбины на основе влагосодержания рабочей текучей среды.
[0006] Третий аспект настоящего изобретения относится к системе генерации электроэнергии с комбинированным циклом, содержащей: газовую турбину; парогенератор для регенерации тепла (HRSG, heat recovery steam generator), функционально связанный с газовой турбиной; паровую турбину, функционально связанную с парогенератором для регенерации тепла; генератор, функционально связанный с газовой турбиной и/или паровой турбиной, и набор датчиков, сконфигурированный для его размещения внутри паровой турбины, при этом указанный набор датчиков содержит зондовые части, которые выступают в проток паровой турбины для контакта с рабочей текучей средой, причем зондовые части реагируют на силу, действующую на зондовые части со стороны рабочей текучей среды, и указывают на влагосодержание рабочей текучей среды.
Краткое описание чертежей
[0007] Эти и другие признаки настоящего изобретения станут более понятными из последующего подробного описания различных аспектов изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых показаны различные варианты выполнения настоящего изобретения.
[0008] На фиг.1 показано сечение частей паровой турбины согласно варианту выполнения настоящего изобретения.
[0009] На фиг.2 показано сечение частей паровой турбины согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.
[0010] На фиг.3 показано сечение частей паровой турбины согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.
[ООН] На фиг.4 показано сечение частей паровой турбины согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.
[0012] На фиг.5 показано сечение частей паровой турбины согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.
[0013] На фиг.6 показано сечение частей паровой турбины согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.
[0014] На фиг.7 схематично показана окружающая среда, включая систему согласно варианту выполнения настоящего изобретения.
[0015] На фиг.8 показана блок-схема способа согласно вариантам выполнения настоящего изобретения.
[0016] На фиг.9 схематично показаны части многовальной электростанции с комбинированным циклом согласно варианту выполнения настоящего изобретения.
[0017] На фиг.10 схематично показаны части одновальной электростанции с комбинированным циклом согласно варианту выполнения настоящего изобретения.
[0018] Следует отметить, что чертежи в настоящем описании не обязательно выполнены в масштабе. Чертежи предназначены лишь для иллюстрации типичных аспектов изобретения и поэтому не должны рассматриваться в качестве ограничения изобретения. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
Подробное описание изобретения
[0019] Как указано выше, аспекты настоящего изобретения относятся к системам, сконфигурированным для анализа работы турбины путем получения и обработки набора данных о потоке (например, коэффициента лобового сопротивления для набора датчиков, температуры рабочей текучей среды, набора текущих внешних условий для турбины, эрозионного воздействия рабочей текучей среды на набор датчиков, значений влагосодержания и т.д.) для рабочей текучей среды (например, пара) в турбине. Эти системы включают набор датчиков, расположенных в протоке турбины так, чтобы взаимодействовать с рабочей текучей средой и получать значения данных о потоке для набора данных о потоке (например, коэффициент лобового сопротивления для набора датчиков, температуру рабочей текучей среды, набор текущих внешних условий для турбины, эрозионное воздействие рабочей текучей среды на набор датчиков, значения влагосодержания и т.д.), причем эти значения затем анализируются для оценки работы турбины.
[0020] Конструкция и особенности функционирования некоторых систем генерации энергии (включая, например, паровые турбины, газовые турбины и т.д.) может включать техническое обслуживание компонентов и/или настройку и пошаговую регулировку ряда рабочих параметров. Установка рабочих параметров и/или техническое обслуживание может определяться требуемой эффективностью системы и/или ее компонентов (например, турбин в пределах системы). Измерение влагосодержания рабочей текучей среды в данной турбине может обеспечить прямое определение в реальном времени эффективности / рабочих характеристик турбины. Однако для существующих систем нет быстрого, стандартного и/или точного способа измерения влагосодержания в турбине. Отсутствие точного и достоверного измерения влагосодержания и анализа эффективности турбины может привести к созданию неоптимизированных конструкций, затягиванию и ненадлежащему проведению технического обслуживания, а также к снижению эффективности системы.
[0021] В отличие от традиционной системы варианты выполнения настоящего изобретения раскрывают систему, которая точно и достоверно анализирует работу турбины. В системе набор датчиков помещают в проток рабочей текучей среды в турбине, таким образом непосредственно подвергая набор датчиков воздействию рабочей текучей среды и заставляя этот набор датчиков взаимодействовать с рабочей текучей средой. Реакция (например, поверхностная эрозия, коэффициент лобового сопротивления и т.д.) набора датчиков приводит к формированию набора данных о потоке в турбине в данном рабочем диапазоне (например, при заданной скорости, конкретной нагрузочной характеристике, в конкретном состоянии и т.д.). Анализ набора данных о потоке определяет влагосодержание рабочей текучей среды и соответствующие уровни рабочих характеристик турбины.
[0022] Специалистам очевидно, что описываемая здесь система может быть реализована как система (системы), способ (способы), дисплей (дисплеи) оператора или компьютерный программный продукт (продукты), например как часть электростанции, системы генерации энергии, турбинной системы и т.д. Соответственно, варианты выполнения настоящего изобретения могут принять форму полностью аппаратного обеспечения, полностью программного обеспечения (включая встроенное программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.) или же форму, объединяющую аспекты программного и аппаратного обеспечения, которые в настоящем описании в общем случае могут быть названы «схемой», «модулем», «сетью» или «системой». Кроме того, настоящее изобретение может быть реализовано в виде компьютерного программного продукта, выполненного на любом материальном носителе, который содержит программный код, используемый компьютером и реализованный на этом носителе.
[0023] Можно использовать любую комбинацию из одного или более используемых или считываемых компьютером носителей. Считываемый или используемый компьютером носитель может быть, например, не ограничиваясь этим, электронной, магнитной, оптической, электромагнитной, инфракрасной или полупроводниковой системой, устройством или прибором. Более конкретные примеры (которые не исчерпывают полный список) считываемого компьютером носителя включают следующее: электрическое соединение, содержащее один или более проводов, портативную компьютерную дискету, жесткий диск, память с произвольным доступом (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM или флэш-память), оптоволокно, портативное постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), оптическое запоминающее устройство, среду передачи, например, поддерживающую Интернет или интранет, или устройство с магнитным накопителем. Отметим, что считываемый или используемый компьютером носитель может быть даже бумажным или другим подходящим носителем, на котором напечатана программа, поскольку программа может быть переведена в электронный вид, например, посредством оптического сканирования бумажного или другого носителя, а затем скомпилирована, интерпретирована или при необходимости обработана другим подходящим способом и сохранена в памяти компьютера. В контексте настоящего описания считываемый или используемый компьютером носитель может быть любым носителем, который может содержать, хранить, передавать или транспортировать программу для использования системой исполнения инструкций, устройством или прибором или в связи с ними. Используемый компьютером носитель может включать распространяющийся сигнал данных, с помощью которого реализован используемый компьютером программный код, при этом такой сигнал может передаваться как в основной полосе частот, так и как часть несущей. Используемый компьютером программный код может быть передан с использованием любой подходящей среды, включая, не ограничиваясь этим, беспроводные средства, провода, оптоволоконный кабель, радиочастотные средства и т.д.
[0024] Компьютерный программный код для выполнения операций согласно настоящему изобретению может быть написан в рамках любой комбинации одного или более языков программирования, включая объектно-ориентированные языки программирования, такие как Java, Smalltalk, C++ и т.п., и обычные процедурные языки программирования, такие как язык «C» или аналогичные языки программирования. Программный код может выполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, как автономный пакет программ, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть связан с компьютером пользователя через сеть любого типа, включая локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), или же может быть сделано соединение с внешним компьютером (например, через Интернет с использованием провайдера услуг Интернет).
[0025] Эти программные инструкции также могут храниться в считываемой компьютером среде, которая может заставить компьютер или другое программируемое устройство обработки данных функционировать конкретным образом, так чтобы эти инструкции, хранящиеся в считываемой компьютером среде, образовывали изделие, содержащее средство инструкций, которое осуществляет функцию/действие, указанные в блоке или блоках блок-схемы.
[0026] Кроме того, компьютерные программные инструкции могут также быть загружены в компьютер или другое программируемое устройство обработки данных, чтобы вызвать выполнение последовательности операций на компьютере или другом программируемом устройстве для создания реализуемого компьютером процесса, так что инструкции, которые выполняются на компьютере или другом программируемом устройстве, обеспечивают выполнение процессов, реализующих функции/действия, указанные в блоке или блоках блок-схемы.
[0027] На чертежах показаны варианты выполнения системы, сконфигурированной для анализа работы, рабочих характеристик и/или эффективности турбин и систем генерации энергии путем генерации и анализа набора данных о потоке. Каждый из компонентов на чертежах может быть связан с другими посредством проводных, беспроводных или других обычных средств, как показано на фиг.1-10. Более конкретно, на фиг.1 показана среда 100, включающая части турбины 110 (например, паровой турбины) согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. Турбина 110 может содержать систему 120 датчиков рабочей текучей среды, которая связана с протоком 117 в турбине 110. Система 120 датчиков рабочей текучей среды может содержать вычислительное устройство 122, связанное с набором датчиков 140, расположенных в пределах протока 117. Набор датчиков 140 содержит зондовую часть 142, которая открыта для рабочей текучей среды 107 или взаимодействует с ней в протоке 117. Вычислительное устройство 122 сконфигурировано для контроля и/или анализа взаимодействия между рабочей текучей средой 107 и набором датчиков 140 и для формирования набора данных о потоке на основе этого взаимодействия.
[0028] В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может включать любое количество или комбинацию зондовых частей 142 (например, круглых цилиндров, аэродинамических поверхностей и т.д.), связанных с турбиной 110 и выступающих/перекрывающих часть протока 117. Эти зондовые части 142 могут быть сконфигурированы для их ввода в проток 117 и удаления из него и могут контактировать с рабочей текучей средой 107 во время работы турбины 110. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения зондовые части 142 могут быть введены в проток 117, как только работа турбины 110 стабилизируется в условиях расчетной точки (например, конкретной нагрузки, конкретной скорости вращения и т.д.). Реакция (например, эрозия, смещение и т.д.) зондовых частей 142 на воздействие и/или силу, оказываемую рабочей текучей средой 107, может использоваться для выработки набора данных о потоке и/или для определения влагосодержания рабочей текучей среды 107.
[0029] В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения зондовые части 142 могут подвергаться воздействию рабочей текучей среды 107 в течение заранее заданного промежутка времени, а затем удаляться из нее и анализироваться для выработки набора данных о потоке и для определения характеристик потока рабочей текучей среды 107 и/или рабочих характеристик (например, влагосодержания рабочей текучей среды 107, рабочего состояния турбины 110, рабочих характеристик турбины 110 и т.д.) турбины 110. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения контакт между рабочей текучей средой 107 и набором датчиков 140 может вызывать эрозию зондовых частей 142. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может быть взвешен до и после контакта с рабочей текучей средой 107, а разность весов набора датчиков 140 перед контактом и после контакта с рабочей текучей средой 107 определяет скорость эрозии зондовых частей 142. Определенная скорость эрозии может затем использоваться для вычисления и/или определения влагосодержания рабочей текучей среды 107. В другом варианте выполнения настоящего изобретения после контакта с рабочей текучей средой 107 может быть определена шероховатость (например, текстура/шероховатость поверхности) зондовых частей 142. Определенную шероховатость можно затем сравнить с известной шероховатостью зондовых частей 142 до контакта с рабочей текучей средой 107 для определения скорости эрозии зондовых частей 142 и, таким образом, соответствующего влагосодержания рабочей текучей среды 107. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может содержать расходуемые зонды/образцы. В другом варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может содержать расходуемое/подвергаемое эрозии покрытие, расположенное по меньшей мере на части набора датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения подвергаемое эрозии покрытие может иметь низкую эрозионную стойкость. В другом варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может содержать подвергаемую эрозии оболочку, расположенную по меньшей мере на части датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения подвергаемая эрозии оболочка может иметь низкую эрозионную стойкость.
[0030] В другом варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может быть сконфигурирован для определения набора значений лобового сопротивления (например, коэффициентов лобового сопротивления) для зондовых частей 142, подвергающихся воздействию потока рабочей текучей среды 107. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может определять влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе коэффициентов лобового сопротивления, определенных набором датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может содержать термометр и набор датчиков 187 давления (показаны штриховой линией), а вычислительное устройство 122 может содержать динамометрический элемент. Вычислительное устройство 122 может обрабатывать данные, полученные от термометра, набора датчиков 187 давления и динамометрического элемента для определения коэффициентов лобового сопротивления для зондовых частей 142. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения множество датчиков 187 давления может быть расположено в середине пролета зондовых частей 142. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 187 давления может быть расположен внутри зондовых частей 142 и выходить в рабочую текучую среду 107 через ряд отверстий 188 (показаны штриховой линией), выполненных в зондовых частях 142. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может определять влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе разности коэффициентов лобового сопротивления между всеми зондовыми частями 142 в наборе датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения зондовые части 142 могут различаться по форме. В другом варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может определять влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе среднего значения коэффициентов лобового сопротивления, определенных набором датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может быть расположено вне турбины 110. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может быть расположено удаленно (например, в отдельной части электроустановки, в другом географическом месте и т.д.) относительно местоположения турбины 110. В другом варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может быть внутренним компонентом турбины 110. Следует понимать, что набор датчиков 140 может включать любые известные датчики или датчики, которые будут разработаны в будущем, включая комбинацию устройств датчиков, преобразователей, термометров и т.д., расположенных в пределах всей турбины 110.
[0031] На фиг.2 показано частичное сечение частей турбины 110, определяющих проток 117 согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. Подразумевается, что элементы, обозначенные одинаковыми позициями на фиг.1 и фиг.2, могут быть по существу аналогичны элементам, описанным со ссылкой на фиг.1. Кроме того, в вариантах выполнения настоящего изобретения, показанных и описанных со ссылками на фиг.2-10, аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями. Для краткости описание таких элементов будет опущено. Наконец, подразумевается, что компоненты на фиг.1-10 и соответствующие их описания могут относиться к любому варианту выполнения настоящего изобретения.
[0032] В варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.2, турбина 110 может содержать первый зондовый датчик 142, второй зондовый датчик 144 и ложечный датчик 146, связанный с частями турбины 110 и находящийся в контакте с частью протока 117. Первый зондовый датчик 142 связан с частью турбины 110 и частично выступает в проток 117. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения первый зондовый датчик 142 может иметь аэродинамическую поверхность. В другом варианте выполнения настоящего изобретения первый зондовый датчик 142 может иметь цилиндрическую форму. Второй зондовый датчик 144 связан с множеством частей турбины 110 и пересекает/простирается через часть протока 117 выше ротора 119. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения второй зондовый датчик 144 делит проток 117 на отдельные части. Ложечный датчик 146 выступает в часть протока 117 и имеет форму чаши или ложки. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения ложечный датчик 146 сконфигурирован для захвата во время работы турбины 110 части рабочей текучей среды 107. Подразумевается, что первый зондовый датчик 142, второй зондовой датчик 144, ложечный датчик 146 и/или набор датчиков 140 могут быть присоединены к турбине 110 любым известным или разработанным в будущем способом. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения в турбине 110 может быть сделан набор отверстий, позволяющих вводить, извлекать и/или фиксировать первый зондовый датчик 142, второй зондовый датчик 144, ложечный датчик 146 и/или набор датчиков 140 в протоке 117.
[0033] На фиг.3 показано частичное сечение частей турбины 110, определяющих проток 117 согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 содержит множество датчиков, установленных вокруг турбины 110 и выступающих в проток 117. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 содержит четыре датчика, установленных по окружности в протоке 117. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения датчики в наборе датчиков 140 установлены по окружности в протоке 117 примерно на равном расстоянии друг от друга. В другом варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может дополнять подход диагностических испытаний при низком давлении поперечными зондами и гребенками, при этом данный набор датчиков прикрепляют или устанавливают в пределах существующих отверстий, консолей и/или других технических средств, предназначенных для фиксации испытательных компонентов. Очевидно, что, хотя набор датчиков 140, первый зондовый датчик 142, второй зондовый датчик 144 и ложечный датчик 146 показаны расположенными внутри протока 117 под конкретными углами, эти датчики могут быть расположены под любым углом, иметь любую конфигурацию или ориентацию в пределах турбины 110 и/или протока 117. Кроме того, набор датчиков 140 может включать любое количество или комбинацию из первого зондового датчика 142, второго зондового датчика 144, ложечного датчика 146 или датчика любого другого типа или же известных или разработанных в будущем датчиков.
[0034] На фиг.4 показано частичное сечение частей турбины 110, включая систему 121 датчиков рабочей текучей среды, выполненную согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. В данном варианте выполнения настоящего изобретения система 121 датчиков рабочей текучей среды содержит опорную консоль 154, которая связана с турбиной 110 и поддерживает динамометрический элемент 152, связанный с зондовым датчиком 150. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения зондовый датчик 150 подвергается воздействию рабочей текучей среды 107 путем введения в проток 117, определяемый турбиной 110. Когда рабочая текучая среда 107 перемещается через проток 117, она оказывает на зондовый датчик 150 силу, которая может быть измерена динамометрическим элементом 152. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения на основе этой измеренной силы динамометрический элемент 152 может вычислить коэффициент лобового сопротивления зондового датчика 150. В другом варианте выполнения настоящего изобретения динамометрический элемент 152 может передать значение измеренной силы в вычислительное устройство 122 (показано на фиг.7), которое может обработать значение измеренной силы для определения коэффициента лобового сопротивления зондового датчика 150, соответствующего влагосодержания рабочей текучей среды 107 и/или любого количества других рабочих характеристик турбины 110. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения на основе коэффициента лобового сопротивления зондового датчика 150 вычислительное устройство 122 может определить эффективность и/или по меньшей мере одну рабочую характеристику турбины 110.
[0035] На фиг.5 показано частичное сечение частей турбины 110, включая систему 123 датчиков рабочей текучей среды согласно настоящему изобретению. В этом варианте выполнения настоящего изобретения система 123 датчиков рабочей текучей среды содержит ложечный датчик 146, который связан с турбиной 110 посредством системы 147 основания ложечного датчика. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения ложечный датчик 146 введен в проток 117, определяемый турбиной 110, и подвергается воздействию рабочей текучей среды 107. Когда рабочая текучая среда 107 перемещается через проток 117, она оказывает на ложечный датчик 146 силу, которая может быть измерена и/или проанализирована системой 147 основания ложечного датчика. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения ложечный датчик 146 может захватывать некоторое количество воды в рабочей текучей среде 107 и передавать захваченную воду в систему 147 основания ложечного датчика для количественного анализа и/или дальнейшего исследования. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения система 147 основания ложечного датчика может определять влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе количества воды, захваченной ложечным датчиком 146, и времени, в течение которого ложечный датчик 146 подвергается воздействию рабочей текучей среды 107. В другом варианте выполнения настоящего изобретения система 147 основания ложечного датчика может передать значение измеренного количества воды, захваченной ложечным датчиком 146, в вычислительное устройство 122 (показано на фиг.7), которое может обработать результаты измерений для определения влагосодержания рабочей текучей среды 107. В другом варианте выполнения настоящего изобретения система 147 основания ложечного датчика может вычислить коэффициент лобового сопротивления ложечного датчика 146 на основе измеренной силы. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения система 147 основания ложечного датчика может передать значение измеренной силы в вычислительное устройство 122 (показано на фиг.7), которое может обработать значение измеренной силы для определения коэффициента лобового сопротивления ложечного датчика 146, соответствующего влагосодержания рабочей текучей среды 107 и/или любого количества рабочих характеристик турбины 110.
[0036] На фиг.6 показано частичное сечение частей турбины 110, включая систему 125 датчиков рабочей текучей среды согласно настоящему изобретению. В этом варианте выполнения настоящего изобретения система 125 датчиков рабочей текучей среды содержит опорную консоль 149, которая связана с турбиной 110 и сконфигурирована для поддерживания поперечного зондового датчика 157. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения поперечный зондовый датчик 157 выступает в проток 117 и подвергается воздействию рабочей текучей среды 107. Когда рабочая текучая среда 107 перемещается через проток 117, она оказывает на поперечный зондовый датчик 157 силу, которая эродирует поверхность поперечного зондового датчика 157. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения поперечный зондовый датчик 157 может пересекать проток 117. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения опорная консоль 149 сконфигурирована для крепления поперечного зондового датчика 157 к турбине 110.
[0037] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения опорной консолью 149 может управлять специалист, вводя ее в проток 117 и извлекая ее из протока. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения специалист может вводить поперечный зондовый датчик 157 в проток 117 в течение заранее заданного промежутка времени, а затем может извлекать поперечный зондовый датчик 157 для проверки. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения специалист может взвесить поперечный зондовый датчик 157 после его взаимодействия с рабочей текучей средой 107 и сравнить этот вес с известным весом поперечного зондового датчика 157 до взаимодействия с рабочей текучей средой 107. Затем специалист может определить скорость эрозии поперечного зондового датчика 157 и соответствующее влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе разности между весами поперечного зондового датчика 157 до и после взаимодействия с текучей средой. В другом варианте выполнения настоящего изобретения специалист может определить состояние поверхности (например, шероховатость) поперечного зондового датчика 157 после взаимодействия с рабочей текучей средой 107 и сравнить это состояние поверхности с известным состоянием поверхности поперечного зондового датчика 157 до взаимодействия с рабочей текучей средой 107. Затем специалист может использовать разность между этими состояниями поверхности для определения скорости эрозии поперечного зондового датчика 157 и связанного с ней влагосодержания рабочей текучей среды 107. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения специалист может определить влагосодержание рабочей текучей среды 107 и/или эффективность турбины 110 на основе скорости эрозии или увеличения шероховатости поверхности поперечного зондового датчика 157 с течением времени. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения специалист может устанавливать связь/сравнивать измеренную скорость эрозии или увеличение шероховатости поверхности с набором скоростей эрозии или значений увеличения шероховатости поверхности, которые были получены на оборудовании при лабораторных испытаниях. Эти значения получают в результате набора испытаний, проводимых в управляемой окружающей среде с аналогичным зондовым датчиком. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения может быть проведена калибровка с использованием значения эффективности турбины низкого давления, измеренного в результате испытаний согласно правилам технической эксплуатации. Очевидно, что любой анализ, выполняемый специалистом, может производиться вычислительным устройством 122. Кроме того, вычислительное устройство 122 может применяться для автоматизации использования поперечного зондового датчика 157, включая его ввод и извлечение.
[0038] На фиг.7 показан пример среды 200, включающей систему 124 датчиков рабочей текучей среды согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. Среда 200 включает компьютерную инфраструктуру 202, которая способна выполнять различные процессы, описанные здесь. В частности, показано, что компьютерная инфраструктура 202 содержит вычислительное устройство 122, которое содержит систему 124 датчиков рабочей текучей среды, позволяющую вычислительному устройству 122 анализировать работу турбины 110 путем выполнения шагов процесса согласно изобретению. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может определить эффективность и/или по меньшей мере одну рабочую характеристику турбины 110 на основе коэффициента лобового сопротивления для набора датчиков 140. Компьютерное программное обеспечение может включать процедуры для анализа свойств пара, позволяющие рассчитывать термодинамическую переменную, необходимую для расчета эффективности турбины низкого давления.
[0039] Как указано выше и рассмотрено ниже, технический результат использования системы 124 датчиков рабочей текучей среды заключается в обеспечении возможности вычислительному устройству 122 выполнять, помимо прочего, анализ рабочей текучей среды. Следует понимать, что некоторые из различных компонентов, показанных на фиг.7, могут быть выполнены по отдельности, объединены и/или могут храниться в памяти одного или более отдельных вычислительных устройств, которые входят в вычислительное устройство 122. Кроме того, следует понимать, что некоторые из компонентов и/или функциональных элементов могут быть не реализованы или же дополнительные схемы и/или функциональные элементы могут быть включены как часть системы 124 датчиков рабочей текучей среды.
[0040] На чертеже показано, что вычислительное устройство 122 содержит память 212, процессорный блок (PU) 214, интерфейс 216 ввода/вывода (10) и шину 218. Кроме того, показано, что вычислительное устройство 122 связано с внешним устройством/ресурсом 220 ввода/вывода и системой 222 хранения. Как известно, в общем случае процессорный блок 214 выполняет компьютерный программный код, такой как система 124 датчиков рабочей текучей среды, которая хранится в памяти 212 и/или системе 222 хранения. При исполнении компьютерного программного кода процессорный блок 214 может считывать данные, например, графического интерфейса 230 пользователя и/или рабочие данные 234 из памяти 212, системы 222 хранения и/или интерфейса 216 или записывать эти данные в них. Шина 218 обеспечивает линию связи между всеми компонентами вычислительного устройства 122. Устройство 220 ввода/вывода может содержать любое устройство, которое позволяет пользователю взаимодействовать с вычислительным устройством 122, или любое устройство, позволяющее вычислительному устройству 122 взаимодействовать с одним или более другими вычислительными устройствами. Устройства ввода/вывода (включая, не ограничиваясь этим, клавиатуры, дисплеи, указательные устройства и т.д.) могут быть подсоединены к устройству непосредственно или через промежуточные контроллеры ввода/вывода.
[0041] В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения, как показано на фиг.7, среда 200 может опционально включать первый зондовый датчик 242, второй зондовый датчик 244 и ложечный датчик 246, связанные с турбиной 110 и вычислительным устройством 122 (например, с помощью беспроводных или проводных средств). Как известно, первый зондовый датчик 242, второй зондовый датчик 244 и ложечный датчик 246 могут содержать любое количество датчиков, включая термометр, датчик влажности, инструменты для газовой турбины, инструменты для паровой турбины и т.д. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 и/или система 124 датчиков рабочей текучей среды могут быть расположены на турбине 110 или внутри турбины 110.
[0042] В любом случае вычислительное устройство 122 может содержать любое вычислительное изделие общего назначения, способное выполнять компьютерный программный код, установленный пользователем (например, персональный компьютер, сервер, переносное устройство и т.д.). Однако очевидно, что вычислительное устройство 122 является только примером различных возможных эквивалентных вычислительных устройств и/или специалисты способны выполнять различные шаги процесса согласно изобретению. Поэтому в других вариантах выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может содержать любое специализированное вычислительное изделие, включающее аппаратное обеспечение и/или компьютерный программный код для выполнения конкретных функций, любое вычислительное изделие, которое содержит комбинацию аппаратного обеспечения/программного обеспечения общего назначения и специального назначения и т.п. В каждом случае программный код и аппаратное обеспечение могут быть созданы с использованием стандартного программирования и инженерных решений, соответственно. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может быть распределенной системой управления или может включать такую систему. В другом варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может являться неотъемлемой частью газовой турбины. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может являться неотъемлемой частью паровой турбины. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может быть частью системы 140 генерации энергии. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может содержать контроллер MARK VI. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения вычислительное устройство 122 может содержать блок контроля, расположенный радом с турбиной 110, и блок обработки, расположенный удаленно по отношению к турбине 110.
[0043] На фиг.8 показана последовательность операций способа согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. В предварительном процессе РО запускают турбину 110 и придают параметрам работы турбины испытательные значения (например, значения скорости, конкретной нагрузки, ряда указанных рабочих параметров и т.д.) для анализа, выполняемого системой 124 датчиков рабочей текучей среды и/или вычислительным устройством 122. Таким образом, рабочие параметры турбины 110 могут быть выбраны из различных температур пара, нагрузок или других рабочих диапазонов параметров и ограничены устойчивой работой в пределах выбранных диапазонов. Диапазон выбранных рабочих условий для турбины 110 включает, но не обязательно ограничен этим, заложенные при разработке оптимальные рабочие условия для турбины 110. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения рабочие параметры турбины 110 могут быть стабилизированы. В другом варианте выполнения настоящего изобретения рабочие параметры турбины 110 можно установить на базовом уровне, а затем менять во время анализа. Процесс испытаний может быть автоматическим/запланированным анализом работы турбины 110, анализом работы турбины 110, вызванным условиями, или ручным / управляемым командами пользователя анализом работы турбины 110. После предварительного процесса P0 в процессе P1 запускают систему 124 датчиков рабочей текучей среды и вводят зондовые части 142 набора датчиков 140 в проток 117 турбины 110. Выдвижение и/или ввод в турбину 110 заставляет зондовые части 142 войти в контакт и взаимодействовать с рабочей текучей средой 107, которая перемещается в протоке 117 при работе турбины 110. После процесса P1 в процессе P2A специалист и/или вычислительное устройство 122 получает набор данных о потоке для рабочей текучей среды 107. Данные о потоке могут быть получены по меньшей мере из одного из следующего: памяти 212, системы 222 хранения и/или набора датчиков 140. Данные о потоке могут включать температуру рабочей текучей среды 107, давление рабочей текучей среды 107, скорость эрозии зондовых частей 142, коэффициент лобового сопротивления для зондовых частей 142 в рабочей текучей среде 107 и т.д. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 может быть связан с динамометрическим элементом 152, который получает значения в реальном времени и/или обновляемые значения данных для рабочей текучей среды 107. После процесса P2A в процессе P3A специалист и/или вычислительное устройство 122 получает доступ к данным 235 характеристик потока (например, к справочной таблице, заранее сформированной зависимости известных коэффициентов лобового сопротивления для набора датчиков 140, конструктивным особенностям паровой турбины и т.д.), чтобы определить влагосодержание рабочей текучей среды 107 на основе данных 234 о потоке, полученных из турбины 110 посредством набора датчиков 140. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения данные 235 характеристик потока могут быть разработаны в лабораторной испытательной работающей турбине в управляемых условиях для разработки эталонного набора данных 235 характеристик потока, который может быть коррелирован с полученными данными 234 о потоке. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения влагосодержание рабочей текучей среды 107 может быть определено при рассмотрении коэффициента лобового сопротивления зондовых частей 142 как функции от влагосодержания.
[0044] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения специалист, вычислительное устройство 122 и/или процессорный блок 214 могут получить доступ к любому из следующего: справочной таблице коэффициентов лобового сопротивления, заранее сформированной зависимости лобового сопротивления и/или хранящимся данным коэффициента лобового сопротивления. Специалист, вычислительное устройство 122 и/или процессорный блок 214 могут сравнить набор данных 234 о потоке со значениями данных в любом из следующего: справочной таблице коэффициентов лобового сопротивления, заранее сформированной зависимости лобового сопротивления и/или хранящимся данным коэффициента лобового сопротивления, чтобы определить влагосодержание рабочей текучей среды 107. После процесса РЗА, в процессе P4 специалист, вычислительное устройство 122 и/или процессорный блок 214 могут определить рабочее состояние и/или эффективность турбины 110 на основе определенного влагосодержания рабочей текучей среды 107.
[0045] Альтернативно, в процессе P2B зондовые части 142 оставляют выступающими в проток 117 во время работы турбины 110 в течение заранее заданного промежутка времени (например, в течение нескольких минут, часов, дней и т.д.). После того как зондовые части 142 находились в контакте с рабочей текучей средой в течение заранее заданного промежутка времени, зондовые части 142 удаляют из протока 117. Удаление зондовых частей 142 может быть произведено автоматически или выполнено вручную специалистом. Зондовые части 142 могут быть извлечены одновременно или по отдельности. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения каждая зондовая часть 142 в наборе датчиков 140 может быть извлечена последовательно через изменяющиеся промежутки времени. В любом случае после процесса P2B в процессе P3B набор датчиков 140 анализируют, чтобы определить воздействие от контакта с рабочей текучей средой 107. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения набор датчиков 140 взвешивают после извлечения, и этот вес сравнивают с известным весом набора датчиков 140 до контакта с рабочей текучей средой 107, чтобы определить количество потерь вследствие эрозии, понесенных набором датчиков 140. Количество потерь вследствие эрозии используют затем для определения соответствующего влагосодержания рабочей текучей среды 107. В другом варианте выполнения настоящего изобретения после извлечения зондовых частей 142 определяют шероховатость их поверхностей. Шероховатость поверхности сравнивают с известной шероховатостью поверхности зондовых частей 142 до контакта с рабочей текучей средой 107, чтобы определить эрозионное воздействие рабочей текучей среды 107 на зондовые части 142. Определенное эрозионное воздействие используют для определения соответствующего влагосодержания рабочей текучей среды 107. После процесса P3B в процессе P4 специалист, вычислительное устройство 122 и/или процессорный блок 214 могут определить рабочее состояние и/или эффективность турбины 110 на основе определенного влагосодержания рабочей текучей среды 107.
[0046] После процесса P4 в процессе P5 специалист, вычислительное устройство 122 и/или процессорный блок 214 обновляют память 212, систему 222 хранения и/или набор данных 235 характеристик потока на основе считанных показаний датчиков 140. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения используется считывание в реальном времени для обновления набора данных 234 о потоке, калибровке прогнозирующего программного обеспечения, регулировке рабочих условий и/или технических требований на проектирование турбины. Считанные значения сохраняют в памяти 212 или системе 222 хранения для повышения эффективности анализа данных о потоке и прогнозирования работы турбины вычислительным устройством 122. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения такое считывание включено в анализ, производимый вычислительным устройством 122.
[0047] Последовательность операций и блок-схемы на чертежах иллюстрируют архитектуру, функциональные особенности и работу возможных реализации устройств, способов и компьютерных программных продуктов согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения. В этом отношении каждый блок в последовательности операций или в блок-схемах может представлять собой модуль, сегмент или часть кода, которая включает одну или более выполняемых инструкций для выполнения указанной логической функции (функций). Следует отметить, что в некоторых альтернативных реализациях функции, отмеченные в блоках, могут идти не в том порядке, как показано на чертежах. Например, два блока, показанные последовательно, фактически могут выполняться по существу одновременно, или же эти блоки могут иногда выполняться в обратном порядке в зависимости от реализуемой функциональности. Кроме того, отметим, что каждый блок в блок-схеме и/или в последовательности операций, а также комбинации блоков в блок-схемах и/или в последовательности операций могут быть реализованы посредством систем на основе специализированного аппаратного обеспечения, которые выполняют указанные функции или действия, или же с помощью комбинации специализированного аппаратного обеспечения и компьютерных инструкций.
[0048] На фиг.9 схематично показаны части многовальной электростанции 500 с комбинированным циклом согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Электростанция 500 с комбинированным циклом может содержать, например, газовую турбину 580, функционально связанную с генератором 570. Генератор 570 и газовая турбина 580 могут быть механически соединены валом 515, который способен передавать энергию между газовой турбиной 580 и генератором 570. Кроме того, на фиг.9 показан теплообменник 586, функционально связанный с газовой турбиной 580 и паровой турбиной 592. Теплообменник 586 может быть связан с возможностью перемещения текучей среды как с газовой турбиной 580, так и с паровой турбиной 592 через обычные трубопроводы (позиции не указаны). Теплообменник 586 может быть обычным парогенератором для регенерации тепла, какие используются в обычных энергосистемах с комбинированным циклом. Как известно специалистам в области генерации энергии, в парогенераторе 586 могут использоваться горячий отработанный газ из газовой турбины 580 совместно с источником воды для создания пара, который подается в паровую турбину 592. Паровая турбина 592 может быть опционально соединена со второй генераторной системой 570 (через второй вал 515). Генераторная система 570, газовая турбина 580, парогенератор 586 или паровая турбина 592 могут быть функционально связаны с системой 124 датчиков рабочей текучей среды через вычислительное устройство 122, показанное на фиг.7 или описанное в других вариантах выполнения настоящего изобретения. Очевидно, что генераторы 570 и валы 515 могут иметь любой размер или тип, известный в данной области техники, и могут отличаться в зависимости от приложения или системы, с которой они связаны. Одинаковое числовое обозначение генераторов и валов здесь приведено только для ясности, при этом не обязательно предполагается, что эти генераторы или валы одинаковы. Генераторная система 570 и второй вал 515 могут работать по существу так же, как генераторная система 570 и вал 515, описанные выше. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения (показанном штриховыми линиями) система 124 датчиков рабочей текучей среды может использоваться с вычислительным устройством 122 для контроля работы паровой турбины 592. В другом варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.10, одновальная электростанция 600 с комбинированным циклом может содержать один генератор 570, связанный как с газовой турбиной 580, так и с паровой турбиной 592 посредством одного вала 515. Газовая турбина 580 и паровая турбина 592 могут быть функционально связаны с системой 124 датчиков рабочей текучей среды через вычислительное устройство 122, показанное на фиг.7 или описанное в других указанных вариантах выполнения настоящего изобретения.
[0049] Система датчиков рабочей текучей среды согласно настоящему изобретению не ограничена конкретной системой генерации энергии, системой генерации энергии с комбинированным циклом, турбиной или другой системой и может использоваться с другими энергосистемами. Кроме того, система согласно настоящему изобретению может использоваться с другими системами, не описанными здесь, в которых могут использоваться преимущества анализа работы, проводимого с помощью описанной системы датчиков рабочей текучей среды.
[0050] Как было рассмотрено выше, различные системы и компоненты описаны как «получающие» и/или «передающие» данные (например, рабочие данные, температуру компонентов, технические требования для систем и т.д.). Очевидно, что соответствующие данные могут быть получены с использованием любого решения. Например, соответствующая система/компонент может формировать данные и/или использоваться для формирования данных, извлечения данных из одного или более хранилищ данных или датчиков (например, из базы данных), приема данных из другой системы/компонента и т.п. Когда данные не формируются конкретной системой/компонентом, очевидно, что кроме показанных системы или компонента могут быть применены другие система или компонент, которые формируют данные и передают их в систему/компонент и/или хранят данные для доступа к ним системы/компонента.
[0051] Терминология, используемая в настоящем описании, предназначена только для описания конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения и не предполагает ограничения изобретения. В контексте настоящего описания единственное число подразумевает возможность использования множества объектов, если явно не указано иное. Кроме того, подразумевается, что термины «содержит» и/или «содержащий», используемые в настоящем описании, указывают на наличие описанных признаков, целых объектов, шагов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, целых объектов, шагов, операций, элементов, и/или компонентов, и/или групп, их содержащих.
[0052] В настоящем описании приводятся варианты осуществления изобретения, включая предпочтительный вариант, для раскрытия изобретения и для обеспечения возможности специалисту реализовать изобретение на практике, включая изготовление и использование любых устройств или систем и выполнение любых соответствующих способов. Объем правовой охраны изобретения определяется формулой изобретения и охватывает другие примеры, понятные специалистам. Такие другие примеры охватываются формулой изобретения, если они содержат структурные элементы, которые не отличаются от указанных в пунктах формулы, или если они содержат эквивалентные структурные элементы.