专利名称：燃气轮机的状态诊断方法及诊断系统的制作方法
技术领域：
本发明属于燃气轮机的损伤状态的诊断技术的领域。
背景技术：
作为采用燃气轮机的发电设备和/或供热设备，已知有燃气轮机发电机组、燃气轮机和汽轮机组合进行发电的组合发电机组和利用燃气轮机发电并将同时产生的热和温水应用于取暖等的热电联产机组。
这些机组中使用的机器及装置的总数可达数万。构成这些机组的装置及机器，由于长年工作发生劣化而出现故障的可能性令人担心。因此，为了保持机组的健全进行稳定的供电和供热，有时采用在构成机组的装置及机器发生故障之后进行补修的事后保全的办法。
不过，如果可以把握构成机组的装置及机器的现在的运行状态及损伤状态，可以预测剩余寿命，则最好采用进行称为预防保全的计划检修的事前对策这是自不待言的。
作为有关该预防保全的公知例，存在以下所示的技术。在日本专利特开平2-294525号公报中公开的技术中，是在根据涡轮机的运行状态量推定的高温部件的温度、应力应变及应变能的基础上，利用运行时间、启动停止次数等运行数据确认每次运行的损伤量。可是，该公知例，对于损伤只考虑了龟裂。此外，对于正常运行中的负荷变动未加考虑。
在日本专利特开平10-196403号公报中公开的技术中，是将装填到机组设备的现在状态和机组实际数据输入，对各个机器/部件计算出加上运行时间或启动停止次数、运行负载状态等的等价运行时间而确认损伤量。可是，在此公知例中，只有在一次启动停止后才可能计算出等价运行时间，不能实时计算出等价运行时间。因此，既不能考虑到正常运行中的负荷变动的影响，也不可能进行实时的损伤和寿命诊断。
在日本专利特开平10-293049号公报中公开的技术中，在燃气轮机的定期检查等的每次检修中，利用实机劣化损伤检查装置检查燃气轮机的劣化损伤状态，利用剩余寿命诊断装置评估该劣化损伤状态，预测检修时间以后的燃气轮机部件的劣化损伤状态。因此，在此公知例中，由于每次检修都检查劣化损伤状态，在运行中不进行实时或每次运行的劣化损伤诊断。
在日本专利特开平11-3113号公报中公开的技术中，公开了远距进行机器的劣化诊断的对多个机器进行高效的劣化诊断与管理的技术。在该公知例中，关于机器的劣化诊断方法未提出具体方案。
在日本专利特开平7-65081号公报中公开的技术中，公开了以部件的累积使用时间为基准的部件更换时间及对其进行管理。但是，因为此公知例是以部件更换的基准作为累积使用时间，通常，不能只以累积使用时间作为实际的部件寿命，考虑启动停止次数可以精度更高地表示实际的部件寿命。
在日本专利特开平8-44421号公报中公开的技术中，公开的是在损伤量管理时，在以启动停止次数作为主要因素时以龟裂作为基准进行，利用结构部件的劣化损伤量计测单元、运行历史记录单元及数据管理单元进行机器的保养，但因为进行的是根据预想的运行条件通过计算预测损伤进行的劣化诊断，不仅可以对照运行中的实际状态了解损伤的进行状态，而且也可能高精度地表示实际的部件寿命的状态。
发明内容
本发明的目的在于提高燃气轮机的状态诊断的精度。
用来达到本发明的目的的方法，是利用燃气轮机的运行信息和通过上述安装于燃气轮机中的传感器在燃气轮机运行中计测的过程信息，计算出在上述运行中将构成上述燃气轮机的部件的损伤程度以运行时间进行评估的等价运行时间，根据上述计算出的等价运行时间及最初确定的管理基准诊断上述燃气轮机的状态的方法，根据此方法，可以提供一种将运行中的燃气轮机的过程信息及运行信息取作分析的数据而得到迅速且高精度的劣化损伤状态的分析结果的方法。
用来达到本发明的目的的装置，是一种燃气轮机的状态诊断装置，其中包括安装于燃气轮机中的传感器；根据利用上述传感器检出的过程信息和运行信息对多个劣化损伤模式中的每一个以运行时间评估诊断地点的损伤程度的等价运行时间的计算单元；将上述多个劣化损伤模式中的每一个的等价运行时间相加计算出全等价运行时间的计算单元；根据计算出的上述全等价运行时间及最初确定的管理基准诊断燃气轮机的状态的诊断单元；以及显示利用上述诊断单元得到的诊断结果的显示单元；利用此装置，可以提供一种将运行中的燃气轮机的过程信息及运行信息取作分析的数据而从多个劣化损伤模式的等价运行时间得到迅速且高精度的劣化损伤状态的分析结果的装置。
用来达到本发明的目的的另一装置，是一种燃气轮机的状态诊断装置，其中包括取得来自安装于燃气轮机中的传感器的过程信息及上述燃气轮机的运行信息的运行监视装置；将取得的燃气轮机的上述各种信息通过通信发送给上述运行监视装置的通信装置；根据通过上述通信装置得到的上述燃气轮机的各种信息对多个劣化损伤模式中的每一个计算出以运行时间评估诊断地点的损伤程度的等价运行时间并将上述多个劣化损伤模式中的每一个的等价运行时间相加计算出全等价运行时间，根据计算出的上述全等价运行时间及最初确定的管理基准诊断燃气轮机的状态的分析服务器；以及具有上述分析服务器、WWW浏览器或WWW服务器的设备管理装置；利用此装置，除了可以提供一种将运行中的燃气轮机的过程信息及运行信息取作分析的数据而从多个劣化损伤模式的等价运行时间得到迅速且高精度的劣化损伤状态的分析结果之外，还可以提供使远方的人士能够迅速且容易地利用WWW浏览器或WWW服务器取得分析结果的便利性。
图1为本发明的实施例的燃气轮机发电设备的远方诊断系统的构成的示图。
图2为图1的实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命诊断的概略处理流程图。
图3图1的实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命诊断的详细处理流程图。
图4为用来表示有关燃气轮机的诊断地点所使用的材料的损伤的主曲线的曲线图。
图5示出有限元法分析的分析条件。
图6为示出有限元法分析例的示图。
图7为示出实运行时间和温度变动的计测区域的示图。
图8为示出可以应用于本发明的实施例中的高温部件损伤诊断及寿命诊断系统过程信息、运行信息及维护信息的示图。
图9为示出应用于本发明的实施例的过程信息和运行信息的示图。
图10为本发明实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命预测的曲线图。
图11为示出本发明实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命预测的Web图面输出例的示图。
图12为示出本发明实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命预测的Web图面输出例的示图。
图13为示出本发明实施例的燃气轮机的高温部件损伤诊断及寿命预测的Web图面输出例的示图。
图14为本发明实施例的机器管理一方WWW服务器/浏览器的图面输出例的示图。
具体实施例方式
作为采用燃气轮机的发电设备和/或供热设备，已知有燃气轮机发电机组、燃气轮机和汽轮机组合进行发电的组合发电机组和利用燃气轮机发电并将同时产生的热和温水应用于取暖等的热电联产机组。
在下面示出的本发明的实施例中，示出的是利用燃气轮机的发电设备(燃气轮机发电设备)。
该发电设备采用的燃气轮机具有燃烧器3；该燃烧器3包括将燃料喷嘴喷出的燃料和来自压缩机2的空气预先混合的预混合器；包围使来自预混合器的预混合流体燃烧而生成燃气的区域的圆柱形衬套；以及担负进入与之衔接的涡轮4的流路任务的尾筒(转移段)，这些容纳于外筒和与其相连接的机壳内。
此燃气轮机，是在其燃烧器内燃气冲击涡轮4内的静叶片和动叶片时通过使动叶片转动而得到使发电机转动的驱动力。
因此，在燃气轮机发电设备中，在燃气轮机中集中存在高温部件。这些部件，就是如图9的对象部件一栏中示出的燃烧器衬套、燃烧器转移段、涡轮4内的静叶片和动叶片等机件。
图1的燃气轮机发电设备1包括由压缩机2、燃烧器3及涡轮4构成的燃气轮机及由燃气轮机驱动的发电机5。此外，在发电设备以燃气轮机作为主机的组合发电机组的场合，还要增加排热回收锅炉6、蒸汽涡轮7及由蒸汽涡轮7驱动的发电机8及冷凝器9等。
在这些主要机器中，即在压缩机2、燃烧器3、涡轮4、发电机5、8、排热回收锅炉6、蒸汽涡轮7、冷凝器9以及其他机器中安装有用来监视其状态的各种传感器10。这些传感器10，以缆线与运行监视装置11连接，过程信息在运行监视装置11中处理或保存。
运行监视装置11，将利用传感器10检出的过程信息和从燃气轮机发电设备及燃气轮机的运行控制装置接受的运行信息，通过运行监视装置一方的通信机器12、通信线路13、机器管理装置一方的通信机器14发送到机器管理装置15。运行监视装置11和运行监视装置一方的通信机器12也可以是同一台电子计算机。另外，机器管理装置一方的通信机器14也可以在机器管理装置15的内部。
作为通信线路13，可使用公用电话线路等的专用线路、因特网线路、卫星线路等。在使用因特网线路作为通信线路13时，考虑到数据的安全性，在运行监视装置一方的通信机器12和机器管理装置一方的通信机器14上连接有防火墙。
在图1中，由安装于构成燃气轮机的机器中的传感器10对显示燃气轮机的机器的状况的信息，比如，温度方面的排气温度a1、喷出空气温度a3、入口空气温度a7，压力方面的喷出空气压力a4、入口空气压力a8，振动方面的轴承振动a12、轴振动a13等的温度、压力和振动的过程信息进行计测。得到的这些过程信息发送到运行监视装置11。
运行监视装置11，判定运行中的燃气轮机发电设备1是否是处于正常状态。运行中的燃气轮机的正常和异常的判定，可以利用通常运行中的燃气轮机的异常判定中适用的方法。比如，可以采用以排气的温度、振动的容许值为基准的异常判定法。
如燃气轮机发电设备1是正常状态，由传感器10选择的信息及运行信息存放于与运行监视装置11相连接的数据保管装置中，并且其一部分数据以大约1次/1日的频率发送到机器管理装置15。
特别是，在燃气轮机的机器中，与重要机器的损伤关系密切的信息(温度及压力)，以大约1次/1秒的频率从运行监视装置11发送到机器管理装置15。在燃气轮机发电设备处于某种异常状态时，通过运行监视装置一方的通信机器12、通信线路13及机器管理装置一方的通信机器14，将由传感器10得到的全部数据以大约1次/1秒的频率发送到机器管理装置15。另外，这些数据传送频率不一定必须是此处列举的频率，可以根据燃气轮机机器的信息发送的重要性、紧急性、经济性、通信线路的稳定性及其他状况而使用任意的传送速度。
机器管理装置15，由多台电子计算机构成，此处举出图1为例。机器管理装置15，由分析服务器16、WWW服务器19、WWW浏览器20、21和LAN22等构成。
此处所说的WWW，是World Wide Web(万维网)。并且，所说的LAN，是Local area network(局域网)。机器管理装置15形成客户机服务器系统。所说的客户机服务器系统，是由多个电子计算机构成的其功能分为服务器功能和客户机功能的网络系统。在本说明书中，在谈到WWW服务器时，它一般是由用来使WWW工作的装置(称为计算机或电子计算机的装置)和软件(程序)构成的。这一点在谈到“分析服务器”时也一样，解释为设置分析的程序和作为服务器的程序的计算机。
在分析服务器16中，有涉及损伤的数据库17和涉及损伤的知识库18。在图1中，机器管理装置15，是由分析服务器16、WWW服务器19、WWW浏览器20、21四台电子计算机构成，但连接的电子计算机的数目可根据需要而增减。分析服务器16、WWW服务器19、WWW浏览器20、21的设置地点不一定必须是一个地点，比如，也可以分散设置于研究部所、保养保全(计划)部署、设计部署等处。任何电子计算机也都具有利用画面的显示装置和键盘等手动输入单元。
不管燃气轮机发电设备1的状态为正常或异常，从运行监视装置11发送的各种过程信息、运行信息发送到机器管理装置15内的分析服务器16，保存于分析服务器16的数据库17中。过程信息，是对启动停止次数b1、跳机次数b2、发电输出b5等作为运行结果进行计测的状态量，一般利用传感器等进行监视而不进行控制。例外的是燃料流量a6和入口可变叶片角度a10。对此，运行信息是由运行者确定的要素，一般是由运行控制盘计测的值，主要由运行监视装置11收集。这样，运行信息，基本上是从运行燃气轮机的控制盘获得。通常，在该控制盘中有运行控制信号(启动及停止及燃料流量指令)信息，有对其进行监视的监视器。因为在图1的运行监视装置11中也包含该控制盘的监视器装置，运行监视装置11可以收集运行信息。
从安装于燃气轮机发电设备1中的传感器10发出的过程信息及从运行监视装置11发出的运行信息及在分析服务器16内分析、处理的各种信息，可以认为是可以由在机器管理装置15内的电子计算机阅览、检索和处理的。比如，在研究部所，以在分析服务器16内分析的数据为基础，可以进行机器的诊断结果的评估。此外，在保养保全(计划)部署中，以在分析服务器16内分析的数据为基础，可以对作为对象的机器的保养保全计划进行立案。此外，在设计部署中，可以将在分析服务器16分析的数据应用于机器的设计开发支援等。
如果分析服务器16收到从运行监视装置11发出的信息，分析服务器16内的运算处理部就访问数据库17，调用一直到机器的现在为止的运行信息。并且，分析服务器16，利用现在的运行信息和传感器10的信息，进行构成燃气轮机发电设备1的机器的损伤和寿命诊断。
本实施例的诊断对象不限于一个燃气轮机发电设备，也可以扩展到其他的燃气轮机发电设备23。这些发电设备，利用通信线路13与机器管理装置15相连接。通常，在机器管理装置15中，同等接受从所有的监视对象的燃气轮机发电设备23发出的数据。不过，在某一个燃气轮机发电设备的诊断的紧急度增加时，可优先接受从该燃气轮机发电设备发出的数据。
图2示出本实施例的损伤诊断及寿命诊断的各个信息的概略流程图。在图2中，在步骤S3中，从燃气轮机发电设备1一方的运行监视装置11，向机器管理装置15的分析服务器16提供过程信息；分析服务器16，针对高温部件，对在步骤S4中示出的温度及应力应变进行演算而求出在步骤S5中示出的高温部件(材料)的损伤率的改变，在步骤S6中从运行监视装置11提供给分析服务器16一方，在步骤S7中取得运行信息并利用运行信息和损伤率的改变对蠕变及热疲劳进行运算，并在步骤S8中计算该高温部件(材料)的等价运行时间。在步骤S9中从分析服务器16向运行监视装置11发送损伤信息而向燃气轮机的运用者一方提供损伤信息。如果在步骤S10中，在燃气轮机的运用者一方生成运行计划信息输入到运行监视装置11，则该运行计划信息发送到分析服务器16一方并在步骤S11中分析服务器16计算出基于该信息的剩余寿命。最后，在步骤S12中，从分析服务器16将剩余寿命的信息发送到运行监视装置11提供给燃气轮机的运用者一方。另外，在步骤S9及步骤S12中，也不一定要向燃气轮机的运用者提供损伤及剩余寿命的信息。
这样，各个步骤S4、S5、S7、S8、S11的处理，是由机器管理装置15内的分析服务器16进行。这些处理，是根据设备诊断者的指示有意地或自动地进行。各个步骤S3、S6、S9、S10、S12是在燃气轮机发电设备1的运行监视装置11内处理的信息。步骤S9、S12是设备诊断者在分析服务器16内得到的信息，并且也提供给燃气轮机的运用者。步骤S10，是燃气轮机的运用者确定运行计划信息并可以通过输入提供给分析服务器16的信息。根据各个步骤S9、S12的各信息，燃气轮机的运用者可以制定运行计划和维修计划。
如果将图2所示的概略信息处理流程更进一步细化，则如图3所示。在本实施例中，在利用过程信息进行高温部件的损伤·寿命诊断时，预先实施从步骤S31到步骤S17中示出的准备步骤S35。该准备步骤S35的处理，是由设备诊断者利用图1的分析服务器16进行。另外，这些准备步骤S35的处理也可由设备诊断者以外的人进行，并且也可以利用其他分析服务器进行从步骤S31到步骤S17中示出的准备步骤S35的处理。作为结果，如果通过进行从步骤S31到步骤S17中示出的准备步骤S35的处理作业，能够将步骤S35的处理得到的关系式的信息输入到图1的知识库18就可以了。
在步骤S35中，首先在步骤S13中生成表示图3所示的材料的温度变化ΔT和损伤率Dc、Df的关系的主曲线。在本图中，图中的横轴表示温度Tm，纵轴表示损伤率Dc、Df。以函数表示设计基准温度Tm0与损伤率Dc0、Df0的变化的关系，相应于设计基准温度Tm0的改变，损伤率Dc、Df改变。表示温度变化ΔT和损伤率Dc、Df之间的关系的主曲线，对每种材料和对象高温部件的每个部位都分别针对热疲劳损伤和蠕变损伤而生成。另外，在对别的损伤模式进行评估时，也可以生成针对别的损伤模式的图。
在步骤S14中，生成过程信息和对象高温部件的热边界条件的关系式。关系式，在式1的说明中予以叙述。
(式1)Tb周边气体温度[℃]Tc冷却气体温度[℃]Tα传感器温度1[℃]Tβ传感器温度2[℃]C1传感器和热边界条件关系式的系数在利用有限元法对对象高温部件的温度Tm、应变εm进行分析时，根据安装于燃气轮机的构成机器中的一些过程信息(温度)推定对象高温部件的热边界条件。热边界条件是对象高温部件的周边气体温度Tb和对象高温部件的冷却气体温度Tc。这些温度和过程信息(温度Tα、Tβ)的关系式预先作成如式1。另外，在此处示出的关系式中，对象高温部件的热边界条件表示为过程信息的一次函数，但也可以采用其以外的函数形式，并且也可以增加所使用的过程信息。
在步骤S15中，在对象高温部件的有限元法分析中计算出所使用的热边界条件。在步骤S16中，进行利用有限元法的热·结构分析。此时的热边界条件，假设如图5所示。周边气体温度Tb和冷却气体温度Tc都以各自的设计条件为中心使温度改变。在图5的示例中，周边气体温度设定为以设计基准温度为基准正负10℃、冷却气体温度设定为以设计基准温度为基准正负40℃。还有，作为此外的燃气轮机的运行条件，求出燃气轮机跳机时的热边界条件、燃气轮机的负荷变动时的代表性的热边界条件、在无热应力时转动中的动叶片承受的离心力所引起的应力σm、应变εm等。
图6为示出作为动叶片的实施例的有限元法的分析结果的示图。在步骤17中，以一直到上一个步骤为止的结果为基础，预先生成热边界条件和温度Tm，应力σm，应变εm的关系式。关系式在式2的说明中予以叙述。
(式2)Tm对象部件温度[℃]σm对象部件应力[MPa]εm对象部件应变ri热边界条件和温度·应力·应变关系式的系数Tb周边气体温度[℃]Tc冷却气体温度[℃]在由安装于燃气轮机的构成机器中的过程信息(温度Tα、Tβ)推定对象高温部件的温度Tm、应力σm、应变εm时，预先如式2生成温度Tm、应力σm、应变εm和对象高温部件的热边界条件的关系式。另外，在此处示出的关系式中，温度Tm、应力σm、应变εm是作为对象高温部件的热边界条件的二次函数表示的，但也可以以其以外的函数表示，并且也可以增加所使用的热边界条件。
因为利用步骤S13至步骤S17，生成过程信息和温度Tm、应力σm、应变εm的关系式，以后就可以不进行有限元法分析而算出蠕变损伤Dc和热疲劳损伤Df。这些关系式，作为涉及损伤的信息，保存于图1的知识库18中。此知识库18，与数据库17一起保存于分析服务器16内。
下面对实际的损伤诊断及寿命诊断的流程予以说明。首先，在步骤20中，设备诊断者在任意的定时通过分析服务器的输入进行要进行诊断的部件的选择。并且设置成为对于有关该所选择的部件的损伤诊断所必需的各种过程信息、运行信息及分别选择知识数据并由分析服务器在需要的定时将其读入。之后，运用者，在步骤S21中，确定燃气轮机发电设备的运行计划PL并进行操作。此数据发送到分析服务器16。在步骤S22中，分析服务器16从与数据库17保存于同一分析服务器16中的知识库18读入在线损伤诊断使用的系数A、B、C和基准损伤率Dc0、Df0的数据。系数A、B、C是将次数换算为时间的系数，系数A是涉及启动停止次数的系数，系数B是涉及负荷改变次数的系数，而C是涉及跳机次数的系数。
在步骤S23中，将接受来自运行监视装置11的燃气轮机发电设备1的过程信息及运行信息，此处为运行次数i、启动停止次数j、负荷改变次数k、实运行时间H、温度Tnm，读入到分析服务器。
下面参照图7对蠕变损伤Dc-OL的实运行时间Hi和热疲劳损伤Df-OL的负荷变动次数的计算方法予以说明。因为蠕变损伤是依赖于某一温度的时间，所以以燃气轮机的运行中的某一任意温度实际上的时间作为蠕变损伤的实时间。这一温度既可以是设计温度，也可以是其他温度。
另一方面，涉及热疲劳损伤Df-OL的负荷改变，对涉及启动停止的比较大的温度改变、由于运行中的负荷改变产生的温度改变、由于燃气轮机的跳机引起的温度改变的每一个都计测其次数。并且也可以考虑除此之外的负荷改变。
根据计算出的温度Tm、应力σm、应变εm，进行蠕变损伤和热疲劳损伤分析。为计算蠕变损伤和热疲劳损伤，利用式3和式4。
Dc-OL=Σil{Hi×Dc(Tlm)Dc0}[hr]]]>(式3)Dc-OL涉及蠕变损伤的等价运行时间[hr]Hi实运行时间[hr]Dc现在温度时的蠕变损伤率
Dc0设计基准时的蠕变损伤率Tim运行时的对象部件温度[℃]i运行次数在利用由安装于燃气轮机中的传感器计测的过程信息(温度Tα、Tβ)和运行信息计算涉及构成机器的蠕变损伤的等价运行时间Dc -OL时，使用式3。在式3中，在在线等价运行时间LOL之中，由蠕变损伤支配的部分由运行时间Hi和设计基准时的蠕变损伤Dc0和温度变化所引起的蠕变损伤率Dc的温度变化率表示。
Df-OL=A×ΣjJDf(Tjm)Df0+B×ΣkKDf(Tkm)Df0+C×ΣlLDf(Tlm)Df0[hr]]]>(式4)Df-OL涉及热疲劳损伤的等价运行时间[hr]A启动停止次数-等价运行时间换算系数j启动停止次数Df现在温度时的热疲劳损伤率Df0设计基准时的热疲劳损伤率B负荷改变次数-等价运行时间换算系数k负荷改变次数C跳机次数-等价运行时间换算系数l跳机次数Tnm温度[℃]在利用由安装于燃气轮机中的传感器计测的过程信息(温度Tα、Tβ)和运行信息计算涉及构成机器的热疲劳损伤的等价运行时间Df-OL时，使用式4。在式4中，在在线等价运行时间LOL之中，由热疲劳损伤支配的部分由设计基准时的热疲劳损伤率Df-OL和温度变化所引起的热疲劳损伤率Df的温度变化率表示。式中的3项分别为涉及启动停止的热疲劳、涉及运行中的宏观负荷改变的热疲劳和跳机停止时的热疲劳。在评估热疲劳损伤时，不一定必须使用所有这些项，也可以添加其他的项。
利用这些信息，在步骤S25中，由式5计算在线等价运行时间LOL。
LOL＝Dc-OL+Df-OL[hr] (式5)LOL在线等价运行时间[hr]在利用由安装于燃气轮机中的传感器计测的过程信息(温度Tα、Tβ)和运行信息计算涉及构成机器的在线等价运行时间LOL时，使用式5。其中，构成机器的在线等价运行时间LOL是由式3示出的蠕变损伤Dc-OL和式4示出的热疲劳损伤Df-OL的线性和表示。这些式子从知识库读出。
在步骤S26中，判断现在的等价运行时间是否还未超过对象部件的更换寿命。这一判断，是通过预先确定机器的定期检查·更换预定(管理基准)Lst，将管理基准Lst和现在的等价运行时间进行比较而由分析服务器自动地进行判断。在计算出的在线等价运行时间LOL小于各个机器的管理基准Lst时，在步骤S27中进行残余寿命RL(剩余寿命)的计算。在计算出的在线等价运行时间LOL大于该部件的管理基准Lst时，不进行残余寿命RL(剩余寿命)的计算而进入步骤28。
此时，对于计算残余寿命RL(剩余寿命)，可考虑使用①迄今为止的数据回归分析的方法，②以设计基准的运行模式作为基准的方法，③评估时点的变化率(微分值)的方法。
另外，也可以使用除此之外的残余寿命的预测方法。
比如，在①中，对迄今为止的自运行开始的运行数据以多项式进行近似，利用该函数对以后的等价运行时间的变化进行外插。另外，在②中，如继续按照设计条件运行，因为不存在和设计值的温度偏差，变为与通常的等价运行时间同样的斜率的直线。另外，根据③，以从现在起到数次之前为止的运行数据的变化率作为斜率利用直线外插。从这些①、②、③以及其他方法推定的等价运行时间的变化和预先确定的定期检查·更换预定(管理基准)的交点和现在的损伤诊断位置出发可确定最大/最小的剩余寿命。图10中的斜线表示的部分可以这样确定。
在步骤S27中，利用①-③的方法，计算出最大预测寿命RLmax和最小预测寿命RLmin。在步骤S29中表示其结果。
在图10中示出在线损伤诊断及寿命预测的曲线图。图中横轴表示机器的实运行时间，纵轴表示在线等价运行时间。利用本发明的远方诊断系统，如图所示，实时示出现在的损伤诊断结果，并且还如图中的斜线部分所示，定量示出寿命的预测值和预测范围。
利用机器管理装置15诊断的在线等价运行时间LOL的结果以及预测寿命RLmax及预测寿命RLmin的结果，除了可以利用在机器管理装置15内的全部WWW服务器或WWW浏览器阅览之外，也可以利用燃气轮机发电设备1的运行监视装置11进行阅览。由此，保养保全者可以迅速及时了解燃气轮机发电设备的运行状态。另一方面，运用者，利用运行监视装置11的WWW浏览器功能，可以了解现在的燃气轮机发电设备1和构成机器的寿命。并且，运用者可以进行燃气轮机机器的运行的运行方法及保养保全计划的研究及立案。
在步骤S28或步骤S29中，运用者及保养保全者看到在线等价运行时间LOL的结果以及预测寿命RLmax及预测寿命RLmin的结果，输入是否继续进行机器的运行。在步骤S30中，运用者及保养保全者输入运行计划R，在步骤S31中判断运行结束时在步骤S32中停止设备的运行。另一方面，在运行继续时，再返回步骤S21。
在图8中示出可以应用于本发明的燃气轮机的诊断系统的过程信息、运行信息及维护信息。作为过程信息，有排气温度a1、轮空间温度a2、喷出空气温度a3、喷出空气压力a4、燃烧器火焰稳定器温度a5、燃料流量a6、入口空气温度a7、入口空气压力a8、入口空气湿度a9、入口可变叶片角度a10、转动数a11、轴承振动a12、轴振动a13、轴承金属温度a14、压缩机各段压力a15、压缩机各段的空气温度a16、压缩机各段的压力变动a17、吸入空气的Na传感器a18、压缩机叶片应变a19、压缩机叶片温度a20、涡轮机叶片应变a21、涡轮机叶片温度a22、燃烧器应变a23、燃烧器温度a24、机壳温度a25、机壳应变a26、机壳加速度a27、机壳位移a28、排气成分a29及燃料成分a30。作为运行信息，有启动停止次数b1、燃烧时间b2、跳机次数b3、负荷改变次数b4、发电输出b5、发电效率b6、压缩机效率b7及实运行时间b8。
作为维修信息，有龟裂长度c1、龟裂数c2、减厚重量c3、减厚体积c4、减厚面积c5、减厚数c6、涂层剥离面积c7、涂层剥离数c8、腐蚀面积c9、腐蚀数c10、定期检查日c11、定期检查次数c12、压缩机水清洗次数c13、压缩机水清洗日c14及压缩机水清洗水pHc15等。
这些信息，是燃气轮机由于损伤状态的变化而受到某种影响的信息，但在高温部件的损伤诊断及寿命诊断时，不一定需要使用所有这些信息，可以选择主要的信息。并且也可以使用其他的信息。
图9示出利用本发明的燃气轮机的诊断系统进行损伤诊断及寿命诊断的高温部件的劣化损伤模式以及在这些损伤诊断及寿命诊断时使用的过程信息和运行信息的一实施例。作为对象的是燃烧器衬套d1、燃烧器转移段d2、涡轮机静叶片d3及涡轮机动叶片d4。在燃烧器衬套d1中的损伤问题是热疲劳e1、蠕变变形e2及氧化·腐蚀e3。在燃烧器转移段d2中的劣化损伤模式的问题是热疲劳e1、蠕变变形e2及氧化·腐蚀e3，在涡轮机静叶片中的劣化损伤模式的问题是热疲劳e1、蠕变变形e2及氧化·腐蚀e3，而在涡轮机动叶片中的劣化损伤模式的问题是热疲劳e1、蠕变变形e2及氧化·腐蚀e3。
因为在热疲劳损伤中部件的温度变化量及其次数有关系，比如，作为燃烧器衬套d1的热疲劳损伤e1的诊断中使用的运行信息·过程信息，有启动停止·负荷变动·跳机次数b1、b3、b4，排气温度a1、喷出空气温度a3及燃烧器火焰稳定器温度a5。因为在蠕变变形e2引起的损伤中绝对温度及在该温度的时间有关系，作为在损伤诊断中使用的运行信息·过程信息，有实运行时间b8、排气温度a1、喷出空气温度a3及燃烧器火焰稳定器温度a5。
同样，对于其他高温部件、动叶片、静叶片也可以进行损伤诊断，此时，也可使用图8列举的传感器·运行·维修信息。另外，作为运行·传感器·维修信息不一定要使用此处列举的全部信息，并且也可以添加其他信息。
图11燃气轮机的损伤诊断结果的Web图面输出例。在图面中，显示出机器名、运行开始日、运用者名等信息。如图所示，将现在的损伤率LOL和一直到现在为止的损伤率的变化过程以曲线示出，定量地显示出机器的寿命的预测值和预测范围。
之后，为了再进行寿命诊断，在图11中，可以选择在计算寿命时使用的运行模式。此处，可以选择代表性的WSS(一周期间内的运行)、DSS(一日运行)、非常用/高峰负荷用、用户定义模式、手动方式定义模式等。
运用者，通过选择这些模式(在Web画面上点击)，可以对机器的寿命进行评估。在用户定义模式中，登录用户所希望的运行模式。此外，在手动模式中，每次，可以输入各种运行模式，并进行与其相应的寿命预测。
此外，通过点击画面内的按钮，也可以与保养保全服务中心进行联络。另外，如果画面的内容是可以输入显示燃气轮机发电设备的现在的损伤状态的信息和运用者的运行计划的画面，也不一定必须是上面记述的内容。另外，画面的内容，也可以是燃气轮机发电设备的运用者和保养保全者都可以阅览的。
在图12中示出燃气轮机的寿命诊断的Web图面输出例。在图12中示出的按照在图11中选择的运行模式计算出的寿命RL的最大值RLmax和最小值RLmin的预想值以曲线和数字两种方式显示。此外，可以在图12的画面中，在Web画面上选择设备继续运行、设备运行停止、补修部件定购、估算的请求、与服务中心的谈判。
另外，如果画面的内容是可以将燃气轮机发电设备的现在的剩余寿命和基于其上的设备运用者的运行计划输入的内容，也不一定必须是上面记述的内容。并且，画面的内容，也可以是燃气轮机发电设备的运用者和保养保全者都可以阅览的。
图13示出分部件的损伤诊断的Web图面输出例。在图13中，在纵向上分配给部件管理代码，在横向上记载的是各个部件的信息，比如，部件名称、前一次更换日期、下一次预订更换日期、现在的损伤率、预测残余寿命以及其他特别记载项目等等。此外，通过选择该件部件名(在Web画面上点击)，可以看到损伤信息的详情和图像。另外，画面的内容，既可以是燃气轮机发电设备的运用者和保养保全者都可以阅览，也可以是只有保养保全者可以阅览。
图14示出机器管理一方的WWW服务器/浏览器的图面输出例。在此画面中，保养保全者可以阅览关于有关系的所有的发电设备的信息。比如，现在运转中的设备、现在停止中的设备、计划中的设备等等。据此可以对对象机器进行管理与阅览。
比如，作为每个机器的信息，是对象机器的管理代码、顾客名、机种名、运行开始日、现在的状况、预定的下次维修以及其他信息。此外，对于此处的每个机器也可调用部件信息。另外，利用同一画面可以对损伤诊断、寿命诊断、过去损伤事例的检索、补修部件的库存情况、补修部件的制造状况等等进行管理和阅览。这些事情可通过选择该项目(在Web画面上点击)移动位置而执行。另外，此画面的内容，不向保养保全者以外的第三者公开。
如上所述，在本系统中，运用者可以在WWW浏览器的画面上了解机器的运行状态、损伤的诊断结果及寿命的预测值，并且可以在WWW浏览器的画面上进行设备的运行、停止及部件的定购等等。
因此，根据实施方式1，燃气轮机发电设备的运用者，可以了解运行中的损伤状态及寿命的预测值。此外，由于具有可以选择运行计划及保养保全计划的余地，有可能削减保养保全的成本、提高燃气轮机发电设备的可靠性及机器运用的自由度。
另一方面，保养保全者，利用机器管理装置15内的WWW服务器或WWW浏览器，可以实时了解燃气轮机发电设备1的损伤状态及寿命的预测值。此外，可以迅速及时了解输入到运行监视装置7的燃气轮机发电设备1的运用者对保养保全者的希望。由此，保养保全者可以迅速对运用者对保养保全者的要求做出回应。
此处叙述的远方监视系统，由于是由WWW服务器和WWW浏览器构成的，可以大幅度削减在燃气轮机发电设备的运用者和保养保全者之间的信息交换的时间。
如上所述，根据本发明，因为在燃气轮机发电设备的损伤状态及寿命诊断中导入来自燃气轮机运行中的过程信息的实时数据而反映实际的损伤状态，除了可以提高其诊断精度外，还可以实时进行。这些信息可以尽快地为运用者及保养保全者所共有。由此，可以削减保养保全计划的立案、确定及订货等的时间，可以削减燃气轮机发电设备的运行成本。
另外，此处所说的设备的保养保全者，指的是设置燃气轮机发电设备、定购燃气轮机发电设备、设置设备管理装置及其管理者、运用者及责任者。
本发明的对象不限于燃气轮机发电设备，也可应用于使用燃气轮机的组合发电机组和热电联产机组。
本发明可以应用于把握采用燃气轮机发电机组、燃气轮机和汽轮机组合进行发电的组合发电机组和利用燃气轮机发电并将同时产生的热和温水应用于取暖等的热电联产机组的构成机器的现在的损伤状态的技术领域。
权利要求
1.一种燃气轮机的状态的诊断方法，其中，利用燃气轮机的运行信息和通过上述安装于燃气轮机中的传感器在燃气轮机运行中计测的过程信息，计算出在上述运行中将构成上述燃气轮机的部件的损伤程度以运行时间进行评估的等价运行时间，根据上述计算出的等价运行时间及最初确定的管理基准诊断上述燃气轮机的状态。
2.如权利要求1中所述的燃气轮机的状态的诊断方法，其中通过将对每个劣化损伤模式计算出的各个等价运行时间相加而计算出上述等价运行时间。
3.如权利要求2中所述的燃气轮机的状态的诊断方法，其中在上述劣化损伤模式中包含作为模式之一的热疲劳损伤，上述热疲劳损伤的等价运行时间，是作为与启动停止次数相对应的等价运行时间和与附加改变次数相对应的等价运行时间以及与跳机次数相对应的等价运行时间中的任意多个等价运行时间的和而计算出来的。
4.如权利要求3中所述的燃气轮机的状态的诊断方法，其中每个劣化损伤模式的等价运行时间，是将从对于设计基准的损伤率的现在时点的信息求出的损伤率的比例乘以将实运行时间或次数换算为时间的系数而计算出来的。
5.如权利要求4中所述的燃气轮机的状态的诊断方法，其中从计算出的现在时点的等价运行时间预测一直到到达先前的管理基准的剩余寿命。
6.如权利要求4中所述的燃气轮机的状态的诊断方法，其中从计算出的现在时点的等价运行时间预测一直到到达先前的管理基准的最大和最小剩余寿命。
7.一种燃气轮机的状态诊断装置，包括安装于燃气轮机中的传感器；根据利用上述传感器检出的过程信息和运行信息，对多个劣化损伤模式中的每一个以运行时间评估诊断地点的损伤程度的等价运行时间的计算单元；将上述多个劣化损伤模式中的每一个的等价运行时间相加计算出全等价运行时间的计算单元；根据计算出的上述全等价运行时间及最初确定的管理基准诊断燃气轮机的状态的诊断单元；以及显示利用上述诊断单元得到的诊断结果的显示单元。
8.如权利要求7中所述的燃气轮机的状态的诊断装置，其中包括将从对于设计基准的损伤率的现在时点的信息求出的损伤率的比例乘以将实运行时间或次数换算为时间的系数而计算出多个劣化损伤模式中的每一个的等价运行时间的计算单元。
9.如权利要求8中所述的燃气轮机的状态的诊断装置，其中包括从计算出的现在时点的等价运行时间预测一直到到达先前的管理基准的剩余寿命的预测单元。
10.如权利要求9中所述的燃气轮机的状态的诊断装置，其中包括从计算出的现在时点的等价运行时间预测一直到到达先前的管理基准的最大和最小剩余寿命的预测单元。
11.一种燃气轮机的状态诊断装置，包括取得来自安装于燃气轮机中的传感器的过程信息及上述燃气轮机的运行信息的运行监视装置；将取得的燃气轮机的上述各种信息通过通信发送给上述运行监视装置的通信装置；根据通过上述通信装置得到的上述燃气轮机的各种信息对多个劣化损伤模式中的每一个计算出以运行时间评估诊断地点的损伤程度的等价运行时间并将上述多个劣化损伤模式中的每一个的等价运行时间相加计算出全等价运行时间，根据计算出的上述全等价运行时间及最初确定的管理基准诊断燃气轮机的状态的分析服务器；以及具有上述分析服务器和WWW浏览器或WWW服务器的设备管理装置。
12.如权利要求11中所述的燃气轮机的状态的诊断装置，其中的运行监视装置具有将经过通信装置接收的分析服务器的分析结果的内容进行显示的显示单元。
全文摘要
一种燃气轮机的状态诊断装置，包括取得来自安装于燃气轮机发电设备(1)的燃气轮机中的传感器(10)的过程信息及燃气轮机的运行信息的运行监视装置(11)；将取得的燃气轮机的各种信息通过通信发送给上述运行监视装置(11)的通信装置(12、14)；根据通过通信装置(12、14)得到的上述燃气轮机的各种信息对多个劣化损伤模式中的每一个计算出等价运行时间并将上述多个等价运行时间相加计算出全等价运行时间的分析服务器(16)；以及具有上述分析服务器(16)、WWW浏览器(20)或WWW服务器(19)的设备管理装置(15)。利用此装置，除了可以提供一种将运行中的燃气轮机的上述各个信息通过通信装置(12、14)读入分析服务器(16)而从多个劣化损伤模式的等价运行时间得到迅速且高精度的劣化损伤状态的分析结果之外，还可以通过客户机服务器系统提供分析结果使远方的人士能够迅速且容易地利用WWW浏览器(20)阅览的便利性。
文档编号G05B23/02GK1553989SQ0182265
公开日2004年12月8日 申请日期2001年6月18日 优先权日2001年6月18日
发明者后藤仁一郎, 早坂靖, 雄, 桵井茂雄, 池田启 申请人:株式会社日立制作所