专利名称：用于功率发生系统的工作流体传感器系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及功率装置系统，并且更特别地，涉及用于分析涡轮和功率发生系统的运行、性能和/或效率的工作流体传感器系统。
背景技术：
一些功率装置系统(例如，某些核能功率装置系统、简单循环和联合循环功率装置系统在它们的设计和运行中采用涡轮。通过分析涡轮中的工作流体(例如，出口蒸汽)的水分含量，可协助和/或执行对这些系统和涡轮(例如，蒸汽涡轮、低压蒸汽涡轮等)中的一些的运行和性能的分析。这个分析可使得技术员和/或设计者能够有更多消息来作出关于维护、设计调节和装置运行的决定(例如，何时运行哪个涡轮、是否需要针对特定涡轮来调节运行参数，是否需要针对特定涡轮来执行维护等)。在结合了低压(LP)蒸汽涡轮的系统中，LP涡轮出口蒸汽的实测水分含量可与关于LP涡轮出口压力、LP涡轮入口压力和LP涡轮运行温度的数据一起用来计算LP涡轮效率。因此，迅速、准确且可靠地测量涡轮(特别是涡轮出口)中的水分含量是合乎需要的。一些功率装置系统依赖于提取和分析出口蒸汽样本来确定涡轮中的工作流体的水分含量。其它系统尝试采用光学传感器，光学传感器使用消光理论来确定出口蒸汽的水分含量。但是，样本可能难以获得和测试，而且安装、校准和操作光学传感器可能在经济上不可行或不高效。因而，这些系统可能不准确、耗时、技术复杂和/或不可行。
发明内容
公开一种用于分析功率发生系统的运行的系统。在一个实施例中，工作流体传感器系统包括:适于设置在涡轮内的成组的传感器，该成组的传感器包括探头部分，探头部分延伸到涡轮的流径中，以暴露于工作流体，探头部分适于对工作流体在探头部分上施加的力作出反应，以及指示工作流体的水分含量。本发明的第一方面提供一种系统，其包括:适于设置在涡轮内的成组的传感器，该成组的传感器包括探头部分，探头部分延伸到涡轮的流径中，以暴露于工作流体，探头部分适于对工作流体在探头部分上施加的力作出反应，以及指示工作流体的水分含量。本发明的第二方面提供一种系统，其包括:至少一个计算装置，其适于通过执行包括下者的动作来确定涡轮的运行特性:获得来自暴露于涡轮中的工作流体流的成组的传感器的流数据，流数据包括下者中的至少一个:该成组的传感器上的阻力系数、涡轮处的一组当前环境状况，或者工作流体对该成组的传感器的腐蚀作用；基于流数据来确定工作流体的水分含量；以及基于工作流体的水分含量来确定涡轮的运行特性。本发明的第三方面提供一种联合循环功率发生系统，其包括:燃气涡轮；操作性地连接到燃气涡轮上的热回收蒸汽发生器(HRSG);操作性地连接到HRSG上的蒸汽涡轮；操作性地连接到燃气涡轮或蒸汽涡轮中的至少一个上的发电机；以及适于设置在蒸汽涡轮内的成组的传感器，该成组的传感器包括探头部分，探头部分延伸到蒸汽涡轮的流径中，以暴露于工作流体，探头部分适于对工作流体在探头部分上施加的力作出反应，以及指示工作流体的水分含量。
根据结合附图得到的本发明的各方面的以下详细描述，将更容易地理解本发明的这些和其它特征，附图描绘本发明的各种实施例，其中:
图1显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图2显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图3显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图4显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图5显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图6显示根据本发明的实施例的蒸汽涡轮的一部分的示意性剖面 图7显示包括根据本发明的实施例的系统的环境的示意 图8显示示出了根据本发明的实施例的工艺的方法流程 图9显示根据本发明的实施例的多轴联合循环功率装置的一部分的示意图；以及 图10显示根据本发明的实施例的单轴联合循环功率装置的一部分的示意图。要注意的是，未必按比例绘制本公开的图。图意于仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应将图理解为限定本公开的范围。在图中，相同标号表示图之间的相同元件。部件列表 107工作流体 110涡轮
117流径 119转子
120流体传感器系统
121工作流体传感器系统
122计算装置
123工作流体传感器系统
124工作流体传感器系统
125工作流体传感器系统
140 一组传感器
142探头部分
144第二探头传感器
146勺式传感器
147勺式传感器基部系统
149基部支架
150探头传感器
152测压元件
154支承支架
157横向探头传感器 187—组压力换能器
188一组端口 200环境
202计算机架构
212存储器
214处理器单元(PU)
216输入/输出(I/O)接口 218总线
220外部I/O装置/资源
222存储系统
230图形用户接口
234流数据
235流特性数据
500多轴联合循环功率装置
515轴
570发电机系统 580燃气涡轮 586热交换器(HRSG)
592蒸汽涡轮
600单轴联合循环功率装置
PO预处理
Pl工艺
P2A工艺
P2B工艺
P3B工艺
P3B工艺
P4B工艺
P5B工艺。
具体实施例方式如本文指示的那样，本发明的各方面提供这样一种系统，其构造成通过获得和处理关于涡轮中的工作流体(例如蒸汽)的流数据集(例如，成组的传感器上的阻力系数、工作流体的温度、涡轮处的一组当前环境状况、工作流体对该成组的传感器的腐蚀作用、水分含量值等)来分析涡轮的运行。这些系统包括成组的传感器，该成组的传感器设置在涡轮的流径中，以便与工作流体相互作用，以及获得关于流数据集(例如，成组的传感器上的阻力系数、工作流体的温度、涡轮处的一组当前环境状况、工作流体对该成组的传感器的腐蚀作用、水分含量值等)的数据流值，然后分析这些值，以评价涡轮运行。一些功率发生系统(包括例如蒸汽涡轮、燃气涡轮等)的设计和运行可包括构件维护和/或调整和以增量的方式调节许多运行参数。调节运行参数和/或维护操作的性能可由系统和/或构件(例如系统内的涡轮)的效率支配。给定涡轮中的工作流体的水分含量测量可使得能够直接、实时地确定涡轮的效率/性能特性。但是，当前系统没有迅速、常规和/或准确的方式来测量涡轮中的水分含量。这样缺乏准确和可靠的水分含量测量和涡轮效率分析可导致设计不优化、维护操作延迟和不恰当，以及系统的效率降低。与传统系统相反，本发明的实施例提供一种准确且可靠地分析涡轮运行的系统。该系统使成组的传感器延伸到涡轮中的工作流体的流径中，从而使该成组的传感器直接暴露于工作流体，以及致使该成组的传感器对工作流体作出反应。该成组的传感器的反应(例如，表面腐蚀、阻力系数等)会产生关于在给定运行范围中(例如，在特定速度下、在特定的负载特性下、在特定状态中等)的涡轮的流数据集。对流数据集的分析确定工作流体的水分含量和相关涡轮性能水平。如本领域技术人员将理解的那样，本文描述的系统可体现为系统(一个或多个)、方法(一个或多个)、操作者显示器(一个或多个)或计算机程序产品(一个或多个)，例如，作为功率装置系统、功率发生系统、涡轮系统等的一部分。因此，本发明的实施例可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者结合软件和硬件方面的实施例的形式，它们在本文全部大体可称为“电路”、“模块”、“网络”或“系统”。此夕卜，本发明可采取在任何有形表达介质(在介质中包含了计算机可用程序代码)中包含的计算机程序产品的形式。可使用一个或多个计算机可用或计算机可读的介质(一种或多种)的任何组合。计算机可用或计算机可读的介质可为例如(但不限于)电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)将包括以下:具有一个或多个导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPR0M或闪速存储器)、光纤、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、传输媒体(诸如支持互联网或内联网的那些)或磁存储装置。注意，计算机可用或计算机可读的介质甚至可以是程序印刷在其上的纸或另一种适当的介质，因为通过例如对纸或其它介质进行光扫描，然后编译、解释，或者另外以适当的方式处理(如果需要)，以及然后存储在计算机存储器中，可以电子的方式捕捉程序。在本文的语境中，计算机可用或计算机可读的介质可为可包含、存储、传送或输送由指令执行系统、设备或装置使用或与它们结合起来使用的程序的任何介质。计算机可用介质可包括传播的数据信号，计算机可用程序代码与该传播的数据信号或者在基带中包含在一起或者包含在一起作为载波的一部分。可使用任何合适的介质(包括(但不限于)无线、有线线路、光纤电缆、RF等)来传输计算机可用的程序代码。可用一种或多种编程语言的任何组合来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码，编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)和传统的过程编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。可完全在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上(作为单独的软件包)、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上或者完全在远程计算机或服务器上执行程序代码。在后一种情况下，远程计算机可通过任何类型的网络连接到用户的计算机上，网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可连接到外部计算机上(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。这些计算机程序指令也可存储在计算机可读介质中，计算机可读介质可指示计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生工业制品，该工业制品包括实现框图的一个或多个框中规定的功能/动作的指令手段。计算机程序指令也可加载到计算机或其它可编程的数据处理设备上，以使在计算机或其它可编程的设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的工艺，使得在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中规定的功能/动作的工艺。转到附图，公开了系统的实施例，该系统构造成通过产生和分析流数据集来分析涡轮和功率发生系统的运行、性能和/或效率。可通过硬接线、无线或其它传统手段连接图中的各个构件，如图1-10中指示的那样。特别地，参照图1，显示根据本发明的实施例的、示例性环境100，其包括涡轮110(例如蒸汽涡轮)的一部分。涡轮110可包括通信连接到涡轮Iio中的流径117上的工作流体传感器系统120。工作流体传感器系统120可包括连接到设置在流径117内的成组的传感器140上的计算装置122。该成组的传感器140包括探头部分142，探头部分142暴露于流径117中的工作流体107/与工作流体107相互作用。计算装置122构造成监测和/或分析工作流体107和该成组的传感器140之间的相互作用，以及基于这个相互作用来产生流数据集。在本发明的实施例中，成组的传感器140可包括任何数量或组合的探头部分142(例如圆形筒体、翼型件等)，探头部分142连接到涡轮110上，并且适于延伸到流径117的一部分中/阻碍流径117的一部分。这些探头部分142可适于在涡轮110的运行期间能够延伸和从流径117移除，以及接触工作流体107。在一个实施例中，一旦涡轮110的运行在设计点状况(例如特定负荷、特定速度等)下稳定，探头部分142可插入到流径117中。探头部分142对暴露于工作流体107和/或对工作流体107所施加的力的反应(例如腐蚀、位移等)可用来形成流数据集，以及/或者确定工作流体107的水分含量。在一个实施例中，探头部分142可暴露于工作流体107达预定时段，并且然后移除探头部分142，以及分析探头部分142以形成流数据集，以及确定工作流体107的流特性和/或涡轮Iio的运行特性(例如，工作流体107的水分含量、涡轮110的运行状况、涡轮110的性能等)。在一个实施例中，工作流体107和成组的传感器140之间的接触可腐蚀探头部分142。在一个实施例中，在暴露于工作流体107之前和之后,可对成组的传感器140称重，成组的传感器140在暴露于工作流体107之前和暴露于工作流体107之后的重量的差异确定探头部分142的腐蚀速率。然后确定的腐蚀速率可用来计算和/或确定工作流体107的水分含量。在另一个实施例中，在暴露于工作流体107之后，可确定探头部分142的粗糙度(例如，确定纹理/表面粗糙度)。然后可比较确定的粗糙度与探头部分142在暴露于工作流体107之前的已知粗糙度，以确定探头部分142的腐蚀速率，并且从而，确定工作流体107的相关水分含量。在一个实施例中，成组的传感器140可包括牺牲探头/标本。在另一个实施例中，成组的传感器140可包括围绕成组的传感器140的至少一部分设置的牺牲涂层/腐蚀涂层。在一个实施例中，腐蚀涂层可具有低的耐腐蚀性。在另一个实施例中，成组的传感器140可包括围绕传感器140的至少一部分设置的腐蚀鞘(sheath)。在一个实施例中，腐蚀鞘可具有低的耐腐蚀性。在另一个实施例中，成组的传感器140可适于确定工作流体流107在探头部分142上施加的一组阻力值(例如阻力系数)。在一个实施例中，计算装置122可基于由成组的传感器140确定的阻力系数来确定工作流体107的水分含量。在一个实施例中，成组的传感器140可包括温度计和成组的压力换能器187 (以虚线显示)，并且计算装置122可包括测压元件。计算装置122可处理从温度计、成组的压力换能器187和测压元件获得的数据，以确定探头部分142的阻力系数。在一个实施例中，多个压力换能器187可设置在探头部分142的中跨周围。在一个实施例中，成组的压力换能器187可设置在探头部分142内，以及通过形成于探头部分142中的一组端口 188 (以虚线显示)暴露于工作流体107。在一个实施例中，计算装置122可基于在成组的传感器140中的各个探头部分142之间确定的阻力系数的差异来确定工作流体107的水分含量。在一个实施例中，探头部分142可具有相对于彼此不同的形状。在另一个实施例中，计算装置122可基于由成组的传感器140确定的阻力系数的平均值来确定工作流体107的水分含量。在一个实施例中，计算装置122可位于涡轮110的外部。在一个实施例中，计算装置122可相对于涡轮110的位置位于远处(例如，在功率发生装置的单独的部分中、在不同的地理位置处等)。在另一个实施例中，计算装置122可为涡轮110的内部构件。要理解的是，成组的传感器140可包括任何现在已知或今后开发出的感测装置，包括设置在整个涡轮110中的传感器装置、换能器、温度计的组合等。转到图2，显示了根据实施例的、限定流径117的涡轮110的一部分的示意性局部剖面图。要理解的是，在图1和图2之间以类似的方式编号的元件可基本类似于参照图1所描述的。另外，在参照图2-10所显示和描述的实施例中，相同标号可表示相同元件。为了清楚，已经省略对这些元件的多余阐述。最后，要理解的是，图1-10的构件和它们的伴随描述可应用于本文描述的任何实施例。回到图2，在这个实施例中，涡轮110可包括第一探头传感器142、第二探头传感器144，以及连接到涡轮110的一部分上且接触流径117的一部分的勺式传感器146。第一探头传感器142连接到涡轮110的一部分上，并且部分地延伸到流径117中。在一个实施例中，第一探头传感器142可包括翼型形状。在另一个实施例中，第一探头传感器142可包括圆柱形形状。第二探头传感器144连接到涡轮110的多个部分上，并且在转子119上方横穿/延伸通过流径117的一部分。在一个实施例中，第二探头传感器144将流径117分割成分开的部分。勺式传感器146延伸到流径117的一部分中，并且具有杯状或勺状形状。在一个实施例中，勺式传感器146适于在涡轮110的运行期间捕捉工作流体107的一部分。要理解的是，第一探头传感器142、第二探头传感器144、勺式传感器146和/或成组的传感器140中的任一个均可通过任何现在已知或今后开发出的方法附连到涡轮110上。在一个实施例中，可在涡轮110中形成一组孔口，以使得能够将第一探头传感器142、第二探头传感器144、勺式传感器146和/或成组的传感器140插入流径117中、从流径117中取出它们，以及/或者将它们固定在流径117中。转到图3，显示了根据实施例的、限定流径117的涡轮110的一部分的示意性局部剖面图。在这个实施例中，成组的传感器140包括在涡轮110周围隔开且延伸到流径117中的多个传感器。在一个实施例中，成组的传感器140包括在流径117周围沿周向隔开的四个传感器。在一个实施例中，成组的传感器140在流径117的周边周围大致等距离地隔开。在另一个实施例中，成组的传感器140可适于补充具有横向探头和耙(rake)的低压诊断测试方法，这组传感器附连到现有的孔口、支架和/或设计成固定测试构件的其它硬件上，以及/或者安装在它们内。要理解的是，虽然显示了成组的传感器140、第一探头传感器142、第二探头传感器144和勺式传感器146以特定的角度设置在流径117内，但这些传感器在涡轮110和/或流径117内可以任何角度、构造或定向设置。另外，成组的传感器140可包括任何数量的第一探头传感器142、第二探头传感器144、勺式传感器146，或者现在已知或今后开发出的任何其它传感器或传感器形状，或者它们的任何组合。转到图4，显示了根据实施例的、包括工作流体传感器系统121的涡轮110的一部分的示意性局部剖面图。在这个实施例中，工作流体传感器系统121包括支承支架154，支承支架154连接到涡轮110上，并且适于支承连接到探头传感器150上的测压元件152。在一个实施例中，探头传感器150通过延伸到由涡轮110限定的流径117中而暴露于工作流体107。随着工作流体107移动通过流径117，工作流体107在探头传感器150上施加力，测压元件152可测量该力。在一个实施例中，测压元件152可基于实测力来计算探头传感器150上的阻力系数。在另一个实施例中，测压元件152可将力测量结果传输给计算装置122 (在图7中显示)，计算机装置122可处理实测力，以确定探头传感器150上的阻力系数、工作流体107的相关水分含量和/或涡轮110的任何数量的运行特性。在一个实施例中，计算装置122可基于探头传感器150的阻力系数来确定涡轮110的效率和/或至少一个运行特性。转到图5，显示了根据实施例的、包括工作流体传感器系统123的涡轮110的一部分的示意性局部剖面图。在这个实施例中，工作流体传感器系统123包括勺式传感器146，勺式传感器146通过勺式传感器基部系统147连接到涡轮110上。在一个实施例中，勺式传感器146延伸到由涡轮110限定的流径117中，并且暴露于工作流体107。随着工作流体107移动通过流径117，工作流体107在勺式传感器146上施加力，勺式传感器基部系统147可测量和/或分析该力。在一个实施例中，勺式传感器146可捕捉工作流体107中的一定量的水，并且将捕捉到的水运送到勺式传感器基部系统147，以进行量化和/或另外的分析。在一个实施例中，勺式传感器基部系统147可基于由勺式传感器146捕捉的水量和勺式传感器146暴露于工作流体107的持续时间来确定工作流体107的水分含量。在另一个实施例中，勺式传感器基部系统147可将由勺式传感器146捕捉到的水量的测量结果传输给计算装置122 (在图7中显示)，计算装置122可处理该测量结果，以确定工作流体107的水分含量。在另一个实施例中，勺式传感器基部系统147可基于实测力来计算勺式传感器146上的阻力系数。在另一个实施例中，勺式传感器基部系统147可将力测量结果传输给计算装置122 (在图7中显示)，计算装置122可处理该实测力，以确定勺式传感器146上的阻力系数、工作流体107的相关水分含量和/或涡轮110的任何数量的运行特性。转到图6，显示了根据实施例的、包括工作流体传感器系统125的涡轮110的一部分的示意性局部剖面图。在这个实施例中，工作流体传感器系统125包括基部支架149，基部支架149连接到涡轮110上，并且适于支承横向探头传感器157。在一个实施例中，横向探头传感器157延伸到流径117中且暴露于工作流体107。随着工作流体107移动通过流径117，工作流体107在横向探头传感器157上施加力，这会腐蚀横向探头传感器157的表面。在一个实施例中，横向探头传感器157可横穿流径117。在一个实施例中，基部支架149适于将横向探头传感器157固定到涡轮110上。
在实施例中，基部支架149可由技术员操作，从而使其能够插入流径117中，以及从流径117中取出基部支架149。在一个实施例中，技术员可将横向探头传感器157插入到流径117中达预定时段，然后技术员可取出横向探头传感器157进行检查。在一个实施例中，在横向探头传感器157暴露于工作流体107之后,技术员可对横向探头传感器157称重，以及比较这个重量与横向探头传感器157在暴露于工作流体107之前的已知重量。然后技术员可基于横向探头传感器157在暴露之前和之后的重量之间的差异来确定横向探头传感器157的腐蚀速率和工作流体107的相关水分含量。在另一个实施例中，技术员可确定横向探头传感器157在暴露于工作流体107之后的表面状况(例如粗糙度)，以及比较这个表面状况与横向探头传感器157在暴露于工作流体107之前的已知表面状况。然后技术员可使用表面状况之间的差异来确定横向探头传感器157的腐蚀速率和工作流体107的相关水分含量。在一个实施例中，技术员可基于横向探头传感器157随着时间的推移的腐蚀速率或表面粗糙度增长来确定工作流体107的水分含量和/或涡轮110的效率。在一个实施例中，技术员可使实测腐蚀速率或表面粗糙度增长值与在实验室测试设施中形成的一组腐蚀速率或表面粗糙度增长值相互关联/进行比较。通过在受控制的环境中对同等的探头传感器执行一组测试来获得形成的值。在一个实施例中，通过使用LP涡轮效率，可根据标准代码测试形成校准。要理解的是，计算装置122可执行由技术员执行的任何分析。另夕卜，计算装置122可用来自动使用横向探头传感器157，包括取出和插入。转到图7，显示了根据本发明的实施例的示例性环境200，其包括工作流体传感器系统124。环境200包括可执行本文描述的各种工艺的计算机架构202。特别地，显示了计算机架构202包括计算装置122，计算装置122包括工作流体传感器系统124，工作流体传感器系统124使得计算装置122能够通过执行本公开的工艺步骤来分析涡轮110的运行。在一个实施例中，计算装置122可基于成组的传感器140的阻力系数来确定涡轮110的效率和/或至少一个运行特性。计算机软件可包括蒸汽属性例程，以使得能够计算对于LP涡轮效率计算必要的所需的热力学变量。如前面提到和下面进一步论述的那样，除了别的之外，工作流体传感器系统124具有使得计算装置122能够执行本文描述的运行/工作流体分析的技术效果。要理解的是，图7中显示的各种构件中的一些可独立地实现、组合和/或存储在包括在计算装置122中的一个或多个单独的计算装置的存储器中。另外，要理解的是，可不实现构件和/或功能性中的一些，或者可包括额外的方案和/或功能性作为工作流体传感器系统124的一部分。显示了计算装置122包括存储器212、处理器单元(PU) 214、输入/输出(I/O)接口216和总线218。另外，显示了计算装置122与外部I/O装置/资源220和存储系统222通信。如本领域中已知的那样，大体上，PU 214执行存储在存储器212和/或存储系统222中的计算机程序代码，诸如工作流体传感器系统124。在执行计算机程序代码的同时，PU 214可从存储器212、存储系统222和/或I/O接口 216中读取数据，诸如图形用户接口 230和/或运行数据234，以及/或者将数据写入存储器212、存储系统222和/或I/O接口 216中。总线218在计算装置122中的各个构件之间提供通信链路。I/O装置220可包括使得用户能够与计算装置122交互的任何装置，或者使得计算装置122能够与一个或多个其它计算装置通信的任何装置。输入/输出装置(包括(但不限于)键盘、显示器、指示装置等)或者可直接地或者可通过中间I/O控制器联接到系统上。
在一些实施例中，如图7中显示的那样，环境200可以可选地包括通信连接到涡轮110和计算装置122 (例如通过无线或硬接线手段)上的第一探头传感器242、第二探头传感器244和勺式传感器246。第一探头传感器242、第二探头传感器244和勺式传感器246可包括任何数量的已知的传感器，包括温度计、湿度感测装置、燃气涡轮仪器、蒸汽涡轮仪器等。在一些实施例中，计算装置122和/或工作流体传感器系统124可设置在涡轮110上或在涡轮110内。在任何情况下，计算装置122都可包括由用户安装的、能够执行计算机程序代码的任何通用工业计算制品(例如个人计算机、服务器、手持装置等)。但是，要理解的是，计算装置122仅表示可执行本公开的各种工艺步骤的各种可行的等效计算装置和/或技术员。关于这一点，在其它实施例中，计算装置122可包含包括用于执行特定功能的硬件和/或计算机程序代码的任何专用工业计算制品、包括专用和通用硬件/软件等的组合的任何工业计算制品等。在各种情况下，可分别使用标准编程和工程技术来创建程序代码和硬件。在一个实施例中，计算装置122可为/可包括分布式控制系统。在另一个实施例中，计算装置122可与燃气涡轮成一体。在另一个实施例中，计算装置122可与蒸汽涡轮成一体。在另一个实施例中，计算装置122可为功率发生系统140的一部分。在一个实施例中，计算装置122可包括MARK VI控制器。在另一个实施例中，计算装置122可包括位于涡轮110附近的监测单元和位于涡轮110远处的处理单元。转到图8，显示了根据本发明的实施例的示例性方法流程图:在预处理PO中，启动涡轮110的运行，并且使其到达测试水平(例如速度、特定负载、一组规定的运行参数等)，以供工作流体传感器系统124和/或计算装置122分析。也就是说，涡轮110的运行参数可选自各种蒸汽温度、负载或其它运行参数范围，并且限于所选择的范围内的稳定运行。所选择的涡轮110运行状况(一个或多个)的范围包括(但不限于)涡轮110的设计最佳运行状况。在一个实施例中，可使涡轮110的运行参数稳定。在另一个实施例中，可将涡轮110的运行参数设定成基本水平，并且然后在分析期间改变它。这个测试工艺或者可为涡轮110的自动分析/计划分析、涡轮110的状况指示的分析或者涡轮110的手动/用户命令的分析。在预处理PO之后，在工艺Pl中，启动工作流体传感器系统124，并且成组的传感器140的探头部分142延伸到涡轮110中的流径117中。延伸和/或插入到涡轮110中使探头部分142接触由于涡轮110的运行而被驱动通过流径117的工作流体107，并且对其作出反应。在工艺Pl之后，在工艺P2A中，技术员和/或计算装置122获得关于工作流体107的一组流数据。从下者中的至少一个获得流数据:存储器212、存储系统222和/或成组的传感器140。流数据可包括工作流体107的温度、工作流体107的压力、探头部分142的腐蚀速率、探头部分142在工作流体107中的阻力系数等。在一个实施例中，成组的传感器140可连接到测压元件152上，测压元件152获得工作流体107的实时和/或更新的数据值。在工艺P2A之后，在工艺P3A中，技术员和/或计算装置122访问流特性数据235 (例如查找表、成组的传感器140的已知阻力系数的预先产生的曲线、蒸汽涡轮设计基础等)，以基于通过成组的传感器140从涡轮110获得的流数据234来确定工作流体107的水分含量。在一个实施例中，在受控制的状况下，可在运行实验室测试涡轮中形成流特性数据235，以形成可与获得的流数据234相关联的同等流特性数据集235。在一个实施例中，可通过将探头部分142的阻力系数看作水分含量的函数来确定工作流体107的水分含量。
在一个实施例中，技术员、计算装置122和/或PU 214可访问下者中的任一个:阻力系数查找表、预先产生的阻力系数曲线和/或存储的阻力系数数据。技术员、计算装置122和/或PU 214可比较流数据集234与阻力系数查找表、预先产生的阻力系数曲线和/或存储的阻力系数数据中的任一个中的数据点，以确定工作流体107的水分含量。在工艺P3A之后，在工艺P4中，技术员、计算装置122和/或PU 214可基于工作流体107的确定的水分含量来确定涡轮110的运行状况和/或效率。备选地，在工艺P2B中，探头部分142在涡轮110的运行期间保持在流径117中延伸达预定时段(例如几分钟、几小时、几天等)。在探头部分142暴露预定时段之后，从流径117中抽出探头部分142。探头部分142的抽出可自动地执行，或者由技术员手动地执行。另外，可同时或单独地抽出探头部分142。在一个实施例中，可递增地经过不同的时段而抽出成组的传感器140中的各个探头部分142。在任何情况下，在工艺P2B之后，在工艺P3B中，分析成组的传感器140，以确定暴露于工作流体107的作用。在一个实施例中，在抽出之后，可对成组的传感器140称重，比较这个重量与成组的传感器140暴露于工作流体107之前的已知重量，以确定成组的传感器140所遭受的腐蚀损失量。然后这个腐蚀损失量用来确定工作流体107的相关水分含量。在另一个实施例中，在抽出之后，可确定探头部分142的表面粗糙度。比较这个表面粗糙度与探头部分142暴露于工作流体107之前的表面粗糙度，以确定工作流体107对探头部分142的腐蚀影响。确定的腐蚀影响然后用来确定工作流体107的相关水分含量。在工艺P3B之后，在工艺P4中，技术员、计算装置122和/或PU214可基于工作流体107的确定的水分含量来确定涡轮110的运行状况和/或效率。在工艺P4之后，在工艺P5中，技术员、计算装置122和/或PU214基于来自成组的传感器140的读数来更新存储器212、存储系统222和/或流特性数据组235中的任一个。在一个实施例中，这些实时读数用来更新流数据集234，校准预测软件，调节运行状况和/或涡轮设计规范。这些读数保存在存储器212和存储系统222中的任一个中，以加强计算装置122的流数据分析和涡轮运行预测。在一个实施例中，计算装置122将这些读数用作因子来进行分析。图中的数据流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的体系结构、功能性和操作。就此而言，流程图或框图中的各个框可表示代码的模块、片段或部分，代码包括用于实现规定的逻辑功能(一个或多个)的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些备选实现中，框中提到的功能可不按照图中提到的顺序进行。例如，连续显示的两个框实际上可基本同时执行，或者框有时可按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。还将注意，框图和/或流程图的各个框以及框图和/或流程图中的框的组合可由执行规定的功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合实现。转到图9，显示了多轴联合循环功率装置500的一部分的示意图。联合循环功率装置500可包括例如可操作地连接到发电机570上的燃气涡轮580。发电机570和燃气涡轮580可由轴515机械地联接，轴515可在燃气涡轮580和发电机570之间传递能量。在图9中也显示了可操作地连接到燃气涡轮580和蒸汽涡轮592上的热交换器586。热交换器586可通过传统的管道(编号省略)流体地连接到燃气涡轮580和蒸汽涡轮592两者上。热交换器586可为传统的热回收蒸汽发生器(HRSG)，诸如在传统的联合循环功率系统中使用的那些。如功率发生的领域中已知的那样，HRSG 586可使用来自燃气涡轮580的、与水供应结合的热排气来产生蒸汽，蒸汽馈送到蒸汽涡轮592。蒸汽涡轮592可以可选地联接到第二发电机系统570上(通过第二轴515)。发电机系统570、燃气涡轮580、HRSG 586和蒸汽涡轮592中的任一个可通过图7的计算装置122或本文描述的其它实施例可操作地连接到工作流体传感器系统124上。要理解的是，发电机570和轴515可为本领域已知的任何大小或类型，并且可取决于它们的应用或它们所连接到的系统而不同。发电机和轴共同编号是为了清楚，并且未必暗示这些发电机或轴是相同的。发电机系统570和第二轴515可以基本类似于上面描述的发电机系统570和轴515的方式运行。在本发明的一个实施例中(以虚线显示)，可通过计算装置122使用工作流体传感器系统124来监测蒸汽涡轮592。在图10中显示的另一个实施例中，单轴联合循环功率装置600可包括通过单个轴515联接到燃气涡轮580和蒸汽涡轮592两者上的单个发电机570。燃气涡轮580和蒸汽涡轮592可通过图7的计算装置122或本文描述的其它实施例可操作地连接到工作流体传感器系统124上。本公开的工作流体传感器系统不限于任何一个功率发生系统、联合循环功率发生系统、涡轮或其它系统，并且可用于其它功率系统。另外，本发明的系统可用于本文未描述的、可受益于由本文描述的工作流体传感器系统提供的运行分析的其它系统。如本文论述的那样，描述了各种系统和构件“获得”和/或“传送”数据(例如运行数据、构件温度、系统规范等)。要理解的是，可使用任何解决方法来获得对应的数据。例如，对应的系统/构件可产生和/或用来产生数据，从一个或多个数据存储器或传感器(例如，数据库)中读取数据，接收来自另一个系统/构件的数据等等。当数据不是由特定的系统/构件产生时，要理解的是，可与所显示的系统/构件分开来实现另一个系统/构件，该另一个系统/构件产生数据，并且将数据提供给系统/构件，以及/或者存储数据以供系统/构件访问。本文使用的术语仅是为了描述特定实施例，并且不意于限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包括”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种工作流体传感器系统，包括: 适于设置在涡轮内的成组的传感器，所述成组的传感器包括探头部分，所述探头部分延伸到所述涡轮的流径中，以暴露于工作流体，所述探头部分适于对由所述工作流体在所述探头部分上施加的力作出反应，以及指示所述工作流体的水分含量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成组的传感器适于暴露于所述工作流体达预定时段。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成组的传感器适于被所述工作流体腐蚀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成组的传感器包括腐蚀涂层或腐蚀鞘中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括: 测压元件，其连接到所述成组的传感器上，并且构造成测量所述工作流体在所述探头部分上施加的力；以及 通信连接到所述测压元件和所述成组的传感器上的计算装置，所述计算装置适于处理从所述测压元件获得的实测力值和从所述成组的传感器获得的流数据，以确定所述探头部分在所述工作流体中的阻力系数。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述计算装置进一步构造成基于所述阻力系数来确定所述涡轮的运行特性或所述涡轮的效率中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成组的传感器横穿所述涡轮的流径。`
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成组的传感器包括大致等距离地设置在所述流径的周边周围的四个探头部分。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括通信连接到所述成组的传感器上的计算装置，所述计算装置适于处理所指示的水分含量，以确定所述涡轮的运行特性或所述涡轮的效率中的至少一个。
10.一种系统,包括: 至少一个计算装置，其适于通过执行包括下者的动作来确定涡轮的运行特性: 获得来自暴露于所述涡轮中的工作流体流的成组的传感器的流数据，所述流数据包括下者中的至少一个:所述成组的传感器上的阻力系数、所述工作流体的温度、所述涡轮处的一组当前环境状况，或者所述工作流体对所述成组的传感器的腐蚀作用； 基于所述流数据来确定所述工作流体的水分含量；以及 基于所述工作流体的水分含量来确定所述涡轮的运行特性。
11.一种联合循环功率发生系统，包括: 燃气涡轮； 操作性地连接到所述燃气涡轮上的热回收蒸汽发生器(HRSG)； 操作性地连接到所述HRSG上的蒸汽涡轮； 操作性地连接到所述燃气涡轮或所述蒸汽涡轮中的至少一个上的发电机；以及适于设置在所述蒸汽涡轮内的成组的传感器，所述成组的传感器包括探头部分，所述探头部分延伸到所述蒸汽涡轮的流径中，以暴露于工作流体，所述探头部分适于对所述工作流体在所述探头部分上施加的力作出反应，以及指示所述工作流体的水分含量。
12.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器适于暴露于所述工作流体达预定时段。
13.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器适于被所述工作流体逐渐腐蚀。
14.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器包括腐蚀涂层或腐蚀鞘中的至少一个。
15.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述联合循环功率发生系统进一步包括: 测压元件，其连接到所述成组的传感器上，并且构造成测量所述工作流体在所述探头部分上施加的力；以及 通信连接到所述测压元件和所述成组的传感器上的计算装置，所述计算装置适于处理从所述测压元件获得的实测力值和从所述成组的传感器获得的流数据，以确定所述探头部分在所述工作流体中的阻力系数。
16.根据权利要求15所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述计算装置进一步构造成基于所述阻力系数来确定所述蒸汽涡轮的运行特性或所述涡轮的效率中的至少一个。
17.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器横穿所述蒸汽涡轮的流径。
18.根据权利要求11 所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器包括大致等距离地设置在所述流径的周边周围的四个探头部分。
19.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述联合循环功率发生系统进一步包括通信连接到所述成组的传感器上的计算装置，所述计算装置适于处理所指示的水分含量，以确定所述涡轮的运行特性或所述蒸汽涡轮的效率中的至少一个。
20.根据权利要求11所述的联合循环功率发生系统，其特征在于，所述成组的传感器设置在所述蒸汽涡轮的流径的出口部分中。
全文摘要
本发明涉及用于功率发生系统的工作流体传感器系统。公开一种适于分析功率发生系统的运行的工作流体传感器系统。在一个实施例中，工作流体传感器系统包括适于设置在涡轮内的成组的传感器，该成组的传感器包括探头部分，探头部分延伸到涡轮的流径中，以暴露于工作流体，探头部分适于对工作流体在探头部分上施加的力作出反应，以及指示工作流体的水分含量。
文档编号F02C7/00GK103184934SQ201310000979
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月4日 优先权日2012年1月3日
发明者A.D.马道斯 申请人:通用电气公司