專利名稱：渦輪性能診斷系統和方法
技術領域：
本文公開的主題涉及渦輪，并且具體而言，涉及監測渦輪的性能以及預測渦輪的運行中的變化的根本原因。
背景技術：
電功率的產生典型地包括利用ー個或多個渦輪。這些渦輪，像任何其它機械裝置一祥，可能需要不時地進行檢查，以確保恰當的運行。ー種方法是進行定期檢查。但是，在ー 些情況下，可確定，特定渦輪(或其一部分)可能不需要像其它的那樣經常進行檢查，即使它們是同類型的。因此，檢查可能對于ー個渦輪不是必要的，而對于另ー個可能是必要的。功率產生系統的高可用性和可靠性多年來向來是電カエ業的主要的必要要求。不可靠性和被迫停機的高成本是眾所周知的。維護不當或檢測到運行異常可導致渦輪被迫停機。及早檢測到這樣的異常對于防止和減少長時間的渦輪被迫停機是重要的。典型的檢查可能需要渦輪在檢查期間停機。在這種情況下，可能會妨礙功率產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其相關聯的實際的經濟成本。另外，檢查本身也花費金錢。出于至少這兩個原因，僅在需要的時候和在需要處執行檢查或維護可為有益的。
發明內容
根據本發明的一方面，公開了ー種為ー個或多個渦輪產生性能報告的渦輪性能診斷系統。這方面的系統包括評估模塊，該評估模塊接收來自至少ー個渦輪的運行數據，并且根據該運行數據來產生性能報告。這方面的評估模塊包括變化檢測模塊，其構造成確定至少ー個參數何時改變得超出相關聯的閾值，以及產生警報；以及聯接到變化檢測模塊上的根本原因分析器，其利用貝葉斯(Bayesian)置信網絡(BBN)來預測警報的根本原因。在這方面，性能報告包括所預測的根本原因的表示。根據本發明的另一方面，公開了ー種為至少ー個渦輪確定渦輪警報的根本原因的方法。這方面的方法包括在計算裝置處確定存在渦輪警報；當存在警報狀況時，在計算裝置處確定，存在哪些其它警報狀況，如果有的話，以產生事件部分；以及通過比較事件部分與貝葉斯置信網絡(BBN)而根據該事件部分來預測事件的根本原因。根據本發明的另一方面，公開了ー種用于為ー個或多個渦輪產生記分卡的系統。 在這方面，該系統包括評估模塊，該評估模塊接收來自至少ー個渦輪的運行數據，并且根據該運行數據來產生記分卡。在這方面，評估模塊包括變化檢測模塊，其構造成確定至少ー 個參數何時改變得超出相關聯的閾值，以及產生警報；以及產生記分卡的記分卡生成器，該記分卡包括狀態表示，該狀態表示以產生警報的參數的特性為基礎。根據結合附圖得到的以下描述，這些和其它優點與特征將變得更加顯而易見。
在說明書的結論處的權利要求書中特別指出且明確要求保護被視為本發明的主題。根據結合附圖得到的以下詳細描述，本發明的前述和其它特征與優點是顯而易見的，其
中
圖1是根據本發明的一個實施例的系統的數據流程圖2示出了本發明的實施例可在其上實現的計算系統；
圖3是示出了根據ー個實施例的系統的數據流程圖4顯示了根據ー個實施例的證據矩陣的一部分的一個實例；
圖5顯示了由本發明的實施例使用的且根據本發明的實施例的證據矩陣的-實例；
圖6示出了根據ー個實施例的貝葉斯置信網絡(BBN)的一個實例；
圖7是示出了根據另ー個實施例的系統的數據流程圖；以及
圖8是示出了發熱量退化對時間(的關系)的曲線圖。
詳細描述以參照附圖的實例的方式闡述了本發明的實施例，以及優點和特征。
部件列表
50系統
52壓縮機
54燃燒器
56渦輪區段
60渦輪
62控制器
63通訊通路
64評估器
66額外信息
70報告
100處理系統
101處理器
IOla中央處理單元
IOlb中央處理單元
IOlc中央處理單元
102只讀存儲器(ROM)
103硬盤
104大容量存儲器
105磁帶存儲器驅動器
106網絡適配器
107輸入/輸出(I/O)適配器
108用戶接ロ適配器
109鍵盤
110鼠標
111喇叭
112顯示適配器
113系統總線
114系統存儲器
115屏幕
116外部網絡
120軟件
300系統
301評估器
302渦輪數據
304信號處理模塊
306處理數據
308變化檢測模塊
310檢測到的變化數據
312根本原因分析器
314數據庫
316學習工具
318維護分析器
320維護建議
400實例部分
402列
404列
406額外參數
408額外參數
410額外參數
412額外參數
414額外參數
416額外參數
418額外參數
420額外參數
500證據矩陣
502列
504列
600結構
602根本原因泡
604不同的參數
606不同的參數
608不同的參數
610不同的參數
612不同的參數
說明書
3/9頁
5
614不同的參數
616不同的參數
618不同的參數
620不同的參數
622邊緣
700系統
701評估器
702渦輪數據
704隊寬記分卡
706單元記分卡
708信號處理模塊
710經處理的數據
712變化檢測模塊
714檢測到的變化數據
716記分卡生成器
800
801第一時段
802發熱量
803線
804第二時段
805第二次水洗
具體實施例方式本文公開的實施例涉及用監測渦輪性能的系統和方法。在公開的系統和方法中， 跟蹤渦輪的關鍵性能參數，并且根據此跟蹤，可檢測這些參數的變化。在一些實施例中，變化導致對用戶/操作員產生警報或警告。在一個實施例中，當產生警報時，記錄性能參數中的ー些或全部的狀態。可在隊 (fleet)上組合這個記錄的信息，以產生隊級性能退化跟蹤記分卡。根據又ー個實施例，基于在產生警報時記錄的信息，可執行概率性根本原因分析。在一個實施例中，根本原因分析以貝葉斯置信網絡的結果為基礎。圖1顯示了根據ー個實施例的系統50的數據流程圖。系統50可包括ー個或多個渦輪60。為了簡單起見，在圖1中僅示出了一個渦輪60。渦輪60可為任何類型的渦輪。事實上，渦輪60可為燃氣輪機、蒸汽輪機或將燃料轉換成電カ的其它裝置。在渦輪60為燃氣輪機的情況下，渦輪60可包括用以吸入空氣和壓縮空氣的壓縮機52 ；用以添加燃料以加熱壓縮空氣的燃燒器M (或燃燒裝置)；以及用以從熱空氣流中抽取動力的渦輪區段56。系統50還可包括聯接到渦輪60上的控制器62。控制器62接收來自渦輪60的信息，并且基于那個信息，可改變渦輪60的運行。因此，控制器62和渦輪60之間的通訊可為雙向的，如通訊通路63所表示的那樣。
在一個實施例中，控制器62聯接到評估器64上。在這種實施例中，評估器64接收來自控制器62的信息，并且可選地，接收來自額外信息源(未顯示)的額外信息66，以產生一個或多個報告70。額外信息66可包括(但不限干)現場監測信息。在一個實施例中，現場監測信息與壓縮機52有關。這個現場監測信息可包括(但不限干)運行小時數、入口調節、噴霧器信息、部分負載運行、水洗信息、入口空氣質量和其它傳感器信息。當然，其它類型的信息可包括在額外信息66中。可在硬件、軟件或它們的一些組合(固件)中實現評估器64。報告70可包括ー個或多個不同的類型的信息。在一個實施例中，報告70包括隊級性能記分卡、単元級性能記分卡和根本原因報告中的至少ー個。參看圖2，顯示了用于實現本文的教導的處理系統100的一個實施例。處理系統 100可包括評估器64(圖1)。在這個實施例中，系統100具有ー個或多個中央處理單元 (CPU)(處理器)101a、101b、IOlc等(共同地或一般地稱為處理器(ー個或多個)101)。在一個實施例中，各個處理器101可包括簡精指令集計算機(RISC)微處理器。處理器101通過系統總線113而聯接到系統存儲器114和各種其它構件上。只讀存儲器(ROM) 102聯接到系統總線113上，并且可包括基本輸入/輸出系統(BIOS)，BIOS控制系統100的某些基本功能。圖2進ー步描繪了聯接到系統總線113上的輸入/輸出(I/O)適配器107和網絡適配器106。I/O適配器107可為與硬盤103和/或磁帶存儲器驅動器105或任何其它類似的構件通訊的小型計算機系統接ロ(SCSI)適配器。I/O適配器107、硬盤103和磁帶存儲裝置105在本文中共同稱為大容量存儲器104。網絡適配器106使總線113與外部網絡 116互連，使得數據處理系統100能夠與其它這樣的系統通訊。屏幕(例如顯示監視器)115 可通過顯示適配器112來連接到系統總線113上，顯示適配器112可包括用以改進圖形密集應用和視頻控制器的性能的圖形適配器。在一個實施例中，適配器107、106和112可連接到ー個或多個I/O總線上，該ー個或多個I/O總線通過中間總線橋(未顯示)來連接到系統總線113上。用于連接諸如硬盤控制器、網絡適配器和圖形適配器的外圍裝置的適當的I/O總線典型地包括通用協議，例如外圍構件接ロ(PCI)。顯示了額外的輸入/輸出裝置通過用戶接ロ適配器108和顯示適配器112來連接到系統總線113上。鍵盤109、鼠標110 和喇叭111通過用戶接ロ適配器108而全部互連到總線113上，用戶接ロ適配器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I/O芯片。將理解，系統100可為任何適當的計算機或計算平臺，并且可包括終端、無線裝置、信息儀表、裝置、工作站、小型計算機、大型計算機、個人數字助理(PDA)或其它計算裝置。應當理解，系統100可包括通過通訊網絡而鏈接在一起的多個計算裝置。例如，在兩個系統之間可存在客戶-服務器關系，并且處理可在兩個系統之間分開。系統100可使用任何計算機操作系統。如所示出的那樣，系統100還包括用于在網絡116上進行通訊的網絡接ロ 106。網絡116可為局域網(LAN)、城域網(MAN)或廣域網 (WAN)，例如互聯網或萬維網。系統100的用戶可通過任何適當的網絡接ロ來連接到網絡116上，例如標準電話線路、數字用戶線路、LAN或WAN鏈路(例如Tl、T3)、寬帶連接(幀中繼、ATM)和無線連接(例如 802. 11 (a)、802. 11(b)、802. 11(g))。如本文公開的那樣，系統100可包括存儲在機器可讀介質(例如硬盤104)上的機器可讀指令，以執行本文公開的ー個或多個方法。如本文所論述的那樣，指令可稱為“軟件” 120。可使用本領域中已知的軟件開發工具來產生軟件120。軟件120可包括用于提供本領域已知的用戶交互能力的各種工具和特征。圖3是根據一個實施例的系統300的數據流程圖。在這個實施例中，渦輪60產生渦輪數據302。當然，可在控制器(未顯示)或接收來自渦輪或其它機器的信息的其它計算裝置處編譯渦輪數據302。應當理解，雖然圖3的描述涉及渦輪，但是系統300可用可從中收集數據的任何類型的機器來代替渦輪。渦輪數據302可包括下者中的ー個或多個發熱量(HR)、實測功率輸出(DWATT)、 渦輪速度(高壓軸)(TNH)、總的經修正功率、大氣壓力(AFPAP)、實測渦輪排氣壓カ損耗 (AFPEP)、壓縮機效率和壓縮機流率。另外，渦輪數據302可包括例如對壓縮機執行水洗的時間。將渦輪數據302提供給評估器301。評估器301可與圖1中顯示的評估器64相同，或者可為其一部分。在一個實施例中，評估器301包括信號處理模塊304。在一個實施例中，信號處理模塊304對渦輪數據302進行濾波和分類。在一個實施例中，可省略信號處理模塊304。在存在信號處理模塊304的情況下，它可執行下者中的ー個或多個運行模式濾波；信號平滑(使用或者中值或者Mvitzky-Golay(SG))濾波；以及數據規范化。當然，信號處理模塊304可對渦輪數據302執行其它類型的處理。不管處理的濾波類型如何，信號處理模塊304都產生經處理的數據306。在一個實施例中將經處理的數據306提供給變化檢測模塊308。如上面所描述的那樣，可省略信號處理模塊304。在這種情況下，可將渦輪數據302直接提供給變化檢測模塊 308。變化檢測模塊308大體構造成隨著時間的過去來檢驗數據，以及檢測渦輪數據 302中的基于時間的變化。具體而言，變化檢測模塊306對數據進行檢驗，并且確定值或值的變化是否超過相關聯的閾值。存在可由變化檢測模塊306實現的若干種類型的檢測方案(檢驗)。這些方案包括(但不限干)霍特林(Hotelling) T2變換檢驗、似然比檢驗、霍特林T2變換檢驗和似然比檢驗的組合、ζ分數計算、ニ樣本t檢驗、熵基檢驗、離線水檢測檢驗、均值或基值偏移檢驗和高斜率檢測檢驗。在一個實施例中，對接收自渦輪60的HR值和DWATT值中的一個或兩者執行這些檢驗中的ー個或多個。當然，可執行其它類型的檢驗，并且本領域技術人員可實現所列出的那些。在一個實施例中，渦輪數據302中的任何參數的不合需要的變化的檢測可導致警報的產生。變化檢測模塊308產生檢測到的變化數據310。這個檢測到的變化數據310代表基于在變化檢測模塊308中執行的檢驗而產生的特定警報(或缺少該警報)。在一個實施例中，檢測到的變化數據310可包括全部監測到的渦輪參數的狀態的列表，因為它們在警報產生時是存在的。在一個實施例中，檢測到的變化數據310可組合起來而形成證據矩陣， 如在下面描述的那樣。
圖4顯示了根據ー個實施例的證據矩陣的實例部分400。部分400示出了證據矩陣中的條目，其中為特定単元(例如為特定渦輪)產生了 HR警報(列402)和DWATT警報 (列404)兩者。當然，其它類型的警報可包括在部分400中。部分400還包括其它額外參數406-420的狀態的表示。額外參數406-420的狀態表示，在產生HR或DWATT警報時，那些參數是否在正常運行狀況內，或者最近是否已被執行(在例如水洗的情況下)。可隨著時間的過去而為單獨的單元以及在単元隊上產生多個部分400。部分400 可全部組合起來而形成證據矩陣500，如圖5中顯示的那樣。在一個實施例中，證據矩陣500 標識單元(列50 和警報的時間(列504)。應當理解，在一個實施例中，部分400和證據矩陣500可僅包括渦輪或其一部分(例如壓縮機)失效時的條目。當然，失效的定義是可變的，并且取決于背景。根據ー個實施例，證據矩陣中的各個條目500還可包括實際失效原因的表示。再次參看圖3，證據矩陣500可由包含在檢測到的變化數據310中且存儲在數據庫314中的単獨的部分400形成。根據本發明的一個實施例，證據矩陣500可用作根本原因分析(RCA)的一部分。在一個實施例中，RCA包括利用BBN模型。事實上，應當理解，在一個實施例中，可根據證據矩陣產生BBN模型。將檢測到的變化數據310提供給根本原因分析器312。在一個實施例中，根本原因分析器312針對當前警報狀況而分析檢測到的變化310，并且產生對警報的根本原因的預測。例如，假設在壓縮機接收水洗的同時遇到HR警報。在這種情況下，則可預測HR警報是由于發生水洗的事實而引起的。應當理解，以上實例是簡單化的，并且是以實例而非限制的方式提供的。圖6示出了在一個實施例中在根本原因分析器314中使用的結構600。可基于例如對證據矩陣500(圖5)的檢查而形成該結構。在一個實施例中，可根據系統知識和證據矩陣來產生為所有可能的實測值提供概率性框架的較完整的結構，以及然后根據已知原理來對該結構進行修整，以移除無貢獻的或不可檢測的信息。圖6中示出的結構600是這種經修整的版本。如上面所論述的那樣，證據矩陣中的各個條目可包括警報狀態的實際原因的表示。這種實際原因在本文中也稱為“根本原因”，并且在圖6中顯示為根本原因泡602。應當理解，在一個實施例中，這些原因可選自壓縮機問題、渦輪故障、入口狀況變化、燃燒溫度變化、水洗、傳感器校準問題、放氣閥打開和濾波器改變，僅舉出了ー些。可針對各個根本原因來開發單獨的結構600。該結構600可包括其它不同的參數 604-620。在一個實施例中，參數之間的特定布置和連接以實際觀察到的數據為基礎。結構600形成BBN的基礎，并且以人類專家的置信為基礎。更詳細而言，BBN是所關注的域的變量的圖形表示，并且代表結構600中的變量之間的關系，如圖6中示出的那樣。在一個實施例中，結構600是直接非循環圖(DAG)。在BBN中，變量(604-620)具有一組有限的狀態，并且由邊緣(例如邊緣62 連接而形成DAG。各個變量A均具有母體B1…， Bn。例如，在圖6中，泡614、618和620是泡616的母體。在發生A的情況下發生B的概率由等式1中示出的貝葉斯法則來限定。
權利要求
1.ー種為ー個或多個渦輪產生性能報告的渦輪性能診斷系統(50)，所述系統(50)包括評估模塊，其接收來自至少ー個渦輪(60)的運行數據，并且根據所述運行數據來產生性能報告(70)，所述評估模塊包括變化檢測模塊(308)，其構造成確定至少ー個參數何時改變得超出相關聯的閾值，并且產生警報；以及聯接到所述變化檢測模塊(308)上的根本原因分析器(312)，其利用貝葉斯置信網絡 (BBN)來預測所述警報的根本原因；其中，所述性能報告(70)包括所預測的根本原因的表示。
2.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在干，所述變化檢測模塊(308)執行下者中的至少ー個來產生所述警報霍特林T2變換檢驗、似然比檢驗、所述霍特林T2變換檢驗和似然比檢驗的組合、ζ分數計算、ニ樣本t檢驗、熵基檢驗、離線水檢測檢驗、均值或基值偏移檢驗和高斜率檢測檢驗。
3.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在干，基干與所述至少一個渦輪(60)有關的在先運行數據而形成所述BBN。
4.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在干，基于證據矩陣(500)而形成所述BBN。
5.根據權利要求4所述的系統(50)，其特征在干，所述證據矩陣(500)包括多個部分， 各個部分包括在產生第一警報時所存在的其它警報狀況的表示。
6.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在干，所述系統(50)進ー步包括 基于所述報告來產生維護建議(320)的維護分析器(318)。
7.—種為至少ー個渦輪確定渦輪警報的根本原因的方法，所述方法包括 在計算裝置處確定存在所述渦輪警報；當存在警報狀況時，在所述計算裝置處確定，存在哪些其它警報狀況，如果有的話，以產生事件部分；以及通過比較所述事件部分與貝葉斯置信網絡(BBN)而根據所述事件部分來預測所述事件的根本原因。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在干，基干與所述至少一個渦輪(60)有關的在先運行數據而形成所述BBN。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在干，基于證據矩陣(500)而形成所述BBN。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在干，所述證據矩陣(500)至少部分地由來自所述至少一個渦輪(60)以外的渦輪的運行數據形成。
全文摘要
本發明涉及渦輪性能診斷系統和方法。一種渦輪性能診斷系統(50)，其為一個或多個渦輪(60)產生性能報告，并且包括評估模塊，該評估模塊接收來自至少一個渦輪的運行數據，并且根據該運行數據來產生性能報告(70)。評估模塊包括變化檢測模塊(308)，其構造成確定至少一個參數何時改變得超出相關聯的閾值，并且產生警報；以及聯接到變化檢測模塊上的根本原因分析器(312)，其利用貝葉斯置信網絡(BBN)來預測警報的根本原因。性能報告包括所預測的根本原因的表示。
文檔編號G01M13/00GK102539129SQ20111040303
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者A·K·潘迪, A·塔盧達, M·C·馬扎羅, S·南達 申請人:通用電氣公司