三維立體成像技術(shù)在汽輪機控制中的應(yīng)用探討

摘 要：三維立體成像技術(shù)與汽輪機控制的結(jié)合則可以將汽輪機本體虛擬模型化，將汽輪機運行參數(shù)在模型上動態(tài)模擬，整體的模擬汽輪機的運行，構(gòu)建一個集數(shù)據(jù)分析，動態(tài)演練，提前預(yù)警，可視化操作于一體的軟件平臺，則成為了提高檢修效率，提升檢修質(zhì)量的重要一環(huán)，這樣既可以減輕工作人員的勞動強度，又可以為企業(yè)節(jié)約檢修時間周期和經(jīng)濟成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：汽輪機控制；三維立體成像；動態(tài)模擬；事故預(yù)警

中圖分類號：TP306

隨著計算機科學技術(shù)的發(fā)展，其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的作用也日益凸顯，在汽輪機控制中，以計算機為控制單元，以組態(tài)為控制核心的DCS新型控制模式替代了以繼電器為核心的控制方式，大大的提高了生產(chǎn)效率，但是計算機技術(shù)在電力生產(chǎn)上，尤其是在汽輪機控制上起到的作用卻還是很小，更多的是依靠就地的數(shù)據(jù)采集，計算機組態(tài)邏輯運算，繼電器輸出，到就地設(shè)備執(zhí)行的傳統(tǒng)控制模式，此種控制模式廣泛應(yīng)用于我國火電行業(yè)的5萬，10萬的小型機組，以及30萬，60萬的機組，再到現(xiàn)在代表全國火力火電行業(yè)領(lǐng)先水平的100萬機組。現(xiàn)在隨著我國火電行業(yè)的發(fā)展，裝機容量的增大，其控制要求更加的精細，問題的分析和解決要求更加快捷高效，這種傳統(tǒng)的分析模式的弊端就逐漸的凸顯出來了，其最大的弊端就在于出現(xiàn)問題時，故障分析，事故處理的周期長，效率低，故障點定位不精準等，而如果將三維立體成像技術(shù)和汽輪機控制相結(jié)合，則可以有效的避免這種短板，大大的縮短檢修周期，提高檢修效率，降低設(shè)備檢修人員的勞動強度，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

三維立體成像技術(shù)在汽輪機控制中的應(yīng)用探討：在國電漢川電廠今年的一次A級檢修，兩次B級檢修中，兩臺30萬裝機容量的機組，均因為沖轉(zhuǎn)過程中軸承振動過大，不能在設(shè)定的臨界區(qū)轉(zhuǎn)速下沖過臨界區(qū)而不得不手動打閘，前前后后經(jīng)歷了十一天的時間，經(jīng)歷了分析，揭缸，配重，扣缸，沖轉(zhuǎn)，再分析等這樣的一個輪回十幾次，耗費了大量的人力，物力和財力，雖然最終解決了檢修后開機沖轉(zhuǎn)振動大的問題，但是卻因為延誤了將近半個月的開機時間，給我廠帶來了巨大的經(jīng)濟損失。

那么三維立體成像技術(shù)在汽輪機控制里是否具備可操作性呢？

首先，我們來看看目前此領(lǐng)域的發(fā)展，就我廠而已，已經(jīng)有了一套專門的“專家系統(tǒng)”，集數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，趨勢圖繪制于一體，為機組運行過程進行了數(shù)字化的模擬，但這仍然是二維的數(shù)據(jù)，運行人員和熱工人員只能根據(jù)這些參數(shù)，再結(jié)合自己的分析，去猜想汽輪機內(nèi)部運行情況，做出可能性分析方案，然后予以實施，從而去解決出現(xiàn)的故障。這種方法有很強的局限性，對于熟悉的機組，檢修人員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗及以前的可參比性，也能夠提供解決問題的較優(yōu)方案。但是，如果面對一個全新的機組，檢修人員就會顯得束手束腳，不易拿出較好的解決方案，延誤了設(shè)備的檢修時間，從而降低了維護效率，增加了維護成本。

其次，利用三維立體成像技術(shù)與汽輪機控制相結(jié)合，則能夠很好地解決此類弊端。我們可以首先建造一個三維線條化的汽輪機模型，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪機“透明”，內(nèi)部“可視化”的效果。將汽輪機內(nèi)部結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)和部件歸類，比如汽輪機動葉葉片，汽輪機油檔，轉(zhuǎn)子，軸封等。當選擇相關(guān)部件時，該部件以及所屬系統(tǒng)內(nèi)的其他部件實體化，其余部分依舊線條化，這樣則可以實現(xiàn)以后數(shù)據(jù)異常時，故障點的精確定位。當三維線條化的汽輪機模型建立后，將DEH，TSI等控制系統(tǒng)采集到的汽輪機相關(guān)運行的實時參數(shù)，輸入到三維立體模型中，并在模型中對于實時參數(shù)進行實時動態(tài)模擬。這樣，就能夠?qū)⑵啓C當前運行的狀態(tài)進行一個可視化的模擬，讓檢修和熱工人員能夠直觀明了的了解當前汽輪機的運行狀態(tài)以及汽輪機內(nèi)部的運行工況，為其全面的了解機組運行提供了保障，也可幫助設(shè)備檢修人員設(shè)計最優(yōu)檢修方案，從而大大縮短設(shè)備的檢修時間。

第三，就以我廠檢修后機組沖轉(zhuǎn)過臨界時振動大為例來說，如果依舊是按照以往的檢查運行參數(shù)，給出一個配重方案，然后揭缸，配重，扣缸，再沖轉(zhuǎn)試驗這種模式，則每一次配重方案的實施和試驗幾乎需要兩天左右的檢修時間，而且一次成功解決問題的可能性很小，往往是多次調(diào)整配重方案后才能解決。而如果將上述三維立體成像技術(shù)與汽輪機控制結(jié)合的軟件加入一個測試端口，將振動大而被迫打閘時的運行參數(shù)輸入后，進行打閘前運行工況的動態(tài)模擬和鎖定，讓其一直保持打閘前的運行狀態(tài)，然后把配重方案輸入后進行參數(shù)修正，并再次模擬一個新的按照配重方案修改后的運行工況，如果模擬后的新工況滿足條件，則直接按照此配重方案進行配重，若新的工況依然不滿足條件，則可以和原鎖定中的運行工況進行對比，即可發(fā)現(xiàn)合理有效的配重修改方向，并對于配重的位置，配重塊的數(shù)量等均可有個直觀的了解，這樣，提高了每個配重方案試驗的效率，縮短了試驗周期，確保了一次揭缸，至多兩次配重即可實現(xiàn)預(yù)期目的，由計算機模擬代替實際拆裝沖轉(zhuǎn)試驗，縮短了檢修周期，降低了試驗成本，也提高了檢修效率。不僅僅是振動，包括氣溫，缸溫，水溫，氫溫，油溫，轉(zhuǎn)速，差漲等等參數(shù)均可以進行動態(tài)模擬，為故障分析提供幫助。

第四，為了實現(xiàn)上述設(shè)想，則需要解決幾個問題：（1）三維虛擬動態(tài)模型的構(gòu)建；（2）整個軟件平臺的搭建；（3）采集到的運行參數(shù)如何表現(xiàn)到虛擬模型上，實現(xiàn)動態(tài)模擬。第一個問題好解決，現(xiàn)在的CAD、3DMAX、CREATOR等軟件均可實現(xiàn)。第二個問題，在三維模型建立后，其本身需要一個軟件平臺來實現(xiàn)，基于功能需要，我覺得還是用C++基于模塊化的編程語言來搭建軟件平臺較好，以每個功能為一個程序模塊，只要留足夠的端口，即可實現(xiàn)功能的擴展。難點在于第三個問題上面，不論是轉(zhuǎn)速也好，振動也好，在數(shù)據(jù)異常導致設(shè)備故障時，這個過程都是一個變化的，尤其是溫度，排除采集元件本身出現(xiàn)問題以外，幾乎都是漸變量，那么我們只要把握住了溫度變化隨著閥門開度，進氣流量，汽機轉(zhuǎn)速等相關(guān)影響因素之間的關(guān)系以及相關(guān)權(quán)重，則可以找到較為符合其運行規(guī)律的經(jīng)驗公式，也就是計算機編程所需要的算法，找到了算法，則可以將其數(shù)據(jù)趨勢化，根據(jù)變化趨勢，則可對未來的情形進行預(yù)測，有效的避免風險。

就以振動這個被測量來看，影響振動大小的因素有很多：晃度、所帶負荷、軸承自激振動、汽流激振、軸承偏斜等因素。而每個影響因素對于不同的瓦來說，其影響的權(quán)重是不同的，而具體到每個瓦的振動時，每個因素之間對于振動大小的影響度則需要大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)進行建模比對了，這是未來工作中的一大塊。該套技術(shù)在前期主要的工作就是進行數(shù)據(jù)采集，分析，建立數(shù)學模型，歸建詳實的數(shù)據(jù)檔案，為后期的故障預(yù)判提供可靠的比對。

以上僅為筆者對于三位立體成像技術(shù)在汽輪機控制上的應(yīng)用的一些設(shè)想以及可行性分析，具體相關(guān)細節(jié)，還有待同仁們共同深入探討與實踐。

參考文獻：

[1]汽輪機振動大的原因分析及其解決方法[J/OL].百度文庫.

[2]蒸汽輪機異常振動原因的分析和處理措施[J/OL].百度文庫.

作者簡介：劉睿（1989.07-），男，湖北孝感人，研究方向：電廠熱工控制自動化；肖波（1973.10-），男，湖北武漢人，研究方向：熱工自動化電廠的應(yīng)用。

作者單位：國電漢川發(fā)電有限公司，湖北漢川 432321