Система диагностики элементов пароперегревателей паровых котлов

 

Система диагностики элементов пароперегревателей паровых котлов относится к области энергетики; предназначена для использования в системах контроля и управления паровыми котлами тепловых электрических станций и позволяет повысить надежность эксплуатации паровых котлов . По сигналам с электромеханического тензометра, датчика 2 давления и термопар 3, 4 и 5 под управлением блока 27 управления с помощью устройств 7-11 выборкихранения,аналого-цифровых преобразователей 12-15, блока 16 определения эквивалентного механического напряжения , блока 17 памяти, блока 18 деления, сумматора 19, пороговых элементов 21-25, блока 20 регистрации и блока 26 сигнализации система позволяет автоматически определять повреждаемость контролируемого узла за предшествующий период эксплуатации, своевременно информировать эксплуатационный персонал об условиях работы этого узла и интенсивности срабатывания ресурса. В случае, если значения температуры поверхности змеевика, эквивалентного механического напряжения и повреждаемости, превысят допустимые пределы подаются предупреждающие сигналы . Такое выполнение системы позволяет повысить ее надежность. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4706959/06 (22) 19.06.89 (46) 23.03.92. Бюл. N. 11 (71) Одесский политехнический институт (72) В.А.Герлига, В.Т.Роговский и Г.К.Вороновский (53) 621.182.26 (088,8) . (56) Авторское свидетельство СССР

N. 351058, кл, F 22 В 37/42, 1970.

Дашкиев Ю.Г, и др. Диагностирование элементов пароперегревателей паровых. котлов с позиции надежности. — Теплоэнергетика, 1989, N1,,с.11-15, (54) СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ ПАРОВЫХ

КОТЛОВ (57) Система диагностики элементов пароперегревателей паровых котлов относится к области энергетики; предназначена для использования в системах контроля и управления паровыми котлами тепловых электрических станций и позволяет повысить надежность эксплуатации паровых кот„„Ж „„1 721459 А1 (51)5 G 01 М 15/00 лов, По сигналам с электромеханического тензометра, датчика 2 давления и термопар

3, 4 и 5 под управлением блока 27 управления с помощью устройств 7 — 11 выборкихранения, аналого-цифровых преобразователей 12 — 15, блока 16 определения эквивалентного механического напряжения, блока 17 памяти, блока 18 деления, сумматора 19, пороговых элементов 21 — 25, блока 20 регистрации и блока 26 сигнализации система позволяет автоматически определять повреждаемость контро лируемого узла за предшествующий период эксплуатации, своевременно информировать эксплуатационный персонал об условиях работы этого узла и интенсивности срабатывания ресурса. В случае, если значения температуры поверхности змеевика, эквивалентного механического напряжения и повреждаемости, превысят допустимые пределы подаются предупреждающие сигналы. Такое выполнение системы позволяет повысить ее надежность. 2 ил.

1721459

Изобретение относится к энергетике и предназначено для использования в системах контроля и управления паровыми котлами тепловых электрических станций.

Известно, что на долю мощных паровых котлов приходится более 707 отказов в работе энергоблоков, обусловленных прежде

ecего повреждениями конвективных пароперегревателей, Основные элементы в названных парс перегревателях, подверженные повреждениями, это узлы приварки змеевиков к коллекторам.

Для повышения надежности узлов приварки элементов к коллекторам необходимо своевременно информировать эксплуатационный и ремонтный состав об условиях работы этих узлов и интенсивности срабатывания ресурса, Известно устройство технологической защиты пароводяного тракта котла, содержащее первичный измерительный преобразователь (приемник шума), пороговый элемент и блок сигнализации (сигнальная лампочка).

Однако известное устройство не позволяет проводить диагностику состояния узлов приварки змеевиков к коллекторам и определять интенсивность срабатывания их ресурса в процессе нормальной эксплуатации парового котла.

Известна система диагностики элементов пароперегревателей паровых котлов, содержащая первый-пятый первичные измерительные преобразователи, в качестве которых используют соответственно электромеханический тензометр, датчик давления и три термопары, а также блок регистрации, Известный электромеханический тензометр устанавливают в непосредственной близости от контролируемого узла, Датчик давления устанавливают таким образом, чтобы измерять внутреннее давление в контролируемом узле (давление в коллекторе).

Первую термопару устанавливают в непосредственной близости от контролируемого узла проварки змеевика к коллектору, Вторую и третью термопары устанавливают на змеевике на некотором расстоянии от контролируемого узла, например, на расстоянии

0,04 и 0,45 м соответственно, Выходные сигналы всех пяти первичных измерительных преобразователей фиксируются в блоке регистрации через каждые 5 — 10 с. Исходя из величин указанных сигналов, производят диагностику узлов приварки змеевика к коллектору. Для этой цели используют универсальные электронно-вычислительные машины.

Недостатком известной системы является отсутствие возможности проводить автоматическую диагностику. Указанный недостаток снижает надежность пароперегревателя, а следовательно, и парового котла в целом.

Целью изобретения является повышение надежности парового котла.

Поставленная цель достигается тем, что выходы всех первичных измерительных преобразователей подключены через соответствующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), на входе каждого из которых установлено устройство выборкихранения, к соответствующим входам блока определения эквивалентного механического напряжения, выходом соединенного с первым входом блока памяти, к выходу которого подключены последовательно соединенные блок деления, сумматор и блок регистрации, кроме того, выход блока определения э:вивалентного механического напряжения, выход сумматора и выходы третьего — пятого АЦП подключены через соответствующие пороговые элементы к соответствующим входам блока сигнализации, при этом управляющие входы пяти устройств выборки-хранения, пяти АЦП, блока определения эквивалентного механического напряжения, блока памяти, блока деления, сумматора и блока деления, сумматора и блока регистрации соединены с соответствующими входами блока управления, а выход третьего АЦП подключен к второму входу блока памяти.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы диагностики; на фиг. 2 — схема блока определения эквивалентного механического напряжения.

Система диагностики содержит первичные измерительные преобразователи 1-5, в качестве которых соответственно используют электромеханический тензометр, датчик давления и три термопары, а также устройства 6 — 10 выборки-хранения, 11-15 АЦП, блок 16 определения эквивалентного механического напряжения, блок 17 памяти, блок 18 деления, сумматор 19, блок 20 регистрации, пороговые элементы 21-25, блок

26 сигнализации и блок. 27 управления.

К первому входу блока 16 подключен выход последовательной цепи, состоящей из электромеханического тензометра 1, устройство 6 выборки-хранения и АЦП 11, к второму входу — состоящей из датчика 2 давления, устройства 7 выборки-хранения и

АЦП 12, к третьему — состоящей из термопары 3, устройства 8 выборки-хранения и АЦП

13, к четвертому — состоящей из термопары

4, у-тройства 9 выборки-хранения и АЦП 14, 1721459 к пятому — состоящей из термопары 5, устройства 10 выборки-хранения и АЦП 15. Выход блока 16 соединен с первым входом блока 17 памяти. К выходу блока 17 памяти подключен вход последовательной цепи, состоящей из блока 13 деления, сумматора

19 и блока 20 регистрации. К выходам блока

16, АЦП 13 — 15 и сумматора 19 подключены также входы пороговых элементов 21-25 соответственно, Выходы пороговых элементов 21 — 25 соединены с соответствующими входами блока 26 сигнализации. Управляющие входы устройства 6 — 10 выборки-хранения, АЦП 11-15, блока 16, блока 17 памяти, блока 18 деления, сумматора 19 и блока 20 регистрации подключены к соответствующим выходам блока 27 управления. Выход

АЦП 13 соединен также с вторым входом блока 17 памяти.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Выходные сигналы первичных измерительных преобразователей 1-5 поступают на входы устройств 6 — 10 выборки-хранения соответственно, Каждое из устройств 6-10 выборки-хранения дискретизирует соответствующий непрерывный аналоговый сигнал . по времени с интервалом 5-10 с, С выходов устройств 6-10 выборки-хранения выборки соответствующих аналоговых сигналов поступают на входы АЦП 11-15 соответственно, где преобразуются в цифровую форму, Цифровые сигналы (коды) с выходов АЦП

11 — 15 поступают на соответствующие входы блока 16. Выходной сигнал (код) блока 16 пропорционален текущему значению стохастически (случайно) изменяющегося эквивалентного механического напряжения.

Блок 16 определения эквивалентного напряжения может иметь множество схемных решений, Один из вариантов реализации блока 16 приведен на фиг. 2. Блок 16 содержит сумматоры 28 — 33, перемножители 34 — 42, блоки 43; 44 деления, квадраторы

45, 46 и нелинейный элемент 47. Одновходовые перемножители 34, 35, 37, 38-42 служат для умножения входного сигнала.(кода) на некоторый заранее заданный постоянный коэффициент. Двухвходовой перемножитель 36 предназначен для перемножения сигналов, поступающих на его входы, В блоках 43, 44 деления происходит деление сигнала, поступившего на первый вход, на сигнал, поступивший на второй вход, Нелинейный элемент 47 предназначен для аппаратурной реализации функции натуральный логарифм, т.е. для логарифмирования входного. сигнала. Сумматоры 28-33 служат для определения суммы сигналов, поступивших на их входы, причем одновходовые сумматоры 31, 32 осуществляют суммирование входного сигнала с некоторым заранее заданным постоянным коэффициентом, 5 Первый вход сумматора 28, первый и второй входы сумматора 29, а также входы перемножителей 39, 40 являются соответственно первым-пятым входами блока 16. Выход сумматора 33 является выходом блока

10 16. Подключение управляющих входов отдельных блоков, входящих в состав блока

16, к управляющему входу блока 16 (фиг. 2) не показано, Сумматоры 28 — 32, перемножители 3415 38, квадраторы 45, 46, блоки 43, 44 деления предназначены для аппаратурного определения температурных осевого и тангенциального напряжений и< и о <, Названные блоки реализуют алгоритм. С выхода перемножителя 36 снимают сигнал, пропорциональный а,, полученный согласно выражению г . (К2 + Кз д + с +

d4+ К4 где д = К6 . In

t2 -тЗ.

tt -t3

41, t2, t3 — сигналы, поступающие на первые три входа блока 16;

К>-Кв — постоянные коэффициенты.

В перемножителях 34, 35, 38 происходит умножение входных сигналов на коэффициенты К1; Кв, Кз соответственно.

Сумматоры 31, 32 прибавляют к входным кодам коэффициенты К4, К5, соответственно, С выхода перемножителя 37 снимают сигнал, пропорциональный Ст4, полученный

40 согласно выражению

t74 К7 t7 z °

С выхода перемножителя 39 снимают сигнал, пропорциональный осевому напряжению от изгибающего момента v>.

45 гоп =Кя A b, где Л Ь вЂ” сигнал, поступающий на четвертый вход блока 16;

Кв — постоянный коэффициент.

С выхода перемножителя 40 снимают

50 сигнал, пропорциональный среднему окружному напряжению от внутреннего давлЕниЯ 04 .

<4= К9 где Р— сигнал, поступающий пятый вход

55 блока 16;

Kg — постоянный коэффициент.

С выхода перемножителя 41 снимают сигнал, пропорциональный среднему осевому напряжению от внутреннего давления

0 a: .

1721459

25

35

Од =Кю Р, где К1о — постоянный коэффициент.

С выхода перемножителя 42 снимают сигнал, пропорциональный среднему радиальному напряжению от внутреннего давления о г. сг,= Кд Р, где К1 — постоянный коэффициент, Коэффициенты К1-К>< рассчитываются заранее, до начала эксплуатации системы.

Все блоки 28 — 46 реализуют на основе цифровых интегральных микросхем. В качестве блоков 43 и 44 деления могут быть использованы устройства для реализации обобщенного метода деления без восстановления остатка, Перемножители

34 — 42 и квадраторы 45, 46 могут быть построены по матричной схеме с использованием потенциальных сумматоров в интегральном исполнении.

С выхода блока 16 сигнал, пропорциональный значению эквивалентного механического напряжения, поступает на первый вход блока 17 памяти и на вход порогового элемента 21, Сигнал, пропорциональный температуре в узле сварки, поступает с выхода АЦП 13 на второй вход блока 17 памяти и на вход порогового элемента 22. Сигналы с выходов АЦП 14 и 15 поступают на входы пороговых элементов 23 и 24 соответственно.

В блоке 17 памяти записаны значения расчетных ресурсов работы контролируемого элемента в режимах, характеризующихся всеми возможными сочетаниями постоянной температуры и постоянного эквивалентного механического напряжения.

Значения названных ресурсов рассчитывают теоретически заранее с учетом характеристик длитепьной прочности конкретной марки стали и рекомендуемых коэффициентов запаса, т,е. для каждого возможного сочетания температуры и напряжения рассчитывают ресурс работы контролируемого узла в условиях неизменности этого сочетания параметров. В зависимости от сочетания кодов на первом и втором входах блока 17 памяти на его выходе появляется сигнал (код), пропорциональный рассчетному ресурсу работы контролируемого узла, Этот сигнал поступает на вход блока 18 деления, где происходит определение повреждаемости (условной относительной величины, используемой для оценки выработки ресурса элемента), накопленной за период квантования контролируемых параметров, в течение которого значения температуры в узле сварки и эквивалентного механического напряжения практически постоянны. Количественное выражение указанной повреждаемости может быть представлено в виде

ЛП= —, 7(1 где ЛП вЂ” повреждаемость за период квантования; т; — расчетный ресурс работы контролируемого элемента при сочетании i-го значения напряжения и j-го значения температуры.

Сигнал с выхода блока 18 деления поступает на вход сумматора 19, где происходит накопление суммарной величины повреждаемости узла за период эксплуатации. Сигнал, пропориональный повреждаемости, накопленной за предшествующий период эксплуатации (от пуска до настоящего момента), поступает на вход блока 20 регистрации и на вход порогового элемента

25, Пороговые элементы 21 — 25 осуществляют сравнение величины входного сигнала с соответствующим предельным значением.

В случае, если величина входного сигнала какого-либо порогового элемента превышает предельно допустимое значение, установленное для этого сигнала, на выходе данного порогового элемента появляется сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 26 сигнализации. Блок 26 сигнализации предназначен для подачи оператору предупреждающих сигналов (световых, звуковых). Блок 26 сигнализации может также вырабатывать управляющее воздействие, подаваемое на исполнительные механизмы, изменяющие режим работы парового котла, Синхронизация работы устройств 6 — 10 выборки-хранения, АЦП 11-15, блока 16 определения эквивалентного механического напряжения, блока 17 памяти, блока 18 деления. сумматора 19 и блока 20 регистрации осуществляется за счет подачи на управляющие входы названных блоков тактовых импульсов из блока 27 управления.

Блок 16 памяти может быть реализован, к примеру. на микросхемах К565РУЗ, емкостью 16384 однобитовых слов.

Пороговые элементы 21 — 25 могут быть выполнены в виде цифровых схем сравнения двух многоразрядных чисел, Блок 27 управления содержит генератор тактовых импульсов и набор двоичных счетчиков, выполняющих роль делителей частоты. Генератор тактовых импульсов может быть построен по наиболее распространенной структуре, содержащей кварцевый задающий генератор, работающий в непрерывном режиме, устройство

1721459 синхронизации и устройство формирования тактовых импульсов. В качестве устройств выборки-хранения 6 — 10 и АЦП 11 — 15 могут быть использованы микросхемы КР1100СК2 и К572ПВ1 соответственно.

Предлагаемая система по сравнению с известной позволяет автоматически определять повреждаемость контролируемого узла за предшествующий период эксплуатации, своевременно информировать эксплуатационный и ремонтный персонал об условиях работы узла и интенсивности срабатывания ресурса. В случае, если значения температуры на поверхности змеевика, эквивалентного механического напряжения и повреждаемости превышат некоторые допустимые пределы, система подает предупреждающие сигналы оператору, Автоматическая диагностика элементов пароперегревателей повышает надежность паровых котлов в целом, Применение предлагаемой системы диагностики на тепловых электрических станциях повысит надежность мощных паровых котлов, снизит убытки от возможных простоев основного и вспомогательного оборудований и затраты на ремонтно-восстановительные работы, Формула изобретения

Система диагностики элементов пароперегревателей паровых котлов, содержащая электромеханический тензометр, датчик давления, первую-третью термопары и блок регистрации, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит первое — пятое устройства выборки-хранения, первый-пятый аналого-цифровые преобразователи, последовательно соединенные блок памяти, блок

5 деления и сумматор, блок определения эквивалентного механического напряжения, первый-пятый пороговые элементы, блок сигнализации и, блок управлания, выходы электромеханического тензометра, датчика

10 давления и термопар подключены через устройства выборки-хранения к входам соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены к входам блока определения экви15 валентного механического напряжения, выход которого подключен к первому входу блока памяти, второй вход которого подключен к выходу третьего аналого-цифрового преобразователя, выход сумматора подклю20 чен к входу блока регистрации, выходы блока определения эквивалентного механического напряжения, третьего-пятого аналого-цифровых преобразователей и сумматора через соответственно первый25 пятый пороговые элементы подключены к входам блока сигнализации, первый выход блока управления подключен к управляющим входам устройства выборки-хранения, его второй выход — к управляющим входам

30 аналого-цифровых преобразователей. а его второй-седьмой выходы — к управляющим входам соответственно блока определения эквивалентного механического напряжения, блока памяти, сумматора, блока деле35 ния и блока регистрации.

1721459

Составитель В.Герлига

Техред M.Ìîðãåíòàë Корре ор Н.Король

Редактор Н.Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 946 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5