本发明总的来说是关于汽轮机的控制，而且特别是关于不同运行方式下控制进汽阀的方法和系统。 在美国所发的电大部分是由汽轮机产生的，而汽轮机则接受用矿物燃料或核反应堆加热的锅炉产生的蒸汽。汽轮机发出的电量是由决定汽轮机进汽量的进汽阀来控制的。通常，有6到8个进汽阀，它们是按两种方式中的一种来工作的。按照单一阀门或等开度方式，所有这些阀门开度一致。这种方式往往在启动汽轮机时使用，以便进汽均匀地加热转子。
部分开启的阀门引起蒸汽能量的节流损失，而如果所有这些阀门都是部分开启的，那么其损失比起只有一个或两个阀门部分开启要大很多。因此，在汽轮机运行的大部分时间中使用顺序运行方式。按照顺序运行方式，第一组三个或四个阀门开度一致，直至全开或接近全开。然后，如果要增加蒸汽流量，就开启另外一个或两个阀门以控制汽轮机的运行，当它们接近全开时就再开启另一个或两个阀门，等等，直至汽轮机由最后一个或两个阀门控制或者在最大功率下运行。
进汽阀的升程与流量的特性关系曲线是非线性的。鉴于这种情况，常规的控制系统存入了阀门升程与流量的关系曲线，以便把流量需求转换成阀门升程或位置。然而，只存入一条单一地流量与升程的特性曲线，而按该特性曲线调节对等开度和顺序运行方式两者都同样适用。在美国专利4，270，055;4，368，520;4，418，285;4，512，185;和4，554，788中揭示了使用这种常规方式的系统，这些都转让给本发明的受让人并在此一起作为参考。
本发明提供了一个进汽阀控制系统，它能对等开度和顺序运行方式分别进行调节。为方便起见，它还在顺序运行方式中提供了替换顺序，能够在汽轮机运行期间切换。它还通过将控制汽轮机进汽阀的阀位信号转换成流量需求来对流量需求进行跟踪，而流量需求则导致那个阀位。
本发明概括地说是属于发电厂中的进汽阀的一种控制方法和系统。在发电厂中使用多个进汽阀来控制进汽量，以改变响应总功率需求信号的总发电功率。而实现进汽阀的控制可以选择：（ⅰ）等开度运行方式，即所有的进汽阀开度一致，（ⅱ）顺序运行方式，即第一组的阀门保持开启，而第二组则控制为部分开启。这种控制系统的特征在于：存储装置，用来储存对应等开度和顺序运行方式的各自的调节特性曲线;选择装置，用来从等开度和顺序运行方式中选择一种阀门运行方式;定位装置，依靠储存在所述的存储装置中的调节特性曲线和用所述的选择装置选定的阀门运行方式以及总需求信号来确定每一个进汽阀的位置。
以下叙述的是根据总需求信号决定供给发电设备的能量控制多个进汽阀的方法，该方法包括这些步骤：提供等开度和顺序运行方式用的各自的调节特性曲线;从等开度和顺序运行方式中选择一种阀门运行方式以及依靠所提供的几组调节特性曲线，所选定的阀门运行方式和总需求信号，确定每一个进汽阀的位置。实现这种方法有赖于提供一个进汽阀控制系统，它包括：存储器，用来储存等开度和顺序运行方式用的各自的调节特性曲线;选择器，用来从等开度和顺序运行方式中选择一种阀门运行方式;以及定位器，依靠几组调节特性曲线、阀门运行方式和总需求信号，确定每一个进汽阀的位置。更可取的是，该选择器包括有在发电设备运行期间从顺序运行方式中使用的正常顺序和替换顺序之间进行选择的装置。该系统最好还包括对通过进汽阀的蒸汽流量进行跟踪的跟踪装置，它采用叠加阀位信号而得出一个总和，并使用节流系数将该总和转换成跟踪到的流量需求。
从一个最佳实施例的以下叙述中能够对本发明有更详尽的理解。这个实施例只通过举例的方法给出，并且要联系附图加以分析。这些附图是：
图1是根据本发明的实施例作出的进汽阀控制系统总方框图。
图2是阀门方式和试验流量调节单元的更详细的方框图。
图3是图1中示出了阀门位置给定值逻辑的阀门升程控制单元之一的更详细的方框图。
图4是图1中的升程与流量框图和阀门流量跟踪单元的更详细的方框图。
图5是第二种实施例顺序方式调节的详细的方框图。
而图6A-6C是顺序方式中控制阀门用的正常和替换顺序的图解表示。
汽轮机阀门控制系统的方框图示于图1。通常，用作发电的汽轮机具有进汽阀，它一般包括二个或四个节流阀和几个调节阀。图1的方框图图解说明了GV1-GV8八个调节阀的控制。调节阀流量需求信号10被送到三个流量给定值调节单元12-14。阀门试验流量调节单元12还接受试验斜板信号（testing ramp signal）16、指示正在试验的阀门数目的信号18和指示未在试验的阀门数目的信号20。阀门试验流量调节单元12的输出是送往正在试验阀门的试验流量给定值信号22和送往未在试验阀门的试验补偿流量需求信号24。阀门试验流量调节单元12通过给一个或更多的正在试验的阀门提供适当的补偿来维持单元10指示的所需的总流量需求。典型地，试验包括周期性地全关每一个进汽阀，例如每月一次。
单一阀门流量调节单元13和顺序阀门流量调节单元14分别输出单一流量给定值信号26和顺序流量给定值信号28。阀门并程控制单元31-34使用流量需求信号26和28中的哪一个，取决于单一阀门控制方式信号36。阀门升程控制单元31-34向对应调节阀的伺服单元42-45提供阀位控制信号37-40。图1只示出了1、2、7和8号调节阀的阀门升程控制单元、给定值信号、伺服单元等等，但是正如园点所示，对于3-6号调节阀，也提供了同样这些单元。还有，本发明并不限于具有8个调节阀的汽轮机。
伺服单元42-45提供指示相应的调节（进汽）阀位置的传感位置信号47-50。该传感位置信号47-50被送至阀门流量测定单元52-55。阀门流量测定单元52-55将传感位置信号转换成各自的阀门流量信号，该信号又被送到阀门升程控制单元31-35和阀门流量跟踪单元58。阀门流量跟踪单元58输出一个跟踪到的流量需求信号60，它能与输入的流量需求信号10相比较，以确认阀门在正常运行。当供给手动操作方式信号62时，各自的阀门流量信号就用于手动控制方式。
阀门方式和试验流量调节单元12-14的更详细的方框图示于图2，试验斜板信号16被送往减法器64，同时需求信号10被送往流量系数特性曲线66和除法器68。除法器68输出的除法器信号用来在等开度阀门特性曲线70中查找适当修正过的单一流量需求信号26。把阀门流量需求信号10送入流量系数特性曲线66来选取系数72，该系数被除法器68用来除阀门流量需求信号10。单一流量给定值信号26是单一阀门特性曲线70的输出而且它被送往减法器64和减法器74。
在减法器64中，从单一流量给定值信号26中减去试验斜板信号16，其结果用非负输出单元76来检查，以保证试验流量给定值信号22是非负的。用减法器74从单一流量给定值信号26中减去试验流量给定值信号22，其输出在乘法器77中被乘以正在试验的阀门数目18，再在除法器78中被除以未在试验的阀门数目20以产生试验补偿流量信号24。
图1中示出的阀门升程控制单元31-34每个都用同样的方式绘制。因此，图3只具体说明进汽阀或调节阀GV1的阀门升程控制单元31。单一流量给定值信号26和试验补偿流量信号24用加法器80叠加，而选择器82在试验逻辑状态信号84的控制下，或者选择加法器80的总输出，或者选择试验流量给定值信号22。如图所示，试验只有在图3所示的具体设备的等开度或单一阀门运行方式期间才是可能的，因为补偿流量的计算要简单得多。可是，如果要求在顺序运行方式下试验阀门，对于图3所示的结构可以做必要的改变，条件是要进行更复杂的补偿流量计算。
顺序流量给定值信号28，在增益/偏流（偏压）计算单元86中被乘以增益G1并减去偏流B1，在被转换之前，用顺序阀门特性曲线88来产生顺序修正的流量信号90。比率限制选择器92在顺序修正的流量给定值信号90和选择器82的输出之间切换。如果调节阀GV1正在试验，那么选择器82就会输出试验流量给定值信号22。如果其它一些阀门在试验，那么选择器82就会输出等开度或单一流量给定值信号26和试验补偿流量信号24的总和。下面假定没有一个阀门在试验，而因此选择器82就会产生单一流量给定值信号26。
手动/自动比率限制选择器94在由选择器92输出的修正过的流量信号96和各自的阀门跟踪流量信号98之间选择，信号98提供一个如下所述指示各自阀门流量的信号。选择器92和94分别由运行方式信号36和手动/自动控制信号62来控制。选择器92最好是比率限制型，用逐步地从一种方式切换到另一种方式，例如100步控制等开度和顺序运行方式两者之间的转换，要求输出修正过的流量信号96，其变化率比如为每秒是单一修正流量给定值信号26与顺序修正流量给定值信号90之差的1/100，直到产生修正过的流量信号96。同样，手动/自动选择器94最好做成逐步地从由各自的阀门流量信号98控制切换到由修正过的流量信号96控制，比如以每秒为信号96和98之差的1/100步进，直到产生流量控制信号100。
流量控制信号100是由流量与升程转换特性曲线102转换的，结果产生GV1的阀位给定值信号37。如图3所示，阀门的流量与升程的特性曲线102是非线性的，图中示出了典型的特性曲线。尽管制造的阀门往往有不同的流量与升程特性曲线，而汽轮机上的调节阀通常是以极相似的方式制造的，那么储存一条单一的流量与升程转换特性曲线102就是以用在所有的阀门升程控制单元31-34。通过在阀门升程控制单元31-34每个单元中储存单独的等开度阀门特性曲线70以及储存单独的顺序阀门特性曲线88，来把这种局限性减至最小。为了允许修正这些流量调节特性曲线70、88，提供了修正装置104和105，以便用代表其特性的曲线的图形处理来修正其特性曲线。
用来实施来自本发明的方法的计算装置（未示出）最好包括：存储器，为流量调节和流量与升程特性曲线70、88、102用;显示器，显示如图2和3中所示的特性曲线70、74、88、102那样的曲线;以及输入器，用来修正所显示的曲线和指明应该储存的修正曲线。这就使用户无需进行怎样改变阀门运行的计算就修正进汽阀的动作。曲线修正信号104和105是由输入器（未示出）来产生的。
如上所述，阀位控制信号37-40每个都被送到伺服单元42-45中的一个相应的伺服单元。这些伺服单元依靠阀位控制信号37-40，确定阀门的位置。伺服单元42-45中每一个都包括一个传感器，以便检测阀门的实际位置。伺服单元42-45中的传感器产生示于图1的传感阀位信号47-50。两个这样的信号47、50还被示于图4，它是阀门流量测定单元52-55的更详细的方框图。示于图4的阀门流量测定单元52和55包括升程与流量转换特性曲线107、108，它们将传感阀位信号47、50转换成各自的阀门流量信号98和110。对于其它进汽阀，同样用升程与流量特性曲线转换成各自的阀门流量信号。各自的阀门流量信号98、110、112等等由加法器114叠加起来产生一个总和116，它代表未节流的流量。被测定节流系数和未节流/节流流量特性曲线118修正信号116，以产生跟踪到的流量需求信号60。如上所述，跟踪到的流量需求信号60能够与要求的流量需求信号10相比较。另外，由跟踪到的流量需求信号60所代表的跟踪到的流量需求能够显示给运行人员，以便确认进汽阀在正常运行。
为简便起见，图3只示出一个顺序阀门特性曲线88。根据本发明的第二种实施例，至少有两个顺序能用于顺序运行方式。与第二种实施例中不同的部件示于图5。顺序阀门特性曲线88用于正常顺序，它用标号88来表示。替换顺序的顺序阀门特性曲线88′和顺序标定特性曲线88″也被放在第二种实施例中。因为顺序方面的差别，替换的增益和偏流被用于增益/偏流计算单元86′。
不同的顺序阀门特性曲线88、88′、88″之间的差别示于图6A-6C。标定特性曲线88″用来控制如图6A中所示的阀门。随着流量需求信号10增加，首先开启第1组阀门，然后是第2、第3和第5组的阀门。在下一组开启之前每组都要全开，以便在标定期间没有任何重叠。一般，第一组有4个阀门，第2第3组每组有一个阀门，而第5组有两个阀门。在正常顺序中，各组都按同样的程序动作，但是有少许重叠度，而且按对应于标号88的图中所指出的那样修正阀门的开度，以便提前开始开启和在全开之前作短暂停留，直到流量需求10已经增加到下一组阀门要正常地开始开启的那一点之后。图6B的曲线就表示了这种重叠情况。
在替换顺序中，修正了阀门的顺序。例如，第1组和第2组可能保持原状，由（4）标出的下一组可能包括两个阀门，而最后一组（6）可能只有一个单独的阀门。当汽轮机在满负荷附近运行时使用替换顺序，以便只有单独一个阀门控制汽轮机的运行，从而减少节流损失。
本发明的控制系统能够在汽轮机运行期间在正常顺序和替换顺序之间切换。选择器120替换顺序方式信号122作出响应，以实现这种功能。选择器124对顺序标定方式信号126作出响应，以便在正常和标定顺序阀门特性曲线88和88″之间选择。选择器120和124是比率限制开关。
虽然本发明已用图解说明是由分散的部件组成的，但本发明可以用适合编程序的一台微处理机来实施，例如一台智能8086，以便与记忆单元和输入/输出单元配合实现所述的功能。
本发明的许多特点和优点从其详细说明中是显而易见的，因此其附属的权利范围要包括该装置所有这样的特点和优点，即属于本发明实际精神和范围的那些。再者，由于许多修改和变化对技术上熟练的那些人来说很容易办到，故本发明不限于图示的和所述的完全相同的结构和作用。因此，所有适当的修改和同等物均可属于本发明的范围和精神。
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图中所用标码的识别
文字及代号 标码 图号
调节阀流量需求 10 1
调节阀流量需求 10 2
阀门试验流量调节 12 1
单一阀门流量调节 13 1
顺序阀门流量调节 14 1
试验斜板 16 1
试验斜板 16 2
参加试验的阀门数目 18 1
参加试验的阀门数目 18 2
未参加试验的阀门数目 20 1
未参加试验的阀门数目 20 2
调节阀试验流量给定值 22 2
调节阀试验流量给定值 22 3
调节阀试验补偿流量 24 2
调节阀试验补偿流量 24 3
单一调节阀流量给定值 26 2
单一调节阀流量给定值 26 3
单一调节阀流量给定值 26 5
顺序调节阀流量给定值 28 2
顺序调节阀流量给定值 28 3
顺序调节阀流量给定值 28 5
1号调节阀阀门升程控制 31 1
2号调节阀阀门升程控制 32 1
7号调节阀阀门升程控制 33 1
34 34 1
单一阀门方式 36 1
单一阀门方式 36 3
单一阀门方式 36 5
1号调节阀位置信号 37 1
1号调节阀位置信号 37 3
2号调节阀位置信号 38 1
7号调节阀位置信号 39 1
8号调节阀位置信号 40 1
1号调节阀伺服单元 42 1
2号调节阀伺服单元 43 1
7号调节阀伺服单元 44 1
8号调节阀伺服单元 45 1
1号调节阀位置信号 47 1
1号调节阀位置信号 47 4
2号调节阀位置信号 48 1
7号调节阀位置信号 49 1
8号调节阀位置信号 50 1
8号调节阀位置信号 50 4
1号调节阀阀门流量测定 52 1
2号调节阀阀门流量测定 53 1
7号调节阀阀门流量测定 54 1
8号调节阀阀门流量测定 55 1
阀门流量跟踪 58 1
跟踪到的流量需求 60 1
跟踪到的流量需求 60 4
手动控制方式 62 1
手动控制方式 62 3
1号调节阀逻辑位置控制信号 84 3
G1/B1 86 3
G6/B6a 86′ 5
G6/B6 86 5
1号调节阀跟踪流量 98 3
1号调节阀流量 98 4
曲线修正 104 2
曲线修正 105 3
8号调节阀流量 110 4
替换顺序方式 122 5
顺序标定方式 126 5