[發明專利]汽輪機轉子數字孿生體構建方法及監控系統

有效

• 申請號: 202010193130.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111523260B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 汪勇;吳巖;鄭耀東;郭榮;楊天明;高懷玉;張鐸;劉菊菲;高明;張玉江;滿玉軍;朱憲磊;鄧志成;曹振東;張振文;范佳卿
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院有限責任公司;國家電投集團內蒙古能源有限公司;內蒙古霍煤鴻駿鋁電有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明提供了一種汽輪機轉子數字孿生體構建方法。本發明的另一個技術方案是提供了一種汽輪機轉子數字孿生體監控系統。本發明采用數字孿生體技術，首先建立二維轉子孿生體模型，通過節點拓展技術，建立與汽輪機轉子實體特征相一致的數字孿生體，全面掌握汽輪機轉子的狀態，從而達到提高其可靠性與安全性，確保汽輪機長周期安全運行的技術效果。本發明的優點是給出了汽輪機轉子數字孿生體構建方法及監控系統，采用人工智能與空間擴展云圖構建技術，實現了汽輪機轉子二維數字孿生體的構建、模型的三維擴展以及溫度場、應力場和位移場的實施在線快速顯示與監控，實現了對汽輪機轉子狀態的監控。

技術領域

本發明涉及汽輪機轉子數字孿生體構建方法及監控系統，屬于汽輪機技術領域。

背景技術

汽輪機高壓轉子、中壓轉子和低壓轉子是汽輪機的核心部件，汽輪機轉子高速旋轉，工作條件惡劣，一旦出現問題，停機時間長，經濟損失巨大。由于汽輪機在運行過程中，轉子處于高速旋轉狀態，無法安裝在線測點，傳統技術主要通過在內缸缸壁上安裝測點來間接感知轉子的狀態，面臨無法有效掌握汽輪機轉子狀態的技術難題。

發明內容

本發明的目的是：建立汽輪機轉子數字孿生體，對汽輪機轉子的狀態進行全面監控。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種汽輪機轉子數字孿生體構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：建立汽輪機轉子的二維模型并進行網格劃分，得到汽輪機轉子的網格與節點模型，確定各節點的位置坐標并存儲在人工智能計算服務器和空間擴展服務器，將位于汽輪機轉子外表面的各節點坐標單獨提取形成節點組存儲在人工智能計算服務器和空間擴展服務器；

第二步：根據汽輪機轉子的二維模型測量得到轉子長度l和二維轉子截面積S，計算得出轉子的平均半徑r_p：

第三步：搜集現有測點參數的變化曲線；

第四步：利用搜集到的測點參數的變化曲線開展汽輪機轉子有限元計算，得出不同起停工況下、不同時間點溫度場、應力場和位移場的計算結果，并將汽輪機轉子有限元模型中各節點的溫度、等效應力、軸向位移、徑向位移和切向位移進行匯總，作為人工智能訓練的樣本庫；

第五步：利用有限元計算得到的樣本庫，采用神經網絡法進行人工智能訓練，得到現有測點與汽輪機轉子有限元模型中各節點的溫度、等效應力、軸向位移、徑向位移和切向位移的映射關系，并存儲在人工智能計算服務器；

第六步：汽輪機轉子數據庫服務器從電廠DCS工作站實時調取現有測點數據，并輸入人工智能計算服務器，經過人工智能計算服務器得出汽輪機轉子各節點的溫度、等效應力、軸向位移和徑向位移，并將數據輸入空間擴展服務器；

第七步：空間擴展服務器根據轉子外表面節點組中各節點坐標將二維節點擴展為三維節點，對于節點處半徑小于等于平均直徑平均半徑r_p的節點，圓周上擴展為12個節點，對于節點處半徑大于平均直徑平均半徑r_p的節點，圓周上擴展為24個節點；

第八步：空間擴展服務器根據人工智能計算服務器得到的二維模型各節點的計算數據以及擴展后的三維節點位置坐標，實時顯示汽輪機轉子的溫度場云圖、應力場云圖和位移場云圖，構建汽輪機轉子的三維數字孿生體模型。

優選地，第三步中，所述現有測點參數包括冷態起動、溫態起動、熱態起動、極熱態起動、正常停機、滑參數停機等起停過程中主蒸汽溫度與壓力、再熱蒸汽溫度與壓力、排汽溫度與壓力、主蒸汽流量、再熱蒸汽流量、機組功率、汽輪機轉速、缸壁金屬溫度。

優選地，第五步中，所述神經網絡法采用循環神經網絡法。