[發(fā)明專利]一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命評(píng)估及檢修指示系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110348056.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN113051800A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彥軍;蔣進(jìn)愛;程俊杰;蘇永健;劉煒;謝曄;李陽;郭洪遠(yuǎn);高巨賢;晁俊凱;劉勇;翟玥;劉明虎;王冬;馬麗媛;王宏銘;陶鑫;康美娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/14;G06F119/08;G06F119/04
• 代理公司: 銀川長(zhǎng)征知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 64102
• 代理人: 馬長(zhǎng)增

本發(fā)明屬于汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種汽輪機(jī)全周期壽命評(píng)估系統(tǒng)，DCS數(shù)據(jù)采集模塊、應(yīng)力裕度計(jì)算模塊、壽命損耗計(jì)算模塊、壽命顯示模塊、溫度場(chǎng)計(jì)算模塊、溫度場(chǎng)顯示模塊、檢修指示模塊，本系統(tǒng)通過對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子進(jìn)行各種啟動(dòng)運(yùn)行情況下疲勞強(qiáng)度問題的計(jì)算、驗(yàn)證及仿真。定量的計(jì)算汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的運(yùn)行應(yīng)力、溫度場(chǎng)、疲勞壽命，并且給出檢修建議，準(zhǔn)確的機(jī)組壽命評(píng)估和合理的檢修安排就可使汽輪機(jī)壽命大大延長(zhǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種汽輪機(jī)全周期壽命評(píng)估系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于調(diào)峰及其它需求，汽輪機(jī)組處于啟停、變負(fù)荷等運(yùn)行工況的機(jī)會(huì)越來越頻繁，設(shè)備部件承受的應(yīng)力載荷也越來越大，壽命損耗也越來越嚴(yán)重。并且，汽輪機(jī)組的使用壽命一般為25～30年，但由于發(fā)電缺口的不斷加大，電廠希望盡量利用現(xiàn)有機(jī)組超期服役等原因，機(jī)組可靠性顯著降低。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期工作在高溫、高壓惡劣環(huán)境下，停機(jī)和啟動(dòng)過程中溫度變化劇烈，容易出現(xiàn)疲勞裂紋。而轉(zhuǎn)子上一旦出現(xiàn)裂紋，則很難進(jìn)行修復(fù)，因此可以說轉(zhuǎn)子的壽命就代表著整個(gè)機(jī)組的壽命。只有對(duì)它們進(jìn)行較為準(zhǔn)確的剩余疲勞壽命評(píng)價(jià)，優(yōu)化啟動(dòng)運(yùn)行曲線，并采取合理的檢修安排，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的受損部位，采取必要的修復(fù)或更換，才能確保這些老機(jī)組的安全運(yùn)行。也可以說準(zhǔn)確的機(jī)組壽命評(píng)估和合理的檢修安排就可使汽輪機(jī)壽命大大延長(zhǎng)。

因此對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命進(jìn)行實(shí)時(shí)定量監(jiān)控評(píng)估，并且給出檢修指示與建議非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命評(píng)估及檢修指示系統(tǒng)，本發(fā)明通過計(jì)算轉(zhuǎn)子的應(yīng)力裕度、溫度場(chǎng)、轉(zhuǎn)子材料的低周疲勞曲線，綜合得出汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命、允許啟停次數(shù)以及檢修指示。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命評(píng)估及檢修指示系統(tǒng)，其特征在于，包括：

DCS數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集DCS系統(tǒng)下的設(shè)置于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子各部位的各類傳感器所傳回的傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)庫中溫度

應(yīng)力裕度計(jì)算模塊：接收所述傳感器數(shù)據(jù)，并且計(jì)算汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的應(yīng)力裕度；

應(yīng)力裕度顯示模塊：用于顯示所述應(yīng)力裕度計(jì)算模塊的計(jì)算結(jié)果；應(yīng)力裕度的計(jì)算原理如下：

熱應(yīng)力基本方程：

式中，T_m為物體(即轉(zhuǎn)子)的平均溫度，T為計(jì)算點(diǎn)溫度。

在線監(jiān)測(cè)有限差分方法將轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為無限長(zhǎng)圓柱、內(nèi)缸及外缸簡(jiǎn)化為空心圓環(huán)，閥門簡(jiǎn)化為圓筒，但監(jiān)測(cè)部位存在熱應(yīng)力集中現(xiàn)象，需考慮應(yīng)力集中系數(shù)K_th，應(yīng)力集中系數(shù)由有限元計(jì)算結(jié)果修正(或由模塊程序數(shù)據(jù)配置得到)。

對(duì)于轉(zhuǎn)子來說，運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力，離心應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，在升速過程中，任意轉(zhuǎn)速下的離心應(yīng)力值應(yīng)為：

式中σ_n——任意轉(zhuǎn)速n下的離心切向應(yīng)力

σ₀——額定轉(zhuǎn)速n₀下的離心切向應(yīng)力

汽輪機(jī)各零部件上除了熱應(yīng)力外，還存在各種機(jī)械應(yīng)力，包括蒸汽壓力的壓應(yīng)力，傳遞扭矩引起的剪應(yīng)力，自重引起的交變拉壓應(yīng)力，葉片葉輪以及轉(zhuǎn)子自重產(chǎn)生的離心應(yīng)力等。

在正常啟動(dòng)和運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子傳遞扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力不超過9.8Mpa；由轉(zhuǎn)子自重引起的彎曲應(yīng)力屬于高頻交變應(yīng)力，若不存在嚴(yán)重的偏心現(xiàn)象，該項(xiàng)應(yīng)力只有9.8Mpa左右，這兩項(xiàng)應(yīng)力與轉(zhuǎn)子材料的屈服極限相比很小，均可忽略不計(jì)。由轉(zhuǎn)子自身離心力作用產(chǎn)生的切向應(yīng)力是個(gè)較大的數(shù)量級(jí)，因此，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行應(yīng)力合成時(shí)，主要考慮離心應(yīng)力和熱應(yīng)力，采用Misses原則合成等價(jià)應(yīng)力。