專利名稱：一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算及控制方法，應(yīng)用于汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線控制和汽輪機(jī)壽命在線管理，屬于汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)和負(fù)荷變動(dòng)的過程中，汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)隨時(shí)間發(fā)生變化，在汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生比較大的等效應(yīng)力，若等效應(yīng)力計(jì)算不準(zhǔn)確，或等效應(yīng)力控制不適當(dāng)，過大的等效應(yīng)力產(chǎn)生比較大的低周疲勞損傷，縮短了汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的使用壽命?，F(xiàn)有的汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力計(jì)算，有離線計(jì)算和在線計(jì)算兩種方法。汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力離線計(jì)算采用有限元數(shù)值計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，其缺點(diǎn)是計(jì)算模型復(fù)雜，等效應(yīng)力計(jì)算速度慢，無法應(yīng)用于汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的在線監(jiān)測(cè)。汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算采用等厚壁圓筒模型的解析法或差分法，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算模型簡(jiǎn)單，等效應(yīng)力計(jì)算速度快，可以應(yīng)用于汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)，其缺點(diǎn)是等效應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性相對(duì)比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算方法及等效應(yīng)力在線控制的方法，能夠在3秒鐘內(nèi)完成等效應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算速度快，等效應(yīng)力計(jì)算相對(duì)誤差小，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力準(zhǔn)確性比較高的在線計(jì)算和在線控制。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算方法及等效應(yīng)力控制方法，其方法為第一流程確定汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)第一步采用簡(jiǎn)化模型計(jì)算名義等效應(yīng)力σne采用現(xiàn)有技術(shù)的差分法離線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)，把有中心孔的汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為等厚壁圓筒模型，把無中心孔轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為等直徑圓柱模型，采用差分法計(jì)算簡(jiǎn)化模型的溫度場(chǎng)；采用現(xiàn)有技術(shù)的解析公式計(jì)算轉(zhuǎn)子外表面的名義離心應(yīng)力、名義蒸汽壓應(yīng)力和名義熱應(yīng)力，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne的計(jì)算公式為σne=(σθt+σθp+σθth)2+(σzth)2-(σθt+σθp+σθth)(σzth)]]>式中σθt—轉(zhuǎn)子外表面名義切向離心應(yīng)力σθp—轉(zhuǎn)子外表面名義蒸汽壓應(yīng)力σθth—轉(zhuǎn)子外表面名義切向熱應(yīng)力σzth—轉(zhuǎn)子外表面名義軸向熱應(yīng)力；第二步采用有限元模型離線計(jì)算等效應(yīng)力σeqa采用現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)于同型號(hào)汽輪機(jī)同一根高中壓轉(zhuǎn)子，按照實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立兩維或三維有限元模型，給定與步驟一相同的汽輪機(jī)的蒸汽溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和功率等的變化條件，采用數(shù)值計(jì)算方法，得出高中壓轉(zhuǎn)子外表面相同部位的等效應(yīng)力σeqa；其特征在于，第三步確定瞬態(tài)等效應(yīng)力修正系數(shù)ki對(duì)于汽輪機(jī)某一種啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程的某一瞬態(tài)時(shí)刻ti，計(jì)算等效應(yīng)力修正系數(shù)kiki＝σeqa/σne第四步確定等效應(yīng)力修正系數(shù)k的計(jì)算公式汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)k與汽輪機(jī)主蒸汽壓力P0、汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程(啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程)起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0等5個(gè)物理量有關(guān)。按照θ0≤100℃和θ0＞100℃，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多元回歸技術(shù)，得出以下高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)k的計(jì)算公式當(dāng)θ0≤100℃時(shí)k＝A1+B1PD+C1t0+D1n+E1θm+F1θ0
θ0＞100℃時(shí)k＝A2+B2PD+C2t0+D2n+E2θm+F2θ0以上兩個(gè)公式中A1、B1、C1、D1、E1、F1和A2、B2、C2、D2、E2、F2的取值示于表1[表1]

第二流程汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算及控制第五步采用簡(jiǎn)化模型在線實(shí)時(shí)計(jì)算名義等效應(yīng)力采用現(xiàn)有技術(shù)的等厚壁圓筒或等直徑圓柱的簡(jiǎn)化模型，在線實(shí)時(shí)計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne；第六步在線實(shí)時(shí)計(jì)算等效應(yīng)力修正系數(shù)k采用第四步得出的等效應(yīng)力修正系數(shù)K的計(jì)算公式，采用C語(yǔ)言編寫計(jì)算軟件，運(yùn)行在汽輪機(jī)的參數(shù)監(jiān)視與控制的計(jì)算機(jī)上，輸入在線監(jiān)測(cè)的汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程即啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程，起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0，實(shí)時(shí)計(jì)算得出汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)k；
第七步在線實(shí)時(shí)計(jì)算等效應(yīng)力修正值σeq使用計(jì)算機(jī)軟件在線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的在線修正值σeqσeq＝k×σne第八步確定轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu取工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度σ0.2和轉(zhuǎn)子工作溫度下轉(zhuǎn)子材料工作1000小時(shí)的斷裂強(qiáng)度σfr的最小值σu＝min{σ0.2；σfr}第九步確定相對(duì)應(yīng)力RS汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)力RS為轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力在線修正值σeq與轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu之比RS＝σeq/σu第十步等效應(yīng)力的在線控制在線計(jì)算相對(duì)應(yīng)力RS并與設(shè)定值比較，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的控制分為以下三種情況若RS≤80％，汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變化率按《汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值操作；若80％＜RS＜100％，減小汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變化率，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力；若100％≤RS＜105％，控制汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變動(dòng)率為0，以進(jìn)一步降低汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力。
第十一步等效應(yīng)力的在線報(bào)警和打閘停機(jī)在線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力Rs，若105％≤Rs＜125％，發(fā)出報(bào)警，30分鐘后跳閘停機(jī)；若Rs≥125％，發(fā)出警報(bào)，1分鐘后跳閘停機(jī)。
本發(fā)明給出一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算方法及等效應(yīng)力控制方法，可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的在線計(jì)算及控制。如果汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力超過設(shè)定值，通過在線控制汽輪機(jī)主蒸汽的溫度變化率、汽輪機(jī)的負(fù)荷變化率來減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷。如果汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力達(dá)到報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)停機(jī)，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，達(dá)到控制汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力并延長(zhǎng)高中壓轉(zhuǎn)子使用壽命的技術(shù)效果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠在3秒鐘內(nèi)完成等效應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算速度快，等效應(yīng)力計(jì)算相對(duì)誤差小，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力準(zhǔn)確性比較高的在線計(jì)算和在線控制。


圖1為本發(fā)明所采用方法的流程圖；圖2為本發(fā)明所采用的計(jì)算機(jī)軟件框圖；圖3冷態(tài)啟動(dòng)過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖4溫態(tài)啟動(dòng)過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖5熱態(tài)啟動(dòng)過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖6極熱態(tài)啟動(dòng)過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位等效應(yīng)力變化規(guī)律；圖7冷態(tài)啟動(dòng)過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位相對(duì)應(yīng)力的變化規(guī)律。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供的方法由兩個(gè)流程組成，本發(fā)明技術(shù)方案的第一步至第四步構(gòu)成第一個(gè)流程，確定汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)k；本發(fā)明技術(shù)方案的第五步至第十一步構(gòu)成第二流程，在線計(jì)算和控制汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例對(duì)于某型號(hào)進(jìn)汽溫度為566℃的超臨界600MW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子采用圖1所示的本發(fā)明提供方法的流程圖，采用C語(yǔ)言編寫計(jì)算軟件，運(yùn)行在汽輪機(jī)的參數(shù)監(jiān)視與控制的計(jì)算機(jī)上，如圖2所示本發(fā)明方法的計(jì)算軟件框圖，計(jì)算得出的該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正值如圖3至圖6所示。
第一步和第五步采用現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算得出該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪外表面圓角部位在冷態(tài)啟動(dòng)過程、溫態(tài)啟動(dòng)過程、熱態(tài)啟動(dòng)過程、極熱態(tài)啟動(dòng)過程的名義等效應(yīng)力σne在圖3至圖6中用曲線1表示。
第二步采用現(xiàn)有技術(shù)的有限元模型，離線計(jì)算得出該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪外表面圓角部位在冷態(tài)啟動(dòng)過程、溫態(tài)啟動(dòng)過程、熱態(tài)啟動(dòng)過程、極熱態(tài)啟動(dòng)過程的等效應(yīng)力σeqa在圖3至圖6中用曲線2表示。
第三步在圖3至圖6中，同一橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)曲線2的等效應(yīng)力值σeqa和曲線1的名義等效應(yīng)力值σne相比，得出一系列等效應(yīng)力修正系數(shù)ki。
第四步按照非穩(wěn)態(tài)過程(啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程)起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0≤100℃和θ0＞100℃，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多元回歸技術(shù)，得出由汽輪機(jī)在線監(jiān)測(cè)的汽輪機(jī)主蒸汽壓力P0、汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程(啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程)起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0等5個(gè)物理量計(jì)算汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后圓角部位等效應(yīng)力修正系數(shù)k的計(jì)算公式為當(dāng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)刻高壓內(nèi)缸金屬溫度當(dāng)θ0≤100℃時(shí)k＝1.204062-8.190503×10-3P0+4.834444×10-4t0-1.204386×10-4n+3.920135×10-5θm+3.329205×10-4θ0當(dāng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)刻高壓內(nèi)缸金屬溫度當(dāng)θ0＞100℃時(shí)k＝1.542736-1.049599×10-2P0-1.156659×10-3t0-3.326461×10-5n-5.762553×10-4θm+1.309901×10-3θ0第六步和第七步使用以上兩個(gè)計(jì)算公式輸入在線監(jiān)測(cè)的汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程(啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程)起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0，實(shí)時(shí)計(jì)算得出汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)k。按照σeq＝k×σne，在線實(shí)時(shí)計(jì)算得出的該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后外表面圓角部位的等效應(yīng)力的修正值σeq在圖3至圖6中用曲線3表示。
第八步該高中壓轉(zhuǎn)子采用CrMoV材料，其屈服極限σ0.2與工作溫度t的關(guān)系為σ0.2＝544.963-0.295t(MPa)，其斷裂強(qiáng)度σfr＝10c，c＝[23×(273+t)-3.4498×104]/(-6.5356×103)。
第九步在線計(jì)算的該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪后外表面圓角部位在冷態(tài)啟動(dòng)過程中相對(duì)應(yīng)力RS的變化規(guī)律如圖7所示。
第十步和第十一步在該汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)力RS變化規(guī)律的圖7中，A區(qū)RS≤80％，按現(xiàn)有運(yùn)行規(guī)程規(guī)定操作；B區(qū)80％＜RS＜100％，汽輪機(jī)運(yùn)行人員減小汽輪機(jī)主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變化率；C區(qū)100％≤RS＜105％，汽輪機(jī)運(yùn)行人員把主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變動(dòng)率取為0；D區(qū)105％≤RS＜125％，發(fā)出報(bào)警，30分鐘后跳閘停機(jī)；E區(qū)RS＞125％，發(fā)出報(bào)警，1分鐘后跳閘停機(jī)。
從圖3知，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，采用簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算，冷態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力相對(duì)誤差的范圍為-25.14％至10.85％；采用本發(fā)明提供方法在線計(jì)算，冷態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力的相對(duì)誤差的范圍為-9.84％至10.63％。從圖4知，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，采用簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算，溫態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力相對(duì)誤差的范圍為-33.38％至7.77％；采用本發(fā)明提供方法在線計(jì)算，溫態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力的相對(duì)誤差的范圍為-3.25％至6.27％。從圖5知，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，采用簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算，熱態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力相對(duì)誤差的范圍為-34.42％至-17.48％；采用本發(fā)明提供方法在線計(jì)算，熱態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力的相對(duì)誤差的范圍為-6.21％至5.04％。從圖6知，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，采用簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算，極熱態(tài)啟動(dòng)過程等效應(yīng)力相對(duì)誤差的范圍為-33.86％至-26.20％；采用本發(fā)明提供方法在線計(jì)算，極熱態(tài)啟動(dòng)過程最大等效應(yīng)力的相對(duì)誤差的范圍為-5.23％至4.62％。
使用現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化模型在線計(jì)算汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中高壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的相對(duì)誤差的范圍為-35％～11％。使用本發(fā)明提供的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的在線計(jì)算方法，同有限元離線計(jì)算結(jié)果相比，汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中高壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力計(jì)算相對(duì)誤差的范圍為-10％至11％，本發(fā)明提供的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算的相對(duì)誤差的絕對(duì)值約為簡(jiǎn)化模型的1/3，達(dá)到了提高汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算準(zhǔn)確性的技術(shù)效果。使用本發(fā)明提供的在線計(jì)算準(zhǔn)確性比較高的等效應(yīng)力控制汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程、停機(jī)過程和負(fù)荷變動(dòng)過程的汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和汽輪機(jī)的負(fù)荷變化率，可以比較準(zhǔn)確地監(jiān)視和控制運(yùn)行中汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力；可以實(shí)現(xiàn)減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，達(dá)到延長(zhǎng)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子使用壽命的技術(shù)效果，為汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子壽命在線管理提供了技術(shù)依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算方法及等效應(yīng)力控制方法，其方法為第一流程確定汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)第一步采用簡(jiǎn)化模型計(jì)算名義等效應(yīng)力σne采用現(xiàn)有技術(shù)的差分法離線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)，把有中心孔的汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為等厚壁圓筒模型，把無中心孔轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化為等直徑圓柱模型，采用差分法計(jì)算簡(jiǎn)化模型的溫度場(chǎng)；采用現(xiàn)有技術(shù)的解析公式計(jì)算轉(zhuǎn)子外表面的名義離心應(yīng)力、名義蒸汽壓應(yīng)力和名義熱應(yīng)力，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne的計(jì)算公式為σne=(σθt+σθp+σθth)2+(σzth)2-(σθt+σθp+σθth)(σzth)]]>式中σθt-轉(zhuǎn)子外表面名義切向離心應(yīng)力σθp-轉(zhuǎn)子外表面名義蒸汽壓應(yīng)力σθth-轉(zhuǎn)子外表面名義切向熱應(yīng)力σzth-轉(zhuǎn)子外表面名義軸向熱應(yīng)力；第二步采用有限元模型離線計(jì)算等效應(yīng)力σeqa采用現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)于同型號(hào)汽輪機(jī)同一根高中壓轉(zhuǎn)子，按照實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立兩維或三維有限元模型，給定與步驟一相同的汽輪機(jī)的蒸汽溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和功率等的變化條件，采用數(shù)值計(jì)算方法，得出高中壓轉(zhuǎn)子外表面相同部位的等效應(yīng)力σeqa；其特征在于，第三步確定瞬態(tài)等效應(yīng)力修正系數(shù)ki對(duì)于汽輪機(jī)某一種啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程的某一瞬態(tài)時(shí)刻ti，計(jì)算等效應(yīng)力修正系數(shù)kiki＝σeqa/σne第四步確定等效應(yīng)力修正系數(shù)k的計(jì)算公式汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)k與汽輪機(jī)主蒸汽壓力P0、汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程(啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程)起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0等5個(gè)物理量有關(guān)。按照θ0≤100℃和θ0＞100℃，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多元回歸技術(shù)，得出以下高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)k的計(jì)算公式當(dāng)θ0≤100℃時(shí)k＝A1+B1PD+C1t0+D1n+E1θm+F1θ0θ0＞100℃時(shí)k＝A2+B2PD+C2t0+D2n+E2θm+F2θ0以上兩個(gè)公式中A1、B1、C1、D1、E1、F1和A2、B2、C2、D2、E2、F2的取值示于表1[表1]
第二流程汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算及控制第五步采用簡(jiǎn)化模型在線實(shí)時(shí)計(jì)算名義等效應(yīng)力采用現(xiàn)有技術(shù)的等厚壁圓筒或等直徑圓柱的簡(jiǎn)化模型，在線實(shí)時(shí)計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne；第六步在線實(shí)時(shí)計(jì)算等效應(yīng)力修正系數(shù)k采用第四步得出的等效應(yīng)力修正系數(shù)K的計(jì)算公式，采用C語(yǔ)言編寫計(jì)算軟件，運(yùn)行在汽輪機(jī)的參數(shù)監(jiān)視與控制的計(jì)算機(jī)上，輸入在線監(jiān)測(cè)的汽輪機(jī)主蒸汽溫度t0、汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機(jī)非穩(wěn)態(tài)過程即啟動(dòng)過程、停機(jī)過程或負(fù)荷變動(dòng)過程，起始時(shí)刻高中壓內(nèi)缸金屬監(jiān)測(cè)溫度θ0，實(shí)時(shí)計(jì)算得出汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)k；第七步在線實(shí)時(shí)計(jì)算等效應(yīng)力修正值σeq使用計(jì)算機(jī)軟件在線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的在線修正值σeqσeq＝k×σne第八步確定轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu取工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度σ0.2和轉(zhuǎn)子工作溫度下轉(zhuǎn)子材料工作1000小時(shí)的斷裂強(qiáng)度σfr的最小值σu＝min{σ0.2；σfr}第九步確定相對(duì)應(yīng)力RS汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)力RS為轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力在線修正值σeq與轉(zhuǎn)子材料控制極限應(yīng)力σu之比RS＝σeq/σu第十步等效應(yīng)力的在線控制在線計(jì)算相對(duì)應(yīng)力RS并與設(shè)定值比較，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的控制分為以下三種情況若RS≤80％，汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變化率按《汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值操作；若80％＜RS＜100％，減小汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變化率，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力；若100％≤RS＜105％，控制汽輪機(jī)的主蒸汽溫度變化率和負(fù)荷變動(dòng)率為0，以進(jìn)一步降低汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力。第十一步等效應(yīng)力的在線報(bào)警和打閘停機(jī)在線計(jì)算汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力RS，若105％≤RS＜125％，發(fā)出報(bào)警，30分鐘后跳閘停機(jī)；若RS≥125％，發(fā)出警報(bào)，1分鐘后跳閘停機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明給出一種汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力在線計(jì)算方法及等效應(yīng)力控制方法，可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的在線計(jì)算及控制。如果汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力超過設(shè)定值，通過在線控制汽輪機(jī)主蒸汽的溫度變化率、汽輪機(jī)的負(fù)荷變化率來減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷。如果汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)應(yīng)力達(dá)到報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)停機(jī)，以減小汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，達(dá)到控制汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力并延長(zhǎng)高中壓轉(zhuǎn)子使用壽命的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)F01D21/00GK1908381SQ20061003024
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者史進(jìn)淵, 楊宇, 鄧志成, 孫慶 申請(qǐng)人:上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院