專利名稱：一種汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線實時計算及在線監(jiān)視與控制的方法，應(yīng)用于汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線控制和汽輪機轉(zhuǎn)子壽命在線管理，屬于汽輪機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在汽輪機啟動、停機和負荷變動的過程中，汽輪機轉(zhuǎn)子不均勻加熱或冷卻，汽輪機轉(zhuǎn)子沿徑向溫度分布不均勻產(chǎn)生比較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力增大，等效應(yīng)力的安全裕度系數(shù)降低。比較小的等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)對汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生比較大的低周疲勞損傷，縮短了汽輪機轉(zhuǎn)子的使用壽命。為了延長汽輪機轉(zhuǎn)子的使用壽命，需要在線計算、監(jiān)視和控制汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力的安全裕度系數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)使用等厚壁圓筒模型在線計算汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力，其特點是計算速度快，可以在幾秒鐘內(nèi)完成一次計算，主要不足是等效應(yīng)力計算結(jié)果的誤差大，同實際汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值計算得出的等效應(yīng)力相比較，計算相對誤差的絕對值高達35％，影響汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線監(jiān)視和控制的準確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線計算及在線監(jiān)視與控制的方法，實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的快速、高準確性的在線實時計算和在線監(jiān)視與控制。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種一種汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線監(jiān)控方法，其特征在于，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其方法由兩個流程組成第一流程基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)第一步采用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型計算轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne采用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型離線計算汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場，把有中心孔的汽輪機轉(zhuǎn)子簡化為等厚壁圓筒模型，把無中心孔的汽輪機轉(zhuǎn)子簡化為等直徑圓柱模型，采用差分法計算該簡化模型的溫度場；采用現(xiàn)有技術(shù)的解析公式計算轉(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，汽輪機轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne的計算公式為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)力第二步確定瞬態(tài)等效應(yīng)力修正系數(shù)yi對于同型號汽輪機的同一根轉(zhuǎn)子，按照實際結(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的蒸汽溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和功率等的變化條件，采用現(xiàn)有技術(shù)的有限元模型離線計算，得出汽輪機轉(zhuǎn)子外表面相同部位的等效應(yīng)力σeqa，對于汽輪機啟動過程、停機過程或負荷變動過程的瞬態(tài)時刻ti，有限元模型計算得出的轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力σeqa除以簡化模型計算得出的轉(zhuǎn)子表面名義等效應(yīng)力σne，計算得出轉(zhuǎn)子外表面的等效應(yīng)力修正系數(shù)yiyi＝σeqa/σne第三步建立計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱層和輸出層，輸入層由5個節(jié)點組成，5個輸入層節(jié)點對應(yīng)的5個物理量是汽輪機主蒸汽壓力P0、汽輪機主蒸汽溫度t0、汽輪機工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程即啟動過程、停機過程和負荷變動過程的起始時刻汽輪機內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0；隱層由10至20個節(jié)點組成；輸出層只有一個節(jié)點，表示汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)y；第四步確定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值及閾值每一個汽輪機轉(zhuǎn)子瞬態(tài)等效應(yīng)力的修正系數(shù)yi，都對應(yīng)有一組汽輪機主蒸汽壓力P0i、汽輪機主蒸汽溫度t0i、汽輪機工作轉(zhuǎn)速ni、汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θmi和汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程的起始時刻汽輪機內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0i，對于大量的啟動過程、停機過程和負荷變動過程計算得出的Q個汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)yi和Q組輸入值，構(gòu)成Q組訓(xùn)練樣本，對Q組輸入樣本數(shù)據(jù)P0i，t0i，ni，θmi，θ0i和Q個輸出值yi，采用批處理算法，以網(wǎng)絡(luò)輸出目標值和實際值輸出的相對誤差平方和作為性能函數(shù)進行訓(xùn)練，訓(xùn)練到網(wǎng)絡(luò)的性能函數(shù)達到給定的0.025％，實現(xiàn)輸入輸出間的非線性映射，就可結(jié)束訓(xùn)練，可以得出該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點與隱層節(jié)點間的連接權(quán)值、隱層節(jié)點與輸出層節(jié)點間的連接權(quán)值、隱層節(jié)點的閾值和輸出層節(jié)點的閾值；第五步編寫計算等效應(yīng)力修正系數(shù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件由計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與其節(jié)點之間的連接權(quán)值與節(jié)點的閾值，采用C語言編寫計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的計算軟件，運行在汽輪機的參數(shù)監(jiān)視與控制的計算機上；第二流程汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線計算、監(jiān)視與控制第六步采用簡化模型在線實時計算名義等效應(yīng)力采用現(xiàn)有技術(shù)的等厚壁圓筒或等直徑圓柱的簡化模型，在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne；第七步使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線實時計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y輸入在線監(jiān)測的汽輪機主蒸汽壓力P0、汽輪機主蒸汽溫度t0、汽輪機工作轉(zhuǎn)速n汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程起始時刻內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0及在線計算得出的汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm，使用計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用軟件，實時計算得出汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)y；第八步在線實時計算等效應(yīng)力監(jiān)視值σeq使用計算機人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用軟件，在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的監(jiān)視值σeqσeq＝y(tǒng)×σne第九步在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu，汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu取轉(zhuǎn)子工作溫度下材料的屈服強度σ0.2和材料工作1000小時的斷裂強度σfr的最小值σu＝min{σ0.2；σfr}第十步在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA為轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu與轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力監(jiān)視值σeq的差同轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu之比SSA＝(σu-σeq)/σu第十一步汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線監(jiān)視與控制在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA并與設(shè)定值比較，汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的監(jiān)視與控制分為以下三種情況若SSA≥20％，汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率按《汽輪機運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值操作；若0＜SSA＜20％，減小汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；若-5％＜SSA≤0％，控制汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變動率為0，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；第十二步汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線報警和打閘停機在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子的應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA，若-25％＜SSA≤-5％，發(fā)出報警，30分鐘后跳閘停機；若SSA≤-25％，發(fā)出警報，1分鐘后跳閘停機。
本發(fā)明給出一種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的方法及等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線實時監(jiān)視與控制的方法，可實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線實時計算及在線實時監(jiān)視與控制。如果汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)小于給定值，通過在線實時控制汽輪機主蒸汽的溫度變化率、汽輪機的負荷變化率來增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，以減小汽輪機轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷。如果汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)達到報警值時，發(fā)出報警，并在設(shè)定的時間內(nèi)停機，以減小汽輪機轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，達到監(jiān)視和控制汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)并延長高中壓轉(zhuǎn)子使用壽命的技術(shù)效果。
本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的快速、高準確性的在線實時計算和在線監(jiān)視與控制。


圖1為本發(fā)明所采用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；圖2為本發(fā)明所采用方法的流程圖；圖3為本發(fā)明所采用的計算機軟件框圖；圖4冷態(tài)啟動過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級后外表面等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖5溫態(tài)啟動過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級后外表面等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖6熱態(tài)啟動過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級后外表面等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖7極熱態(tài)啟動過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級后外表面等效應(yīng)力的變化規(guī)律；圖8冷態(tài)啟動過程的高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉輪后外表面等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的變化規(guī)律。
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明提供的方法由兩個流程組成，本發(fā)明技術(shù)方案的第一步至第五步構(gòu)成第一個流程，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)確定汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)y；本發(fā)明技術(shù)方案的第六步至第十二步構(gòu)成第二流程，在線實時計算、監(jiān)視與控制汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例對于某型號進汽溫度為566℃的超臨界600MW汽輪機高壓轉(zhuǎn)子，采用圖1所示的本發(fā)明采用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、圖2所示的本發(fā)明提供方法的流程圖和圖3所示本發(fā)明方法的計算軟件框圖，計算得出的該汽輪機高壓轉(zhuǎn)子在不同啟動過程中等效應(yīng)力的計算結(jié)果列于圖4至圖7。
第一步和第六步采用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型在線計算得出該汽輪機高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉輪外表面圓角部位在冷態(tài)啟動過程、溫態(tài)啟動過程、熱態(tài)啟動過程、極熱態(tài)啟動過程的名義等效應(yīng)力σne在圖4至圖7中用曲線1表示。
第二步采用現(xiàn)有技術(shù)的有限元模型，離線計算得出該汽輪機高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉輪外表面圓角部位在冷態(tài)啟動過程、溫態(tài)啟動過程、熱態(tài)啟動過程、極熱態(tài)啟動過程的等效應(yīng)力σeqa在圖4至圖7中用曲線3表示。在圖4至圖7中，同一橫坐標對應(yīng)曲線3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)yi。
第三步建立三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示，包括輸入層、隱層和輸出層。輸入層由5個節(jié)點組成，5個輸入層節(jié)點對應(yīng)的5個物理量是汽輪機主蒸汽壓力P0、汽輪機主蒸汽溫度t0、汽輪機工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程(啟動過程、停機過程和負荷變動過程)的起始時刻汽輪機內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0；隱層由10至20個節(jié)點組成；輸出層只有一個節(jié)點，表示汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)y。
第四步和第五步對圖1所示人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用批處理算法，經(jīng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，確定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值和閾值，并編寫計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件。
第七步和第八步使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y，按公式σeq＝y(tǒng)×σne在線計算得出的該汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉輪外表面圓角部位的等效應(yīng)力修正值σeq在圖4至圖7中曲線2表示。
第九步該高中壓轉(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)，其斷裂強度σfr＝10c，c＝[23×(273+t)-3.4498×104]/(-6.5356×103)第十步在線計算的該汽輪機高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉輪后外表面圓角部位在冷態(tài)啟動過程中等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA的變化曲線如圖8所示。
第十一步和第十二步在該汽輪機高壓轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA變化規(guī)律的圖8中，A區(qū)SSA≥20％，汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率按《汽輪機運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值操作；B區(qū)0＜SSA＜20％，減小汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；C區(qū)-5％＜SSA≤0％，控制汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變動率為0，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；D區(qū)-25％＜SSA≤-5％，發(fā)出報警，30分鐘后跳閘停機；E區(qū)SSA≤-25％，發(fā)出警報，1分鐘后跳閘停機。
從圖4知，同有限元離線計算結(jié)果相比，采用本發(fā)明提供方法在線計算，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子外表面冷態(tài)啟動過程等效應(yīng)力的相對誤差的范圍為0.005％至3.583％。從圖5知，同有限元離線計算結(jié)果相比，采用本發(fā)明提供方法在線計算，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子外表面溫態(tài)啟動過程等效應(yīng)力的相對誤差的范圍為0.038％至1.360％。從圖6知，同有限元離線計算結(jié)果相比，采用本發(fā)明提供方法在線計算，，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子外表面熱態(tài)啟動過程等效應(yīng)力的相對誤差的范圍為0.001％至1.078％。從圖7知，同有限元離線計算結(jié)果相比，采用本發(fā)明提供方法在線計算，，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子外表面極熱態(tài)啟動過程最大等效應(yīng)力的相對誤差的范圍為0.004％至1.536％。
使用等直徑圓柱簡化模型在線計算汽輪機高壓轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力，同有限元離線計算結(jié)果相比，汽輪機啟動過程中高壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的相對誤差的范圍為-35％～11％。使用本發(fā)明提供的汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的在線計算方法，同有限元離線計算結(jié)果相比，汽輪機啟動過程中高壓轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力計算相對誤差的小于4％。本發(fā)明提供的汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線計算的相對誤差約為使用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型在線計算的相對誤差的1/9，達到了提高汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力和等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線計算準確性的技術(shù)效果；使用本發(fā)明提供的技術(shù)在線計算的汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)并控制汽輪機的啟動過程、停機過程和負荷變動過程的汽輪機的主蒸汽溫度變化率和汽輪機的負荷變化率，可以實現(xiàn)在線實時計算、監(jiān)視與控制汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，實現(xiàn)了增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，減小汽輪機轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，達到了延長汽輪機轉(zhuǎn)子使用壽命的技術(shù)效果。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線監(jiān)控方法，其特征在于，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其方法由兩個流程組成第一流程基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)第一步采用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型計算轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne采用現(xiàn)有技術(shù)的簡化模型離線計算汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場，把有中心孔的汽輪機轉(zhuǎn)子簡化為等厚壁圓筒模型，把無中心孔的汽輪機轉(zhuǎn)子簡化為等直徑圓柱模型，采用差分法計算該簡化模型的溫度場；采用現(xiàn)有技術(shù)的解析公式計算轉(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，汽輪機轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne的計算公式為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)力第二步確定瞬態(tài)等效應(yīng)力修正系數(shù)yi對于同型號汽輪機的同一根轉(zhuǎn)子，按照實際結(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的蒸汽溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和功率等的變化條件，采用現(xiàn)有技術(shù)的有限元模型離線計算，得出汽輪機轉(zhuǎn)子外表面相同部位的等效應(yīng)力σeqa，對于汽輪機啟動過程、停機過程或負荷變動過程的瞬態(tài)時刻ti，有限元模型計算得出的轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力σeqa除以簡化模型計算得出的轉(zhuǎn)子表面名義等效應(yīng)力σne，計算得出轉(zhuǎn)子外表面的等效應(yīng)力修正系數(shù)yiyi＝σeqa/σne第三步建立計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱層和輸出層，輸入層由5個節(jié)點組成，5個輸入層節(jié)點對應(yīng)的5個物理量是汽輪機主蒸汽壓力P0、汽輪機主蒸汽溫度t0、汽輪機工作轉(zhuǎn)速n、汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm和汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程即啟動過程、停機過程和負荷變動過程的起始時刻汽輪機內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0；隱層由10至20個節(jié)點組成；輸出層只有一個節(jié)點，表示汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)y；第四步確定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值及閾值每一個汽輪機轉(zhuǎn)子瞬態(tài)等效應(yīng)力的修正系數(shù)yi，都對應(yīng)有一組汽輪機主蒸汽壓力P0i、汽輪機主蒸汽溫度t0i、汽輪機工作轉(zhuǎn)速ni、汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θmi和汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程的起始時刻汽輪機內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0i，對于大量的啟動過程、停機過程和負荷變動過程計算得出的Q個汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的修正系數(shù)yi和Q組輸入值，構(gòu)成Q組訓(xùn)練樣本，對Q組輸入樣本數(shù)據(jù)P0i，t0i，ni，θmi，θ0i和Q個輸出值yi，采用批處理算法，以網(wǎng)絡(luò)輸出目標值和實際值輸出的相對誤差平方和作為性能函數(shù)進行訓(xùn)練，訓(xùn)練到網(wǎng)絡(luò)的性能函數(shù)達到給定的0.025％，實現(xiàn)輸入輸出間的非線性映射，就可結(jié)束訓(xùn)練，可以得出該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點與隱層節(jié)點間的連接權(quán)值、隱層節(jié)點與輸出層節(jié)點間的連接權(quán)值、隱層節(jié)點的閾值和輸出層節(jié)點的閾值；第五步編寫計算等效應(yīng)力修正系數(shù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件由計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與其節(jié)點之間的連接權(quán)值與節(jié)點的閾值，采用C語言編寫計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的計算軟件，運行在汽輪機的參數(shù)監(jiān)視與控制的計算機上；第二流程汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線計算、監(jiān)視與控制第六步采用簡化模型在線實時計算名義等效應(yīng)力采用現(xiàn)有技術(shù)的等厚壁圓筒或等直徑圓柱的簡化模型，在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子外表面名義等效應(yīng)力σne；第七步使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線實時計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y輸入在線監(jiān)測的汽輪機主蒸汽壓力P0、汽輪機主蒸汽溫度t0、汽輪機工作轉(zhuǎn)速n汽輪機非穩(wěn)態(tài)過程起始時刻內(nèi)缸金屬監(jiān)測溫度θ0及在線計算得出的汽輪機轉(zhuǎn)子體積平均溫度θm，使用計算等效應(yīng)力修正系數(shù)y的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用軟件，實時計算得出汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力修正系數(shù)y；第八步在線實時計算等效應(yīng)力監(jiān)視值σeq使用計算機人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用軟件，在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力的監(jiān)視值σeqσeq＝y(tǒng)×σne第九步在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu，汽輪機轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu取轉(zhuǎn)子工作溫度下材料的屈服強度σ0.2和材料工作1000小時的斷裂強度σfr的最小值σu＝min{σ0.2；σfr}第十步在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA為轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu與轉(zhuǎn)子外表面等效應(yīng)力監(jiān)視值σeq的差同轉(zhuǎn)子材料的極限應(yīng)力σu之比SSA＝(σu-σeq)/σu第十一步汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線監(jiān)視與控制在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA并與設(shè)定值比較，汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的監(jiān)視與控制分為以下三種情況若SSA≥20％，汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率按《汽輪機運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值操作；若0＜SSA＜20％，減小汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變化率，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；若-5％＜SSA≤0％，控制汽輪機的主蒸汽溫度變化率和負荷變動率為0，以增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力的安全裕度；第十二步汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線報警和打閘停機在線實時計算汽輪機轉(zhuǎn)子的應(yīng)力安全裕度系數(shù)SSA，若-25％＜SSA≤-5％，發(fā)出報警，30分鐘后跳閘停機；若SSA≤-25％，發(fā)出警報，1分鐘后跳閘停機。
全文摘要
本發(fā)明給出一種汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)在線監(jiān)控方法，其特征在于，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的在線實時計算及在線實時監(jiān)視與控制，如果汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)小于給定值，通過在線實時控制汽輪機主蒸汽的溫度變化率、汽輪機的負荷變化率來增大汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)，以減小汽輪機轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命損傷，如果汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)達到報警值時，發(fā)出報警，并在設(shè)定的時間內(nèi)停機，本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子等效應(yīng)力安全裕度系數(shù)的快速、高準確性的在線實時計算和在線監(jiān)視與控制。
文檔編號F01D21/00GK1908382SQ20061003024
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者史進淵, 楊宇, 鄧志成, 危奇 申請人:上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院