[发明专利]汽轮机部件低周疲劳寿命损耗在线监视与控制装置及方法

权利要求书

1.一种汽轮机部件低周疲劳寿命损耗在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服 务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息装置组成，网页服务器 分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接， 数据库服务器通过厂级监控信息装置与汽轮机数字式电液控制装置连接；

采用C语言编写汽轮机部件瞬态低周疲劳寿命损耗的计算机软件，运行在计算服务器 上，应用于汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：读取汽轮机在线测点数据：数据库服务器每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，通 过厂级监控信息装置从汽轮机数字式电液控制装置读取汽轮机转速、功率、主蒸汽压力、 主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一 抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温 度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压 力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力以及凝汽器压力；

第二步：计算汽轮机部件的等效应力：采用现有的简化模型应力计算分析技术、有限 元分析技术、多元线性回归技术、人工神经网络技术和支持向量技术，在线计算得出汽轮 机第i个部件考虑力载荷与热载荷的等效应力监视值σ_eqi，i＝1～16；

第三步：计算汽轮机部件的低周疲劳应变幅：采用如下公式，计算汽轮机第i个部件 对称循环的低周疲劳应变幅ε_a，i＝1～16：

ε_ai＝(1+μ)σ_eqi/(1.5E)

式中，μ为工作温度下部件材料的泊松比，E为工作温度下部件材料的弹性模量；

第四步：计算汽轮机部件的低周疲劳寿命：使用汽轮机第i个部件材料的低周疲劳曲 线ε_ai＝F(N_i)，每隔Δτ计算1次，得出汽轮机第i个部件对称循环的低周疲劳寿命N_i；

第五步：计算汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗：采用如下公式，计算汽轮机第i 个部件瞬态低周疲劳寿命损耗d_i，i＝1～16：

d_i＝(2N_i)^-1×100％；

第六步：确定汽轮机部件的最大瞬态低周疲劳寿命损耗：采用如下公式，计算汽轮机 n个部件的最大瞬态低周疲劳寿命损耗d_m，i＝1～16，n＝2～16：

d_m＝max{d₁，d₂，...d_i，...d_n}；

第七步：确定瞬态低周疲劳寿命损耗的界限值[d]：若为调峰汽轮机，[d]＝0.030％； 若为带基本负荷汽轮机，[d]＝0.020％；

第八步：通过厂级监控信息装置和汽轮机数字式电液控制装置控制汽轮机部件的低周 疲劳寿命损耗：若d_m≤0.005％，按《汽轮机运行规程》的规定数值改变汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，并返回第一步；若0.005％＜d_m＜0.010％，减小汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.2～0.6倍，以减小汽轮机部件的瞬 态低周疲劳寿命损耗，并返回第一步；若0.010％≤d_m＜[d]，控制汽轮机的主蒸汽温度变 化率和负荷变化率为0，以进一步降低汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗，并返回第一 步；若d_m≥[d]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以控制汽轮机部件的 瞬态低周疲劳寿命损耗，并发出报警，一分钟后停机。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述汽轮机部件为高压转子、中压转子、 低压转子、高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴 室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、高压蒸汽管道和中压 蒸汽管道中任意2个以上部件。

3.权利要求1所述装置所采用的汽轮机部件低周疲劳寿命损耗在线监视与控制方法， 其特征在于，采用C语言编写汽轮机部件瞬态低周疲劳寿命损耗的计算机软件，运行在计 算服务器上，应用于汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：读取汽轮机在线测点数据：数据库服务器每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，通 过厂级监控信息装置从汽轮机数字式电液控制装置读取汽轮机转速、功率、主蒸汽压力、 主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一 抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温 度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压 力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力以及凝汽器压力；

第二步：计算汽轮机部件的等效应力：采用现有的简化模型应力计算分析技术、有限 元分析技术、多元线性回归技术、人工神经网络技术和支持向量技术，在线计算得出汽轮 机第i个部件考虑力载荷与热载荷的等效应力监视值σ_eqi，i＝1～16；

第三步：计算汽轮机部件的低周疲劳应变幅：采用如下公式，计算汽轮机第i个部件 对称循环的低周疲劳应变幅ε_a，i＝1～16：

ε_ai＝(1+μ)σ_eqi/(1.5E)

式中，μ为工作温度下部件材料的泊松比，E为工作温度下部件材料的弹性模量；

第四步：计算汽轮机部件的低周疲劳寿命：使用汽轮机第i个部件材料的低周疲劳曲 线ε_ai＝F(N_i)，每隔Δτ计算1次，得出汽轮机第i个部件对称循环的低周疲劳寿命N_i；

第五步：计算汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗：采用如下公式，计算汽轮机第i 个部件瞬态低周疲劳寿命损耗d_i，i＝1～16：

d_i＝(2N_i)^-1×100％；

第六步：确定汽轮机部件的最大瞬态低周疲劳寿命损耗：采用如下公式，计算汽轮机 n个部件的最大瞬态低周疲劳寿命损耗d_m，i＝1～16，n＝2～16：

d_m＝max{d₁，d₂，...d_i，...d_n}；

第七步：确定瞬态低周疲劳寿命损耗的界限值[d]：若为调峰汽轮机，[d]＝0.030％； 若为带基本负荷汽轮机，[d]＝0.020％；

第八步：通过厂级监控信息装置和汽轮机数字式电液控制装置控制汽轮机部件的低周 疲劳寿命损耗：若d_m≤0.005％，按《汽轮机运行规程》的规定数值改变汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，并返回第一步；若0.005％＜d_m＜0.010％，减小汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.2～0.6倍，以减小汽轮机部件的瞬 态低周疲劳寿命损耗，并返回第一步；若0.010％≤d_m＜[d]，控制汽轮机的主蒸汽温度变 化率和负荷变化率为0，以进一步降低汽轮机部件的瞬态低周疲劳寿命损耗，并返回第一 步；若d_m≥[d]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以控制汽轮机部件的 瞬态低周疲劳寿命损耗，并发出报警，一分钟后停机。