[发明专利]一种汽轮机转子低周疲劳在线监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，特别是涉及一种汽轮机转子低周疲劳在线监控方法。

背景技术

目前国内外关于汽轮机寿命计算的研究方法主要有解析法和数值计算法。解析法是将转子简化为无限长圆筒，根据一维不稳定导热微分方程和积分变换的方法求解温度场，再由体积平均温差计算内外表面的热应力。它根据转子的结构特点、材料物理参数、边界条件、初始条件以及在运行中最易产生裂纹的转子部位等特性对最易产生最大应力处的转子部位进行计算。这种方法简化了模型，仅考虑径向温差，忽略轴向热流的影响。并且将介质对转子的换热条件及转子金属的物理特性作为常数处理，并不能体现实际工程中转子复杂的形状和承受的载荷，因而影响了它的计算精度。目前实时应力监测系统的计算理论并不完善，是否合理还需要完整的理论和科学计算方法来验证。

随着计算机技术软硬件的快速发展及成本的低廉化，数值方法越来越受到人们的青睐，数值模拟技术在各行各业中都得到了广泛、深入的发展与应用。如在材料强度分析、安全评价等传统领域，除了作为应力、应变分析，应力集中系数估算外，还应用于裂纹部件裂纹的动态扩展过程模拟、损伤过程演化等分析。随着人们对数值方法越来越深入的研究，数值技术对物理现象的模拟已经非常逼近于实际情况，该方法具有统一性且理论完善。

数值计算方法是将转子考虑为二维模型或三维模型，以避免简化为一维模型时造成的误差，同时离散化复杂的几何形状连续体，用一系列代数方程组来代替微分方程组，并将把汽轮机转子表面的对流换热系数及转子材料的物理特性作为随时间、空间变化的量来处理。因此可以将转子描述的更加复杂，能够精确地计算出几何边界条件和温度边界条件比较复杂时的工程实际问题。数值计算方法一般包括有限差分法与有限单元法。有限差分法很难适应转子复杂的边界条件这个特点，且随着计算机技术的迅速发展，有限元理论和软件的完美结合，现在人们普遍使用有限元软件来得到比较精确的汽轮机转子应力和寿命的解。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽轮机转子低周疲劳在线监控方法，用于解决现有技术中对汽轮机转子的寿命监测精确度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种汽轮机转子低周疲劳在线监控方法，所述方法包括：采集汽轮机的转子转速和汽轮机背压，根据所述转子转速和所述背压获取对流换热系数；采集蒸汽温度，根据采集的蒸汽温度和蒸汽温度到转子表面温度的传递函数模型获取转子表面温度；根据获取的所述对流换热系数、所述蒸汽温度、所述转子表面温度以及牛顿冷定律获取热流密度；根据所述热流密度和热流密度到热应力的传递函数获取汽轮机转子的轴向热应力；同时根据转子额定转速下的切向离心应力、转子额定转速以及转子当前转速获取汽轮机转子在当前转速下的切向离心应力；根据获取的所述轴向热应力和所述切向离心应力获取转子的等效应力；根据等效应力以及应力与应变的对应关系获取与转子的等效应力对应的转子的应变；根据应变与寿命损耗的对应关系获取与转子的应变对应的转子的寿命损耗。

优选地，获取对流换热系数具体为：h=C₁P+C₂N+C₃P²+C₄N²+C₅NP+C₆；其中：h为对流换热系数，N为转子转速，P为背压，C₁～C₆为拟合系数。