[发明专利]汽轮机叶片在线损伤状态评估系统及汽轮机叶片寿命评估方法

说明书

汽轮机叶片在线损伤状态评估系统及汽轮机叶片寿命评估方法，属于汽轮机运行状态监测与叶片寿命评估技术领域。本发明解决了汽轮机的运行状态监测与评估存在叶片在线寿命评估不准确，无法实时对高温叶片的高周疲劳、低周疲劳、以及低温叶片的水蚀和结垢与磨损进行评估的问题。本发明利用电厂采集的汽轮机每个叶片温度信号、压力信号和负荷信号，围绕汽轮机各级叶片的运行状态开发了寿命评估模块，分别通过程序计算获得汽轮机叶片的高低周疲劳损耗量，水蚀坑深度量、结垢量和磨损量，可在线对叶片损伤程度进行实时监测，及时获取叶片运行过程中损伤状态。本发明适用于汽轮机叶片寿命评估。

技术领域

本发明属于汽轮机运行状态监测与叶片寿命评估技术领域。

背景技术

汽轮机是火电和核电企业的核心设备之一，其运行状态的好坏直接影响着整个企业的经济效益。国内外众多企业对汽轮机的状态监测技术都非常重视，但是长久以来，汽轮机的安全评估均以转子系统为主，叶片的安全评估关注度不高。在国外，已经有少数电站装备了先进的性能监测和测量软件系统，提高了电站性能和系统配置能力。但在国内，关于汽轮机叶片疲劳和叶片水蚀的相关文章和工程产品很少，主要是关于叶片疲劳设计和叶片水蚀故障的事后分析，鲜有关于叶片疲劳和叶片水蚀的在线监测系统的介绍。

现有技术中关于汽轮机的状态监测与评估存在叶片在线寿命评估不准确，无法实时对高温叶片的高周疲劳、低周疲劳以及低温叶片的水蚀和结垢与磨损进行评估，造成汽轮机运行过程中叶片损坏，影响使用的问题。

发明内容

本发明是为了解决汽轮机的运行状态监测与评估存在叶片在线寿命评估不准确，无法实时对高温叶片的高周疲劳、低周疲劳、以及低温叶片的水蚀和结垢与磨损进行评估的问题，提出了一种汽轮机叶片在线损伤状态评估系统及汽轮机叶片寿命评估方法。

本发明所述的汽轮机叶片在线损伤状态评估系统，该系统包括监测数据转换模块(1)、高周疲劳损耗量计算模块(3)、低周疲劳损耗量计算模块(4)、水蚀损伤量计算模块(5)、叶片喉口面积计算模块(6)、疲劳评估模块(7)、水蚀损伤评估模块(8)和结垢与磨损损伤评估模块(9)；

监测数据转换模块(1)，用于接收电厂监测汽轮机叶片实时参数信号，并对汽轮机叶片的实时参数信号进行模数转换，将数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号发送至高周疲劳损耗量计算模块(3)、低周疲劳损耗量计算模块(4)、水蚀损伤量计算模块(5)和叶片喉口面积计算模块(6)；

所述汽轮机叶片的实时参数包括：汽轮机叶片温度信号、压力信号和负荷信号；

高周疲劳损耗量计算模块(3)，用于接收数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号，建立叶片名义应力与汽轮机叶片实时参数的关系模型；还用于利用叶片名义应力与汽轮机叶片实时参数的关系模型和材料疲劳极限的试验曲线，获得疲劳极限与汽轮机叶片实时参数的关系模型；再根据材料的应力与寿命曲线和疲劳极限与汽轮机叶片实时参数的关系模型，获得叶片高周疲劳损耗量；并将叶片高周疲劳损耗量信号发送至疲劳评估模块(7)；

低周疲劳损耗量计算模块(4)，用于接收数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号，利用叶片在启停机、甩负荷和跳机变工况下的危险截面，建立危险截面处的局部应力计算模型，基于材料应力应变曲线利用局部应力计算模型，建立局部应变计算模型；再利用局部应变计算模型，根据材料应变寿命曲线和接收的数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号，计算叶片低周疲劳损耗量；并将叶片低周疲劳损耗量发送至疲劳评估模块(7)；

水蚀损伤量计算模块(5)，用于接收数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号，利用水蚀机理，建立汽轮机热力及结构参数对运动叶片水蚀速度的关系模型φ，利用模型φ和水蒸汽性质数据库，建立基于水蚀累计量与水蚀坑深度的关系模型，利用水蚀累计量与水蚀坑深度的关系模型计算叶片的水蚀坑深度，并将叶片的水蚀坑深度信号发送至水蚀损伤评估模块(8)；