[发明专利]用于汽轮机服役性能监控的温度场虚拟现实实时重建方法

说明书

本发明公开了一种用于汽轮机服役性能监控的温度场虚拟现实实时重建方法。对于汽轮机进行有限元分析获得仿真温度场有限元分析结果，选取汽轮机的采样点集，计算仿真温度场上每两点间的半方差；在仿真温度场上随机选取个采样点，重建温度场空间分布，以最后获得的重建温度场作为结果，实时呈现汽轮机运行时温度场的变化情况。本发明通过重建汽轮机实时有限元温度场，能够在虚拟现实环境中以直观的可视化形式实时呈现汽轮机运行状态下各结构的温度变化情况，实现汽轮机运行状态的性能监控。

技术领域

本发明涉及一种汽轮机温度场实时处理方法，尤其涉及了一种用于汽轮机服役性能监控的温度场虚拟现实实时重建方法。

背景技术

汽轮机是现代火电站、核电站发电设备中应用最广泛的原动机，它的突出优点是效率高、单机容量大、寿命长和运行过程平稳，在能源和工业领域占有重要地位。

随着现代工业技术的发展，蒸汽参数的提高和各种复杂变工况环境的出现对汽轮机发电组的要求也提出了相当大的挑战。进汽温度提高增大了汽轮机内部的温度梯度，会增大固体部件的热应力；变工况运行过程中，整个机组内部流体的温度、压力等主要参数不断变化。为减少漏气损失，汽轮机通流部分的转子部件和静子部件间隙一般都很小，不均匀且不断变化的温度场使金属部件膨胀不均，有可能导致动静碰磨。同时，非稳定工况会导致金属的低周疲劳损伤，增大寿命预测的难度，降低机组的寿命。因此，对汽轮机温度场的研究就显得格外重要。

在研究手段方面，对汽轮机温度场的主要研究手段包括理论、实验和模拟，三种手段各有优劣。目前主要思路是将三者结合，以理论为基础，实验或模拟为主，互相佐证。但搭建低压缸全尺寸实验台需要耗费大量的人力物力，不易实施。并且由于测量手段的限制，在实验中只能观测有限位置，获得有限的流动信息。低压缸的末级叶片和排汽流道一般工作于湿蒸汽区，而现在还没有有效的方法测量湿蒸汽的焓。数值模拟方法正好克服了上述缺点，因此近年来对低压缸的气动性能的研究都以数值模拟为主，再用实验数据加以验证。

对于汽轮机内的复杂流固耦合传热问题，共轭传热理论是目前主流解法。相对于传统的仅求解固体域方法，共轭传热方法处理复杂的传热问题具有明显的精度优势。但因为低压缸内组件繁多，通流复杂，采用流固耦合的有限元仿真计算耗时，无法做到汽轮机运行过程中实时数据驱动的散热分析。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种用于汽轮机服役性能监控的温度场虚拟现实实时重建方法。

本发明方法能克服上述已有方法的不足，通过重建汽轮机实时有限元温度场，能够在虚拟现实环境中以直观的可视化形式实时呈现汽轮机运行状态下各结构的温度变化情况，实现汽轮机运行状态的性能监控。

为达到上述目的，本发明中技术方案的实施包括以下具体步骤：

所述的汽轮机运行参数具体为主蒸汽、再热蒸汽的压力和温度。

S11.在K个不同工况条件下，对于汽轮机进行有限元分析，获得K个仿真温度场有限元分析结果，选取汽轮机的仿真温度场采样点集；

S12.对于每个仿真温度场有限元分析结果，计算仿真温度场上每两点x_i和x_j间的半方差r_ij：

其中，y^(k)(x_i)是第k个仿真温度场中点x_i上的温度值；

S13.在仿真温度场上随机选取M个采样点，按照以下方式重建温度场空间分布：