[发明专利]一种汽轮机转子寿命评估及检修指示系统

说明书

本发明属于汽轮机监测领域，具体涉及一种汽轮机全周期寿命评估系统，DCS数据采集模块、应力裕度计算模块、寿命损耗计算模块、寿命显示模块、温度场计算模块、温度场显示模块、检修指示模块，本系统通过对大型汽轮发电机组转子进行各种启动运行情况下疲劳强度问题的计算、验证及仿真。定量的计算汽轮机运转过程中的运行应力、温度场、疲劳寿命，并且给出检修建议，准确的机组寿命评估和合理的检修安排就可使汽轮机寿命大大延长。

技术领域

本发明属于汽轮机监测领域，具体涉及一种汽轮机全周期寿命评估系统。

背景技术

由于调峰及其它需求，汽轮机组处于启停、变负荷等运行工况的机会越来越频繁，设备部件承受的应力载荷也越来越大，寿命损耗也越来越严重。并且，汽轮机组的使用寿命一般为25～30年，但由于发电缺口的不断加大，电厂希望尽量利用现有机组超期服役等原因，机组可靠性显著降低。

汽轮机转子长期工作在高温、高压恶劣环境下，停机和启动过程中温度变化剧烈，容易出现疲劳裂纹。而转子上一旦出现裂纹，则很难进行修复，因此可以说转子的寿命就代表着整个机组的寿命。只有对它们进行较为准确的剩余疲劳寿命评价，优化启动运行曲线，并采取合理的检修安排，同时加强运行监测，及时发现转子的受损部位，采取必要的修复或更换，才能确保这些老机组的安全运行。也可以说准确的机组寿命评估和合理的检修安排就可使汽轮机寿命大大延长。

因此对汽轮机转子疲劳寿命进行实时定量监控评估，并且给出检修指示与建议非常重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种汽轮机转子寿命评估及检修指示系统，本发明通过计算转子的应力裕度、温度场、转子材料的低周疲劳曲线，综合得出汽轮机转子的寿命、允许启停次数以及检修指示。本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽轮机转子寿命评估及检修指示系统，其特征在于，包括：

DCS数据采集模块：用于采集DCS系统下的设置于汽轮机转子各部位的各类传感器所传回的传感器数据，将数据库中温度

应力裕度计算模块：接收所述传感器数据，并且计算汽轮机转子的应力裕度；

应力裕度显示模块：用于显示所述应力裕度计算模块的计算结果；应力裕度的计算原理如下：

热应力基本方程：

式中，T_m为物体(即转子)的平均温度，T为计算点温度。

在线监测有限差分方法将转子简化为无限长圆柱、内缸及外缸简化为空心圆环，阀门简化为圆筒，但监测部位存在热应力集中现象，需考虑应力集中系数K_th，应力集中系数由有限元计算结果修正(或由模块程序数据配置得到)。

对于转子来说，运行过程中转子不断转动，产生离心力，离心应力与转速的平方成正比，在升速过程中，任意转速下的离心应力值应为：

式中σ_n——任意转速n下的离心切向应力

σ₀——额定转速n₀下的离心切向应力

汽轮机各零部件上除了热应力外，还存在各种机械应力，包括蒸汽压力的压应力，传递扭矩引起的剪应力，自重引起的交变拉压应力，叶片叶轮以及转子自重产生的离心应力等。

在正常启动和运行中，转子传递扭矩产生的剪应力不超过9.8Mpa；由转子自重引起的弯曲应力属于高频交变应力，若不存在严重的偏心现象，该项应力只有9.8Mpa左右，这两项应力与转子材料的屈服极限相比很小，均可忽略不计。由转子自身离心力作用产生的切向应力是个较大的数量级，因此，对转子进行应力合成时，主要考虑离心应力和热应力，采用Misses原则合成等价应力。