[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

摘要

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。

主权项

1.汽轮机叶片在线损伤状态评估系统，其特征在于，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)；叶片喉口面积计算模块(6)，用于接收数字形式的汽轮机叶片的实时参数信号，基于弗留格尔公式和汽轮机叶片的实时参数信号，计算各级叶片喉口面积；并将各级叶片喉口面积信息发送至结垢与磨损损伤评估模块(9)；疲劳评估模块(7)，用于接收叶片高周疲劳损耗量信号和叶片低周疲劳损耗量，并对累计时间内接收到的叶片高周疲劳损耗量进行叠加，获得叶片高周疲劳累计损耗量；对累计时间内接收到的叶片低周疲劳损伤量进行叠加，获得叶片低周疲劳累计损耗量，最后对高周疲劳累计损耗量与低周疲劳累计损耗量求和，获得叶片总的疲劳损耗量，实现对叶片疲劳寿命的评估；水蚀损伤评估模块(8)，用于接收叶片的水蚀坑深度信号，根据叶片的水蚀坑深度发送轻度、中度或重度水蚀报警信号，实现对汽轮机叶片水蚀损伤的评估；结垢与磨损损伤评估模块(9)，用于接收叶片的各级喉口面积信息，根据所述各级喉口面积与各级叶片喉口面积基准值，计算各级叶片喉口面积变化量，当各级叶片中任意一级叶片的喉口面积的变化量大于该级叶片对应的喉口面积基准值的1％时，若叶片喉口面积大于对应的基准值，则发送汽轮机叶片磨损报警信号，若叶片喉口面积小于对应的基准值则发送汽轮机叶片结垢报警信号。