汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制装置及方法

摘要

本发明提供了一种汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制装置，其特征在于，包括剩余寿命计算服务器，剩余寿命计算服务器通过厂级监控信息装置与汽轮发电机分散控制装置连接。本发明还提供了采用上述装置的汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制方法，其特征在于，采用C语言编写汽轮发电机转子护环剩余寿命的计算机软件，运行在剩余寿命计算服务器上，应用于汽轮发电机转子护环的剩余寿命在线监视与控制。本发明的优点是实现了汽轮发电机转子护环剩余寿命的在线计算与控制。

主权项

一种汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制方法，采用汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制装置，所述的汽轮发电机转子护环剩余寿命在线监视与控制装置包括剩余寿命计算服务器，剩余寿命计算服务器通过厂级监控信息装置与汽轮发电机分散控制装置连接，其特征在于，采用C语言编写汽轮发电机转子护环剩余寿命的计算机软件，运行在剩余寿命计算服务器上，应用于汽轮发电机转子护环的剩余寿命在线监视与控制，其具体步骤为：第一步：读取汽轮发电机在线测点数据：剩余寿命计算服务器每隔Δτ＝1秒钟至300秒钟，从厂级监控信息装置读取来自汽轮发电机分散控制装置的汽轮发电机的转速、有功、无功、A相电流、B相电流、C相电流、A相电压、B相电压、C相电压、励磁电流、励磁电压、氢气压力、冷氢温度以及热氢温度的数据；第二步：计算汽轮发电机转子护环的热应力：针对转速、有功、无功、A相电流、B相电流、C相电流、A相电压、B相电压、C相电压、励磁电流、励磁电压、氢气压力、冷氢温度和热氢温度的数据变化，采用现有技术的厚壁圆筒模型，在线计算汽轮发电机转子护环的温度场以及转子护环不同半径处的切向热应力σθth、径向热应力σrth和轴向热应力σzth；第三步：计算汽轮发电机转子护环的等效应力：采用现有技术，采用旋转厚壁圆筒模型在线计算发电机转子护环的切向离心应力σθω、径向离心应力σrω和轴向离心应力σzω，采用承受内压厚壁圆筒模型在线计算发电机转子护环由过盈产生的切向应力σθp、径向应力σrp和轴向应力σzp，汽轮发电机转子护环不同半径处的等效应力的在线计算公式为： σ eq = [ ( σ θ - σ r ) 2 + ( σ r - σ z ) 2 + ( σ z - σ θ ) 2 2 ] 1 2 式中：σθ＝σθth+σθω+σθpσr＝σrth+σrω+σrpσz＝σ2th+σzω+σzpσθth——转子护环的切向热应力；σθω——转子护环的切向离心应力；σθp——转子护环由过盈配合产生的切向应力；σrth——转子护环的径向热应力；σrω——转子护环的径向离心应力；σrp——转子护环由过盈配合产生的径向应力；σzth——转子护环的轴向热应力；σzω——转子护环的轴向离心应力；σzp——转子护环由过盈配合产生的轴向应力；第四步：计算汽轮发电机转子护环的低周疲劳应变幅：采用如下公式，计算汽轮发电机转子护环对称循环的低周疲劳应变幅εa：εa＝(1+μ)σeq/(1.5E)式中，μ为工作温度下转子护环材料的泊松比，E为工作温度下转子护环材料的弹性模量；第五步：计算汽轮发电机转子护环的低周疲劳寿命：采用现有技术，使用汽轮发电机转子护环材料的低周疲劳曲线εa＝F(Nf)，每隔Δτ计算1次，得出汽轮发电机转子护环对称循环的低周疲劳寿命Nf；第六步：计算汽轮发电机转子护环的瞬态低周疲劳寿命损耗：采用如下公式，计算汽轮发电机转子护环的瞬态低周疲劳寿命损耗d(t)：d(t)＝(2Nf)‑1×100％；第七步：确定峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗：采用现有技术，判断转子护环的等效应力是否为处于启动、停机和负荷变动过程的峰值应力，若等效应力是峰值应力，汽轮发电机转子护环峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗dp＝d(t)；若等效应力不是峰值应力，汽轮发电机转子护环峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗dp＝0；第八步：计算转子护环累积低周疲劳寿命损耗：汽轮发电机转子护环累积低周疲劳寿命EN的计算公式如下：EN＝EN0+dp式中，EN0为上一次读取数计算得出的累积低周疲劳寿命损耗；第九步：计算转子护环剩余寿命百分数：汽轮发电机转子护环剩余寿命百分数ER的计算公式如下：ER＝100‑EN；第十步：计算转子护环年均寿命损耗速率：汽轮发电机转子护环年均寿命损耗速率e的计算公式表示为：e＝1/y×100％式中，y为汽轮发电机转子护环的设计寿命，单位为年；第十一步：计算转子护环剩余日历寿命：汽轮发电机转子护环的剩余日历寿命RL的计算公式如下：RL＝ER/e第十二步：计算转子护环已使用年数：采用现有技术，计算得出汽轮发电机从投产至当前时刻的在使用的日历小时数PH，汽轮发电机已使用年数y0的计算公式表示为：y0＝PH/8760；第十三步：计算转子护环可使用寿命：汽轮发电机转子护环可使用寿命La的计算公式如下：La＝y0+RL；第十四步：计算转子护环剩余寿命安全余量：汽轮发电机转子护环剩余寿命安全余量是Ls的计算公式如下：Ls＝La‑y；第十五步：确定转子护环最小剩余寿命安全余量：在汽轮发电机转子护环的n个部位的剩余寿命安全余量确定之后，汽轮发电机转子护环的最小剩余寿命安全余量Lm的计算公式如下：Lm＝min{L1，L2，...，Li，...，Ln}；第十六步：控制转子护环剩余寿命：根据汽轮发电机转子护环的最小剩余寿命安全余量Lm的在线计算结果，控制汽轮发电机转子护环剩余寿命的措施为：若Lm≤‑5年，在汽轮发电机的启动、停机和负荷变动过程中，减小汽轮发电机的负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.4～0.6倍，以延长汽轮发电机转子护环的使用寿命；若‑5年＜Lm≤0年，在汽轮发电机的启动、停机和负荷变动过程中，减小汽轮发电机的负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.1～0.3倍，以延长汽轮发电机转子护环的使用寿命；若0年＜Lm≤5年，在汽轮发电机的启动、停机和和负荷变动过程中，汽轮发电机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率按汽轮发电机运行规程的规定值操作；若5年＜Lm≤10年，在汽轮发电机的启动、停机和负荷变动过程中，增加汽轮发电机负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.1～0.3倍，以适应电网的负荷变化要求，提高汽轮发电机的运行经济性；若Lm＞10年，在汽轮发电机的启动、停机和负荷变动过程中，增加汽轮发电机负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.4～0.6倍，以适应电网的负荷快速变化要求，提高汽轮发电机的运行经济性。