[实用新型]超超临界机组汽轮机转子热应力在线监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及汽轮机优化运行领域，具体是指一种超超临界汽轮机机组实心转子热应力的在线监测系统。 

背景技术

随着我国经济的迅速发展，用电量的逐年增长，电网的峰谷差也越来越大，同时又由于我国能源分布的特点，使得我国火电机组频繁的参与调峰，而随着小型火电机组逐渐被淘汰，中大型火电机组参与调峰成为必然趋势。 

由于频繁启动及大范围负荷变动，机组要经常承受大幅度的温度变化，从而使转子、汽缸等厚壁部件产生交变应力，导致部件产生低周疲劳损耗，缩短整个机组的使用寿命。现代机组的高压缸由于普遍采用了双缸、分立式蒸汽室，使汽缸的应力水平显著下降，但汽轮机转子的直径却随着机组额定功率的增加而增大，热应力水平也随之提高。在同样的条件下，一股来讲转子承受的热应力最大，所以对汽轮机转子热应力进行监测是非常必要的。 

研究热应力常用的方法是解析法和数值法。数值算法一股是将转子视为轴对称二维模型，将几何形状离散化，这种方法在理论上可获得精确值。但其算法复杂、计算量大，不适用于在线监测。解析法是将转子视为光轴、一维模型，通用性好，计算量小，速度快，虽然有误差，但可满足工程需要。但是传统的解析法是以第三类边界条件为基础的，而放热系数和调节级或中压第一级后的蒸汽温度等参数比较难确定。 

而本申请中的热应力计算主程序的算法属于解析法，是以现场可以测出的内缸壁温度模拟转子表面温度为依据，即属于转子表面温度为已知的第一类边界条件，同时根据递推思想计算热应力，这种算法避免确定放热系数和调节级或中压第一级后的蒸汽温度的难题。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超超临界机组汽轮机转子热应力在线监测系 统，该在线监测系统能够监测大型调峰运行机组汽轮机转子危险部位热应力变化，把基于递推算法和第一类边界条件的热应力监测装置应用于特定机组上，以提高机组在电网调峰期间的适应能力。 

本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现的：超超临界机组汽轮机转子热应力在线监测系统，其特征在于：该在线监测系统包括测温设备、电厂DCS系统、SIS接口、主机和显示器，所述的测温设备、电厂DCS系统、SIS接口、主机和显示器以串联方式依次连接，所述的测温设备安装在汽轮机转子危险部位所对应的汽缸内壁上，采集汽轮机转子危险部位处的温度数据，测温设备将采集到的温度数据传输给电厂DCS系统，主机通过SIS接口直接读取DCS系统中的温度数据，计算出汽轮机转子的热应力，生成转子热应力数据报表，并通过显示器显示。 

本实用新型的理论依据是：对于适用于本在线监测系统的机组，由于调节级和中压第一级的焓降比较大，蒸汽做功最多，调节汽室蒸汽的压力、温度随负荷变动而变化最大，并根据ansys有限元软件计算得知高压缸调节级后叶轮根部、高中压缸之间的轴肩表面的温度梯度较大，所以这些部位应作为监测部位。 

本实用新型中，所述的测温设备为WRNK铠式热电偶。 

本实用新型中，所述汽轮机转子危险部位指高压缸调节级后叶轮根部和高中压缸之间的轴肩表面处。 

本实用新型的主机具有数据采集模块和热应力计算模块，数据采集模块与SIS接口相连，通过SIS接口采集DCS系统中的温度数据，并且将采集到的温度数据传送给与之相连的热应力计算模块，热应力计算模块用于计算汽轮机转子的热应力，生成转子热应力数据报表，热应力计算模块的计算模型如下： 

当转子表面温度以温度变化率η₁，经时间τ₁转化为η₂时，所列转子导热微分方程及边界条件如下：