[实用新型]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，具体是指一种超临界汽轮机机组滑参数启停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，发展高参数特别是发展超超临界汽轮机是我们国家电力行业的发展趋势，但随着汽轮机蒸汽参数的提高，汽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，使得我国大容量火电机组频繁的参与调峰成为必然趋势。

由于频繁启停及大范围负荷变动，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。

但随着汽轮机蒸汽参数的提高，汽轮机转子停机时自然冷却速度必然减慢，这将使计划停机后等待检修的冷却时间大大增加，直接影响了机组检修工期的充分利用（尤其是对机组故障停机临时抢修的紧迫时间）和机组的投运率，如何提高大型机组的等效可用系数，缩短检修工期，始终是困扰从事汽轮机运行检修人员的一大难题。在汽轮机出现故障需要紧急处理时，只能等待汽缸温度降到150℃以下才可以工作，如果不采取相应措施，一等就是5-6天，甚至7-8天，严重影响了电厂的经济运行。

为了解决这个问题，汽轮机工程技术人员正在对汽轮机停机做大量的研究工作，其中滑参数方法停运一台大容量的汽轮发电机组，是比较常用的方法；但是采用滑参数方法停运一台大容量的汽轮发电机组，是一项非常复杂的操作，要求操作人员连续集中精力监视表征各种部件状态的大量重要参数；由于汽轮机转子工作于高温、高压的环境中，且在运行中高速旋转，除承受自身重量引起的交变拉、压应力和由叶轮、叶片和转轴质量产生的离心应力外，还要承受由温度变化引起的交变应力以及传递扭矩引起的剪切应力等的作用，其受力状态是复杂的；特别是对大型汽轮机转子，在机组启动、停机及变负荷等过渡工况下，使机组经常承受大辐度的温度变化，从而导致转子和汽缸等厚壁部件产生交变应力，如果热应力过大，则停机的寿命损耗将增大，最终会导致累积损伤；如果热应力过低，则停机就可能要消耗大量的燃料、时间及厂用电。从这个意义上说，转子的热应力是限制机组启停速度和安全运行的重要因素；汽轮机的滑参数停机优化就是在上述背景下提出研究课题。

对于汽轮机而言，汽轮机转子是汽轮机的关键部件之一，转子的寿命基本代表了整个机组的寿命，其工作状况直接影响着整个汽轮发电机组的安全性及可靠性。转子的热应力及疲劳寿命损耗是限制机组启停速度及安全运行的重要因素。因而以转子热应力为约束条件来实现汽轮机滑停优化，对机组热应力在线监测、寿命预测与管理以及对机组安全性和经济性都具有重要的实际工程意义，课题应用前景将十分广阔。

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。

本实用新型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。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种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、上位机，所述的测温设备、电厂DCS 系统、SIS 接口、上位机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，上位机通过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，并通过人机界面显示。