一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种高中压汽缸寿命监控装置，特别涉及一种用于频繁快速启停联合 循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装置。
【背景技术】：
[0002] 高中压汽缸是汽轮机的重要部件，对于频繁启停联合循环汽轮机，高中压汽缸寿 命管理关系机组安全性和经济性的关键技术之一。国内燃气轮机联合循环调峰机组，启停 频繁，影响联合循环机组的服役寿命。调峰机组的可靠性要求更高，对机组配套的相关高中 压汽缸的安全性要求也更高。
[0003] 热应力是金属因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或金属本身温度不均匀使伸 缩受制约而产生的应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力或温差应力。 部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只能使 其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。部件在受热或冷 却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限 制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力，低温部位产生拉应力。
[0004] 随着汽轮机不断向大功率、高效率方向发展，进气温度、压力不断增加，对高中压 汽缸的安全性和服役寿命要求也不断提高。目前汽轮机寿命管理多采用数值计算的方法， 实时寿命监控管理系统应用在实际机组上的不多，而且传统数值计算结果误差较大，准确 性不高，需要通过实际机组阀门的定期检修检测进行修正，不能达到实时监控的目的。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于频繁快速启停联合 循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装置。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：
[0007] -种用于频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装置，高中压汽缸包 括高中压汽缸上缸和高中压汽缸下缸，上下缸之间用汽缸螺栓固定连接，高中压汽缸上缸 上设置有中压出汽管，高中压汽缸下缸上设置有高压进汽管、高压出汽管、中压进汽管和补 汽管;其中，
[0008] 高中压汽缸上缸和高中压汽缸下缸上设置多个应变测点，每个测点设置一个耐高 温应变片用于实时测量各部位的应变变化；
[0009] 在高压进汽管、高压出汽管、中压进汽管、补汽管和中压出汽管上打孔安装温度传 感器和压力传感器，用于实时测量各部位的温度和压力；在高中压汽缸上各级隔板处打孔 安装温度传感器和压力传感器，用于实时测量各级的温度和压力；
[0010] 高中压汽缸的各个耐高温应变片采用引线分别与应变计连接，各个测点的温度传 感器连接温度计，各个测点的压力传感器连接压力计，各路测点数据均连接到多通道数据 记录仪进行存储;将多通道数据记录仪存储的数据传送到高中压汽缸寿命监控系统，进行 处理并实时显示高中压汽缸外部各个部位的应变变化，应变变化率，各个部位的温度变化， 压力变化，并绘制各部位应力变化曲线进行直观展现。
[0011] 本发明进一步的改进在于:采用排线器将多路数据引线编排布置，对号连接，防止 交叉错乱，以便检查。
[0012] 本发明进一步的改进在于:利用实时监测的高中压汽缸各进出口温度压力测点数 据，以及高中压汽缸各级的温度压力测点数据，并根据热传导方程
-q，其中，x、y、z为空间三维坐标，t是温度，τ为时 间，Ρ为密度，c为比热容，λ为导热系数，q热源的发热率密度，通过有限元法计算高中压汽缸 温度场、压力场分布，进而根据热弹性力学方程计算得到高中压汽缸应力的随时间的变化 曲线；
[0013] 热弹性力学方程：
[0014]
[0015] 其中：ε为应变，σ为应力，E为弹性模量，v为泊松比，α为膨胀系数，T为温度。
[0016] 本发明进一步的改进在于:综合高中压汽缸各应变片测量得到高中压缸关键部位 应力分布和用有限元方法计算得到应力场分布，并根据高中压汽缸材料的蠕变曲线和疲劳 曲线得到频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸实时的寿命消耗率，以及高中压汽缸总 体累积寿命消耗实时监控曲线。
[0017] 本发明进一步的改进在于：高中压汽缸寿命监控工作站包括寿命计算评估服务 器、数据库和Web服务器;其中，寿命计算评估服务器从多通道数据记录仪采集数据并进行 计算分析，然后安装一定格式存储到数据库，Web服务器读取数据库里的数据，并通过用户 局域网提供给各终端浏览器进行访问。
[0018] 相对于现有技术，本发明具有如下的技术效果：
[0019] 本发明一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装置，利用耐 高温应变片感知高中压汽缸的应变，利用温度传感器和压力传感器实时测量高中压汽缸各 关键部位的温度和压力，用于实时计算高中压汽缸体的应力场分布。根据高中压汽缸的材 料参数将测量应变值换算成应力，结合实时计算的高中压汽缸体的应力场，依据高中压汽 缸材料的疲劳寿命曲线和蠕变寿命曲线，获得高中压汽缸实时的疲劳寿命消耗率和蠕变寿 命消耗率，最终获得高中压汽缸的总体实时寿命消耗曲线。
[0020] 高中压汽缸外壁多部位设置耐高温应变片，能够精细的实时监控高中压汽缸外壁 应变分布，采用应变片感知高中压汽缸应变变化，简单，易实施，无需改变高中压汽缸原由 结构，可靠性好，准确性高，能够为高中压汽缸寿命评估提供准确的应变变化信息。
[0021] 高中压汽缸设置多个温度和压力测点，采用温度传感器和压力传感器实时感知高 中压汽缸多个位置的温度变化和压力变化，根据多个测点的温度与压力数据实时计算高中 压汽缸温度场和高中压汽缸应力场，动态显示高中压汽缸应力场变化。
[0022] 多通道数据记录仪能够保证存储数据的连续性，相比数字存储设备更能还原真实 的连续的应变、温度和压力信息。温度传感器固定安装在高中压汽缸上，可实时监控高中压 汽缸的温度变化，保证启停过程中高中压汽缸的温度变化速率在安全范围内，提高启停安 全性。
[0023] 综上所述，本发明一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸寿命监控装 置，解决了采用数值方法评估高中压汽缸寿命准确性不高，已往缺乏启停过程实时监控高 中压汽缸应变变化，温度变化速率的问题，提供了一种用于实时监控高中压汽缸寿命的方 法，适用于各汽轮机高中压汽缸寿命监控，能够实时测量高中压汽缸外壁多个部位应变变 化，实时测量高中压汽缸内部多个部位温度和压力，来实时计算高中压汽缸应力场分布，为 频繁快速启停联合循环汽轮机高中压汽缸寿命监控提供准确的动态实时数据，以提高高中 压汽缸寿命监控精确性。
【附图说明】：
[0024]图1为高中压汽缸寿命监控装置示意图；
[0025] 图2为高中压汽缸寿命监控装置截面示意图；
[0026] 图3为高中压汽缸寿命监控装置A-A示意图；
[0027] 图4为高中压汽缸寿命监控装置B-B截面示意图；
[0028]图5为高中压汽缸寿命监控装置仰视示意图；
[0029] 图6为高中压汽缸寿命监控系统示意图；
[0030] 图7为高中压汽缸寿命监控系统拓扑图；
[0031 ]图8为高中压汽缸寿命监控系统流程图；
[0032] 图9为高中压汽缸材料蠕变寿命曲线；
[0033] 图10为高中压汽缸材料疲劳寿命曲线
[0034] 其中：1、高中压汽缸;2、高中压汽缸上缸;3、高中压汽缸下缸;4、高压进汽管;5、高 压出汽管;6、中压进汽管;7、补汽管;8、中压出汽管;9、温度传感器；10、压力传感器；11、耐 高温应变片；12、耐高温导线；13、排线器；14、应变计；15、温度计；16、压力计；17、多通道数 据记录仪；18、寿命评估系统；19、高中压缸高压部分;20、高中压缸中压部分;21、高中压缸 应变测点数据;22、高中压缸温度压力测点数据;23、各应变测点实时监控曲线；24、各应变 测点变化率的实时监控曲线；25、高中压缸关键部位应力分布;26、各温度测点实时监控曲 线；27、各压力测点实时监控曲线；28、各温度测点变化率的实时监控曲线；29、各压力测点 变化率实时监控曲线;30、高中压缸温度场;31、高中压缸应力场;32、高中压缸材料蠕变寿 命曲线和疲劳寿命曲线；33、高中压缸寿命消耗率实时监控;34、高中压缸总体寿命消耗实 时监控;35、寿命监控工作站;36、寿命评估服务器;37、数据库;38、Web服务器;39、用户内部 局域网；40、终端浏览器。
【具体实施方式】：
[0035]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0036]参见图1，本发明一种用于