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
【专利摘要】本实用新型公开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，利用应变片感知高中压汽缸的应变变化，并将应变值传输到应变计进行观测，用数据记录仪进行记录存储，寿命评估服务器对测量的应变信息进行实时处理，转换成高中压汽缸关键部位的应力信息。利用温度传感器和压力传感器感知高中压汽缸温度和压力的变化信息，并提供给寿命评估服务器进行实时计算高中压汽缸的温度场和应力场。综合高中压汽缸各应变片测量得到应力分布和数值计算得到应力场分布，并根据高中压汽缸材料的蠕变寿命曲线和疲劳寿命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。
【专利说明】
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
技术领域
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[0001]本实用新型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】
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[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。
【实用新型内容】:
[0005]本实用新型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，本实用新型采用如下技术方案予以实现的:
[0007]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]本实用新型进一步的改进在于: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]相对于现有技术，本实用新型具有如下的技术效果:
[0013]本实用新型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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]综上所述，本实用新型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】
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[0018]图1为高中压汽缸寿命监控装置示意图；
[0019]图2为高中压汽缸寿命监控装置截面示意图；
[0020]图3为高中压汽缸寿命监控装置A-A示意图；
[0021 ]图4为高中压汽缸寿命监控装置B-B截面示意图；
[0022]图5为高中压汽缸寿命监控装置仰视示意图；
[0023]图6为高中压汽缸寿命监控系统示意图；
[0024]图7为高中压汽缸寿命监控系统拓扑图；
[0025]图8为高中压汽缸寿命监控系统流程图；
[0026]图9为高中压汽缸材料蠕变寿命曲线；
[0027]图10为高中压汽缸材料疲劳寿命曲线
[0028]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】
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[0029]以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0030]参见图1，本实用新型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，包括高中压汽缸1，高压进汽管4，高压出汽管5，中压进汽管6，补汽管7，中压出汽管8。其中高中压汽缸I分为高中压汽缸上缸2和高中压汽缸下缸3。高中压汽缸I外壁设置多个应变测点，每个测点设置一个耐高温应变片U，采用专用耐高温树脂胶粘贴。应变片11与应变计14之间用双股应变片引线12连接，应变片引线12固定布置高中压汽缸I上。温度计、压力计、应变计与多通道数据记录仪17连接，多通道数据记录仪17用于长期存储各路信号数据，便于数据回放查看。多通道数据记录仪17连接高中压汽缸寿命监控系统18，用于高中压汽缸寿命实时计算分析。采用排线器13将多路数据引线12编排布置，对号连接，防止交叉错乱，以便检查。
[0031 ]参见图2，分别在高压进汽管4和高压出汽管5上打孔，并在孔内固定安装温度传感器9和压力传感器10，用于监测高压进汽管4和高压出汽管5内部温度和压力，采用引线12将各温度传感器9连接到温度计15，采用引线12将各压力传感器10连接到压力计16。高中压汽缸高压部分19和中压部分20的各级隔板处打孔安装温度传感器9和压力传感器10，用于实时测量高压各级温度和压力，各温度传感器和压力传感器用耐高温导线连接到温度计和压力计。采用排线器13将多路引线12编排布置，对号连接，防止交叉错乱，以便检查。
[0032]参见图3、4、5，高中压汽缸下缸3设置一个开口向下的高压进汽管4，两个开口向下的高压出汽管5，两个中压进汽管6，两个中压进汽管为90°弯管，开口朝向中心轴的外侧，沿中心轴对称布置，一个开口向下的补汽管7，高中压汽缸上缸2设置一个开口向上的中压出汽管8，中压出汽管管径。
[0033]参见图6，高中压汽缸寿命监控系统18下设由高中压汽缸各应变测点数据21，高中压汽缸各温度和压力测点数据22。由高中压汽缸各应变测点数据得到各应变测点的实时应变曲线23和各应变测点变化率的实时曲线24，进一步结合高中压汽缸材料参数获得高中压汽缸应力分布25。
[0034]由高中压汽缸各温度测点和压力测点数据22，得到各测点的温度实时监控曲线26和压力实时监控曲线27，进一步得到温度变化率实时监控曲线28和压力变化率实时监控曲线29。由监测得到各测点的温度压力作为边界条件，采用有限元方法计算得到高中压汽缸温度场分布30和高中压汽缸应力场分布31。
[0035]进一步综合高中压汽缸各应变片测量得到应力分布25和用有限元方法计算得到应力场分布31，并根据高中压汽缸材料的蠕变曲线和疲劳曲线32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33，以及高中压汽缸总体累积寿命消耗实时监控曲线34。
[0036]参见图7，高中压汽缸寿命监控工作站35包括寿命计算评估服务器36、数据库37和Web服务器38。寿命计算评估服务器39从多通道数据记录仪17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37，Web服务器38读取数据库37里的数据，并通过用户局域网39提供给各终端浏览器40进行访问。
[0037]参见图8，高中压汽缸寿命监控系统流程。这部分与图6介绍的内容相同。
[0038]参加图9，横坐标为应力值，纵坐标为运行时间的函数式，HV为材料硬度。
[0039]参加图10，横坐标为寿命循环次数，纵坐标为应力值。
[0040]为了对本实用新型进一步的了解，现对其工作过程作如下说明。
[0041 ]工作时，利用应变片11感知高中压汽缸I外壁的应变变化，并将应变值传输到应变计14进行观测，用数据记录仪17进行记录存储，寿命评估服务器36对测量的应变信息进行实时处理，转换成高中压汽缸I关键部位的应力信息。利用温度传感器9和压力传感器10感知高中压汽缸I温度和压力的变化信息，并提供给寿命评估服务器36进行实时计算高中压汽缸I的温度场和应力场。综合高中压汽缸各应变片测量得到应力分布25和计算得到应力场分布31，并根据高中压汽缸材料的蠕变曲线和疲劳曲线32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33，以及高中压汽缸总体累积寿命消耗实时监控曲线34。寿命评估服务器36处理后的数据存储到数据库37，并提供给web服务器38，通过局域网39，供用户浏览器40进行访问。
【主权项】
1.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，其特征在于，高中压汽缸(I)包括高中压汽缸上缸(2)和高中压汽缸下缸(3)，上下缸之间用汽缸螺栓固定连接，尚中压汽缸上缸(2)上设置有中压出汽管(8)，尚中压汽缸下缸(3)上设置有尚压进汽管(4)、高压出汽管(5)、中压进汽管(6)和补汽管(7);其中， 高中压汽缸上缸(2)和高中压汽缸下缸(3)上设置多个应变测点，每个测点设置一个用于实时测量该部位应变变化的耐高温应变片(11); 在高压进汽管(3)、高压出汽管(4)、中压进汽管(5)、补汽管(6)和中压出汽管(7)上打孔安装用于实时测量该部位温度的温度传感器(8)和用于实时测量该部位压力的压力传感器(9);在高中压汽缸(I)上各级隔板处打孔安装用于实时测量各级温度的温度传感器(9)和用于实时测量各级压力的压力传感器(10); 高中压汽缸(I)的各个耐高温应变片(11)采用引线(12)分别与应变计(14)连接，各个测点的温度传感器(9)连接温度计(15)，各个测点的压力传感器(10)连接压力计(16)，各路测点数据均连接到多通道数据记录仪(17)进行存储。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，采用排线器(13)将多路数据引线(12)编排布置，对号连接。
【文档编号】G01M15/00GK205449499SQ201521028583
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月10日
【发明人】李志刚, 肖俊峰, 王伟华, 范清亮, 上官博, 李园圆, 南晴, 段静瑶
【申请人】浙江国华余姚燃气发电有限责任公司, 西安热工研究院有限公司