专利名称：汽轮机部件热应力在线监视与控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及汽轮机部件热应力在线监视与控制装置及方法，属于汽轮机技术领域。
背景技术：
汽轮机的耐用部件包括高压转子、中压转子、低压转子、高压内缸、中压内缸、低压 内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高 压调节阀壳、中压调节阀壳、高压蒸汽管道、中压蒸汽管道等16个部件。在汽轮机的启 动、停机和负荷变动过程中，由于沿部件径向温度分布不均匀产生比较大的热应力，使用 操作不当会縮短汽轮机耐用部件的使用寿命，需要在线监视与控制汽轮机耐用部件的热应 力。现有技术，只对汽轮机高压转子一个耐用部件进行热应力监视和控制，延长高压转子 的使用寿命。由于一台大型汽轮机有十几个耐用部件，只对高压转子进行热应力监视和控 制，不能延长其他耐用部件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是采用一套热应力监视与控制装置，实现一台大型汽轮机2至16个耐 用部件的热应力的在线监视与控制。
为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮机部件热应力在线监视与控制 装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监 控信息装置(SIS装置)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服 务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息装置(SIS 装置)与汽轮机数字式电液控制装置(DEH)连接。
进一步地，所述汽轮机部件为高压转子、中压转子、低压转子、高压内缸、中压内缸、 低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、 高压调节阀壳、中压调节阀壳、高压蒸汽管道和中压蒸汽管道中任意2个以上部件。
本发明还提供了上述装置的汽轮机部件热应力在线监视与控制方法，其特征在于，采 用C语言编写汽轮机部件热应力的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机部件 的热应力在线监视与控制，其具体步骤为-
第一步读取汽轮机在线测点数据数据库服务器每隔A T二0.1分钟至5分钟，通 过厂级监控信息装置从汽轮机数字式电液控制装置读取汽轮机转速、功率、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一 抽蒸汽压力、 一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温 度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压 力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力以及凝汽器压力数据；
第二步建立简化模型计算名义等效热应力采用现有技术，在线计算汽轮机第i个 部件的名义等效热应力o^，高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳和中压调节阀 壳的球体部分采用空心厚壁球体模型计算名义等效热应力onthi，筒体部分采用厚壁圆筒模 型计算名义等效热应力o一；高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低 压外缸、高压喷嘴室、高压蒸汽管道和中压蒸汽管道采用厚壁圆筒模型计算名义等效热应
力0^;无中心孔的高压转子、中压转子和低压转子采用等直径圆柱模型计算名义等效热
应力o^;有中心孔的高压转子、中压转子和低压转子采用厚壁圆筒模型计算名义等效热
应力o thl;
第三步确定等效热应力的修正系数采用现有技术的人工神经网络法，确定汽轮机 第i个部件等效热应力的修正系数yi;可参照申请号为200610030245. 4的已授权专利。
第四步计算汽轮机部件的等效热应力在线计算汽轮机第i个部件的等效热应力的 监视值o加<formula>formula see original document page 5</formula>第五步确定工作温度下材料的屈服极限采用现有技术，根据汽轮机部件材料高温 力学性能的试验曲线，确定工作温度下汽轮机的第i个部件材料的屈服极限<formula>formula see original document page 5</formula>第六步在线计算汽轮机部件的相对热应力采用如下公式，计算汽轮机第i个部件 相对热应力Rthsi: ,
<formula>formula see original document page 5</formula>
第七步确定汽轮机部件的最大相对热应力采用如下公式，计算汽轮机n个部件的 最大相对热应力Rm:
<formula>formula see original document page 5</formula>
第八步控制汽轮机部件的热应力若R 《80%,按《汽轮机运行规程》的规定数值 改变汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率；若80%〈&〈 100%，减小汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.2 0.6倍，以减小汽轮机部件的热 应力；若100X《R/[R]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以进一步降 低汽轮机部件的热应力，[R]为最大相对热应力的界限值，[R]的取值范围为M^125X 150%，对于基本负荷机组取下限值，对于调峰机组取上限值；若Rm^[R]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以控制汽轮机部件的热应力，并发出报警， 一分钟 后停机。
本发明具有以下特点
(1) 在计算服务器上安装使用C语言编写的汽轮机多个耐用部件热应力的计算机软 件，根据软件设定的时间间隔A T-0.1分钟至5分钟，从数据库服务器中读取在线监视 的汽轮机参数，在线实时计算汽轮机多个耐用部件的热应力，热应力计算结果再送到数据 库服务器保存，供网页服务器调用；
(2) 数据库服务器存放两类数据 第一类数据为从厂级监控信息装置(SIS装置)读取的汽轮机在线测点数据，包括汽
轮机转速、功率、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸 汽压力、调节级后蒸汽温度、 一抽蒸汽压力、 一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温 度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压 力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力、凝汽 器压力等，应用于汽轮机多个耐用部件的热应力计算；
第二类数据为汽轮机多个耐用部件的热应力计算结果，包括第i个耐用部件的名义等 效热应力、等效热应力O加和相对热应力Rthsi;
(3) 厂级监控信息装置(SIS装置)在热应力控制方面具有两种功能， 一是为热应力 监视和控制装置的数据库服务器提供汽轮机的在线测点数据，二是把汽轮机多个耐用件热 应力控制措施传输给汽轮机数字式电液控制装置；
(4) 用户端浏览器用来査看汽轮机多个耐用部件的热应力在线计算结果和热应力控制 措施，用来指导汽轮机的运行和操作。
本发明的优点是给出了汽轮机多个耐用部件热应力的在线监视与控制装置，实现汽轮 机多个耐用部件热应力的在线计算与控制。如果汽轮机耐用部件的相对热应力偏大时，通 过在线实时控制汽轮机的主蒸汽温度变化率与负荷变化率来减少汽轮机耐用部件的热应 力，达到了使用一套热应力控制装置来监视与控制汽轮机多个耐用部件热应力的技术效 果。
图1为本发明汽轮机部件热应力在线监视与控制装置的方框图； 图2为本发明汽轮机部件热应力在线监视与控制方法的流程图； 图3为本发明计算服务器采用的的计算机软件框图；图4为汽轮机部件相对热应力计算结果的示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例
如图1所示，本发明汽轮机部件热应力在线监视与控制装置的方框图，本发明的汽轮 机部件热应力在线监视与控制装置由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏 览器和厂级监控信息装置(SIS装置)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服
务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信
息装置(SIS装置)与汽轮机数字式电液控制装置(DEH)连接。
如图2所示，本发明汽轮机部件热应力在线监视与控制方法的流程图，如图3所示， 本发明计算服务器采用的的计算机软件框图，该软件安装在汽轮机多个耐用件热应力的计 算服务器上，应用于汽轮机多个耐用部件热应力的在线计算与控制。
对于某型号进汽温度为538X:的亚临界300MW汽轮机，带基本负荷，最大相对热应力 的界限值取为[1 ]=125%，对高压转子、中压转子、低压转子、高压主汽阀、高压调节阀、 高压内缸、中压内缸共7个耐用部件，采用图l所示的装置、图2所示的流程图和图3所 示的计算机软件，图4为汽轮机部件相对热应力计算结果的示意图。
第一步读取汽轮机在线测点数据数据库服务器每隔A 1=1分钟，通过厂级监控 信息装置读取汽轮机数字式电液控制装置的汽轮机转速、功率、主蒸汽压力、主蒸汽温度、 再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、 一抽蒸汽压力、 一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸 金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽 温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力以及凝汽器压力；
第二步建立简化模型计算名义等效热应力该型号300MW汽轮机的高压转子、中压 转子和低压转子均为无中心孔转子，釆用等直径圆柱模型计算名义等效应力o—，高压主 汽阀壳采用空心厚壁球体模型计算名义等效热应力o。tM，高压调节阀壳、高压内缸和中压 内缸采用厚壁圆筒模型计算名义等效热应力o nthi;
第三步确定等效热应力的修正系数采用现有技术的多元回归法、人工神经网络法 或支持向量法，确定汽轮机第i个部件等效热应力的修正系数y1;
第四步计算汽轮机部件的等效热应力在线计算汽轮机第i个部件的等效热应力的 o thl: o thl = y丄X o nthi第五步确定工作温度下材料的屈服极限根据汽轮机部件材料高温力学性能的试验 曲线，确定工作温度下汽轮机的第i个部件材料的屈服极限o i 。.2;
第六步在线计算汽轮机部件的相对热应力采用如下公式，计算汽轮机第i个部件 相对热应力Rthsi:
Rths' =|^|/01。.,麵；
计算得出的该型号300MW汽轮机在负荷变动的升负荷过程中，负荷从90丽上升至150MW 时(50%额定负荷)7个耐用部件14个部位的相对热应力的计算结果如下
a. 高压转子外表面相对热应力Rthsl = 78%
b. 高压转子的中心相对热应力Rths2=65%
c. 中压转子外表面相对热应力Rths3=50%
d. 中压转子的中心相对热应力Rths4=43Q%
e. 低压转子外表面相对热应力Rths5=54%
f. 低压转子的中心相对热应力Rths6=60%
g. 高压主汽阀壳外表面相对热应力Rths7=70%
h. 高压主汽阀壳内表面相对热应力Rths8 = 75%
i. 高压调节阀壳外表面相对热应力Rths9=74% j.高压调节阀壳内表面相对热应力Rthsl。=83% k.高压内缸外表面相对热应力Rthsll = 40% l.高压内缸内表面相对热应力Rthsl2=45%
m.中压内缸外表面相对热应力Rthsl3=41% n.中压内缸内表面相对热应力Rthsl4=52% 第七步确定汽轮机部件的最大相对热应力采用如下公式，计算汽轮机n个部件的 最大相对热应力Rm:
Rm=max {Rthsi， Rths2， Rthsi， RthSn}; 在该型号7个耐用部件的14个相对热应力的计算结果中，最大相对热应力为^=83%;
第八步控制汽轮机部件的热应力若Rm《80%，按《汽轮机运行规程》的规定数值 改变汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率；若80X〈Rm〈 100%，减小汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，减少幅度为原数值的0.2 0.6倍，以减小汽轮机部件的热应 力；若100X《R/[R]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以进一步降低 汽轮机部件的热应力，[R]为最大相对热应力的界限值，[R]的取值范围为[R]二125X;若Rm>[R]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以控制汽轮机部件的热应力， 并发出报警， 一分钟后停机。
在该型号7个耐用部件内外表面的14个相对热应力的计算结果中，由于最大相对热应 力80%〈&《100%，该型号300MW汽轮机的热应力控制措施为减小汽轮机的主蒸汽温度 变化率和负荷变化率，减小幅度为原数值的0.4倍，以减小该型号汽轮机7个耐用部件的 的热应力。
采用本发明提供的汽轮机多个耐用部件热应力的在线监视与控制装置，在线定量计算 300MW汽轮机的高压转子、中压转子、低压转子、高压主汽阀壳、高压调节阀壳、高压内 缸和中压内缸等7个耐用部件的热应力和相对热应力，根据最大相对热应力来控制汽轮机 启动、停机和负荷变动过程的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，使这7个耐用部件的热应 力处于受控状态，达到了使用一套热应力控制装置监视与控制汽轮机7个耐用部件的技术 效果。
权利要求
1、一种汽轮机部件热应力在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息装置组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息装置与汽轮机数字式电液控制装置连接。
2、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述汽轮机部件为高压转子、中压转子、低压转子、高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴 室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、高压蒸汽管道和中压蒸汽管道中任意2个以上部件。
3、 权利要求1所述装置所采用的汽轮机部件热应力在线监视与控制方法，其特征在于， 采用C语言编写汽轮机部件热应力的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机部件的热应力在线监视与控制，其具体步骤为第一步读取汽轮机在线测点数据数据库服务器每隔A 1=0. l分钟至5分钟，通 过厂级监控信息装置从汽轮机数字式电液控制装置读取汽轮机转速、功率、主蒸汽压力、 主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一 抽蒸汽压力、 一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温 度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压 力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力以及凝汽器压力数据；第二步建立简化模型计算名义等效热应力采用现有技术，在线计算汽轮机第i个 部件的名义等效热应力o^"高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳和中压调节阀 壳的球体部分采用空心厚壁球体模型计算名义等效热应力o nthl，筒体部分采用厚壁圆筒模 型计算名义等效热应力。^;高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低 压外缸、高压喷嘴室、高压蒸汽管道和中压蒸汽管道采用厚壁圆筒模型计算名义等效热应 力o^;.无中心孔的高压转子、中压转子和低压转子采用等直径圆柱模型计算名义等效热 应力o,;有中心孔的高压转子、中压转子和低压转子采用厚壁圆筒模型计算名义等效热应力O nthl;第三步确定等效热应力的修正系数采用现有技术的多元回归法、人工神经网络法 或支持向量法，确定汽轮机第i个部件等效热应力的修正系数y1;第四步计算汽轮机部件的等效热应力在线计算汽轮机第i个部件的等效热应力的o thi: o thi = yi X o nthi;第五步确定工作温度下材料的屈服极限根据汽轮机部件材料高温力学性能的试验 曲线，确定工作温度下汽轮机的第i个部件材料的屈服极限o i 。.2;第六步在线计算汽轮机部件的相对热应力采用如下公式，计算汽轮机第i个部件 相对热应力Rthsi:第七步确定汽轮机部件的最大相对热应力采用如下公式，计算汽轮机n个部件的 最大相对热应力Rm:Rm一maX(Rthsl，Rths2， Rthsi， Rthsn};第八步控制汽轮机部件的热应力若Rm《80%，按《汽轮机运行规程》的规定数值 改变汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率；若80%<&〈 100%，减小汽轮机的主蒸汽 温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.2 0.6倍，以减小汽轮机部件的热 应力；若100^《RZ[R]，控制汽轮机的主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以进一步降 低汽轮机部件的热应力，[R]为最大相对热应力的界限值，[R]的取值范围为[R]^125X 150%，对于基本负荷机组取下限值，对于调峰机组取上限值；若Rm^[R]，控制汽轮机的 主蒸汽温度变化率和负荷变化率为0，以控制汽轮机部件的热应力，并发出报警， 一分钟 后停机。
全文摘要
本发明涉及汽轮机部件热应力在线监视与控制装置及方法，属于汽轮机技术领域。所述的汽轮机部件热应力在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息装置(SIS装置)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息装置(SIS装置)与汽轮机数字式电液控制装置(DEH)连接。本发明的优点是给出了汽轮机多个耐用部件热应力的在线监视与控制装置，实现汽轮机多个耐用部件热应力的在线计算与控制。
文档编号G01M99/00GK101561357SQ20091005027
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者史进渊, 茜 吴, 杰 夏, 坚 孙, 坚 徐, 宇 杨, 毕政益, 沈海华, 彦 翁, 达得军, 邓志成, 军 邹 申请人:上海发电设备成套设计研究院;上海外高桥发电有限责任公司;上海上发院发电成套设备工程有限公司