一种汽轮机轴向推力快速监测方法与流程

1.本发明涉及汽轮机监测设备技术领域，尤其涉及一种汽轮机轴向推力快速监测方法。


背景技术：

2.汽轮机是以一种常见的动力机械，通过将来自蒸汽发生器的高温高压的水蒸汽内能转化为转子旋转的机械能对外做功。随着蒸汽压力不断降低，比容增大，汽轮机的转子不断变粗、叶片不断变长。受汽轮机内部的压力分布和转子不断变粗的结构特点影响，转子在轴线方向上会产生推力，这种推力的方向可以是从前向后的也可以是从后先前的，一般通过转子上推力轴承来承载轴向推力，实现转子的受力平衡。
3.汽轮机在运行过程中，必须保证内部系统受力平衡稳定，才能为汽轮机的安全稳定运行提供基础保障。如果出现轴向推力过大，汽轮机组就需要停机，否则可能会发生推力轴承损坏，甚至叶片擦碰断裂等严重事故。汽轮机组停机一般会造成整个生产流程停顿，甚至原料报废，带来巨大的经济损失。
4.目前常见的监测轴向推力的方法，是通过轴承的润滑油回油温度来间接的确定推力轴承承受的轴向推力是否处于正常的范围。这种方法虽然常见，但是回油温度并不能反映轴向推力的大小，且油温是由温度传感器测量的，温度的反馈必然存在一定的滞后性；且仪器仪表等传感器存在损坏的可能，从而无法准确地监测轴向推力的大小。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种汽轮机轴向推力快速监测方法，其具有能够快速并实时监测汽轮机轴向推力的优点。
6.为达到上述目的，本发明的基本方案如下：一种汽轮机轴向推力快速监测方法，包括如下步骤：
7.步骤一：获取待监测的汽轮机的汽轮机结构模型图，并根据汽轮机结构模型图判断对应的通流布置形式；
8.步骤二：将汽轮机的结构分为多个膨胀段，获取各个膨胀段的蒸汽质量流量，并根据每个膨胀段的蒸汽参数计算得到各个膨胀段内的轴向推力值；
9.步骤三：将各个膨胀段的蒸汽质量流量与计算得到的各个膨胀段内的轴向推力值间的关系输入汽轮机控制系统，汽轮机控制系统以各个膨胀段内的蒸汽质量流量为横坐标，各个膨胀段内的轴向推力值为纵坐标建立蒸汽与轴向推力的曲线，通过各个曲线得到各个膨胀段的轴向推力总值显示于主控室的屏幕上。
10.进一步地，所述膨胀段由一个或几个级组组成，每一级组定义为多级动静叶片组成的做功单元，且每一膨胀段内各级动静叶片的蒸汽流量相等。
11.进一步地，所述蒸汽质量流量包括进汽质量流量、抽汽质量流量以及排汽质量流量，各个膨胀段内的轴向推力值通过每个膨胀段内的进汽流量、抽汽流量以及排汽流量计
算得到。
12.进一步地，所述轴向推力值包含两部分，一部分为汽轮机的动叶片对外做功产生的压力差引起的推力值，另一部分为汽轮机的转子和叶片几何形状带来的台阶面积或者锥形面引起的推力值。
13.进一步地，所述蒸汽质量流量由流量计测得。
14.进一步地，还包括步骤四：在压力变化时，根据压力范围变化的上下限，对同一个段绘制多条质量流量和推力曲线通过插值的方法补插连续函数，使得这条连续曲线通过全部给定的坐标点。
15.进一步地，所述汽轮机控制系统配置有数据异常识别模块以及报警模块，所述数据异常识别模块配置有数据异常识别策略，所述数据异常识别策略包括数据异常下限阈值和数据异常上限阈值，且数据异常上限阈值和数据异常上限阈值之间形成基准数据区间，所述基准数据区间根据轴承最大承载能力预设于汽轮机控制系统中。
16.进一步地，还包括步骤五：数据异常识别策略判断轴向推力总值是否落入基准数据区间内，当轴向推力总值落入基准数据区间时，输出数据正常的识别结果；当轴向推力总值未落入基准数据区间时，输出数据异常的识别结果并将该识别结果发送至报警模块，报警模块执行相应的报警动作。
17.与现有技术相比本方案的有益效果是：
18.1、根据汽轮机结构模型图判断对应的通流布置形式；将汽轮机的结构分为多个膨胀段，根据各个膨胀段的蒸汽质量流量计算得到各个膨胀段内的轴向推力值；将每个膨胀段的质量流量和轴向推力值联系起来，形成蒸汽与轴向推力的曲线，根据各个曲线得到各个膨胀段的轴向推力总值。通过蒸汽质量流量数据，以及软件设置就能实现轴向推力的快速检测。
19.2、蒸汽质量流量由流量计测得，其原理是利用不同位置压力测量值通过计算转换得到流量；相比温度测量，压力测量的实时性好，并且汽轮机内部的压力分布与流量的关系，在汽轮机设计阶段已经确定，保证了推力快速监测的实时性。
20.3、本发明形成了润滑油温度，质量流量和推力间的逻辑关系，当油温显示异常时，可以根据推力的大小，初步判断是传感器损坏还是推力过大，使三者可以互相印证，解决了传感器冗余度不足的问题，提高了系统的可靠性，具有实时性好，可靠性高，不需要增加传感器的特点。
附图说明
21.图1为双可调抽汽凝汽式汽轮机转子结构和蒸汽流动简图；
22.图2为实施例的各膨胀段质量流量和轴向推力曲线。
23.说明书附图中的附图标记包括：第一抽汽蒸汽a1、第二抽汽蒸汽a2、第一级组b1、第二级组b2、、第三级组b3、第四级组b4、第五级组b5、第一膨胀段s1、第二膨胀段s2、第三膨胀段s3。
具体实施方式
24.下面结合说明书附图，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
25.实施例：
26.一种汽轮机轴向推力快速监测方法，包括如下步骤：
27.步骤一：获取待监测的汽轮机的汽轮机结构模型图，并根据汽轮机结构模型图判断对应的通流布置形式；
28.步骤二：将汽轮机的结构分为多个膨胀段，获取各个膨胀段的蒸汽质量流量，并根据每个膨胀段的蒸汽参数计算得到各个膨胀段内的轴向推力值；
29.步骤三：将各个膨胀段的蒸汽质量流量与计算得到的各个膨胀段内的轴向推力值间的关系输入汽轮机控制系统，汽轮机控制系统以各个膨胀段内的蒸汽质量流量为横坐标，各个膨胀段内的轴向推力值为纵坐标建立蒸汽与轴向推力的曲线，通过各个曲线得到各个膨胀段的轴向推力总值显示于主控室的屏幕上。
30.膨胀段由一个或几个级组组成，每一级组定义为多级动静叶片组成的做功单元，且每一膨胀段内各级动静叶片的蒸汽流量相等。
31.蒸汽质量流量包括进汽质量流量、抽汽质量流量以及排汽质量流量，各个膨胀段内的轴向推力值通过每个膨胀段内的进汽流量、抽汽流量以及排汽流量计算得到。
32.轴向推力值包含两部分，一部分为汽轮机的动叶片对外做功产生的压力差引起的推力值，另一部分为汽轮机的转子和叶片几何形状带来的台阶面积或者锥形面引起的推力值。
33.蒸汽质量流量由流量计测得，其原理是利用不同位置压力测量值通过计算转换得到流量。
34.还包括步骤四：在压力变化时，根据压力范围变化的上下限，对同一个段绘制多条质量流量和推力曲线通过插值的方法补插连续函数，使得这条连续曲线通过全部给定的坐标点。
35.汽轮机控制系统配置有数据异常识别模块以及报警模块，数据异常识别模块配置有数据异常识别策略，数据异常识别策略包括数据异常下限阈值和数据异常上限阈值，且数据异常上限阈值和数据异常上限阈值之间形成基准数据区间，基准数据区间根据轴承最大承载能力预设于汽轮机控制系统中。
36.还包括步骤五：数据异常识别策略判断轴向推力总值是否落入基准数据区间内，当轴向推力总值落入基准数据区间时，输出数据正常的识别结果；当轴向推力总值未落入基准数据区间时，输出数据异常的识别结果并将该识别结果发送至报警模块，报警模块执行相应的报警动作。
37.本方案具体实施方式如下：
38.以一台双可调抽汽凝汽式汽轮机为例，图1所示为双可调抽汽凝汽式汽轮机转子结构和蒸汽流动简图，要实现该汽轮机的轴向推力的快速检测，步骤分为：
39.步骤一：根据双可调抽汽凝汽式汽轮机的结构模型确定该机组的通流形式，图1中，蒸汽由中间进入汽轮机，经过第一级组b1和第二级组b2组成的第一膨胀段s1后，分为两股，一股为第一抽汽蒸汽a1，另一股返回汽缸继续通过第三级组b3组成的第二膨胀段s2做功，再次分为两股，一股为第二抽汽蒸汽a2，另一股返回汽缸继续经过第四级组b4和第五级组b5组成的第三膨胀段s3继续做功，之后排出汽轮机。根据图2中定义的推力正方向，第一膨胀段s1的轴向推力为负，第二膨胀段s2和第三膨胀段s3的轴向推力为正。
40.步骤二：绘制第一膨胀段s1、第二膨胀段s2和第三膨胀段s3的质量流量和轴向推力曲线。如图2，由于该汽轮是抽汽机组，所以每个膨胀段允许的最大质量流量各不相同，图中的质量流量和推力的线性关系仅为示意，实际中可能为直线或者多段曲线。
41.步骤三：将各膨胀段的质量流量和推力曲线，通过数学计算转化为逻辑关系输入汽轮机的控制系统，通过控制软件的设置将总的推力值显示在主控室的屏幕上。比如当主蒸汽流量500t/h，第一抽汽蒸汽流量为50t/h，第二抽汽蒸汽流量为150t/h时，各个膨胀段的质量流量分别为500t/h、450t/h和300t/h，对应的推力分别为
‑
300kn、150kn、250kn，总的推力值为100kn,主控室的屏幕上显示当前的推力值为100kn。当质量流量发生变化时，推力的显示值立刻随之发生变化。
42.步骤四：在压力变化时，根据压力范围变化的上下限，对同一个段绘制多条质量流量和推力曲线通过插值的方法补插连续函数，使得这条连续曲线通过全部给定的坐标点。
43.步骤五：数据异常识别策略判断轴向推力总值是否落入基准数据区间内，当轴向推力总值落入基准数据区间时，输出数据正常的识别结果；当轴向推力总值未落入基准数据区间时，输出数据异常的识别结果并将该识别结果发送至报警模块，报警模块执行相应的报警动作，并提醒现场运行人员。
44.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。