一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统的制作方法

本发明涉及汽轮机检修，更具体的是涉及一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统。

背景技术：

1、汽轮机叶片出现裂纹会导致叶片的强度和刚度减小，从而影响叶片的正常工作，这可能导致叶片在高速旋转和承受气流冲击时发生进一步破坏，甚至失效；裂纹会改变叶片的气动特性，增加了流体阻力，并导致气流的漏失，这将使汽轮机的效率下降，增加了能量损失和燃料消耗；裂纹引起的不均匀应力分布和失稳现象会导致叶片的振动和共振，进而增加噪音和振动水平；这不仅会影响汽轮机的运行平稳性和可靠性，还可能对周围环境和人员健康造成负面影响；裂纹存在的情况下，叶片的破碎或脱落风险将大大增加，如果叶片在高速运转时发生断裂，可能会导致机械故障、火灾、爆炸等严重事故，对设备和人员安全造成威胁；一旦叶片出现裂纹，需要及时进行维修或更换，这将涉及到停机时间、材料和人力成本等方面的开支，对汽轮机的经济效益产生负面影响；因此，及时检测和处理汽轮机叶片裂纹问题至关重要，定期的监测和维护计划可以帮助减少这些负面影响，确保汽轮机的安全运行和长期可靠性；

2、但在实际应用过程中，现有技术通常采用定期检修的方式排除叶片裂纹现象，而汽轮机在定期检修时，会对所有或部分叶片进行目视检查和无损探伤检测，以发现裂纹迹象，这种方法可以及早发现裂纹，但需要停机操作，影响生产计划和设备利用率，增加了评估预警过程的局限性；

3、因此，本技术提供一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统用以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

2、一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统，包括：

3、湍流监测模块，其嵌设于定叶片内部的上下表面处，用于在汽轮机运行过程中，监测蒸汽流经所述定叶片间的流速和压力；

4、超声波检测模块，其嵌设与所述定叶片内部的两侧处，用于通过收发超声波来获取前后两侧转叶片反射的信号波形；

5、模型训练模块，其用于预先建立裂纹训练模型，并根据历史数据对该模型进行训练，生成裂纹评估模型；

6、周期评估模块，其与所述湍流监测模块和所述模型训练模块连接，用于将当前蒸汽流速和压力数据代入所述裂纹评估模型中计算，生成裂纹评估结果；

7、分析预警模块，其与所述超声波检测模块和所述周期评估模块连接，用于在裂纹评估结果超出理想情况时获取波形信号，对波形信号进行特征分析，确定出现裂纹的转叶片的数量和位置，生成对应的预警信号。

8、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述湍流监测模块包括：

9、压力传感单元，其设置有若干个，均嵌设于各个所述定叶片内部的上下表面处，用于获取蒸汽流经所述定叶片表面的蒸汽压力数据；

10、流速传感单元，其均设置于与所述压力传感单元相同位置处，用于获取蒸汽流经所述定叶片表面的蒸汽流速数据；

11、第一编号单元，其与所述压力传感单元和所述流速传感单元连接，用于为处于同一定子处的所述压力传感单元和所述流速传感单元设定相同的一级编号，为同一定子且上下相邻的两个所述定叶片在相对方向上的所述压力传感单元和所述流速传感单元设定相同的二级编号；在各个传感单元输出压力数据和流速数据时将其一级编号和二级编号插入数据中；

12、接收前端一，其与各个所述压力传感单元和所述流速传感单元连接，用于接收监测到的压力数据和流速数据并进行初步处理。

13、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述接收前端一的初步处理过程包括：

14、将接收到的压力数据和流速数据按照其一级编号进行一级分组；

15、分别对一级分组后的数据按照其二级编号进行二级分组；

16、分别将各个二级分组的两个压力数据相加，生成该组对应的两个所述定叶片间的压力和值；

17、分别计算各个二级分组的两个流速数据的平均值，生成该组对应的两个所述定叶片间的流速均值。

18、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述超声波检测模块包括：

19、超声波收发单元，其设置有若干个，均嵌设于各个所述定叶片内部的两侧端处，用于分别向所述定叶片两侧的所述转叶片发射超声波，同时接收反射波，生成接收到的波形数据；

20、第二编号单元，其与所述超声波收发单元连接，用于为处于同一定子处的所述超声波收发单元设定相同的三级编号，为不同定子且左右相邻的所述定叶片在相对方向上的两个所述超声波收发单元设定相同的四级编号；在各个超声波收发单元输出波形数据时将其三级编号和四级编号插入数据中；

21、接收前端二，其与各个所述超声波收发单元连接，用于接收超声波收发单元生成的波形数据并进行初步处理。

22、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述接收前端二的初步处理过程包括：

23、将接收到的波形数据按照其三级编号进行三级分组；所述三级分组与一级分组对应；

24、将接收到的波形数据按照其四级编号进行四级分组，并将三级分组和四级分组叠加；

25、分析各个波形数据的幅度峰值、幅度低谷以及回波次数。

26、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述模型训练模块包括：

27、建模单元，其用于预先建立裂纹训练模型；

28、所述裂纹训练模型为ln＝β0+β1*xn+β2*vn+δ；其中，ln为第n组两个所述定叶片间的裂纹评估值，其为0.0-1.0之间小数；β0、β1、β2分别为第一校正系数、压力校正系数和流速校正系数；xn为第n组两个所述定叶片间的压力和值；vn为第n组两个所述定叶片间的流速均值；δ为误差参数；

29、训练数据集合，其用于存储若干个存在裂纹的转叶片在历史运行过程中蒸汽经过所述定叶片间的压力和值和流速均值，同时根据裂纹程度设定裂纹评估表，所述裂纹评估表中存储各程度裂纹的裂纹评估值；

30、训练生成单元，其与所述建模单元和所述训练数据集合连接，用于将各个历史裂纹评估值及其对应的历史压力和值、历史流速均值代入所述裂纹训练模型中，估算第一校正系数β0、压力校正系数β1、流速校正系数β2以及误差参数δ，生成裂纹评估模型ln＝β0+β1*xn+β2*vn+δ。

31、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述周期评估模块包括：

32、周期设定单元，其与各个所述压力传感单元和所述流速传感单元连接，用于预先设定监测周期，在汽轮机运行过程中控制各个所述压力传感单元和所述流速传感单元按照监测周期定时获取蒸汽压力数据和流速数据；

33、评估生成单元，其与所述接收前端一和所述训练生成单元连接，用于分别将相同一级分组中各二级分组的压力和值和流速均值对应代入所述裂纹评估模型中，经计算获得各个一级分组中的若干个实际裂纹评估值；所述评估生成单元预先设定有评估标准值，将生成的实际裂纹评估值与评估标准值进行对比，分别统计各个一级分组中超过评估标准值的实际裂纹评估值数量；

34、其中，当实际裂纹评估值超过评估标准值时，代表该一级分组对应的定子前方的所述转叶片存在裂纹；

35、统计单元，其与所述评估生成单元连接，用于统计各个一级分组中存在裂纹的数量并排序。

36、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述分析预警模块包括：

37、启停控制端，其与所述超声波收发单元和所述统计单元连接，用于根据所述统计单元中的排序结果由多至少依次启动对应的所述超声波收发单元对各个所述转叶片进行检测；

38、波形分析单元，其与所述接收前端二连接，获取各个四级分组对应的两个幅度峰值、幅度低谷以及回波次数，选取峰值最高、低谷最低且回波次数最多的波形数据作为实际波形数据；所述波形分析单元预设有所述超声波收发单元对无裂纹状态下的所述转叶片检测时生成的标准波形数据，对该标准波形数据进行分析，生成标准幅度峰值范围、标准幅度低谷范围以及标准回波次数范围；将实际波形数据对应的幅度峰值、幅度低谷以及回波次数与标准幅度峰值范围、标准幅度低谷范围以及标准回波次数范围进行对比，当对比结果中任意参数超过标准范围时生成预警信号，统计预警信号的生成次数，确定存在裂纹的所述转叶片的数量。

39、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述分析预警模块的分析过程包括运行状态分析和停机状态分析；在运行状态分析过程中，所述启停控制端控制所述超声波收发单元瞬间启动若干次，获取各个时刻的波形数据，依次通过所述波形分析单元进行分析，统计各个时刻的波形数据对应的预警信号生成次数，选取次数最多的预警次数作为存在裂纹的所述转叶片的数量；

40、在停机状态分析过程中，所述启停控制端控制所述超声波收发单元启动一次，通过所述波形分析单元对该次波形数据进行分析，统计该波形数据对应的预警信号生成次数，确定存在裂纹的所述转叶片的数量，同时根据三级分组和四级分组叠加后对应的所述超声波收发单元所处的所述定叶片位置确定各个存在裂纹的所述转叶片的位置。

41、优选的，在上述的一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统中，所述超声波检测模块还包括：

42、在各个所述定叶片内部的上下表面处嵌入所述超声波收发单元，用于监测各个所述定叶片的裂纹状态，生成对应的预警信号；根据预警信号的生成次数确定存在裂纹的所述定叶片的数量，根据预警信号的来源确定存在裂纹的所述定叶片的位置。

43、经由上述的技术方案可知，本技术与现有技术相比，其有益效果在于：

44、本发明公开了一种汽轮机叶片裂纹评估及预警系统，包括：湍流监测模块，嵌设于定叶片内部上下表面，监测蒸汽流速和压力；超声波检测模块，嵌设于定叶片内部两侧，获取转叶片反射的信号波形；模型训练模块，建立裂纹训练模型，根据历史数据训练生成裂纹评估模型；周期评估模块，将当前蒸汽流速和压力数据代入裂纹评估模型计算，生成裂纹评估结果；分析预警模块，在裂纹评估结果超出理想情况时获取波形信号，确定出现裂纹的转叶片数量和位置，生成预警信号；本发明采用超声波检测模块与湍流监测模块相结合的方式，能够准确地判断汽轮机在运行过程中定、转叶片的裂纹状态，避免了传统检测方法的局限性，显著提高了汽轮机的运行安全性和可靠性。