超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法
【专利摘要】本发明公开了超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法，该方法根据超超临界汽轮机运行时受热特点，由三维物体内导热方程出发，把汽轮机转子监测点位置处温度和热应力的计算公式用格林函数的形式来表达，利用有限元方法离线计算格林函数，经对汽轮机实际结构形状、冷却蒸汽工作状态准确模拟以及多种提高精度方法处理后，利用格林函数最终快速而准确的计算温度和热应力分布，得到的计算结果与有限元计算结果非常接近，具有理想的计算精度，同时模型简单，计算迅速，可准确而实时监测超超临界汽轮机转子内任意位置温度和热应力变化信息，避免应力超限，从而保护了汽轮机运行时的安全，指导汽轮机启停和变负荷运行，提高运行时经济性。
【专利说明】超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电厂汽轮机转子的温度和应力测量方法，具体是指超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法。
【背景技术】
[0002]发展超超临界机组是火力发电节约能源、改善环保和提高发电效率、降低发电成本的必然趋势。随着科学技术的进步和材料技术的发展，超超临界汽轮机的主蒸汽温度和再热蒸汽温度呈增长的趋势。随着蒸汽温度的升高，材料的力学性能有所下降，为了保证超超临界汽轮机的部件有足够的强度和寿命，除了采用高温强度好的钢材之外，还应采用蒸汽冷却技术和冷却结构设计。蒸汽冷却是采用温度比较低的蒸汽(如高压排汽、高压抽汽或动叶后蒸汽)来冷却超超临界汽轮机高温部件，以降低超超临界汽轮机高温部件的工作温度。通过先进的蒸汽冷却技术的研究，实现超超临界汽轮机部件高温部位工作温度的下降，是保证超超临界汽轮机安全运行的重要技术手段之一。
[0003]由于蒸汽冷却技术的引入，在汽轮机内工作条件最恶劣的高温关键部分，如调节级和中压第一级等部分，其不再是二维轴对称的蒸汽的加热和冷却作用，而是复杂的三维分布。为准确监测超超临界汽轮机在启动、停机和负荷变动的过程中关键部件承受的热应力，必须对汽轮机进行三维热弹性分析，提出三维热监测模型及相关系统，从而准确而实时的监测转子运行过程中的受热状态，提高运行安全及经济性。
[0004]为实现超超临界汽轮机转子关键部分的冷却，典型的冷却系统结构和蒸汽流动如图1和图2所示，其中图1示意出高压转子冷却系统组成，主要特点为在叶轮上开设冷却斜孔，调节级后一小部分蒸汽经过180°转弯后，由于叶轮旋转产生离心泵的作用，把调节级出口小部分蒸汽吸过来，流过喷嘴室与转子之间的腔室，流经调节级叶轮上的冷却斜孔和喷嘴室外表面与转子之间的腔室，再流经双流喷嘴室中间小孔返回到调节级后。在此流动过程中，冷却了高温喷嘴室和高压转子的外表面。
[0005]图2示意出中压转子冷却系统组成，把高压汽轮机排汽或350°C以下的抽汽引入中压汽轮机的进口导流环下部的空间，该冷却蒸汽中小部分通过第一级动叶与静叶之间的汽封流入主汽流:大部分冷却蒸汽通过第一级动叶纵树形叶根底部间隙流入第二级静叶前和第二级静、动叶之间，使中压转子高温部位得到了冷却。很明显，不论是高压部分还是低压部分，由于冷却孔或间隙沿圆周方向间断分布，蒸汽的流动不再是轴对称的二维流动，汽轮机的结构也不能简化为二维方式，为准确计算转子关键部分温度和热应力，需采用三维热弹性理论来进行分析。
[0006]现有的汽轮机转子温度和热应力计算模型及系统均是建立在假设汽轮机内导热为一维或二维圆柱的基础上假设转子物性参数为常物性，目前未见有针对具有复杂形状的三维汽轮机结构在考虑变物性条件下进行建模及建立热监测系统的研究成果。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法，该监测方法针对超超临界汽轮机转子关键部位进行检测，该方法能对超超临界汽轮机转子任意位置提供温度和应力信息，能处理启动、停机及变负荷运行带来的变换热系数及温度相关的物性参数问题，得到的计算结果与有限元计算结果非常接近，具有理想的计算精度，同时模型简单，计算迅速，非常适合于实时监测。
[0008]本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的:超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法，该方法包括如下步骤:
[0009]步骤(1):构建超超临界汽轮机转子三维温度和热应力监测模型
[0010]所述超超临界汽轮机转子三维温度和热应力监测模型的构建和推导过程如下:
[0011]作为三维结构时汽轮机转子在考虑物性参数对温度的依赖时的非线性瞬态导热问题满足下面的微分方程:
【权利要求】
1.超超临界汽轮机转子三维温度和热应力实时监测方法，该方法包括如下步骤: 步骤(1):构建超超临界汽轮机转子三维温度和热应力监测模型 所述超超临界汽轮机转子三维温度和热应力监测模型的构建和推导过程如下: 作为三维结构时汽轮机转子在考虑物性参数对温度的依赖时的非线性瞬态导热问题满足下面的微分方程:
【文档编号】G06F19/00GK103838961SQ201410003475
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】刘石, 郑李坤, 高庆水, 张楚, 张恒良, 杨毅, 谢诞梅, 冯永新, 邓小文, 金格, 徐广文, 谭金 申请人:广东电网公司电力科学研究院