汽轮机转子热应力实时监测系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107630723A(43)申请公布日2018.01.26(21)申请号201710720104.3(22)申请日2017.08.21(71)申请人哈尔滨汽轮机厂有限责任公司地址150046黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路345号(72)发明人宋为平初世明郑宏伟刘洋魏红阳何喜辉李东峰(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人岳昕(51)Int.Cl.F01D21/12(2006.01)G01D21/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称汽轮机转子热应力实时监测系统(57)摘要汽轮机转子热应力实时监测系统，涉及机械工程领域。本发明是为了解决现有的计算转子热应力的软件，存在计算资源大、无法实现温度及应力的实时监测和工作效率低的问题。温度传感器组用于测量温度；转子温度计算模块，用于根据主蒸汽温度和主蒸汽压力得到转子启机过程中的瞬态温度，根据瞬态温度得到惯性环节时间常数，再将传感器检测温度及惯性环节时间常数带入惯性环节方程中，获得不同位置的转子温度，对其求平均值得到转子体的平均温度；转子热应力获得模块用于将同一时刻的转子体的平均温度和传感器检测的温度输入到三维热力学模型中，得到不同位置的转子热应力，对其求平均值得到转子体平均热应力。用于实时监测转子热应力。CN107630723ACN107630723A权利要求书1/2页1.汽轮机转子热应力实时监测系统，其特征在于，它包括温度传感器组、压力传感器、转子温度计算模块、转子热应力获得模块和实时图像显示模块，温度传感器组，用于测量内杠内壁、汽封内壁和主蒸汽的温度；压力传感器，用于测量主蒸汽压力；温度传感器组和压力传感器布置在一根转子上；转子温度计算模块，用于根据主蒸汽温度和主蒸汽压力得到转子启机过程中的瞬态温度，根据瞬态温度得到惯性环节时间常数，再将内杠内壁温度或汽封内壁温度或主蒸汽温度及惯性环节时间常数带入惯性环节方程中，获得不同位置的转子温度，对不同位置的转子温度求平均值，得到转子体的平均温度，转子热应力获得模块，用于将同一时刻的转子体的平均温度和内杠内壁温度、汽封内壁温度或主蒸汽温度输入到三维热力学模型中，得到不同位置的转子热应力，对不同位置的转子热应力求平均值，得到转子体平均热应力，实时图像显示模块，用于对转子体平均热应力进行实时显示。2.根据权利要求1所述的汽轮机转子热应力实时监测系统，其特征在于，它还包括应力限值分析单元，应力限值分析模块，用于对转子体平均热应力进行疲劳测试，获得转子热应力限值，转子热应力限值为转子强度。3.根据权利要求1所述的汽轮机转子热应力实时监测系统，其特征在于，惯性环节时间常数为：式中，T为惯性环节的时间常数，R为转子半径，Tm为转子瞬态温度，Ai为惯性环节时间常数的系数。4.根据权利要求1或3所述的汽轮机转子热应力实时监测系统，其特征在于，将内杠内壁温度或汽封内壁温度或主蒸汽温度及惯性环节时间常数带入惯性环节方程中，获得不同位置的转子温度，具体为：将内杠内壁温度、汽封内壁温度和主蒸汽温度分别带入惯性环节方程：得到不同位置的转子温度yn，式中，xn为当前时刻的内杠内壁温度、汽封内壁温度或主蒸汽温度，τa为时间，yn-1为前一时刻的转子平均温度。5.根据权利要求1所述的汽轮机转子热应力实时监控系统，其特征在于，将同一时刻的整个转子体的平均温度和内杠内壁温度、汽封内壁温度或主蒸汽温度输入到三维热力学模型中，得到不同位置的转子热应力，具体为：根据三维热力学模型：2CN107630723A权利要求书2/2页获得不同位置的转子热应力σth，对不同位置的转子热应力求平均值得到转子体平均热应力σave，式中，E为材料的弹性模量，Fo为傅立叶系数，Tm为转子体的平均温度，T为内杠内壁温度、汽封内壁温度或主蒸汽温度，β为材料的线膨胀系数，μ为材料的泊松比，根据真实的热应力公式：获得真实的转子体热应力σtrue，式中，n为诺顿指数模型系数，αk为名义应力集中系数。3CN107630723A说明书1/5页汽轮机转子热应力实时监测系统技术领域[0001]本发明涉及汽轮机转子热应力实时监测系统。属于机械工程领域。背景技术[0002]在国内关于汽轮机转子热应力实时监控软件领域尚处于空白，主要原因是：在汽轮机运行工况下，转子表面温度无法直接测量；对于转子的热传导模型大多以经典一维热传导理论为基础，转子模型被大规模简化，因此计算结果精度较低；有限元软件ANSYS及ABAQUS虽然能较为准确的计算出转子各径向截面的温度，但所需的计算资源较大，无法实现温度及应力的实时监控；DEH中数据都做了加密及封装处理，难以向外传递；大部分实时监控系统都基于单片机，难以直接传