專利名稱：一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線評定及預測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線評定及預測方法，應用于汽輪機的在線日歷壽命管理，屬于汽輪機技術領域。
背景技術：
汽輪機高溫耐用件指的是汽輪機高中壓的轉子、汽缸、噴嘴室、主汽閥閥殼、調節(jié)閥閥殼和蒸汽管道，評價汽輪機高溫耐用件壽命的主要損傷機理為蠕變和低周疲勞。汽輪機高溫耐用件蠕變壽命的單位是運行小時，汽輪機高溫耐用件低周疲勞壽命的單位是啟停次數。汽輪機高溫耐用件的日歷壽命包括以運行小時數表示的蠕變壽命和以啟停次數表示的低周疲勞壽命，以使用年數表示的日歷壽命。現有的汽輪機部件的壽命評定技術和壽命管理系統(tǒng)，可以離線評定或在線管理汽輪機高溫耐用件的蠕變壽命和低周疲勞壽命。但在汽輪機的使用階段還不能實現在線評定或預測汽輪機高溫耐用件日歷壽命，還沒有適合的方法可供使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線評定及預測的方法，實現汽輪機高溫耐用件日歷壽命的在線評定和在線預測。
為實現以上目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命的在線評定及預測方法，其方法由兩個流程組成第一流程確定高溫耐用件的蠕變壽命和低周疲勞壽命第一步確定高溫耐用件的壽命薄弱部位汽輪機高溫耐用件的壽命薄弱部位是高中壓汽輪機轉子的外表面和高中壓汽輪機汽缸、閥殼、噴嘴室與蒸汽管道的內表面的蒸汽溫度在500℃以上的部位、表面有圓角的應力集中部位、直徑或壁厚突變的部位、蒸汽管道與壁厚交界處的部位；第二步確定蠕變壽命τR采用有限元分析技術計算汽輪機高溫耐用件帶額定負荷的蠕變應力，利用壽命薄弱部位的蠕變等效應力和材料的持久強度試驗曲線，采用現有技術確定汽輪機高溫部件的蠕變壽命τR，蠕變壽命τR的單位為小時；第三步確定啟停低周疲勞壽命和負荷變動低周疲勞壽命采用現有技術技術計算汽輪機高溫耐用件的啟動過程、停機過程和負荷變動過程的瞬態(tài)等效應力，把一次冷態(tài)啟動和一次滑參數停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次溫態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次熱態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次極熱態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)，把一次30％～100％的大升負荷和100％～30％的大降負荷構成一個大負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)、把一次50％～100％的中升負荷和100％～50％的中降負荷構成一個中負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)，把一次75％～100％的小升負荷和100％～75％的小降負荷構成一個小負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)，采用非對稱循環(huán)法計算汽輪機高溫耐用件的冷態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfc、溫態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfw、熱態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfh、極熱態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfr、大負荷變動的低周疲勞壽命Nf1、中負荷變動低周疲勞壽命Nf2、小負荷變動低周疲勞壽命Nf3；第二流程日歷壽命的在線評定及預測第四步運行歷史數據統(tǒng)計根據運行歷史數據，使用現有技術統(tǒng)計汽輪機從首次并網至當前時刻的累計運行小時數Sh、累計冷態(tài)啟動次數nc、累計溫態(tài)啟動次數nw、累計熱態(tài)啟動次數nh、累計極熱態(tài)啟動次數nr和累計日歷年數y1；其特征在于，采用第五步在線估計小負荷變動次數n3n3＝[Sh/24]第六步在線估計中負荷變動次數n2n2＝[n3/2]第七步在線估計大負荷變動次數n1n1＝[n3/2]；第八步采用C語言編寫計算軟件，運行在汽輪機參數監(jiān)視與控制的計算機上，在線計算日歷壽命累積損耗EE＝(Sh/τR+nc/Nfc+nw/Nfw+nh/Nfh+nr/Nfr+n1/Nf1+n2/Nf2+n3/Nf3)×100％第九步在線計算年均日歷壽命損耗Ey綜合考慮汽輪機國際標準和國內技術規(guī)程的要求，在汽輪機工作y0＝30年的服役期內，汽輪機的冷態(tài)啟動總次數nc0＝100次，溫態(tài)啟動總次數nw0＝700次，熱態(tài)啟動總次數nh0＝3000次，極熱態(tài)啟動總次數nr0＝150次，大負荷變動總次數n10＝6000次，中負荷變動總次數n20＝6000次，小負荷變動總次數n30＝9000次，累計運行總時間Sh0＝7000×30小時，在汽輪機服役期內年均日歷壽命損耗Ey為Ey=(100Nfc+700Nfw+3000Nfh+1500Nfr+6000Nf1+6000Nf2+9000Nf3+7000×30τR)×130×100%]]>第十步在線計算日歷壽命剩余損耗的預測值ERER＝Ey(y0-y1)(％)第十一步在線計算日歷壽命剩余損耗的安全余量EAEA＝100-E(％)第十二步在線評定日歷壽命安全狀態(tài)把汽輪機耐用件的日歷壽命剩余損耗的預測值ER與日歷壽命剩余損耗的安全余量EA作比較，如果ER＜EA，表明汽輪機高溫耐用件的日歷壽命處于受控的安全狀態(tài)，汽輪機運行人員在啟動過程采用的主蒸汽溫度的變化率和汽輪機負荷變動過程采用的負荷變化率是合適的；第十三步延長日歷壽命的改進技術措施當ER≥EA時，表明汽輪機高溫耐用件日歷壽命累積損耗偏大，汽輪機啟動過程采用的主蒸汽溫度的變化率偏大，或汽輪機負荷變動過程中采用的汽輪機負荷變化率偏大。建議汽輪機運行人員調整汽輪機自動控制的設定值，降低汽輪機啟動過程主蒸汽溫度的變化率和汽輪機負荷變動過程的負荷變化率，重新計算汽輪機高溫耐用件的低周疲勞壽命和年均日歷壽命損耗Ey，直到ER＜EA，日歷壽命處于安全狀態(tài)為止；第十四步在線預測剩余日歷壽命RL
計算汽輪機高溫耐用件的剩余壽命RL＝(100-E)/Ey，輸出并打印汽輪機高溫耐用件日歷壽命的評定和預測的計算結果。
本發(fā)明給出一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線預測及評定方法，可以實現汽輪機高溫耐用件日歷壽命累積損耗的在線計算、日歷壽命的在線評定和剩余壽命的在線預測。如果汽輪機高溫耐用件的日歷壽命剩余損耗預測值ER大于日歷壽命剩余損耗的安全余量EA，建議汽輪機運行人員調整汽輪機自動控制的設定值，降低汽輪機啟動過程主蒸汽溫度的變化率和汽輪機負荷變動過程的負荷變化率。針對調整后新的主蒸汽溫度的變化率和新的負荷變化率，重新確定汽輪機耐用件的低周疲勞壽命，重新在線計算年均日歷壽命損耗和日歷壽命剩余損耗的預測值，重新在線評定日歷壽命，直到汽輪機高溫部件的日歷壽命處于受控的安全狀態(tài)為止，以達到延長汽輪機高溫耐用件日歷壽命的技術效果。
本發(fā)明的優(yōu)點是在汽輪機的使用階段實現汽輪機高溫耐用件日歷壽命的在線評定、在線預測與合理使用。


圖1為本發(fā)明所采用方法的流程圖；圖2為本發(fā)明所采用的計算機軟件框圖；圖3為高壓轉子日歷壽命累積損耗評定結果的餅形圖；圖4為高壓轉子剩余日歷壽命預測結果的柱形圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供的方法由兩個流程組成，本發(fā)明技術方案的第一步至第三步構成第一個流程，確定汽輪機高溫耐用件的蠕變壽命和低周疲勞壽命；本發(fā)明技術方案的第四步至第十四步構成第二流程，在線計算評定和預測汽輪機高溫耐用件的日歷壽命，以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例對于某型號主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度為566℃的超臨界600MW汽輪機的高壓轉子，采用圖1所示的本發(fā)明提供方法的流程圖，采用C語言編寫計算軟件，運行在汽輪機參數監(jiān)視與控制的計算機上，如圖2所示本發(fā)明方法的計算機軟件框圖，在線評定和預測該汽輪機高壓轉子日歷壽命。
第一步該汽輪機高壓轉子調節(jié)級葉輪后外表面圓角部位的工作溫度為514.7℃，超過了500℃，圓角部位有應力集中，該部位是該汽輪機高壓轉子壽命的薄弱部位；第二步采用現有技術確定的該汽輪機高壓轉子壽命薄弱部位的蠕變壽命為τR＝1.4839×109小時。
第三步采用現有技術確定的該汽輪機高壓轉子壽命薄弱部位的啟停低周疲勞壽命和負荷變動低周疲勞壽命為Nfc＝3930次Nfw＝1560次Nfh＝9210次Nfr＝143800次Nf1＝51190次Nf2＝76490次Nf3＝80931270次；第四步至第七步該型號汽輪機從首次并網運行至y1＝10.67年，歷史數據統(tǒng)計得出的累計運行小時數Sh＝80688小時、累計冷態(tài)啟動nc＝31次、累計溫態(tài)啟動nw＝41次、累計熱態(tài)啟動nh＝91次、累計極熱態(tài)啟動nr＝15次。把這些數據輸入圖2所示的計算軟件，計算得出大負荷變動次數n1＝1681，中負荷變動次數n2＝1681，小負荷變動次數n3＝3362；第八步在線計算日歷壽命累積損耗EE=(Sh/τR+nc/Nfc+nw/Nfw+nh/Nfh+nr/Nfr+n1/Nf1+n2/Nf2+n3/Nf3)×100%]]>=(806881.4839×109+343930+411560+919210+15143800+168151190+168176490+336280931270)×100%]]>=9.99%]]>第九步在線計算年均日歷壽命損耗EyEy=(100Nfc+700Nfw+3000Nfh+1500Nfr+6000Nf1+6000Nf2+9000Nf3+7000×30τR)×130×100%]]>=(1003930+7001560+30009210+150143800+600051190+600076490+900080931270+30×70001.4839×109)]]>
×130×100%=3.33%]]>第十步在線計算日歷壽命損耗的預測值ERER＝Ey(y0-y1)＝3.33％(30-10.67)＝64.37％第十一步在線計算日歷壽命剩余損耗得安全余量EAEA＝(100-E)＝(100-9.99)＝90.01％第十二和第十三步在線評定日歷壽命安全狀態(tài)，由于ER＜EA，表明該汽輪機高壓轉子日歷壽命處于受控安全狀態(tài)，汽輪機運行人員所采用的汽輪機主蒸汽溫度得變化率和負荷變化率是合適的。不需要調整汽輪機主蒸汽溫度變化率和負荷變化率的控制設定值；第十四步在線計算剩余日歷壽命RLRL＝(100-E)/Ey＝(100-9.99)/3.33＝27.03年，輸出的該汽輪機運行日歷年數為y＝10.67年時，高中壓轉子壽命薄弱部位的日歷壽命的評定結果如圖3所示，剩余日歷壽命的預測結果如圖4所示。
使用本發(fā)明提供的汽輪機高溫耐用件日歷壽命的評定及預測方法，在汽輪機的運行階段達到了定量評價汽輪機高溫耐用件日歷壽命累積損耗、定量預測剩余日歷壽命和指導運行人員合理使用剩余日歷壽命的技術效果，為汽輪機高溫耐用件的日歷壽命管理和安全運行提供了技術依據。
權利要求
1.一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命的在線評定及預測方法，其方法由兩個流程組成第一流程確定高溫耐用件的蠕變壽命和低周疲勞壽命第一步確定高溫耐用件的壽命薄弱部位汽輪機高溫耐用件的壽命薄弱部位是高中壓汽輪機轉子的外表面和高中壓汽輪機汽缸、閥殼、噴嘴室與蒸汽管道的內表面的蒸汽溫度在500℃以上的部位、表面有圓角的應力集中部位、直徑或壁厚突變的部位、蒸汽管道與壁厚交界處的部位；第二步確定蠕變壽命τR采用有限元分析技術計算汽輪機高溫耐用件帶額定負荷的蠕變應力，利用壽命薄弱部位的蠕變等效應力和材料的持久強度試驗曲線，采用現有技術確定汽輪機高溫部件的蠕變壽命τR，蠕變壽命τR的單位為小時；第三步確定啟停低周疲勞壽命和負荷變動低周疲勞壽命采用現有技術技術計算汽輪機高溫耐用件的啟動過程、停機過程和負荷變動過程的瞬態(tài)等效應力，把一次冷態(tài)啟動和一次滑參數停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次溫態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次熱態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)、把一次極熱態(tài)啟動和一次事故停機構成一個非對稱低周疲勞壽命循環(huán)，把一次30％～100％的大升負荷和100％～30％的大降負荷構成一個大負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)、把一次50％～100％的中升負荷和100％～50％的中降負荷構成一個中負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)，把一次75％～100％的小升負荷和100％～75％的小降負荷構成一個小負荷變動的低周疲勞壽命循環(huán)，采用非對稱循環(huán)法計算汽輪機高溫耐用件的冷態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfc、溫態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfw、熱態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfh、極熱態(tài)啟停低周疲勞壽命Nfr、大負荷變動的低周疲勞壽命Nf1、中負荷變動低周疲勞壽命Nf2、小負荷變動低周疲勞壽命Nf3；第二流程日歷壽命的在線評定及預測第四步運行歷史數據統(tǒng)計根據運行歷史數據，使用現有技術統(tǒng)計汽輪機從首次并網至當前時刻的累計運行小時數Sh、累計冷態(tài)啟動次數nc、累計溫態(tài)啟動次數nw、累計熱態(tài)啟動次數nh、累計極熱態(tài)啟動次數nr和累計日歷年數y1；其特征在于，第五步在線估計小負荷變動次數n3n3＝[Sh/24]第六步在線估計中負荷變動次數n2n2＝[n3/2]第七步在線估計大負荷變動次數n1n1＝[n3/2]；第八步采用C語言編寫計算軟件，運行在汽輪機參數監(jiān)視與控制的計算機上，在線計算日歷壽命累積損耗EE＝(Sh/τR+nc/Nfc+nw/Nfw+nh/Nfh+nr/Nfr+n1/Nf1+n2/Nf2+n3/Nf3)×100％第九步在線計算年均日歷壽命損耗Ey綜合考慮汽輪機國際標準和國內技術規(guī)程的要求，在汽輪機工作y0＝30年的服役期內，汽輪機的冷態(tài)啟動總次數nc0＝100次，溫態(tài)啟動總次數nw0＝700次，熱態(tài)啟動總次數nh0＝3000次，極熱態(tài)啟動總次數nr0＝150次，大負荷變動總次數n10＝6000次，中負荷變動總次數n20＝6000次，小負荷變動總次數n30＝9000次，累計運行總時間Sh0＝7000×30小時，在汽輪機服役期內年均日歷壽命損耗Ey為Ey=(100Nfc+700Nfw+3000Nfh+1500Nfr+6000Nf1+6000Nf2+9000Nf3+7000×30τR)×130×100%]]>第十步在線計算日歷壽命剩余損耗的預測值ERER＝Ey(y0-y1)(％)第十一步在線計算日歷壽命剩余損耗的安全余量EAEA＝100-E(％)第十二步在線評定日歷壽命安全狀態(tài)把汽輪機耐用件的日歷壽命剩余損耗的預測值ER與日歷壽命剩余損耗的安全余量EA作比較，如果ER＜EA，表明汽輪機高溫耐用件的日歷壽命處于受控的安全狀態(tài)，汽輪機運行人員在啟動過程采用的主蒸汽溫度的變化率和汽輪機負荷變動過程采用的負荷變化率是合適的；第十三步延長日歷壽命的改進技術措施當ER≥EA時，表明汽輪機高溫耐用件日歷壽命累積損耗偏大，汽輪機啟動過程采用的主蒸汽溫度的變化率偏大，或汽輪機負荷變動過程中采用的汽輪機負荷變化率偏大。建議汽輪機運行人員調整汽輪機自動控制的設定值，降低汽輪機啟動過程主蒸汽溫度的變化率和汽輪機負荷變動過程的負荷變化率，重新計算汽輪機高溫耐用件的低周疲勞壽命和年均日歷壽命損耗Ey，直到ER＜EA，日歷壽命處于安全狀態(tài)為止；第十四步在線預測剩余日歷壽命RL計算汽輪機高溫耐用件的剩余壽命RL＝(100-E)/Ey，輸出并打印汽輪機高溫耐用件日歷壽命的評定和預測的計算結果。
全文摘要
一種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線預測及評定方法，可以實現汽輪機高溫耐用件日歷壽命累積損耗的在線計算、日歷壽命的在線評定和剩余壽命的在線預測。如果汽輪機高溫耐用件的日歷壽命剩余損耗預測值E
文檔編號G06Q50/00GK1908974SQ20061003024
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權日2006年8月21日
發(fā)明者史進淵, 楊宇, 鄧志成 申請人:上海發(fā)電設備成套設計研究院