50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法
技术领域
本发明涉及50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法，属于汽轮机运行状态监测领域。
背景技术
50MW小容量汽轮机与300MW等大容量机组在缸体结构上具有较大差异性，以杭州汽轮机厂初期生产EHNG71/63/160型机组为例，按照固定参数的蒸汽加热暖缸的模式，详细见表1：
表1原有暖机常用方案
现有的启动方式不仅使得暖缸时间增加，而且很难保证各部位热应力一致；一旦出现膨胀不均即可能导致振动超限停机，甚至伴随轴承损坏等事故。因此，此类机组从冷态开始启动时，如何判定暖机程度非常重要。然而，现有监测手段一般以汽轮缸体温度作为暖机效果参考，不能完全反映机组启动时的暖缸程度。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术对50MW汽轮机在启动时的暖缸过程中，监测手段存在的缺陷问题，提供了一种50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法。
本发明所述50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法，该监测调整方法包括：
S1、在典型温度测点的基础上补充新的温度测点，以表征汽轮机缸体的温度场分布；
S2、对典型温度测点和补充温度测点的测点温度进行实时采集和传输，将采集到的各测点温度从低温到高温以不同颜色显示在监测显示屏上；
S3、在暖机的过程中根据各测点温度与加热蒸汽温度的差实时调整加热蒸汽的参数，以实现暖缸自适应调整。
优选的，S1所述在典型温度测点的基础上补充新的温度测点的具体过程为：
S1-1、建立50MW机组的3D模型；
S1-2、通过缸体热力校验计算方法计算获得：
温度测点的温度T与缸体局部实际温度t的函数关系式：T＝f(t)；
缸体局部热应力σ与缸体局部实际温度t的函数关系式：σ＝g(t)；
然后获得缸体局部热应力σ与温度测点的温度T的函数关系式：σ＝h(T)；
根据上述函数关系式获得典型温度测点；
S1-3、在S1-2的典型温度测点基础上补充新的温度测点，补充温度测点的位置在缸体外表面，所述典型温度测点和补充温度测点能够实时表征缸体的温度场分布。
优选的，S1-3所述补充新的温度测点的方法为：
通过有限单元分析法对缸体进行区域划分；
采用虎克定律对各区域进行热变形分析，获得能够表征该区域内温度场分布的特征点。
优选的，S3所述实时调整加热蒸汽的参数的具体过程为：
S3-1、分别采集不同进汽工况的加热蒸汽的温度和缸体壁的金属温度，根据热力校核计算获取缸体壁的金属热应力δ，建立加热蒸汽温度、缸体壁金属温度和缸体壁金属热应力δ的数据库；
S3-2、计算加热蒸汽温度与缸体壁金属温度的差ΔX，当ΔX≥X时输出修正系数k2＝ΔX-X，所述X表示固液对流换热最佳温差；
同时判断δ与δ'的关系，当δ≤δ'时输出修正系数k1＝δ'-δ，所述δ'表示热应力最低门限值；
S3-3、根据S3-2获取的两个修正系数调整数据库的参数，实现实时调整加热蒸汽参数。
优选的，所述S3-1所述数据库的建立原则为：
随着缸体温度的升高，逐步提高加热蒸汽的压力、流速和温度。
优选的，每隔10min执行一次S3-1～S3-3。
本发明的优点：
本发明针对50MW背压机组，为满足对启动汽轮机时暖缸过程的实时和全方位监测，提出了一种监测调整方法，本发明具有如下优点：
1、在原有温度测点的基础上增加新的温度测点，完善对汽轮机缸体不同位置的状态进行监测，并将所有温度测点建立可视化监测系统，使工作人员能够直观的观察到暖机的状态和效果；
2、根据各测点温度实时调整加热蒸汽的参数，以实现暖缸自适应调整；改善机组整体运行安全系数，并且能够减少暖机过程中的蒸汽使用量，提高机组运行的经济性。
附图说明
图1是本发明所述50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述1、50MW机组冷态启动时暖缸状态的监测调整方法，其特征在于，该监测调整方法包括：
S1、在典型温度测点的基础上补充新的温度测点，以表征汽轮机缸体的温度场分布；
S2、对典型温度测点和补充温度测点的测点温度进行实时采集和传输，将采集到的各测点温度从低温到高温以不同颜色显示在监测显示屏上；
S3、在暖机的过程中根据各测点温度与加热蒸汽温度的差实时调整加热蒸汽的参数，以实现暖缸自适应调整。
本实施方式中，对典型温度点和补充温度测点的测点温度进行实时采集和传输，将采集到的各测点温度从低温到高温以不同颜色显示在监测显示屏上，形成可视化的监测界面，直观地反应出暖缸的实时状态。
本实施方式中，各测点温度从低温到高温以不同颜色显示在监测显示屏上，一般低温至高温以绿色至红色来反应。
本实施方式中，在暖机的过程中根据各测点温度与加热蒸汽温度的差实时调整加热蒸汽的参数，以实现暖缸自适应调整，这种自适应暖缸控制方法可以改善机组整体运行的安全系数，还可以减少暖缸的加热蒸汽的使用量，提高机组的运行经济型。
进一步的，S1所述在典型温度测点的基础上补充新的温度测点的具体过程为：
S1-1、建立50MW机组的3D模型；
S1-2、通过缸体热力校验计算方法计算获得：
温度测点的温度T与缸体局部实际温度t的函数关系式：T＝f(t)；
缸体局部热应力σ与缸体局部实际温度t的函数关系式：σ＝g(t)；
然后获得缸体局部热应力σ与温度测点的温度T的函数关系式：σ＝h(T)；
根据上述函数关系式获得典型温度测点；
S1-3、在S1-2的典型温度测点基础上补充新的温度测点，补充温度测点的位置在缸体外表面，所述典型温度测点和补充温度测点能够实时表征缸体的温度场分布。
本实施方式中，S1-1所述建立50MW机组的3D模型的具体过程为：
根据机组出厂的原始数据采用eDrawings程序建立缸体的3D模型，然后将其转换为.stl文件，在用3Dmax转为.max文件。
本实施方式中，S1-2所述缸体热力校验计算方法为现有的计算方法，主要目的是为了建立温度测点的温度与汽轮机缸体局部热应力的函数关系式，补充新的温度测点，使多有的温度测点能够完全表征整体汽轮机缸体的温度场。
再进一步的，S1-3所述补充新的温度测点的方法为：
通过有限单元分析法对缸体进行区域划分；
采用虎克定律对各区域进行热变形分析，获得能够表征该区域内温度场分布的特征点。
本实施方式中，所述虎克定律为：
在材料的弹性区域内，应力和应变之间存在一定的关系，其物理方程表示为：
τxy＝Gγxy,τyz＝Gγyz,τzx＝Gγzx
若应力和应变之间的关系用矩阵表示，则可表示为：
{σ}＝[D]{ε}
其中:
对于三轴载荷下的固体材料，应变能Λ为：
或者以矩阵形式表示为：
根据虎克定律，将应力用应变的形式表示，然后代入，则上式可表示为：
对于三维有限单元来说，其中每个节点有三个自由度，分别沿节点坐标的x，y，z方向。那么单元内任一点的位移用节点的位移值和形函数表示为：
{u}＝[N]{U}
{ε}＝[B]{U}
代入应变能方程有：
对上式取节点位移的偏微分，则有：
这样就可以求出单元刚度矩阵的表达式，即：
[K](e)＝∫V[B]T[D][B]dV。
再进一步的，S3所述实时调整加热蒸汽的参数的具体过程为：
S3-1、分别采集不同进汽工况的加热蒸汽的温度和缸体壁的金属温度，根据热力校核计算获取缸体壁的金属热应力δ，建立加热蒸汽温度、缸体壁金属温度和缸体壁金属热应力δ的数据库；
S3-2、计算加热蒸汽温度与缸体壁金属温度的差ΔX，当ΔX≥X时输出修正系数k2＝ΔX-X，所述X表示固液对流换热最佳温差；
同时判断δ与δ'的关系，当δ≤δ'时输出修正系数k1＝δ'-δ，所述δ'表示热应力最低门限值；
S3-3、根据S3-2获取的两个修正系数调整数据库的参数，实现实时调整加热蒸汽参数。
再进一步的，所述S3-1所述数据库的建立原则为：
随着缸体温度的升高，逐步提高加热蒸汽的压力、流速和温度。
本实施方式中，开始暖缸时，加热蒸汽为大流量、低压力、低流速、低温度；其好处是，大流量与低流速可以提高缸体内蒸汽充满度，低压力可增加蒸汽与金属接触时间，低温度可避免蒸汽与缸体温差过大，从而带来金属热应力急剧变化，(因为小机组启动频繁)长期以来可减少对金属部件损伤。随着缸体温度的改变，逐渐提高加热蒸汽的参数，逐步减少流量，与现有暖机方式(恒定参数加热蒸汽)比较，好处是能一定程度的减少用汽量。
再进一步的，每隔10min执行一次S3-1～S3-3。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
