CN101173877A - 汽轮发电机组轴系机械疲劳的测量方法 - Google Patents

汽轮发电机组轴系机械疲劳的测量方法 Download PDF

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CN101173877A CNA2007101786670A CN200710178667A CN101173877A CN 101173877 A CN101173877 A CN 101173877A CN A2007101786670 A CNA2007101786670 A CN A2007101786670A CN 200710178667 A CN200710178667 A CN 200710178667A CN 101173877 A CN101173877 A CN 101173877A
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Abstract

本发明涉及一种火力发电厂汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量算法，公开了通过机组轴系模型、固有频率和振型曲线计算轴系机械疲劳的计算过程和方法。该方法包括如下内容：确定汽轮机组轴系集中质量模型及其参数，选取轴系计算断面、危险截面位置；根据轴系模型参数，计算汽轮发电机组轴系固有频率和振型；求解次同步谐振频率信号在各计算断面处产生的转矩；根据轴系材料的扭转S－N曲线按照轴系各危险截面处实时计算的转矩得到该位置的机械疲劳。本发明是解决机组次同步振荡(SSO)对汽轮发电机组轴系危害的关键研究，同时也可以应用于大型旋转机械的实时疲劳计算和危险评估。

Description

汽轮发电机组轴系机械疲劳的测量方法
技术领域
本发明涉及大型火力发电厂、需要汽轮发电机组或大容量电动机的工业领域的轴系机械疲劳的测量算法和应用。
背景技术
大型火力汽轮机组技术是我国重大装备的关键设备之一，大功率机组的轴系具有轻质柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，发电机材料利用系数提高，轴系截面功率密度相对增大，轴系的加长使扭转刚度下降，轴系固有频率谱相对较密，诱发振动的能量较低；同时电网也在朝着超高压大区域的方向发展，超高压远距离输电大量采用串补电容提高电网输电能力。
输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的不当加装，发电机励磁系统、可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次同步振荡(SSO)现象。汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态。发生机电扰动时，汽轮机驱动转矩和发电机电磁制动转矩之间失去平衡，作用在轴系上的扭转剪切应力也将发生变化，增加轴材料的疲劳损伤，降低使用寿命。当扭应力大到一定程度时，将导致机组轴系损坏或断裂，严重影响机组安全可靠运行。
如何准确测量运行中的大型汽轮发电机组在受到扰动产生扭振时的轴系机械疲劳是保护机组轴系的关键。汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法实现SSO情况下对机组轴系扭振的保护。国内目前尚无实时计算汽轮发电机组轴系机械疲劳的方法，且没有提供机组轴系扭振保护与控制设备的厂家。本专利申报材料介绍一种汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时算法，通过测量装置测得运行中汽轮发电机组机端角速度变化值，应用专门算法计算的机组轴系模态和振型，得到轴系截面处载荷-时间历程曲线，应用雨流法统计应力循环，查阅相应材料零件S-N曲线得到轴系的疲劳值，最终确定故障或扰动情况下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量方法，可实现实时测量在不确定扰动下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。本发明适用于300MW、600MW、1000MW的主力大型汽轮发电机组，也同样适用于300MW以下的小型汽轮发电机组和大容量电动机。轴系计算断面、危险截面与轴系的转子个数和轴颈尺寸相关，计算断面取轴系各质块的连接位置，危险截面取轴系中各转子的轴颈位置。如东方汽轮机厂典型600MW机组汽轮发电机，高中压合缸转子与A低压转子之间为计算断面J1，此处的转矩为T1，危险截面为2#、3#轴瓦处；A低压转子与B低压转子之间为计算断面J2，此处的转矩为T2，危险截面为4#、5#轴瓦处；B低压转子与发电机之间为计算断面J3，此处的转矩为T3，危险截面为6#、7#轴瓦处；
汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法的主要步骤如下：
1.根据汽轮发电机组集中质量模型计算轴系扭振模态和振型曲线
1)确定集中质量模型，如图一所示的东方汽轮机厂典型600MW汽轮发电机组将轴系按转子数分成四个集中质量模块和三个无质量弹簧，构成轴系扭振系统；
2)确定集中质量模型数据，各质块等效惯量与各弹簧等效刚度；
3)计算轴系频率及振型曲线。
根据质块转动惯量M1、M2、M3、M4，转速ω1、ω2、ω3、ω4，转子角δ1、δ2、δ3、δ4，质块间扭转刚度为K12、K23、K34，得到各质块自由运动标幺值方程为：
M 1 * δ 1 ′ ′ + K 12 ( δ 1 - δ 2 ) = 0 M 2 * δ 2 ′ ′ + K 12 ( δ 2 - δ 1 ) + K 23 ( δ 2 - δ 3 ) = 0 M 3 * δ 3 ′ ′ + K 23 ( δ 3 - δ 2 ) + K 34 ( δ 3 - δ 4 ) = 0 M 4 * δ 4 ′ ′ + K 34 ( δ 4 - δ 3 ) = 0
上式可以改写成如下形式：
Δ δ 1 ′ ′ = - K 12 M 1 ( Δδ 1 - Δδ 2 )
Δ δ 2 ′ ′ = K 12 M 2 Δδ 1 - K 12 M 2 Δδ 2 - K 23 M 2 Δδ 2 + K 23 M 2 Δδ 3
Δδ 3 ′ ′ = K 23 M 3 Δδ 2 - K 23 M 3 Δδ 3 - K 34 M 3 Δδ 3 + K 34 M 3 Δδ 4
Δδ 4 ′ ′ = K 34 M 4 ( Δδ 3 - Δδ 4 )
化为矩阵形式：
Δδ 1 ′ ′ Δδ 2 ′ ′ Δδ 3 ′ ′ Δδ 4 ′ ′ - K 12 M 1 K 12 M 1 0 0 K 12 M 2 - K 12 M 2 - K 23 M 2 K 23 M 2 0 0 K 23 M 3 - K 23 M 3 - K 34 M 3 K 34 M 3 0 0 K 34 M 4 - K 34 M 4 Δδ 1 Δδ 2 Δδ 3 Δδ 4
令上式的系数矩阵为K，I为单位阵。
则计及转子动态模型可表示为：
Δδ ′ Δω ′ = 0 I K 0 Δδ Δδ
解如上方程可得到轴系频率及振型曲线。如图二所示。
2.计算轴系计算断面处的转矩
1)根据各阶模态对应的振型曲线，计算受到不同模态激励信号下各质块间的扭角相对值，如对应于图二，可得到三个模态在轴系四个质块间的扭角相对值分别为：
θ11、θ12、θ13，
θ21、θ22、θ23，
θ31、θ32、θ33；
2)计算各单位模态信号在轴系各计算断面处产生的转矩
对应于图二：
模态一单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为：t11＝K12*θ11；
模态一单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为：t12＝K23*θ12；
模态一单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为：t13＝K34*θ13；
模态二单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为：t21＝K12*θ21；
模态二单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为：t22＝K23*θ22；
模态二单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为：t23＝K34*θ23；
模态三单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为：t31＝K12*θ31；
模态三单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为：t32＝K23*θ32；
模态三单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为：t33＝K34*θ33；
3)通过采集机端角速度变化量，计算在轴系各计算断面处产生的转矩采集机端角速度变化量Δω，经滤波得到各模态信号Δω1、Δω2、Δω3。由Δωk＝Akωkcos(ωkt)，Δθk＝Δωkt＝Aksin(ωkt)得
Δθk＝Δωk*sin(ωkt)/[ωk*cos(ωkt)]。其中(k＝1、2、3)，ωk＝2πfk
Δθk为机端各模态扭角值。
则输入信号作用在各计算断面处的转矩为
计算断面J1处的转矩：T1＝T11+T21+T31
计算断面J2处的转矩：T2＝T12+T22+T32
计算断面J3处的转矩：T3＝T13+T23+T33
其中
T11＝t11*Δθ1，模态一在计算断面J1处产生的转矩；
T21＝t21*Δθ2，模态二在计算断面J1处产生的转矩；
T31＝t31*Δθ3，模态三在计算断面J1处产生的转矩；
T12＝t12*Δθ1，模态一在计算断面J2处产生的转矩；
T22＝t22*Δθ2，模态二在计算断面J2处产生的转矩；
T32＝t32*Δθ3，模态三在计算断面J2处产生的转矩；
T13＝t13*Δθ1，模态一在计算断面J3处产生的转矩；
T23＝t23*Δθ2，模态二在计算断面J3处产生的转矩；
T33＝t33*Δθ3，模态三在计算断面J3处产生的转矩；
至此，已知机端角速度变化量Δω，就可以求得各计算断面处的转矩T。载荷-时间历程曲线也就得到了。
4.计算某次扰动情况下对机组轴系各个计算断面造成的疲劳损伤累计值，即汽轮发电机组轴系机械疲劳。
1)根据3中的计算方法得到机组轴系各个计算断面处的载荷-时间历程曲线；
2)应用实时雨流法查找载荷历程中的应力循环；
3)应用平均应力折算系数法计算每个应力循环对应的等效应力幅；
4)查计算断面相应的危险截面处的零件扭转S-N曲线，得到单次应力循环对确定危险截面造成的疲劳损伤；
5)线性累加所有循环的疲劳损伤，得到某次扰动情况下各个危险截面的疲劳损伤累计值。
本发明给出了一种测量大型汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量算法。该方法能够实时、准确测量大型汽轮发电机组的轴系机械疲劳。随着大容量汽轮发电机组和远距离大容量输电技术的应用，在机组和电网中发生次同步振荡(SSO)的情况越来越严重，测试机组轴系扭振疲劳是解决SSO问题的根本，是抑制次同步振荡、保护发电机组等电力设备的运行安全的关键。本方法首次提出实时测量汽轮发电机组轴系机械疲劳的算法，对解决发电厂和电网的次同步振荡问题具有重大意义。
附图说明
图1示意了国产典型600MW汽轮发电机组将轴系按转子数划分得到的集中质量模型；
图2.1、图2.2、图2.3示意了国产某型号600MW汽轮发电机组轴系扭振固有频率及振型图，其中
图2.1为轴系扭振一阶振形曲线，一阶频率f1：15.5HZ；
图2.2为轴系扭振二阶振形曲线，二阶频率f2：25.98HZ；
图2.3为轴系扭振三阶振形曲线，三阶频率f3：29.93HZ
图3.1、图3.2和图3.3示意了在某次扰动下，经测量装置得到的机端角速度变化量Δω值分析得到的各个模态的采样值；其中图3.1为模态一采样值；图3.2为模态二采样值；图3.3为模态三采样值；
图4.1和图4.2示意了在某次扰动下，在轴系某计算断面产生的转矩-时间历程曲线；纵坐标为功率表示的转矩，单位MW。图4.1为转矩-时间曲线一。统计时间8s，采样频率1000HZ。图4.2的转矩-时间曲线二为图4.1曲线的局部放大，统计时间2s，采样频率1000HZ。
图5示意了汽轮发电机转子的扭转S-N曲线，S-N曲线为反映材料疲劳强度的特性曲线；
图6为测量汽轮发电机组轴系疲劳的装置结构示意图；
图7为汽轮发电机组轴系扭振保护装置接线示意图。
具体实施方式
下面根据附图表和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的工作过程为：采集机端角速度变化量，解调出机端各模态扭角瞬时值。根据计算的模态频率和振型曲线，计算输入数据在轴系各个计算断面处的产生的转矩，得到轴系各个计算断面处的载荷-时间历程曲线。应用雨流法寻找应力循环，查相应的S-N曲线求得此循环对应的疲劳损伤值，最终得到某次故障或扰动情况下对机组轴系各个危险截面造成的疲劳损伤累计值，即汽轮发电机组轴系机械疲劳。
在图5示意的汽轮发电机转子的扭转S-N曲线中，本文中只给出了高中压转子和低压缸A转子之间的2#、3#轴瓦位置，止推轴承位置和连接两个转子的联轴节位置的扭转S-N曲线。曲线纵坐标为允许的转矩值，以功率的标幺值表示，1标幺值表示314.6MW的功率。横坐标为循环次数，以对数坐标表示。如计算断面J1包含的2#轴瓦，当输入数据计算得计算断面J1处的转矩为1.85标幺值时，允许的循环次数为10000，即对2#轴瓦位置轴颈造成的损伤为1/10000。
以国内某电厂600MW汽轮发电机组为例。
按照图1对轴系进行模化，得到简单集中质量模型，如图1所示，四个集中质量模块分别为高中转子(HIP)、A低压转子(ALP)、B低压转子(BLP)、发电机转子(GEN)。M1、M2、M3、M4分别表示具有惯量的四各质块。k12、k23、k34分别表示连接质块具有扭转刚度的无质量弹簧。
确定机组轴系参数，等效惯量与等效刚度等。如表一所示。
求取轴系模态频率与振型曲线。可求如下方程的解，
轴系各质块自由运动标幺值方程为：
M 1 * δ 1 ′ ′ + K 12 ( δ 1 - δ 2 ) = 0 M 2 * δ 2 ′ ′ + K 12 ( δ 2 - δ 1 ) + K 23 ( δ 2 - δ 3 ) = 0 M 3 * δ 3 ′ ′ + K 23 ( δ 3 - δ 2 ) + K 34 ( δ 3 - δ 4 ) = 0 M 4 * δ 4 ′ ′ + K 34 ( δ 4 - δ 3 ) = 0
化为矩阵形式
Δδ 1 ′ ′ Δδ 2 ′ ′ Δδ 3 ′ ′ Δδ 4 ′ ′ - K 12 M 1 K 12 M 1 0 0 K 12 M 2 - K 12 M 2 - K 23 M 2 K 23 M 2 0 0 K 23 M 3 - K 23 M 3 - K 34 M 3 K 34 M 3 0 0 K 34 M 4 - K 34 M 4 Δδ 1 Δδ 2 Δδ 3 Δδ 4
令上式的系数矩阵为K，I为单位阵。
则计及转子动态模型可表示为：
Δδ ′ Δω ′ = 0 I K 0 Δδ Δδ
解如上方程可得到轴系频率及振型曲线，如图2.1、图2.2、图2.3所示，轴系次同步扭振频率有三个，分别为15.5HZ、25.98HZ、29.93HZ，称为轴系扭振的三个模态。模态相应的振型曲线表示发生扭振时轴系各质块在此模态激励下的扭角相对值。
根据振型曲线计算质块间扭角相对值θij(i＝1、2、3；j＝1、2、3)，如表二所示。
根据汽轮发电机组的模态频率、振型曲线、集中质量模型的等效刚度，计算各模态单位强度单应力循环在各个计算断面处的产生的转矩tij(i＝1、2、3；j＝1、2、3)，如表三所示。
仿真给定某次故障，采集机端角速度变化量Δω，经滤波得到各模态信号Δω1、Δω2、Δω3。由Δωk＝Akωk cos(ωkt)，Δθk＝Δωkt＝Aksin(ωkt)得Δθk＝Δωk*sin(ωkt)/[ωk*cos(ωkt)]。其中(k＝1、2、3)，ωk＝2πfk。得到机端各模态扭角值Δθ1、Δθ2、Δθ3。如图3.1-3.3所示，其中纵坐标单位：rad/s。横坐标为记录时间，长度为8s，采样频率1000HZ。
依据表三计算的转矩值，将三个模态的作用线性叠加折算到轴系某截面处。本例中计算的为质块一、二之间计算断面J1位置，得到截面位置的转矩T1＝T11+T21+T31。其中T11=t11*Δθ1，T21=t21*Δθ2，T31=t31*Δθ3。得到的此次故障下的转矩-时间历程曲线，如图4.1和4.2所示，在轴系某计算断面产生的转矩-时间历程曲线；纵坐标为功率表示的转矩，单位MW。图4.1统计时间8s，采样频率1000HZ。图4.2为图4.1曲线的局部放大，统计时间2s，采样频率1000HZ。
对图4.1和4.2所示的转矩-时间历程曲线，应用雨流法寻找应力循环，得到每个循环的等效应力幅值，表四为图四曲线中寻找到的所有循环，共计157个，表四中给出构成循环的峰值点和应用平均应力折算系数得到的等效应力幅值。
计算断面J1处有两个危险截面位置2#轴瓦处和3#轴瓦处。本例中只考察对2#轴瓦处造成的损伤。查如图5所示的2#轴瓦处的扭转S-N曲线，即可得到每个应力循环对2#轴瓦位置轴颈造成的疲劳损伤，线性累积所有应力循环，得到此次给定故障下对此600MW汽轮发电机组轴系2#轴瓦位置轴颈处产生的疲劳损耗。此例中给定故障下对2#轴瓦位置轴颈处产生的疲劳损耗为0.001072％。轴系其他危险位置的疲劳损伤计算方法与2#轴瓦位置相同。从而可实现实时测量汽轮发电机组轴系机械疲劳。
图6为测量汽轮发电机组轴系疲劳的装置结构示意图；装置软硬件采用模块化灵活可配置设计思想，装置组件包括两个电源模块(POW)、两个脉冲输入模块(PI)，一个控制器模块(CM)、一个模拟量输入模块(AI)、一个数字量输入模块(DI)、四个数字量输出模块(D0)。装置对外通过O-NET与HMI通信，装置内部各个组件之间采用DP-NET通讯网络，各个组件可热插拔，可灵活动态挂接。装置通过PI采集机端脉冲信号，在CM中完成机械疲劳的计算，并按照一定的判据置D0出口进行告警或跳机。
图7为汽轮发电机组轴系扭振保护装置接线示意图。从高压缸的首端安装一对轴系的转速传感器。装置采集轴系冗余的转速传感器发出转速信号，计算轴系各危险截面处的疲劳损耗值，当超过设定门槛值，输出D0信号进行告警或跳闸。保护装置通过以太网与HMI相连，通过HMI记录运行数据并显示结果。
    集中质量模块     等效惯量M(kg*m2)     等效刚度K(N*m/rad)
    高中压转子HIP     2851
    0.76882E+08
    A低压转子ALP     15542
    0.13316E+09
    B低压转子BLP     15235
    0.13232E+09
    发电机转子GEN     9732
表1、轴系模化数据
    模态     频率(HZ)     质块间计算断面处的扭角相对值
  (质块一、二之间)   (质块二、三之间)   (质块三、四之间)
    模态一     15.5     θ11＝-0.35176     θ12＝-0.92079     θ13＝-0.62897
    模态二     26.12     θ21＝-0.98820     θ22＝-0.60771     θ23＝1.21629.93
    模态三     29.93     θ31＝-1.31161     θ32＝0.52913     θ33＝-0.35334
表2、质块间扭角相对值
模态 频率(HZ)     各质块间计算断面处的转矩
  (质块一、二之间)   (质块二、三之间)   (质块三、四之间)
    模态一     15.5  t11＝-1.44211     t12＝-6.53824     t13＝-4.43794
    模态二     26.12  t21＝--2.43477     t22＝-2.59333     t23＝5.15.5767
    模态三     29.93  t31＝--2.82900     t32＝1.97669     t33＝-1.31166
表3、各模态单位强度单应力循环在各质块间计算断面处的转矩
    等效应力幅     峰值点一     峰值点二
    MEF＝0.00031373     E(i)＝-0.00097100     E(i+1)＝-0.00099100
    MEF＝0.00129660     E(i)＝0.00131000     E(i+1)＝-0.00127000
    MEF＝0.00052793     E(i)＝0.00096500     E(i+1)＝0.00128000
    MEF＝0.00013544     E(i)＝-0.00008800     E(i+1)＝-0.00057900
    MEF＝0.00057009     E(i)＝0.00075200     E(i+1)＝-0.00020900
    MEF＝0.00005330     E(i)＝-0.00004000     E(i+1)＝0.00006000
    MEF＝0.00054518     E(i)＝0.00057700     E(i+1)＝-0.00048200
    MEF＝0.00009757     E(i)＝0.00025100     E(i+1)＝0.00020700
    MEF＝0.00116160     E(i)＝-0.00086700     E(i+1)＝0.00131000
    MEF＝0.00091055     E(i)＝0.00214000     E(i+1)＝0.00153000
    MEF＝0.00107000     E(i)＝0.00107000     E(i+1)＝-0.00107000
    MEF＝0.00115088     E(i)＝-0.00083500     E(i+1)＝0.00131000
    MEF＝0.00005514     E(i)＝-0.00022900     E(i+1)＝-0.00029000
    MEF＝0.00083456     E(i)＝-0.00079000     E(i+1)＝0.00085700
    MEF＝0.00022375     E(i)＝0.00000900     E(i+1)＝0.00034100
    MEF＝0.00009758     E(i)＝-0.00047100     E(i+1)＝-0.00038400
    MEF＝0.00001967     E(i)＝-0.00024700     E(i+1)＝-0.00015400
    MEF＝0.00001915     E(i)＝-0.00018900     E(i+1)＝-0.00012400
    MEF＝0.00014475     E(i)＝-0.00048900     E(i+1)＝-0.00046400
    MEF＝0.00012130     E(i)＝-0.00010800     E(i+1)＝0.00012800
    MEF＝0.00009276     E(i)＝-0.00034300     E(i+1)＝-0.00040400
    MEF＝0.00016100     E(i)＝-0.00063700     E(i+1)＝-0.00056300
    MEF＝0.02980350     E(i)＝-0.24400000     E(i+1)＝-0.07810000
    MEF＝0.03987000     E(i)＝-0.27800000     E(i+1)＝-0.20000000
    MEF＝0.02236100     E(i)＝-0.01670000     E(i+1)＝-0.09990000
    MEF＝0.07458250     E(i)＝0.12500000     E(i+1)＝0.02550000
    MEF＝0.12542500     E(i)＝0.23700000     E(i+1)＝0.30800000
    MEF＝0.01732200     E(i)＝-0.07420000     E(i+1)＝-0.19900000
    MEF＝0.01624650     E(i)＝0.04500000     E(i+1)＝0.04710000
    MEF＝0.01939500     E(i)＝-0.20800000     E(i+1)＝-0.35500000
    MEF＝0.31217500     E(i)＝-0.24900000     E(i+1)＝0.34400000
    MEF＝0.00459750     E(i)＝-0.02170000     E(i+1)＝-0.05680000
    MEF＝0.05211610     E(i)＝0.00734000     E(i+1)＝-0.14100000
    MEF＝0.11204350     E(i)＝-0.15600000     E(i+1)＝0.08990000
    MEF＝0.09402500     E(i)＝0.16200000     E(i+1)＝0.22300000
    MEF＝0.15282850     E(i)＝0.26100000     E(i+1)＝0.06190000
    MEF＝0.03879500     E(i)＝-0.30900000     E(i+1)＝-0.21400000
    MEF＝0.07383650     E(i)＝0.05310000     E(i+1)＝-0.11500000
    MEF＝0.04101000     E(i)＝-0.17300000     E(i+1)＝-0.22100000
    MEF＝0.04819000     E(i)＝0.14200000     E(i+1)＝0.14400000
    MEF＝0.09492150     E(i)＝0.09730000     E(i+1)＝-0.09020000
    MEF＝0.03615650     E(i)＝0.09850000     E(i+1)＝0.08760000
    MEF＝0.02306250     E(i)＝-0.08500000     E(i+1)＝-0.07750000
    MEF＝0.02483150     E(i)＝0.07210000     E(i+1)＝0.06900000
    MEF＝0.06563200     E(i)＝-0.06510000     E(i+1)＝0.06590000
    MEF＝0.06203600     E(i)＝0.06150000     E(i+1)＝-0.06310000
    MEF＝0.01818800     E(i)＝0.05410000     E(i+1)＝0.05310000
    MEF＝0.01671350     E(i)＝0.04750000     E(i+1)＝0.04440000
    MEF＝0.01456350     E(i)＝0.04200000     E(i+1)＝0.03990000
    MEF＝0.00526000     E(i)＝-0.03730000     E(i+1)＝-0.02670000
    MEF＝0.00961550     E(i)＝-0.03740000     E(i+1)＝-0.03330000
    MEF＝0.03110050     E(i)＝0.03100000     E(i+1)＝-0.03130000
    MEF＝0.01195950     E(i)＝0.03350000     E(i+1)＝0.03080000
    MEF＝0.00913950     E(i)＝-0.02830000     E(i+1)＝-0.02800000
    MEF＝0.00749600     E(i)＝0.02070000     E(i+1)＝0.02170000
    MEF＝0.00610100     E(i)＝-0.02010000     E(i+1)＝-0.01930000
    MEF＝0.01849900     E(i)＝0.01870000     E(i+1)＝-0.01810000
    MEF＝0.00564950     E(i)＝0.01580000     E(i+1)＝0.01450000
    MEF＝0.01309850     E(i)＝-0.01250000     E(i+1)＝0.01340000
    MEF＝0.00396300     E(i)＝0.01140000     E(i+1)＝0.01080000
    MEF＝0.00167460     E(i)＝-0.00580000     E(i+1)＝-0.00544000
    MEF＝0.01106850     E(i)＝0.01070000     E(i+1)＝-0.01180000
    MEF＝0.00226635     E(i)＝-0.00717000     E(i+1)＝-0.00702000
    MEF＝0.00209935     E(i)＝-0.00747000     E(i+1)＝-0.00692000
    MEF＝0.00207905     E(i)＝0.00628000     E(i+1)＝0.00629000
    MEF＝0.00133050     E(i)＝0.00379000     E(i+1)＝0.00391000
    MEF＝0.00201120     E(i)＝-0.00948000     E(i+1)＝-0.00780000
    MEF＝0.00102635     E(i)＝-0.00575000     E(i+1)＝-0.00444000
    MEF＝0.00319645     E(i)＝-0.00178000     E(i+1)＝0.00391000
    MEF＝0.00245620     E(i)＝0.00590000     E(i+1)＝0.00438000
    MEF＝0.00067700     E(i)＝0.00185000     E(i+1)＝0.00195000
    MEF＝0.00186895     E(i)＝-0.00653000     E(i+1)＝-0.00610000
    MEF＝0.00187005     E(i)＝-0.00609000     E(i+1)＝-0.00588000
    MEF＝0.00272765     E(i)＝0.00588000     E(i+1)＝0.00353000
    MEF＝0.00112555     E(i)＝0.00336000     E(i+1)＝0.00331000
    MEF＝0.00115840     E(i)＝0.00349000     E(i+1)＝0.00347000
    MEF＝0.00192375     E(i)＝0.00385000     E(i+1)＝0.00190000
    MEF＝0.00117165     E(i)＝-0.00615000     E(i+1)＝-0.00486000
    MEF＝0.00102631     E(i)＝0.00056100     E(i+1)＝-0.00195000
    MEF＝0.00126392     E(i)＝-0.00549000     E(i+1)＝-0.00086500
    MEF＝0.00100636     E(i)＝-0.00168000     E(i+1)＝0.00066700
    MEF＝0.00133795     E(i)＝0.00347000     E(i+1)＝0.00376000
    MEF＝0.00031862     E(i)＝0.00089700     E(i+1)＝0.00093100
    MEF＝0.00039954     E(i)＝0.00089400     E(i+1)＝0.00058200
    MEF＝0.00019390     E(i)＝-0.00142000     E(i+1)＝-0.00224000
    MEF＝0.00010523     E(i)＝0.00020200     E(i+1)＝0.00026000
    MEF＝0.00007009     E(i)＝-0.00025300     E(i+1)＝-0.00029300
    MEF＝0.00034950     E(i)＝-0.00118000     E(i+1)＝-0.00112000
    MEF＝0.00019009     E(i)＝-0.00009100     E(i+1)＝0.00024000
    MEF＝0.00042745     E(i)＝0.00067200     E(i+1)＝0.00005800
    MEF＝0.00119155     E(i)＝-0.00087700     E(i+1)＝0.00135000
    MEF＝0.00039255     E(i)＝-0.00125000     E(i+1)＝-0.00122000
    MEF＝0.00121630     E(i)＝0.00129000     E(i+1)＝-0.00107000
    MEF＝0.00033462     E(i)＝0.00020900     E(i+1)＝-0.00058400
    MEF＝0.00031812     E(i)＝0.00042800     E(i+1)＝-0.00010000
    MEF＝0.00064218     E(i)＝0.00067200     E(i+1)＝-0.00058300
    MEF＝0.00062445     E(i)＝0.00073600     E(i+1)＝-0.00040300
    MEF＝0.00081862     E(i)＝0.00089500     E(i+1)＝-0.00066700
    MEF＝0.00074958     E(i)＝0.00090100     E(i+1)＝-0.00044900
    MEF＝0.00078607     E(i)＝-0.00068100     E(i+1)＝0.00083900
    MEF＝0.22609500     E(i)＝0.20700000     E(i+1)＝-0.26400000
    MEF＝0.17750000     E(i)＝0.15500000     E(i+1)＝0.34500000
    MEF＝0.46587500     E(i)＝-0.41600000     E(i+1)＝0.49100000
    MEF＝0.42965500     E(i)＝-0.42500000     E(i+1)＝0.43200000
    MEF＝0.01418000     E(i)＝-0.44600000     E(i+1)＝-0.24600000
    MEF＝0.11804500     E(i)＝0.31000000     E(i+1)＝0.26300000
    MEF＝0.09014500     E(i)＝0.19500000     E(i+1)＝0.11800000
    MEF＝0.02165250     E(i)＝-0.11700000     E(i+1)＝-0.09150000
    MEF＝0.03096200     E(i)＝0.08550000     E(i+1)＝0.07730000
    MEF＝0.01866400     E(i)＝-0.07550000     E(i+1)＝-0.06610000
    MEF＝0.01330850     E(i)＝-0.04980000     E(i+1)＝-0.04510000
    MEF＝0.01466400     E(i)＝0.03530000     E(i+1)＝0.02630000
    MEF＝0.00689950     E(i)＝0.01990000     E(i+1)＝0.02040000
    MEF＝0.01045030     E(i)＝-0.01190000     E(i+1)＝0.00972000
    MEF＝0.00262780     E(i)＝-0.00889000     E(i+1)＝-0.00843000
    MEF＝0.00372060     E(i)＝0.00934000     E(i+1)＝0.01030000
    MEF＝0.00832115     E(i)＝-0.00878000     E(i+1)＝0.00809000
    MEF＝0.00716760     E(i)＝0.00698000     E(i+1)＝-0.00754000
    MEF＝0.00262500     E(i)＝0.00602000     E(i+1)＝0.00698000
    MEF＝0.00196840     E(i)＝-0.00665000     E(i+1)＝-0.00631000
    MEF＝0.00543455     E(i)＝0.00519000     E(i+1)＝-0.00592000
    MEF＝0.00235450     E(i)＝0.00614000     E(i+1)＝0.00516000
    MEF＝0.00473425     E(i)＝-0.00510000     E(i+1)＝0.00455000
    MEF＝0.00058190     E(i)＝0.00132000     E(i+1)＝0.00154000
    MEF＝0.00057920     E(i)＝-0.00052600     E(i+1)＝0.00060600
    MEF＝0.00065012     E(i)＝0.00076100     E(i+1)＝-0.00043000
    MEF＝0.00069785     E(i)＝0.00149000     E(i+1)＝0.00180000
    MEF＝0.00078342     E(i)＝0.00083400     E(i+1)＝-0.00068300
    MEF＝0.00091760     E(i)＝-0.00075600     E(i+1)＝0.00099900
    MEF＝0.00107245     E(i)＝-0.00072000     E(i+1)＝0.00125000
    MEF＝0.03672500     E(i)＝-0.22600000     E(i+1)＝-0.33900000
    MEF＝0.02767450     E(i)＝0.07300000     E(i+1)＝0.06230000
    MEF＝0.02342850     E(i)＝0.05790000     E(i+1)＝0.04500000
    MEF＝0.00093900     E(i)＝-0.02340000     E(i+1)＝-0.01320000
    MEF＝0.01127000     E(i)＝0.01060000     E(i+1)＝-0.01260000
    MEF＝0.00935235     E(i)＝-0.00896000     E(i+1)＝0.00955000
    MEF＝0.00663060     E(i)＝0.00651000     E(i+1)＝-0.00687000
    MEF＝0.00546735     E(i)＝-0.00441000     E(i+1)＝0.00600000
    MEF＝0.00014832     E(i)＝-0.00132000     E(i+1)＝-0.00088800
    MEF＝0.00062236     E(i)＝-0.00063100     E(i+1)＝0.00061800
    MEF＝0.00010550     E(i)＝-0.00169000     E(i+1)＝-0.00101000
    MEF＝0.00086960     E(i)＝0.00088200     E(i+1)＝-0.00084500
    MEF＝0.00135627     E(i)＝-0.00093200     E(i+1)＝0.00157000
    MEF＝0.20655000     E(i)＝0.23900000     E(i+1)＝0.43100000
    MEF＝0.01210400     E(i)＝-0.07940000     E(i+1)＝-0.05820000
    MEF＝0.01247350     E(i)＝0.02450000     E(i+1)＝0.01140000
    MEF＝0.00713340     E(i)＝0.00712000     E(i+1)＝-0.00716000
    MEF＝0.00043930     E(i)＝0.00117000     E(i+1)＝0.00125000
    MEF＝0.11366500     E(i)＝-0.41900000     E(i+1)＝-0.38200000
    MEF＝0.00024778     E(i)＝-0.00082800     E(i+1)＝-0.00090400
    MEF＝0.00082835     E(i)＝0.00076300     E(i+1)＝0.00163000
    MEF＝0.00013099     E(i)＝-0.00039100     E(i+1)＝0.00000000
    MEF＝0.00675285     E(i)＝0.00752000     E(i+1)＝-0.00523000
    MEF＝0.00024700     E(i)＝-0.00920000     E(i+1)＝-0.01900000
    MEF＝0.12675000     E(i)＝-0.02700000     E(i+1)＝0.17700000
    MEF＝0.18119500     E(i)＝0.27300000     E(i+1)＝0.41000000
    MEF＝0.48251000     E(i)＝0.64800000     E(i+1)＝-0.15400000
表4、某次故障下计算断面J1处的扭矩-时间曲线中寻找的应力循环
    危险截面     疲劳损伤(％)
    2#瓦位置     0.03548
    3#瓦位置     0.0
    4#瓦位置     0.00611
    5#瓦位置     0.00692
    6#瓦位置     0.05248
表5、某次扰动情况下对各危险截面造成的疲劳损伤

Claims (5)

1.一种汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，该方法包括步骤：
1)确定汽轮发电机组的集中质量模型及参数；
2)计算汽轮发电机组的模态频率和振形曲线；
3)采集机端角速度变化量Δω，经滤波得到各模态角速度变化量Δω1、Δω2、Δω3……Δωn
由Δωk＝Akωkcos(ωkt)，Δθk＝Δωkt＝Aksin(ωkt)
得Δθk＝Δωk*sin(ωkt)/[ωk*cos(ωkt)]，
其中(k＝1、2、3、……n)，
ωk＝2πfk，
Δθk即机端各模态扭角值，
AK即各模态角速度变化量幅值，
fk即各模态频率；
4)根据汽轮发电机组的模态频率、振型曲线、集中质量模型的等效刚度，计算在轴系各个计算断面处的产生的转矩，得到轴系各个计算断面处的转矩-时间历程曲线；
5)计算某次故障或扰动情况下对机组轴系各个危险截面造成的疲劳损伤累计值，即汽轮发电机组轴系机械疲劳。
2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，其特征在于，所述的轴系计算断面、危险截面与轴系的转子个数和轴颈尺寸相关，计算断面取轴系各质块的连接位置，危险截面取轴系中各转子的轴颈位置。
3.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，其特征在于，采集的机端角速度变化量经模态滤波得到三个模态f1、f2、f3，在四质块模型的三个扭角变化处，即计算断面J1、J2、J3处分别产生相应的转矩
T11、T12、T13
T21、T22、T23
T31、T32、T33
其中：三个模态在断面J1处的转矩分别为T11、T21、T31；
三个模态在断面J2处的转矩分别为T12、T22、T32；
三个模态在断面J3处的转矩分别为T13、T23、T33。
4.根据权利要求3所述的汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，得出各个模态在各个计算断面产生的转矩，其特征在于，计算断面受到的各个模态的作用符合线性叠加的关系，根据计算断面的三个模态转矩，得到轴系各个计算断面处产生的转矩T1、T2、T3为
T1＝T11+T21+T31
T2＝T12+T22+T32
T3＝T13+T23+T33
这样，即可得到轴系各个计算断面处的转矩-时间历程曲线。
5.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，其特征在于，得到轴系各个计算断面处的转矩-时间历程曲线，应用实时雨流法寻找应力循环，根据相应的S-N曲线求得循环对应的疲劳损伤值，将所有循环对应的疲劳损伤值进行线性累积，最终得到某次故障或扰动情况下对机组轴系各个危险截面造成的疲劳损伤累计值。
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