CN105756724A - 汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法与系统，监控系统包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器。首先计算出厂时高压内缸的红套紧力，在使用阶段，大修中测量红套环上两个测点之间的弦长并计算红套环的剩余紧力，如果蠕变与松弛导致汽轮机红套环的剩余紧力小于首次红套的红套紧力，表明高压内缸的红套紧力减小且红套紧力不合格；通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度，保证汽轮机大修后红套紧力不小于首次红套的红套紧力值，使汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，达到了控制汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的技术效果，为汽轮机红套环和高压内缸的安全与经济运行提供了技术依据。

Description

汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法及系统

技术领域

本发明涉及汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法及系统，属于汽轮机技术领域。

背景技术

目前，超超临界汽轮机的主蒸汽压力达到28MPa至38MPa时，高压内缸中分面法兰的高温螺栓强度很难满足现用汽轮机设计规范的要求，高压内缸需要采用中分面无外伸法兰的筒形汽缸。汽轮机采用红套环的高压内缸是一种常用的筒形汽缸，既可以承受比较高的工作压力，又具有起动、停机和负荷变动过程中热应力小的特点。筒形高压内缸采用数只钢制红套环将高压内缸的上下两半汽缸紧箍成一个圆筒体，在汽轮机的使用过程中，由于汽缸高温段红套环的工作温度高，随着运行时间的增长，红套环发生蠕变与松弛，红套环与高压内缸的红套紧力减小，并有可能导致高压内缸漏汽，若汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力监控不当，会影响汽轮机的安全与经济运行，工程上急需汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法。

瑞典通用电气-布朗-博韦力股份公司已经申请发明专利“用于抽汽式涡轮机的收缩环轮”，申请号99108029.7，给出了汽轮机采用红套环高压内缸的抽汽空腔的新结构。哈尔滨汽轮机厂有限责任公司已经申请实用新型专利“汽轮机套装式汽缸红套环加热装置”，申请号201520555006.5，给出了汽缸红套环的套装和拆除的加热装置。在汽轮机的运行过程中，红套环发生蠕变与松弛，红套环与高压内缸的红套紧力减小。公开文献报道，还没有汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法。在汽轮机的设计阶段和使用阶段，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控，还没有合适的方法可供使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：

第一步、获得室温下汽轮机高压内缸红套环材料的弹性模量E和泊松比ν；

第二步、获得制造厂的高压内缸与红套环的测量数据，包括：

汽轮机高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径R_a、首次红套之前的汽缸外半径R_b1、首次红套之前的红套环内半径R_b2、首次红套之前的红套环外半径R_c、红套环上的测点半径R_t、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L₀、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L₁；

第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀：

首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀的计算公式为：

Y₀＝L₁-L₀(1)

第四步、计算红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b：

红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b的计算公式为：

δ_b＝R_b1-R_b2(2)

第五步、计算红套环的过盈量δ_i：

给汽缸外半径与红套环内半径之间加装不同厚度的垫片，厚度为H_i的第i个垫片对应的红套环的过盈量δ_i的计算公式为：

δ_i＝δ_b+H_i(3)

第六步、计算红套后红套环的分层半径R_b：

高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径R_b的计算公式为：

$R_b=\frac{R_{b1}+T_{b2}+{\mathrm{\δ}}_i}{2}---\left(4\right)$

第七步、计算过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i：

过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i的计算公式为：

$P_i=\frac{{\mathrm{E\δ}}_i(R_b^2-R_a^2)(R_c^2-R_b^2)}{2R_b^3(R_c^2-R_a^2)}---\left(5\right)$

式中：

R_a——套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径；

R_b——红套后高压内缸与红套环的分层半径；

R_c——首次红套之前的红套环外半径；

E——在室温下红套环材料的弹性模量；

第八步、计算测点径向位移u_i：

过盈量δ_i对应的测点径向位移u_i的计算公式为：

$u_i=\frac{{\mathrm{\δ}}_i(R_b^2-R_a^2)}{2R_b(R_c^2-R_a^2)}\[\frac{(1+v)R_c^2}{R_t}+(1-v)R_t\]---\left(6\right)$

式中：

R_t——红套环上的测点半径；

ν——在室温下红套环材料的泊松比；

第九步、计算两个测点之间弦长变化值X_i：

过盈量δ_i对应的红套环上两个测点之间弦长变化值X_i的计算公式为：

$X_i=(\frac{R_t+u_i}{R_t}-1)Y_0---\left(7\right)$

第十步、确定红套紧力的比例系数k₁：

对于该汽轮机高压内缸红套环的n组数据(P_i，X_i)，采用线性回归法，得出回归常数a和比例系数k₁，该红套环的红套紧力P_i随弦长变化值X_i的变化的线性函数表示为：

P_i＝a+k₁X_i(8)

式中：

a——回归常数；

k₁——红套紧力的比例系数；

第十一步、计算新增紧力ΔP_i：

由公式(8)得出新增紧力ΔP_i的正比例函数表示为：

ΔP_i＝k₁ΔX_i(9)

式中：

ΔP_i——新增紧力；

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十二步、确定垫片厚度的比例系数k₂：

对于该汽轮机高压内缸红套环的n组数据(δ_i，P_i)，采用线性回归法，得出回归常数b和比例系数k₂，该红套环的过盈量δ_i随红套紧力P_i的变化的线性函数表示为：

δ_i＝b+k₂P_i(10)

式中：

b——回归常数；

k₂——垫片厚度的比例系数；

第十三步、计算新增垫片厚度Δδ_i：

由公式(10)得出新增垫片厚度Δδ_i的正比例函数表示为：

Δδ_i＝k₂ΔP_i＝k₁k₂ΔX_i(11)

式中：

Δδ_i——新增垫片厚度；

ΔP_i——新增垫片厚度Δδ_i对应的新增紧力；

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十四步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：

在汽轮机大修中，测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃；

第十五步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：

经过运行后，在汽轮机大修中，红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算公式为：

Y＝L₂-L₃(12)

第十六步、计算红套环的剩余紧力P_R

在汽轮机大修中，红套环拆除前红套环的剩余紧力P_R的计算公式为：

P_R＝a+k₁Y(13)

第十七步、计算首次红套的红套紧力P₀：

红套环与高压内缸的首次红套的红套紧力P₀的计算公式为：

$P_0=\frac{E({\mathrm{\δ}}_b+{\mathrm{\δ}}_0)(R_b^2-R_a^2)(R_c^2-R_b^2)}{2R_b^3(R_c^2-R_a^2)}---\left(4\right)$

式中：

δ_b——红套环与高压内缸的初始过盈量；

δ₀——首次红套时在红套环与高压内缸之间加装的垫片厚度；

第十八步、红套环与高压内缸红套紧力的监控：

在汽轮机大修中：

1)若P_R≥P₀，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控合格，表明汽轮机采用红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控结束；

2)若P_R＜P₀，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十九步；

第十九步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：

在汽轮机大修中，红套环上两个测点之间的弦长增量ΔX的计算公式为：

ΔX＝Y₀-Y(15)

式中：

Y₀——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值

Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；

第二十步、计算红套环大修的新增紧力ΔP

在汽轮机大修中，红套环的新增紧力ΔP的计算公式为：

ΔP＝k₁ΔX(16)

第二十一步、红套紧力的优化控制措施：

在汽轮机大修中，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的优化控制措施就是：对已经发生蠕变与松弛的红套环，通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的红套紧力，汽轮机红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：

ΔH＝k₁k₂ΔX(17)

式中：

k₁——红套紧力的比例系数；

k₂——垫片厚度的比例系数；

第二十二步、计算大修后红套环的红套紧力P

在汽轮机大修后，红套环的红套紧力P的计算公式为：

P＝P_R+ΔP(18)

汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控结束。

根据需要可以打印输出汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力监控的计算结果和优化控制措施。

优选地，所述第五步中，汽缸外半径与红套环内半径之间加装的不同的垫片的厚度分别为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm。

优选地，所述第十四步中，采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃。

本发明还提供了一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统，采用上述的汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于：包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，将所述监控方法中相关的测量数据输入数据库服务器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器根据设定的计算方法进行计算，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，通过用户端浏览器显示汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力监控的计算结果和优化控制措施。

本发明提供的汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法与系统，实现了汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的定量评定和使用监控。在使用阶段，大修中测量红套环上两个测点之间的弦长并计算红套环的剩余紧力，如果蠕变与松弛导致汽轮机红套环的剩余紧力小于首次红套的红套紧力，表明高压内缸的红套紧力减小且红套紧力不合格；通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度，保证汽轮机大修后红套紧力不小于首次红套的红套紧力值，使汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，达到了控制汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的技术效果，为汽轮机红套环和高压内缸的安全与经济运行提供了技术依据。

附图说明

图1为本发明汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统的方框图；

图2为本发明汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法的流程图；

图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图；

图4为某型号600MW汽轮机红套环与高压内缸的结构示意图；

图5为红套环上两个测点之间弦长的主视图；

图6为红套环上两个测点之间弦长的俯视图；

图7为红套环上两个测点之间弦长的侧视图；

图8为某型号600MW汽轮机高压内缸第一只红套环红套紧力P_i随弦长变化值X_i的变化曲线；

图9为某型号600MW汽轮机高压内缸第一只红套环的过盈量δ_i随红套紧力P_i的变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统的方框图，所述的汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统包括游标卡尺1、数据库服务器2、计算服务器3、网页服务器4和用户端浏览器5，游标卡尺1测量的尺寸数据输入数据库服务器2，数据库服务器2连接计算服务器3，计算服务器3连接网页服务器4，网页服务器4连接用户端浏览器5，数据库服务器2中贮存红套环材料的弹性模量E与泊松比ν，高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径R_a、首次红套之前的汽缸外半径R_b1、首次红套之前的红套环内半径R_b2、首次红套之前的红套环外半径R_c、红套环上的测点半径R_t、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L₀、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L₁，汽轮机大修中采用游标卡尺测量的红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃。

如图2所示，为本发明所采用的监控方法的流程图，如图3所示，为汽轮机红套环与高压内缸红套紧力监控的计算服务器所采用的计算机软件框图，该软件安装在汽轮机红套环与高压内缸红套紧力监控的计算服务器上，应用于汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控。

以下结合具体应用实例来说明本发明。

某型号超临界600MW汽轮机，红套环与高压内缸的结构如图4所示，图4中11、12……17表示第一、二……七只红套环。在该台汽轮机的使用阶段，在运行10年后的大修中，应用图1所示的系统、图2所示的方法和图3所示的计算机软件，开展该汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控。该汽轮机红套环材料采用20Cr1Mo1VNbTiB钢，该台汽轮机高压内缸有7只红套环，本实施例对图4～图7所示的第一只红套环对应的汽缸部位进行红套紧力监控。该汽轮机第一只红套环对应的高压内缸的红套紧力监控结果列于表1和表2，该汽轮机高压内缸第一只红套环红套紧力P_i随弦长变化值X_i的变化曲线如图8所示，该汽轮机高压内缸第一只红套环的过盈量δ_i随红套紧力P_i的变化曲线如图9所示。

该汽轮机已经运行10年，其红套环与高压内缸红套紧力的监控方法具体为：第一步、输入红套环材料的弹性模量和泊松比：

该汽轮机高压内缸第一只红套环的材料牌号20Cr1Mo1VNbTiB，输入在室温下汽轮机高压内缸第一只红套环材料的弹性模量E＝2.13×10⁵MPa、泊松比ν＝0.27；

第二步、输入制造厂的高压内缸与红套环的测量数据：

输入制造厂测量的该汽轮机高压内缸套装第一只红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径R_a、首次红套之前的汽缸外半径R_b1、首次红套之前的红套环内半径R_b2、首次红套之前的红套环外半径R_c、红套环上的测点半径R_t、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L₀、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L₁，具体测量数据列于表1；

表1制造厂的高压内缸与红套环的测量数据

序号	项目	测量数据
			1	首次红套之前的汽缸内半径Ra/mm	514.000
2	首次红套之前的汽缸外半径Rb1/mm	642.965
			3	首次红套之前的红套环内半径Rb2/mm	642.500
4	首次红套之前的红套环外半径Rc/mm	765.465
			5	红套环上的测点半径Rt/mm	705.049
6	首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L0/mm	310.380
			7	首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L1/mm	310.550

第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀：

首次红套前后第一只红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀的计算公式和结果为：

Y₀＝L₁-L₀＝310.55-310.38＝0.17mm(19)

第四步、计算红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b：

该汽轮机第一只红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b的计算结果为：

δ_b＝R_b1-R_b2＝642.965-642.500＝0.465mm(20)

第五步、计算红套环的过盈量δ_i：

给定汽缸外半径与红套环内半径之间不同的垫片厚度H_i分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8，不同垫片厚度H_i对应的红套环的过盈量δ_i的计算公式为：

δ_i＝δ_b+H_i(21)

第六步、计算红套环红套后的分层半径R_b：

高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径R_b的计算公式为：

$R_b=\frac{R_{b1}+R_{b2}+{\mathrm{\δ}}_i}{2}---\left(22\right)$

第七步、计算过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i：

第i个过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i的计算公式为：

$P_i=\frac{{\mathrm{E\δ}}_i(R_b^2-R_a^2)(R_c^2-R_b^2)}{2R_b^3(R_c^2-R_a^2)}---\left(23\right)$

式中：

R_a——套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径

R_b——红套后高压内缸与红套环的分层半径

R_c——首次红套之前的红套环外半径

E——在室温下红套环材料的弹性模量；

第八步、计算测点径向位移u_i：

第i个过盈量δ_i对应的测点径向位移u_i的计算公式为：

$u_i=\frac{{\mathrm{\δ}}_i(R_b^2-R_a^2)}{2R_b(R_c^2-R_a^2)}\[\frac{(1+v)R_c^2}{R_t}+(1-v)R_t\]---\left(24\right)$

式中：

R_t——红套环上的测点半径

ν——在室温下红套环材料的泊松比；

第九步、计算两个测点之间弦长变化值X_i：

第i个过盈量δ_i对应的红套环上两个测点之间弦长变化值X_i的计算公式为：

$X_i=(\frac{R_t+u_i}{R_t}-1)Y_0---\left(25\right)$

该汽轮机第一只红套环与高压内缸红套紧力监控的第五步至第九步的计算结果列于表2；

表2不同厚度垫片上述第五步至第九步的计算结果

第十步、确定红套紧力的比例系数k₁：

对于该汽轮机高压内缸第一只红套环的n组数据(P_i，X_i)，采用现有技术的线性回归法，得出回归常数a＝0.1178683、比例系数k₁＝128.0497996，该红套环的红套紧力P_i随弦长变化值X_i的变化曲线如图8所示，回归线性函数表示为：

P_i＝a+k₁X_i(26)

式中：

a——回归常数

k₁——红套紧力的比例系数；

第十一步、计算新增紧力ΔP_i：

由公式(26)得出新增紧力ΔP_i的正比例函数表示为：

ΔP_i＝k₁ΔX_i(27)

式中：

ΔP_i——新增紧力

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十二步、确定垫片厚度的比例系数k₂：

对于该汽轮机高压内缸第一只红套环的n组数据(δ_i，P_i)，采用现有技术的线性回归法，得出回归常数b＝0.0003、比例系数k₂＝0.03119371，该红套环的过盈量δ_i随红套紧力P_i的变化曲线如图9所示，回归线性函数表示为：

δ_i＝b+k₂P_i(28)

式中：

b——回归常数

k₂——垫片厚度的比例系数；

第十三步、计算新增垫片厚度Δδ_i：

由公式(28)得出新增垫片厚度Δδ_i的正比例函数表示为：

Δδ_i＝k₂ΔP_i＝k₁k₂ΔX_i(29)

式中：

Δδ_i——新增垫片厚度

ΔP_i——新增垫片厚度Δδ_i对应的新增紧力

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十四步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：

在该汽轮机大修中，采用游标卡尺测量第一只红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂＝310.66mm和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃＝310.58mm，游标卡尺测量的尺寸数据输入数据库服务器；

第十五步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：

经过10年运行后，在该汽轮机大修中，第一只红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算结果为：

Y＝L₂-L₃＝310.66-310.58＝0.08mm(30)

第十六步、计算红套环的剩余紧力P_R

在汽轮机大修中，第一只红套环拆除前红套环的剩余紧力P_R的计算结果为：

P_R＝a+k₁Y＝0.1178683+128.0497996×0.08＝10.355771MPa(31)

第十七步、计算首次红套的红套紧力P₀：

该汽轮机第一只红套环与高压内缸的首次红套的红套紧力P₀的计算结果为：

$\begin{array}{c}{P}_0=\frac{E({\mathrm{\δ}}_b+{\mathrm{\δ}}_0)(R_b^2-R_a^2)(R_c^2-R_b^2)}{2R_b^3(R_c^2-R_a^2)}\\ =\frac{2.13\×{10}^5(0.465+0.2)({642.8325}^2-{514}^2)({765.465}^2-{642.8325}^2)}{2\×{642.8325}^3({765.465}^2-{514}^2)}\\ =21.328864MPa\end{array}---\left(32\right)$

式中：

δ_b——红套环与高压内缸的初始过盈量

δ₀——首次红套时在红套环与高压内缸之间加装的垫片厚度；

第十八步、红套环与高压内缸红套紧力的监控：

在汽轮机大修中，应用汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统，对于汽轮机第一只红套环与高压内缸的红套紧力进行控制：

(1)若P_R≥P₀，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控合格，表明汽轮机采用红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控结束，进入第二十三步；

(2)若P_R＝10.355771MPa＜P₀＝21.328864MPa，汽轮机第一只红套环与高压内缸红套紧力的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十九步；

第十九步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：

在该汽轮机大修中，第一只红套环上两个测点之间的弦长增量ΔX的计算结果为：

ΔX＝Y₀-Y＝0.17-0.08＝0.09mm(33)

式中：

Y₀——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值

Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；

第二十步、计算红套环大修的新增紧力ΔP

在汽轮机大修中，第一只红套环的新增紧力ΔP的计算结果为：

ΔP＝k₁ΔX＝128.0497996×0.09＝11.524482MPa(34)

第二十一步、红套紧力的优化控制措施：

在汽轮机大修中，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的优化控制措施，就是对已经发生蠕变与松弛的第一只红套环，通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的红套紧力，汽轮机第一只红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：

ΔH＝k₁k₂ΔX＝128.0497996×0.031197371×0.09＝0.36mm(35)

式中：

k₁——红套紧力的比例系数

k₂——垫片厚度的比例系数；

第二十二步、计算大修后红套环的红套紧力P

在汽轮机大修后，第一只红套环的红套紧力P的计算结果为：

P＝P_R+ΔP＝10.355771+11.524482＝21.880192MPa＞P₀(36)

第二十三步、打印输出结果：

根据需要打印输出汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力监控的计算结果和优化控制措施。

该600MW汽轮机红套环高压内缸，由于第一只红套环工作在高温区，运行10年以后发生蠕变与松弛，导致在大修中第一只红套环部位的高压内缸红套紧力的监控不合格，采取的优化控制措施是通过在第一只红套环与高压内缸之间的新增加垫片厚度0.36mm，在使用阶段，保证汽轮机大修后第一只红套环的红套紧力不小于首次红套的红套紧力值P₀，使汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，为该600MW汽轮机红套环和高压内缸的安全与经济运行提供了技术依据。

Claims (4)

1.一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于，该方法由以下步骤组成：

第一步、获得室温下汽轮机高压内缸红套环材料的弹性模量E和泊松比v；

第二步、获得制造厂的高压内缸与红套环的测量数据，包括：

汽轮机高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径R_a、首次红套之前的汽缸外半径R_b1、首次红套之前的红套环内半径R_b2、首次红套之前的红套环外半径R_c、红套环上的测点半径R_t、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L₀、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L₁；

第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀：

首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y₀的计算公式为：

Y₀＝L₁-L₀(1)

第四步、计算红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b：

红套环与高压内缸的初始过盈量δ_b的计算公式为：

δ_b＝R_b1-R_b2(2)

第五步、计算红套环的过盈量δ_i：

给汽缸外半径与红套环内半径之间加装不同厚度的垫片，厚度为H_i的第i个垫片对应的红套环的过盈量δ_i的计算公式为：

δ_i＝δ_b+H_i(3)

第六步、计算红套后红套环的分层半径R_b：

高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径R_b的计算公式为：

$R_b=\frac{R_{b1}+R_{b2}+{\mathrm{\δ}}_i}{2}---\left(4\right)$

第七步、计算过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i：

过盈量δ_i对应的红套环与高压内缸的红套紧力P_i的计算公式为：

$P_i=\frac{{\mathrm{E\δ}}_i\left(R_b^2-R_a^2\right)\left(R_c^2-R_b^2\right)}{2R_b^3\left(R_c^2-R_a^2\right)}---\left(5\right)$

式中：

R_a——套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径；

R_b——红套后高压内缸与红套环的分层半径；

R_c——首次红套之前的红套环外半径；

E——在室温下红套环材料的弹性模量；

第八步、计算测点径向位移u_i：

过盈量δ_i对应的测点径向位移u_i的计算公式为：

$u_i=\frac{{\mathrm{\δ}}_i\left(R_b^2-R_a^2\right)}{2R_b\left(R_c^2-R_a^2\right)}\[\frac{(1+v)R_c^2}{R_t}+(1-v)R_t\]---\left(6\right)$

式中：

R_t——红套环上的测点半径；

v——在室温下红套环材料的泊松比；

第九步、计算两个测点之间弦长变化值X_i：

过盈量δ_i对应的红套环上两个测点之间弦长变化值X_i的计算公式为：

$X_i=\left(\frac{R_t+u_i}{R_t}-1\right)Y_0---\left(7\right)$

第十步、确定红套紧力的比例系数k₁：

对于该汽轮机高压内缸红套环的n组数据(P_i，X_i)，采用线性回归法，得出回归常数a和比例系数k₁，该红套环的红套紧力P_i随弦长变化值X_i的变化的线性函数表示为：

P_i＝a+k₁X_i(8)

式中：

a——回归常数；

k₁——红套紧力的比例系数；

第十一步、计算新增紧力ΔP_i：

由公式(8)得出新增紧力ΔP_i的正比例函数表示为：

ΔP_i＝k₁ΔX_i(9)

式中：

ΔP_i——新增紧力；

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十二步、确定垫片厚度的比例系数k₂：

对于该汽轮机高压内缸红套环的n组数据(δ_i，P_i)，采用线性回归法，得出回归常数b和比例系数k₂，该红套环的过盈量δ_i随红套紧力P_i的变化的线性函数表示为：

δ_i＝b+k₂P_i(10)

式中：

b——回归常数；

k₂——垫片厚度的比例系数；

第十三步、计算新增垫片厚度Δδ_i：

由公式(10)得出新增垫片厚度Δδ_i的正比例函数表示为：

Δδ_i＝k₂ΔP_i＝k₁k₂ΔX_i(11)

式中：

Δδ_i——新增垫片厚度；

ΔP_i——新增垫片厚度Δδ_i对应的新增紧力；

ΔX_i——新增紧力ΔP_i对应的弦长增量；

第十四步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：

在汽轮机大修中，测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃；

第十五步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：

经过运行后，在汽轮机大修中，红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算公式为：

Y＝L₂-L₃(12)

第十六步、计算红套环的剩余紧力P_R

在汽轮机大修中，红套环拆除前红套环的剩余紧力P_R的计算公式为：

P_R＝a+k₁Y(13)

第十七步、计算首次红套的红套紧力P₀：

红套环与高压内缸的首次红套的红套紧力P₀的计算公式为：

$P_0=\frac{E\left({\mathrm{\δ}}_b+{\mathrm{\δ}}_0\right)\left(R_b^2-R_a^2\right)\left(R_c^2-R_b^2\right)}{2R_b^3\left(R_c^2-R_a^2\right)}---\left(4\right)$

式中：

δ_b——红套环与高压内缸的初始过盈量；

δ₀——首次红套时在红套环与高压内缸之间加装的垫片厚度；

第十八步、红套环与高压内缸红套紧力的监控：

在汽轮机大修中：

1)若P_R≥P₀，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控合格，表明汽轮机采用红套环与高压内缸的红套紧力处于受控状态，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控结束；

2)若P_R＜P₀，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十九步；

第十九步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：

在汽轮机大修中，红套环上两个测点之间的弦长增量ΔX的计算公式为：

ΔX＝Y₀-Y(15)

式中：

Y₀——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；

Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；

第二十步、计算红套环大修的新增紧力ΔP：

在汽轮机大修中，红套环的新增紧力ΔP的计算公式为：

ΔP＝k₁ΔX(16)

第二十一步、红套紧力的优化控制措施：

在汽轮机大修中，汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的优化控制措施就是：对已经发生蠕变与松弛的红套环，通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的红套紧力，汽轮机红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：

ΔH＝k₁k₂ΔX(17)

式中：

k₁——红套紧力的比例系数；

k₂——垫片厚度的比例系数；

第二十二步、计算大修后红套环的红套紧力P

在汽轮机大修后，红套环的红套紧力P的计算公式为：

P＝P_R+ΔP(18)

汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控结束。

2.如权利要求1所述的一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于：所述第五步中，汽缸外半径与红套环内半径之间加装的不同的垫片的厚度分别为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm。

3.如权利要求1所述的一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于：所述第十四步中，采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L₂和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L₃。

4.一种汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控系统，采用如权利要求1～3任一项所述的汽轮机红套环与高压内缸红套紧力的监控方法，其特征在于：包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，将所述监控方法中相关的测量数据输入数据库服务器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器根据设定的计算方法进行计算，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，通过用户端浏览器显示汽轮机红套环与高压内缸的红套紧力监控的计算结果和优化控制措施。