CN110287609B - 百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法 - Google Patents

百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算方法及系统，包括：S1.分别测量百万核电机组汽缸上半汽缸、下半汽缸中分面的形貌数据，获得上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况；S2.根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据有限元模型以及上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量；S3.根据半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据。本发明的百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法中，免除大修中扣缸执行全缸相对于半缸状态变形量测量工作，减小大量人力物力投入，为核电站带来显著经济效益。

Description

百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法
技术领域
本发明涉及百万千瓦大功率汽轮机领域，尤其涉及一种百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法。
背景技术
现代百万千瓦大功率汽轮机结构尺寸大，质量大，汽缸刚度差，在不同状态下汽缸会形变量不同，这对大型高速旋转汽轮机动静间隙有着不可忽略的影响，传统的方法是在机组半缸状态下，通过压铅丝、塞尺等手段测量汽轮机动静间隙，再在全缸状态下使用假轴法、拉钢丝法或复杂的压铅丝工艺方法测量动静间隙，以便得出全缸状态相对于半缸状态汽缸在水平、垂直方向的变化量，之后按照获得的变化数值计算出在半缸状态下汽轮机通流间隙的数值，并调整间隙至预期值，最终得到一个最接近运行状态的合理的汽轮机动静间隙值，确保机组运行安全性和经济性。
由于上述工艺要求，为此在目前机组有开缸大修项目中，都会执行全缸与半缸的变形量测量，因此工作量大，耗时长，投入的大量人力物力，延长主机检修工期，对于核电厂的追求的短工期大修有严重制约。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种百万核电机组汽缸中全缸通流间隙数据的计算方法，包括
S1.分别测量百万核电机组汽缸上半汽缸、下半汽缸中分面的形貌数据，获得上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况；
S2.根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据有限元模型以及上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量；
S3.根据所述半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据。
优选地，还包括S0：分别测量所述上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。
优选地，还包括S4：根据所述全缸通流间隙数分别对所述上半汽缸、所述下半汽缸进行通流间隙调整。
优选地，所述步骤S1中，通过激光追踪组件测量所述形貌数据。
优选地，所述激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标；所述步骤S1还包括：
布置所述激光追踪仪和所述上半汽缸/所述下半汽缸的相对位置；
在所述上半汽缸/所述下半汽缸周围布置参考靶标；
根据所述激光追踪仪和所述参考靶标测量所述上半汽缸/所述下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到所述形貌数据。
还提供一种百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统，包括
形貌数据测量装置，分别测量百万核电机组汽缸上半汽缸、下半汽缸的形貌数据；
建模计算装置，根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据有限元模型以及上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量；
修正装置，根据所述半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据。
优选地，还包括通流间隙数据测量装置，分别测量所述上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。
优选地，还包括调整装置，根据所述全缸通流间隙数分别对所述上半汽缸、所述下半汽缸进行通流间隙调整。
优选地，所述形貌数据测量装置通过一激光追踪组件测量所述形貌数据。
优选地，所述激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标；所述形貌数据测量装置还包括：
位置布置模块，布置所述激光追踪仪和所述上半汽缸/所述下半汽缸的相对位置；
靶标布置模块，在所述上半汽缸/所述下半汽缸周围布置参考靶标；
特征点测量模块，根据所述激光追踪仪和所述参考靶标测量所述上半汽缸/所述下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到所述形貌数据。
实施本发明的有益效果是：本发明的百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法中，通过建立有限元模型及相关计算得到半缸至全缸变形量，免除大修中扣缸执行全缸相对于半缸状态变形量测量工作，可以节省约2-4天时间，减小大量人力物力投入，大幅缩短检修时间，为核电站带来显著经济效益。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一些实施例中百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统的原理示意图；
图2是图1中形貌数据测量装置的原理示意图；
图3是一些实施例中建模计算装置建立的有限元模型；
图4是本发明一些实施例中百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出了本发明一些实施例中的百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统，用于对全缸通流间隙数据进行测量计算。本发明实施例中的百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统包括通流间隙数据测量装置10、形貌数据测量装置20、建模计算装置30、修正装置40和调整装置50。
其中，通流间隙数据测量装置10用于分别测量上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。作为选择，通流间隙数据测量装置10可以设置，也可以不设置。在半缸通流间隙数据是已知数据的情况下，通流间隙数据测量装置10可以不设置。通流间隙数据测量装置10的测量方式包括但不限于以下传统的方法：在机组半缸状态下，通过压铅丝、塞尺等手段测量汽轮机动静间隙、即半缸通流间隙数据。
形貌数据测量装置20用于分别测量百万核电机组汽缸中上半汽缸、下半汽缸中分面的形貌数据，获得上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况。在一些优选实施例中，形貌数据测量装置20通过一激光追踪组件测量形貌数据。其中，激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标。结合图2所示，形貌数据测量装置20还包括位置布置模块21、靶标布置模块22和特征点测量模块23。其中，位置布置模块21用于布置激光追踪仪和上半汽缸/下半汽缸的相对位置；靶标布置模块22用于在上半汽缸/下半汽缸周围布置参考靶标；特征点测量模块23，根据激光追踪仪和参考靶标测量上半汽缸/下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到形貌数据。
具体地，激光追踪组件可以是一套专用工具，包含：三脚架、缸内专用追踪仪支座、一套不同规格靶球(即参考靶标)、激光追踪仪、专用计算机、各类靶球座、一些其他附件。具体测量时可依据如下流程：
1)调整汽缸专用支墩的位置，使得每个支墩与汽缸上半支撑点位置相同。
2)调整汽缸装用支墩支撑面标高，使得各个支墩负荷与汽缸在工作位置基本相同，偏差不超过0.1mm。
3)汽缸开缸后，将汽缸上半吊起放置在调平的支墩上。
4)确认汽缸温度降至室内温度。
5)在汽缸周围布置好激光追踪仪参考靶标。
6)启动激光追踪仪预热，预热后测量参考靶标，校准合格后进行下一步。
7)用激光追踪仪和把球测量汽缸上半水平中分面的特征点，获取中分面的所有形貌数据。
8)用同样的方法获取汽缸下半中分面特征点，获取中分面的所有形貌数据。作为选择，形貌数据是指汽缸上特定点的数据点标高图、数据云图和数据图表中的一种或几种。
可以理解地，形貌数据测量装置20的测量、计算方式还可以为其他形式，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
建模计算装置30用于根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据有限元模型以及上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量。可以理解的，上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸可以为已有资料，或者，也可以通过一定的测量方式的得出，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
具体地，如图3示出了本发明一些实施例中建模计算装置30建立的有限元模型。建模计算装置30根据不同种类汽缸上下半结构特点，以及建立的汽缸有限元模型，按照获取的上下半汽缸中分面变形情况，以及历史获取的经验数据，计算出在全缸状态下，上下半汽缸各自的垂直、水平变形量，即半缸至全缸变形量。
可以理解地，建模计算装置30的建模及计算方式还可以为其他形式，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
修正装置40用于根据半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据。具体地，修正装置40根据半缸至全缸变形量对半缸测量的通流间隙数据进行修正，得到全缸状态的汽轮机通流数据。可以理解地，修正装置40可以使用已有技术中常见的计算方式来得到全缸通流间隙数据。
调整装置50用于根据全缸通流间隙数分别对上半汽缸、下半汽缸进行通流间隙调整。作为选择，调整装置50可以设置，也可以不设置。在通流间隙调整工作由外部其他系统完成的情况下，调整装置50也可以不设置。
以下结合图1-4对本发明一些实施例中百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算方法的具体步骤进行说明。本发明实施例中，百万核电机组汽缸中全缸通流间隙数据的计算方法包括步骤S0-S4。
其中，S0：分别测量上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。作为选择，步骤S0可以设置，也可以不设置。在半缸通流间隙数据是已知数据的情况下，步骤S0可以不设置。
S1.分别测量百万核电机组汽缸中上半汽缸、下半汽缸中分面的形貌数据，获得上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况；
在一些优选实施例中，步骤S1中通过激光追踪组件测量形貌数据。其中，激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标；步骤S1还包括：布置激光追踪仪和上半汽缸/下半汽缸的相对位置；在上半汽缸/下半汽缸周围布置参考靶标；根据激光追踪仪和参考靶标测量上半汽缸/下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到形貌数据。
具体地，激光追踪组件可以是一套专用工具，包含：三脚架、缸内专用追踪仪支座、一套不同规格靶球(即参考靶标)、激光追踪仪、专用计算机、各类靶球座、一些其他附件。具体测量时可依据如下流程：
1)调整汽缸专用支墩的位置，使得每个支墩与汽缸上半支撑点位置相同。
2)调整汽缸装用支墩支撑面标高，使得各个支墩负荷与汽缸在工作位置基本相同，偏差不超过0.1mm。
3)汽缸开缸后，将汽缸上半吊起放置在调平的支墩上。
4)确认汽缸温度降至室内温度。
5)在汽缸周围布置好激光追踪仪参考靶标。
6)启动激光追踪仪预热，预热后测量参考靶标，校准合格后进行下一步。
7)用激光追踪仪和把球测量汽缸上半水平中分面的特征点，获取中分面的所有形貌数据。
8)用同样的方法获取汽缸下半中分面特征点，获取中分面的所有形貌数据。作为选择，形貌数据是指汽缸上特定点的数据点标高图、数据云图和数据图表中的一种或几种。
S2.根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据有限元模型以及上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量。可以理解的，上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸可以为已有资料，或者，也可以通过一定的测量方式的得出，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
具体地，如图3示出了本发明一些实施例中步骤S2建立的有限元模型。建模计算装置30根据不同种类汽缸上下半结构特点，以及建立的汽缸有限元模型，按照获取的上下半汽缸中分面变形情况，以及历史获取的经验数据，计算出在全缸状态下，上下半汽缸各自的垂直、水平变形量，即半缸至全缸变形量。
S3.根据半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据。具体地，修正装置40根据半缸至全缸变形量对半缸测量的通流间隙数据进行修正，得到全缸状态的汽轮机通流数据。
S4：根据全缸通流间隙数分别对上半汽缸、下半汽缸进行通流间隙调整。作为选择，步骤S4可以设置，也可以不设置。在通流间隙调整工作由外部其他系统完成的情况下，步骤S4也可以不设置。
本发明一些实施例中百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算系统及方法的好处在于：采用激光追踪仪分别测量汽缸上、下半中分面特征点(即形貌数据)，获得上下缸中分面各自的变形量数据云图(即上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况)，根据上、下半汽缸结构和质量分布情况，用有限元法建立起上下半汽缸3D有限元模型，设立边界条件后可以计算出应力分布以及变形量，根据汽缸中分面变形量，计算在上下半合缸状态下，上、下半汽缸各自的变化量，依此变化量数据计算半缸状态下汽轮机通流间隙调整的修正值，按照修正值在汽轮机半缸状态下完成通流间隙调整工作，如此则可以免除大修中扣缸执行全缸相对于半缸状态变形量测量工作，可以节省约2-4天时间，减小大量人力物力投入，大幅缩短检修时间，为核电站带来显著经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种百万核电机组汽缸全缸通流间隙数据的计算方法，其特征在于，包括
S1.分别测量百万核电机组汽缸上半汽缸、下半汽缸中分面的形貌数据，获得上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况；
S2.根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立上半汽缸、下半汽缸的有限元模型，并根据所述有限元模型以及所述上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量，其中，所述半缸至全缸变形量包括所述上半汽缸的垂直、水平变形量和所述下半汽缸的垂直、水平变形量；
S3.根据所述半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据，从而免除执行全缸相对于半缸状态变形量的测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括S0：分别测量所述上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括S4：根据所述全缸通流间隙数分别对所述上半汽缸、所述下半汽缸进行通流间隙调整。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过激光追踪组件测量所述形貌数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标；所述步骤S1还包括：
布置所述激光追踪仪和所述上半汽缸/所述下半汽缸的相对位置；
在所述上半汽缸/所述下半汽缸周围布置参考靶标；
根据所述激光追踪仪和所述参考靶标测量所述上半汽缸/所述下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到所述形貌数据。
6.一种百万核电机组汽缸中全缸通流间隙数据的计算系统，其特征在于，包括
形貌数据测量装置(20)，分别测量百万核电机组汽缸中上半汽缸、下半汽缸的形貌数据；
建模计算装置(30)，根据上半汽缸、下半汽缸3D扫描数据或制造加工图纸分别建立所述上半汽缸、所述下半汽缸的有限元模型，并根据所述有限元模型以及所述上半汽缸、下半汽缸中分面变形情况分别计算上半汽缸、下半汽缸转换至全缸状态下的半缸至全缸变形量，其中，所述半缸至全缸变形量包括所述上半汽缸的垂直、水平变形量和所述下半汽缸的垂直、水平变形量；
修正装置(40)，根据所述半缸至全缸变形量修正半缸通流间隙数据，得到全缸通流间隙数据，从而免除执行全缸相对于半缸状态变形量的测量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括通流间隙数据测量装置(10)，分别测量所述上半汽缸、下半汽缸的半缸通流间隙数据。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括调整装置(50)，根据所述全缸通流间隙数分别对所述上半汽缸、所述下半汽缸进行通流间隙调整。
9.根据权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述形貌数据测量装置(20)通过一激光追踪组件测量所述形貌数据。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述激光追踪组件包括激光追踪仪和数个参考靶标；所述形貌数据测量装置(20)还包括：
位置布置模块(21)，布置所述激光追踪仪和所述上半汽缸/所述下半汽缸的相对位置；
靶标布置模块(22)，在所述上半汽缸/所述下半汽缸周围布置参考靶标；
特征点测量模块(23)，根据所述激光追踪仪和所述参考靶标测量所述上半汽缸/所述下半汽缸水平中分面的特征点，从而得到所述形貌数据。
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