KR960004204B1 - 고압 회전자 응력 손상 축적 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고압 회전자 응력 손상 축적 방법

제 1 도는 본 발명의 방법에 따른 플로우챠트.

제 2 도는 두 개의 응력값 사시의 손상을 측정하고 기록된 데이터에서 완전한 사이클을 흡수하기 위해 양호히 사용되는 단계의 보다 상세한 플로우챠트.

본 발명은 축적된 응력 손상의 트랙은 유지하기 위한 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 고압증기터빈 회전자에 있어서, 표면 효과 온도차에 의해 야기되는 응력 손상을 축적하기 위한 방법에 관한 것이다.

공지된 사실로, 물체가 일정치 않게 가열되거나 냉각되는 경우, 특정위치에 고정된 물체의 다른 부분에 대해 그 물체의 팽창 및 수축하는 부분으로 인하여 응력이 생긴다. 그러한 온도차에 의해 유도된 응력은 공지된 기법에 의해 계산될 수 있는데, 그것은 W.R. Berry의 ASME Paper No. 63-RWR-16에서 증기터빈 회전자에서 열적 순환 응력 크래킹 방지(Prevention of Cycle Thermal-Stress Cracking in Steam Turbine Rotors)의 논문에 잘 나타나 있다. 증기터빈은 통상 동작 온도를 검출하도록 모니터되어 터빈회전자에서 응력을 유도하는 표면 온도차가 계산될 수 있다. 상기에 의한 최종적인 정보가 다른 목적으로 터빈의 동작중 온도변화에 의한 회전자의 응력 손상을 측정하는데 사용된다.

측정된 응력 손상은 지속적인 가열 또는 냉각의 단일 기간중 유도되는 응력 손상의 특정량에 대응하는 량에 따라 기계적인 카운터를 증가시킴으로써 증가된다. 최근에 비휘발성 기억 장치가 기계적인 카운터 대용으로 사용되고 있다. 그러나, 기억 장치가 기계적인 카운터이건 비휘발성의 기어 장치이건 축적된 응력 손상카운터는 고장날 수도 있다. 이러한 이유로 인하여, 이중의 카운터 또는 기억 장치가 여분으로 통상 제공된다. 그러나, 터빈의 수명이 통상 30년인 경우에, 2중 3중의 여분으로만도 불충분하고 별도의 장치로 인해 코스트만 증가시킨다. 이러한 사전의 예방에도 불구하고 장치에 고장이 발생하여 그 고장은 예기치 않은 것이고 비휘발성 카운터인 경우에, 고장이전의 축적된 응력 손상은 거의 완전히 손실될 수도 있다.

본 발명의 주요 목적은 축적된 응력 손상을 영구히 저장하기 위한 어떠한 기계적 카운터나 전자적 기억 장치를 필요로 하지 않는 응력 손상 축적을 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적의 견지에서 본 발명은 온도 변화에 의해 유도되는 응력 손상을 축적하기 위한 방법을 포함하는데, 그 방법에는 연산 장치에서 다음 단계의 실행을 포함하고 있다. 즉, (a) 한 방향에서 연속온도 가변주기의 처음부터 끝까지 유도된 응력 손상 수치를 결정하는 단계를 포함하는데 상기 단계는 (b) 다수의 카운터 변수중 하나 즉, 상기 단계(a)에서 결정된 응력 손상 수치를 포함한 범위에 상응하는 카운터 변수를 증가시키는 단계, (c) 그 카운터 변수로 표시된 응력 손상 계수와 승산된 다수의 카운터 변수들을 각각 합산함으로써 축적된 응력 손상을 산출해내는 단계 (d) 한 방향에서 연속온도 가변주기 동안 상기의 단계를 (a 내지 b)을 반복하는 단계에 의해 구체화된다.

양호하게도, 카운터 변수는 처음 단계에서 결정된 응력을 카운터 인덱스로 변환하는 룩업테이블을 형성하여 상기 카운터 인덱스에 대응하는 카운터 변수를 증가시킴으로써 증가된다.

그 방법은 이전에 축적된 응력 손상값을 방금 계산된 축적된 손상값에 더해서 총 축적된 응력 손상값을 계산하는 단계를 포함하게끔 하므로써 재개가 가능하도록 하는 방법이다. 총 축적된 응력 손상값은 페이퍼와 같은 영구 기억 매체상에 바람직하게 출력된다. 총 축적된 응력 손상값은 경보설정 기준값과 비교되며 경보메세지는 총 축적된 응력 손상값이 경보설정 기준값을 초과하는 경우 출력이 된다. 상기 방법에 고압력 중기터빈의 회전자에 응력 손상을 누적시켜서, 경보설정 기준값을 초과할때는 터빈의 자동조절로 수정한다.

제 1 도의 플로우챠트는 방법의 개관을 제공한다. 단계(10)에서 종래 방법은 증기터빈의 온도를 검출해서 그 검출온도를 10³Ibs/inch²응력으로 변환시키는데 사용된다. 다음 단계는 이전에 실행되었던 변동요인을 단계(12)에서 검사하는 단계이다. 프로그램이 제 1 시간 동안 제공되면 작용 응력이 강도 유지를 판단하는 탄성 범위와 비교된다. 소량의 강도가 유도되는 경우에는 프로그램이 마지막까지 실행되지 않는다. 다량의 응력이 유도되면, 변수는 응력의 증가 또는 감소를 나타내도록 세트되어 처리단계(14)로 계속 진행한다.

단계(14)는 작용 응력을 이전 최대 응력값과 비교한다. 작용 응력이 같은 방향에서 계속 변화되거나 또는 이전의 최대값의 탄성범위내에 존재하면, 프로그램은 단계(16)를 실행한다. 작용 응력이 이전의 최대 응력 보다 큰 경우에는, 이전의 최대 응력의 작용 응력값과 동일하게 세트된다. 따라서 프로그램은 원상태로 복귀되어 계산될 다음 응력값을 기다린다.

단계(14)에서, 작용 응력이 역방향에서 탄성범위 이상 이전 최대 응력을 초과하는 경우에는 단계(20)로 이동된다. 단계(20)에서 이전의 최대 응력값은 변수(KPEAK)에 할당되고 가장 최근에 측정된 응력값으로 리세트된다. 추가로, 변수는 응력의 변화 방향이 이전의 역방향을 나타내도록 세트된다. 단계(22)에서는 완전한 사이클이 이루어진다. 이 단계는 선택 단계이기 때문에 제 2 도와 관련하여 하기에 상세히 기술하겠다. 완전한 사이클에 관계없이, 단계(24)에서는 한 방향에서의 계속적인 온도 변화를 나타내는 주기의 시작과 종료시에 유도된 응력 손실값이 결정되어 복수의 카운터 변수중 하나가 증가된다. 상기와 같은 처리 절차를 수행하는 단계는 제 2 도에 상세히 도시되어 있다. 가장 최근의 반사이클 동안 유도된 응력 손실이 단계(24)에서 결정되어지면, 이전에 축적된 응력 손실값, 즉 카운터 변수에 의해서 표시되는 응력 손실에 대응하는 계수를 반사이클 카운터 변수시간의 합에 더해서 총 축적된 손실값을 계산한다(단계 26). 따라서 총 축적된 응력 손실값은 영구 기억매체 즉 종이에 나타나며(단계 28), 단계(30)에서 경보설정 기준값과 비교된다. 총 축적된 응력 손실값이 경보설정 기준값을 초과하는 경우에는 메시지가 증기터빈의 작동기에 나타나지만 바람직한 경우는 온도의 변동값을 감소시키도록 증기터빈의 자동조절로 행하는 것이 바람직하다.

제 2 도의 단계(32)에 있는 비교부는 저장 데이터의 완전한 사이클을 수용하도록 단계(22)를 포함하는 것이 요구되는 경우에만 포함된다. 단계(32)가 완전한 사이클을 포함하지 않고 있거나 또는 사이클내에서 3개 혹은 소수의 최대값을 갖는 경우에는 단계(24a)가 실행된다. 제 2 도의 단계(24a)는 가장 최근의 작용응력 방향 변화와 방향이 변하기 전의 저장 최대 응력값 사이에 야기된 응력 손실 표시를 결정하는 하나의 방법을 나타내고 있다. 변수 NKSI는 가장 최근의 작용응력 방향변화와 어레이 PEAKS의 소자 NPEAK에 저장된 방향이 변하기전의 저장최대 응력값 간에 야기된 응력(KPEAK)간의 절대값차에 따른다. 따라서, 단계(24b)에서 기능 KSIOX는 반사이클 응력 NKSI를 어레이 HLFC의 인덱스 IHALF로 변화시키는데 사용된다. 이것은 결국 반 사이클 응력 NKSI를 포함하는 응력범위에 대응하는 인덱스가 된다. 인덱스 IHLF에 의해서 식별되는 카운터 변수 어레이 HLFC의 소자는 그 다음에 하나씩 증가된다. 최종적으로 피크값의 어레이(PEAKS)의 인덱스 NPEAK가 증가되며 가장 최근의 최대 응력값(KPEAK)는 NPEAK에 의해서 식별된 PEAKS의 소자에 할당된다.

증기터빈의 온도는 요구가 변함으로 인하여 변동되기 때문에, NPEAK 값은 오랜 주기동안 증가되며 NPEAK 값은 수용할 수 없을 만큼 커진다. 따라서 상기와 같은 문제를 처리하는데는 여러 가지 방법이 있다. 그 하나의 방법은 어레이 PEAKS를 주기적으로 클리어시켜서 NPEAK 값을 리세트하는 방법이다. NPEAK의 큰값 및 PEAKS의 다수소자를 방지하는 바람직한 방법이 제 3 도에 예시되어 있다.

NPEAK의 값이 단계(32)에서 3보다 작으면, 완전한 사이클을 검사하기 위해 최대 응력의 값은 부족하여 직접 단계(24a)로 진행한다. 배열 PEAKS에 저장된 3최대 응력값보다 크면 단계(34)로 넘어간다. 단계(34)에서, 온도변수 KP1, KP2, KP3, KK1 및 KK2는 도시한 바와 같이 그 값이 세트된다.

변수 KPa 여기서 n=1, 2 또는 3은 각각 이전에 검출된 최대 응력값을 포함한는데, 그 값은 이전의 지시에서 저장된 1, 2 및 3변화이다. 변수 KK1 및 KK2는 KP1 및 KP2가 어떻게 KP3 및 KPEAK와 비교되는가에 관한 지침을 제공하고 있다.

단계(36)에서, KK1 및 KK2의 값은 전류 응력의 이전지시 변화에서의 가장 최근의 변화와 이전지시에서 이미 검출된 최대 응력값 저장 3변화 사이에 한 사이클이 놓여 있는지 여부를 측정하도록 검출된다. 사이클 루우프가 없는 경우, 인덱스 NPEAK는 배열 PEAKS의 크기와 비교된다. PEAKS가 풀상태가 아니면, 과정은 계속 단계(24a)로 진행된다. 반면에, 완전한 사이클이 검출되거나 배열 PEAKS가 풀상태인 경우, 단계(24a) 및 단계(24b) 계산을 실행하기 이전에, 사이클 루우프에서 이미 검출된 최대 응력값을 소거하도록 단계(40)으로 진행한다.

단계(40)에서, 변수 NKSI는 이전의 지시에서, 이미 검출된 최대 응력값 1 및 2 변화사이에 유도되는 응력을 할당한다. 그러면, NKSI는 그때 증가된 계수기 변수 배열(HALFC)의 인덱스(IHALF)를 구하는데 사용된다. 상기 변수 NKSI가 이전지시에서, 이미 검출된 최대 응력값 저장 2 와 3변화 사이에서 유도되는 응력을 세트되고, NKSI를 포함하는 응력 범위를 나타내는 HALFC의 인덱스가 계산되어 IHALF에 의해 확인된 HALFC 소자는 1로 감소한다. 최종적으로, 배열 PEAKS의 다음 활동가능 소자인덱스(NPEAK)는 2로 감소한다.

단계(40)후, 처리는 결정단계(32)로 복귀하여 배열 PEAKS느 추가의 완전한 사이클을 위하여 검사될 수 있다. 추가의 완전한 사이클이 발견되지 않는다고 가정하면, 이전지시에 있어서, 이미 검출된 최대 응력값 저장 3변화는 단계(24a)에서 이전에 바로 저장된 최대 응력값으로서 사용되는데, 이는 NPEAK가 단계(40)에서 그만큼 감소하기 때문이다. 단계(40)에 있어서의 처리는 단계(34, 36)에 의해 검출된 사이클 루우프를 포함하도록 배열 HALFC에서 카운터 변수의 수정으로 나타내는데, 사이클 루우프에 선행하는 계속적인 온도 변화의 기간에 대응하는 응력은 포함치 않는다. 이러한 계속적인 온도 변화기간에 대응하는 응력 손상은 가장 최근의 최대 응력값(NPEAK)과 이전지시에서 이미 검출된 최대 응력값 저항 3변화 사이에서 단계(24a)에서 계산되는데, 상기 변화는 PEAKS(NPEAK)에서 있으며, 이는 단계(40)에서 2가 증가되기 때문이다.

기능 KSIDX는 한 지시에 있어서(또는 한 사이클을 포함하는 동등기간) 가장 최근의 실질적인 지속적 온도변화에 대한 결정된 가변 NKSI를 한 지시에 있어서 실질적인 지속온도 변화 기간동안 평가된 응력 손상의 특정량의 발생수를 나타내는 카운터 인덱스 IHALF로 변화시키는 룩업(look-up-tabke)을 실행한다. 카운터 변수의 배열(MALFC)에서 소자를 확인키 위해 이러한 인덱스를 사용함으로서, 다량성있는 스트레스 손상의 정확한 표시가 매우 효과있게 저장될 수 있다. 따라서, 단계(26)은 2에 대응하는 HALFC의 소자에 의해 표시된 응력 손상의 계수와 HALFC 타임에 있어서 각 배열 소자의 적을 합하는 것을 포함한다. 그러면 이러한 계산된 응력 손상은 전체 축적된 응력 손상(CYCLE ACCUM)을 나타내도록 단계(26)에서 이전에 축적된 응력 손상에 부가된다. 단계(28)에서, 페이퍼와 같은 연구 저장매체상에 전체 축적된 응력 손상을 출력시킴으로써, 본 발명에 따라 프로그램된 계산 장치에서 전력의 손실을 방지할 수 있다. 오퍼레이터는 단순히 최근에 프린트된 전체 축적 응력 손상을 만족하여 그것을 전력이 재저장 된후, 이전 축적된 응력 손상으로서 저장만 하면 된다.

Claims (13)

1. a) 한 방향에서 연속 온도 가변주기의 처음부터 끝까지 유도된 응력 손상값을 결정하는 단계를 포함하는 컴퓨터 장치에서의 온도 변화로 인한 응력 손상값을 축적하기 위한 방법에 있어서, b) 다수의 카운터 변수중 하나 즉, 상기 단계 a)에서 결정된 응력 손상값을 갖는 범위에 상응하는 카운터 변수를 증가시키는 단계(24b)와 ; c) 그 카운터 변수로 표시된 응력 손상값과 승산된 다수의 카운터 변수들을 각각 합산함으로써 축적된 응력 손상값을 산출해내는 단계(26)와 ; d) 한 방향에서의 연속온도 가변주기 동안 상기의 단계들(a 내지 c)을 반복하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 응력 손상값의 축적방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b)는 bi) 단계(a)에서 결정된 응력 손상값을 카운터 인덱스로 변환시키기 위해 룩-업 테이블 단계와, bii) 상기 카운터 인덱스에 해당하는 한 개의 카운터 변수를 증가시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계(a)는 ai) 표면 효과 온도 상위를 현재의 응력으로 변환시키는 단계를 구비하는데, aii) 현재의 응력 변화 방향에서 탄성범위를 초과한 최근의 변화를 검출해내는 단계(14)와, aiii) 단계 (aii)에서 검출된 현재응력이 최대값과, 응력 변화방향에서 이전의 변화와 각각 대응하는 사전 검출된 응력 최대값을 함께 기억하는 단계(24b,lasl line)와, aiv) 단계(aii)에서 검출된 현재 응력방향의 최근변화와 이전에 기억된 응력 최대값간에서 유도된 응력 손상값을 검출하는 단계(24a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계(a)는 단계(aiv)를 실행하기 이전에 av) 현재 응력 방향의 최근 변화와 3부분의 방향 변화를 사전에 기억하고 있는 사전 검출된 응력 최대값의 사이클 루프를 검사하는 단계(34, 36)와, avi) 상기 단계(av)에서 검출된 경우 상기 사이클 루프에서 사전 검출된 응력 최대값을 취소시켜서, 3부분의 방향 변화를 사전에 기억하고 있는 사전 검출된 응력 최대값이 단계(aiv)에서 사전 기억된 응력 최대값으로서 사용되게 하는 단계와, aii) 상기 단계(av)에서 검출된 상기 사이클 루프를 포함하는 반면 상기 사이클 루프이전의 연속 온도변화 주기에 의해 유도된 응력을 제거하기 위해 카운터 변수를 변화시키는 단계(40)를 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 이전에 검출된 최대 응력값은 배열내에 기억되고, 단계(avi)는 상기 배열의 두 개의 활용 가능한 소자 인덱스에 의해 결정되는 단계를 포함하며, 단계(avii)는 (aviii) 이전의 방향에서 이전에 검출된 최대 응력값 저장 2 내지 3부분변화 사이의 1/2사이클에 대응하는 카운터 변수를 감소시키는 단계 ; (avii2) 이전에 방향에서 이전에 검출된 최대 응력값 저장 1 내지 2 변화 사이의 1/2사이클에 대응하는 카운터 변수를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 단계(e)에서, 이전에 축적된 응력 손상값은 총 축적된 응력 손상값을 산출하기 위해 단계(c)에서 계산된 축적된 응력 손상값에 합해지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 단계(f)에서, 총 축적된 응력 손상값은 영구 저장매체상에 산출되는 것을 특징으로 하는방법.
8. 제 7 항에 있어서, 단계(f)에서, 총 축적된 응력 손상값은 종이에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서, (g) 총 축적된 응력 손상값이 경보설정 기준값과 비교되고 (h) 경보 메시지는 단계(g)와 비교해서 총 축적된 응력 손상값이 경보설정 기준값을 초과할 때 제공되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 표면 효과 온도차를 작용 응력으로 변화시키는 단계(a)와, 그 작용 응력의 변화 방향이 탄성한계를 초과할 때, 가장 최근의 변화를 검출하는 단계(b)가 연상 장치의 다음단계에서 실행되는 자동 제어 시스템으로 작동되는 고압 증기터빈에 대한 회전자의 온도 변화에 의해서 발생된 응력 손상을 축적하기 위한 방법에 있어서, (c) 단계(b)에서 검출된 작용 응력의 값 및 각각이 이전의 응력방향 변화에 대응하는 이전에 검출된 응력값을 저장하는 단계와 ; (d) 단계(b)에서 검출된 작용응력 방향의 가장 최근의 변화값과 변화되기 이전에 저장된 최대 응력값 사이에 생성된 응력 손상의 표시값을 결정하는 단계(24a)와 ; (e) 단계(d)에서 결정된 응력 손상의 표시값이 단계(d)에서 결정된 응력 손상의 표시값을 포함하는 한계값에 대응하는 카운터 인덱스로 변환되도록 룩-업 테이블을 수행하는 단계(24b, 제 1 라인)와 ; (f) 카운터 인덱스에 따라 선택된 복수의 카운터 변수중 하나의 변수를 증가시키는 ekseP(24b, 제 2 라인)와 ; (g) 복수의 카운터 변수의 각각에 카운터 변수로 표시되는 응력 손상의 계수를 곱해서 합하므로써 축적된 응력 손상을 계산하는 단계(26)와 ; (h) 이전에 축적된 응력 손상값을 단계(g)에서 계산된 축적된 응력 손상값에 추가하므로써 총 축적된 응력 손상값을 생성하는 단계(26)와 ; (i) 총 축적된 응력 손상값을 용지에 인쇄하는 단계(30)와 ; (k) 한 방향으로 온도 변화가 계속 발생되는 후속주기동안 상기 단계(a)-(j)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력 손상 축적 방법.
11. 제 10 항에 있어서, (i) 작용응력 변화방향에서의 가장 최근의 변화와 3부분의 방향변화에 따라 지정된 이전에 검출된 최대 응력값 사이에서 사이클 루프를 검사하는 단계(34＆36)와 ; (m) 이전에 검출된 최대 응력값이 단계(I)에서 검출된 경우에는 사이클 루프에서 그것을 삭제하느 단계(40)를 포함하므로써, 3부분 방향 변화로 저장된 이전에 검출된 최대 응력값이 단계(d)에서 변하기전 저장 최대 응력값으로 사용되며 ; (n) 사이클 루프가 단계(I)에서 검출되는 경우에는 카운터가 그것을 포함하도록 변경하여(40), 사이클 루프를 선행하는 계속적인 온도 변화 주기동안에 응력변화를 배제시키는 단계를 단계(d) 이전에 수행하는 것을 특징으로 하는 응력 손상 축적 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 이전에 검출된 최대 응력값은 어레이에 저장되고, 단계(m)는 다음에 이용할 수 있는 어레이의 두 개의 인덱스 성분을 감소시키는 단계를 포함하며, 단계(n)는 이전의 2부분 및 3부분 방향변화에 따라 저장된 이전에 검출된 응력값의 제 1 사이클의 반에 카운터 댕응하는 변수를 감소시키는 단계(n1)와 ; 이전에 한 부분 및 2부분 방향 변화에 따라 저장된 이전에 검출된 응력값의 제 2 사이클반에 대응하는 카운터 변수를 증가시키는 단계(n2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 응력 손상 축적 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 단계(I)는 경보설정 기준값이 초과될 때 고 압력 증기터빈의 자동제어 시스템을 변경시키는 것을 특징으로 하는 응력 손상 축적 방법.

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