汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法技术方案

汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法，属于汽轮机叶片振动参数监测技术领域。解决了现有汽轮机叶片振裂事故发生率高，叶片振动频率与幅值参数监测准确率低，无法准确评估叶片裂纹风险的问题。本发明专利技术采用传感器直接采集到汽轮机围带连接整圈叶片的振动数据，通过对汽轮机叶片的振动在线监测，基于振动信号实现收集叶片振动数据，进行实时的叶片的疲劳风险估计、裂纹识别和裂纹风险评估，避免叶片断裂事故的发生。本发明专利技术适用于汽轮机叶片裂纹评估与预警。

Crack Assessment System for Steam Turbine Blades and Early Warning Method for Steam Turbine Blade Cracks

The steam turbine blade crack assessment system and the steam turbine blade crack early warning method belong to the technical field of steam turbine blade vibration parameter monitoring. It solves the problem that the existing steam turbine blade vibration crack accident rate is high, the monitoring accuracy of blade vibration frequency and amplitude parameters is low, and the blade crack risk can not be accurately assessed. The invention adopts sensors to directly collect vibration data of turbine blades connected with the whole ring. Through on-line monitoring of vibration of turbine blades, vibration data of blades are collected based on vibration signals, and real-time fatigue risk estimation, crack identification and crack risk assessment of blades are carried out to avoid the occurrence of blade fracture accidents. The present invention is suitable for crack assessment and warning of steam turbine blades.

【技术实现步骤摘要】
汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法
本专利技术属于汽轮机叶片振动参数监测与裂纹评估

技术介绍
叶片是汽轮机的心脏，它的安全可靠性直接关系到汽轮机和整个电站的安全运行，且随着我国电力行业的迅速发展和技术水平的不断提高，大容量、高参数的汽轮机组已占据市场主导地位，叶片的工作环境也是越发恶劣，叶片振裂事故也是时有发生，由于汽轮机叶片只数多、难以安装在线监测传感器、叶片动力学特性复杂等因素，目前还没有准确评估其运行状态的手段，来有效的遏制叶片事故发生。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有汽轮机叶片振裂事故发生率高，叶片振动频率与幅值参数监测准确率低，无法准确评估叶片裂纹风险的问题，提出了一种汽轮机叶片裂纹评估系统及汽轮机叶片裂纹预警方法。本专利技术所述的汽轮机叶片裂纹评估系统，该系统包括叶片振动数据采集系统1、叶片振动数据管理系统2和叶片裂纹评估模块3；叶片振动数据采集系统1包括电涡流传感器11、信号转换电路12和信号调理电路13；电涡流传感器11，用于实时采集汽轮机运行状态下整圈叶片和单只叶片的振动脉冲时间模拟信号；并将汽轮机的整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号发送至信号转换电路12；所述电涡流传感器11的位置通过实验结合有限元仿真计算分析确定；信号转换电路12，用于接收汽轮机整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号数据，对接收的振动脉冲时间模拟信号数据进行模数转换，获得数字形式的振动数据，并结合汽轮机叶片的转速和键相信号，对数字形式的振动数据进行时间-位移转换，获得数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据；并将数字形式的振动位移数据发送至信号调理电路13；信号调理电路13，用于接收数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据，并对所接收的振动相位数据进行放大和滤波处理，并将放大滤波后的振动位移数据发送至叶片振动数据管理系统2；叶片振动数据管理系统2，用于接收放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，并对振动位移数据进行存储；同时接收叶片裂纹评估模块3发送的特征数据，对特征数据进行存储；并将接收的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据发送至叶片裂纹评估模块3；叶片裂纹评估模块3包括叶片振动数据分析模块31、疲劳评估预警模块32和裂纹评估模块33；叶片振动数据分析模块31，用于接收叶片振动数据管理系统2发送的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，对所接收的振动位移数据进行处理获取叶片振动的特征数据；并将汽轮机运行时整圈叶片的特征数发送至裂纹评估模块33，将将汽轮机运行时单只叶片的特征数据发送至疲劳评估预警模块32；所述特征数据包括汽轮机运行时单只叶片模态振动幅值和模态振动频率的和汽轮机运行时整圈叶片的模态振动幅值和模态振动频率；疲劳评估预警模块32，用于接收汽轮机单只叶片的模态振动幅值，并利用幅值-动应力关系模型，获得汽轮机单只叶片所受的动应力，并根据叶片高周疲劳的应力寿命考核方法获得汽轮机运行状态下单只叶片的疲劳损伤量；还用于判断汽轮机单只叶片疲劳损伤量是否大于叶片疲劳预警值，汽轮机单只叶片疲劳损伤量大于叶片疲劳预警值时，发出叶片疲劳预警信号，实现单只叶片疲劳损伤的评估预警；裂纹评估模块33，用于接收汽轮机整圈叶片的模态振动频率信号和单只叶片的模态振动频率信号，利用电厂数据库中汽轮机整圈叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得整圈叶片的裂纹状态，利用电厂数据库中汽轮机单只叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得单只叶片的裂纹状态；所述电厂数据库包括叶片振动幅值-动应力关系模型和汽轮机整圈叶片节径振动特性与叶片裂纹状态的对应关系，以及汽轮机单只叶片振动特性与叶片裂纹状态对应关系；汽轮机整圈叶片的节径振动特性数据包括1至10阶各节径振动下的固有频率和1至10阶各节径振动下的固有频率所对应的整圈叶片振动幅值,汽轮机单只叶片的振动特性数据包括1至10阶振动下的固有频率和1至10阶振动下的固有频率所对应的单只叶片振动幅值。进一步地，该系统还包括围带，所述围带用于将汽轮机位于同一平面的一圈叶片连接为一体结构。进一步，叶片振动数据管理系统2采用完全覆盖对数字形式的振动位移数据进行存储，采用稀释式存储方式对特征数据进行存储。进一步地，汽轮机整圈叶片和单只叶片的模态振动幅值均通过最大值筛选方法从数字形式的振动位移数据中直接提取。进一步地，汽轮机整圈叶片和单只叶片的模态振动频率通过对接收的数字形式的振动位移进行离散傅立叶转换后获取。进一步地，该系统还包括叶片之间特征对比分析模块4、异步共振参数分析模块5、人机交互模块6、同步共振参数分析模块7和趋势分析模块8；异步共振参数分析模块5，用于接收叶片振动数据分析模块31发送的整圈叶片和单只叶片的模态振动频率和模态振动幅值，提取汽轮机转速稳定时的整圈叶片和单只叶片的模态振动频率和模态振动幅值信号；当汽轮机转速稳定时的振动幅值超出阈值范围时或振动频率偏移量超过频率偏移阈值时，发出警报提示；并将汽轮机转速稳定时整圈叶片和单只叶片的模态振动频率和模态振动幅值信号发送至人机交互模块；同步共振参数分析模块7，用于接收叶片振动数据分析模块31发送的整圈叶片和单只叶片的模态振动频率和模态振动幅值，提取接收汽轮机启停过程中整圈叶片的模态振动频率和汽轮机转速信号，当汽轮机转速与整圈叶片模态振动频率一致时，发生同步共振，记录同步共振发生时的汽轮机转速和整圈叶片的振动幅值，绘制坎贝尔图，并将坎贝尔图信号发送至人机交互模块；趋势分析模块8，用于接收叶片振动数据分析模块31发送的整圈叶片和单只叶片的模态振动频率信号，绘制频率-时间图，并将频率-时间图信号发送至人机交互模块，叶片之间特征对比分析模块4，用于接收叶片振动数据分析模块31发送的单只叶片的振动位移幅值和模态振动频率，并将每只叶片的振动位移幅值和模态振动频率分别绘制成位移幅值-时间图和频率-时间图，并将位移幅值-时间图和频率-时间图发动至人机交互模块；人机交互模块6，用于接收同步共振参数分析模块发送的坎贝尔图信号、趋势分析模块发送的频率-时间图信号、叶片之间特征对比分析模块发送的位移幅值-时间图和频率-时间图信号，向叶片振动数据分析模块发送的模态振动频率信号；同时根据接收的控制信号对接收的坎贝尔图信号、频率-时间图信号、位移幅值-时间图和频率-时间图信号或模态振动频率信号进行显示。汽轮机叶片裂纹预警方法，该方法包括：步骤一、实时采集汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动时间脉冲信号；步骤二、对汽轮机整圈叶片和单只叶片的时间脉冲信号进行模数转换处理，获得数字形式的叶片振动时间脉冲信号，结合汽轮机叶片的转速和键相信号，将时间脉冲数字信号转化为数字形式的叶片振动位移数据；步骤三、对数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据进行放大和滤波处理；步骤四、对放大滤波后的振动位移数据提取叶片振动的特征数据，所述特征数据包括模态振动幅值和模态振动频率；获得汽轮机整圈叶片的模态振动幅值和模态振动频率，汽轮机单片叶片的模态振动幅值和模态振动频率；步骤五、根据汽轮机单片叶片的模态振动幅值，利用幅值-动应力关系模型，获得汽轮机单只叶片所受的动应力；根据叶片高周疲劳的应力寿命考核方法，获得汽轮机单只叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，该系统包括叶片振动数据采集系统(1)、叶片振动数据管理系统(2)和叶片裂纹评估模块(3)；叶片振动数据采集系统(1)包括电涡流传感器(11)、信号转换电路(12)和信号调理电路(13)；电涡流传感器(11)，用于实时采集汽轮机运行状态下整圈叶片和单只叶片的振动脉冲时间模拟信号；并将汽轮机的整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号发送至信号转换电路(12)；所述电涡流传感器(11)的位置通过实验结合有限元仿真计算分析确定；信号转换电路(12)，用于接收汽轮机整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号数据，对接收的振动脉冲时间模拟信号数据进行模数转换，获得数字形式的振动数据，并结合汽轮机叶片的转速和键相信号，对数字形式的振动数据进行时间‑位移转换，获得数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据；并将数字形式的振动位移数据发送至信号调理电路(13)；信号调理电路(13)，用于接收数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据，并对所接收的振动相位数据进行放大和滤波处理，并将放大滤波后的振动位移数据发送至叶片振动数据管理系统(2)；叶片振动数据管理系统(2)，用于接收放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，并对振动位移数据进行存储；同时接收叶片裂纹评估模块(3)发送的特征数据，对特征数据进行存储；并将接收的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据发送至叶片裂纹评估模块(3)；叶片裂纹评估模块(3)包括叶片振动数据分析模块(31)、疲劳评估预警模块(32)和裂纹评估模块(33)；叶片振动数据分析模块(31)，用于接收叶片振动数据管理系统(2)发送的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，对所接收的振动位移数据进行处理获取叶片振动的特征数据；并将汽轮机运行时整圈叶片的特征数发送至裂纹评估模块(33)，将将汽轮机运行时单只叶片的特征数据发送至疲劳评估预警模块(32)；所述特征数据包括汽轮机运行时单只叶片模态振动幅值和模态振动频率的和汽轮机运行时整圈叶片的模态振动幅值和模态振动频率；疲劳评估预警模块(32)，用于接收汽轮机单只叶片的模态振动幅值，并利用幅值‑动应力关系模型，获得汽轮机单只叶片所受的动应力，并根据叶片高周疲劳的应力寿命考核方法获得汽轮机运行状态下单只叶片的疲劳损伤量；还用于判断汽轮机单只叶片疲劳损伤量是否大于叶片疲劳预警值，汽轮机单只叶片疲劳损伤量大于叶片疲劳预警值时，发出叶片疲劳预警信号，实现单只叶片疲劳损伤的评估预警；裂纹评估模块(33)，用于接收汽轮机整圈叶片的模态振动频率信号和单只叶片的模态振动频率信号，利用电厂数据库中汽轮机整圈叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得整圈叶片的裂纹状态，利用电厂数据库中汽轮机单只叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得单只叶片的裂纹状态；所述电厂数据库包括叶片振动幅值‑动应力关系模型和汽轮机整圈叶片节径振动特性与叶片裂纹状态的对应关系，以及汽轮机单只叶片振动特性与叶片裂纹状态对应关系；汽轮机整圈叶片的节径振动特性数据包括1至10阶各节径振动下的固有频率和1至10阶各节径振动下的固有频率所对应的整圈叶片振动幅值,汽轮机单只叶片的振动特性数据包括1至10阶振动下的固有频率和1至10阶振动下的固有频率所对应的单只叶片振动幅值。...

【技术特征摘要】
1.汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，该系统包括叶片振动数据采集系统(1)、叶片振动数据管理系统(2)和叶片裂纹评估模块(3)；叶片振动数据采集系统(1)包括电涡流传感器(11)、信号转换电路(12)和信号调理电路(13)；电涡流传感器(11)，用于实时采集汽轮机运行状态下整圈叶片和单只叶片的振动脉冲时间模拟信号；并将汽轮机的整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号发送至信号转换电路(12)；所述电涡流传感器(11)的位置通过实验结合有限元仿真计算分析确定；信号转换电路(12)，用于接收汽轮机整圈叶片和单只叶片振动的脉冲时间模拟信号数据，对接收的振动脉冲时间模拟信号数据进行模数转换，获得数字形式的振动数据，并结合汽轮机叶片的转速和键相信号，对数字形式的振动数据进行时间-位移转换，获得数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据；并将数字形式的振动位移数据发送至信号调理电路(13)；信号调理电路(13)，用于接收数字形式的汽轮机整圈叶片和单只叶片的振动位移数据，并对所接收的振动相位数据进行放大和滤波处理，并将放大滤波后的振动位移数据发送至叶片振动数据管理系统(2)；叶片振动数据管理系统(2)，用于接收放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，并对振动位移数据进行存储；同时接收叶片裂纹评估模块(3)发送的特征数据，对特征数据进行存储；并将接收的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据发送至叶片裂纹评估模块(3)；叶片裂纹评估模块(3)包括叶片振动数据分析模块(31)、疲劳评估预警模块(32)和裂纹评估模块(33)；叶片振动数据分析模块(31)，用于接收叶片振动数据管理系统(2)发送的放大滤波后的汽轮机整圈叶片和单只叶片振动位移数据，对所接收的振动位移数据进行处理获取叶片振动的特征数据；并将汽轮机运行时整圈叶片的特征数发送至裂纹评估模块(33)，将将汽轮机运行时单只叶片的特征数据发送至疲劳评估预警模块(32)；所述特征数据包括汽轮机运行时单只叶片模态振动幅值和模态振动频率的和汽轮机运行时整圈叶片的模态振动幅值和模态振动频率；疲劳评估预警模块(32)，用于接收汽轮机单只叶片的模态振动幅值，并利用幅值-动应力关系模型，获得汽轮机单只叶片所受的动应力，并根据叶片高周疲劳的应力寿命考核方法获得汽轮机运行状态下单只叶片的疲劳损伤量；还用于判断汽轮机单只叶片疲劳损伤量是否大于叶片疲劳预警值，汽轮机单只叶片疲劳损伤量大于叶片疲劳预警值时，发出叶片疲劳预警信号，实现单只叶片疲劳损伤的评估预警；裂纹评估模块(33)，用于接收汽轮机整圈叶片的模态振动频率信号和单只叶片的模态振动频率信号，利用电厂数据库中汽轮机整圈叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得整圈叶片的裂纹状态，利用电厂数据库中汽轮机单只叶片的固有频率与叶片裂纹状态的对应关系，获得单只叶片的裂纹状态；所述电厂数据库包括叶片振动幅值-动应力关系模型和汽轮机整圈叶片节径振动特性与叶片裂纹状态的对应关系，以及汽轮机单只叶片振动特性与叶片裂纹状态对应关系；汽轮机整圈叶片的节径振动特性数据包括1至10阶各节径振动下的固有频率和1至10阶各节径振动下的固有频率所对应的整圈叶片振动幅值,汽轮机单只叶片的振动特性数据包括1至10阶振动下的固有频率和1至10阶振动下的固有频率所对应的单只叶片振动幅值。2.根据权利要求1所述汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，该系统还包括围带，所述围带用于将汽轮机位于同一平面的一圈叶片连接为一体结构。3.根据权利要求1或2所述汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，叶片振动数据管理系统(2)采用完全覆盖对数字形式的振动位移数据进行存储，采用稀释式存储方式对特征数据进行存储。4.根据权利要求1或2所述汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，汽轮机整圈叶片和单只叶片的模态振动幅值均通过最大值筛选方法从数字形式的振动位移数据中直接提取。5.根据权利要求1或2所述汽轮机叶片裂纹评估系统，其特征在于，汽轮机整圈叶片和单只叶片的模态振动频率通过对接收的数字形式的振动位移进行离散傅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏涛，李宇峰，翁振宇，马义良，关淳，初世明，薛海亮，李央，梁天赋，郭魁俊，马小乐，
申请(专利权)人：哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23