虚拟的测温点制造技术

本发明专利技术涉及一种确定在厚壁或轴内的温度剖面和综合的平均温度和／或轴向温度的方法，其中，为了确定在加热或冷却过程中综合的平均壁温，按一种多层模型根据每一层的平均温度计算该综合的平均壁温。对此按本发明专利技术采取的措施是，为了确定在加热或冷却过程中综合的平均壁温使用一种多层模型，并利用各层的平均温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】虚拟的测温点本专利技术涉及一种确定在厚壁构件，例如集汽箱、蒸汽管路、阀壳、透平 汽釭或透平轴之类的壁或轴内的温度剖面和综合的平均温度和/或轴向温度 的方法。在如尤其在构件壁内，例如汽轮机、阀壳、蒸汽管路内改变工作方式时 发生的加热和冷却过程中，在这些构件的厚壁内形成可导致材料巨大应力的 温度梯度。这些材料应力可导致材料提前磨损直至断裂。为了正是在蒸汽动力装置中使用时监测这种温度梯度，迄今在构件壁内 加入至少一个或多个测温点。根据获得的壁温或工质温度测量值，可以估算 在构件壁内部的温差和尤其确定相关的综合平均壁温。将综合的平均温度与 允许的极值作比较，应将材料热应力保持在允许的界限内。然而这种方法比 较昂贵和容易出错。与之不同，综合的平均壁温也可以在避免昂贵和容易出错地在壁内置入 测量点的情况下或对于那些其中不可能实现任何测量点的构件(例如透平轴) 进行计算。 一种可能的方法是，温度的计算借助用于在金属杆内热传导的尤 其基于贝塞尔方程的等效的数学模型。然而迄今以此为基础在大型工业设备 例如蒸汽动力管的传导技术中实现的系统，取决于工质温度变化的周期倾向 于振动，这种振动限制可靠地评估如此获得的温度值。因此本专利技术的目的是，提供一种确定综合平均壁温/轴向温度的方法， 它即使不在涉及的壁内使用测温点，也能特别准确地描绘壁温剖面并与此同 时特别耐用和是自稳定的。按本专利技术为达到此目的采取的措施是，为了确定在加热或冷却过程中综 合的平均壁温使用 一种多层模型，并追溯使用该多层^^型每一层的平均温 度。在使用这种多层模型时，构件壁想象为分成一些平行于表面其数量取决 于壁厚的多个分层。针对每一层使用的材料数据(热容量、热导率)与分层的 几何形状无关。在每一层内实施输入和排出热流非定常的平衡。根据实施的 非定常热平衡确定相应的平均层温。多层模型作为测量值有利地仅采用一些过程参数，亦即蒸汽温度f^和 蒸汽质量流量^^以及壁内原始温度剖面，在平衡的原始状态后者可通过原 始壁温f,。,描述。若不存在蒸汽质量流量测量装置，则蒸汽流量借助一个以 压力P嵐和阀位置Hav或自由通流横截面为基础的等效模型计算。这些过程 参数易于检测以及在工业设备的传导技术中 一般反正是应提供的。尤其不需 要附加的嵌入所涉及壁内的测量点。本专利技术考虑问题的出发点在于，在加热和冷却过程中壁内的温度剖面并 因而综合平均壁温，在取消昂贵和容易出错的加入在壁内的测量点的情况 下，即使不可能直接测量温度，仍能借助一个多层模型足够准确和稳定地计 算。为此确定瞬时的壁温剖面规定作为非定常热流平衡的函数。原则上用厚 壁构件内和外壁表面温度或甚至用工质温度和周围或隔热装置温度或仅仅 表面温度(例如对于轴)也可以工作。但业已证实特别有利的是，将厚壁分成多个分层。由此得到的优点是能 更好地确定壁温剖面并因而更准确地计算综合平均壁温，因为在厚壁内部的 非定常温度剖面有严重的非线性。这主要源于材料的热导率和单位材料热容 量本身与温度有关。使用多层模型的另一个优点是，在壁足够精细地分成多 个分层时，为了计算与温度有关的热导率和比热容，可以使用向前定向的计 算结构，也就是说用先前层的平均温度取代当前层的平均温度，由此避免可 能有正号的反馈，以及计算线路有非常耐用的特性。热传导系数a的计算优选地在考虑蒸汽凝结、湿蒸汽和过热蒸汽的情况 下进行。为此按一种模型进行工质状态的识别。不仅识别可能的包括相应的 蒸汽份额和水份额的凝结，而且识别过热的蒸汽状态。若仅存在过热蒸汽作 为工质，则用于热流从工质传输到第 一个壁层内的热传导系数(Xam有利地作 为蒸汽流量A詹的函数而形成。若反之出现蒸汽凝结，则热传导系数a按有利的方式如此计算，即，对 于工质已凝结的份额，即所谓的凝结分量，采用恒定的热传导系数aw。为了确定此凝结分量，使用作为压力pAM的函数的饱和温度Ts、工质温度T八M和加热/冷却表面的温度T,(第一层的平均温度)。取两个值中之较大者为厚壁构件第一层的温度T,以及将此结果与可调 的常数K比较。两个值中之较大者构成两个商的分母，它们在分子中有工质 温度与饱和温度TAMTs之差和饱和温度与厚壁构件第一层温度之差Ts-T,。第一个商，如果它是正的，与过热蒸汽的热传导系数OtAM相乘，第二个商， 如果它是正的，与水的热传导系数0tw相乘，为的是考虑凝结。两个乘积之 和与过热蒸汽的热传导系数(Xam比较。两个值中之较大者便是得到的热传导系数a。综合平均壁温^,的计算，以特别有利的方式，根据在n个分层内输入 和排出热流的非定常平衡得到。这在n个所述的分层模型中进行。在第一个分层模型中，借助热传导系数a、工质温度T歲和不仅第一层 平均温度T,而且第二层平均温度T2,计算从工质到第一层内的热流^厕—,和 从第一层到第二层内的工质热流么-2。采用所涉及的层内的原始温度TAnf， 根据从工质到第 一层内的热流与从第 一层到第二层内的热流非定常的差,-么-2 ，通过对时间积分得出第 一层的平均温度T，。在第k个分层模型中，借助从第(k-l)层进入第K层内的热流《k-,^与从 第k层到第(k+l)层内的热流^(k+,)的非定常热流平衡，计算第k层的平均温 度Tk。采用第k层内的原始温度TAnfk,根据进入第k层内和从第k层出来 的非定常的热流差《w)—k-t(一，通过对时间积分得出第k层的平均温度Tk。最后，在最后一个分层模型中，根据从倒数第二层即第(n-l)层进入最 后的第(n)层内与从最后 一层进入隔热装置内的非定常热流平衡 《 —n-^1S。L,计算最后的第(n)层的平均温度Tn。第k层的热导率4和比热容Ck与温度的关系，恰当地通过多项式，优 选地二阶多项式近似，或通过一些适用的函数表达。最后，在一个模型中按特别有利的方式通过各层平均温度Tk的权重在 考虑分层材料重量和等效壁段的材料重量的情况下确定综合平均壁温t,。优选地，所述的整个方法在优选地在蒸汽动力装置的传导技术系统中能 力特别强的数据处理设备内实施。采用本专利技术获得的优点尤其在于，厚壁构件的壁温剖面和综合平均壁 温，在取消构件壁内加入测量点的情况下，仅由过程参数，即工质的质量流 量和温度以及壁内的原始温度分布，以及当不存在或不可能直接测量蒸汽流 量时，附加地通过压力和阀位置或自由通流横截面，便能可靠和稳定地说明。 在这里分层数选择得越多，综合平均壁温/轴向温度的确定越准确。下面借助附图详细说明按本专利技术的 一种采用三层模型和考虑隔热装置 (第四层)的实施例。其中附图说明图1表示通过蒸汽管的剖面作为一个分成三层的厚壁的例子；图2表示用于计算热传导系数的模型框图3表示用于计算第一层平均温度的模型框图4表示用于计算第二层平均温度的模型框图5表示用于计算第三层平均温度的模型框图；以及图6表示用于计算综合平均壁温的模型框图。在所有的图中相同的部分采用同样的附图标记。图1表示管段1的剖面作为厚壁的例子。蒸汽管内腔2流过工质(蒸汽)， 热流从这里传入第一层4。与之连接的是第二层6和第三层8。管段l被隔 热装置10包围。按图2，在蒸汽的情况下，蒸汽流量A^的测量值作为输入信号供给函数生成器32，它由此计算热传导系数ClAM作为在蒸汽的情况下的工质流量^^的函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定在厚壁或轴内的温度剖面和综合的平均温度和／或轴向温度的方法，其中，为了确定综合平均壁温，在一种多层模型中的加热或冷却过程中利用每一层的平均温度来计算该综合的平均壁温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥尔德里克扎维斯卡，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]