确定热负荷涡轮机转子的剩余寿命的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定热负荷涡轮机（１０）的转子（１１）的剩余寿命的方法。在该方法中，确定转子（１１）上的温度，从所确定的温度获取转子（１１）上的热应力，且从获得的热应力推导出关于转子（１１）剩余寿命的结论。为了容易地、精确地和灵活地确定剩余寿命，在转子（１１）上的预定点（１８）处直接测量温度，且从所确定的温度获取转子（１１）上的热应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热负荷涡轮机领域。本专利技术涉及一种确定根据权利要求1的前序部分 的热负荷涡轮机转子的剩余寿命的方法。本专利技术还涉及一种实施该方法的装置。
技术介绍
已知的是，在热负荷涡轮机(在此，但非排他的是汽轮机)的转子的寿命中可观的 破损源自转子材料(尤其涡轮机入口上)内的高温度梯度。在这种涡轮机的涡轮过渡阶段 期间(例如，启动期间或停机期间)，由热动力状况的突然改变引起高温度梯度。在启动期 间，例如，转子仍处于低温，而工作气体(也就是说，在汽轮机的情形中的蒸汽)流入到具有 高压和高温的热汽管道中。于是，直接暴露于热汽中的转子表面带有更高的温度，而转子主 体的主要部件仍处于(低)初始值。这导致在主体与表面之间的高温度梯度，该高温度梯度被转换成机械应力。因为 在这种汽轮机的连续启动和停机阶段，尤其是在现代快速启动联合循环电站应用中和具有 高蒸汽温度(超超临界use)的涡轮中，转子的寿命由于循环热量应力(低循环疲劳LCF) 而降低。因此，用于基于转子中应力计算来剩余寿命的可靠算法取决于转子入口区域中的 温度的精确测量值。迄今，还未直接测量涡轮的入口区域中的转子温度。相反，例如，借由热元件在内 部的外壳的不同点处已经进行温度测量，且由此基于转子和外壳之间的传递功能来确定转 子上的相应温度。基于这些测量值，于是获取转子的应力以及由此获取剩余寿命。然而，这 个程序对于快速过渡过程来说具有一些限制，对于以比常规蒸汽温度更高的温度操作的机 械来说尤其如此。在该情形中，必须考虑到这样的事实转子(在具有两次切换的联合循环 电站中)的机械应力超过10%可能表示寿命40%的减少。US-A-4, 796，465公开了一种监视涡轮机(尤其是汽轮机)中的材料的方法和装 置，其中从转子盘或其它涡轮部件的锻件取用材料样品，且在最终机加工锻件之后，为此目 的将材料样品插入到所提供的凹槽中。然后在操作期间，将样品暴露于其主要经历的状况 中。在预定操作时间之后，样品被再次移除且进行材料疲劳等的检查，以便可确定机械的剩 余寿命。该方法相当复杂且在实用方面很不灵活。JP-A-6200701公开了一种确定汽轮机的转子的剩余寿命的方法，其中在定期间隔 下测量新式转子的高温部件的硬度。由此计算硬度降低速率，由该硬度降低速率最终获得 转子的寿命。同样，该方法需要进入电站且因此是复杂和不灵活的。JP-A-7217407公开了一种监视涡轮寿命消耗的方法和装置，其中测量外壳以及外 壳厚度中间部分上的表面温度且从差值来计算热应力以及将热应力与计算的极限值比较。 该方法主要适合于静态部件(外壳、阀等等)。充其量，该测量使得可能间接测量，从而得到 关于转子的剩余寿命的结论。JP-A-63117102公开了一种在转子的光孔中确定汽轮机的寿命的方法，其中借由 在光孔中可移动的电阻传感器来测量转子的高温部件和低温部件的电阻。于是，从电阻的差值来推导出高温部件的寿命。这种差值测量需要复杂的内置运动机构，这种运动机构是 复杂的且在操作期间易于出故障，且需要用于将其内置并进行维护的可观附加成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是阐述一种确定受热负荷涡轮机转子的剩余寿命的方法，还提供一 种用于实施该方法的装置，该方法避免了已知方法的不利之处且其特征在于使用的灵活 性、设置的简易性和高操作可靠性，在此需要尤其强调的是，用于确定发生在转子中的热应 力的方法可有利地实施于至少涡轮机(在该情形中，例如汽轮机中)的受控启动阶段，在涡 轮机的启动之前和/或启动期间，考虑到高负荷涡轮机部件中的容许热应力之后，确定在 涡轮机入口和锅炉出口处的容许蒸汽参数。该目的是通过权利要求1和9的所有技术特征来实现的，关于权利要求9，该目的基本不受限于汽轮机。对于根据本专利技术的方法重要的是，在转子的一个或多个预定点处直 接测量温度，以及从测量温度获取转子上的热应力。根据本专利技术的一个实施例，尤其借由高温计来非接触式地测量转子上的温度。根据本专利技术的方法的另一实施例的特征在于，转子绕轴线可旋转地安装且由外壳 围绕；在于，运动叶片排在轴向方向上间隔地相继设置在转子上，热工作气体在轴向方向上 流动通过该运动叶片排；在于，工作气体被引入到在入口区域中的转子的叶片装置中；还 在于，在入口区域中测量转子上的温度。具体地说，如果入口区域由流入螺旋体形成，且入口区域形成于外壳中且环状围 绕轴线，用于将热工作气体径向引入，且通过邻近流入螺旋体的偏转管道用于将进入的工 作气体从径向方向偏转到轴向方向，那么有利的是在启动叶片装置之前在偏转管道中立刻 测量转子上的温度。进一步的实施例的特征在于，在环绕外壳上的固定点处测量转子的温度，尤其在 围绕外壳上位于与工作气体管道相反的点处直接测量转子的温度。根据本专利技术的装置的实施例的特征在于，温度记录器是高温计。具体地说，涡轮机具有用于将工作气体引入到转子的叶片装置中的入口区域，该 高温计定向在转子的测量区域上，且所述测量区域位于入口区域中。优选地，温度记录器或高温计与转子的预定点或测量区域正好相反地设置在外壳 上。在该情形中有利的是，温度记录器或高温计固定地设置在外壳上。根据本专利技术的装置的另一实施例的特征在于，温度记录器或高温计连接到评估单 元，所述评估单元后接指示器装置，用于指示剩余寿命，具体地说，该评估单元具有用于控 制涡轮机的操作的控制输出。附图说明现将通过示例性实施例结合附图来更详细地描述本专利技术，在附图中图1示出了贯通根据本专利技术示例性实施例的用高温计非接触式测量转子温度的 汽轮机的示例性入口区域的纵截面。具体实施例方式根据本专利技术，构想出使用高温计作为用于监视热应力的装置的输入构件。公知的 是，高温计适合用于实心主体表面上温度的非接触式测量，从而记录由主体发出的热辐射。 因此可能直接读出转子上尤其重要的部位的温度，而不是基于必须实施的传递功能来间接 确定。图1基于例如在EP-A2-1 536 102中所公开的基于汽轮机构造再现了贯穿这种汽 轮机的入口区域的纵截面，在根据本专利技术的示例性实施例的汽轮机中配置用于温度测量的 高温计。图1的汽轮机10包括绕轴线22可旋转的转子11，且转子11在一端处终结于转子 轴12。转子11由(内部的)外壳13同心围绕，在转子11与外壳13之间形成有热汽管道 26，在热汽管道26中设置包括导叶16和运动叶片17的叶片装置。导叶16被紧固到外壳 13，而运动叶片17与转子11绕轴线22旋转。热汽经由形成于外壳13中的同心流入螺旋体14而供应给涡轮机，通过偏转管道 15从径向方向偏转到轴向方向中并轴向传送到具有叶片装置16、17的热汽管道26中，以便 在其中膨胀且同时做功。在偏转管道15中主要是高温，而在低于第一运动叶片排的转子区 域中尤其严重地出现高热交替负荷，转子11的温度通过高温计20在测量区域18中进行非 接触式测量，高温计20固定地附连到外壳13上，位于相对两侧且位于从测量区域18发出 的热或红外辐射束19所落入的部位上。当然，当转子11在旋转时，测量区域18在任何时 间点对应于转子11的另一表面区域，这取决于环形位置。如果由高温计20进行的温度测 量与转子11的旋转以合适的方式进行同步，那么温度测量总是可出现在转子11的相同表 面区域。否则，将转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定热负荷涡轮机（１０）的转子（１１）的剩余寿命的方法，在所述方法中，确定涡轮机的转子（１１）上的温度，从所确定的温度获取转子（１１）上的热应力，以及从得到的热应力推导出转子（１１）的剩余寿命，其特征在于，在转子（１１）的预定点（１８）处直接测量温度，并且，从测量的温度来获得转子（１１）上的热应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CH 2007-11-2 01717/07一种用于确定热负荷涡轮机(10)的转子(11)的剩余寿命的方法，在所述方法中，确定涡轮机的转子(11)上的温度，从所确定的温度获取转子(11)上的热应力，以及从得到的热应力推导出转子(11)的剩余寿命，其特征在于，在转子(11)的预定点(18)处直接测量温度，并且，从测量的温度来获得转子(11)上的热应力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮机是汽轮机。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，非接触式地测量转子(11)上的温度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，借由高温计(20)来测量转子(11)上的温度。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述转子(11)绕轴线(22) 可旋转地安装且由外壳(13)围绕；运动叶片(17)排在轴向方向间隔开地相继设置在转子 (11)上，热工作气体在轴向方向上流动通过所述运动叶片排；工作气体被引入到转子(11) 的叶片装置(17)中位于入口区域(14，15)中；并且，在入口区域(14，15)中测量转子(11) 上的温度。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述入口区域由流入螺旋体(14)形成，所 述入口区 域形成在外壳(13)中且环状围绕轴线(22)，用于将工作气体径向引入，且通过邻 近流入螺旋体(14)的偏转管道(15)用于将进入的工作气体从径向方向偏转到轴向方向； 还在于，在启动叶片装置(17)之前在偏转管道(15)中立刻测量转子(11)上的温度。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在环绕外壳(13)上的固定点 进行转子(11)上的温度测量。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：F孔朱，A埃尔扎姆，WFD莫尔，P鲁菲诺，P魏斯，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]