本发明专利技术涉及一种火力发电厂汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量算法，公开了通过机组轴系模型、固有频率和振型曲线计算轴系机械疲劳的计算过程和方法。该方法包括如下内容：确定汽轮机组轴系集中质量模型及其参数，选取轴系计算断面、危险截面位置；根据轴系模型参数，计算汽轮发电机组轴系固有频率和振型；求解次同步谐振频率信号在各计算断面处产生的转矩；根据轴系材料的扭转Ｓ－Ｎ曲线按照轴系各危险截面处实时计算的转矩得到该位置的机械疲劳。本发明专利技术是解决机组次同步振荡（ＳＳＯ）对汽轮发电机组轴系危害的关键研究，同时也可以应用于大型旋转机械的实时疲劳计算和危险评估。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大型火力发电厂、需要汽轮发电机组或大容量电动机的工业领域的轴 系机械疲劳的测量算法和应用。
技术介绍
大型火力汽轮机组技术是我国重大装备的关键设备之一，大功率机组的轴系具有轻质 柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，发电机材料利用系数提高，轴系截面功率密 度相对增大，轴系的加长使扭转刚度下降，轴系固有频率谱相对较密，诱发振动的能量较 低；同时电网也在朝着超高压大区域的方向发展，超高压远距离输电大量采用串补电容提 高电网输电能力。输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的不当加装，发电机励磁系统、 可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次同歩振荡(sso) 现象。汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应 力的受力状态。发生机电扰动时，汽轮机驱动转矩和发电机电磁制动转矩之间失去平衡， 作用在轴系上的扭转剪切应力也将发生变化，增加轴材料的疲劳损伤，降低使用寿命。当 扭应力大到一定程度时，将导致机组轴系损坏或断裂，严重影响机组安全可靠运行。如何准确测量运行中的大型汽轮发电机组在受到扰动产生扭振时的轴系机械疲劳是 保护机组轴系的关键。汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法实现SS0情况下对机组轴 系扭振的保护。国内目前尚无实时计算汽轮发电机组轴系机械疲劳的方法，且没有提 供机组轴系扭振保护与控制设备的厂家。本专利申报材料介绍一种汽轮发电机组轴系机 械疲劳的实时算法，通过测量装置测得运行中汽轮发电机组机端角速度变化值，应用 专门算法计算的机组轴系模态和振型，得到轴系截面处载荷-时间历程曲线，应用雨 流法统计应力循环，査阅相应材料零件S-N曲线得到轴系的疲劳值，最终确定故障或 扰动情况下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量方法，可实现实时测量在不确定扰动下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。本专利技术适用于300MW、 600MW、 IOOO匿的主力大型汽轮发电机组，也同样适用于300MW以下的小型汽轮发电 机组和大容量电动机。轴系计算断面、危险截面与轴系的转子个数和轴颈尺寸相关， 计算断面取轴系各质块的连接位置，危险截面取轴系中各转子的轴颈位置。如东方汽 轮机厂典型600MW机组汽轮发电机，高中压合缸转子与A低压转子之间为计算断面 Jl，此处的转矩为Tl，危险截面为2#、 3辟由瓦处；A低压转子与B低压转子之间为计 算断面J2，此处的转矩为T2，危险截面为4#、 5ft轴瓦处；B低压转子与发电机之间为 计算断面J3，此处的转矩为T3，危险截面为6#、 7ft轴瓦处； 汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法的主要步骤如下 1.根据汽轮发电机组集中质量模型计算轴系扭振模态和振型曲线1) 确定集中质量模型，如图一所示的东方汽轮机厂典型600丽汽轮发电机组将轴系按转子数分成四个集中质量模块和三个无质量弹簧，构成轴系扭振系统；2) 确定集中质量模型数据，各质块等效惯量与各弹簧等效刚度；3) 计算轴系频率及振型曲线。根据质块转动惯量M1、 M2、 M3、 M4，转速wl、 《2、 》3、 《4，转子角51、 52、53、 34，质块间扭转刚度为K12、 K23、 K34，得到各质块自由运动标幺值方程为 'M1W+K12(U2) = 0 Af 2 * 52"+幻2(52 -州+《23(52 - 53) = 0 'M3 * W+iC23(53 - 52) + X34((53 - 54) = 0上式可以改写成如下形式-<table>table see original document page 5</column></row><table>化为矩阵形式:緒". AW/a 200 0 夂34Ml 幻2Ml 〖12 〖23M2 0 0《230iWl 紹紹 ^34M4iV/4令上式的系数矩阵为K， I为单位阵。 则计及转子动态模型可表示为.-—0/ 一0 _△《解如上方程可得到轴系频率及振型曲线。如图二所示。2.计算轴系计算断面处的转矩1)根据各阶模态对应的振型曲线，计算受到不同模态激励信号下各质块间的扭角相对值，如对应于图二，可得到三个模态在轴系四个质块间的扭角相对值分别为611、 612、 613， 021、 622、 923， 631、 632、2)计算各单位模态信号在轴系各计算断面处产生的转矩对应于图二模态一单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为tll==K12*6>11;模态一单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为tl2==K23*P12;模态一单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为tl3=:K34*6>13;模态二单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为t21::K12*P21;模态二单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为t22:=K23*S22;模态二单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为t23:= 3;模态三单位强度的信号在质块一、二之间产生的转矩为=K12*S31;模态三单位强度的信号在质块二、三之间产生的转矩为t32==K23*S32;模态三单位强度的信号在质块三、四之间产生的转矩为:t33:3)通过采集机端角速度变化量，计算在轴系各计算断面处产生的转矩采集机端角速度变化量Aw，经滤波得到各模态信号Awl由= COS(ffl力，△《== 4 sin(w力得△《=* sin(w力/。其中(k-l、 2、 3)， & =2《 A《为机端各模态扭角值。 则输入信号作用在各计算断面处的转矩为 计算断面J1处的转矩T1=T11+T21+T31 计算断面J2处的转矩T2=T12+T22+T32 计算断面J3处的转矩T3=T13+T23+T33 其中Tll=tll*A《，模态一在计算断面J1处产生的转矩； T21=t21* A《，模态二在计算断面Jl处产生的转矩； T31=t31*A《，模态三在计算断面J1处产生的转矩； T12=tl2*A《，模态一在计算断面J2处产生的转矩； T22=t22* A《，模态二在计算断面J2处产生的转矩； T32-t32*A《，模态三在计算断面J2处产生的转矩； T13=tl3*A《，模态一在计算断面J3处产生的转矩； T23-t23* A《，模态二在计算断面J3处产生的转矩； T33-t33* A《，模态三在计算断面J3处产生的转矩；至此，已知机端角速度变化量Aw，就可以求得各计算断面处的转矩T。载荷-时间历 程曲线也就得到了。4.计算某次扰动情况下对机组轴系各个计算断面造成的疲劳损伤累计值，即汽轮 发电机组轴系机械疲劳。1) 根据3中的计算方法得到机组轴系各个计算断面处的载荷-时间历程曲线；2) 应用实时雨流法查找载荷历程中的应力循环；3) 应用平均应力折算系数法计算每个应力循环对应的等效应力幅；4) 査计算断面相应的危险截面处的零件扭转S-N曲线，得到单次应力循环对确 定危险截面造成的疲劳损伤；5) 线性累加所有循环的疲劳损伤，得到某次扰动情况下各个危险截面的疲劳损伤 累计值。本专利技术给出了一种测量大型汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量算法。该方法 能够实时、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种汽轮发电机组轴系机械疲劳测量方法，该方法包括步骤：１）确定汽轮发电机组的集中质量模型及参数；２）计算汽轮发电机组的模态频率和振形曲线；３）采集机端角速度变化量△ω，经滤波得到各模态角速度变化量△ω１、△ω２、△ω ３……△ωｎ由△ω↓［ｋ］＝Ａ↓［ｋ］ω↓［ｋ］ｃｏｓ（ω↓［ｋ］ｔ），△θ↓［ｋ］＝△ω↓［ｋ］ｔ＝Ａ↓［ｋ］ｓｉｎ（ω↓［ｋ］ｔ）得△θ↓［ｋ］＝△ω↓［ｋ］＊ｓｉｎ（ω↓［ｋ］ｔ）／［ω↓［ｋ］＊ｃｏｓ（ω↓［ｋ］ｔ） ］，其中（ｋ＝１、２、３、……ｎ），ω↓［ｋ］＝２πｆ↓［ｋ］，△θ↓［ｋ］即机端各模态扭角值，Ａ↓［Ｋ］即各模态角速度变化量幅值，ｆ↓［ｋ］即各模态频率；４）根据汽轮发电机组的模态频率、振型 曲线、集中质量模型的等效刚度，计算在轴系各个计算断面处的产生的转矩，得到轴系各个计算断面处的转矩－时间历程曲线；５）计算某次故障或扰动情况下对机组轴系各个危险截面造成的疲劳损伤累计值，即汽轮发电机组轴系机械疲劳。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁新艳，焦邵华，李元盛，张涛，
申请(专利权)人：四方电气集团有限公司，北京四方博能自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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