一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种主汽阀壳寿命监控装置，特别涉及一种用于频繁快速启停联合循 环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置。
【背景技术】：
[0002] 主汽阀是汽轮机的重要部件，是控制汽轮机进汽的重要开关。对于频繁启停联合 循环汽轮机，主汽阀壳寿命管理关系机组安全性和经济性的关键技术之一。国内燃气轮机 联合循环调峰机组，启停频繁，影响联合循环机组的服役寿命。调峰机组的可靠性要求更 高，对机组配套的相关阀门的安全性要求也更高。
[0003] 金属因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或金属本身温度不均匀使伸缩受制约 而产生的应力，称为热应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力或温差应 力。部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只 能使其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。部件在受热 或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分 则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力。低温部位产生拉应力。
[0004] 随着汽轮机不断向大功率、高效率方向发展，进气温度、压力不断增加，对主汽阀 的安全性和服役寿命要求也不断提高。目前汽轮机寿命管理多采用数值计算的方法，实时 寿命监控管理系统应用在实际机组上的不多，而且传统数值计算结果误差较大，准确性不 高，需要通过实际机组阀门的定期检修检测进行修正，不能达到实时监控的目的。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于频繁快速启停联合 循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：
[0007] -种用于频繁快速启停联合循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置，主汽阀包括主汽 阀壳，设置在主汽阀壳上方的主汽阀盖，通过阀座和阀蝶设置在主汽阀壳内的阀杆，焊接在 主汽阀壳侧壁上的主蒸汽进汽短接管、主蒸汽出汽短接管、阀座前疏水管、阀座后输水管和 阀杆漏气短接管，以及通过连接汽封管道与阀杆漏气短接管相连通的防止回流阀；其中，
[0008] 主蒸汽进汽短接管、主蒸汽出汽短接管、阀座前疏水管、阀座后输水管以及连接汽 封管道上均设置有温度传感器和压力传感器，主汽阀壳、主蒸汽进汽短接管以及主蒸汽出 汽短接管上均设置有耐高温应变片，多个温度传感器通过多通道温度计与多通道数据记录 仪的输入端相连，多个压力传感器通过多通道压力仪与多通道数据记录仪的输入端相连， 多个耐高温应变片通过多通道应变计与多通道数据记录仪的输入端相连，多通道数据记录 仪的输出端与主汽阀壳寿命监控系统的输入端相连。
[0009] 本发明进一步的改进在于，主汽阀盖通过阀盖螺栓设置在主汽阀壳的上方。
[0010]本发明进一步的改进在于，主蒸汽进汽短接管焊接在主汽阀壳侧壁的上半部分， 主蒸汽出汽短接管焊接焊接在主汽阀壳另一侧侧壁的下半部分。
[0011]本发明进一步的改进在于，在主汽阀壳外壁上接近主蒸汽进汽短接管的附近设置 耐高温应变片，用于实时测量该部位的应变;在主汽阀壳外壁上接近主蒸汽出汽短接管的 附近设置耐高温应变片，用于实时测量该部位的应变;在主汽阀壳外壁上接近阀座前疏水 管的附近设置耐高温应变片，用于实时测量该部位的应变;在主汽阀壳外壁上接近阀座后 疏水管的附近设置耐高温应变片，用于实时测量该部位的应变。
[0012] 本发明进一步的改进在于，在主汽阀壳底部周向均布设置四个阀杆漏气短接管和 四个连接汽封管道，在主汽阀壳外壁上接近阀杆漏气短接管的附近设置耐高温应变片，用 于实时测量该部位的应变。
[0013] 本发明进一步的改进在于，主汽阀壳上的各个耐高温应变片采用耐高温导线分别 与多通道应变计连接。
[0014] 本发明进一步的改进在于，多通道数据记录仪存储的数据传送到主汽阀壳寿命监 控系统，进行处理并实时显示主汽阀壳外部各个部位的应变变化，应变变化率，各个部位的 温度变化，压力变化，并绘制各部位应力变化曲线进行直观展现。
[0015] 本发明进一步的改进在于，根据实时监测的主汽阀温度压力测点数据，并根据热 传导方程
4，其中，^7、2为空间三维坐标4是温 度，τ为时间，P为密度，c为比热容，λ为导热系数，q热源的发热率密度，采用有限元法计算主 汽阀壳温度场，进而根据热弹性力学方程主汽阀壳应力场，获得主汽阀壳应力的随时间的 变化曲线；
[0016] 其中，热弹性力学方程为：
[0017]
[0018] 其中：ε为应变，σ为应力，E为弹性模量，v为泊松比，α为膨胀系数，T为温度。
[0019] 本发明进一步的改进在于，综合各应变片测量得到主汽阀壳应力分布和用有限元 方法计算得到主汽阀壳应力场，并根据主汽阀壳材料的蠕变曲线和疲劳曲线得到频繁快速 启停联合循环汽轮机主汽阀壳实时的寿命消耗率，以及主汽阀壳总体累积寿命消耗实时监 控曲线。
[0020]本发明进一步的改进在于，主汽阀壳寿命监控工作站包括寿命计算评估服务器、 数据库和Web服务器，寿命计算评估服务器从多通道数据记录仪采集数据并进行计算分析， 然后安装一定格式存储到数据库，Web服务器读取数据库里的数据，并通过用户局域网提供 给各终端浏览器进行访问。
[0021 ]相对于现有技术，本发明具有如下的技术效果：
[0022] 本发明一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置，利用耐高 温应变片感知主汽阀壳外部的应变，利用温度传感器和压力传感器实时测量主汽阀壳各关 键部位的温度和压力，用于实时计算主汽阀壳体的应力场分布。根据主汽阀壳的材料的弹 性模量将测量应变值换算成应力，结合实时计算的主汽阀壳体的应力场，依据主汽阀壳材 料的疲劳曲线和蠕变曲线，获得主汽阀壳实时的疲劳寿命消耗率和蠕变寿命消耗率，最终 获得主汽阀的总体实时寿命消耗曲线。
[0023] 主汽阀壳外壁多部位设置耐高温应变片，能够精细的实时监控主汽阀壳外部应变 分布情况，采用应变片感知主汽阀壳应变变化，简单，易实施，无需改变主汽阀壳原由结构， 可靠性好，准确性高，能够为主汽阀壳寿命评估提供准确的应变变化信息。
[0024]主汽阀壳设置多个温度和压力测点，采用温度传感器和压力传感器实时感知主汽 阀壳多个位置的温度变化和压力变化，根据多个测点的温度与压力数据实时计算主汽阀壳 的温度场和应力场，动态显示主汽阀壳应力场的变化。
[0025]多通道数据记录仪能够保证存储数据的连续性，相比数字存储设备更能还原真实 的连续的应变、温度和压力信息。温度传感器固定安装在主汽阀壳上，可实时监控主汽阀壳 的温度变化，保证启停过程中主汽阀壳的温度变化速率在安全范围内，提高启停安全性。
[0026] 综上所述，本发明一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装 置，解决了采用数值方法评估主汽阀壳寿命准确性不高，已往缺乏启停过程实时监控主汽 阀应变变化，温度变化速率的问题，提供了一种用于实时监控主汽阀壳寿命的方法，适用于 各汽轮机主汽阀壳寿命监控，能够实时测量主汽阀壳外壁多个部位应变变化，实时测量主 汽阀壳内部多个部位温度和压力，来实时计算主汽阀壳应力场分布，为频繁快速启停联合 循环汽轮机主汽阀壳寿命监控提供动态实时准确数据，以提高主汽阀壳寿命监控精确性。
【附图说明】：
[0027] 图1为主汽阀壳寿命监控装置A-A截面示意图；
[0028] 图2为主汽阀壳寿命监控装置仰视示意图；
[0029]图3为主汽阀壳寿命监控装置正视示意图；
[0030]图4为主汽阀壳寿命监控装置B-B截面示意图；
[0031]图5为主汽阀壳寿命监控装置C-C截面示意图；
[0032] 图6为主汽阀壳寿命监控系统示意图；
[0033] 图7为主汽阀壳寿命监控系统拓扑图；
[0034] 图8为主汽阀壳寿命监控系统流程图；
[0035] 图9为主汽阀壳材料蠕变寿命曲线；
[0036] 图10为主汽阀壳材料疲劳寿命曲线。
[0037] 其中：1、主汽阀壳;2、主汽阀盖;3、阀盖螺栓;4、阀杆;5、进汽短接管;6、出汽短接 管;7、阀座;8、阀蝶;9、温度传感器;10、压力传感器;11、耐高温应变片；12、耐高温导线；13、 螺栓；14、压力计；15、应变计；16、温度计；17、多通道数据记录仪；18、寿命评估系统；19、阀 座前疏水管;20、阀座后疏水管;21、阀杆漏气短接管;22、主汽阀壳支架;23、主汽阀壳支架 拉筋;24、连接汽封管道;25、防止回流阀；26、主汽阀壳应变测点数据;27、主汽阀壳温度压 力测点数据;28、各应变测点实时监控曲线；29、各应变测点变化率的实时监控曲线;30、主 汽阀壳关键部位应力分布；31、各温度测点实时监控曲线；32、各压力测点实时监控曲线； 33、各温度测点变化率的实时监控曲线;34、各压力测点变化率实时监控曲线;35、主汽阀壳 温度场;36、主汽阀壳应力场;37、主汽阀壳材料蠕变曲线和疲劳曲线;38、主汽阀壳寿命消 耗率实时监控;39、主汽阀壳总体寿命消耗实时监控;40、寿命监控工作站;41、寿命评估服 务器;42、数据库;43、Web服务器;44、用户内部局域网；45、终端浏览器。
【具体实施方式】：
[0038]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0039] 参见图1，本发明一种用于频繁快速启停联合循环汽轮机主汽阀壳寿命监控装置， 包括主汽阀壳1，阀盖2，阀盖螺栓3，阀杆4，以及焊接在主汽阀壳上的进汽短接管5和出汽短 接管6。分别在进汽短接管5和出汽短接管6上打孔，并在孔内固定安装温度传感器9和压力 传感器10，用于监测进汽短接管5和出汽短接管6内部温度和压力，各温度传感器9用耐高温 导线12