专利名称：高压转子应力损伤的累积记录方法
技术领域：
本发明涉及到一种用于记录累积应力损伤的方法，特别是涉及到一种在高压汽轮机转子中由于表面效应温度差而引起的累积应力损伤的记录方法。
众所周知，当一个物体不均匀地加热或冷却时，由于物体的一部分相对于该物体被固定就位的另一部分的膨胀或收缩，会形成应力。由这种温度差别引起的应力可以用已知的技术来计算，如在ASME论文号63-PWR-16题为“预防汽轮机转子周期性热应力破裂”中所叙述的那样，该论文的作者是W.R.Berry，由美国机械工程师学会1964年发表。通常要对汽轮机进行监视，以检测其运行温度，因此就可以计算出在汽轮机转子中产生应力的表面效应温度差。所得出的结果用来估算在汽轮机运行过程中由于温度变化对轮子的应力损伤，还可以用于其它目的。
所估算出的应力损伤可以通过将一个机械计数器增加一定量值的方式累积起来，该量值对应于在一个单一的基本连续的加热或冷却过程中所引起的应力损伤。近来，永久性的存储装置已代替了机械计量器。然而，不管存储装置是一个机械计数器或是一个永久性存储装置，累积的应力损伤计数器可能会失误。由于这个原因，通常还配有备份的计数器或存储装置以便备用。但是，考虑到汽轮机的寿命一般为30年，即使配备双份或三份也可能不够用，而且每一个附加的设备都使成本增加。如果不考虑这种预防措施，设备发生的故障可能未被注意到，在使用永久性计数器时，故障之前所累积的应力损伤数据也可能会完全丢失。
本发明的基本目的是提供一种用于累积应力损伤的方法，它不需要机械计数器或电子存储装置可持久地存储累积的应力损伤数据。
鉴于此目的，本发明属于一种用于累积由于温度变化而引起的应力损伤的方法，它包括在一个计算装置中执行下列步骤(a)确定在一个基本连续的温度变化周期的始末点之间在某一方向上的应力损伤的表示式;上述方法的特征在于(b)在许多计数变量中使一个变量增值，这个计数变量对应于包括步骤(a)中所确定的应力损伤表示式在内的一个范围;(c)计算累积应力损伤的方法是将每一个计数变量乘以一个对应于该变量所代表的应力损伤系数，并把结果相加;(d)对某一个方向上温度变化基本连续的后续周期重复步骤(a)-(c)。
较好的办法是通过执行一个查表指令使该计数变量增值，将第一步骤中确定的应力转换为一个计数下标，并且对应于该计数下标增加该计数变量。
本方法在包括一个将以前的累积应力损伤加到刚刚计算出的累积应力损伤上，以产生总的累积应力损伤的步骤后，便可重新开始。总的累积应力损伤最好输出到永久性的存储介质，例如打印纸上。较可取的办法是将总的累积应力损伤与一个报警设定值进行比较，如果总的累积应力损伤超过了该报警设定值，就发出一个报警信息。这个方法用在高压汽轮机的转子中累积应力损伤时，在超过报警设定值的情况下，可以调整汽轮机的自动控制。
图1是根据本发明所采用的方法的流程图;
图2是一个更详细的流程图，表示为了在两个极限值之间确定应力损伤以及把已完成的周期纳入记录数据中所用的步骤。
图1的流程图提供了该方法的概貌。在步骤10中，采用常规方法检测一台汽轮机的温度，并将所检测的温度转化为应力，单位是每平方英寸千磅(KSI)。在步骤12中检查了一个表明以前是否曾执行过下面步骤的变量。如果是第一次进入该程序，当前的应力就与一个缓冲范围相比较，以确定是否已产生一个显著量值的应力。如果只产产一个微不足道的应力，就不再执行程序的剩余部分。如果一个显著量值的应力已经产生，就设定一个表示该应力正在增加或正在减小的变量，并且程序继续执行步骤14，如同该过程以前已经开始那样。
在步骤14中，当前的应力与以前的极限应力值进行比较。如果当前应力继续在相同方向上变化或者处在先前极限应力的弹性范围之内，则程序执行步骤16。如果当前应力比以前极限应力更大，则先前的极限应力就被设定为等于当前的应力值。然后程序返回，并等待下一个即将计算的应力值。
在步骤14中，如果当前应力在相反方向上以大于弹性范围的值超过以前的极限应力，程序将转到步骤20。在步骤20中，以前的极限应力值被赋给一个变量(KPEAK)，并且被重置于最新测出的应力值。此外，还要设定一个表示应力变化的方向与以前的方向相反的变量。已完成周期的数据可以纳入步骤22中。由于这一步骤是可选择的，它将在下面参照图2作更详细的描述。
不管已完成的周期是否被归纳进来，在步骤24中确定了在一个方向上温度变化基本连续的期间的始末点之间所引起的应力损伤表示法，然后在许多计数变量中将其中一个变量增值。执行这个过程的步骤在图2中更详细地加以说明。在最近的半个周期中引起的应力损伤表示已在步骤24确定之后，在步骤26中计算总的累积应力损伤是将该半个周期的计数变量乘以与该计数变量所代表的应力损伤相对应的一个系数，乘积求和后再与以前累积的应力损伤相加。所得到的总的累积应力损伤在步骤28中输出到永久性的存储介质，例如纸上，并与一个报警设定值在步骤30中进行比较。如果总的累积应力损伤超过了报警给定值，就输出一个信息给汽轮机运行人员，并且如果需要的话，可以修正汽轮机的自动控制，例如设法减小温度的波动。
如果希望执行步骤22，即将存贮数据的完整循环归纳进来，只是在这种情况下才进行图2步骤32中的比较。如果步骤32没有被包括进去，或者只有三个或更少的峰值应力，那未就执行步骤24a。图2中的步骤24a表明一种确定应力损伤表示的方法，该应力损伤是在沿着当前应力方向上的最新变化和先前刚存储的一个极限应力值之间发生的。在当前应力方向上的最新变化所引起的应力(KPEAK)与先前刚存储的极限应力值之间差值的绝对值赋给变量NKSI，先前的极限应力值存储在数组PEAKS的元素NPEAK之中。然后，在步骤24b中，函数KSIDX用来将这半个周期的应力NKSI转化为数组HALFC的下标IHALF。这就产生了一个对应于包含这半个周期应力NKSI在内的应力范围下标。下一步，由下标IHALF标记的计数变量数组HALFC的元素以1增值。最后，峰值数组(PEAKS)的下标NPEAK增值，并且最新的极限应力值(KPEAK)赋值给由NPEAK所标记的PEAKS的数组元素。
正如很容易看出的那样，当汽轮机的温度由于负荷变化而波动时，经过一个长时间后NPEAK的值将会增加并且该值将变为大得不可接受。解决这个问题有几种方法。一种方法是周期性地清除数组PEAKS并且重置NPEAK的值。避免NPEAK出现大数值以及在PEAKS数组中相应地出现大量数组元素的一种较好的方法在图2中加以说明。
如果在步骤32中NPEAK的值小于3，这对于检查一个完整的循环所需要的极限应力值的数目是不够的，因此程序直接从步骤24a开始执行。如果在数组PEAKS中存储了三个以上的极限应力值，程序从步骤34开始进行。在步骤34中，临时变量KP1，KP2，KP3，KK1和KK2被置于所表示的值。变量KPn，其中n等于1、2或3，分别包含在以前的方向上所检测出并已存储的一、二和三次变化的极限应力值。变量KK1和KK2提供了一个指示，表明KP1和KP2是如何与KP3和KPEAK相比较的。
步骤36对KK1和KK2的值进行检查以确定是否有一个循环处于当前应力变化方向上的最新变化与在以前方向上检测出的储存有三次变化的极限应力值之间。如果不存在周期的循环，下标NPEAK就与数组PEAKS的大小进行比较。如果数组PEAKS没有被填满，程序继续从步骤24a执行。另一方面，如果已检测出一个完整的循环或者数组PEAKS已被填满，程序就从步骤40继续进行下去，并在执行步骤24a和24b的计算之前清除掉在该周期的循环中以前检测出的那些极限应力值。
在步骤40中，在以前方向上检测出的存储有一次和二次变化的极限应力值之间所引起的应力赋值给变量NKSI。NKSI被用来找出计数变量数组(HALFC)的下标(IHALF)，然后将数组HALFC增值。变量NKSI又被设定为在以前方向上检测出的存储有二次和三次变化的极限应力值之间所引起的应力，HALFC的下标被计算出来，它代表了含有NKSI的应力范围，并且由IHALF所标志的数组HALFC的元素值减1。最后，数组PEAKS下一个要用元素下标(NPEAK)值减2。
在步骤40之后，程序返回到决策步骤32，以便数组PEAKS可被检查是否有另一个完整的循环。假定没有发现另外的完整的循环，在以前方向上检测出的存储有三次变化的极限应力值将被用在步骤24a中作为以前存储的最接近的极限应力值，因为NPEAK的值在步骤40中已经减少了2。步骤40中的过程导致对数组HALFC中计数变量的修正，以便包括步骤34和36所检测出的循环，但不包括该循环周期之前对应于温度变化基本连续的周期的应力。当NKSI在步骤24a中被计算出时就包括了与这个温度变化基本连续的周期相对应的应力损伤，NKSI是在最新的极限应力值(KPEAK)与在以前方向上检测出的存储有三次变化的极限应力值PEAKS(NPEAK)之间算出的，因为NPEAK在步骤40中减少了2。
函数KSIDX执行一个查表指令，将变量NKSI转化为计算下标IHALF，NKSI是为最近的在一个方向上温度变化基本连续的期间(或包含一个完整循环的等效区间)所确定的;IHALF代表了在一个方向上温度变化基本连续的期间里一个指定量的计算应力损伤的发生次数。通过采用这个下标来标明计算变量数组(HALFC)中的一个元素，应力损伤的一个相当精确的表示就可以非常有效地储存起来。因此，步骤26包含了下述过程将HALFC中每一个数组元素的值乘以一个由相应的HALFC元素所代表的应力损伤系数，再将乘积求和。然后这个累积的应力损伤在步骤26中与以前的累积应力损伤相加，产生一个总的累积应力损伤(CYCLEACCUM)。在步骤28中将总的累积应力损伤输出到永久性的存储介质例如纸上，在一个按照本发明设计的计算装置中不需要考虑停电问题。运行人员只需要读出最新打印的总的累积应力损伤并且在电源恢复以后把它作为以前的累积应力损伤储储存起来。
权利要求
1.一种用于累积由于温度变化而引起的应力损伤的方法，包括在一个计算装置中执行下列步骤(a)确定在一个方向上温度变化基本连续的周期的始末点之间所产生的应力损伤的表示式，上述方法的特征在于(b)在多个计数变量中使一个变量增值(246)，该计数变量对应于包括步骤(a)中确定的应力损伤表示式在内的一个范围；(c)累积应力损伤的计算(26)是将每一个计数变量乘以一个对应该计数变量所代表的应力损伤的系数后，将这些乘积相加；(d)对于在一个方向上温度变化基本连续的后续各周期，重复步骤(a)～(c)。
2.如同在权利要求1中所叙述的一种方法，其特征是步骤(b)由下列各步骤组成(bⅰ)执行一个查表指令将步骤(a)中确定的应力损伤表示式转化为一个计数下标;(bⅱ)将对应于该计数下标的一个计数变量增值。
3.如同在权利要求2中所叙述的一种方法，其特征是步骤(a)包括下列各步骤(aⅰ)将表面效应温度差转化(10)为当前应力，其特征在于包括以下步骤(aⅱ)在当前应力变化的方向上检测(14)一个最新的、超出一个缓冲范围的变化;(aⅲ)将以前检测出的每一个对应于在应力变化方向上以前的变化的那些极限应力值与在步骤(aⅱ)中检测出的当前应力的极限值一同储存起来(24b的最后一行);(aⅳ)确定在步骤(aⅱ)中检测出的在当前应力变化的方向上的最新变化与先前刚存储的一个极限应力值之间产生的应力损伤表示式(24a)。
4.如同在权利要求3中所叙述的一种方法，其特征是步骤(a)还包括在步骤(aⅳ)之前执行下列步骤(aⅴ)检查在当前应力变化方向上的最新变化和在以前方向上检测出的存储有三个变化的极限应力值之间的一个循环(34和36);(aⅵ)如果在步骤(aⅴ)检测出了循环，就消除在该循环以前检测出的那些极限应力值，由此，在以前方向上检测出的存储有三个变化的极限应力值被用作步骤(aⅳ)中先前刚存储的极限应力值(40);(aⅶ)修正计数变量以包括在步骤(aⅴ)中检测出的循环，但不包括该循环周期之前在温度变化基本连续期间所引起的应力。
5.如同在权利要求4中所叙述的一种方法，其特征是以前检测的那些极限应力值被存储在一个数组中，其特征在于，步骤(aⅵ)包含了将该数组的下一个可用元素下标减小2的步骤，并且其特征在于，步骤(aⅶ)包含下列各步(awⅱ1)减小对应于前半个循环的计数变量，即在以前方向上检测出的存储有两个和三个变化的极限应力值之间的半个循环;以及(aⅶ2)增加对应于后半个循环的计数变量即在以前方向上检测出的存储有一个和两个变化的极限应力值之间的半个循环。
6.如同在权利要求2中所叙述的一种方法，其特征在于，在本步骤(e)中，将一个以前累积的应力损伤加到在步骤(c)中计算出的累积应力损伤上，产生一个总的累积应力损伤。
7.如同在权利要求6中所叙述的一种方法，其特征在于，在步骤(f)中，总的累积应力损伤被输出到永久性的存储介质上。
8.如同在权利要求7中所叙述的一种方法，其特征在于，在步骤(f)中，总的累积应力损伤被打印在纸上。
9.如同在权利要求6中所叙述的一种方法，其特征在于，在以下步骤中(g)将总的累积应力损伤与一个报警设定值进行比较;以及(h)当步骤(g)中的上述比较表明总的累积应力损伤超过了该报警设定值时，就发出一个报警信息。
10.一种用于在高压汽轮机转子中累积由于温度变化所引起的应力损伤的方法，该汽轮机由一个自动控制系统操纵，上述方法包括在一个计算装置中执行下列步骤(a)将表面效应温度差转化为当前应力;(b)检测在当前应力变化方向上超出一个缓冲范围的最新变化(14)，上述方法的特征在于(c)与以前检测出的极限应力值一起，每个值对应于在应力变化方向上以前的变化，将在步骤(b)中检测出的当前应力的极限值存储起来;(d)确定在步骤(b)中检测出的在当前应力方向上的最新变化与先前刚存储的一个极限应力值之间产生的应力损伤表示式(24a);(e)执行一个查表指令(24b的第一行)将步骤(d)中确定的应力损伤表示式转化为一个计数下标，该下标对应于步骤(d)所确定的应力损伤代表的一个范围;(f)在许多计数变量中选择出一个从属该计数下标的变量并将其增值(24b的第二行);(g)计算累积应力损伤的方法(26)是将每一个计数变量乘以一个由相应的计数变量所代表的应力损伤的系数，并将乘积相加;(h)将以前累积的应力损伤加到在步骤(g)中算出的累积应力损伤上(26)，产生一个总的累积应力损伤;(i)将总的累积应力损伤打印在纸上(28);(j)当总的累积应力损伤超过一个报警设定值时输出一个报警信息(30);(k)对于在一个方向上温度变化基本连续的后续各周期，重复步骤(a)～(j)。
11.如同在权利要求10中所叙述的一种方法，其特征在于，在步骤(d)之前执行下列各步骤(l)检查在当前应力变化方向上的最新变化和在该方向上以前检测出的存储有三个变化的极限应力值之间的一个循环周期(34与36);(m)如果在步骤(l)中检测出了循环，就消除在该循环中以前检测出的极限应力值(40)，由此，在该方向上以前检测出的存储有三个变化的极限应力值被用来作为在步骤(d)中先前存储的最接近的极限应力值;(n)修正计数变量以包括在步骤(l)中检测出的循环(40)，但不包括在该循环周期之前在温度变化基本连续的周期中产生的应力。
12.如同在权利要求11中所叙述的一种方法，其特征在于，以前检测出的极限应力值被存储在一个数组中，并且步骤(m)包括将该数组的下一个可用元素的下标减小2;步骤(n)包括下列各步(n1)减小对应于前半个循环(即在以前的方向上检测出的存储有两个和三个变化的应力值之间的半个循环)的计数变量;以及(n2)增加对应于后半个循环(即在以前的方向上检测出的存储有一个和两个变化的应力值之间的半个循环)的计数变量。
13.如同在权利要求10中所叙述的一种方法，其特征在于，当报警设定值被超过时，步骤(l)对高压汽轮机的自动控制进行调整。
全文摘要
一种用于累积高压汽轮机转子中由于温度差引起的应力损伤的方法是利用与一个连续的温度变化周期相对应的应力损伤表示式，其中在转子中引起的应力变化方向上每次有一个明显的变化时，与应力损伤表示式有关的一个计算变量就要增值。累积的应力损伤的计算步骤是将每一个计数变量乘以一个与该变量相对应的应力损伤系数，乘积求和后再与以前累积的应力损伤相加，从而产生总的累积应力损伤。
文档编号F01D21/12GK1035156SQ8810562
公开日1989年8月30日 申请日期1988年12月29日 优先权日1987年12月31日
发明者爱徳华·英川·黄, 米歇尔·皮迟·仇 申请人:西屋电气公司