汽轮机转子热应力在线监测的研究

发布时间：2017-10-06 16:14

  本文关键词：汽轮机转子热应力在线监测的研究

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【摘要】：汽轮机转子的寿命决定着汽轮机的使用寿命,而热应力始终是制约转子寿命的重要因素。因此,实现对汽轮机转子热应力的在线监测对机组的寿命管理显得尤为重要。本文利用有限元软件ANSYS建立了600MW超超临界汽轮机转子调节级的二维有限元计算模型,并对其在热态启动过程中的温度场和应力场进行了模拟分析。结果发现转子调节级叶轮根部过渡段出现了明显的应力集中。随后,根据传热学原理,利用数学解析的方法建立了汽轮机转子温度场及应力场的计算模型。为验证所建立的转子热应力数学模型的精度,利用MATLAB软件编程计算出了同工况下转子调节级叶轮根部的热应力的数值解,并将计算结果与有限元计算结果进行了对比,结果呈现很好的一致性。选取转子调节级应力集中部位作为监测点,利用传感器以及PLC等设备实现了对汽轮机转子热应力监测点处运行过程参数的采集与处理,结合所采集到的数据,在上位机中利用组态软件对所建立的转子热应力数学计算模型编写动作脚本程序,并利用牛顿插值法解决了转子材料的变物性问题。最终,以热应力为监测指标,开发了一套基于PLC和组态软件的汽轮机转子热应力在线监测系统,设计了系统硬件设备的接线图,并进行了离线仿真。所开发的汽轮机转子热应力在线监测系统很好的实现了对汽轮机转子热应力的实时监测,还具有自动报警以及打印历史数据等功能。为机组的启停优化以及安全运行提供了指导,延长了机组的使用寿命。
【关键词】：汽轮机转子 热应力 有限元 数学模型 在线监测
【学位授予单位】：沈阳工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK263.61
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-18
• 1 绪论18-23
• 1.1 课题的研究背景及研究现状18-20
• 1.1.1 课题的研究背景18-19
• 1.1.2 国内外汽轮机转子热应力在线监测研究现状19-20
• 1.2 课题的研究意义20-21
• 1.3 主要研究内容及拟采用的研究方法21-23
• 1.3.1 主要研究内容21-22
• 1.3.2 拟采用的研究方法22-23
• 2 汽轮机转子调节级热应力场有限元分析23-41
• 2.1 有限元分析基本理论23-25
• 2.1.1 模型的离散化23
• 2.1.2 单元位移插值函数的选取23-24
• 2.1.3 单元特性分析24-25
• 2.1.4 总体特性分析25
• 2.2 计算模型的选取25-27
• 2.3 汽轮机转子调节级有限元模型的建立27-29
• 2.4 初始条件以及边界条件的处理29-30
• 2.5 对流换热系数的确定30-33
• 2.6 有限元计算结果分析33-39
• 2.6.1 温度场结果分析33-37
• 2.6.2 应力监测点的选取37-39
• 2.7 本章小结39-41
• 3 汽轮机转子热应力在线监测数学建模41-47
• 3.1 汽轮机转子热应力形成原因41-42
• 3.2 汽轮机转子温度场数学模型42-43
• 3.3 汽轮机转子温度场的解析模型43-44
• 3.4 汽轮机转子热应力的数学模型44-45
• 3.5 热应力在线监测模型精度分析45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 监测系统程序的开发47-57
• 4.1 系统软件流程图47-48
• 4.2 牛顿插值法的应用48-52
• 4.2.1 牛顿插值法简介48-49
• 4.2.2 牛顿插值法在系统中的应用49-52
• 4.3 梯形图程序52-57
• 4.3.1 西门子PLC编程语言52-53
• 4.3.2 编程软件概述53-54
• 4.3.3 系统数据采集处理程序54-57
• 4.4 本章小结57
• 5 汽轮机转子热应力在线监测系统的设计57-64
• 5.1 温度变送器57-59
• 5.2 可编程控制器59-62
• 5.2.1 PLC分类59-60
• 5.2.2 在线监测系统PLC选型及I/O点分配60-62
• 5.3 硬件结构系统设计62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 系统离线仿真实验64-82
• 6.1 力控组态软件概述64-65
• 6.1.1 力控组态软件简介64
• 6.1.2 力控组态软件基本结构64-65
• 6.2 S7-200 PLC与上位机的通信65-70
• 6.2.1 计算机通信概述65-67
• 6.2.2 S7-200网络通信协议67-68
• 6.2.3 STEP7-Micro/WIN软件中通信接口参数的设置68-70
• 6.3 离线仿真70-81
• 6.3.1 建立工程项目70-71
• 6.3.2 工程组态画面的建立71-73
• 6.3.3 定义变量73-75
• 6.3.4 配置I/O设备75-77
• 6.3.5 数据连接77
• 6.3.6 运行系统77-81
• 6.4 本章小结81-82
• 7 结论与展望82-83
• 7.1 结论82
• 7.2 展望82-83
• 参考文献83-90
• 攻读硕士学位期间科研项目及科研成果90-91
• 致谢91-92
• 作者简介92-93

【参考文献】

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本文编号：983736