汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统与流程

1.本发明涉及汽轮机叶片在线监测和水蚀评估技术领域，特别是涉及一种汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统。


背景技术：

2.叶片是汽轮机的关键部件，其运行时的安全至关重要。在汽轮机启停机、低负荷运行时，不可避免的需要开启低压缸喷水系统，将会对低压末级长叶片造成水蚀损害。此外，随着国家对节能减排清洁供热的要求越来越严格，在中国北方许多小锅炉已经关停。为了火电机组不仅能够提供更多的热负荷，还能满足深度调峰的需要，汽轮机低压缸常在小容积流量工况下运行，此时低压缸末两级内会产生回流，回流夹带喷水打在末级长叶片出汽边根部，对叶片造成水蚀。对核电汽轮机而言，主蒸汽常为饱和蒸汽，低压缸多工作于湿蒸汽区，低压末级长叶片受到水蚀的风险更高。开缸检查低压长叶片为现有的能判断叶片水蚀情况的唯一方法。而停机检修会带来检修频率的过剩或不足以及检修成本上的浪费。
3.发明专利cn103668188a提出了一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，首先对叶片熔覆表面进行毛化处理，然后将叶片装夹至激光熔覆机床，采用预热器对叶片熔覆区域进行预热，通过旁轴送粉头送粉、使用co2激光器按多层多道次搭接熔覆的方式由汽轮机叶片叶根向叶顶方向将司太立合金粉末熔覆于叶片熔覆槽内。这种防水蚀方法会对叶片的性能产生不利的影响，甚至影响级效率。而且无法得知运行中的叶片是否已经发生水蚀，水蚀情况是否严重，无法根据叶片水蚀严重程度发出相应的预警，进而无法为汽轮机的安全运行提供指导。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能根据叶片的水蚀程度发出水蚀预警信号的汽轮机低压长叶片水蚀预警方法。
5.为实现上述目的，本发明提供一种汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，包括如下步骤：
6.步骤1、通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系；
7.步骤2、根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号；
8.所述整圈叶片在湿蒸汽环境中运行，且所述整圈叶片以工作转速v0定速运行；
9.所述步骤2包括如下步骤：
10.步骤21、获取整圈叶片的实时固有频率f1，根据整圈叶片的实时固有频率f1得出整圈叶片的实时共振转速v1，并计算出转速比值d，且
11.步骤22、判断转速比值d是否在第一转速比值设定范围以外，若是，则返回步骤21；
否则，执行步骤23；
12.步骤23、判断转速比值d是否在第二转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24；
13.步骤24、判断转速比值d是否在第三转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；
14.所述第三转速比值设定范围位于第二转速比值设定范围内，所述第二转速比值设定范围位于第一转速比值设定范围内。
15.进一步地，所述第一转速比值设定范围为[-5.0％,+3.0％]，所述第二转速比值设定范围为[-4.5％,+2.5％]，所述第三转速比值设定范围为[-4.0％,+2.0％]。
[0016]
进一步地，所述步骤1中，还通过仿真分析获得整圈叶片中的单只叶片的水蚀程度与单只叶片的固有频率变化的关系；所述步骤2中，根据单只叶片的固有频率变化情况判断出单只叶片的水蚀程度，且当单只叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号。
[0017]
进一步地，所述步骤21中需获取单只叶片的实时固有频率f2，计算出单只叶片的固有频率变化率h，且f0为单只叶片的原始固有频率；
[0018]
所述步骤2还包括如下步骤：
[0019]
步骤25、判断固有频率变化率h是否在第一变化率设定范围以内，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤26；
[0020]
步骤26、判断固有频率变化率h是否在第二变化率设定范围以内，若是，则发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤27；
[0021]
步骤27、判断固有频率变化率h是否在第三变化率设定范围以内，若是，则发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；
[0022]
所述第一变化率设定范围位于第二变化率设定范围内，所述第二变化率设定范围位于第三变化率设定范围内。
[0023]
进一步地，所述第一变化率设定范围为[-0.5％,+0.5％]，所述第二变化率设定范围为[-1％,+1％]，所述第三变化率设定范围为[-1.5％,+1.5％]。
[0024]
进一步地，所述步骤21中，利用传感器获取整圈叶片的到达信号，根据整圈叶片的到达信号得出整圈叶片的实时转速。
[0025]
如上所述，本发明涉及的汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，具有以下有益效果：
[0026]
本发明中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系，进而根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号，实现对整圈叶片的水蚀程度评估及预警功能，以能给运行人员提供合理化的运行、检修建议，为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供有效的指导，进而使得检修人员能合理控制检修频率，减少检修成本。且此种通过将整圈叶片的共振转速与工作转速进行比较，评估出整圈叶片水蚀程度的判断方法更直观，便于比较，且能保证其所评估出的水蚀程度及发出的预警信号更加准确，进而能起到更有效的预警作用。
[0027]
本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种能评估出叶片的水蚀程度的评估系统。
[0028]
为实现上述目的，本发明提供一种评估系统，包括传感器、与传感器通信连接的采集模块、及与采集模块通信连接的数据分析模块，所述传感器固定于汽轮机的整圈叶片的内缸中，所述数据分析模块包括与采集模块通信连接的叶片振动分析模块、与叶片振动分析模块通信连接的叶片水蚀评估模块、及与叶片水蚀评估模块通信连接的水蚀预警模块，所述传感器用于采集整圈叶片的到达信号、并将到达信号传输至采集模块，所述采集模块用于对整圈叶片的到达信号进行数字化、滤波、及放大处理后得到数字式到达信号，并将数字式到达信号传输至叶片振动分析模块，所述叶片振动分析模块能通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，所述叶片水蚀评估模块能结合水蚀仿真分析数据和整圈叶片的振动数据对整圈叶片的水蚀情况进行评估，所述水蚀预警模块能发出预警信号。
[0029]
进一步地，所述评估系统，还包括与数据分析模块通信连接的人机界面，所述人机界面用于显示整圈叶片的振动数据。
[0030]
进一步地，所述传感器为电涡流传感器。
[0031]
进一步地，所述传感器通过螺栓固定在汽轮机的整圈叶片的内缸中。
[0032]
如上所述，本发明涉及的评估系统，具有以下有益效果：
[0033]
本发明中评估系统的工作原理为：步骤1、叶片水蚀评估模块通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系，得到相应的水蚀仿真分析数据；步骤2叶片水蚀评估模块根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，叶片水蚀评估模块会结合水蚀仿真分析数据和整圈叶片的振动数据对整圈叶片的水蚀情况进行评估，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时，水蚀预警模块发出水蚀预警信号；具体地，步骤21、传感器实时采集整圈叶片的到达信号、并将到达信号传输至采集模块，采集模块对整圈叶片的到达信号进行数字化、滤波、及放大处理后得到数字式到达信号，并将数字式到达信号传输至叶片振动分析模块，叶片振动分析模块通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，并将其传输给叶片水蚀评估模块，叶片水蚀评估模块根据整圈叶片的振动数据计算出整圈叶片的实时固有频率f1，实现获取整圈叶片的实时固有频率f1，叶片水蚀评估模块根据整圈叶片的实时固有频率f1得出整圈叶片的实时共振转速v1，并计算出转速比值d，步骤22、叶片水蚀评估模块判断转速比值d是否在第一转速比值设定范围以外，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤23；步骤23、叶片水蚀评估模块判断转速比值d是否在第二转速比值设定范围以外，若是，则叶片水蚀评估模块给水蚀预警模块发送信号，水蚀预警模块发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24；步骤24、叶片水蚀评估模块判断转速比值d是否在第三转速比值设定范围以外，若是，则叶片水蚀评估模块给水蚀预警模块发送信号，水蚀预警模块发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，叶片水蚀评估模块给水蚀预警模块发送信号，水蚀预警模块发出叶片重度水蚀预警信号，从而实现了对整圈叶片的水蚀情况进行评估，并发出相应的预警，以能给运行人员提供合理化的运行、检修建议，为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供有效的指导，进而也能合理控制检修频率，减少检修成本。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例中评估系统的原理示意图。
[0035]
图2为本发明实施例中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法的流程框图。
[0036]
元件标号说明
[0037]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器
[0038]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
采集模块
[0039]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
数据分析模块
[0040]
31
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叶片振动分析模块
[0041]
32
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叶片水蚀评估模块
[0042]
33
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水蚀预警模块
[0043]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
人机界面
具体实施方式
[0044]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0045]
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0046]
汽轮机的叶片水蚀会导致叶片材料的脱落，在叶片表面呈现锯齿形或蜂窝状，严重时造成叶片断裂。叶片材料的脱落会引起叶片质量、刚度的变化，进而引起叶片振动频率的变化，不同的水蚀情况会导致不同的频率变化。
[0047]
如图2所示，本发明提供一种汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，包括如下步骤：
[0048]
步骤1、通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系；
[0049]
步骤2、根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号；
[0050]
整圈叶片在湿蒸汽环境中运行，且整圈叶片以工作转速v0定速运行；
[0051]
步骤2包括如下步骤：
[0052]
步骤21、获取整圈叶片的实时固有频率f1，根据整圈叶片的实时固有频率f1得出整圈叶片的实时共振转速v1，并计算出转速比值d，且
[0053]
步骤22、判断转速比值d是否在第一转速比值设定范围以外，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤23；
[0054]
步骤23、判断转速比值d是否在第二转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24；
[0055]
步骤24、判断转速比值d是否在第三转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；
[0056]
第三转速比值设定范围位于第二转速比值设定范围内，第二转速比值设定范围位于第一转速比值设定范围内。
[0057]
本发明中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系，进而根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号，实现对整圈叶片的水蚀程度评估及预警功能，以能给运行人员提供合理化的运行、检修建议，为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供有效的指导，进而使得检修人员能合理控制检修频率，减少检修成本。且此种通过将整圈叶片的共振转速与工作转速进行比较，评估出整圈叶片水蚀程度的判断方法更直观，便于比较，且能保证其所评估出的水蚀程度及发出的预警信号更加准确，进而能起到更有效的预警作用。
[0058]
同时，如图1所示，本发明提供一种能实现所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法的评估系统，包括传感器1、与传感器1通信连接的采集模块2、及与采集模块2通信连接的数据分析模块3，传感器1固定于汽轮机的整圈叶片的内缸中，数据分析模块3包括与采集模块2通信连接的叶片振动分析模块31、与叶片振动分析模块31通信连接的叶片水蚀评估模块32、及与叶片水蚀评估模块32通信连接的水蚀预警模块33，传感器1用于采集整圈叶片的到达信号、并将到达信号传输至采集模块2，采集模块2用于对整圈叶片的到达信号进行数字化、滤波、及放大处理后得到数字式到达信号，并将数字式到达信号传输至叶片振动分析模块31，叶片振动分析模块31能通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，叶片水蚀评估模块32能结合水蚀仿真分析数据和整圈叶片的振动数据对整圈叶片的水蚀情况进行评估，水蚀预警模块33能发出预警信号。本发明中评估系统的工作原理为：步骤1、叶片水蚀评估模块32通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系，得到相应的水蚀仿真分析数据；步骤2叶片水蚀评估模块32根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，叶片水蚀评估模块32会结合水蚀仿真分析数据和整圈叶片的振动数据对整圈叶片的水蚀情况进行评估，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时，水蚀预警模块33发出水蚀预警信号；具体地，步骤21、传感器1实时采集整圈叶片的到达信号、并将到达信号传输至采集模块2，采集模块2对整圈叶片的到达信号进行数字化、滤波、及放大处理后得到数字式到达信号，并将数字式到达信号传输至叶片振动分析模块31，叶片振动分析模块31通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，并将其传输给叶片水蚀评估模块32，叶片水蚀评估模块32根据整圈叶片的振动数据计算出整圈叶片的实时固有频率f1，实现获取整圈叶片的实时固有频率f1，叶片水蚀评估模块32根据整圈叶片的实时固有频率f1得出整圈叶片的实时共振转速v1，并计算出转速比值d，步骤22、叶片水蚀评估模块32判断转速比值d是否在第一转速比值设定范围以外，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤23；步骤23、叶片水蚀评估模块32判断转速比值d是否在第二转速比值设定范围以外，若是，则叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块33发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24；步骤24、叶片水蚀评估模块32判断转速比值d是否在第三转速比值设定范围以外，若是，则叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块33发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块
33发出叶片重度水蚀预警信号，从而实现了对整圈叶片的水蚀情况进行评估，并发出相应的预警，以能给运行人员提供合理化的运行、检修建议，为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供有效的指导，进而也能合理控制检修频率，减少检修成本。
[0059]
如图1所示，本实施例中评估系统，还包括与数据分析模块3通信连接的人机界面4，人机界面4用于显示整圈叶片的振动数据。叶片振动分析模块31能通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，振动数据包括频率、振幅和相位，叶片振动分析模块31将得到的振动数据发送给人机界面4，人机界面4显示相应的振动数据，以便于工作人员直观了解叶片的振动情况。
[0060]
本实施例中第一转速比值设定范围为[-5.0％,+3.0％]，第二转速比值设定范围为[-4.5％,+2.5％]，第三转速比值设定范围为[-4.0％,+2.0％]。上述步骤22中，判断转速比值d是否在[-5.0％,+3.0％]范围以外，若是，则机组可以在此工况下连续运行，并返回步骤21；否则，执行步骤23。上述步骤23中、判断转速比值d是否在[-4.5％,+2.5％]范围以外，若是，则水蚀预警模块33发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24。步骤24中、判断转速比值d是否在[-4.0％,+2.0％]范围以外，若是，则水蚀预警模块33发出叶片中度水蚀预警信号，并建议运行人员不能在此工况下长期停留，返回步骤21；否则，水蚀预警模块33发出叶片重度水蚀预警信号，且人机界面4画面提示运行人员及时调整工况，并返回步骤21。此种转速比值范围设定，更能准确与不同程度水蚀情况相对应，进而能准确评估出整圈叶片的水蚀情况，并发出准确的预警信号。
[0061]
本实施例中步骤1中，叶片水蚀评估模块32还通过仿真分析获得整圈叶片中的单只叶片的水蚀程度与单只叶片的固有频率变化的关系；步骤2中，叶片水蚀评估模块32根据单只叶片的固有频率变化情况判断出单只叶片的水蚀程度，且当单只叶片的水蚀程度严重至设定程度时，水蚀预警模块33发出水蚀预警信号，以实现对单只叶片的水蚀程度进行评估，并根据单只叶片的水蚀情况发出相应的预警。具体地，本实施例中步骤21中，传感器1实时采集单只叶片的到达信号，并发送给采集模块2，进而步骤21中叶片水蚀评估模块32就能需获取单只叶片的实时固有频率f2，计算出单只叶片的固有频率变化率h，且f0为单只叶片的原始固有频率；且步骤2还包括如下步骤：
[0062]
步骤25、叶片水蚀评估模块32判断固有频率变化率h是否在第一变化率设定范围以内，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤26；
[0063]
步骤26、叶片水蚀评估模块32判断固有频率变化率h是否在第二变化率设定范围以内，若是，则叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块33发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤27；
[0064]
步骤27、叶片水蚀评估模块32判断固有频率变化率h是否在第三变化率设定范围以内，若是，则叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块33发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，叶片水蚀评估模块32给水蚀预警模块33发送信号，水蚀预警模块33发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；
[0065]
第一变化率设定范围位于第二变化率设定范围内，第二变化率设定范围位于第三变化率设定范围内。
[0066]
同时，本实施例中第一变化率设定范围为[-0.5％,+0.5％]，第二变化率设定范围
为[-1％,+1％]，第三变化率设定范围为[-1.5％,+1.5％]。即步骤25中、叶片水蚀评估模块32判断单只叶片的固有频率变化率h是否在[-0.5％,+0.5％]范围以内，若是则机组可以在此工况下连续运行，并返回步骤21，否则，执行步骤26；步骤26、叶片水蚀评估模块32判断单只叶片的固有频率变化率h是否在[-1％,+1％]范围以内，若是，则水蚀预警模块33发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21，否则，执行步骤27；步骤27、叶片水蚀评估模块32判断单只叶片的固有频率变化率h是否在[-1.5％,+1.5％]范围以内，若是，水蚀预警模块33发出叶片中度水蚀预警信号，建议运行人员不能在此工况下长期停留，并返回步骤21，否则水蚀预警模块33发出叶片重度水蚀预警信号，且人机界面4画面提示运行人员及时调整工况，返回步骤21。此种变化率设定范围，更能准确与不同程度水蚀情况相对应，进而能准确评估出单只叶片的水蚀情况，并发出准确的预警信号。另外，本实施例中上述转速比值设定范围及变化率设定范围的具体数值即为上述水蚀仿真分析数据。
[0067]
本实施例中传感器1为基于叶尖定时技术且为非接触式的电涡流传感器。本实施例步骤21中，利用传感器1获取整圈叶片的到达信号，根据整圈叶片的到达信号得出整圈叶片的实时转速，无需再设置专门的转速传感器。另外，本实施例中传感器1通过螺栓固定在汽轮机的整圈叶片的内缸中，以方便传感器1的安装及拆卸。叶片水蚀评估模块32具体会结合有限元水蚀仿真分析数据和叶片的振动数据对叶片的水蚀情况进行评估分析。人机界面4提供叶片的振幅、频率、健康状等信息，以及叶片振动频谱图、叶片振动随时间的变化趋势图等信息。另外，工程师能通过人机界面4对传感器1参数、叶片参数进行设置和管理。
[0068]
本实施例中叶片具体为汽轮机的低压长叶片，整圈叶片具体为整圈低压长叶片结构。本实施例中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统，能根据叶片频率的变化对汽轮机的叶片的水蚀情况进行评估分析，对可能出现的事故进行预警，属于汽轮机叶片在线监测和水蚀评估技术领域。且本汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统，在不影响叶片性能、不影响机组安全、不干扰汽轮机内部流场的情况下，能实时监测汽轮机低压端长叶片的运行，进而分析叶片的水蚀情况，能够判断叶片的水蚀程度，能为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供指导。同时，本汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统的适用性广，能应用于带冠叶片、整圈自锁叶片、自由叶片、焊接拉筋叶片等多种型式汽轮机叶片的水蚀监测，适用性广。
[0069]
本实施例的步骤1中根据电厂运行情况分别对叶片进汽边顶部和出汽边底部进行不同程度的水蚀减重分析；进而得出不同水蚀程度以及不同水蚀位置引起叶片材料的缺失对叶片固有频率的影响关系。本实施例制定水蚀预警机制，根据实时获得的叶片振动信息对汽轮机低压长叶片的水蚀情况进行评估并在水蚀严重时提供预警。
[0070]
本实施例中评估系统能用于汽轮机低压端的湿蒸汽环境，不受气流冲刷、蒸汽凝结的影响，适用范围广，能监测整圈自锁叶片或自由叶片的水蚀情况且能满足长期监测的需求。本实施例中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统，能实时监测汽轮机低压端长叶片的运行情况，并评估叶片的水蚀程度，给运行人员合理化的运行建议；通过实时的水蚀监测，能为电厂检修周期提供参考，从而合理控制检修频率，减少检修成本上的浪费。本实施例可以利用整圈叶片的到达时间信号计算出转子转速，无需安装转速传感器。且传感器1及铠装壁线缆的设计使其能在湿蒸汽、气流冲刷、蒸汽凝结的环境下长期稳定运行。本实施例采用非接触式监测，只需在内缸上打孔即可安装传感器1，且传感器1隐测量端面藏
于缸壁内部，不会干扰气流的流动，对叶片效率无影响，传感器1小巧，只需螺栓固定，安装方便，对机组安全无影响。本实施例中共振转速的判断包括整圈叶片和单只长叶片的共振转速分别与工作转速的比较。本实施例中汽轮机低压长叶片水蚀预警方法通过水蚀仿真分析获得了不同水蚀情况下叶片材料缺失与叶片频率的变化关系，进而根据叶片频率的变化判断叶片水蚀程度。
[0071]
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0072]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系；步骤2、根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号；所述整圈叶片在湿蒸汽环境中运行，且所述整圈叶片以工作转速v0定速运行；所述步骤2包括如下步骤：步骤21、获取整圈叶片的实时固有频率f1，根据整圈叶片的实时固有频率f1得出整圈叶片的实时共振转速v1，并计算出转速比值d，且步骤22、判断转速比值d是否在第一转速比值设定范围以外，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤23；步骤23、判断转速比值d是否在第二转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤24；步骤24、判断转速比值d是否在第三转速比值设定范围以外，若是，则发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；所述第三转速比值设定范围位于第二转速比值设定范围内，所述第二转速比值设定范围位于第一转速比值设定范围内。2.根据权利要求1所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，所述第一转速比值设定范围为[-5.0％,+3.0％]，所述第二转速比值设定范围为[-4.5％,+2.5％]，所述第三转速比值设定范围为[-4.0％,+2.0％]。3.根据权利要求1所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，所述步骤1中，还通过仿真分析获得整圈叶片中的单只叶片的水蚀程度与单只叶片的固有频率变化的关系；所述步骤2中，根据单只叶片的固有频率变化情况判断出单只叶片的水蚀程度，且当单只叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号。4.根据权利要求3所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，所述步骤21中需获取单只叶片的实时固有频率f2，计算出单只叶片的固有频率变化率h，且f0为单只叶片的原始固有频率；所述步骤2还包括如下步骤：步骤25、判断固有频率变化率h是否在第一变化率设定范围以内，若是，则返回步骤21；否则，执行步骤26；步骤26、判断固有频率变化率h是否在第二变化率设定范围以内，若是，则发出叶片轻度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，执行步骤27；步骤27、判断固有频率变化率h是否在第三变化率设定范围以内，若是，则发出叶片中度水蚀预警信号，并返回步骤21；否则，发出叶片重度水蚀预警信号，并返回步骤21；所述第一变化率设定范围位于第二变化率设定范围内，所述第二变化率设定范围位于第三变化率设定范围内。5.根据权利要求4所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，所述第一变化率设定范围为[-0.5％,+0.5％]，所述第二变化率设定范围为[-1％,+1％]，所述第三变化率
设定范围为[-1.5％,+1.5％]。6.根据权利要求1所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法，其特征在于，所述步骤21中，利用传感器(1)获取整圈叶片的到达信号，根据整圈叶片的到达信号得出整圈叶片的实时转速。7.一种用于实现如权利要求1所述汽轮机低压长叶片水蚀预警方法的评估系统，其特征在于，包括传感器(1)、与传感器(1)通信连接的采集模块(2)、及与采集模块(2)通信连接的数据分析模块(3)，所述传感器(1)固定于汽轮机的整圈叶片的内缸中，所述数据分析模块(3)包括与采集模块(2)通信连接的叶片振动分析模块(31)、与叶片振动分析模块(31)通信连接的叶片水蚀评估模块(32)、及与叶片水蚀评估模块(32)通信连接的水蚀预警模块(33)，所述传感器(1)用于采集整圈叶片的到达信号、并将到达信号传输至采集模块(2)，所述采集模块(2)用于对整圈叶片的到达信号进行数字化、滤波、及放大处理后得到数字式到达信号，并将数字式到达信号传输至叶片振动分析模块(31)，所述叶片振动分析模块(31)能通过对数字式到达信号进行分析获得整圈叶片的振动数据，所述叶片水蚀评估模块(32)能结合水蚀仿真分析数据和整圈叶片的振动数据对整圈叶片的水蚀情况进行评估，所述水蚀预警模块(33)能发出预警信号。8.根据权利要求7所述评估系统，其特征在于，还包括与数据分析模块(3)通信连接的人机界面(4)，所述人机界面(4)用于显示整圈叶片的振动数据。9.根据权利要求7所述评估系统，其特征在于，所述传感器(1)为电涡流传感器。10.根据权利要求7所述评估系统，其特征在于，所述传感器(1)通过螺栓固定在汽轮机的整圈叶片的内缸中。

技术总结
本发明提供一种汽轮机低压长叶片水蚀预警方法及评估系统，通过仿真分析获得整圈叶片的水蚀程度与整圈叶片的固有频率变化的关系，进而根据整圈叶片的固有频率变化情况判断出整圈叶片的水蚀程度，且当整圈叶片的水蚀程度严重至设定程度时发出水蚀预警信号，实现对整圈叶片的水蚀程度评估及预警功能，以能给运行人员提供合理化的运行、检修建议，为汽轮机的安全运行以及叶片的检修提供有效的指导，使得检修人员能合理控制检修频率，减少检修成本。且此种通过将整圈叶片的共振转速与工作转速进行比较，评估出整圈叶片水蚀程度的判断方法更直观，便于比较，且能保证其所评估出的水蚀程度及发出的预警信号更加准确。程度及发出的预警信号更加准确。程度及发出的预警信号更加准确。


技术研发人员：张亚 单鹏 张佳敏
受保护的技术使用者：上海电气电站设备有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25