專利名稱：高壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力損傷的累積記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于記錄累積應(yīng)力損傷的方法，特別是涉及到一種在高壓汽輪機轉(zhuǎn)子中由于表面效應(yīng)溫度差而引起的累積應(yīng)力損傷的記錄方法。
眾所周知，當(dāng)一個物體不均勻地加熱或冷卻時，由于物體的一部分相對于該物體被固定就位的另一部分的膨脹或收縮，會形成應(yīng)力。由這種溫度差別引起的應(yīng)力可以用已知的技術(shù)來計算，如在ASME論文號63-PWR-16題為“預(yù)防汽輪機轉(zhuǎn)子周期性熱應(yīng)力破裂”中所敘述的那樣，該論文的作者是W.R.Berry，由美國機械工程師學(xué)會1964年發(fā)表。通常要對汽輪機進行監(jiān)視，以檢測其運行溫度，因此就可以計算出在汽輪機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生應(yīng)力的表面效應(yīng)溫度差。所得出的結(jié)果用來估算在汽輪機運行過程中由于溫度變化對輪子的應(yīng)力損傷，還可以用于其它目的。
所估算出的應(yīng)力損傷可以通過將一個機械計數(shù)器增加一定量值的方式累積起來，該量值對應(yīng)于在一個單一的基本連續(xù)的加熱或冷卻過程中所引起的應(yīng)力損傷。近來，永久性的存儲裝置已代替了機械計量器。然而，不管存儲裝置是一個機械計數(shù)器或是一個永久性存儲裝置，累積的應(yīng)力損傷計數(shù)器可能會失誤。由于這個原因，通常還配有備份的計數(shù)器或存儲裝置以便備用。但是，考慮到汽輪機的壽命一般為30年，即使配備雙份或三份也可能不夠用，而且每一個附加的設(shè)備都使成本增加。如果不考慮這種預(yù)防措施，設(shè)備發(fā)生的故障可能未被注意到，在使用永久性計數(shù)器時，故障之前所累積的應(yīng)力損傷數(shù)據(jù)也可能會完全丟失。
本發(fā)明的基本目的是提供一種用于累積應(yīng)力損傷的方法，它不需要機械計數(shù)器或電子存儲裝置可持久地存儲累積的應(yīng)力損傷數(shù)據(jù)。
鑒于此目的，本發(fā)明屬于一種用于累積由于溫度變化而引起的應(yīng)力損傷的方法，它包括在一個計算裝置中執(zhí)行下列步驟(a)確定在一個基本連續(xù)的溫度變化周期的始末點之間在某一方向上的應(yīng)力損傷的表示式;上述方法的特征在于(b)在許多計數(shù)變量中使一個變量增值，這個計數(shù)變量對應(yīng)于包括步驟(a)中所確定的應(yīng)力損傷表示式在內(nèi)的一個范圍;(c)計算累積應(yīng)力損傷的方法是將每一個計數(shù)變量乘以一個對應(yīng)于該變量所代表的應(yīng)力損傷系數(shù)，并把結(jié)果相加;(d)對某一個方向上溫度變化基本連續(xù)的后續(xù)周期重復(fù)步驟(a)-(c)。
較好的辦法是通過執(zhí)行一個查表指令使該計數(shù)變量增值，將第一步驟中確定的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為一個計數(shù)下標，并且對應(yīng)于該計數(shù)下標增加該計數(shù)變量。
本方法在包括一個將以前的累積應(yīng)力損傷加到剛剛計算出的累積應(yīng)力損傷上，以產(chǎn)生總的累積應(yīng)力損傷的步驟后，便可重新開始。總的累積應(yīng)力損傷最好輸出到永久性的存儲介質(zhì)，例如打印紙上。較可取的辦法是將總的累積應(yīng)力損傷與一個報警設(shè)定值進行比較，如果總的累積應(yīng)力損傷超過了該報警設(shè)定值，就發(fā)出一個報警信息。這個方法用在高壓汽輪機的轉(zhuǎn)子中累積應(yīng)力損傷時，在超過報警設(shè)定值的情況下，可以調(diào)整汽輪機的自動控制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所采用的方法的流程圖;
圖2是一個更詳細的流程圖，表示為了在兩個極限值之間確定應(yīng)力損傷以及把已完成的周期納入記錄數(shù)據(jù)中所用的步驟。
圖1的流程圖提供了該方法的概貌。在步驟10中，采用常規(guī)方法檢測一臺汽輪機的溫度，并將所檢測的溫度轉(zhuǎn)化為應(yīng)力，單位是每平方英寸千磅(KSI)。在步驟12中檢查了一個表明以前是否曾執(zhí)行過下面步驟的變量。如果是第一次進入該程序，當(dāng)前的應(yīng)力就與一個緩沖范圍相比較，以確定是否已產(chǎn)生一個顯著量值的應(yīng)力。如果只產(chǎn)產(chǎn)一個微不足道的應(yīng)力，就不再執(zhí)行程序的剩余部分。如果一個顯著量值的應(yīng)力已經(jīng)產(chǎn)生，就設(shè)定一個表示該應(yīng)力正在增加或正在減小的變量，并且程序繼續(xù)執(zhí)行步驟14，如同該過程以前已經(jīng)開始那樣。
在步驟14中，當(dāng)前的應(yīng)力與以前的極限應(yīng)力值進行比較。如果當(dāng)前應(yīng)力繼續(xù)在相同方向上變化或者處在先前極限應(yīng)力的彈性范圍之內(nèi)，則程序執(zhí)行步驟16。如果當(dāng)前應(yīng)力比以前極限應(yīng)力更大，則先前的極限應(yīng)力就被設(shè)定為等于當(dāng)前的應(yīng)力值。然后程序返回，并等待下一個即將計算的應(yīng)力值。
在步驟14中，如果當(dāng)前應(yīng)力在相反方向上以大于彈性范圍的值超過以前的極限應(yīng)力，程序?qū)⑥D(zhuǎn)到步驟20。在步驟20中，以前的極限應(yīng)力值被賦給一個變量(KPEAK)，并且被重置于最新測出的應(yīng)力值。此外，還要設(shè)定一個表示應(yīng)力變化的方向與以前的方向相反的變量。已完成周期的數(shù)據(jù)可以納入步驟22中。由于這一步驟是可選擇的，它將在下面參照圖2作更詳細的描述。
不管已完成的周期是否被歸納進來，在步驟24中確定了在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的期間的始末點之間所引起的應(yīng)力損傷表示法，然后在許多計數(shù)變量中將其中一個變量增值。執(zhí)行這個過程的步驟在圖2中更詳細地加以說明。在最近的半個周期中引起的應(yīng)力損傷表示已在步驟24確定之后，在步驟26中計算總的累積應(yīng)力損傷是將該半個周期的計數(shù)變量乘以與該計數(shù)變量所代表的應(yīng)力損傷相對應(yīng)的一個系數(shù)，乘積求和后再與以前累積的應(yīng)力損傷相加。所得到的總的累積應(yīng)力損傷在步驟28中輸出到永久性的存儲介質(zhì)，例如紙上，并與一個報警設(shè)定值在步驟30中進行比較。如果總的累積應(yīng)力損傷超過了報警給定值，就輸出一個信息給汽輪機運行人員，并且如果需要的話，可以修正汽輪機的自動控制，例如設(shè)法減小溫度的波動。
如果希望執(zhí)行步驟22，即將存貯數(shù)據(jù)的完整循環(huán)歸納進來，只是在這種情況下才進行圖2步驟32中的比較。如果步驟32沒有被包括進去，或者只有三個或更少的峰值應(yīng)力，那未就執(zhí)行步驟24a。圖2中的步驟24a表明一種確定應(yīng)力損傷表示的方法，該應(yīng)力損傷是在沿著當(dāng)前應(yīng)力方向上的最新變化和先前剛存儲的一個極限應(yīng)力值之間發(fā)生的。在當(dāng)前應(yīng)力方向上的最新變化所引起的應(yīng)力(KPEAK)與先前剛存儲的極限應(yīng)力值之間差值的絕對值賦給變量NKSI，先前的極限應(yīng)力值存儲在數(shù)組PEAKS的元素NPEAK之中。然后，在步驟24b中，函數(shù)KSIDX用來將這半個周期的應(yīng)力NKSI轉(zhuǎn)化為數(shù)組HALFC的下標IHALF。這就產(chǎn)生了一個對應(yīng)于包含這半個周期應(yīng)力NKSI在內(nèi)的應(yīng)力范圍下標。下一步，由下標IHALF標記的計數(shù)變量數(shù)組HALFC的元素以1增值。最后，峰值數(shù)組(PEAKS)的下標NPEAK增值，并且最新的極限應(yīng)力值(KPEAK)賦值給由NPEAK所標記的PEAKS的數(shù)組元素。
正如很容易看出的那樣，當(dāng)汽輪機的溫度由于負荷變化而波動時，經(jīng)過一個長時間后NPEAK的值將會增加并且該值將變?yōu)榇蟮貌豢山邮?。解決這個問題有幾種方法。一種方法是周期性地清除數(shù)組PEAKS并且重置NPEAK的值。避免NPEAK出現(xiàn)大數(shù)值以及在PEAKS數(shù)組中相應(yīng)地出現(xiàn)大量數(shù)組元素的一種較好的方法在圖2中加以說明。
如果在步驟32中NPEAK的值小于3，這對于檢查一個完整的循環(huán)所需要的極限應(yīng)力值的數(shù)目是不夠的，因此程序直接從步驟24a開始執(zhí)行。如果在數(shù)組PEAKS中存儲了三個以上的極限應(yīng)力值，程序從步驟34開始進行。在步驟34中，臨時變量KP1，KP2，KP3，KK1和KK2被置于所表示的值。變量KPn，其中n等于1、2或3，分別包含在以前的方向上所檢測出并已存儲的一、二和三次變化的極限應(yīng)力值。變量KK1和KK2提供了一個指示，表明KP1和KP2是如何與KP3和KPEAK相比較的。
步驟36對KK1和KK2的值進行檢查以確定是否有一個循環(huán)處于當(dāng)前應(yīng)力變化方向上的最新變化與在以前方向上檢測出的儲存有三次變化的極限應(yīng)力值之間。如果不存在周期的循環(huán)，下標NPEAK就與數(shù)組PEAKS的大小進行比較。如果數(shù)組PEAKS沒有被填滿，程序繼續(xù)從步驟24a執(zhí)行。另一方面，如果已檢測出一個完整的循環(huán)或者數(shù)組PEAKS已被填滿，程序就從步驟40繼續(xù)進行下去，并在執(zhí)行步驟24a和24b的計算之前清除掉在該周期的循環(huán)中以前檢測出的那些極限應(yīng)力值。
在步驟40中，在以前方向上檢測出的存儲有一次和二次變化的極限應(yīng)力值之間所引起的應(yīng)力賦值給變量NKSI。NKSI被用來找出計數(shù)變量數(shù)組(HALFC)的下標(IHALF)，然后將數(shù)組HALFC增值。變量NKSI又被設(shè)定為在以前方向上檢測出的存儲有二次和三次變化的極限應(yīng)力值之間所引起的應(yīng)力，HALFC的下標被計算出來，它代表了含有NKSI的應(yīng)力范圍，并且由IHALF所標志的數(shù)組HALFC的元素值減1。最后，數(shù)組PEAKS下一個要用元素下標(NPEAK)值減2。
在步驟40之后，程序返回到?jīng)Q策步驟32，以便數(shù)組PEAKS可被檢查是否有另一個完整的循環(huán)。假定沒有發(fā)現(xiàn)另外的完整的循環(huán)，在以前方向上檢測出的存儲有三次變化的極限應(yīng)力值將被用在步驟24a中作為以前存儲的最接近的極限應(yīng)力值，因為NPEAK的值在步驟40中已經(jīng)減少了2。步驟40中的過程導(dǎo)致對數(shù)組HALFC中計數(shù)變量的修正，以便包括步驟34和36所檢測出的循環(huán)，但不包括該循環(huán)周期之前對應(yīng)于溫度變化基本連續(xù)的周期的應(yīng)力。當(dāng)NKSI在步驟24a中被計算出時就包括了與這個溫度變化基本連續(xù)的周期相對應(yīng)的應(yīng)力損傷，NKSI是在最新的極限應(yīng)力值(KPEAK)與在以前方向上檢測出的存儲有三次變化的極限應(yīng)力值PEAKS(NPEAK)之間算出的，因為NPEAK在步驟40中減少了2。
函數(shù)KSIDX執(zhí)行一個查表指令，將變量NKSI轉(zhuǎn)化為計算下標IHALF，NKSI是為最近的在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的期間(或包含一個完整循環(huán)的等效區(qū)間)所確定的;IHALF代表了在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的期間里一個指定量的計算應(yīng)力損傷的發(fā)生次數(shù)。通過采用這個下標來標明計算變量數(shù)組(HALFC)中的一個元素，應(yīng)力損傷的一個相當(dāng)精確的表示就可以非常有效地儲存起來。因此，步驟26包含了下述過程將HALFC中每一個數(shù)組元素的值乘以一個由相應(yīng)的HALFC元素所代表的應(yīng)力損傷系數(shù)，再將乘積求和。然后這個累積的應(yīng)力損傷在步驟26中與以前的累積應(yīng)力損傷相加，產(chǎn)生一個總的累積應(yīng)力損傷(CYCLEACCUM)。在步驟28中將總的累積應(yīng)力損傷輸出到永久性的存儲介質(zhì)例如紙上，在一個按照本發(fā)明設(shè)計的計算裝置中不需要考慮停電問題。運行人員只需要讀出最新打印的總的累積應(yīng)力損傷并且在電源恢復(fù)以后把它作為以前的累積應(yīng)力損傷儲儲存起來。
權(quán)利要求
1.一種用于累積由于溫度變化而引起的應(yīng)力損傷的方法，包括在一個計算裝置中執(zhí)行下列步驟(a)確定在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的周期的始末點之間所產(chǎn)生的應(yīng)力損傷的表示式，上述方法的特征在于(b)在多個計數(shù)變量中使一個變量增值(246)，該計數(shù)變量對應(yīng)于包括步驟(a)中確定的應(yīng)力損傷表示式在內(nèi)的一個范圍；(c)累積應(yīng)力損傷的計算(26)是將每一個計數(shù)變量乘以一個對應(yīng)該計數(shù)變量所代表的應(yīng)力損傷的系數(shù)后，將這些乘積相加；(d)對于在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的后續(xù)各周期，重復(fù)步驟(a)～(c)。
2.如同在權(quán)利要求1中所敘述的一種方法，其特征是步驟(b)由下列各步驟組成(bⅰ)執(zhí)行一個查表指令將步驟(a)中確定的應(yīng)力損傷表示式轉(zhuǎn)化為一個計數(shù)下標;(bⅱ)將對應(yīng)于該計數(shù)下標的一個計數(shù)變量增值。
3.如同在權(quán)利要求2中所敘述的一種方法，其特征是步驟(a)包括下列各步驟(aⅰ)將表面效應(yīng)溫度差轉(zhuǎn)化(10)為當(dāng)前應(yīng)力，其特征在于包括以下步驟(aⅱ)在當(dāng)前應(yīng)力變化的方向上檢測(14)一個最新的、超出一個緩沖范圍的變化;(aⅲ)將以前檢測出的每一個對應(yīng)于在應(yīng)力變化方向上以前的變化的那些極限應(yīng)力值與在步驟(aⅱ)中檢測出的當(dāng)前應(yīng)力的極限值一同儲存起來(24b的最后一行);(aⅳ)確定在步驟(aⅱ)中檢測出的在當(dāng)前應(yīng)力變化的方向上的最新變化與先前剛存儲的一個極限應(yīng)力值之間產(chǎn)生的應(yīng)力損傷表示式(24a)。
4.如同在權(quán)利要求3中所敘述的一種方法，其特征是步驟(a)還包括在步驟(aⅳ)之前執(zhí)行下列步驟(aⅴ)檢查在當(dāng)前應(yīng)力變化方向上的最新變化和在以前方向上檢測出的存儲有三個變化的極限應(yīng)力值之間的一個循環(huán)(34和36);(aⅵ)如果在步驟(aⅴ)檢測出了循環(huán)，就消除在該循環(huán)以前檢測出的那些極限應(yīng)力值，由此，在以前方向上檢測出的存儲有三個變化的極限應(yīng)力值被用作步驟(aⅳ)中先前剛存儲的極限應(yīng)力值(40);(aⅶ)修正計數(shù)變量以包括在步驟(aⅴ)中檢測出的循環(huán)，但不包括該循環(huán)周期之前在溫度變化基本連續(xù)期間所引起的應(yīng)力。
5.如同在權(quán)利要求4中所敘述的一種方法，其特征是以前檢測的那些極限應(yīng)力值被存儲在一個數(shù)組中，其特征在于，步驟(aⅵ)包含了將該數(shù)組的下一個可用元素下標減小2的步驟，并且其特征在于，步驟(aⅶ)包含下列各步(awⅱ1)減小對應(yīng)于前半個循環(huán)的計數(shù)變量，即在以前方向上檢測出的存儲有兩個和三個變化的極限應(yīng)力值之間的半個循環(huán);以及(aⅶ2)增加對應(yīng)于后半個循環(huán)的計數(shù)變量即在以前方向上檢測出的存儲有一個和兩個變化的極限應(yīng)力值之間的半個循環(huán)。
6.如同在權(quán)利要求2中所敘述的一種方法，其特征在于，在本步驟(e)中，將一個以前累積的應(yīng)力損傷加到在步驟(c)中計算出的累積應(yīng)力損傷上，產(chǎn)生一個總的累積應(yīng)力損傷。
7.如同在權(quán)利要求6中所敘述的一種方法，其特征在于，在步驟(f)中，總的累積應(yīng)力損傷被輸出到永久性的存儲介質(zhì)上。
8.如同在權(quán)利要求7中所敘述的一種方法，其特征在于，在步驟(f)中，總的累積應(yīng)力損傷被打印在紙上。
9.如同在權(quán)利要求6中所敘述的一種方法，其特征在于，在以下步驟中(g)將總的累積應(yīng)力損傷與一個報警設(shè)定值進行比較;以及(h)當(dāng)步驟(g)中的上述比較表明總的累積應(yīng)力損傷超過了該報警設(shè)定值時，就發(fā)出一個報警信息。
10.一種用于在高壓汽輪機轉(zhuǎn)子中累積由于溫度變化所引起的應(yīng)力損傷的方法，該汽輪機由一個自動控制系統(tǒng)操縱，上述方法包括在一個計算裝置中執(zhí)行下列步驟(a)將表面效應(yīng)溫度差轉(zhuǎn)化為當(dāng)前應(yīng)力;(b)檢測在當(dāng)前應(yīng)力變化方向上超出一個緩沖范圍的最新變化(14)，上述方法的特征在于(c)與以前檢測出的極限應(yīng)力值一起，每個值對應(yīng)于在應(yīng)力變化方向上以前的變化，將在步驟(b)中檢測出的當(dāng)前應(yīng)力的極限值存儲起來;(d)確定在步驟(b)中檢測出的在當(dāng)前應(yīng)力方向上的最新變化與先前剛存儲的一個極限應(yīng)力值之間產(chǎn)生的應(yīng)力損傷表示式(24a);(e)執(zhí)行一個查表指令(24b的第一行)將步驟(d)中確定的應(yīng)力損傷表示式轉(zhuǎn)化為一個計數(shù)下標，該下標對應(yīng)于步驟(d)所確定的應(yīng)力損傷代表的一個范圍;(f)在許多計數(shù)變量中選擇出一個從屬該計數(shù)下標的變量并將其增值(24b的第二行);(g)計算累積應(yīng)力損傷的方法(26)是將每一個計數(shù)變量乘以一個由相應(yīng)的計數(shù)變量所代表的應(yīng)力損傷的系數(shù)，并將乘積相加;(h)將以前累積的應(yīng)力損傷加到在步驟(g)中算出的累積應(yīng)力損傷上(26)，產(chǎn)生一個總的累積應(yīng)力損傷;(i)將總的累積應(yīng)力損傷打印在紙上(28);(j)當(dāng)總的累積應(yīng)力損傷超過一個報警設(shè)定值時輸出一個報警信息(30);(k)對于在一個方向上溫度變化基本連續(xù)的后續(xù)各周期，重復(fù)步驟(a)～(j)。
11.如同在權(quán)利要求10中所敘述的一種方法，其特征在于，在步驟(d)之前執(zhí)行下列各步驟(l)檢查在當(dāng)前應(yīng)力變化方向上的最新變化和在該方向上以前檢測出的存儲有三個變化的極限應(yīng)力值之間的一個循環(huán)周期(34與36);(m)如果在步驟(l)中檢測出了循環(huán)，就消除在該循環(huán)中以前檢測出的極限應(yīng)力值(40)，由此，在該方向上以前檢測出的存儲有三個變化的極限應(yīng)力值被用來作為在步驟(d)中先前存儲的最接近的極限應(yīng)力值;(n)修正計數(shù)變量以包括在步驟(l)中檢測出的循環(huán)(40)，但不包括在該循環(huán)周期之前在溫度變化基本連續(xù)的周期中產(chǎn)生的應(yīng)力。
12.如同在權(quán)利要求11中所敘述的一種方法，其特征在于，以前檢測出的極限應(yīng)力值被存儲在一個數(shù)組中，并且步驟(m)包括將該數(shù)組的下一個可用元素的下標減小2;步驟(n)包括下列各步(n1)減小對應(yīng)于前半個循環(huán)(即在以前的方向上檢測出的存儲有兩個和三個變化的應(yīng)力值之間的半個循環(huán))的計數(shù)變量;以及(n2)增加對應(yīng)于后半個循環(huán)(即在以前的方向上檢測出的存儲有一個和兩個變化的應(yīng)力值之間的半個循環(huán))的計數(shù)變量。
13.如同在權(quán)利要求10中所敘述的一種方法，其特征在于，當(dāng)報警設(shè)定值被超過時，步驟(l)對高壓汽輪機的自動控制進行調(diào)整。
全文摘要
一種用于累積高壓汽輪機轉(zhuǎn)子中由于溫度差引起的應(yīng)力損傷的方法是利用與一個連續(xù)的溫度變化周期相對應(yīng)的應(yīng)力損傷表示式，其中在轉(zhuǎn)子中引起的應(yīng)力變化方向上每次有一個明顯的變化時，與應(yīng)力損傷表示式有關(guān)的一個計算變量就要增值。累積的應(yīng)力損傷的計算步驟是將每一個計數(shù)變量乘以一個與該變量相對應(yīng)的應(yīng)力損傷系數(shù)，乘積求和后再與以前累積的應(yīng)力損傷相加，從而產(chǎn)生總的累積應(yīng)力損傷。
文檔編號F01D21/12GK1035156SQ8810562
公開日1989年8月30日 申請日期1988年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月31日
發(fā)明者愛徳華·英川·黃, 米歇爾·皮遲·仇 申請人:西屋電氣公司