本发明提供了一种汽轮机红套环高压内缸的严密性的监控方法与系统，监控系统包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器。首先计算出厂时红套环上两个测点之间的弦长；在使用阶段，大修中测量红套环上两个测点之间的弦长，如果蠕变与松弛导致汽轮机红套环上两个测点之间的弦长减小，表明高压内缸的严密性监控不合格；通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度，保证汽轮机大修后红套环上两个测点之间的弦长变化值不小于首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值，使汽轮机红套环高压内缸的严密性处于受控状态，达到了控制汽红套环高压内缸的严密性的技术效果，为汽轮机红套环高压内缸的安全与经济运行提供了依据。
1.一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，该方法由以下步骤组成：第一步、获得在室温下汽轮机高压内缸红套环材料的泊松比ν；
第二步、获得制造厂的高压内缸与红套环的测量数据，包括：汽轮机高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径Ra、首次红套之前的汽缸外半径Rb1、首次红套之前的红套环内半径Rb2、首次红套之前的红套环外半径Rc、红套环上的测点半径Rt、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L0、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L1；
第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0：首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0的计算公式为：Y0＝L1-L0 (1)
第四步、计算红套环设计的初始过盈量δ0：高压内缸红套环设计的初始过盈量δ0的计算公式为：δ0＝Rb1-Rb2 (2)第五步、计算红套环的过盈量δi：给汽缸外半径与红套环内半径之间加装不同厚度的垫片，厚度为Hi的第i个垫片对应的红套环的过盈量δi的计算公式为：δi＝δ0+Hi (3)
第六步、计算红套后红套环的分层半径Rb：高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径Rb的计算公式为：
δi——厚度为Hi的第i个垫片对应的红套环的过盈量；
Ra——套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径；
第八步、计算红套后两个测点之间的弦长Yi：过盈量δi对应的红套后两个测点之间弦长Yi的计算公式为：
第九步、计算两个测点之间弦长变化值Xi：过盈量δi对应的两个测点之间弦长变化值Xi的计算公式为：Xi＝Yi-Y0 (7)
对于n组数据(δi，Xi)，采用线性回归法，得出线性函数表示为：δi＝A+KXi (8)
第十一步、计算新增垫片厚度Δδi：由公式(8)得出增量的比例函数表示为：Δδi＝K×ΔXi (9)
第十二步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：在汽轮机大修中，测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3；
第十三步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：经过运行后，在汽轮机大修中，红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算公式为：Y＝L2-L3 (10)
第十四步、汽轮机红套环高压内缸的严密性监控：在汽轮机大修中：
(1)若Y≥Y0，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控合格，表明汽轮机采用红套环高压内缸严密性处于受控状态，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控结束；
(2)若Y＜Y0，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机采用红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十五步；
第十五步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：在汽轮机大修中，红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0与Y之差ΔX的计算公式为：ΔX＝Y0-Y (11)
Y0——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；
Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；
第十六步、汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施：在汽轮机大修中，汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施就是：对已经发生蠕变与松弛的红套环通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的严密性，汽轮机红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：ΔH＝K×ΔX (12)
2.如权利要求1所述的一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于：所述第一步中，首先获得汽轮机高压内缸红套环的材料牌号，然后由材料牌号确定在室温下汽轮机高压内缸红套环材料的泊松比ν。
3.如权利要求1所述的一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于：所述第五步中，汽缸外半径与红套环内半径之间加装的不同的垫片的厚度分别为0mm、0.1mm、
0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm。
4.如权利要求1所述的一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于：所述第十二步中，采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3。
5.一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控系统，采用如权利要求1～4任一项所述的汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于：包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，将所述监控方法中相关的测量数据输入数据库服务器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器根据设定的计算方法进行计算，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，通过用户端浏览器显示汽轮机红套环高压内缸的严密性监控的计算结果和优化控制措施。
汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法及系统，属于汽轮机技术领域。
背景技术
[0002] 汽轮机采用红套环的圆筒型高压内缸，高压内缸中分面无外伸法兰，结构紧凑，外缸直径减小。采用数只钢制红套环将高压内缸的上下两半汽缸紧箍成一个圆筒体，其特点是起动、停机和负荷变动时热应力小。在汽轮机的使用过程中，由于进汽管两侧的红套环以及高温段的红套环的工作温度高，随着运行时间的增长红套环发生蠕变与松弛，高压内缸中分面严密性变差，有可能发生漏汽。若汽轮机红套环高压内缸的严密性监控不当，会导致高压内缸漏汽，影响汽轮机的安全与经济运行，工程上急需汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法。
[0003] 瑞典通用电气-布朗-博韦力股份公司已经申请发明专利“用于抽汽式涡轮机的收缩环轮”，申请号99108029.7，给出了汽轮机采用红套环高压内缸的抽汽空腔的新结构。哈尔滨汽轮机厂有限责任公司已经申请实用新型专利“汽轮机套装式汽缸红套环加热装置”，申请号201520555006.5，给出了汽缸红套环的套装和拆除的加热装置。但在汽轮机的设计阶段和使用阶段，汽轮机红套环高压内缸的严密性监控，还没有合适的方法可供使用。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是如何实现汽轮机红套环高压内缸的严密性监控。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于，该方法由以下步骤组成：
[0006] 第一步、获得在室温下汽轮机高压内缸红套环材料的泊松比v；
[0007] 第二步、获得制造厂的高压内缸与红套环的测量数据，包括：
[0008] 汽轮机高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径Ra、首次红套之前的汽缸外半径Rb1、首次红套之前的红套环内半径Rb2、首次红套之前的红套环外半径Rc、红套环上的测点半径Rt、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L0、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L1；
[0009] 第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0：
[0010] 首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0的计算公式为：
[0011] Y0＝L1-L0 (1)
[0012] 第四步、计算红套环设计的初始过盈量δ0：
[0013] 高压内缸红套环设计的初始过盈量δ0的计算公式为：
[0014] δ0＝Rb1-Rb2 (2)
[0015] 第五步、计算红套环的过盈量δi：
[0016] 给汽缸外半径与红套环内半径之间加装不同厚度的垫片，厚度为Hi的第i个垫片对应的红套环的过盈量δi的计算公式为：
[0017] δi＝δ0+Hi (3)
[0018] 第六步、计算红套后红套环的分层半径Rb：
[0019] 高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径Rb的计算公式为：
[0020]
[0021] 第七步、计算测点径向位移ui：
[0022] 过盈量δi对应的测点径向位移ui的计算公式为：
[0023]
[0024] 式中：
[0025] δi——厚度为Hi的第i个垫片对应的红套环的过盈量；
[0026] Ra————套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径；
[0027] Rb——高压内缸红套后汽缸与红套环的分层半径；
[0028] Rc——首次红套之前的红套环外半径；
[0029] Rt——红套环上的测点半径；
[0030] v——室温下红套环材料的泊松比；
[0031] 第八步、计算红套后两个测点之间的弦长Yi：
[0032] 过盈量δi对应的红套后两个测点之间弦长Yi的计算公式为：
[0033]
[0034] 第九步、计算两个测点之间弦长变化值Xi：
[0035] 过盈量δi对应的两个测点之间弦长变化值Xi的计算公式为：
[0036] Xi＝Yi-Y0 (7)
[0037] 第十步、确定比例系数K：
[0038] 对于n组数据(δi，Xi)，采用线性回归法，得出线性函数表示为：
[0039] δi＝A+KXi (8)
[0040] 式中：
[0041] A——回归常数；
[0042] K——比例系数；
[0043] 第十一步、计算新增垫片厚度Δδi：
[0044] 由公式(8)得出增量的比例函数表示为：
[0045] Δδi＝K×ΔXi (9)
[0046] 式中：
[0047] Δδi——新增垫片厚度；
[0048] ΔXi——新增垫片厚度Δδi对应的弦长增量；
[0049] 第十二步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：
[0050] 在汽轮机大修中，测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3；
[0051] 第十三步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：
[0052] 经过运行后，在汽轮机大修中，红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算公式为：
[0053] Y＝L2-L3 (10)
[0054] 第十四步、汽轮机红套环高压内缸的严密性监控：
[0055] 在汽轮机大修中：
[0056] (1)若Y≥Y0，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控合格，表明汽轮机采用红套环高压内缸严密性处于受控状态，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控结束；
[0057] (2)若Y＜Y0，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机采用红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十五步；
[0058] 第十五步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：
[0059] 在汽轮机大修中，红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0与Y之差ΔX的计算公式为：
[0060] ΔX＝Y0-Y (11)
[0061] 式中：
[0062] Y0——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；
[0063] Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；
[0064] 第十六步、汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施：
[0065] 在汽轮机大修中，汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施就是：对已经发生蠕变与松弛的红套环通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的严密性，汽轮机红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：
[0066] ΔH＝K×ΔX (12)
[0067] 式中：
[0068] K——比例系数。
[0069] 根据需要，可以打印输出汽轮机红套环高压内缸的严密性监控的计算结果和优化控制措施。
[0070] 优选地，所述第一步中，首先获得汽轮机高压内缸红套环的材料牌号，然后由材料牌号确定在室温下汽轮机高压内缸红套环材料的泊松比v。
[0071] 优选地，所述第五步中，汽缸外半径与红套环内半径之间加装的不同的垫片的厚度分别为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm。
[0072] 优选地，所述第十二步中，采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3。
[0073] 本发明还提供了一种汽轮机红套环高压内缸的严密性监控系统，采用上述的汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法，其特征在于：包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，将所述监控方法中相关的测量数据输入数据库服务器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器根据设定的计算方法进行计算，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，通过用户端浏览器显示汽轮机红套环高压内缸的严密性监控的计算结果和优化控制措施。
[0074] 本发明提供的汽轮机红套环高压内缸的严密性的监控方法与系统，实现了汽轮机红套环高压内缸的严密性的定量评定和使用监控。在使用阶段，大修中测量红套环上两个测点之间的弦长，如果蠕变与松弛导致汽轮机红套环上两个测点之间的弦长减小，表明高压内缸的严密性监控不合格；通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度，保证汽轮机大修后红套环上两个测点之间的弦长变化值不小于首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值，使汽轮机红套环高压内缸的严密性处于受控状态，达到了控制汽红套环高压内缸的严密性的技术效果，为汽轮机红套环高压内缸的安全与经济运行提供了依据。
附图说明
[0075] 图1为本发明汽轮机红套环高压内缸的严密性监控系统的方框图；
[0076] 图2为本发明汽轮机红套环高压内缸的严密性监控方法的流程图；
[0077] 图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图；
[0078] 图4为某型号600MW汽轮机红套环与高压内缸的结构示意图；
[0079] 图5为红套环上两个测点之间弦长的主视图；
[0080] 图6为红套环上两个测点之间弦长的俯视图；
[0081] 图7为红套环上两个测点之间弦长的侧视图；
[0082] 图8为某型号600MW汽轮机高压内缸第二只红套环垫片过盈量δi随弦长变化值Xi的变化图。
具体实施方式
[0083] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0084] 图1为本发明汽轮机红套环高压内缸的严密性监控系统的方框图，所述的汽轮机红套环高压内缸的严密性监控系统的监控系统包括游标卡尺1、数据库服务器2、计算服务器3、网页服务器4和用户端浏览器5，游标卡尺1测量的尺寸数据输入数据库服务器2，数据库服务器2连接计算服务器3，计算服务器3连接网页服务器4，网页服务器4连接用户端浏览器5，数据库服务器1中贮存红套环材料的泊松比v，高压内缸套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径Ra、首次红套之前的汽缸外半径Rb1、首次红套之前的红套环内半径Rb2、首次红套之前的红套环外半径Rc、红套环上的测点半径Rt、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L0、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L1，汽轮机大修中采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3。
[0085] 如图2所示，为本发明所采用方法的流程图，如图3所示，为汽轮机红套环高压内缸严密性监控的计算服务器所采用的计算机软件框图，该软件安装在汽轮机红套环高压内缸的严密性监控的计算服务器上，应用于汽轮机红套环高压内缸的严密性监控。
[0086] 以下结合具体应用实例来说明本发明。
[0087] 某型号超临界600MW汽轮机，红套环与高压内缸的结构如图4～图7所示，图4中11、12……17表示第一、二……七只红套环。在该台汽轮机的使用阶段，在运行10年后的大修中，应用图1所示的系统、图2所示的方法和图3所示的计算机软件，开展该汽轮机红套环高压内缸的严密性监控。该汽轮机红套环材料的采用20Cr1Mo1VNbTiB钢，该台汽轮机高压内缸有7只红套环，本实施例对第二只红套环对应的汽缸部位进行严密性监控。该台汽轮机第二只红套环对应的高压内缸的严密性监控结果列于表1和表2。
[0088] 该汽轮机已经运行10年，其红套环高压内缸的严密性的监控方法具体为：第一步、输入高压内缸红套环的材料牌号：
[0089] 输入汽轮机高压内缸红套环的材料牌号20Cr1Mo1VNbTiB，由材料牌号20Cr1Mo1VNbTiB确定在室温下汽轮机高压内缸红套环材料的泊松比v＝0.27；
[0090] 第二步、输入制造厂的高压内缸与红套环的测量数据：
[0091] 输入制造厂测量的该汽轮机高压内缸套装第二只红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径Ra、首次红套之前的汽缸外半径Rb1、首次红套之前的红套环内半径Rb2、首次红套之前的红套环外半径Rc、红套环上的测点半径Rt、首次红套之前的红套环上两个测点之间的弦长L0、首次红套之后的红套环上两个测点之间的弦长L1，具体测量数据列于表1；
[0092] 表1 制造厂的高压内缸与红套环的测量数据
[0093]
[0094]
[0095] 第三步、计算首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0：
[0096] 首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0的计算公式和结果为：
[0097] Y0＝L1-L0＝310.53-310.29＝0.24mm (13)
[0098] 第四步、计算红套环设计的初始过盈量δ0：
[0099] 高压内缸红套环设计的初始过盈量δ0的计算公式和结果为：
[0100] δ0＝Rb1-Rb2＝641.935-641.465＝0.47mm (14)
[0101] 第五步、计算红套环的过盈量δi：
[0102] 给定汽缸外半径与红套环内半径之间不同的垫片厚度Hi分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8，不同垫片厚度Hi对应的红套环的过盈量δi的计算公式为：
[0103] δi＝δ0+Hi (15)
[0104] 第六步、计算红套环红套后的分层半径Rb：
[0105] 高压内缸红套后，汽缸与红套环的分层半径Rb的计算公式为：
[0106]
[0107] 第七步、计算测点径向位移ui：
[0108] 不同过盈量δi对应的测点径向位移ui的计算公式为：
[0109]
[0110] 式中：
[0111] δi——过盈量
[0112] Ra——套装红套环部位的首次红套之前的汽缸内半径
[0113] Rb——高压内缸红套后汽缸与红套环的分层半径
[0114] Rc——首次红套之前的红套环外半径
[0115] Rt——红套环上的测点半径
[0116] v——在室温下红套环材料的泊松比；
[0117] 第八步、计算红套后两个测点之间的弦长Yi：
[0118] 第i个过盈量δi对应的红套后两个测点之间弦长Yi的计算公式为：
[0119]
[0120] 第九步、计算两个测点之间弦长变化值Xi：
[0121] 第i个过盈量δi对应的两个测点之间弦长变化值Xi的计算公式为：
[0122] Xi＝Yi-Y0 (19)
[0123] 该汽轮机红套环高压内缸严密性监控的第五步至第九步的结果列于表2；
[0124] 表2 不同厚度垫片上述第五步至第九步的计算结果
[0125]
[0126] 第十步、确定比例系数K：
[0127] 对于n组(δi，Xi)，采用现有技术的线性回归法，得出回归常数A＝0.0012、比例系数K＝3.095，第二只红套环垫片过盈量δi随弦长变化值Xi的变化图如图8所示，回归线性函数表示为：
[0128] δi＝A+KXi (20)
[0129] 式中：
[0130] A——线性回归常数
[0131] K——比例系数；
[0132] 第十一步、计算新增垫片厚度Δδi：
[0133] 由公式(20)得出增量的比例函数表示为：
[0134] Δδi＝K×ΔXi (21)
[0135] 式中：
[0136] Δδi——新增垫片厚度
[0137] ΔXi——新增垫片厚度Δδi对应的弦长增量；
[0138] 第十二步、大修中测量红套环上两个测点的弦长：
[0139] 在汽轮机大修中，采用游标卡尺测量红套环拆除之前两个测点之间的弦长L2＝310.66mm和红套环拆除之后两个测点之间的弦长L3＝310.56mm，游标卡尺测量的尺寸数据输入数据库服务器；
[0140] 第十三步、计算红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y：
[0141] 经过一段时间运行后，在汽轮机大修中，红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y的计算公式为：
[0142] Y＝L2-L3＝310.66-310.56＝0.10mm (22)
[0143] 第十四步、汽轮机红套环高压内缸的严密性监控：
[0144] 在汽轮机大修中，应用汽轮机红套环高压内缸严密性的监控系统，对于汽轮机红套环高压内缸严密性进行控制：
[0145] (1)若Y≥Y0，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控合格，表明汽轮机采用红套环高压内缸严密性处于受控状态，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控结束，进入第十七步；
[0146] (2)由于Y＝0.10mm＜Y0＝0.24mm，汽轮机红套环高压内缸严密性的监控不合格，表明在大修中需要对汽轮机采用红套环与高压内缸的垫片厚度进行调整，进入第十五步；
[0147] 第十五步、计算红套环上两个测点之间的弦长的变化值的改变量ΔX：
[0148] 在汽轮机大修中，红套环上两个测点之间的弦长的变化值Y0与Y之差ΔX的计算公式为：
[0149] ΔX＝Y0-Y1＝0.24-0.10＝0.14mm (23)
[0150] 式中：
[0151] Y0——首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值
[0152] Y——大修中红套环拆除前后红套环上两个测点之间的弦长变化值；
[0153] 第十六步、汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施：
[0154] 在汽轮机大修中，汽轮机红套环高压内缸的严密性的优化控制措施，就是对已经发生蠕变与松弛的红套环通过增加红套环与高压内缸之间的垫片厚度来保证高压内缸的严密性，汽轮机红套环与高压内缸之间再应增加的垫片厚度ΔH的计算公式为：
[0155] ΔH＝K×ΔX＝3.095×0.14＝0.43mm (24)
[0156] 式中：
[0157] K——比例系数；
[0158] 第十七步、打印输出结果：
[0159] 根据需要打印输出汽轮机红套环高压内缸的严密性监控的计算结果和优化控制措施。
[0160] 该600MW汽轮机红套环高压内缸，由于第二只红套环工作在高温区，运行10年以后发生蠕变与松弛，导致在大修中第二只红套环部位的高压内缸严密性的监控不合格，采取的优化控制措施是通过在红套环与高压内缸之间的新总造价垫片厚度0.43mm，保证汽轮机大修后第二只红套环上两个测点之间的弦长变化值不小于首次红套前后红套环上两个测点之间的弦长变化值，使该汽轮机第二只红套环对应的高压内缸的严密性处于受控状态，为该600MW汽轮机红套环高压内缸的安全与经济运行提供了依据。
