摘要：汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場是汽輪機組安全平穩(wěn)運行的重要參數(shù)。在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺上構(gòu)建了具有溫度數(shù)據(jù)采集,、顯示,、分析、存儲和報警等功能的汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)利用蒸汽溫度測量數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)模型得出汽輪機轉(zhuǎn)子溫度,，具有精度高,、可靠性好、構(gòu)建方便等優(yōu)點

汽輪機組在起,、停機或者變負(fù)荷過程中,，由于蒸汽溫度的變化，汽輪機轉(zhuǎn)子內(nèi)部將產(chǎn)生很大的溫度梯度,，使得轉(zhuǎn)子承受很大的熱應(yīng)力和熱變形,，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子工作損耗。汽輪機轉(zhuǎn)子高,、低溫度變化形成熱應(yīng)力的循環(huán),，經(jīng)過多次作用后，會在轉(zhuǎn)子表面和中心孔壁形成裂紋,，當(dāng)裂紋達(dá)到臨界值就會發(fā)生轉(zhuǎn)子斷裂,，造成事故。為此,，本文采用美國國家儀器公司的圖形化編程軟件LabVIEW[1]作為監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)平臺,，構(gòu)建汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)。通過對汽輪機轉(zhuǎn)子溫度的監(jiān)測與分析,，尋找出溫度對轉(zhuǎn)子的影響因素,，以便在汽輪機組的運行中合理控制溫度參數(shù)，降低轉(zhuǎn)子的壽命損耗,。
1 方案設(shè)計
以C50-8.83/0.98型汽輪機為研究對象,，利用蒸汽溫度測量數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)模型得出汽輪機轉(zhuǎn)子溫度。汽輪機轉(zhuǎn)子溫度系統(tǒng)主要有數(shù)字濾波及顯示,、信號處理,、數(shù)據(jù)存儲、溫度報警等功能,。由于該監(jiān)測系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)是計算溫差得到的,，其結(jié)果的正確性依賴于監(jiān)測模型的準(zhǔn)確性。汽輪機轉(zhuǎn)子物理模型見圖1,，該模型根據(jù)轉(zhuǎn)子的運行工況及溫度分布特征簡化后得到,，共19級。

汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用圖形以數(shù)字和溫度計2 種方式顯示轉(zhuǎn)子溫度的分布,，以便直觀地觀察溫度變化趨勢（圖2）,。

2 溫度場計算模型
將汽輪機轉(zhuǎn)子簡化為有中心孔的無限長圓柱體，其數(shù)學(xué)模型及邊界條件[2]為：

式中：T為轉(zhuǎn)子溫度,；R為轉(zhuǎn)子任一點的半徑,；r為時間；a為熱擴散率；T0為初始溫度,；a為蒸汽與轉(zhuǎn)子表面間的換熱系數(shù),；Ts為與轉(zhuǎn)子外表面接觸的蒸汽溫度；R1,、R2分別為轉(zhuǎn)子內(nèi),、外徑，λ為轉(zhuǎn)子材料的導(dǎo)熱系數(shù),。
據(jù)數(shù)學(xué)模型,，采用一維差分法得到克蘭克-尼科爾森差分［2] (2):

式中：T′i、T′i-1,、T′i+1分別為下一時刻節(jié)點i,、節(jié)點i-1、節(jié)點i+1的溫度值,；Ti,、Ti-1、Ti+1分別為該時刻節(jié)點i,、節(jié)點i-1,、節(jié)點i+1的溫度值；△τ為間隔時間,；Ri為節(jié)點i處的半徑,；ΔR為分層厚度。
將得到的差分方程采用公式節(jié)點在LabVIEW中進(jìn)行運算,，其程序如圖3所示,。

3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)字信號處理模塊是汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,。在實際測試和數(shù)據(jù)采集過程中,，對監(jiān)測系統(tǒng)自身振動和外界干擾（電磁干擾、噪聲）等,，可在信號濾波模塊加入低通濾波器抑制環(huán)境中50Hz或60Hz噪聲干擾并對數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析[3],。利用仿真信號模擬溫度傳感器信號,，再加入各種噪聲信號對汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行測試,，表明經(jīng)數(shù)字信號處理模塊運行后得到的汽輪機轉(zhuǎn)子溫度數(shù)據(jù)完全符合要求。其程序框圖如圖4所示,。

4 數(shù)據(jù)存儲及報警
汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲的功能,，可查看和分析歷史溫度數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)汽輪機的運行,。該系統(tǒng)采用 LabVIEW 文件存儲方式,，并按照一定的時間周期生成報表。記錄數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意避免在同一時間內(nèi)因計數(shù)器被重復(fù)調(diào)用而生成多余數(shù)據(jù),。
汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有溫度報警功能,，對轉(zhuǎn)子設(shè)置了最高溫度限制和最低溫度限制閉，當(dāng)實時的轉(zhuǎn)子溫度超過或者低于設(shè)置溫度時,，監(jiān)測系統(tǒng)將產(chǎn)生報警,。
5 結(jié)語
利用LabVIEW圖形軟件編制的汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過測量蒸汽溫度并根據(jù)機組特性計算出轉(zhuǎn)子溫度,，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測,。由汽輪機轉(zhuǎn)子溫度的變化，可判斷轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力變化,，為及時發(fā)現(xiàn)故障和降低轉(zhuǎn)子壽命損耗提供了保障,，提高了汽輪機運行的安全性、穩(wěn)定性,、經(jīng)濟性,。基于LabVIEW的汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測儀器的各種功能,，而且擴展了監(jiān)測功能,，使監(jiān)測更加開放、靈活,，并具有圖形化的編程方式,，開發(fā)時間短，維護(hù)費用少等優(yōu)點,。
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