СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ КОМПОНЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
METHOD FOR DETERMINING SERVICE LIFE OF COMPONENT OF POWER PLANT

Изобретение относится к способу для определения срока службы компонента энергетической установки, причем под сроком службы понимается максимальное время эксплуатации компонента энергетической установки до тех пор, когда потребуется техническое обслуживание или замена.
Срок службы компонента энергетической установки в настоящее время, как правило, определяется тем, что сначала выбираются наиболее нагруженные компоненты энергетической установки и затем для этих компонентов отдельно определяется их усталость. При определении усталости, в частности, применяются методы долговременной усталости и усталости от смены растяжения.
Так, для детального анализа деформации конструктивных элементов на компонентах энергетической установки известно использование метода конечных элементов. При этом методе решаются системы дифференциальных уравнений, которые описывают напряжения, имеющие место в конструктивном элементе. Входными величинами для дифференциальных уравнений являются, например, характеристики изменения давления и температуры среды вокруг конструктивного элемента. Из вычисленных напряжений затем точно вычисляются нагрузки в материале.
Недостатком в известных способах является то, что они обеспечивают получение только результатов усталости отдельных конструктивных элементов или даже только участков конструктивных элементов, в то время как охватывающая весь конструктивный элемент, так называемая интегральная оценка срока службы всего компонента энергетической установки возможна лишь с большими затратами, если вообще возможна. Такая оценка более высокого уровня требовала, в частности, как правило, интерпретации полученных для отдельных конструктивных элементов результатов экспертами.
Другая возможность определения срока службы компонентов энергетической установки состоит в том, что во время выполнения компонентов энергетической установки устанавливается определенное число часов эксплуатации и запусков или смен нагрузки компонентов энергетической установки.
Так, сравнительно простой известный способ основывается на счете часов эксплуатации и смены нагрузки на основе предварительно вычисленных напряжений, обусловленных давлением и температурой в конструктивных элементах компонентов энергетической установки, и их последующем сравнении с экспериментально определенными значениями длительной прочности и числами смен нагрузки. Этот способ служит для определения срока службы энергетического котла (см. DIN EN 12952/4:2001-10 “Wasserrohrkessel und Anlagenkomponenten, Teil 4: Betriebsbegleitende Berechnung der Lebensdauererwartung, Deutsche Fassung EN 12952-4:2000”), причем подобные котлы представляют особый тип компонента энергетической установки, при котором на основе особых условий эксплуатации требуется также особый тип определения срока службы.
Последняя названная возможность, как правило, терпит неудачу из-за того, что компоненты энергетической установки при собственно эксплуатации работают иначе, чем это предполагалось при разработке.
В основе изобретения лежит задача создать способ для определения срока службы компонента энергетической установки, с помощью которого преодолеваются вышеназванные недостатки и обеспечивается возможность всеобъемлющей интегральной оценки срока службы компонентов энергетической установки особенно простым способом. В отношении точности определения срока службы возможны компромиссы, если определение быстро дает результаты, которые, в частности, могут интерпретироваться без специального знания.
Указанная задача в соответствии с изобретением решается способом согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению решения описаны в зависимых пунктах.
Согласно изобретению предложен способ для определения срока службы компонента энергетической установки, который содержит следующие этапы: определение первой характеристической величины для срока службы компонента энергетической установки при постоянной мощности, определение второй характеристической величины для срока службы компонента энергетической установки при изменяющейся мощности, определение первого предписания эквивалентности, посредством которого представляется предварительно определенный режим работы компонента энергетической установки при постоянной мощности в зависимости от количества первой характеристической величины, определение второго предписания эквивалентности, посредством которого представляется предварительно определенный режим работы компонента энергетической установки в зависимости от количества второй характеристической величины, определение получающихся во время действительного режима работы компонента энергетической установки количеств первой и второй характеристических величин, определение суммы количеств первой и второй характеристических величин, принятие решения о сроке службы на основе определенной суммы.
Соответствующий изобретению способ исходит из известного образа действия, при котором компоненту энергетической установки во время выполнения приписывается срок службы, который должен быть достигнут. При этом принимается совокупность нагрузок, которая должна в максимальной степени соответствовать ожидаемому впоследствии режиму работы компонента энергетической установки. Подобная совокупность нагрузок состоит, например, из гарантированного количества часов нормального режима работы и гарантированного количества пусков и смен нагрузок компонента энергетической установки в форме предварительно определенных технологических режимов компонента энергетической установки. Как пояснено выше, действительный технологический режим компонента энергетической установки согласно совокупности нагрузок при выполнении не может непосредственно сравниваться с действительным технологическим режимом компонента энергетической установки. Соответствующий изобретению способ определяет, помимо указанного, для оценки срока службы компонента энергетической установки, интегральные характеристические величины с предписаниями эквивалентности или расчета, и определяет отсюда сумму количеств характеристических величин, которая затем допускает общий вывод для оценки срока службы компонента энергетической установки. Сумма количеств характеристических величин может, в частности, устанавливаться по отношению к граничным значениям, посредством которых затем могут определяться требуемые интервалы ремонта и/или замены для компонента энергетической установки.
Соответствующее изобретению решение основывается, в частности, на вводе двух характеристических величин для интегральной оценки срока службы компонентов энергетической установки, из которых первая характеристическая величина относится к сроку службы компонента энергетической установки при постоянной мощности, а вторая характеристическая величина относится к сроку службы компонента энергетической установки при изменяющейся мощности. С помощью соответствующих предписаний эквивалентности в соответствии с изобретением действительный технологический режим или действительный режим работы компонента энергетической установки пересчитывается в получаемое количество первой и второй характеристических величин. Затем определяется сумма количеств первой и второй характеристических величин, на основе которых, наконец, срок службы компонента энергетической установки может определяться интегральным или всеобъемлющим образом. Предписания эквивалентности могут, например, формулироваться таким образом, что, исходя из эквивалентного часа работы при предварительно определенной постоянной мощности, определяется действительно получающийся час работы при одной, но намного более высокой постоянной мощности посредством соответственно высокого количества эквивалентных часов работы. Подобным образом может устанавливаться эквивалентный запуск при предварительно определенной изменяющейся мощности, исходя из которого затем при действительно получающемся запуске с другой изменяющейся мощностью определяется соответствующее количество эквивалентных запусков.
Таким образом, соответствующее изобретению решение включает в себя, в частности, два этапа, причем на первом этапе для упомянутых характеристических величин однократно определяются предписания эквивалентности или предписания расчета, а затем на втором этапе посредством непрерывного подсчета и контроля установленных характеристических величин (как упомянуто, например, эквивалентных часов работы и эквивалентных запусков) во время работы компонента энергетической установки определяется сумма количеств характеристических величин.
Особенно предпочтительным образом соответствующий изобретению способ может выполняться для определения срока службы котла энергетической установки в качестве компонента энергетической установки. Это особенно подходит, так как в случае подобных котлов энергетической установки могут устанавливаться лишь несколько рабочих параметров для определяемых в соответствии с изобретением предписаний эквивалентности. Так, соответствующие изобретению предписания эквивалентности могут особенно предпочтительным образом связываться с ситуацией давления свежего пара и/или получающейся в течение конкретного случая работы разностью температуры в котле энергетической установки.
Вышеназванный эквивалентный час работы в соответствующем изобретению способе особенно предпочтительно определяется как час работы компонента энергетической установки при номинальных параметрах. Номинальные параметры образуют исходный пункт для данных спецификации случая работы, исходя из которого затем в соответствии с изобретением, посредством взвешивания, устанавливается пересчет из обычно получающихся случаев работы на эти стандартные случаи работы. Взвешивание, в частности, определяется таким образом, что оно представляет потребление срока службы отдельных, в частности, обслуживаемых или ремонтируемых конструктивных элементов компонента энергетической установки.
EOH
0
EOH
0
При этом особенно предпочтительным образом первое предписание эквивалентности определяется как функция из фактического временного параметра, по меньшей мере, одного фактического рабочего параметра компонента энергетической установки и весового коэффициента. Так, предписание эквивалентности или предписание расчета для эквивалентного рабочего часа котла энергетической установки предпочтительным образом формулируется так: t= t * (p/p)^, где t - эквивалентный час работы, t - время (в часах), p - давление свежего пара в рассматриваемом случае работы, p - давление свежего пара при номинальной мощности, ^ - взвешивание.
В качестве второй характеристической величины в соответствии с изобретением особенно предпочтительным образом определяется типовой холодный запуск при номинальных параметрах компонента энергетической установки.
Альтернативно или дополнительно предпочтительным образом вторая характеристическая величина определяется как неполный типовой теплый запуск при номинальных параметрах компонента энергетической установки.
Особенно предпочтительным образом предписание эквивалентности базируется для характеристической величины для срока службы компонента энергетической установки при изменяющейся мощности на различающихся предписаниях расчета для трех случаев работы, причем вторая характеристическая величина в первом случае работы формируется из постоянного значения, не равного нулю, вторая характеристическая величина вычисляется во втором случае работы из, по меньшей мере, одного фактического рабочего параметра компонента энергетической установки и весового коэффициента, и в третьем случае работы вторая характеристическая величина формируется из нулевого значения. Предписания расчета базируются при этом на так называемых переходных процессах (это означает ограниченный во времени процесс изменения рабочих параметров в компоненте энергетической установки, при котором компонент энергетической установки переходит из одного состояния в другое).
Переходные процессы классифицируются на первый случай работы размыкания или сброса нагрузки, при котором вторая характеристическая величина в соответствии с изобретением принимает постоянное значение, не равное нулю, например 20.
NES
NES
В качестве второго случая работы определяется так называемый релевантный переходный процесс, при котором вторая характеристическая величина вычисляется из, по меньшей мере, одного действительного рабочего параметра компонента энергетической установки и весового коэффициента. Так можно при подобном релевантном переходе мощности, например, в качестве второй характеристической величины можно вычислить количество эквивалентных запусков следующим образом: n = K* ΔT * max(ΔT/Δt), причем n- количество эквивалентных стартов, K - константа или взвешивание, определенное из типового запуска, ΔT - разность температур во время случая работы, ΔT/Δt - градиент температуры во время случая работы.
В качестве так называемого прочего переходного процесса определяется, наконец, третий случай работы, при котором хотя и происходит изменение мощности, но оно не оказывает или почти не оказывает влияния на собственно срок службы компонента энергетической установки, так что при этом вторая характеристическая величина принимает значение 0.
Чтобы соответствующий изобретению способ еще более упростить и, в частности, определение срока службы сделать возможным по отношению только к граничному значению, является предпочтительным, исходя из первой и второй характеристических величин, пересчитать каждый случай работы в одну единственную характеристику. Так, особенно предпочтительным образом вторая характеристическая величина пересчитывается в предварительно определенное количество первой характеристической величины. Так, предпочтительным образом вышеназванное количество эквивалентных запусков пересчитывается в количество эквивалентных часов, так что формируется только одно граничное значение, и также требуется только одно сравнение в отношении допустимого срока службы.
Соответствующее изобретению решение можно дополнительно модифицировать тем, что предписания эквивалентности или расчета и, в частности, применяемое в них взвешивание согласуются на основе сопоставления предварительно определенного срока службы компонента энергетической установки с предварительно определенной характеристической величиной и фактически получающегося срока службы компонента энергетической установки. При этом, в частности, в случае котлов энергетической установки в качестве компонентов энергетической установки, можно обращаться к известным данным работы имеющихся котлов энергетической установки, и, при необходимости, в предусмотренные предписания эквивалентности могут включаться также другие основные параметры котлов энергетической установки.
Соответствующий изобретению способ определения срока службы компонента энергетической установки имеет, в частности, преимущество, состоящее в том, что для его применения не требуются никакие специальные знания. Для изготовителя компонента энергетической установки, в частности для изготовителя котлов энергетической установки, данный способ предоставляет преимущество, заключающееся в возможности простого пересчета заданных данных расчетной совокупности нагрузки в фактический режим эксплуатации. Так как согласно изобретению применяемые уравнения в рамках предписаний эквивалентности могут просто модифицироваться, то можно легко перенести параметры, определенные для одного компонента энергетической установки, на другие компоненты энергетической установки. Это вновь имеет большое преимущество, особенно в аспекте котла энергетической установки в качестве компонента энергетической установки.
Для ремонта и технического обслуживания, в частности, котлов энергетической установки, соответствующий изобретению способ предоставляет преимущество, заключающееся в том, что моменты времени осмотра особенно простым способом могут устанавливаться в зависимости от фактического режима эксплуатации котла энергетической установки.
Далее соответствующий изобретению способ определения срока службы компонента энергетической установки поясняется более подробно с помощью приложенных схематичных чертежей.
На чертеже представлена схема последовательности операций примера выполнения соответствующего изобретению способа.
Показанный на чертеже способ 10 выполняется, по существу, в две стадии 12 и 14. В рамках стадии 12 на первом этапе 16 определяется расчетная совокупность нагрузки для данного, подробно не показанного компонента энергетической установки в форме котла энергетической установки.
Параллельно этому на этапе 18 устанавливается группа данных спецификации, по меньшей мере, одного случая работы для эквивалентного часа работы (EOH) и, по меньшей мере, одного случая работы для эквивалентного запуска (NES).
Кроме того, на этапе 20 устанавливается группа данных спецификации весов или взвешивания для пересчета обычных случаев работы в предварительно определенные или специфицированные случаи работы. Эти данные спецификации весов для пересчета обычных случаев работы представляют собой предписания эквивалентности, посредством которых предварительно определенный режим работы компонента энергетической установки, с одной стороны, при постоянной мощности и, с другой стороны, при изменяющейся мощности отображается в зависимость некоторого количества характеристических величин. Характеристические величины представляют собой, с одной стороны, вышеназванные эквивалентные часы работы (в качестве характеристической величины для срока службы компонента энергетической установки при постоянной мощности) и, с другой стороны, вышеназванный эквивалентный запуск (в качестве характеристической величины для срока службы компонента энергетической установки при изменяющейся мощности).
На этапе 22 на основе вышеназванной расчетной совокупности нагрузки (см. этап 16), данных спецификации случая работы для эквивалентного часа работы и случая работы для эквивалентного запуска (см. этап 18) и данных спецификации весов для пересчета обычных случаев работы (см. этап 20) определяются граничные значения, посредством которых во время работы котла энергетической установки устанавливаются моменты времени осмотра.
На второй стадии 14 соответствующего изобретению способа 10, во время собственно эксплуатации котла энергетической установки, на этапе 24 данные определения измеренных значений основных параметров котла энергетической установки, а именно, в частности, его мощности, его температур в конструктивных элементах и его давлений в конструктивных элементах, совместно регистрируются и, при необходимости, промежуточно сохраняются. Затем на этапе 26 на основе этих определенных данных измеренных значений и установленных на этапе 20 предписаний эквивалентности определяется получающееся количество первой и второй характеристических величин, а именно количество эквивалентных часов работы (EOH) и эквивалентных запусков (NES).
EOH
0
EOH
0
Так, например, на основе предписания эквивалентности или расчета для эквивалентных часов работы (EOH) устанавливается, как велико должно быть количество эквивалентных часов работы в отношении фактически имеющегося количества часов работы при другой ситуации давления свежего пара. Это осуществляется в предлагаемом примере на основе предписания расчета: t= t * (p/p)^, где t - эквивалентные часы работы, t - время (в часах), p - давление свежего пара в рассматриваемом случае работы, p - давление свежего пара при номинальной мощности, ^ - экспонента для взвешивания для ЕОН, например, равная 3,0.
NES
NES
NES
NES
Другое предписание расчета для эквивалентных запусков (NES) базируется на так называемых переходных процессах, которые относятся к ограниченному во времени процессу изменения рабочих параметров, при котором компонент энергетической установки переходит из одного рабочего состояния в другое. Переходные процессы сначала классифицируются на три случая работы, причем первый случай работы определяется как размыкание или сброс нагрузки, второй случай работы - как так называемый релевантный переходный процесс и третий случай работы - как так называемый прочий переходной процесс. Предписание эквивалентности или расчета для эквивалентного запуска (NES) устанавливается затем следующим образом: для первого случая работы n = 20, для второго случая работы n = K* ΔT * max(ΔT/Δt) и для третьего случая работы n = 0, причем n- количество эквивалентных запусков, K - константа или взвешивание, определенное из типового запуска, для NES, ΔT - разность температур во время случая работы, ΔT/Δt - градиент температуры во время случая работы.
Граничные значения определяются с учетом предписаний эквивалентности или расчета, а также параметров случаев нагрузки соответствующей расчетной совокупности нагрузки. В результате получаем xEOH и yNES в качестве граничных значений (G).
Из этих взвешиваний или предписаний эквивалентности, а также измеренных на этапе 24 основных параметров котла энергетической установки (мощность, температуры и давления) также вычисляются и подсчитываются характеристические величины EOH и NES, так что во время работы всегда имеется достигнутое в текущий момент значение, то есть количество первой и второй характеристических величин.
На этапе 28 это количество сравнивается с определенными на этапе 22 граничными значениями таким образом, что сначала формируется сумма количеств первой и второй характеристических величин и затем она сравнивается с соответствующими граничными значениями для установленных моментов времени осмотра.
Результат выдается на этапе 30, так что в целом возможна выполняемая быстрым и простым способом оценка ситуации с осмотром котла энергетической установки.