【摘要】：火電機(jī)組汽水系統(tǒng)關(guān)鍵部件液位測(cè)量是鍋爐運(yùn)行監(jiān)控的重要指標(biāo),關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,例如:除氧器、凝汽器、高壓加熱器、低壓加熱器、汽包(汽水分離器和儲(chǔ)水箱)等的液位。由于負(fù)荷、燃燒工況、給水壓力等變化引起各關(guān)鍵部件中液位發(fā)生頻繁波動(dòng),威脅機(jī)組安全運(yùn)行;由于火電機(jī)組主蒸汽、再熱蒸汽溫度的不斷提高,鍋爐高溫受熱面氧化膜厚度迅速增大。在熱應(yīng)力或者生長(zhǎng)應(yīng)力的作用下,氧化膜發(fā)生剝落。導(dǎo)致管道阻塞并且對(duì)汽輪機(jī)葉片造成沖蝕,大大增加了機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)率,嚴(yán)重影響機(jī)組的可靠性甚至危及運(yùn)行的安全。在低壓加熱器和高壓加熱器等部位,由于流動(dòng)加速腐蝕作用導(dǎo)致管壁厚度逐漸減薄,最終導(dǎo)致設(shè)備和管道失效破壞。因此,火電機(jī)組汽水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全,是發(fā)電企業(yè)最為關(guān)心的首要問題。超聲導(dǎo)波無損檢測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了火電機(jī)組汽水系統(tǒng)部件設(shè)備液位監(jiān)測(cè)和壁厚監(jiān)測(cè)現(xiàn)有技術(shù)的不足�；诔墒斓某晫�(dǎo)波無損監(jiān)測(cè)技術(shù),本文建立了火電機(jī)組汽水系統(tǒng)安全性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架,并且分析了超聲導(dǎo)波在火電機(jī)組汽水系統(tǒng)中所面臨的問題和挑戰(zhàn)。除此之外,本文開展了超聲導(dǎo)波法在電站汽水系統(tǒng)液位測(cè)量和壁厚監(jiān)測(cè)中的研究,主要研究?jī)?nèi)容:(1)理論研究:本章分別研究了自由邊界平板結(jié)構(gòu)、管道結(jié)構(gòu)和單側(cè)覆水平板結(jié)構(gòu)中超聲導(dǎo)波的基礎(chǔ)理論,例如頻散關(guān)系和模態(tài)結(jié)構(gòu)的求解。當(dāng)管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑遠(yuǎn)大于其壁厚時(shí),自由邊界平板結(jié)構(gòu)的反對(duì)稱模態(tài)A0和對(duì)稱模態(tài)S0分別類似于管道結(jié)構(gòu)的L(0,1)和L(0,2)模態(tài)。覆水平板中導(dǎo)波模態(tài)較自由平板多了一種quasi-Scholte模態(tài)。其次,通過數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)研究了水對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中超聲導(dǎo)波傳播規(guī)律的影響。在低頻區(qū),A0模態(tài)存在于自由平板中,而quasi-Scholte模態(tài)只存在于覆水平板中。(2)基于超聲導(dǎo)波的液位監(jiān)測(cè)研究:本章利用二維傅里葉變換(2-D Fourier transform,2-D FT)對(duì)掃描式激光測(cè)振儀(Scanning Laser Doppler Vibrometer,SLDV)采集到信號(hào)進(jìn)行頻率-波數(shù)域分析,研究了 quasi-Scholte模態(tài)在平板結(jié)構(gòu)和管道結(jié)構(gòu)中傳播特性。其次,設(shè)計(jì)了基于目標(biāo)波信號(hào)飛行時(shí)間的液位表征方法。第三,通過數(shù)值法研究了液位測(cè)量方法中激發(fā)頻率選擇優(yōu)化,從模態(tài)噪音和檢測(cè)波形識(shí)別性兩方面優(yōu)化了測(cè)量方法中的導(dǎo)波激發(fā)頻率。超聲導(dǎo)波激發(fā)頻厚積選擇范圍為250kHz ·mm-40kHz· mm。第四,研究了傳統(tǒng)壓電晶片傳感器對(duì)液位監(jiān)測(cè)應(yīng)用適用性。第五,設(shè)計(jì)研發(fā)了適合液位測(cè)量的單一方向上quasi-Scholte 模態(tài)激發(fā)的電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT),其設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù):線圈折間距D等于超聲導(dǎo)波波長(zhǎng)κwave、線圈的曲折數(shù)為5、線寬為0.9 mm和導(dǎo)線長(zhǎng)度為30 mm。最后,研究了基于Wigner-Ville分布的液位特征信號(hào)時(shí)頻分析方法,開發(fā)了基于超聲導(dǎo)波的封閉容器內(nèi)液位測(cè)量系統(tǒng)。液位實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)線性擬合系數(shù)與理論預(yù)測(cè)值非常接近,誤差僅為2.9%。(3)基于導(dǎo)波桿的高溫部件壁厚監(jiān)測(cè)研究:本章研究了導(dǎo)波桿中傳播的不同模態(tài)在被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生不同的應(yīng)力載荷分布。其次,借助有限元法研究了矩形橫截面導(dǎo)波桿中SH0模態(tài)導(dǎo)波的傳播規(guī)律。當(dāng)導(dǎo)波桿橫截面取1mmX 15 mm,激發(fā)中心頻率2 MHz時(shí),能夠獲得較高信噪比的波信號(hào)。第三,借助有限元法研究了矩形橫截面導(dǎo)波桿中溫度場(chǎng)分布,并通過熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證了導(dǎo)波桿散熱情況。第四,研究并比較了導(dǎo)波桿變體,并對(duì)導(dǎo)波桿與被測(cè)部件間耦合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。第五,利用所設(shè)計(jì)的導(dǎo)波桿干耦合裝置在常溫狀態(tài)下對(duì)部件試塊進(jìn)行了厚度監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。最后,對(duì)導(dǎo)波桿在高溫環(huán)境下壁厚監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。室溫(25℃)時(shí),壁厚測(cè)量值與實(shí)際厚度相差0.016mm;高溫被測(cè)部件壁厚測(cè)量(25℃-700℃)時(shí),根據(jù)反射波時(shí)間差和橫波速度計(jì)算的壁厚范圍為9.6289mm-10.1041mm,誤差范圍為0.16%-3.7%,速度測(cè)量值與擬合曲線所的速度值誤差范圍0.1%-2.5%。本文將超聲導(dǎo)波法應(yīng)用到汽水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備部件液位測(cè)量和壁厚監(jiān)測(cè),為建立火電機(jī)組汽水系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。未來,對(duì)于火電機(jī)組汽水系統(tǒng),成功地建立安全性監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)汽水系統(tǒng)安全性,保障電站的安全運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM621
【圖文】：

１．２．１火電機(jī)組汽水系統(tǒng)逡逑近幾年，我國(guó)不斷地更新火電機(jī)組容量，超超臨界火電機(jī)組在全國(guó)機(jī)組容逡逑量占比己達(dá)到３６．２％１｜６：｜＇圖１－２展示了國(guó)內(nèi)亞臨界、超臨界、超超臨界機(jī)組逡逑容量占比。目前，我國(guó)己成為世界上火電裝機(jī)容量最大、火電機(jī)組參數(shù)最高、逡逑火電機(jī)組平均燃煤煤耗最低的國(guó)家［｜８＿２０］。逡逑鍋爐汽包／汽水分離器水位對(duì)維持鍋爐和汽機(jī)安全運(yùn)行至關(guān)重要。水位過高逡逑或者過低都會(huì)導(dǎo)致汽水品質(zhì)的惡化。過高時(shí)不利于汽包／汽水分離器的正常運(yùn)行，逡逑導(dǎo)致出口蒸汽水分過多導(dǎo)致大量水垢沉積在過熱器管壁，嚴(yán)重可能導(dǎo)致過熱器逡逑損壞。而水位過低，會(huì)破壞汽水循環(huán)過程，嚴(yán)重影響水冷壁的安全運(yùn)行［６１。在逡逑除氧器中，若水中溶解氧氣，就會(huì)使與水接觸的金屬被腐蝕，同時(shí)在熱交換器逡逑中若有氣體聚集，將會(huì)使得熱阻增加，降低設(shè)備的傳熱效果。除氧器中液位過逡逑高發(fā)生溢水現(xiàn)象，并伴隨著熱量耗散，降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；過低時(shí)易產(chǎn)生汽化現(xiàn)逡逑象

ＭＦＣ）Ｐ３；７４］、斜入射傳感器１７５］、光纖傳感器空氣耦合傳感器和掃描逡逑式激光測(cè)振儀（Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋Ｌａｓｅｒ邋Ｄｏｐｐｌｅｒ邋Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ，邋ＳＬＤＶ）丨８１】，如圖邋３－２２、圖逡逑３－２６和圖１－４所示。逡逑ＰＺＴ和ＰＷＡＳ都是基于壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)工作機(jī)理來實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波的逡逑激發(fā)和接收，但是ＰＺＴ是基于離面應(yīng)力的耦合；而ＰＷＡＳ是基于面內(nèi)應(yīng)變耦合逡逑［３５邋６８＼如圖３－２２所示。ＥＭＡＴ利用電磁效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能，按轉(zhuǎn)化原逡逑理可分為洛侖磁力效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)兩種。ＥＭＡＴ作為非接觸式換能器，具逡逑有應(yīng)用于電站高溫環(huán)境的潛力［６９：７（）１，如圖３－２６所示。梳狀傳感器對(duì)激發(fā)的導(dǎo)逡逑波波長(zhǎng)和導(dǎo)波模態(tài)具有選擇性［７｜；７２１，如圖１－４邋Ｕ）所示。ＭＦＣ適合彎曲的被逡逑測(cè)部件中超聲導(dǎo)波的測(cè)量ｔ７３：７４］，如圖１－４邋（ｂ）所示。斜入射傳感器可以依據(jù)逡逑Ｓｎｅｌｌ定律調(diào)整楔狀物的角度，在被測(cè)部件中超聲導(dǎo)波獲得不同模態(tài)的導(dǎo)波１７５１，逡逑如圖１－４邋（ｃ）所示。光纖傳感器可以植入復(fù)合材料內(nèi)部

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2718864