Sieci neuronowe w systemie ograniczeń termicznych wirnika turbiny

Sieci neuronowe w systemie ograniczeń termicznych wirnika turbiny
parowej / Krzysztof Dominiczak, Romuald Rządkowski, Wojciech
Radulski, Ryszard Szczepanik. – Warszawa, 2015
Spis treści
Przedmowa
11
Wykaz używanych skrótów i pojęć
19
1. Wstęp
1.1. Zakres przedstawionych zagadnień
1.2. Charakterystyka wału WP turbiny
1.2.1. Charakterystyka analizowanej turbiny
1.2.2. Część WP turbiny
1.2.3. Wał WP turbiny
1.2.4. Wydłużenia termiczne turbiny
1.2.4.1. Punkty stałe turbiny
1.2.4.2. Określenie przyrostu długości wału WP turbiny
1.2.4.3. Błędy określenia długości wału WP turbiny
1.2.5. Dostępne pomiary w rejonie części WP turbiny
1.2.5.1. Pomiar wydłużeń względnych WP
1.2.5.2. Pomiar wydłużeń absolutnych WP i SP
1.2.5.3. Pomiar przesuwu osiowego
1.2.5.4. Pomiary parametrów termodynamicznych czynnika roboczego
w obrębie części WP
1.2.6. Dane eksploatacyjne turbiny
1.2.6.1. Uruchomienie ze stanu zimnego
1.2.6.2. Uruchomienie ze stanu ciepłego I
1.2.6.3. Uruchomienie ze stanu ciepłego II
1.2.6.4. Uruchomienie ze stanu gorącego
1.2.6.5. Odstawienie turbiny z jednoczesnym odstawieniem kotła
1.2.6.6. Zrzut mocy do biegu luzem turbiny oraz ponowne
obciążanie turbiny
21
23
24
26
29
30
32
32
33
34
36
36
37
38
2. Wprowadzenie w zagadnienie nadzoru naprężeń sieciami
neuronowymi
2.1. Cykl obciążenia turbiny
2.1.1. Uruchomienia turbiny
2.1.1.1. Czynności poprzedzające uruchomienie
2.1.1.2. Typy uruchomień turbiny
2.1.1.3. Wybieg i obciążanie turbiny
2.1.1.4. Regulacja turbiny w trakcie uruchomienia
39
41
41
42
43
44
45
46
49
49
51
51
52
59
64
2.1.1.5. Zjawisko wentylacji wylotu z części WP
2.1.2. Praca turbiny w warunkach ustalonych
2.1.3. Odstawienia turbiny
2.1.4. Inne stany eksploatacyjne turbiny 18K390
2.2. Żywotność oraz mechanizmy zużycia turbin parowych
2.2.1. Niskocyklowe zmęczenie cieplne elementów turbin parowych
2.2.1.1. Zmęczenie niskocyklowe na wykresie Wöhlera
2.2.1.2. Cykliczne wzmocnienie i osłabienie materiałów
2.2.1.3. Matematyczny opis zmęczenia niskocyklowego
2.2.1.4. Kumulacja uszkodzeń
2.2.2. Pełzanie elementów turbin parowych
2.2.2.1. Podstawy fizyczne pełzania
2.2.2.2. Wpływ składu chemicznego na pełzanie stali
2.2.2.3. Charakterystyka pełzania stali
2.2.2.4. Modele matematyczne pełzania
2.2.2.5. Pełzanie w analizie zużycia turbin parowych
2.2.2.6. Trwałość turbiny parowej
2.3. Systemy ograniczeń termicznych turbin parowych
2.3.1. Wymiana ciepła w turbinach parowych
2.3.2. Naprężenia termiczne w turbinach parowych
2.3.3. Metody ciągłego określenia stanu naprężeń w turbinie
2.3.4. Limity stanu naprężeń w turbinie
2.3.5. Sonda rozruchowa
2.3.6. Udział systemu ograniczeń termicznych w regulacji turbiny
2.3.7. Optymalne uruchomienie turbiny parowej
2.3.8. Systemy ograniczeń termicznych w polskiej energetyce
2.3.8.1. Blok Ograniczeń Termicznych (BOT)
2.3.8.2. TURBOMAX
2.3.8.3. Blok Ograniczeń Termicznych Turbiny (BOTT)
2.3.9. Inne systemy ograniczeń termicznych
2.3.9.1. STRESS MONITOR firmy ALSTHOM
2.3.9.2. AUTOSTART firmy GEC
2.3.9.3. TGL firmy MAN
2.3.9.4. TENSOMAX firmy ABB
2.3.9.5. TENSOMAGR firmy SKODA
2.3.9.6. WT-Gerät firmy SIEMENS
2.4. Sztuczne sieci neuronowe
2.4.1. Model sztucznego neuronu
2.4.2. Rodzaje sieci neuronowych
2.4.2.1. Jednokierunkowe sieci neuronowe
2.4.2.2. Sieci neuronowe z radialnymi funkcjami bazowymi (RB)
2.4.2.3. Rekurencyjne sieci neuronowe
2.4.3. Proces uczenia liniowych sieci neuronowych
2.4.3.1. Uczenie z nauczycielem
2.4.3.2. Uczenie bez nauczyciela
64
65
69
71
73
80
80
82
83
85
86
88
88
89
91
93
95
96
98
102
104
107
108
111
112
113
118
122
131
136
136
138
141
144
146
148
153
153
155
156
156
157
158
159
160
2.4.3.3. Uczenie z forsowaniem
2.4.4. Proces uczenia nieliniowych sieci neuronowych
2.4.4.1. Algorytm wstecznej propagacji błędu
2.4.4.2. Algorytm Rprop
2.4.4.3. Algorytm Levenberga-Marquardta
2.4.4.4. Metoda weight-decay
2.4.5. Sieci neuronowe typu NARX
162
162
162
164
165
166
167
3. Modelowanie zmiennych warunków pracy wału WP turbiny
3.1. Model termodynamiczny części WP turbiny
3.1.1. Przepływ czynnika roboczego w rejonie części WP turbiny
3.1.2. Weryfikacja modelu termodynamicznego części WP
3.1.2.1. Weryfikacja metody wyznaczania przepływu pary przez część WP
3.1.2.2. Weryfikacja metody wyznaczania parametrów pary za zaworami
regulacyjnymi WP
3.1.2.3. Weryfikacja metody wyznaczania parametrów pary na wylocie
z WP
3.1.2.4. Temperatury pary w odciążeniu z układu uszczelnień części WP
3.1.3. Błędy modelu termodynamicznego części WP turbiny
3.1.3.1. Błędy wyznaczonych parametrów czynnika roboczego
3.1.3.2. Wpływ błędu modelu termodynamicznego na określenie stanu
termicznego wału
3.1.3.3. Wpływ błędu modelu termodynamicznego na błąd określenia
wytężenia wału WP
3.1.3.4. Wpływ błędu modelu termodynamicznego na ocenę zużycia wału
3.2. Model wymiany ciepła w obrębie wału WP turbiny
3.2.1. Modele wymiany ciepła dla zasilanej parą części WP turbiny
3.2.1.1. Model wymiany ciepła w układzie łopatkowym
oraz uszczelnieniach labiryntowych
3.2.1.2. Model wymiany ciepła dla swobodnych powierzchni wału
3.2.1.3. Model wymiany ciepła dla bocznych powierzchni wału
3.2.1.4. Wymiana ciepła w obszarach wału bez kontaktu z czynnikiem
roboczym
3.2.1.5. Wymiana ciepła w obszarze kawerny wału
3.2.1.6. Kondensacja pary i para nasycona
3.2.2. Model wymiany ciepła WP po odstawieniu turbiny
3.2.2.1. Model wymiany ciepła w obrębie wału WP po odstawieniu turbiny
3.2.2.2. Eksperymentalna weryfikacja modelu wymiany ciepła w obrębie
wału WP po odstawieniu turbiny
3.3. Błędy określenia stanu termicznego wału WP turbiny
3.4. Model MES wału WP turbiny
3.4.1. Model geometryczny wału WP turbiny
3.4.2. Model dyskretny wału WP turbiny
3.4.3. Modele materiałowe w modelu MES wału WP turbiny
3.4.3.1. Model sprężysto-plastyczny
171
171
173
174
174
178
185
193
193
194
198
205
213
215
216
216
221
223
224
226
226
227
227
227
228
233
233
234
235
236
3.4.3.2. Model sprężysty
3.4.3.3. Wpływ temperatury na właściwości modelów materiałów wału
3.4.4. Warunki brzegowe modelu MES wału WP turbiny
3.4.5. Warunki początkowe modelu MES wału WP turbiny
3.4.6. Obciążenia w modelu MES wału WP turbiny
3.5. Analiza zużycia zmęczeniowego wału WP turbiny
3.5.1. Referencyjny zimny cykl obciążenia
3.5.2. Referencyjny ciepły I cykl obciążenia
3.5.3. Referencyjny ciepły II cykl obciążenia
3.5.4. Referencyjny gorący cykl obciążenia
3.5.5. Referencyjny bardzo gorący cykl obciążenia
3.5.6. Krytyczna lokalizacja wału WP turbiny 18K390
237
237
238
239
240
241
242
248
253
258
263
268
4. Ciągłe odwzorowanie wytężenia wału sieciami neuronowymi
4.1. Modelowanie wytężenia wału podczas cyklu obciążenia turbiny
4.1.1. Określenie zbioru egzogennych danych wejściowych
4.1.2. Struktura sieci
4.1.3. Uczenie i weryfikacja sieci neuronowych
4.1.4. Egzogenne dane wejściowe we wzorcach uczących
4.1.4.1. Dobór przebiegów temperatury pary świeżej do zbioru wzorców
uczących
4.1.4.2. Dobór przebiegów ciśnienia pary świeżej do zbioru wzorców
uczących
4.1.4.3. Dobór przebiegów przyrostu obrotów turbiny do zbioru
wzorców uczących
4.1.4.4. Dobór przebiegów przyrostu mocy turbiny do zbioru wzorców
uczących
4.1.5. Wartości początkowe we wzorcach uczących
4.1.6. Zbiór wzorców uczących
4.1.7. Optymalizacja struktury sieci
2.1.8. Analiza działania sieci dla zbioru testowego
4.1.9. Przewidywanie parametrów wytężenia wału
4.1.9.1. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie startu
zimnego
4.1.9.2. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie startu
ciepłego 1
4.1.9.3. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie startu
ciepłego II
4.1.9.4. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie startu
gorącego
4.1.9.5. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie
odstawienia turbiny
4.1.9.6. Przewidywanie parametrów wytężenia wału w trakcie
zrzutu mocy
4.2. Modelowanie wytężenia wału podczas postoju turbiny
269
272
272
273
277
281
281
290
293
296
299
303
309
312
328
330
332
334
336
338
339
339
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
4.2.4.
Określenie zbioru egzogennych danych wejściowych
Struktura sieci
Zbiór wzorców uczących oraz uczenie sieci neuronowych
Analiza działania sieci dla zbioru testowego
340
340
342
344
Podsumowanie i wnioski
347
Literatura
351
Indeks
357
oprac. BPK