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探秘内蒙古公司“黑科技”③ | “三维数字孪生体”让汽轮机“能说话、会思考”
作者:王梦迪 来源:新闻中心 时间:2021-08-19 点击: 119

2021年电力企业信息技术应用创新金牌成果

一项软件著作权

两项发明专利

对于火力发电厂来说

汽轮机有多重要

毫不夸张的说

就好比鱼和水

汽轮机作为火电厂主要的设备之一,其重要性不言而喻。它的使用寿命由高中压转子和内缸等关键部件的寿命所决定,这些关键部件更换费用高,一旦出现问题,停机时间长,经济损失巨大。传统技术主要通过在汽轮机缸体上安装测点来监控汽轮机的状态,但由于安装测点有限,面临无法全面准确掌握汽轮机关键部件状态的技术难题。

“三维数字孪生体”

技术的出现让这一难题迎刃而解

何为“数字孪生体”

官方解释:数字孪生体是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。

白话翻译:无论现在你身处何地,请环视一周,想象你手边的手机、身边飞驰的车辆,脚下的草地,这些每日可见的物理实体在经过数字化处理后,都可以拥有一个完全一样的数字双胞胎,1:1还原物理世界中的形态、颜色、结构。而这些数字双胞胎就是它们各自物理实体的“数字孪生体(digital twins)”。更有趣的是,当我们给物理世界的实体带上多种多样的传感器配饰,他们的动态信息就可以实时、一对一地反馈到数字孪生体上,记录并展现温度、湿度、速度的变化,就像连体婴儿一样“你动我也动”。

数字孪生的酷不仅仅在于它复刻真实世界,更厉害的是它可以与物理物体互动,甚至反向控制物理实体。比如你工作所在的大楼,它的数字孪生体可以记录它运行的历史信息,反馈大楼当下的运行状态,孪生体因为完全读懂它在物理世界的小伙伴,又能比它先行一步,预估可能发生的火灾、电梯故障,模拟风险,把关键信息及时反馈到物理世界中,让你所处的工作环境更加安全。

由电力分公司与上海发电设备成套设计研究院有限责任公司合作开展的汽轮机关键部件三维数字孪生体关键技术研究,建立起了与汽轮机关键部件实体特征相一致的数字孪生体,全面掌握汽轮机关键部件的状态,从而达到提高其可靠性与安全性,确保汽轮机长周期安全运行的技术效果。在信息平台系统上实现汽轮机关键部件孪生体在运行过程中温度、应力、位移等状态参数的展示。

▲汽轮机关键部件全三维精细化模型

▲汽轮机关键部件装配模型

该系统利用热平衡图、热力计算书等汽轮机热力数据,计算汽轮机关键部件的热边界;根据叶片结构尺寸,计算叶片离心力,利用设计数据和运行数据,得到蒸汽压力等数据,确定了汽轮机关键部件的力边界。分别对汽轮机关键部件冷态起动、温态起动、热态起动、极热态起动、正常停机、滑参数停机、负荷变动升负荷以及负荷变动降负荷等多种工况的瞬态温度场进行有限元计算,得到关键部件各节点在不同工况下温度的计算结果。

▲有限元计算温度场

▲有限元计算应力场

▲有限元计算位移场

该技术实现了系统与在线测点的打通,建立在线测点与分析结果的样本数据集,采用人工智能技术,计算得出汽轮机关键部件各节点的实时温度、实时应力、实时位移等状态信息,结合电厂实际的运维数据,实现了虚拟数字孪生体与汽轮机关键部件实体的状态保持动态一致。

最终达到在汽轮机关键部件数字孪生体上实现当前时刻各部位温度、应力等在线实时数据的展示,在数字孪生体上完成当前部件各部位离线数据的集成。让汽轮机达到“能说话,会思考”的效果。

▲数字孪生体离线数据集成

目前,在电力分公司B厂建立的汽轮机关键部件数字孪生体信息平台,实现了数字孪生体信息平台的示范应用。该技术的成功落地不仅树立了典范,更获得行业内多项大奖及软件著作权、申请发明专利等。

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