专利名称：一种汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法，应用于汽轮发电机可靠性的设计计算和改进提高，属于汽轮发电机技术领域。
背景技术：
汽轮发电机由发电机本体、励磁系统、油系统(轴承润滑油及密封油)、冷却系统(氢内冷与水内冷)、监测与保护系统组成，评价汽轮发电机可靠性的指标是强迫停运率。在汽轮发电机的使用阶段，通过汽轮发电机运行数据的统计分析可确定使用阶段汽轮发电机强迫停运率的统计结果，但在设计阶段还无法确定汽轮发电机设计的强迫停运率。现有汽轮发电机的设计方法，通过汽轮发电机的机械计算、强度计算和振动计算，可以判断汽轮发电机部件的强度与振动设计是否安全，但在设计阶段还给不出汽轮发电机强迫停运率的设计值。
发明内容
本发明的目的是提供一种在设计阶段实现汽轮发电机设计可靠性的定量计算、定量评价和改进提高的汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法，其特征在于，具体步骤为 第一步确定设计综合系数Ak 汽轮发电机的设计综合系数Ak确定使用下式 Ak＝1-K1-K2-K3 其中，K1为汽轮发电机部件强度设计系数，按照汽轮发电机部件不同的强度设计结果划分为A区和B区表示在表1，汽轮发电机部件强度设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.001； 表1 K2为汽轮发电机部件振动设计系数，按照汽轮发电机部件不同的振动设计结果划分为A区、B区和C区表示在表2，汽轮发电机部件振动设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001； 表2 K3为汽轮发电机部件寿命设计系数，按照汽轮发电机部件不同的寿命设计结果划分为A区、B区和C区表示在表3，汽轮发电机部件寿命设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001； 表3 第二步确定汽轮发电机本体的运行可靠度AO1 汽轮发电机本体的运行可靠度AO1按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO1＝0.9867～0.9987，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值； 第三步确定汽轮发电机励磁系统的运行可靠度AO2 汽轮发电机励磁子系统的运行可靠度AO2按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO2＝0.9990～0.9998，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值； 第四步确定汽轮发电机油系统的运行可靠度AO3 汽轮发电机油系统(轴承润滑油及密封油)的运行可靠度AO3按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO3＝0.9991～0.9997，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值； 第五步确定汽轮发电机冷却系统的运行可靠度AO4 汽轮发电机冷却系统(氢内冷与水内冷)的运行可靠度AO4按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO4＝0.9961～0.9995，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值； 第六步确定汽轮发电机监测与保护系统的运行可靠度AO5 汽轮发电机监测与保护系统的运行可靠度AO5按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO5＝0.9993～0.9999，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值； 第七步确定汽轮发电机计划检修类型的修正系数ki 采用现有技术，确定汽轮发电机的计划检修类型的修正系数ki表示在表4，(申请号200810042764.1，已公开)，首台研制产品取上限值，定型产品取下限值，其他产品取中间值； 表4 第八步计算汽轮发电机强迫停运率FOR 使用计算机软件计算汽轮发电机的强迫停运率FOR FOR＝ki·(1-Ak·AO1·AO2·AO3·AO4·AO5) 第九步结果评价 只有计划小修年份汽轮发电机的强迫停运率FOR＜0.0125，汽轮发电机设计的可靠性达到优良值，可靠性设计评价结束； 第十步改进设计 当只有计划小修年份的汽轮发电机强迫停运率FOR≥0.0125时，重新进行结构设计、强度设计、振动设计和寿命设计并进行设计可靠性评价，直到只有小修年份汽轮发电机的强迫停运率FOR＜0.0125达到优良值为止。
本发明提出一种使只有计划小修年份汽轮发电机的强迫停运率小于0.0125的高可靠性设计方法，应用于汽轮发电机可靠性的设计计算和改进提高。
当汽轮发电机的结构变化时，本发明依据强度设计、振动设计和寿命设计结果选取设计综合系数；基于汽轮发电机本体和系统的现场试验和历史数据的统计结果，使用计算机软件计算汽轮发电机的强迫停运率；对于不同功率的汽轮发电机，计算不同计划检修年份的汽轮发电机的强迫停运率FOR；把只有计划小修年份汽轮发电机强迫停运率与优良值0.0125相比较，评价其可靠性是否达到高可靠性的优良值。如果汽轮发电机的可靠性没有达到优良值，改进结构设计、进行强度设计、振动设计和寿命设计，直到汽轮发电机的强迫停运率达到优良值为止，从而提高汽轮发电机的可靠性。本发明可靠性设计方法，在设计阶段实现汽轮发电机强迫停运率的设计计算；本发明可靠性评价方法，在设计阶段实现汽轮发电机强迫停运率的定量评价；本发明高可靠性设计方法，从强度设计、振动设计和寿命设计与结构设计的改进，来实现汽轮发电机的高可靠性设计。
本发明的优点是在设计阶段可以定量计算、定量评价和有效降低汽轮发电机的强迫停运率来提高汽轮发电机的可靠性。如果汽轮发电机的强迫停运率FOR达不到要求的优良值，通过设计改进，可以实现汽轮发电机的可靠性设计与改进，达到降低强迫停运率FOR来提高可靠性的技术效果。
图1为汽轮发电机系统的可靠性框图； 图2为本发明所采用方法的流程图； 图3为本发明所采用方法的计算机软件框图；
具体实施例方式 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例 如图1所示，为汽轮发电机系统的可靠性框图，某型号600MW汽轮发电机采用无副励磁机的无刷励磁系统，由汽轮发电机本体、励磁系统、油系统(轴承润滑油及密封油)、冷却系统(氢内冷与水内冷)、监测与保护系统组成，其可靠性框图如图1示。
如图2所示，为本发明所采用方法的流程图，汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法为 该型号600MW汽轮发电机强度设计全部合格，查表1计算得，K1＝0；转子振动设计合格，没有进行定子振动设计和风扇振动设计，查表2计算得K2＝0+0.0006+0.0006＝0.0012；没有进行寿命设计，查表3计算得，K3＝0.0006+0.0006+0.0006＝0.0018。考虑以上三项设计结果，计算得Ak＝1-K1-K2-K3＝1-0-0.0012-0.0018＝0.9970。该型号600MW汽轮发电机的AO1、AO2、AO3、AO4、AO5取变化范围的中间值，AO1＝0.9927，AO2＝0.9994，AO3＝0.9994，AO4＝0.9978，AO5＝0.9996。计划检修类型修正系数取中间值，对于只有计划小修年份，ki＝0.982036。根据公式FOR＝ki·(1-Ak·AO1·AO2·AO3·AO4·AO5)，使用图3所示本发明所采用方法的计算机软件框图计算得FOR＝0.01378＞0.0125，在只有计划小修年份，该型号汽轮发电机原设计的强迫停运率没有达到优良值。
改进设计方案 对该型号600MW汽轮发电机进行结构改进设计，强度设计全部合格，查表1计算得，K1＝0；转子和风扇振动设计合格，没有进行定子振动设计，查表2计算得，K2＝0.0006；转子寿命设计合格，定子线圈寿命设计合格，没有进行护环寿命设计，查表3计算得K3＝0.0006。考虑以上三项设计结果，计算得，Ak＝1-K1-K2-K3＝1-0-0.0006-0.0006＝0.9988。该型号600MW汽轮发电机的AO1、AO2、AO3、AO4、AO5取变化范围的中间值，AO1＝0.9927，AO2＝0.9994，AO3＝0.9994，AO4＝0.9978，AO5＝0.9996。计划检修类型修正系数取中间值，对于只有计划小修年份，ki＝0.982036。根据公式FOR＝ki·(1-Ak·AO1·AO2·AO3·AO4·AO5)，使用图3所示计算机软件框图编制的软件计算得FOR＝0.01203＜0.0125，在只有计划小修的年份，该型号汽轮发电机改进设计后的强迫停运率达到优良值。
使用本发明提供的汽轮发电机可靠性的设计方法及评价方法，在设计阶段达到了定量评价和改进提高该型号600MW汽轮发电机可靠性的技术效果。
权利要求
1.一种汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法，其特征在于，具体步骤为
第一步确定设计综合系数Ak
汽轮发电机的设计综合系数Ak确定使用下式
Ak＝1-K1-K2-K3
其中，K1为汽轮发电机部件强度设计系数，按照汽轮发电机部件不同的强度设计结果划分为A区和B区表示在表1，汽轮发电机部件强度设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.001；
表1
K2为汽轮发电机部件振动设计系数，按照汽轮发电机部件不同的振动设计结果划分为A区、B区和C区表示在表2，汽轮发电机部件振动设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；
表2
K3为汽轮发电机部件寿命设计系数，按照汽轮发电机部件不同的寿命设计结果划分为A区、B区和C区表示在表3，汽轮发电机部件寿命设计系数定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；
表3
第二步确定汽轮发电机本体的运行可靠度A01
汽轮发电机本体的运行可靠度A01按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO1＝0.9867～0.9987，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值；
第三步确定汽轮发电机励磁系统的运行可靠度AO2
汽轮发电机励磁子系统的运行可靠度AO2按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO2＝0.9990～0.9998，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值；
第四步确定汽轮发电机油系统的运行可靠度AO3
汽轮发电机油系统的运行可靠度AO3按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO3＝0.9991～0.9997，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值；
第五步确定汽轮发电机冷却系统的运行可靠度AO4
汽轮发电机冷却系统的运行可靠度A04按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为A04＝0.9961～0.9995，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值；
第六步确定汽轮发电机监测与保护系统的运行可靠度AO5
汽轮发电机监测与保护系统的运行可靠度AO5按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AO5＝0.9993～0.9999，首台研制产品取下限值，定型产品取上限值，其他产品取中间值；
第七步确定汽轮发电机计划检修类型的修正系数ki
采用现有技术，确定汽轮发电机的计划检修类型的修正系数ki表示在表4，首台研制产品取上限值，定型产品取下限值，其他产品取中间值；
表4
第八步计算汽轮发电机强迫停运率FOR
使用计算机软件计算汽轮发电机的强迫停运率FOR
FOR＝ki·(1-Ak·AO1·AO2·AO3·AO4·AO5)
第九步结果评价
只有计划小修年份汽轮发电机的强迫停运率FOR＜0.0125，汽轮发电机设计的可靠性达到优良值，可靠性设计评价结束；
第十步改进设计
当只有计划小修年份的汽轮发电机强迫停运率FOR≥0.0125时，重新进行结构设计、强度设计、振动设计和寿命设计并进行设计可靠性评价，直到只有小修年份汽轮发电机的强迫停运率FOR＜0.0125达到优良值为止。
全文摘要
本发明涉及一种汽轮发电机高可靠性的设计方法及其评价方法，其特征在于，具体步骤为第一步确定设计综合系数Ak；第二步确定汽轮发电机本体的运行可靠度AO1；第三步确定汽轮发电机励磁系统的运行可靠度AO2；第四步确定汽轮发电机油系统的运行可靠度AO3；第五步确定汽轮发电机冷却系统的运行可靠度AO4；第六步确定汽轮发电机监测与保护系统的运行可靠度AO5；第七步确定汽轮发电机计划检修类型的修正系数ki；第八步计算汽轮发电机强迫停运率FOR；第九步结果评价；第十步改进设计。本发明的优点是可以实现汽轮发电机的可靠性设计与改进，达到降低强迫停运率FOR来提高可靠性的技术效果。
文档编号F01D15/00GK101737095SQ20091020140
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者史进渊, 汪勇, 杨宇, 邓志成 申请人:上海发电设备成套设计研究院