专利名称：一种汽轮机高可用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机高可用性的设计方法及其评价方法，应用于汽轮机可用性的设计计算和改进提高，属于汽轮机技术领域。
背景技术：
汽轮机由汽轮机本体、自动控制子系统、供油及润滑油子系统、热工监视与保护子系统、汽封和疏水子系统组成，评价汽轮机可用性的指标是可用系数。在汽轮机的使用阶段，通过汽轮机运行数据的统计分析可以确定使用阶段汽轮机可用系数的统计结果，但在设计阶段还无法确定汽轮机设计的可用系数。现有的汽轮机的设计方法，通过材料选用、强度计算和振动计算可以判断汽轮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机可用系数的设计值。目前对于汽轮机可用性设计的定量评价和改进提高，还没有适合的方法可供使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种在设计阶段实现汽轮机设计可用性的定量计算、定量评价和改进提高的汽轮机高可用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机高可用性的设计方法及其评价方法，其特征在于，其方法为第一步确定设计综合系数Ak汽轮机的设计综合系数Ak确定使用下式Ak＝1-k1-k2-k3-k4其中，k1为汽轮机的高温部件材料设计系数，按照汽轮机高温部件在不同进汽温度下选用材料划分为A区和D区表示在表1，汽轮机高温部件材料设计系数k1=Σi4ki,]]>定义A区ki＝0，D区ki＝0.002；[表1]
k2为汽轮机部件强度设计系数，按照汽轮机部件不同的强度设计结果划分为A区和C区表示在表2，汽轮机部件强度设计系数k2=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，C区ki＝0.001；[表2]
k3为汽轮机部件寿命设计系数，按照汽轮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，汽轮机部件寿命设计系数k3=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；[表3]
k4为汽轮机部件振动设计系数，按照汽轮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4，汽轮机部件振动设计系数k4=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；[表4]
第二步确定汽轮机本体的可用度AP1汽轮机本体的可用度AP1按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP1＝0.9936～0.9970；第三步确定汽轮机自动控制子系统的可用度AP2汽轮机自动控制子系统的可用度AP2按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP2＝0.9970～0.9990；第四步确定汽轮机供油及润滑油子系统的可用度AP3汽轮机供油及润滑油子系统的可用度AP3按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP3＝0.9994～0.9998；第五步确定汽轮机热工监视与保护子系统的可用度AP4汽轮机热工监视与保护子系统的可用度AP4按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP4＝0.9995～0.9999。
第六步确定汽轮机汽封和疏水子系统的可用度AP5汽轮机汽封和疏水子系统的可用度AP5按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP5＝0.9992～0.9998；第七步确定汽轮机的计划停运系数POF不同功率汽轮机在不同的计划检修年份的计划停运系数POF的统计值表示在表5；[表5]
第八步计算汽轮机可用系数AF使用计算机软件计算汽轮机的可用系数AFAF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)第九步结果评价只有计划小修年份汽轮机的可用系数AF≥0.92，汽轮机设计的可用性达到优良值，可用性设计评价结束；第十步改进设计当只有计划小修年份汽轮机的可用系数AF＜0.92时，改进高温部件材料设计、重新进行强度设计、寿命设计和振动设计并进行设计可用性评价，直到只有小修年份汽轮机的可用系数AF≥0.92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机的可用系数达到0.92的高可用性设计方法，应用于汽轮机可用性的设计计算和改进提高。
当汽轮机的高温部件材料和结构变化时，本发明依据高温部件材料设计、强度设计、寿命设计和振动设计结果选取设计综合系数；基于汽轮机本体和子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机的可用系数；对于不同功率的汽轮机，计算不同计划检修年份的汽轮机的可用系数AF；把只有计划小修年份汽轮机可用系数与优良值0.92相比较，评价其可用性是否达到高可用性的优良值。如果汽轮机的可用性没有达到优良值，改进结构设计、改进高温部件材料、进行强度设计、寿命设计和振动设计，直到汽轮机的可用系数达到优良值为止，从而提高汽轮机的可用性。本发明可用性设计方法，在设计阶段实现汽轮机可用系数的设计计算；本发明可用性评价方法，在设计阶段实现汽轮机可用系数的定量评价；本发明高可用性设计方法，从高温部件材料选用、结构改进，以及强度设计、寿命设计与振动设计合格，来实现汽轮机的高可用性设计。
本发明的优点是在设计阶段可以定量计算、定量评价和有效提高汽轮机的可用系数。如果汽轮机的可用系数AF达不到要求的优良值，通过设计改进，可以实现汽轮机的可用性改进，达到提高可用性的技术效果。
图1汽轮机系统的功能框图；图2汽轮机系统的可用性框图；图3为本发明所采用方法的流程图；图4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，某型号进汽温度为538℃的亚临界600MW汽轮机由汽轮机本体、自动控制子系统、供油及润滑油子系统、热工监视与保护子系统、汽封和疏水子系统构成，其可用性框图如图2所示。
如图3所示，为本发明所采用方法的流程图，汽轮机高可用性的设计方法及其评价方法为首先根据汽轮机的进汽温度为538℃，高中压转子采用CrMoV钢，高压和中压第1级叶片采用CrMoV钢，内缸和进汽室均采用1％CrMo钢，查表1计算得，k1＝0+0.002+0.002+0.002＝0.006；强度设计全部合格，查表2计算得，k2＝0；没有进行寿命设计，查表3计算得，k3＝0.0006+0.0006+0.0006+0.0006+0.0006＝0.003；轴系横向振动设计合格，没有进行轴系稳定性设计、轴系扭振设计和高中压缸动叶调频设计，低压缸动叶片调频设计合格，查表4计算得，k4＝0+0.0006+0.0006+0.0006+0＝0.0018。计算得，汽轮机设计综合系数为Ak＝1-k1-k2-k3-k4＝1-0.006-0-0-0.003-0.0018＝0.9892。该型号汽轮机的AP1，AP2，AP3，AP4，AP5取变化范围的中间值，AP1＝0.9953，AP2＝0.9980，AP3＝0.9996，AP4＝0.9997，AP5＝0.9995。计划停运系数取中间值，对于只有计划小修年份，POF＝0.06301。根据公式AF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)，使用图4所示计算机软件框图编制的软件计算得AF＝0.9196，在只有计划小修年份，该型号汽轮机原设计的可用系数没有达到优良值。
改进设计方案根据汽轮机进汽温度为538℃，高中压转子仍采用CrMoV钢，高压和中压第1级叶片改用C422钢，内缸和进汽室均改用2％CrMo钢，查表1计算得，k1＝0；强度设计全部合格，查表2计算得，k2＝0；重新对高压转子和中压转子进行寿命设计并合格，低压转子、内缸和进汽室没有进行寿命设计，查表3计算得，k3＝0+0+0.0006+0.0006+0.0006＝0.0018；改进结构后振动设计均合格，查表4计算得，k4＝0。计算得，汽轮机设计综合系数为Ak＝1-k1-k2-k3-k4＝1-0-0-0-0.0018-0＝0.9982。该型号汽轮机的AP1，AP2，AP3，AP4，AP5，取变化范围的中间值，AP1＝0.9953，AP2＝0.9980，AP3＝0.9996，AP4＝0.9997，AP5＝0.9995。计划停运系数取中间值，对于只有计划小修年份，POF＝0.06301。根据公式AF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)，使用图4所示计算机软件框图编制的软件计算得AF＝0.9279，在只有计划小修年份，该型号汽轮机改进设计后可用系数达到优良值。
使用本发明提供的汽轮机可用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汽轮机可用性的技术效果。
权利要求
1.一种汽轮机高可用性的设计方法及其评价方法，其特征在于，其方法为第一步确定设计综合系数Ak，汽轮机的设计综合系数Ak确定使用下式Ak＝1-k1-k2-k3-k4其中，k1为汽轮机的高温部件材料设计系数，按照汽轮机高温部件在不同进汽温度下选用材料划分为A区和D区表示在表1，汽轮机高温部件材料设计系数ki=Σi4ki,]]>定义A区ki＝0，D区ki＝0.002；[表1]
k2为汽轮机部件强度设计系数，按照汽轮机部件不同的强度设计结果划分为A区和C区表示在表2，汽轮机部件强度设计系数k2=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，C区ki＝0.001；[表2]
k3为汽轮机部件寿命设计系数，按照汽轮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，汽轮机部件寿命设计系数k3=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；[表3]
k4为汽轮机部件振动设计系数，按照汽轮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4，汽轮机部件振动设计系数k4=Σi5ki,]]>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；[表4]
第二步确定汽轮机本体的可用度AP1汽轮机本体的可用度AP1按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP1＝0.9936～0.9970；第三步确定汽轮机自动控制子系统的可用度AP2汽轮机自动控制子系统的可用度AP2按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP2＝0.9970～0.9990；第四步确定汽轮机供油及润滑油子系统的可用度AP3汽轮机供油及润滑油子系统的可用度AP2按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP3＝0.9994～0.9998；第五步确定汽轮机热工监视与保护子系统的可用度AP4汽轮机热工监视与保护子系统的可用度AP4按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP4＝0.9995～0.9999；第六步确定汽轮机汽封和疏水子系统的可用度AP5汽轮机汽封和疏水子系统的可用度AP5按照汽轮机运行历史数据统计值取为AP5＝0.9992～0.9998；第七步确定汽轮机的计划停运系数POF不同功率汽轮机在不同的计划检修年份的计划停运系数POF的统计值表示在表5；[表5]
第八步计算汽轮机可用系数AF使用计算机软件计算汽轮机的可用系数AFAF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)第九步结果评价只有计划小修年份汽轮机的可用系数AF≥0.92，汽轮机设计的可用性达到优良值，可用性设计评价结束；第十步改进设计当只有计划小修年份汽轮机的可用系数AF＜0.92时，改进高温部件材料设计、重新进行强度设计、寿命设计和振动设计并进行设计可用性评价，直到只有小修年份汽轮机的可用系数AF≥0.92达到优良值为止。
全文摘要
本发明涉及一种汽轮机高可用性的设计方法及其评价方法，其方法为确定设计综合系数A
文档编号G06F17/50GK1851720SQ20061002486
公开日2006年10月25日 申请日期2006年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者史进渊, 杨宇, 邓志成, 危奇 申请人:上海发电设备成套设计研究所