专利名称：：一种汽轮发电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发电机高可用性的设计方法及其评价方法，应用于汽轮发电机可用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、轴承润滑油及密封油系统、氢内冷与水内冷系统、监测与保护系统组成，评价汽轮发电机可用性的指标是可用系数。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可用系数的统计结果，但在设计阶段还无法确定汽轮发电机设计的可用系数。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可用系数的设计值。
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用性的定量计算、定量评价和改进提高的汽轮发电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发电机高可用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-K「K2_K3;其中，&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^=^>,，/=1，2,3，4,5,6，定义A区b=0，B区b=0.001;表1:强度设计项目A区B区转子强度设计合格不合格护环强度设计合格不合格集电环强度设计合格不合格联轴器强度设计合格不合格<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>1(2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&=^>,"'=1,2,3，定义A区、=0，B区、=0.0006，C区、=0.001;表2:振动设计项目A区B区C区转子振动合格没有进行不合格风扇振动合格没有进行不合格定子振动合格没有进行不合格1(3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1<3=^>,,/=1,2,3，定义A区b=0，B区b=0.0006，C区k4=0.001;表3:寿命设计项目A区B区C区转子寿命设计合格没有进行不合格风扇寿命设计合格没有进行不合格定子线圈寿命设计合格没有进行不合格第二步确定汽轮发电机本体的可用度AP1:汽轮发电机本体的可用度AM按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为A^=0.98900.9972，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可用度AP2:汽轮发电机励磁系统的可用度Ap2按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为Ap2二0.99900.9998，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轴承润滑油及密封油系统的可用度AP3:6汽轮发电机轴承润滑油及密封油系统的可用度AP3按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP3=0.99910.9999，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；第五步确定汽轮发电机氢内冷与水内冷系统的可用度AP4:汽轮发电机氢内冷与水内冷系统的可用度AP4按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP4=0.99660.9996，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可用度AP5:汽轮发电机监测与保护系统的可用度AP5按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP5=0.99950.9999，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的计划停运系数POF:采用现有技术，不同功率的汽轮发电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4(申请号200610024863.8，已授权)；表4:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第八步计算汽轮发电机可用系数AF:使用计算机软件计算汽轮发电机的可用系数AFAF=AkAP1AP2AP3AP4AP5(l-POF)第九步结果评价只有计划小修年份汽轮发电机的可用系数AF>0.925，汽轮发电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的汽轮发电机可用系数AF<0.925时，重新进行结构改进、强度设计、振动设计和寿命设计并进行设计可用性评价，直到只有小修年份汽轮发电机的可用系数AF>0.925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可用系数达到0.925的高可用性设计方法，应用于汽轮发电机可用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可用系数；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可用系数AF;把只有计划小修年份汽轮发电机可用系数与优良值O.925相比较，评价其可用性是否达到高可用性的优良值。如果汽轮发电机的可用性没有达到优良值，改进结构设计、进行强度设计、振动设计和寿命设计，直到汽轮发电机的可用系数达到优良值为止，从而提高汽轮发电机的可用性。本发明可用性设计方法，在设计阶段实现汽轮发电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发电机可用系数的定量评价；本发明高可用性设计方法，从强度设计、振动设计和寿命设计与结构设计改进，来实现汽轮发电机的高可用性设计。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发电机的可用系数。如果汽轮发电机的可用系数AF达不到要求的优良值，通过设计改进，可以实现汽轮发电机的可用性改进，达到提高可用性的技术效果。图1为汽轮发电机系统的功能框图；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功能框图，某型号600丽汽轮发电机采用无副励磁机的无刷励磁系统，由发电机本体、励磁系统、轴承润滑油及密封油系统、氢内冷与水内冷系统以及监测与保护系统组成，图1中的箭头表示相互作用关系以及发电系统的输入与输出，箭头将发电机本体与有关系统相互连接。如图2所示，为本发明所采用方法的流程图，汽轮发电机高可用性的设计方法及其评价方法为该型号600丽汽轮发电机强度设计全部合格，查表1计算得，&=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，1(3=0.0006+0.0006+0.0006=0.0018。考虑以上三项设计结果，计算得Ak=l-KrK2-K3=1-0-0.0012-0.0018=0.9970。该型号600丽汽轮发电机的AppAp2、Ap3、Ap4、Aps取变化范围的中间值，Api=0.9931，Ap2=0.9994，Ap3=0.9995，Ap4=0.9981，Ap5=0.9997。计划停运系数取中间值，对于只有计划小修年份，P0F=0.06301。根据公式AF=AkAplAp2Ap3Ap4Ap5(1-P0F)，使用图3所示的本发明所采用方法的计算机软件框图编制的软件计算得AF=0.9247<0.9250，在只有计划小修年份，该型号汽轮发电机原设计的可用系数没有达到优良值。改进设计方案对该型号600丽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，t=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，1(2=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=l-K「K厂K3=1_0_0.0006-0.0006=0.9988。该型号600丽汽轮发电机的Apl、Ap2、Ap3、Ap4、Ap5取变化范围的中间值，Apl=0.9931，Ap2=0.9994，Ap3=0.9995，Ap4=0.9981，Ap5=0.9997。计划停运系数取中间值，对于只有计划检修年份，POF=0.06301.根据公式AF=AkAplAp2Ap3Ap4Ap5(1-POF)，使用图3所示计算机软件框图编制的软件计算得AF=0.9263>0.9250，在只有计划小修的年份，该型号汽轮发电机改进设计后的可用系数达到优良值。使用本发明提供的汽轮发电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该型号600丽汽轮发电机可用性的技术效果。权利要求一种汽轮发电机高可用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<mrow><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mi>i</mi><mn>6</mn></munderover><msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2,3,4,5,6</mn><mo>,</mo></mrow>定义A区ki＝0，B区ki＝0.001；表1强度设计项目A区B区转子强度设计合格不合格护环强度设计合格不合格集电环强度设计合格不合格联轴器强度设计合格不合格风扇强度设计合格不合格定子强度设计合格不合格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<mrow><msub><mi>K</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></munderover><msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2,3</mn><mo>,</mo></mrow>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；表2振动设计项目A区B区C区转子振动合格没有进行不合格风扇振动合格没有进行不合格定子振动合格没有进行不合格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<mrow><msub><mi>K</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mi>i</mi><mn>3</mn></munderover><msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2,3</mn><mo>,</mo></mrow>定义A区ki＝0，B区ki＝0.0006，C区ki＝0.001；表3寿命设计项目A区B区C区转子寿命设计合格没有进行不合格风扇寿命设计合格没有进行不合格定子线圈寿命设计合格没有进行不合格第二步确定汽轮发电机本体的可用度AP1汽轮发电机本体的可用度AP1按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP1＝0.9890～0.9972；第三步确定汽轮发电机励磁系统的可用度AP2汽轮发电机励磁系统的可用度AP2按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP2＝0.9990～0.9998；第四步确定汽轮发电机轴承润滑油及密封油系统的可用度AP3汽轮发电机轴承润滑油及密封油系统的可用度AP3按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP3＝0.9991～0.9999；第五步确定汽轮发电机氢内冷与水内冷系统的可用度AP4汽轮发电机氢内冷与水内冷系统的可用度AP4按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP4＝0.9966～0.9996；第六步确定汽轮发电机监测与保护系统的可用度AP5汽轮发电机监测与保护系统的可用度AP5按照汽轮发电机运行历史数据统计值取为AP5＝0.9995～0.9999；第七步确定汽轮发电机的计划停运系数POF采用现有技术，不同功率的汽轮发电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4；表4机组功率PMW只有计划大修年份的POF只有计划中修年份的POF只有计划小修年份的POF100≤P≤1990.08767～0.104110.03836～0.060280.02466～0.03288200≤P≤2990.12329～0.131510.06301～0.087670.03836～0.04384300≤P≤4990.13699～0.158910.06849～0.093150.04931～0.06027500≤P≤7490.16438～0.186300.08219～0.123290.05479～0.07123750≤P≤10000.19178～0.219180.09589～0.136990.07123～0.08219第八步计算汽轮发电机可用系数AF使用计算机软件计算汽轮发电机的可用系数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发电机的可用系数AF≥0.925，汽轮发电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的汽轮发电机可用系数AF＜0.925时，重新进行结构改进、强度设计、振动设计和寿命设计并进行设计可用性评价，直到只有小修年份汽轮发电机的可用系数AF≥0.925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用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可用度AP1；第三步确定汽轮发电机励磁系统的可用度AP2；第四步确定汽轮发电机轴承润滑油及密封油系统的可用度AP3；第五步确定汽轮发电机氢内冷与水内冷系统的可用度AP4；第六步确定汽轮发电机监测与保护系统的可用度AP5；第七步确定汽轮发电机的计划停运系数POF；第八步计算汽轮发电机可用系数AF；第九步结果评价；第十步改进设计。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发电机的可用系数。文档编号F01D15/00GK101737096SQ200910201408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,杨宇,汪勇,邓志成申请人:上海发电设备成套设计研究院