专利名称：汽轮机转子抗疲劳寿命分区控制方法
技术领域：
本发明属于电力工程技术领域，涉及一种汽轮机转子尤其是600MW超临界汽轮机转子的抗疲劳寿命分区控制的方法。
背景技术：
汽轮机转子，尤其是600丽超临界汽轮机高中压转子，在实际运行中经常出现其结构材质大幅升温或降温过程，比如冷态启动过程等，其应力载荷谱通常跨越幅度较大的温度区域。力学理论告诉我们，相同的应力循环幅值在不同的温度水平下损耗的抗疲劳寿命可能相差一个或者几个数量级。传统的计算汽轮机转子的抗疲劳寿命的方法是采用单一温度，通常是常温温度下的转子材质抗疲劳性能计算方法，基于稳定应力循环过程计算出结构的总损伤度。该方法缺乏不同温度水平下的材料抗疲劳特性计算作为分析其抗疲劳寿命损耗的依据，因此，其计算结果往往偏离实际，对汽轮机转子抗疲劳寿命的控制十分不利，严重时甚或导致600MW超临界汽轮机的转子过早产生疲劳损伤而发生断裂，进而导致上千万元之巨的经济损失与严重责任事故发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，提供一种汽轮机转子抗疲劳寿命分区控制方法，该方法可利用汽轮机转子，例如600MW超临界汽轮机转子的材质在不同温度下的疲劳程度与温度值之间的对应关系，计算出该转子的抗疲劳寿命所遭遇到的损伤程度，继而可根据所获抗疲劳寿命损伤程度值，实施优化控制运行参数的变化率，对转子的抗疲劳寿命进行合理的分配，使其在安全得到保证的前提下实现机组运行经济效益的最大化。本发明的技术解决方案是，所提供的这种汽轮机转子抗疲劳寿命分区控制方法是为下述步骤(1)、数据采集。启动被告知发电厂的汽轮机组，例如被告知发电厂的600丽超临界汽轮机组，记录该机组的汽轮机转子的结构尺寸和该机组的汽轮机转子的运行参数；O)、仿真计算。依据步骤(1)所记录的汽轮机转子的结构尺寸，使用常规方法进行有限元建模。对步骤(1)所记录的汽轮机转子的运行参数使用常规方法进行变工况热力计算，得不同工况下仿真计算的完整边界条件，利用该条件使用常规方法进行温度场的仿真计算和应力场的仿真计算。然后在此基础上使用常规方法进行不同工况下危险部位载荷谱的仿真计算，得所述汽轮机转子在不同工况下的危险部位载荷谱；(3)、数据分析。依据步骤( 所得不同工况下危险部位载荷谱，使用常规方法分析应力峰值与时间和温度的关系。利用汽轮机转子材质的温度一疲劳曲线，使用常规方法计算不同温度区的应力峰值。依据所得应力峰值，使用常规方法分析所述汽轮机转子材质的疲劳特性，得应力载荷过程中该汽轮机转子的疲劳损伤值；0)、制定方案。依据步骤C3)所得应力载荷过程中汽轮机转子的疲劳损伤值，使用常规方法制定该汽轮机转子在启动过程中的冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸及进入滑压运行六个阶段不同工况下的优化运行控制方案。为了合理分配上述汽轮机转子的抗疲劳寿命，在实施上述方案时，当汽轮机转子的材质温度处于100 200°C 时，保持汽轮机转子的升速率在100 150r/min之间，以使汽轮机的进汽量缓慢增加，使汽轮机转子获得平稳的加热效果。同时，为使汽轮机冲转蒸汽温度与冲转前汽轮机转子的材质温度匹配，下面两种工况下需作出不同对待一种工况是，如果启动方式为冷态启动或温态启动，将蒸汽温升率控制在60 80°C /h范围；另一种工况是，如果启动方式为热态启动或极热态启动，将蒸汽温升率控制在120 130°C /h范围。此外，在切缸阶段，实施切缸操作时，汽轮机机组负荷稳定上升，在这一阶段，冷态启动或温态启动的负荷率不超过额定负荷/min，热态启动或极热态启动的负荷率不超过2%额定负荷/min。当汽轮机机组的蒸汽温度达到额定温度时，汽轮机转子开始进入滑压运行阶段，此时，保持负荷稳定 10-20min，然后使用常规方法优化变工况运行参数的变化率，以提高负荷率，使平均负荷率向9MW/min靠拢，使最大负荷率向19MW/min靠拢，从而使得汽轮机机组的负荷值快速达到电网调度的负荷值；(5)、现场实施。依据步骤(4)所制定的不同工况下的优化运行控制方案，绘制出优化冷态启动曲线、优化温态启动曲线、优化热态启动曲线及优化极热态启动曲线，组织施工人员参照所制启动曲线在被告知发电厂现场操作汽轮机组的启动与运行。本发明的技术核心是以温度控制为核心，针对各种不同的启动状态对升速率、负荷率等进行优化操作。具体体现在两个方面，一方面是在启动过程中的冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸升负荷、进入滑压运行等重要时间节点，选择合理的蒸汽温度和蒸汽温升率来降低因为汽轮机转子表面及内部的大量换热造成的应力幅值或者减少汽轮机转子应力的波动；另一方面是通过调配温升区域，使汽轮机转子在低负荷下材质温度不高的时间段来提升蒸汽温度，使无法避免的应力波动向转子的低温区域推移，达到降低转子抗疲劳寿命损耗的目的。本发明的有益效果是基于汽轮机转子材质的不同温度-疲劳曲线，提出启动过程中的抗疲劳寿命分区控制方法，在保证汽轮机转子的抗疲劳寿命总损耗不超过设计值的前提下，将抗疲劳寿命损耗进行合理的分配，优化变工况运行参数的变化率，达到缩短汽轮机机组，尤其是600MW超临界汽轮机机组，的启动时间，既保证了汽轮机机组启动过程中的经济性，又达到了汽轮机机组，尤其是600MW超临界汽轮机机组，满足电网调峰需求的灵活性要求。
具体实施例方式实施例1 (1)、被告知发电厂的汽轮机机组，例如N600-24. 2/566/566型600MW超临界汽轮机机组，冷态启动，记录该机组的汽轮机转子的结构尺寸和该机组的汽轮机转子的运行参数；(2)、依据步骤(1)所记录的汽轮机转子的结构尺寸，使用常规方法进行有限元建模。对步骤(1)所记录的汽轮机转子的运行参数使用常规方法进行变工况热力计算，得不同工况下仿真计算的完整边界条件，利用该条件使用常规方法进行温度场的仿真计算和应力场的仿真计算。然后在此基础上使用常规方法进行不同工况下危险部位载荷谱的仿真计算，得所述汽轮机转子在不同工况下的危险部位载荷谱；(3)、依据步骤( 所得不同工况下危险部位载荷谱，使用常规方法分析应力峰值与时间和温度的关系。利用汽轮机转子材质的温度一疲劳曲线，使用常规方法计算不同温度区的应力峰值。依据所得应力峰值，使用常规方法分析所述汽轮机转子材质的疲劳特性， 得应力载荷过程中该汽轮机转子的疲劳损伤值；(4)、依据步骤C3)所得应力载荷过程中汽轮机转子的疲劳损伤值，使用常规方法制定该汽轮机转子在启动过程中的冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸及进入滑压运行六个阶段不同工况下的优化运行控制方案。为了合理分配上述汽轮机转子的抗疲劳寿命，在实施上述方案时，当汽轮机转子的材质温度处于100 200°C时，保持汽轮机转子的升速率在100 150r/min之间，以使汽轮机的进汽量缓慢增加，使汽轮机转子获得平稳的加热效果。同时，为使汽轮机冲转蒸汽温度与冲转前汽轮机转子的材质温度匹配，如果启动方式为冷态启动或温态启动，将蒸汽温升率控制在60 80°C /h范围。此外，在切缸阶段，实施切缸操作时，汽轮机机组负荷稳定上升，在这一阶段，冷态启动或温态启动的负荷率不超过1 %额定负荷/min。当汽轮机机组的蒸汽温度达到额定温度时，汽轮机转子开始进入滑压运行阶段，此时，保持负荷稳定10-20min，然后使用常规方法优化变工况运行参数的变化率，以提高负荷率，使平均负荷率向9MW/min靠拢，使最大负荷率向19MW/min靠拢，从而使得汽轮机机组的负荷值快速达到电网调度的负荷值；(5)、依据步骤(4)所制定的不同工况下的优化运行控制方案，绘制出优化冷态启动曲线或优化温态启动曲线，组织施工人员参照所制启动曲线在被告知发电厂现场操作汽轮机组的启动与运行。实施例2:步骤⑴ ⑶同实施1;(4)、依据步骤C3)所得应力载荷过程中汽轮机转子的疲劳损伤值，使用常规方法制定该汽轮机转子在启动过程中的冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸及进入滑压运行六个阶段不同工况下的优化运行控制方案。为了合理分配上述汽轮机转子的抗疲劳寿命，在实施上述方案时，当汽轮机转子的材质温度处于100 200°C时，保持汽轮机转子的升速率在100 150r/min之间，以使汽轮机的进汽量缓慢增加，使汽轮机转子获得平稳的加热效果。同时，为使汽轮机冲转蒸汽温度与冲转前汽轮机转子的材质温度匹配，如果启动方式为热态启动或极热态启动，将蒸汽温升率控制在120 130°C/h范围。此外，在切缸阶段，实施切缸操作时，汽轮机机组负荷稳定上升，在这一阶段，热态启动或极热态启动的负荷率不超过2%额定负荷/min。当汽轮机机组的蒸汽温度达到额定温度时，汽轮机转子开始进入滑压运行阶段，此时，保持负荷稳定10-20min，然后使用常规方法优化变工况运行参数的变化率，以提高负荷率，使平均负荷率向9MW/min靠拢，使最大负荷率向19MW/ min靠拢，从而使得汽轮机机组的负荷值快速达到电网调度的负荷值；(5)、依据步骤(4)所制定的不同工况下的优化运行控制方案，绘制出优化热态启动曲线或优化极热态启动曲线，组织施工人员参照所制启动曲线在被告知发电厂现场操作汽轮机组的启动与运行。
权利要求
1. 一种汽轮机转子抗疲劳寿命分区控制方法，该方法为下述步骤 (1)、启动被告知发电厂的汽轮机组，例如被告知发电厂的60(MW超临界汽轮机组，记录该机组的汽轮机转子的结构尺寸和该机组的汽轮机转子的运行参数；O)、依据步骤(1)所记录的汽轮机转子的结构尺寸，使用常规方法进行有限元建模。 对步骤(1)所记录的汽轮机转子的运行参数使用常规方法进行变工况热力计算，得不同工况下仿真计算的完整边界条件，利用该条件使用常规方法进行温度场的仿真计算和应力场的仿真计算。然后在此基础上使用常规方法进行不同工况下危险部位载荷谱的仿真计算， 得所述汽轮机转子在不同工况下的危险部位载荷谱；(3)、依据步骤( 所得不同工况下危险部位载荷谱，使用常规方法分析应力峰值与时间和温度的关系。利用汽轮机转子材质的温度一疲劳曲线，使用常规方法计算不同温度区的应力峰值。依据所得应力峰值，使用常规方法分析所述汽轮机转子材质的疲劳特性，得应力载荷过程中该汽轮机转子的疲劳损伤值；G)、依据步骤C3)所得应力载荷过程中汽轮机转子的疲劳损伤值，使用常规方法制定该汽轮机转子在启动过程中的冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸及进入滑压运行六个阶段不同工况下的优化运行控制方案。为了合理分配上述汽轮机转子的抗疲劳寿命，在实施上述方案时，当汽轮机转子的材质温度处于100 200°C时，保持汽轮机转子的升速率在100 150r/min之间，以使汽轮机的进汽量缓慢增加，使汽轮机转子获得平稳的加热效果。同时，为使汽轮机冲转蒸汽温度与冲转前汽轮机转子的材质温度匹配，下面两种工况下需作出不同对待一种工况是，如果启动方式为冷态启动或温态启动，将蒸汽温升率控制在60 80°C /h范围；另一种工况是，如果启动方式为热态启动或极热态启动，将蒸汽温升率控制在120 130°C /h范围。此外，在切缸阶段，实施切缸操作时，汽轮机机组负荷稳定上升，在这一阶段，冷态启动或温态启动的负荷率不超过1 %额定负荷/min，热态启动或极热态启动的负荷率不超过2%额定负荷/min。当汽轮机机组的蒸汽温度达到额定温度时，汽轮机转子开始进入滑压运行阶段，此时，保持负荷稳定10-20min，然后使用常规方法优化变工况运行参数的变化率，以提高负荷率，使平均负荷率向9MW/min靠拢，使最大负荷率向19MW/min靠拢，从而使得汽轮机机组的负荷值快速达到电网调度的负荷值；(5)、依据步骤(4)所制定的不同工况下的优化运行控制方案，绘制出优化冷态启动曲线、优化温态启动曲线、优化热态启动曲线及优化极热态启动曲线，组织施工人员参照所制启动曲线在被告知发电厂现场操作汽轮机组的启动与运行。
全文摘要
一种汽轮机转子抗疲劳寿命分区控制方法，该方法为下述步骤(1)、启动被告知发电厂的汽轮机组，记录汽轮机转子的结构尺寸和运行参数；(2)、有限元建模、变工况热力计算、仿真计算；(3)、不同温度区应力峰值计算、材质疲劳特性分析；(4)、制定冲转、中速暖机、定速暖机、并网低负荷暖机、切缸及进入滑压运行六阶段优化运行控制方案；(5)、绘制优化启动曲线，组织施工人员现场操作汽轮机组的启动与运行。本发明将抗疲劳寿命损耗进行合理分配，优化变工况运行参数的变化率，达到缩短启动时间，保证启动过程经济性，满足电网调峰需求的灵活性要求。
文档编号F01D19/00GK102278152SQ201110197090
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者李明, 焦庆丰, 程贵兵, 陈非, 韩彦广, 黄来 申请人:湖南省电力公司科学研究院