汽轮机在线寿命管理及优化启动的研究

作者:查重猫     发表时间:2020-11-16 21:21:40   浏览次数:41



  摘要:为提升机组的安全和经济,本文便对汽轮机转子展开了深入的研究,并成立了汽轮机在线寿命管理的系统,以利于完善在线寿命统计的方面。同时还对汽轮机组优化启动展开了详细的研究,合理引导机组启停,以充分实现优化运行的效果。

  关键词:汽轮机;在线寿命管理;优化启动

  一、研究在线寿命管理系统的重要性

  汽轮机在运行的时候,最为关键的参数指标就是温度和压力,通过对温度和压力的控制来保持稳定的应力以及较高的热经济性服务。通常应力会直接影响到汽轮机的使用时间,因为大容量的机组在调峰时,会频繁的启动,进而产生较大的负荷,使得机组零件的温度变化非常大,最终就会导致汽缸和转子产生大量的交变热应力,造成零件过度消耗,从而减少机组的使用时间,由此必须合理的调配机组,并加强寿命管理。

  二、汽轮机在线寿命管理的研究

  (一)影响机组寿命的主要因素

  通常影响机组寿命的因素有很多,主要包括:材料、应力以及结构尺寸等等。首先,材料。对于材料来说,其中影响最大的有三个方面,即化学成分、加工流程以及材料缺陷。因为化学成分会阻碍机械加工的强度以及韧度,进而导致材料出现疲劳特性,而且不同的材料其化学成分也都不同,这样原子之间的结合属性以及强度也就不同,便会影响使用寿命。其次,应力。通过比对零平均应力的对称循环和具有平均应力的对称循环,即便应力幅度一样,但是对材料的损伤程度是不一样的,经调查发现当平均应力变大时,到达破坏时的应力会逐渐变小。最后,结构尺寸。结构尺寸主要为:总体尺寸和形状等等。因为性能与技术的要求,使得尖角、孔、键槽等结构都会产生较大的局部应力,进而给机组的运行安全带来影响。

  (二)在线计算

  在汽轮机启停过程中,会产生大量的温度,使转子的交变热应力很大,如果转子长时间处于高温中,就会加快损耗材料,进而产生裂纹,所以必须研究转子的应力场,以找出转子的薄弱之处,这也是研究汽轮机转子寿命非常关键的一环。首先,找到有效统计载荷的方法。因为载荷形式非常多,大致可分成两种,一种是确定的,另一种是随机的。其中,确定的载荷属于按照某种特定规律发生改变的,所以可通过数学来表示;而随机载荷属于没有规则变化的荷载,所以无法对其计算,只能展开统计描述。一般随机载荷的描述可采用两种方法,即平稳法和非平稳法。然后,借助雨流法计算出转子的寿命损耗情况。当前雨流法是处理循环载荷数据最常用的一种方法。虽然金属材料的名义应力范围非常大,但是在应力集中的部分其材料已经处于塑性状态,因此便可对其应力采用应力——应变回线进行描述,而应力和的变化过程便是载荷谱。采用雨流法可有效地把实际载荷谱分解成一个一个的应力应变循环与半循环,然后分别算出每个应力应变循环所导致的寿命损耗情况,最后依据线性积累损伤标准,把由单个循环与半循环所导致的损耗相累积,从而得出总的寿命损耗情况。

  三、中压缸优化启动研究

  (一)汽轮机中压缸启动

  为增强机组的热经济性,在改善进口参数的同时,还应使用中间再热的方法,而中压缸启动就带有中间再热的功能,其采用的是大容量超高压的凝汽式汽轮发电机组,在启动的时候汽轮机高压缸不进汽,而是通过中压调节汽门,从而实现冲转,等到机组产生负荷以后,再变成常规高中压缸的进汽形式,继续产生负荷,一直到带满负荷才停止。要想使中压缸启动大量应用,就必须对机组的中压缸启动形式展开详细的研究。机组要想发挥出中压缸启动的功能就必须符合这几个方面:首先,具有高低压串联的旁路系统,容量需大于30%。其次,能够单独控制和调节汽门。最后,具备高压缸抽真空系统以及能够反流预暖高压缸的逆止门或者旁路系统。

  (二)设计研究

  因为中间再热汽轮机的结构非常特殊,在机组启动和运行方面和一般的汽轮机具有很大的不同之处,所以必须保证机组每个汽缸进汽量的均衡性,而中间再热机组都是单独的机组,不像一般汽轮机可统一管控。而且中间再热机组的热力系统必须安装旁路系统或者排汽系统,因为当机组启动时,温度会不断升高,当温度到达一定范围时,新蒸汽就无法流过汽轮机,这时便需要旁路系统将其排到凝汽器当中。另外,中压缸启动对旁路系统的要求特别高,要求旁路系统能够自动运行,并且在高压调门渐渐开启的时候,旁路系统渐渐关闭,为此它们必须良好的配合,以促使在切换过程中,不会产生压力和负荷的突变。旁路系统对机组运用方式给予了良好的优化,很大程度的增强了机组热力系统的安全,发挥着非常重要的效果。经过旁路系统的应用,首先,显著减少了机组的启动时间,并延长了汽轮机的使用寿命。其次,使再热器得到了冷却保护。因为机组在运行过程中,汽轮机的高压缸排汽会经过再热器把蒸汽再加热至固定的温度,所以使再热器有了冷却保护。再次,降低噪声。因为单元式机组启停时锅炉蒸发量和汽轮机需要的蒸汽量不一样,一般锅炉最小的稳供负荷是额定负荷的15%-30%,而汽轮机空载汽耗是额定的5%-7%,所以如果将多余的蒸汽直接排进大气中,就会严重浪费热量,同时造成严重的噪声污染。而安装旁路系统以后,不仅可以把工质有效的回收进凝汽器中,而且还保护了环境,具有良好的作用。最后,显著增强了机组的运行安全和经济。

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  四、总结

  通过上述内容我们可知:对汽轮机进行优化启动非常的重要,既能够有效减少启动时间,又能够显著延长机组的使用寿命。其中应以汽轮机的转子为主要研究内容,因为转子是汽轮机非常重要的一个部分,所以必须对转子进行详细的研究。通过对转子应力以及寿命损耗在线计算系统的深入研究,能够有效找到汽轮机启动过程所存在的主要问题,并找到优化的方法。一般可采用如下的优化方法,首先汽轮机转子寿命管理方法从粗放式变为了精细式,不仅使转子寿命得到了良好的延长、操作人员的能力水平的得到了显著的提升,而且还使汽轮机的高、中压转子在危险截面时候的应力以及寿命损耗得到了良好的监视,这便是系统最大的亮点,发挥了良好的作用。其次,找到了影响疲劳寿命的主要因素,主要包括材料、应力和结构尺寸,并分别对它们进行了详细的研究。然后,借助雨流法可把实测载荷谱分离成单独、完整的应力循环,这属于在线应力谱统计的关键之处。然后,试用转子寿命管理系统,通过高中压转子应力以及寿命损耗在线计算系统的使用,有效找到了优化中压缸启动的方法,并采用了仿真计算,结果非常准确。最后,借助电厂计算机系统的机组实时信息,使得系统运算非常快。而且软件还能直接体现出汽轮机的运行状况,并随时监控汽轮机转子的应力以及寿命损耗变化,该系统有效的保障了汽轮机的运行安全。——论文作者:张金

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