[发明专利]节流调节型汽轮机转子热应力预估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于节流调节型汽轮机功率变动前对转子的热应力变化趋势进行预估的方法，应用于节流调节型汽轮机转子安全性的控制，属于汽轮机的技术领域。

背景技术

汽轮机在启动、停机、功率变动时，转子的表面的蒸汽温度变化剧烈，由于热阻的存在，转子内部的温度变化相对较慢，转子的外表面和转子体积平均温度之间的温差较大。转子的外表面和转子体积平均温度之间的温差越大，外表面的热应力就越大，转子的寿命损耗也越大。如果把转子的外表面和转子体积平均温度之间的温差控制到一定范围内，就把外表面的热应力控制到一定的程度内，就可以减少对转子的寿命损耗。在电网调度和电厂进行功率调节前，需要结合汽轮机的调峰能力、运行特性和热应力特性，预先制定出合理的运行方式和运行参数，特别是功率、主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压力等的变化曲线，用以指导运行操作人员合理操作预防失误。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于节流调节型汽轮机转子热应力预估方法，可根据预定的功率要求和运行方式，针对预估的关键参数等的变化曲线计算出预估的热应力变化曲线，用以提示运行操作人员预知操作后果，提前改变运行参数，提高运行水平。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种节流调节型汽轮机转子热应力预估方法，其特征在于，步骤为：

第一步、识别汽轮机当前状态：

根据采集到的当前及前一时间段内的汽轮机的关键参数，识别出当前汽轮机的状态；

第二步、制定汽轮机功率和关键蒸汽参数变化曲线：

运行操作人员根据电网调度的要求制定出预估的汽轮机功率、汽轮机流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度的变化曲线；

第三步、制定汽轮机热应力监测部位蒸汽参数变化曲线：

根据预估的汽轮机流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度的变化曲线，计算出汽轮机转子热应力监测部位的蒸汽参数，绘制出预估的汽轮机转子热应力监测部位的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度的变化曲线；

第四步、制定汽轮机转子外表面温度变化曲线：

根据预估的汽轮机转子热应力监测部位的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度的变化曲线，计算出汽轮机转子热应力监测部位蒸汽对转子外表面的传热系数，绘制出预估的汽轮机转子热应力监测部位转子外表面温度变化曲线；

第五步、制定汽轮机转子体积平均温度和内表面温度变化曲线：

采用惯性环节法，计算出汽轮机转子的温度场分布，绘制出预估的汽轮机转子体积平均温度和内表面温度变化曲线；

第六步、制定汽轮机转子温差或热应力变化曲线：

根据预估的汽轮机转子体积平均温度、内表面温度、外表面温度的变化曲线，计算出汽轮机转子温差或热应力，绘制出预估的汽轮机转子温差或热应力的变化曲线；

第七步：验证各个关键参数变化曲线并显示输出：

将预估的汽轮机转子温差或热应力变化曲线与汽轮机寿命损耗相关准则的温差裕度值和热应力允许值进行比较，验证是否超限，对超限区段进行报警提示，若某些区段温差裕度偏大和热应力水平比较低，也可提示运行操作人员适当调整进行优化。

优选地，第一步中所述汽轮机的关键参数为汽轮机转子监测部位外表面温度、汽轮机转子监测部位体积平均温度、汽轮机转子监测部位内表面或中心的温度、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、凝汽器压力、汽轮机转速、发电机功率。

优选地，第一步中所述汽轮机的状态是指停运、启动、稳定运行、功率增大、功率变小、或停机中的一种。

优选地，第五步所述的惯性环节法采用n个并列的惯性环节，k₁+k₂+......+k_n＝1，k₁为第1个惯性环节的权重系数，k₂为第2个惯性环节的权重系数，k_n为第n个惯性环节的权重系数，则第i个惯性环节采用的迭代计算公式为：

其中，y_i为第i个惯性环节的响应，x_i为第i个惯性环节的激励，y_i-1为第i-1个惯性环节的响应，τ_a为计算时间步长，T为惯性环节的时间常数。

本发明使用以上给定的方法，根据运行操作人员制定的汽轮机功率和关键蒸汽参数的变化曲线，基于节流调节型汽轮机的相关热力参数变化规律，预估出汽轮机转子的热应力变化曲线，指导运行操作人员预知性合理安全地运行汽轮机。