[发明专利]一种轴流风机叶片开度与转速分挡联调的转速挡位设计方法

说明书

本发明公开了一种轴流风机叶片开度与转速分挡联调的转速挡位设计方法，包括：基于轴流风机叶片敲击试验获取叶片前3阶固有静频率，并通过有限元方法计算得到叶片的多阶动频率及其与转速的变化曲线；进而基于风机内部气流激振特性，获取得到风机危险转速带；开展多个典型工况下的风机性能试验，获取整个调节范围内的管网阻力曲线，并基于风机性能曲线获取变速性能曲线簇，遵循最佳运行效率及运行安全性的原则，计算得到各个风机性能试验工况点对应的最佳转速；以避开共振频率及便携的风机调控方式为优化目标，通过优化设计获取得到最优的转速分挡方案。本发明具有高效、可靠性高的特点，适用于大型燃煤机组轴流风机叶片与转速分挡联调的分挡设计。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种轴流风机叶片开度与转速分挡联调的转速挡位设计方法。

背景技术

目前，随着火电机组装机容量的不断增大，以及电站轴流风机设计及制造水平的不断提高，轴流式通风机因其具有良好的调节性能及更高的设计效率，而得到了广泛应用。然而，随着我国能源结构的调整，火电机组灵活性深调已经趋于常态化，火电机组须频繁进行宽负荷调节，使得电站风机长期处于中低负荷运行或频繁进行宽负荷变工况调节。目前，我国电站轴流风机普遍采用叶片调节方式进行变工况调节，即使目前轴流风机设计效率已达89％以上，但实际中低负荷工况下运行效率仍低于70％，造成风机运行效率低能耗高的现状，因而，仅通过叶片调节已无法满足机组深度调峰及深度节能的需求。对于国内机组深度调峰及负荷率低的现状，风机最佳运行方式仍是变速调节运行，然而，鉴于轴流风机的结构及运行特点，若采用全范围变速调节方式运行，将存在叶片共振或转子系统共振的安全风险，另外，若动调轴流风机长期不进行动叶调节，将使得动叶调节机构出现卡涩问题而降低设备的运行可靠性，因而，非常有必要进行轴流风机叶片开度与转速分挡联调，一方面通过分挡调节避免风机长期处于危险转速下运行，另一方面，通过联调提高风机运行效率，保证叶片调节系统的可靠性。为了保证轴流风机叶片开度与转速分挡联调具有最佳运行效果，非常有必要建立一套转速分挡优化设计方法，实现转速挡位的最优设计，兼顾电站风机运行安全性的同时具有最佳运行经济性。

发明内容

为实现轴流风机叶片开度与转速分挡联调，本发明提出一种轴流风机叶片开度与转速分挡联调的转速挡位设计方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种轴流风机叶片开度与转速分挡联调的转速挡位设计方法，包括以下步骤：

1)基于轴流风机现场叶片敲击试验获取叶片前3阶固有静频率；

2)建立叶片三维有限元模型，采用有限元方法对叶片进行应力分析及模态分析，获取得到叶片的多阶动频率及其与转速的变化曲线；

3)基于叶片各阶动频率-转速曲线，考虑风机前6阶转速频率、前3阶通过频率以及进出口导叶或撑板引起的前3阶气流激振频率，获取得到风机危险转速带；

4)对轴流风机开展多个典型工况下的现场性能试验，获取整个宽负荷调节范围内风机运行点分布及管网阻力曲线；

5)对风机性能曲线进行离散化处理，并基于风机性能参数与转速的变化规律获取变速性能曲线簇，并根据各个实际运行点与等开度线及效率线之间的映射关系，构建风机实际运行点的开度、效率及等开度下的理论失速边界点的智能识别算法；

6)基于多转速下的风机性能曲线簇及智能识别算法、风机运行危险转速带以及典型运行工况下风机性能试验数据，计算得到每个风机典型工况运行点对应的风机运行转速许可范围；

7)基于典型运行工况下风机性能试验数据获取管网阻力曲线，基于风机典型工况的转速许可范围，兼顾风机调控便携性，综合考虑风机运行经济性及安全性，通过优化设计计算获取得到最优的转速分挡方案。