燃气-蒸汽联合循环汽轮机快速启动的研究

为解决某燃气-蒸汽联合循环电厂调峰用汽轮机停机一夜后温态方式启动耗时很长的问题,对汽轮机转子进行合理的假设和简化后,建立了转子二维轴对称有限元模型,计算出各级不同部位的蒸汽温度、压力及传热系数,采用热-结构间接耦合法对不同启动方式时转子的热应力进行了计算.结果表明：在汽轮机转子调节级金属温度为350℃时将启动方式调整为热态启动,汽轮机采用优化后启动曲线的最大热应力在材料强度的允许范围内,满足电厂寿命损耗要求,且这样每次启动可缩短100 min,为电厂增加了经济效益.     

转子热应力计算的热固单向和双向耦合模型差异研究

为了较准确计算汽轮机转子的热应力,比较了热固单、双向耦合模型在热传导方程和求解方式上的差异。基于热固单、双向耦合模型,计算了某亚临界高中压转子在冷、热态两种启动工况下的瞬态温度场和热应力场,研究了冷、热态启动工况以及不同热冲击程度下两种模型计算结果的差异。结果表明:转子与主蒸汽温差在冷态启动下低于240℃,在热态启动下低于130℃时,单、双向计算模型结果相差均在2%左右,随着冲转初期转子所受热冲击程度增加,两模型计算结果偏差逐渐加大,最大可达20%;冷态启动下,转子表面温度低于主蒸汽温度,单向模型计算的最大热应力大于双向耦合模型计算结果;而热态启动时,转子表面温度高于主蒸汽温度,单向模型计算的最大热应力小于双向模型计算的结果,因此对于热态启动,单向模型计算的热应力是偏小的。该研究可为汽轮机转子热应力计算模型的选取提供参考。     

基于有限元分析的汽轮机转子低周疲劳损耗研究

采用有限元法建立了基于某电厂汽轮机转子温度场和热应力场的数学模型。在对汽轮机的冷态启动、温态启动、热态启动以及滑参数停机4个工况下的瞬态温度场以及热应力场进行模拟分析基础上,确定转子最大热应力点作为监测点,对监测部位的温度与热应力进行了疲劳损耗仿真计算。根据最小二乘法获得转子钢材料的疲劳特性曲线,利用MATLAB进行多项式拟合,获得转子应变与疲劳寿命损耗的函数关系式,求得汽轮机转子启停下的低周疲劳寿命。研究结果表明:该机组累积十年运行条件下形成的疲劳损耗为2. 506%。机组冷态启动过程中,转子承受最大温差与热应力,最大热应力值445 MPa;当温升率由3℃/min提高到4℃/min时,转子的低周疲劳寿命损耗由0. 040%上升到0. 103%,寿命损耗明显增大。     

基于惯性环节的汽轮机转子温度计算方法

介绍了基于一阶惯性环节的高压转子温度场的计算原理和方法,推导了在控制系统中使用的简化迭代计算公式.针对1 000 MW超超临界汽轮机,利用有限元法对其温度场进行了计算,验证了在热应力监控中使用高压内缸内壁温度等效代替高压转子外表面温度的合理性.采用一阶惯性环节法、差分法和有限元法等3种方法,对汽轮机高压转子冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动和滑参数停机过程的体积平均温度和转子中心温度进行了计算,并对比分析了3种方法的转子表面温差和转子中心温差的计算精度.结果表明:一阶惯性环节法的计算精度高且方便易用,可作为一种监控汽轮机转子温度场的有效方法.     

转子定参数和滑参数启动模拟的对比分析

汽轮机在启动过程中发生复杂的非稳态传热现象。以某汽轮机转子为研究对象,借助有限元方法模拟计算并对比分析了在定参数和滑参数两种启动方式下,转子温度场和应力场随时间的变化过程。结果表明在定参数启动过程中,转子表面温度变化比滑参数启动更为快速和剧烈,同时,将会导致较大的热应力峰值,带来更多的寿命损耗。而提高转子体的初始温度可降低应力峰值大小。该计算分析结果对汽轮机机组的启动和运行具有一定的参考意义。     

采用热流法计算汽轮机转子表面热应力

通过对热量流动的分析,推导出汽轮机转子温度分布的表达式。同时根据温度分布,考虑汽轮机转子表面的应力集中,给出转子表面的热应力计算公式。最后通过典型机组的冷态启动计算,分析了温度场和热应力场的变化,评估低周疲劳损伤,并提出了运行控制的要求。图7参15。     

中心孔对汽轮机转子寿命的影响分析

通过对空心转子和实心转子的两种汽轮机转子模型,从热态启动到稳定运行期间,汽轮机转子温度场、热应力场和离心力随时间和转子半径变化规律的对比分析,以及低周疲劳寿命损耗的计算,给出中心孔对汽轮机转子运行安全性的影响。计算结果表明:中心孔的存在使转子中心内表面部位应力出现突增现象,尤以切向应力明显,同时导致转子寿命损耗增加。     

冷启动工况下汽轮机转子的疲劳损伤

在对600MW汽轮机高压转子冷启动工况下的温度场、热应力进行了瞬态有限元分析的基础上给出了热应力随启动温升率的变化关系,进而采用转子材料的低周疲劳曲线计算出不同启动温升率下转子的低周疲劳损伤。为现场运行制定安全、经济的启动过程提供了一定的理论依据。     

上汽厂30万千瓦汽轮机(A152)转子寿命计算

根据汽轮机转子寿命损耗概念,本文通过计算转子温度场、应力场对国产30万千瓦汽轮机在启、停和负荷变化时所引起的循环热应力进行了分析处理,最后提出了可供用户使用的热态、冷态启动曲线和负荷变化寿命控制曲线。本文的主要特点是:(1)用八节点等参元计算非稳定温度和应力场,数据连续处理;(2)给出推荐的冷态和热态启动曲线。     

基于热固双向耦合模型的二次再热超超临界汽轮机超高压转子热应力研究

为准确预估二次再热汽轮机转子在启动、停机过程中的热应力,推导了轴对称结构热固双向耦合计算模型。采用热固单、双向耦合模型和有限元法,计算了二次再热超超临界660 MW汽轮机超高压转子在冷态启动过程中的瞬态温度场和热应力场,对启动曲线进行了优化。研究表明,在冷态启动时双向耦合模型最大热应力值比单向模型计算值小4%,热冲击越大,两者计算值相差也越大,热固双向耦合模型比单向模型计算精度高,但计算时间长。采用优化后的启动曲线,转子最大热应力比原最大值降低了27%,实际机组运行也表明采用优化启动曲线,机组运转良好。