调峰工况汽轮机转子热应力分析

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1、图书分类号：U.D.C.:工学硕士学位论文调峰工况汽轮机转子热应力分析硕士研究生：王晓波导师：李勇教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：能源与动力工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：东北电力大学ClassifiedIndex:U.D.C.DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringAnalysisonSteamTurbineRotorThermalStressforPeakLoadConditionCandidate：WangXiaoboSupervisor：Prof.LiY

2、ongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringPowerEngineeringandSpecialty：EngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofEnergyandPowerEngineeringDateofOralExamination：Mar.2014University：NortheastDianliUniversity摘要目前我国社会用电结构发生巨大变化，用电峰谷差越来越大。随着风电、光伏发电等间歇式清洁能源发电的比例不断增加，加大了电网消纳此类电能的难度，风

3、电企业被迫弃风，造成了经济损失和社会资源的浪费。同时考虑到火电机组在低负荷时运行经济性差，这些促使大型火电机组不得不进行启停调峰运行。研究汽轮机启动过程的热应力及寿命损耗，对保障大容量火电机组参与调峰的安全性及机动性有重大意义。调峰运行汽轮机变动负荷及启停频繁，进入汽轮机的蒸汽参数变化大，引起汽轮机转子尤其是调节级部位金属温度发生剧烈变化，导致其温度梯度及热应力较大，对安全运行造成威胁，同时限制了机组快速调峰的能力。本文首先对汽轮机转子所受的热应力及机械应力的产生及分布进行了基础理论分析；然后，建立汽轮机转子调节级二维有限元模型，选择了合适的网格数量及进行适当

4、的局部加密，完成网格划分；编程计算热态启动过程中不同部位的蒸汽温度及对流换热系数随启动时间的变化，作为第三类边界条件，使用ANSYS有限元软件求解温度场，得出不同时刻的温度分布情况，关键点温度及转子表面与中心线温差随时间的变化，通过热-结构耦合分析，得到转子的应力场分布，对转子的切向、径向、轴向及合成应力进行详细分析，以应力分析结果为基础，估算出热态启动一次的寿命损耗；最后，对影响热应力的因素进行了详细分析，并通过改变低负荷时的升负荷速率对热态启动过程进行优化，降低了最大应力，减小寿命损耗，提高大型火电机组参与启停调峰的安全可靠性及机动性。关键词：汽轮机；风电

5、消纳；热应力；调峰运行IAbstractAsChinanowwitnessesthegreatchangesinsocialpowerconsumption,thereisanincreasinglylargedifferencebetweenthepeakloadandthevalue.Withtheconstantincreaseinthepowergenerationratioofintermittentcleansourcesofenergy,suchaswindpowerandphotovoltaic,ithasbecomeincreasinglyd

6、ifficultforthegridtocontainandconsumepowertypes.Asaresult,thewindpowerenterpriseshavegivenupthiskindofpower,whichleadstogreateconomiclossaswellaswasteofsocialresources.Atthesametime,theloweconomicefficiencyofthermalpowerunitsunderlowloadconditionhasforcedthelarge-scaledonestoinitiat

7、eStar-StopPeakModulation.Therefore,thestudyofthethermalstressandlifelossofthepeak-modulationturbinesisofgreatimportancetoguaranteesafetyandmaneuverabilityforthelarge-capacitythermalpowerunitsinvolvingthepeakmodulation.Thechangesinpowerloadandfrequentstart-stopinthepeak-modulationtur

8、binesleadstothechan