汽轮机寿命在线监测与管理技术研究

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1、华北电力大学（北京）硕士学位论文汽轮机寿命在线监测与管理技术研究姓名：唐红芳申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：何青20040201华北电力大学(北京)硕士学位论文TangHongfang(Jhermalpowere呼neering)DirectedbyProf.HeQin9Keywords:steamturbine,rotor,cylinder,temperaturefield,thermalstressfield,lifemanagement,onlinemonitor,lifemanagement华北电力大学(北

2、京)硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景和现实意义‘12112411351[4311451电力工业是国民经济的关键产业之一。随着电力工业的不断发展，汽轮发电机组向着大容量、高参数方向发展，对机组设备工作的安全性、经济性和可靠性等都提出了更高的要求。汽轮机是发电厂三大关键设备之一，其工作状}z直接影响着整个发电机组的安全性、经济性和可靠性。我国电力工业至2001年发电装机容凳和发电量己居世界第二位。早在1992年总装机容量就已达到1.65亿千瓦，发电量7447亿千瓦时，比1990年增长了1,23倍和1.19倍。特别是近两年来，

3、连续投产的大中机组每年在1000万千瓦以上，创历史上年装机最好水平。火电机组的构成也有根本性变化，并逐步过渡和实现以发展300MW.60OMW。及以上机组为主的方针。1991年，我国300MW以上机组就己占l00MW以上机组总容量的17.140!0,近几年则以更快的速度发展。在最近几年里新增装机容量相当于1987年前Sit年装机的总和还多，这是我国电力工业发展史上前所未见的，在世界上也是少见的“”。随着装机容量的迅速发展，我国火力机组的发供电煤耗也逐年有所下降，其下降趋势如图1-1所示[121盆灯00.0发电标准煤耗9公公，

4、仓匆口0_0To呱o-仑呱供电标准煤耗帆a019401950196019P01930Sg9U图1-1全国火力发电平均标准煤耗趋势91-12从图1-1中的数据可以看到，我国火力发电机组的供电煤耗正在逐年下降，但是与国际先进水乎还有一定差距。我国火力机组供电煤耗高m原因除了设备效率、厂用电率、汽水损失、热电联产、用煤管理等方面的原因之外，经济性好的300MW共62页第I:d1;华北电力大学(北京)硕士学位论文以上大容量机组利用率不高，在电网峰谷差增大的情况下不能长期稳定在经济负荷下运行，以及一些机组启停次数多、启停损失大也是其中

5、原因。汽轮机调峰运行是适应目前机组容量增大，负荷曲线峰谷差增大而提出的一个重要课题。我国各电网均存在火电机组调峰能力不足问题。调峰机组在运行过程中有两个特点:(1)频繁的启动和停机;(2)频繁的变动负荷。由于蒸汽的温度和压力大幅度的变化，汽轮机各部件的热交换情况也有很大变化，导致金属内部形成较大温度梯度，汽轮机承受很大的热应力和热变形。在不断的启停过程中，部件内产生交变的热应力，在高温条件下，可能引起材料的塑性变形，表面产生裂纹，使调峰机组寿命的损耗比带基本负荷机组大，因此实现优化启停过程和对机组进行寿命监测与管理更显重要。

6、众所周知，无论热态、冷态或温态启动一台大容量汽轮机组，都是一项非常复杂的操作，要求操作人员连续集中精力监视表征各种部件状态的大量重要参数。特别是大型汽轮机转子的热状态，如果热应力过大，则这次启动寿命的损耗将增大，最终会引起累积损伤:如果热应力过低，则这次启动就很可能要消耗大量的燃料和时间。在这一严峻现实面前，机组的常规控制显得难以适应，要使启动过程安全、经济，将愈来愈要依靠对大型汽轮机组实行优化基础上的自动控制。汽轮机在启动、停机或变负荷运行时，由于转子表面蒸汽参数的不断变化，其内部处于非稳态温度场，将产生较大的温度梯度以及

7、热应力。这种过渡工况不同于变工况，是研究汽轮机由一个工况过渡到另一个工况的过程中，部件内部温度及应力的变化情况，属于机组动态运行的热状态问题。汽轮机高、中压转子的前轴封段与前几级，在过渡工况中汽温变化最剧烈，导致这些部位的温度梯度及热应力最大，成为整个转子的最危险部位。由于汽轮机转子是高速旋转的部件，目前尚无直接测量其金属温度及热应力的有效措施，需要通过理论计算来解决。按目前国产200MW机组的自动化水平及其常规操作方式，开展启停方式调峰尚有困难。从国外先进机组发展趋势来看，大型火电机组参与两班制调峰运行，一般具有较高的自动

8、化水平，利用其先进的自启停控制系统，以转子热应力作为主要的判别依据，对机组进行冲转、升速、并网及并网后的带负荷。国产200MW机组在最近几年内将不可避免的要进行类似的改造，只有这样才能真正担负起电网调峰的任务。1.2国内外研究现状与发展趋势[22]/331]241目前，我国大部分电力由火力