大型汽轮机寿命管理ppt课件.ppt

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1、大型汽轮机寿命管理主讲：付忠广博导/教授fzgncepu.edu电站运行优化研究所所长思路：机械部件或设备的寿命管理寿命损耗机理影响因素（运行因素）外部环境一、电厂机组外部运行环境日负荷曲线负荷低谷---日最小负荷负荷尖峰---尖峰负荷或最大负荷最小负荷以下的负荷称为基荷最大负荷与最小负荷之差称为峰谷差负荷曲线电网峰谷差增大的主要原因第二产业用电比重减小第三产业和居民生活用电比重相应提高电网高峰负荷中，空调负荷大约占30%，在经济发达地区，可能要大于这个数字工业内部高耗电行业（冶金、化工、建材等）和传统行业（纺织、煤炭等）用电比重减小，低电耗、高附加值产业的用电比重相应提高可再生

2、能源开发可再生能源，如：风能、太阳能接入电网峰谷差增大预期电网负荷的变化趋势发达国家电网平均调峰幅度约为50％中等发达国家约为40％第三世界国家约为30％国外电网的调峰手段水电机组调峰抽水蓄能调峰机组火电机组调峰燃气轮机机组调峰联合循环机组调峰制约我国电网调峰的主要因素（1）我国水电的总体调峰容量十分有限主要是水电站季节贫水欠发时间长，有很多是径流式，汛期库容小，不宜弃水调峰；水电站要服从于水利枢纽工程的综合利用，充分兼顾防洪、发电和航运的作用，特别是汛期，发电必须服从于防洪。因此火电机组的调峰压力很大。制约我国电网调峰的主要因素（2）部分地区，如山东等经济比较发达的东部地区，受水力资

3、源限制，基本没有可供经济开发的水电站站址抽水蓄能电站的建设要有合适的地形和水源，条件好的抽水蓄能电站的站址越来越少，而且抽水蓄能电站一般造价高（需要引进可逆式机组）、建设周期长制约我国电网调峰的主要因素（3）受油气资源限制，一些地区没有燃油或天然气的燃气轮机发电用于调峰制约我国电网调峰的主要因素（4）电源结构不合理，火电机组所占比例大，但没有相应的火电调峰电站；供热机组多数是以热定电，调峰能力差，大批小火电集中退役。我国火电机组调峰现状可供燃煤机组选择的调峰方式低负荷运行方式两班制运行或周末停机运行方式低速旋转热备用调峰方式强制频繁启停和深度调峰，影响到机组的安全性、经济性与可靠运行机

4、组调峰运行存在的问题机组原设计按承担基本负荷设计，负荷适应性较差锅炉低负荷稳燃问题，导致调峰能力差一些机组自动化程度不高，热态启动性能不好，很难实现两班制运行二、运行中影响机组寿命的因素△4台50MW机组，80年代初组投运△1992年开始启停调峰运行，最多时100多次/年△2019-2019年发现汽缸裂纹△2000年发现转子裂纹，最深一条7mm裂纹某地区汽缸、转子出现裂纹情况统计主蒸汽母管联络门阀体断裂案例2000年8月31日，某机主蒸汽母管联络门阀体焊缝热影响区一侧主蒸汽管爆断。累计运行126,691小时，启停738次。断口分析：低周疲劳裂纹原因分析：联络门不严、联络管积冷水、定参数

5、停机、阀体和短管表面剧烈冷冲击热应力的基本概念热变形受到约束时，在物体内部产生热应力。当物体的温度不均匀时，即使没有外界约束，也将产生热应力。热应力的数值可以用简单的虎克定律表达：热应力值小，意味着主蒸汽温变率小，启动（或停机）时间较长，造成不必要的经济损失（燃油增大运行成本）；而应力值过大，则对机组造成不安全因素。热应力本身看不见、摸不到，对汽轮机转子的热应力若无有效的监测，运行人员将无法得知现在运行过程热应力的大小。热应力特性难以直接测量转子热应力的特点有些进口的机组虽然装有转子温度探针，其实这种探针同样是通过数学模型来显示转子内外温差的，并非直接测量转子内外壁的温度，因此它的准确

6、计算同样依赖于数学模型的建立。温度探针通过模拟原理建立一个数学模型，使棒体各部的温度能够模拟转子的径向温度及其差值。这种设备形似直接探测，实际上是通过传热学模型来建立模拟关系。汽轮机转子的热应力场国产100MW机组温态启动终了的应力场转子的重点部位的应力～时间关系曲线热应力的简化计算：转子的热应力过渡工况下的热应力：汽轮机在启动、停机或负荷变化时，转子金属内部将产生较大的温度梯度并由此产生热应力，这种过渡工况下的热应力是影响机组寿命损耗的重要因素。重点部位：汽轮机高、中压转子的前轴封段和前几级，在启停及负荷变动过程中，汽温的变化最为剧烈，导致了该部位温度梯度及热应力为最大，成为整个转子

7、的最危险部位。国产100MW机组停机时的热应力场国产200MW机组中压第一级叶轮根部应力集中N125机组弹性槽在冷态启动终了的应力集中热应力集中的特点应力集中均密集在槽底1～2mm深度以内，在这个深度以外，应力迅速衰减至公称应力水平。因此初始裂纹深度常为1～2mm。在这个深度以外，原有的应力水平很低，当加工车去表面裂纹后，新表面还可有相当高的疲劳寿命。热冲击金属材料受到剧烈的加热或冷却，引起内部产生很大的温差，形成很大的冲击热应力的现象称为热冲