第23卷 第2期 2003年4月
动 力 工 程POW ER EN G I N EER I N G
V o l .23N o.2 A p r .2003
文章编号:100026761(2003)022*******
调峰运行的燃气轮机联合循环汽轮机
转子热应力和寿命损耗分析
孙 伟
(深圳美视电厂,深圳518040)
摘 要:介绍了调峰运行的汽轮机转子热应力的计算方法。为了减少启动时间和提高汽轮机的安全性,拟定
了热应力控制曲线及保护曲线,设定应力保护。对转子的寿命损耗进行了分析。图3参4
关键词:燃机联合循环;汽轮机;调峰;转子;热应力;寿命损耗中图分类号:T K 474.7 文献标识码:A
收稿日期:2002204208 修订日期:2002212203
作者简介:孙 伟(1967.8-),男,深圳美视电厂副总工程师。
0 前言
目前,由于电网峰谷差的存在,所以有很多联合循环机组用于调峰,采取的方式是早启晚停。这种运行方式对联合循环电厂的设备,尤其是汽轮机的寿命造成了很大的影响。因此,研究调峰用的汽轮机的寿命是一个很重要的问题。
在一般情况下,决定汽轮机寿命的关键因素是其汽缸和转子的寿命,而转子的工作条件比汽缸差,价格也比较昂贵。所以,控制好转子的寿命也就控制了整个汽轮机的寿命[1]。而影响转子寿命的关键因素是转子热应力高低。本文就对控制转子热应力的方法做探讨,同时讨论转子寿命的管理方法。
1 热应力计算方法
在汽轮机启停过程中,从安全性来考虑,要求启停时间尽可能长,转子所受到的加热和冷却速度尽可能慢。这样,转子的热应力就比较小,转子的寿命也就比较长。但从经济性来考虑,要求启停时间尽可能短。为更好地解决这一矛盾,需要对转子热应力进行合理的控制。
通过计算机实时计算出应力值与设定的应力限制曲线进行比较,超过设定点就会触发保护动作,如低于设定点,则可以按正常速率升速加负荷
等,这样就做到了两全其美。1.1 热应力计算方法[2]
将转子近似看作圆柱体,则对热膨胀的微分方程如下:
5v 5t =1r 55r
r -v
r
(1)
由此产生温差:
?v 1=v 1-v m =
∑∞
k =1
B
k
[v 1-Z k (t )](2)
式中 r ——转子半径
t ——时间
v m ——转子平均温度
v 1——转子表面温度B k ——转子几何相关系数Z ——温度不均系数
由于形成温差而产生应力,所以结合公式(1)和公式(2),在计算机计算程序中所设定的系数
B k 和Z k 同时充分地考虑了由于温度的突变而产
生的误差。对转子运行中的温度或应力的监测是比较困难的。试验证明:转子表面的温度变化和调节级汽缸内壁的温度变化非常接近,其蒸汽流量与热传递(金属与蒸汽之间)是与转子相应点相同的,只是稍有滞后。在稳定工况时,二者基本相等。所以,一般是用监视和控制汽缸内壁温度的方法来控制转子热应力。迄今为止的应力监测数据,也都是通过计算机算出来的数值,而不是直接测量出来的。
根据公式可看出:转子表面上的压缩应力和
拉伸应力是与转子表面温度v 1与转子平均温度
v m 的温差成比例的。在计算许用应力时必须考虑
正温差和负温差之间的区别。1.2 在启动、加负荷及减负荷过程中的应力限制 根据转子材料的机械特性以及转子表面温度v 1在考虑极端情况下所产生的误差通过计算得出控制应力。这样,可以得到控制应力曲线GR (图1)同时如离心力和蒸汽压力所造成的附加应力也考虑在控制应力曲线内。该曲线确定了汽轮机可以连续运行的最大允许应力值,可以达到该曲线应力值但不能超过,实时计算应力
S 1
与控制
图1
图2
a —无限制
b —速度
负荷速率限制c —安全系数=0 d —强制减负荷
应力GR 可得到相对应力比值:
GR R =S 1
GR
×100%
由相对应力比值经计算可得加减负荷时的安全系数M (图2),当汽机在稳定工况下运动时GR R 是很小的,当应力超过最大设定点时,透平控制器必须确保能够强制使GR R 回到定值以下或等于100%。这时,必须限制或减少进入汽轮机的蒸汽流量。
1.2.1 保护限制曲线的确定
在汽机运动中,实时计算所得应力值是不允许超过金属材料的许用应力的。
对于在高温条件下工作的汽轮机转子,其最大等效应力Ρeq 应满足[3]:
Ρeq <Ρn 1.24和Ρeq <Ρg 1.65(T >400°C )Ρeq <Ρs 2.0(T <400°C )
符号说明:
Ρn ——材料蠕变极限(100,000h )Ρg ——材料持久极限(100,000h )
Ρs ——材料屈服极限
由此,可得出运行中的保护限制曲线GS (图1),一旦实时计算应力值达到或超过该曲线时,会立即触发保护动作。
为在起动中满足快速性和安全性的需要,需要对汽轮机转子安全系数M 进行控制。在安全系数为正值时,汽轮机转速和负荷按照预定速率可以增加,一旦M 降为负值时,则转速和负荷就不再增加,或通过关小调门开度来减少进入汽轮机的蒸汽流量使转速或负荷降低,直到M 变为正值。
1.2.2 启动时的热应力
在冷态启动时,转子表面温度迅速上升,但中心孔的温度并非同步上升,从而产生了温差,即转子表面的膨胀受到约束,在表面产生了压缩应力,内孔则受到拉伸应力。如果表面温升剧烈,压缩应力使材料屈服,在负荷稳定后,转子表面就会受到持续的残余拉伸应力的影响。
在热态启动时,如果新汽温度未能保证调节级汽温略高于金属温度,则启动后在一段时间内,转子表面受到冷却,然后又受到加热。因此,转子表面先受到拉伸应力,后受到压缩应力:内孔壁则先受到压缩应力,后受到拉伸应力。这样,一次启动就形成了一次交变应力循环。
由于运行中转子还承受着叶轮和叶片的离心力以及转子自身质量在旋转时的离心力所造成的应力,其高峰是在转子的内孔壁上以切向拉伸应力的状态出现,这一部分应力将和转子受热时在内孔壁上引起的热应力叠加。
在启动时,必须控制安全系数M 为正值,否则就会触发保护动作或减少进入汽轮机的蒸汽量。
1.2.3 减负荷停机过程中的热应力控制
在减负荷停机过程中,转子表面受到冷却而产生拉伸应力,这时的拉伸应力可能与启动中残余的拉伸应力叠加而使拉伸应力达到较高的数值,内孔壁则出现压缩应力。所以,在停机过程中产生的拉应力对转子的破坏性更加严重。这样一次的交变热应力虽不一定立即造成可见的缺陷,
?
7622? 第2期动 力 工 程
但经多次的积累,最后将使转子出现宏观裂纹,因而每一次较大的热应力交变,都会消耗转子的使用寿命。
因此,在减负荷过程中,必须控制温度降低速率,保证安全系数M为正值。
2 热应力保护设定
在一般情况下,转子热应力值不可能超过控制极限曲线,但在通过临界转速及在最低负荷时可以短时间超过此极限。由于控制器故障,突然的蒸汽温度上升以及在手动调节方式下运行时,可能会有一个较长时间的超过设定曲线的现象。为此,设定了一个105GR%的应力限制值,达到时立即发出报警:如果继续上升超过
105
GR%,在
30m in后汽机跳闸;如果达到保护限制曲线GS,
则在拉伸应力(温度突降)时汽机立即跳机;如为
压缩应力时则延迟1m in后汽机跳机。
汽轮机应力计算及保护框图示于图3
。
图3
3 转子寿命管理[1,3,4]
在机组调峰运行过程中,由于低频交变热应
力而使转子产生疲劳损伤,由于高温而产生蠕变
损伤,金属的疲劳寿命既与热应力大小和温度有
关,而且与应力的持续时间有关。在高温工作条件
下,一次应力交变循环中应力持续的时间越长,金
属的蠕变损伤越大。
这二种损伤与转子的使用寿命的关系如下
式:
2n
2N+B
n t
N t R
1
2
+t
t R
≤1
式中 n——启停次数
N——低周疲劳寿命
t——累计运行时间,h
t R——蠕变寿命,h
B——考虑蠕变和低周疲劳损伤相互影响
的系数
在上式中,n
N
为低周疲劳损伤累积,t
t R
为蠕变
损伤累积,由于调峰机组在运行中其负荷是随电
网需求而变的,转子表面的温度也是变化的。所
以,必须考虑高温蠕变和低周疲劳相互作用对转
子寿命造成的影响B n t
N t R
1
2,而系数B与转子
温度、温升率或温降率、温升量或温降量、转子材
料、负荷改变的频率等有关,其关系十分复杂,并
且其数量级比较小,所以一般为简比分析与计算,
对B n t
N t R
1
2
在计算中不予考虑。
在一般情况下,n
N
+t
t R
≥0.8时,就要密切注
意检查转子的裂纹等情况,同时在运行中要监视
相关的运行参数的变化情况。
根据目前研究,对于调峰机组,如果每年运行
4000h,使用寿命为30年,则高温蠕变损伤为
20%左右,交变热应力损伤占到80%左右。这样,?
8
6
2
2
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允许的应力交变次数(主要是启停过程)只能控制在(0.7～0.8)N 以内。但是,N 为小样试验得来的数据,对于实际运行的设备不可能十分准确,所以就必须定期对汽机进行大修,检查转子的实际状况。
对燃机联合循环汽轮机(D K 12I N 31,AL 2STOM 制造)的寿命估算如下:
本机组转子运行温度为500°C ,工作应力为100M Pa 、C r M oV 转子钢的蠕变断裂时间t R 为6.5×105h ,低周疲劳寿命N 取为15000次,则允
许启停次数n 为9600次,累计运行时间t 为104000h ,按每天启停1次计算,大约运行30年左右就可能出现裂纹,从微裂纹形成到临界状态而导致金属失败,汽机仍然可以多次启停。
在实际工程中,通常使用如下算式来计算汽机的寿命损耗:
T e =T ef f +ns T s
式中 T e ——当量运行小时(寿命损耗),h
T ef f ——实际运行小时,h ns ——启动次数
T s ——每次启动折算小时,h 对D K 12I N 31型汽轮机,T s 的取值范围为20～30h ,在冷态启动时,取30h ,热态启动时取20h 。
如果汽轮机每天启停1次(热态),每天运行14h ,则T e 为34h ,每年按300天计算,则1年T e 为10200h 。规范规定:汽轮机首次大修时间T e 为47000～53000h ,每2次大修T e 为94000～106000h ,每次大修都必须对汽轮机转子做探伤检查,设计寿命T e 为300000h 。在此时间内,如出现小的裂纹,可作切削、精磨,以消除裂纹,汽轮机
可继续运行,但评估汽机转子寿命的计算就更严
格一些。
以上2个公式计算的结果差别不大,即每天启停的汽轮机转子(D K 12I N 31)首次出现微裂纹的时间大约在运行30年左右。
4 结论与探讨
(1)燃气轮机起动速度很快,余热锅炉的升
温率、升压率也比较高,要求汽轮机的起动速度也要相应比较快与整个联合循环匹配。所以,研究解决影响汽轮机的起动加载速度的关键因素——转子热应力的问题是十分必要的。但每一种汽轮机由于其自身特点而适用的计算模型不同,所以采用的控制策略也不完全相同,但基本方法是一样的。本文所介绍的内容对调峰用燃气轮机联合循环的汽轮机转子热应力及转子寿命的控制有一定的参考作用。
(2)在起停机过程中,由于燃机负荷变化而使新蒸汽温度变化,但是测量转子表面温度的探头具有一定的滞后性,所以此时所计算出的热应力值与实际值有一定偏差,如何解决这一问题,需要作进一步探讨。参考文献:
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机技术,1999,41(3):155～160.
Ana lysis of Therma l Stress and L ife L oss for Peak L oad Regula ti ng
Ga s Turb i ne Com b i ned Cycle ’s Steam Turb i ne Rotor
S UN W ei
(Shenzhen M eish i Pow er P lan t ,Shenzhen 518040,Ch ina )
Abstract :T h is p ap er has described the calcu lating m ethod of steam tu rb ine ro to r ther m al stress fo r
p eak load regu lating .Fo r saving steam tu rb ine runn ing 2up ti m e and m o re safety the ther m al stress con tro l cu rve and p ro tecti on cu rve are given .Set the p ro tecti on of ro to r ther m al stress and analyzing ro to r life lo ss .F igs 3and refs 4.
Key words :gas tu rb ine com b ined cycle ;steam tu rb ine ;peak load regu lating ;ro to r ;ther m al stress ;life lo ss
?
9622? 第2期动 力 工 程
汽轮机转子低周疲劳与高 温蠕变的寿命计算及应用 前言 随着经济的快速发展，我国电力行业已经发展到历史上最为辉煌的时期。电力工业是现代化国家的基本工业，电力生产量更是一个国家家经济发展水平的重要指标。截止到2009年底，我国总装机容量达到87407万kw，超超临界压力1000mw机组已有数十台投入运行。与此同时，国家对于节能减排的重视，使得我们面临新的机遇，新设备，新技术的不断涌现，同时也给我们提出了更高的要求。目前各国都不同程度的遭遇或将遭遇的主要问题是电网发电量不足、电峰谷差逐渐增大及火电机组老化等[2][3]。因此，世界各主要发达国家都非常重视火电机组寿命管理的研究，尤其是研究汽轮机转子寿命评估。对此作了大量的工作，并取得不少成果。
目录 摘要 (1) 第一章绪言 1．1 课题意义 (2) 1．2 汽轮机转子寿命研究现状 (3) 1．3 目前存在的问题 (3) 第二章本文的研究内容 2．1 研究对象 (4) 2．2 研究内容 (5) 第三章转子热应力的计算模型 3. 1 转子温度场的数学模型 (7) 3. 2 应力场的数学模型 (10) 3. 3 有限元理论分析 (12) 第四章转子蠕变损耗寿命 4．1 金属疲劳机理及高温力学性能的研究 (14) 4．2 材料硬度和机组蠕变寿命损耗之间的关系 (16) 4. 3 蠕变寿命损耗计算 (18) 第五章转子低周疲劳寿命损耗计算 5 .1 汽轮机转子低周疲劳失效 (21) 5. 2 转子低周疲劳损伤及寿命计算 (23) 第六章疲劳——蠕变计算的应用及价值 6.1 疲劳——蠕变计算的应用及价值 (24) 结论 (25) 参考文献 (25)
文件编号：GD/FS-3709 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________ （解决方案范本系列） 汽轮机、燃气轮机、水轮机和柴油机的防火措施详 细版
汽轮机、燃气轮机、水轮机和柴油机的防火措施详细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 为杜绝汽轮机油系统漏油现象，应尽量减少阀门、接头等附件，选用高一级承压等级，管子壁厚不小于1.5mm。禁止使用橡胶垫、塑料垫或基他不耐油、不耐高温的垫料作管道的法兰垫。管道支架应牢固可靠，以防止管道振动，支架根部应加强，并能适应热膨胀的要求。油管道法兰应内外烧焊，机头下部和正对高温蒸汽管道的法兰应采用止口法兰。在热体附近的法兰外应装设金属罩壳。油管道附近的蒸汽管道，保温应坚固完整，保温层表面应装设金属罩，如有油渗入保温屋应及时更换。油管与蒸汽管道外表距离不小于150mm。严禁用拆卸油表接头的方法泄放
1. 从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a； 对外做功：1-2-3-4-5-6-1； 向低温热源放出热量：a-2-3-4-5-b-a； 效率：对外做功：1-2-3-4-5-6-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a的间接比。 2. 可用能 不可用能 1 2 3 4 a b T S 从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a； 对外做功：1-2-3-4-1； 向低温热源放出热量：a-1-4-b-a； 效率：对外做功：1-2-3-4-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a间接比。 3 和 4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。 汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。 5、燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量； 汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量； 而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机
循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。 6、ISO 基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO 环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO 环境条件：温度15℃，压力0.01013MPa 相对湿度60%。 7、燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组； 燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。 8、前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热； 后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。 两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气——蒸汽联合循环。 9、最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。 余热锅炉型： 2 1C GT B 燃料 3 G 4 G 5 6 HRSG 7811 P CC 10 ST 9 燃气轮机可用能2T s 4 3 1 611 7 5 8 9 10b d c a 汽轮机可用能 燃气轮机子循环：从高温热源吸收热量：a-2-3-c-a ； 对外做功：1-2-3-4-1； 通过余热锅炉传向谁的热量：b-5-4-c-b ； 向外界放出了热量：a-1-5-b-a ； 汽轮机子循环：从余热锅炉吸收的热量：b-6-7-8-9-d-b ，与面积b-5-4-c-b 相等； 对外做功：6-7-8-9-10-11-6；通过凝汽器向外界放出的热量:b-11-10-d-b ； 补燃余热锅炉型： P C G 12 B 燃料 84 HRSG GT 3 6 7 911 ST 5 CC 10G 燃料a 1 2b 11 65 7 T c d s 10 8 4 9 3 12 汽轮机可用能 燃气轮机可用能 增压锅炉型： P C G 12燃料 84 PCB GT 367 9 11ST 5 CC 10G 12 ECO 汽轮机可用能 1 a 211 b 65 7T 燃 机可用能 3 10 c d s 8 412 9 13
In the schedule of the activity, the time and the progress of the completion of the project content are described in detail to make the progress consistent with the plan.汽轮机、燃气轮机、水轮机和柴油机的防火措施正 式版
汽轮机、燃气轮机、水轮机和柴油机 的防火措施正式版 下载提示：此解决方案资料适用于工作或活动的进度安排中，详细说明各阶段的时间和项目内容完成 的进度，而完成上述需要实施方案的人员对整体有全方位的认识和评估能力，尽力让实施的时间进度 与方案所计划的时间吻合。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 为杜绝汽轮机油系统漏油现象，应尽量减少阀门、接头等附件，选用高一级承压等级，管子壁厚不小于1.5mm。禁止使用橡胶垫、塑料垫或基他不耐油、不耐高温的垫料作管道的法兰垫。管道支架应牢固可靠，以防止管道振动，支架根部应加强，并能适应热膨胀的要求。油管道法兰应内外烧焊，机头下部和正对高温蒸汽管道的法兰应采用止口法兰。在热体附近的法兰外应装设金属罩壳。油管道附近的蒸汽管道，保温应坚固完整，保温层表面应装设金属罩，如有油渗入保温屋应及时更
换。油管与蒸汽管道外表距离不小于 150mm。严禁用拆卸油表接头的方法泄放油系统内的空气。汽轮机主油箱应设备事故排油装置，事故油箱应设在主厂房外并密封。事故排油阀门应用钢质阀门，操作手轮不准上锁，平时加锅封，并有明显的标志，其位置至少要有二个通道能达到，并与油箱保持5m以上的距离。 燃气轮机在辅机室、轮机室两室的罩侧壁底下应装有通风机，当燃气轮机正常运行时，辅机室、轮机室两室内就不易形成爆炸性的混合物。同时，在辅机室内高温部件附件附近空间应装设防爆可燃气体报警器。燃气轮机的二氧化碳等灭火装置
汽轮机的热应力、热变形、热膨胀 主要内容：主要介绍汽轮机的热应力、热膨胀和热变形；汽轮机寿命及如何进行汽轮机的寿命管理。 Ⅰ汽轮机的受热特点 一、汽缸壁的受热特点 汽轮机启停过程是运行中最复杂的工况。在启停过程中，由于温度剧烈变化，各零部件中及它们之间形成较大的温差。导致零部件产生较大的热应力，同时还引起热膨胀和热变形。当应力达到一定水平时，会使高温部件遭受损伤，最终导致部件损坏。 1．汽缸的受热特点 （1）启动时，蒸汽的热量以对流方式传给汽缸内壁，再以导热方式传向外壁，最后经保温层散向大气，汽缸内外壁存在温差，内壁温度高于外壁温度，停机过程则产生相反温差。 （2）影响内外壁温差的主要因素： ①汽缸壁厚度δ，汽缸壁越厚，内外温差越大。 ②材料的导热性能； ③蒸汽对内壁的加热强弱。 加热急剧：温度分布为双曲线型，温差大部分集中在内壁一侧，热冲击时； 加热稳定：温度分布为直线型，温差分布均匀，汽轮机稳定运行工况； 缓慢加热：温度分布为抛物线型，内壁温差较大，实际启动过程中； 2．转子的受热特点 蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，在转子外表面和中心孔产生温差，温差取决于转子的结构、材料的特性及蒸汽对转子的加热程度。 Ⅱ汽轮机的热应力 一、热应力
热应力概念：当物体温度变化时，热变形受到其它物体约束或物体内部各部分之间的相互约束所产生的应力。 ①温度变化时，物体内部各点温度均匀，变形不受约束，则物体产生热变形而没有热应力。当变形受到约束时，则在内部产生热应力。 ②物体各处温度不均匀时，即使没有外界约束条件，也将产生热应力；在温度高的一侧产生热压应力，在温度低的一侧产生热拉应力。 二、汽缸壁的热应力 1．启动时，汽缸内壁为热压应力，外壁为热拉应力，且内外壁表面的热压和热拉应力均大于沿壁厚其他各处的热应力。 内壁；t E i ??-?-=μ ασ132 外壁：t E ??-? -=μασ1310 在停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。
收稿日期：２０１５－０１－１３ 基金项目：吉林省自然科学基金项目（２０１４０１０１０６４ＪＣ）；东北电力大学博士科研启动基金项目（编号：ＢＳＪＸＭ－２０１２０７）。 作者简介：张艾萍（１９６８－），男，内蒙古自治区兴和县人，教授，博士，从事热力设备状态监测、故障诊断及预测维修等方面的工作。 汽轮机转子寿命损耗在线监测系统开发及应用 张艾萍１ ，沈忠良１ ，张 帅１ ，付从伟 ２ （１东北电力大学能源与动力工程学院，吉林１３２０００；２山东华聚能源股份有限公司，邹城２７３５００） 摘要：基于有限差分法，采用ＭＡＴＬＡＢ和组态软件开发了基于火电厂ＳＩＳ数据平台的汽轮机组寿命在线监测系统， 实时考虑放热系数变化，转子材料物性变化等因素。通过现场运行，结果表明该系统能很好的反映出转子温度场及应力场分布，可以为机组的安全、经济运行及寿命管理提供有效的技术手段，能够很好地满足工程实际需要。关键词：汽轮机转子；有限差分法；温度场；寿命监测；低周疲劳 分类号：ＴＫ２６３．６＋ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－５８８４（２０１５）０４－０２７７－０４ ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＯｎｌｉｎｅＬｉｆｅＬｏｓｓＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＲｏｔｏｒｓ ＺＨＡＮＧＡｉ－ｐｉｎｇ１ ，ＳＨＥＮＺｈｏｎｇ－ｌｉａｎｇ１ ，ＺＨＡＮＧＳｈｕａｉ１ ，ＦＵＣｏｎｇ－ｗｅｉ ２ （１ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎＬｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０００，Ｃｈｉｎａ；２ＳｈａｎｄｏｎｇＨｕａｊｕＥｎｅｒｇｙＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｚｏｕｃｈｅｎｇ２７３５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｏｎｌｉｎｅｌｉｆｅｌｏｓｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂａｎｄＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｏｌｓ，ｂａｓｉｎｇｏｎｄａｔａｃｅｎｔｅｒｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＳＩＳ，ｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｆｉｅｌｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｗｅｌｌｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｆｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｌｉｆｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅ，ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｌｉｆｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅ ０ 前 言 随着我国电力工业的发展，用电结构发生了很大的变化，电网峰谷逐渐加大，且由于“上大压小”的调整政策，越来越多的火电机组参与调峰运行已势在必行。由于频繁启停和负荷调整，使汽轮机转子经常承受剧烈的温度变化和交变热应力，这种交变热应力严重影响机组的寿命，同时给机组 带来安全隐患［１］ 。因此，对转子寿命进行研究并开发相应的在线监测系统，可以在最大程度上保证机组的安全可靠运 行，对提高企业效益，也具有十分重要的现实意义［２］ 。 汽轮机转子是高速旋转部件，目前由于技术上的困难， 对热应力直接测量非常困难［３，４］ ，通过建立数学模型，开发监测系统对机组的运行情况进行监控，是目前提高机组安全性的主要手段。 目前国内外主要研究方法有有限元法和解析法。有限元法将转子几何体离散化，用代数方程代替微分方程，计算精度高，但过程繁琐且时间长，很难满足工程需要；解析法假设条件过于理想，且迭代过程复杂，精度相对较差。由于有限差分法具有计算速度快、稳定性好、精度高以及其它方法 所不具备的优点［５］ ，故作者依据有限差分法理论，开发了基于电厂ＳＩＳ数据平台的机组寿命监测系统。其功能多样化、 操作简捷，以实时数据为依托，完成对机组运行的在线监测，对机组的安全、经济、高效运行具有显著的指导作用。 １ 转子温度场、应力场计算 １．１ 转子温度场 计算汽轮机转子不稳定温度场时，将转子视为一个均匀、各向同性且无内热源的无限长空心圆柱体一维模型，忽略轴向和切向温度分布不均的影响，只考虑径向温差，这样将问题转化为一维非稳态导热问题，其数学模型及边界条件为： 抄ｔ（Ｒ，τ）抄τ＝ａ抄２ ｔ（Ｒ，τ）抄Ｒ ２ ＋１Ｒ抄ｔ（Ｒ，τ） 抄Ｒｔ（Ｒ，τ）＝ｔ０抄ｔ（Ｒ，τ）抄ＲＲ＝Ｒ１ ＝０抄ｔ（Ｒ，τ）抄Ｒ Ｒ＝Ｒ２ ＝－ α λ （ｔ－ｔｆ）（１） 式中，ｔ为转子温度，℃；τ为时间；ａ为导温系数；λ为转子材料的热导率，Ｗ／（ｍ?Ｋ）；Ｒ为转子任一点半径，ｍ；ｔ０为转子初始温度，℃；Ｒ１为转子内径，ｍ；Ｒ２为转子外径，ｍ；ｔｆ为蒸汽温度，℃；α为放热系数，Ｗ／（ｍ２ ?Ｋ）。 对监测部位截面，将其沿半径方向等分为若干层，即可 第５７卷第４期汽 轮 机 技 术Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．４ ２０１５年８月 ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａｕｇ．２０１５
国内外燃气轮机发电技术的进展与前景 1前言 随着社会生产力水平的不断提高和经济的迅速增长，对于能源的需求也在快速增长。目前，世界火电站汽轮机长期占统治地位的局面已开始动摇，“大型电站以联合机组为主，中、小型机组以热电并供居多”已是许多工业发达国家电站发展的主要格局。燃气轮机具有极强的适配性，能够作为多种发电模式，以成为当今世界发电的主要形式之一，由于该装置，特别是联合循环发电装置具有效率高、机动性好，不仅可以作为电网的调峰机组，且更多地用于电网的基本负荷发电，又能满足日益严格的环保要求，其地位将得到巩固和加强。 我国自改革开放以来，随着电力工业的迅猛发展和电网峰谷差的日趋增大，燃气轮机发电得到重视和发展。近几年已相继兴建了一批具有80年代国际先进水平的机组，在缓解电力紧缺的同时，有效地发挥了其增强电网调峰能力的作用。跨入21世纪，随着科技发展、能源政策的调整，如何高效、洁净利用化石能源已成为电力领 域的突出问题。燃气—蒸汽联合循环发电越来越受到国家有关方面的重视，必将得到进一步的快速发展。 2 国际燃气轮机发电技术
燃气轮机是从20世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的，由于当时机组的单机容量小、热效率低而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组。60年代加深了对电网中必须配备一定数量的燃气轮发电机组的认识，从安全和调峰的目的出发，燃气轮发电机组在电网中的比例达到8％～12％。从80年代以后由于燃气轮机的功率和热效率均得到很大程度的提高，特别是燃气—蒸汽联合循环机型成熟，再加上世界范围内天然气资源进一步开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了明显变化，它们不仅仅可以用作紧急备用电源和调峰负荷机组，还能带基本负荷和中间负荷。美国在1990～2000年期间新增长的发电容量为1．13亿kW，其中燃气轮机电站和蒸汽轮机电站的容量分别为44％，第一次出现了朗肯循环和布莱顿循环平分秋色的局面，在德国前者则占2／3左右，由此可见在世界范围内燃气轮机及其联合循环已成为火电发展的主要方向。 近几年来，世界燃气轮机工业取得相当的成就和飞速的发展，几家著名的公司GE、ABB、Siemens、西屋等均与航空发动机设计、研究、制造厂彼此联营，保证及时地把航空发动机领域内的先进技术用来武装重型燃气轮机，以确保技术的先进性。如压气机已采用“可控扩压”的概念进行设计，把单轴压气机的压缩比提高到了24～30的水平，透平叶片采用了航空机组的先进冷却结构和定向结晶制造工艺，使透平前的燃气温度提高到了1300℃的水平，由此明显地提高了机组的输出功率和热效率。如GE公司的9FA、Siemens的V94．3A等典型机组的燃机单循环功率为266MW，燃气初温为1270～1300℃，压缩比为16，
汽轮机转子及构成 1转子定义 汽轮机所有转动部件的组合体称为转子（图13）。它主要包括：主轴、叶轮（转鼓）、叶片、联轴器等部件。 图13 转子 转子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传给发电机。 转子受力分析：传递扭矩、离心力引起的应力、温度不均匀引起的热应力、轴系振动所产生的振动应力。 汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。 此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动，转子要承受轴系振 动所产生的振动应力。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。 2转子的分类 根据汽轮机的分类，转子分为两种：轮式转子、鼓式转子。前者用于冲动式汽轮机，后者用于反动式汽轮机，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上。 按临界转速是否在运行转速围，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。 1、轮式转子
轮式转子根据转子结构和制造工艺的不同，可分为：套装转子、整段转子、焊接转子以及组合转子。 1-油封环2-轴封套3-轴4-动叶栅5-叶轮6-平衡槽 图14 套装转子示意图 （1）套装转子 套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套在主轴上，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大。 适用性：只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子。 ①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。 ②缺点：轮孔处应力较大，转子刚性差，高温下套装处易松动。 （2）整锻转子 叶轮和主轴及其他主要零部件由整体毛坯加工制成，没有热套部件。主轴的 中心通常钻有中心孔，其作用是： ①去掉锻件中残留的杂质及疏松部分； ②用来检查锻件的质量； ③减轻转子的重量。
Internal Combustion Engine &Parts 0引言 随着我国天然气资源的大规模开发及越来越严格的环保标准，我国陆续建成投产了多台燃气轮机发电机组，在满足电力需求的同时，创造了良好的社会效益和经济 效益。目前就世界范围而言， 燃气轮机发电已是电力结构中的重要组成部分，对推动经济和社会发展发挥着重要作用。 1燃气轮机装置的工作过程 燃气轮机是以连续流动的燃气为工质、 将燃料的化学能转变为转子机械能的内燃式动力机械， 是一种旋转式热力发动机。燃气轮机装置主要由压气机、 燃烧室、透平三大部件及控制系统、 辅助设备组成。压气机从外界大气环境吸入空气，并逐级压缩；压缩空气被送到燃烧室与喷入的 燃料混合燃烧，产生高温燃气；然后燃气进入透平膨胀做 功；透平排气可直接排到大气，对外界环境放热，也可通过换热设备放热以回收利用部分余热。工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热四个工作过程完成一个热力循环，进行能量转换。通常在燃气轮机中，压气机 是由燃气透平来带动的，它是透平的负载， 在简单循环中，透平的机械能有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械能用来驱动发电机。 2燃气轮机发电机组 用燃气轮机驱动发电机构成了燃气轮机发电机组。目前，应用最广泛、获得最高实用热效率的是燃气与蒸汽的联合循环。燃气轮机循环中，工质的平均吸热温度很高，燃气初温达到了1300℃-1500℃（表1），平均放热温度也较高，通常燃气轮机排气温度在500℃-600℃左右，因此单独 的燃气轮机发电机组的热效率难以达到较高值（表1）。蒸 汽轮机循环中，工质的平均放热温度达到了较低值，但工质的平均吸热温度不高，因此单独的蒸汽轮机发电机组的热效率也难以达到较高值。这两种单独的循环的热效率最 高40%多。若将燃气循环和蒸汽循环联合起来， 就成为了平均吸热温度很高而平均放热温度很低的热机， 其循环效率必定较高，最高热效率已达到60%以上（表2）。 如GE 公司基于空气冷却透平技术的9H 级燃气轮机联合循环效率约61%，西门子公司全内空冷H 级燃机联合循环效率也在60%以上。 燃气-蒸汽联合循环的方案有多种，本文介绍典型的联合循环发电型式。 2.1纯余热锅炉型联合循环发电机组这种联合循环中，燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点是余热锅炉。燃气轮机的排气送入余热锅炉中去加热给水、 产生蒸汽，驱动汽轮机做功，这是以燃气轮机为主的联合循环方案。 余热锅炉内不加入燃料燃烧，因此，蒸汽参数及蒸汽轮机的容量取决于燃气透平的排气参数和流量，在通常燃气轮机排气参数下，得到的是中温中压的蒸汽， 通常汽轮机的容量约为燃气轮机容量的30%-50%。 这种联合循环效率高、技术成熟、 系统简单、造价低、启停速度快，应用最广。若在燃气透平的排气段设置旁通 烟囱， 汽轮机停机时燃气轮机可以单独运行；但燃气轮机停机时汽轮机不能单独工作。 2.2排汽补燃型联合循环发电机组排汽补燃型联合循环有两种方案：在余热锅炉前增加 烟道补燃器以及往余热锅炉中加入一定的燃料， 利用燃气中剩余的氧进行燃烧。由于补燃，锅炉蒸发量增加， 蒸汽参数提高，蒸汽轮机循环的出力和效率得到提高； 负荷变化时，可在较大的输出功率变化范围内， 燃气轮机工况不变，只改变补燃燃料，以改变汽轮机功率来改变联合循环的出力，机组的变工况性能得到改善，部分负荷下的效率较高； —————————————————————— —作者简介:杨巧云（1966-），女，湖南湘潭人， 武汉电力职业技术学院教授，硕士。 燃气轮机发电技术综述 杨巧云 （武汉电力职业技术学院， 武汉430079）摘要:介绍燃气轮机发电装置的的工作过程及典型型式，对几种主要的燃气-蒸汽联合循环发电装置进行分析比较，并将燃气轮 机发电机组与常规燃煤发电机组进行比较。 关键词:燃气轮机；燃气-蒸汽联合循环；发电 机组型号ISO 基本功率 （MW ）燃气初温℃ 供电效率（%） PG9351FA MS9001G LM6000-PD M701G GT13E2V94.3A 255.628241.1334165.1265.9 132714301160142711001310 36.0 39.540.739.535.738.6 表1某些燃气轮机发电机组的主要技术参数(教材,清华) 表2某些联合循环发电机组的主要技术参数(教材,清华) 机组型号ISO 基本功率（MW ） 供电效率（%） S209FA KA13E2-2KA26-1S109H GUDIS.94.3MPCP2（M701F ） 786.9 480392.5480392.2799.6 57.1 52.956.360.057.457.3
WORD格式 发电机甩负荷，转子表面承受应力原因分析 机组甩负荷也要分多种情况，所以转子表面在不同情况不同时间所受应力也有不同，有时是受到交变应力的影响： (1)当由电气原因造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅 剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。这时由于转速上升，使汽缸内鼓风摩擦热量增加，同时转子内部受到泊桑效应影响收缩变短，再加上转子表面暂时受热膨胀，所以瞬间是受到压应力。但是后期由于汽机调门的关小，转速下降且蒸汽量减少的同时转子又受到冷却，故此时转为收缩受阻，所以承受拉应力。 (2)当由汽轮机保护动作造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷， 此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行，在逆功率运行期间由于鼓风摩擦热量的存在，转子表面冷却影响不大。但目前大型机组一般都有逆功率保护联跳发电机，此时由于转速的下降再加上无蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力，这时转子表面主要应该是受拉应力。 (3)当由部分主汽门或部分调门突关造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去 部分负荷，机组转速保持不变。其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。此类甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，转子表面收缩受阻，故无疑同样是受拉应力。 专业资料整理
1.压气机在燃气轮机中的作用是什么？ 连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给燃气轮机的燃烧室。 2.燃气轮机所使用的压气机有哪两种类型？它们各有什么特点？ 轴流式：流量大、效率高但级的增压能力低，多应用于大功率燃机。 离心式：级的增压能力高但流量小、效率低，多应用于中小功率燃机。 3.轴流式压气机由那两个组成部分？ 由转子、静子组成。 转子：动（工作）叶片、叶轮(转鼓)、主轴。静子：静(导)叶、气缸 4.何谓扭速？何谓理论功？理论功是否可全部转换为气体的压力能？ 扭速：气流经过叶栅内的流动发生了转折，气流转折所引起的相对速度圆周分量的变化 成为扭速。 理论功：基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功或加功量。 不能。理论功的一部分用于气流的动能升高，也有一部分用于气流压力升高，还有一部分在气流流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。 5.压气机级的理论功为什么会受到限制？ u 的增加要受到材料许用应力的限制，u 过大时，叶片根部截面处的离心拉应力会超过叶片材料的许用应力。 的增大要受到叶栅气动性能的限制 ， 过大时，在叶栅中气流的转折角过大，叶栅 表面上的气流边界层容易分离并形成漩涡，导致流动损失大幅度增加。所以压气机级的理论 功会受到限制。 6.压气机的压比特性曲线有哪些主要特点？ （1）每一转速下，压比有一最大值 （2）转速不变，流量降至一定值时→不稳定→喘振 （3）转速不变，流量增至一定值后→压比急剧下降→阻塞 （4）转速越高，特性线越陡 （5）效率的流量特性与压比类同 7. 8.试绘图说明压气机级在转速一定、体积流量增大和减小时，速度三 角形的变化情况 转速一定时，级的扭速与体积流量之间有什么关系？ 随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小 u w ?w u w C u =?u w ?u w ?w u w C u = ?
文件编号：RHD-QB-K4470 （解决方案范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施标准 版本
汽轮机转子裂纹原因分析及运行安 全措施标准版本 操作指导：该解决方案文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 1裂纹情况 河北省南部电网某厂#2机为上海产单缸冲动凝汽式汽轮机，1972年6月投产，容量50 MW，型号为N5090，运行至1986年，更换了汽轮机转子。20xx年10月，在该机组大修的过程中，汽轮机转子调速级及汽封处发现裂纹，见图1。 经河北省电力研究院锅检中心对该处裂纹进行深度测量，结果为：A处裂纹深度13.6 mm，B处4.4mm，C处3.5 mm。 2原因分析
该缺陷严重了影响机组的安全运行，排除制造因素，转子出现裂纹主要是由于交变热应力引起的金属疲劳损伤超出了材料的屈服极限而造成的，原因分析如下。 a. 随着电力行业的不断发展，该厂在20世纪90年代初成为河北省南部电网的主要调峰厂之一，机组启/停次数增加，造成低周热疲劳率增加，机组在多次交变应力作用下，引起金属材料内部微观缺陷的发展，从而造成金属热疲劳，引发金属裂纹。 b. 机组启动过程中暖机时间短，热应力大。该机组启动时存在负差胀过大的缺陷，为控制差胀，保证机组的正常顺利启动，从冲车到机组接带初始负荷的时间比较短，蒸汽流量快速增大，加剧金属温升，造成汽轮机转子尤其是高调门部位和高压侧轴封处热应力较大；另外，根据调度的预计负荷安排，从并网
联合循环燃气轮机发电 厂简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
联合循环燃气轮机发电厂简介联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的 MS9001E燃气轮机,其热效率为33.79%，余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1简介 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船
舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。 埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气初温为1124℃，机组为全自动化及遥控，从启动到满载正常时间为约20分钟，机组使用MARKⅤ控制和保护系统. MS9001E型机组为户外快装机组，因此不需要专用的厂房建筑，而是用多块吸声板构成的长方形箱体，机组即放置在其内，箱体既起隔声作用，又能代替厂房使机组在各种气候条件下都能正常工作，每台机组连同发电机及控制室等均分别放置在长方体状的箱体内，在其周围还有空气进气系统，燃料供应单元和机组的冲洗装置等附属设备，组成整套燃气轮机动力装置。1.2辅机部分 主要有主润滑油泵,辅助润滑油泵,事故油泵.,油雾抽取装置 燃气轮机在正常运行时，透平功率的三分之二用来拖动压气机，其余三分之一功率为输出功率。显然，在燃机起动过程中，必须由外部动力来
文件编号：GD/FS-5604 （安全管理范本系列） 简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
简析燃气轮机发电机组的现状及未 来发展详细版 提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重视。 1.燃气轮机及其发电机组现状浅析
1.1.燃气轮机浅析 作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热效率（简单循环）。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点，重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为P&W、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。
汽轮机转子加工工艺分析 摘要：转子是汽轮机的重要组成部件之一，结构相当微妙和复杂。由于转子在运行时需要承受着叶片、叶轮、主轴本身质量的离心力，承受着温度分布不均匀产生的热应力，还要承受着巨大的扭转力矩和轴系振动产生的动应力，所以转子的尺寸精度和跳动要求很高。所以汽轮机转子的装夹方法，叶根槽及轴颈和推力面对关键结构的加工工艺十分重要，为提高转子的加工精度和保障表面粗糙度的要求而探讨合理的加工工艺。 关键词：汽轮机转子；装夹；叶根槽；加工工艺 1汽轮机转子 1.1汽轮机转子概述 汽轮机中所有转动部件的组合体叫做转子。转子的作用就是把蒸汽的动能转变为汽轮机轴的回转机械能。还主要用于汇集各级动叶栅上所得到的机械能并传递给发电机转子。它主要有主轴、叶轮、动叶及联轴器、盘车装置等组成。按主轴上是否有叶轮，汽轮机转子可分为两种基本形式，即转轮型转子和转鼓型转子。轮式转子具有安装、固定动叶片的叶轮，常用于冲动式汽轮机；鼓动式转子无叶轮，动叶片直接安装在转鼓上，常用于反动式汽轮机。 1.2转子在运行时应注意的问题 汽轮机运行中，转子可能发生的问题主要是轴的弯曲和折断。发生弯曲和折断的原因可能是汽轮机第一次振动过大、可能是运行操作不当、汽轮机启动时的受热不均等原因造成轴的弯曲。还有可能是转子在运行中较大振动而造成的转子弯曲。 2汽轮机转子装夹工艺 选择正确的装夹方法是保证汽轮机转子加工质量的前提。根据汽轮机各部件的尺寸和规格，也就无形的确定了转子的尺寸和规格。因为部件和部件之间要完美的衔接，不能差之毫厘。在加工转子前、后轴颈外圆时，其表面粗糙度要求是Ra0.8，行位公差必须严格控制在0.01-0.02毫米范围内。所以为了保证转子各处的精确度，必须依照流程、按照顺序，选择合适的装夹方案。 在初始加工时，为防止转子变形，要利用一种东西固定住夹子。即采用一夹一顶的定位方式。具体步骤就是：先夹住转子的前端，顶住汽轮机排汽端，在花盘处车削一段基准外圆，拥有搭建中心架，然后调过来进行装夹，同时也在汽轮机排汽端车削一段基准外圆，用以搭建中心架。然后在转子的前端，割出转子的第一段轴长，需留出2毫米，用以打中心孔。在重复前面的步骤，调头装夹，把支承架放在排汽端，切割轴段长度，同样留2毫米，为方便进行重修中心孔。完
第二章 1、热力参数：压缩比π=p2*/p1*，温度比τ=T3*/T1*; 性能指标：比功ωn=ωt-ωc ； 燃气机循环热效率ηgt=ωn/（f*Hu ） 2、燃气轮机的比功大，说明在同样工质流量和同样的装置尺寸下，燃气轮机的功率大；在 同样的功率下，工质的流量下，燃气轮机的尺寸小。 3、1*11111k k n p k k c T ωτππ--???????? ?=--- ??? ??? ??????? 4、 1 11st k k ηπ-=- 5、 膨胀比πt=p3*/p4* 6、在一定的压比下，温比越高，比功越大；在一定的温比下，存在一个特定的压比πωmax ，使比功ωn 取得最大值；在一定的压比下，温比越高，效率越高，在一定的温比下，存在一 个特定的压比πηmax ，使效率ηgt 取得最大值。通常，πηmax>πωmax 。 7、联合循环中最佳压比都比简单循环要降低。简单循环燃气轮机的效率对燃气初温不很敏 感，而对压比较敏感；联合循环的效率对燃气初温较敏感而对压比不很敏感。 8 、 简单循环的效率只与压比有关，压比越大，效率越高。 联合循环时效率对压比不敏感。 9、如上图：简单循环的效率只与压比有关。联合循环效率随温度变化很大。 10、采用再热循环时，燃气轮机的最佳压比都将有所提高。 计算题 1.
* 1*31 1.3861 * * 1.38621**21288,10, 1.386, 1.315,0.8,0.85 1.03/, 1.20/,125028810546.9546.9288258.9258.9323.60.8 1.03323.6a a a g c t pa pg k k s cs s cs c c c pa c K k k C KJ Kg C KJ Kg T K T T K T T T K T T K w c T T πηηπη--===========?==-=-======?** 34 1.3151 1 1.315**34333.3/10 1250 7201012507205300.85530450.51.20450.5540.6/540.6333.3207.3/g g t s k k t ts s t t ts t pg t n t c KJ Kg T T K T T T K T T K w c T KJ Kg w w w KJ Kg πππη--=======-=-===?===?==-=-= 2. ***134**34**43 1.315*1 1.31513*4288,1600,860,0.85,0.881.386, 1.315 1600860740740840.90.881600840.9759.1160022.48759.1g g c t a g t t ts t s ts k k t s t T K T K T K k k T T T K T T K T T T K T T ηηηππ--========-=-=== ==-=-=????=== ? ????? =1 1.3861** 1.38621**21**2122.48 28822.48685.3685.3288397.3 397.3467.40.85 288467.4755.4a a k k s cs s cs c c c T T K T T T T T K T T T K ππη--===?==-=-=====+=+=
汽轮机寿命管理 为确保135MW机组安全经济运行，应以寿命管理为主进行现场技术管理 合理分配和使用汽轮机寿命 1.汽轮机的寿命分配取决于汽轮机的结构和使用特点、启停次数、启停方式、甩负荷次数、 工况变化等。 2.在汽轮机设计寿命年限内，根据制造厂提供的寿命曲线一般分配为蠕变寿命损耗占 20%，疲劳寿命损耗占80%。同时。寿命损耗分配留有余地，以备突发性事故。寿命分配见附录 3.带基本负荷机组，每次冷态启动寿命损耗率分配可以大一些，一般控制在0.05%/次 哈汽提供不同模式的启动时间和最大寿命损耗指数(CLE) 汽轮机在其寿命期内能承受下列工况： 1.3.9.1. 冷态启动(大修以后) 100次 1.3.9. 2. 温态启动(周末停机后) 1200次 1.3.9.3. 热态启动(停机约8小时) 4500次 1.3.9.4. 极热态启动(停机少于2小时) 500次 1.3.9.5. 负荷突变(10％额定出力) 4000次 减少汽轮机转子转子寿命损耗的原则 1.启动中预防转子脆性损伤 a\启动时根据汽缸金属温度水平合理选择冲动蒸汽参数和轴封供汽温度，严格控制金属温升率 b、一般以中压缸排汽口处金属温度或排汽温度为参考，判断转子金属特别是中压转子中心孔金属是否已超过金属低温脆性转变温度 c 、危急保安器超速试验，必需待中压转子末级中心孔温度达到脆性转变温度以上，一般规定汽轮发电机组带10—25%额定负荷稳定暖机至少4小时 4、运行中减少汽轮机转子寿命损耗
a\避免短时间内负荷大幅波动，严格控制运行中转子表面工质温度变化率在最大允许范围内 b、严格控制汽轮机甩负荷后空转时间 c、防止主、再热蒸汽温度及轴封供汽温度与转子表面金属温度严重失配 d、在汽轮机启动、停止、运行及停机后未完全冷却之前，均应防止湿蒸汽、冷汽和水进入汽缸 哈汽提供汽轮机运行中主蒸汽及再热蒸汽参数偏离额定值的允许变化范围和允许连续运行时间（见下表1-6）以及带负荷能力，满足IEC标准要求。 表1 表2 表3 非正常工况下： 表4