[发明专利]汽轮发电机组轴系机械疲劳的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型火力发电厂、需要汽轮发电机组或大容量电动机的工业领域的轴系机械疲劳的测量算法和应用。

背景技术

大型火力汽轮机组技术是我国重大装备的关键设备之一，大功率机组的轴系具有轻质柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，发电机材料利用系数提高，轴系截面功率密度相对增大，轴系的加长使扭转刚度下降，轴系固有频率谱相对较密，诱发振动的能量较低；同时电网也在朝着超高压大区域的方向发展，超高压远距离输电大量采用串补电容提高电网输电能力。

输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的不当加装，发电机励磁系统、可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次同步振荡(SSO)现象。汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态。发生机电扰动时，汽轮机驱动转矩和发电机电磁制动转矩之间失去平衡，作用在轴系上的扭转剪切应力也将发生变化，增加轴材料的疲劳损伤，降低使用寿命。当扭应力大到一定程度时，将导致机组轴系损坏或断裂，严重影响机组安全可靠运行。

如何准确测量运行中的大型汽轮发电机组在受到扰动产生扭振时的轴系机械疲劳是保护机组轴系的关键。汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法实现SSO情况下对机组轴系扭振的保护。国内目前尚无实时计算汽轮发电机组轴系机械疲劳的方法，且没有提供机组轴系扭振保护与控制设备的厂家。本专利申报材料介绍一种汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时算法，通过测量装置测得运行中汽轮发电机组机端角速度变化值，应用专门算法计算的机组轴系模态和振型，得到轴系截面处载荷-时间历程曲线，应用雨流法统计应力循环，查阅相应材料零件S-N曲线得到轴系的疲劳值，最终确定故障或扰动情况下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种汽轮发电机组轴系机械疲劳的实时测量方法，可实现实时测量在不确定扰动下对汽轮发电机组轴系造成的损伤。本发明适用于300MW、600MW、1000MW的主力大型汽轮发电机组，也同样适用于300MW以下的小型汽轮发电机组和大容量电动机。轴系计算断面、危险截面与轴系的转子个数和轴颈尺寸相关，计算断面取轴系各质块的连接位置，危险截面取轴系中各转子的轴颈位置。如东方汽轮机厂典型600MW机组汽轮发电机，高中压合缸转子与A低压转子之间为计算断面J1，此处的转矩为T1，危险截面为2#、3#轴瓦处；A低压转子与B低压转子之间为计算断面J2，此处的转矩为T2，危险截面为4#、5#轴瓦处；B低压转子与发电机之间为计算断面J3，此处的转矩为T3，危险截面为6#、7#轴瓦处；

汽轮发电机组轴系机械疲劳实时测量算法的主要步骤如下：

1.根据汽轮发电机组集中质量模型计算轴系扭振模态和振型曲线

1)确定集中质量模型，如图一所示的东方汽轮机厂典型600MW汽轮发电机组将轴系按转子数分成四个集中质量模块和三个无质量弹簧，构成轴系扭振系统；

2)确定集中质量模型数据，各质块等效惯量与各弹簧等效刚度；

3)计算轴系频率及振型曲线。

根据质块转动惯量M1、M2、M3、M4，转速ω1、ω2、ω3、ω4，转子角δ1、δ2、δ3、δ4，质块间扭转刚度为K12、K23、K34，得到各质块自由运动标幺值方程为：