[发明专利]一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法

说明书

一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法，将静强度指标和动强度指标结合，确定汽轮机低压缸最小安全流量，包括建立数值模型、分析小流量工况下末级叶片流场、分析小流量工况下末级叶片应力和应变、确定静强度条件下低压缸最小安全流量、小流量工况下末级叶片模态分析、动强度和静强度结合确定深度调峰工况下低压缸最小安全流量等步骤，能够快速、准确确定深度调峰工况下低压缸最小安全流量，解决了单从流场层面或者结构侧面，确定最小安全流量不够精确的问题，既保证机组安全稳定运行，又能够充分发挥机组深度调峰的潜力，降低弃风率，使更多的新能源能够并网发电。

技术领域

本发明适用于消纳新能源、确定传统燃煤机组深度调峰范围、保证机组调峰安全领域，特别是涉及一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，能源需求量不断增加，世界各国对风能、太阳能等新能源并网发电更加青睐。为了消纳更多新能源、提高新能源并网发电量，传统燃煤机组长期处于调峰工况运行。调峰范围是确定低压缸最小流量，确定低压缸最小流量是影响新能源消纳程度的重要因素。如果流过低压缸流量太小，末级叶片流动极为复杂，会出现脱流、逆流和倒吸现象。这使得叶片应力增加，甚至引起叶片超温变形以及诱发叶片共振，造成叶片断裂等重大事故，严重影响叶片的安全运行；若流过低压缸的流量太大，就无法充分利用机组的调峰潜力，造成了较大的弃风率和弃光率，降低了电网消纳新能源的能力。

中国国内刊号61-1111/TM《热力发电》1991年03期，公开发表了《空冷200MW汽轮机末级流场试验研究》一文，文中通过试验方法测量不同容积流量下不同动力参数沿叶高的分布，给出了通过低压缸流量的合理范围，该方法需要在叶片表面布置测点，主要存在两方面的缺陷，一方面测点有限，位置固定，不能全方位反映小容积流量工况下末级叶片的动力特性，另一方面应力集中部位存在测点滑落，严重影响测量精度，最终该方法确定的通过低压缸最小流量值远高于真实值，不利于机组深度调峰。

中国国内刊号61-1069/T《西安交通大学学报》1995年05期，公开发表了《空冷200MW汽轮机低压机组小容积流量特性的计算与分析》一文，文章通过定性分析，较为宽泛地确定了机组安全性况下的流量范围。该方法仅从流场方面分析不同容积流量工况下末级叶片的动力特性，进而确定了机组安全情况下的流量，其中并未考虑流场恶化对固体结构产生的影响。随着参与调峰机组容量的不断增加，流场恶化对固体结构的影响愈加显著，严重影响叶片安全稳定运行。显然，通过流场分析确定流过低压缸最小流量的方法不够精确，不能充分发挥火电机组的调峰潜力。

中国国内刊号31-1279/TK《动力工程》2001年04期，公开发表了《沙角A电厂N300-16.7/538/538机组在小容积流量工况下性能的计算和分析》一文，文中通过对小容积流量工况下热力参数的分析，预测了低压缸进入鼓风工况时，低压缸通过的流量。该方法确定的流量并非低压缸的最小安全流量，末级叶片进入鼓风状态后，叶片表面温度逐渐升高，热应力逐渐增大，当应力累积到一定程度才会造成叶片变形，甚至断裂事故。此时，通过低压缸的流量远低于鼓风工况开始时通过低压缸的流量。

中国国内刊号31-1279/TK《动力工程》2002年02期，公开发表了《超临界500MW汽轮机末级960mm叶片离心应力分析》一文，文章指出了最大离心应力出现的位置。汽轮机在实际工作中，受到汽动力、离心力、热应力等综合作用，特别是在小流量工况下，热应力的作用更加突出，而单纯以离心力确定危险位置并不准确。

发明内容

本发明针对低压缸最小流量确定不准确，即火电机组调峰深度确定不准确，不能充分发挥火电机组调峰潜力的问题，创造性地提出了一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法，采用流固耦合方法计算低压缸叶片应力、应变等静强度评价指标，通过模态分析方法确定频率和振型等动强度评价指标，将静强度指标和动强度指标结合，确定了汽轮机低压缸最小安全流量，既能充分发挥机组参与调峰的能力又能保证机组安全稳定运行。

本发明采用的技术方案是：