[发明专利]空冷式高参数汽轮机的总体结构及整体性能设计监控方法

摘要

本发明提供了一种空冷式高参数汽轮机的总体结构与整体性能设计监控方法通过对空冷式高参数汽轮机的总体结构进行设计，进而对其整体性能进行优化改进和监控。如果空冷式高参数汽轮机的总体结构与整体轴系动特性的设计不合格，通过在设计阶段对总体结构、轴承形式或转子结构进行优化改进，改用符合要求的总体结构、稳定性更好的轴承，或者优化转子结构的几何尺寸，使空冷式高参数汽轮机整体性能处于受控状态，达到了使用总体结构、各级流量与整体轴系动特性的设计监控系统来控制与优化空冷式高参数汽轮机整体性能的技术效果。

主权项

1.一种空冷式高参数汽轮机的总体结构及整体性能设计监控方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、系统集成：空冷式高参数汽轮机进汽采用超超临界蒸汽参数，空冷式高参数汽轮机排汽采用直接空冷系统或间接空冷系统冷却；步骤2、进汽与排汽参数设计：空冷式高参数汽轮机的主蒸汽压力为25MPa‑45MPa，空冷式高参数汽轮机的主蒸汽温度为600℃‑760℃，一次再热，空冷式高参数汽轮机的再热蒸汽温度为600℃‑780℃，空冷式高参数汽轮机额定工况的排汽压力为10kPa‑16kPa；步骤3、总体结构设计：空冷式高参数汽轮机由高压缸、中压缸与低压缸组成，单轴；电功率为600MW‑799MW的空冷式高参数汽轮机采用高压缸和中压缸的分缸结构与一个低压缸以及总体三缸两排汽结构；电功率为800MW‑1300MW的空冷式高参数汽轮机采用高压缸和中压缸的分缸结构与两个低压缸以及总体四缸四排汽结构；步骤4、专用末级长叶片的叶高设计：空冷式高参数汽轮机三缸两排汽结构的专用末级长叶片的叶高设计为800mm‑1150mm，空冷式高参数汽轮机四缸四排汽结构的专用末级长叶片的叶高设计为700mm‑990mm；步骤5、专用低压缸设计：依据空冷式高参数汽轮机的专用末级长叶片的叶高，设计与专用末级长叶片配套的空冷式高参数汽轮机的专用低压缸；步骤6、叶片材料设计：针对空冷式高参数汽轮机的动叶片，工作温度超过600℃的动叶片材料采用镍基合金，末级叶片材料采用17‑4PH，其他动叶片材料采用12％铬钢；步骤7、转子材料设计：针对空冷式高参数汽轮机的转子，进汽温度大于等于600℃且小于620℃的转子材料采用FB2，进汽温度大于等于620℃且小于630℃的转子材料采用FW2，进汽温度大于等于630℃且小于650℃的转子材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度大于等于650℃且小于780℃的转子材料采用镍基合金，低压转子采用30Cr2Ni4MoV钢；步骤8、阀壳材料设计：针对空冷式高参数汽轮机的阀壳，进汽温度大于等于600℃且小于630℃的阀壳材料采用CB2，进汽温度大于等于630℃且小于650℃的阀壳材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度大于等于650℃且小于780℃的阀壳材料采用镍基合金；步骤9、内缸材料设计：针对空冷式高参数汽轮机的内缸，进汽温度为大于等于600℃且小于630℃的高压内缸与中压内缸的材料采用CB2，进汽温度为大于等于630℃且小于650℃高压内缸与中压内缸的材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度大于等于650℃且小于780℃高压内缸与中压内缸的材料采用镍基合金；步骤10、计算额定工况的流量比：空冷式高参数汽轮机额定工况的排汽压力为10kPa‑16kPa，湿冷汽轮机额定工况的排汽压力为3.9kPa‑5.9kPa，在相同进汽参数的条件下，计算得出空冷式高参数汽轮机的等熵焓降H_s与相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降H_s0，汽轮机的电功率N_e与流量G、等熵焓降H_s、汽轮机相对内效率η_0i、机械效率η_m、发电机效率η_g之间的关系式为N_e＝G×H_s×η_0i×η_m×η_g，在进汽参数、相对内效率η_0i、机械效率η_m和发电机效率η_g相同以及电功率N_e相差20％以内的条件下，额定工况的空冷式高参数汽轮机流量G与湿冷汽轮机流量G0的流量比F_R的计算公式为：式(1)中，G为空冷式高参数汽轮机额定工况的流量，G₀为电功率相差20％以内的湿冷汽轮机额定工况的流量，N_e为空冷式高参数汽轮机额定工况的电功率，N_e0为湿冷汽轮机额定工况的电功率；步骤11、计算夏季工况的流量比：空冷式高参数汽轮机夏季工况的排汽压力为30kPa‑36kPa，湿冷汽轮机夏季工况的排汽压力为8.8kPa‑12.8kPa)，在相同进汽参数的条件下，计算得出空冷式高参数汽轮机的等熵焓降H_s1与相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降H_s01，汽轮机的电功率N_e与流量G、等熵焓降H_s、汽轮机相对内效率η_0i、机械效率η_m、发电机效率η_g之间的关系式为N_e＝G×H_s1×η_0i×η_m×η_g，在进汽参数、电功率N_e、相对内效率η_0i、机械效率η_m和发电机效率η_g相同以及电功率N_e相差20％以内的条件下，夏季工况的空冷式高参数汽轮机流量G₁与湿冷汽轮机流量G₀₁的流量比F_R1的计算公式为：式(2)中，G₁为空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量，G₀₁为电功率相差20％以内的湿冷汽轮机夏季工况的流量，N_e1为空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率，N_e01为湿冷汽轮机夏季工况的电功率；步骤12、确定最大流量比：空冷式高参数汽轮机的最大流量比F_Rmax的计算公式为：F_Rmax＝max{F_R，F_R1}    (3)式(3)中，F_R为额定工况的流量比，F_R1为夏季工况的流量比；步骤13、确定空冷式高参数汽轮机的流量：已有相同进汽参数的湿冷汽轮机的投运业绩和各级流量G_0i，为了保证空冷式高参数汽轮机的电功率，空冷式高参数汽轮机的各级流量G_i的计算公式为：G_i＝G_0i×F_Rmax   (4)步骤14、确定空冷式高参数汽轮机的模化比：已知空冷式高参数汽轮机与湿冷汽轮机的最大流量比F_Rmax，空冷式高参数汽轮机的模化比S_F的计算公式为：步骤15、空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的模化放大：空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的结构设计，在湿冷汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷汽轮机的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数汽轮机的模化比S_F，得出空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的主要结构尺寸；步骤16、整体轴系动特性的设计监控：通过对空冷式高参数汽轮机整体轴系动特性进行设计，对空冷式高参数汽轮机整体轴系的失稳转速、对数衰减率及临界转速进行优化设计控制，对空冷式高参数汽轮机整体轴系工作转速下、临界转速下的不平衡响应进行优化设计控制，同时对空冷式高参数汽轮机整体轴系冲击扭振、超同步扭振、扭振应力进行优化设计控制。