[发明专利]空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计及监控方法

摘要

本发明提供了一种空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计及监控方法，实现了空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能的优化改进和设计监控。如果空冷式高参数汽轮机的低压缸的性能与结构安全性的设计不合格，通过在设计阶段需要对末级动叶片、低压转子、低压汽缸等结构进行优化改进，使空冷式高参数汽轮机低压缸的性能与结构安全性处于受控状态，达到了通过结构改进与性能优化的设计监控方法及系统来控制与优化空冷式高参数汽轮机热力性能与结构安全性能的目的。本发明可用于在设计阶段设计空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能以及定量评定与优化改进空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能，保证空冷式高参数汽轮机低压缸的安全经济运行。

主权项

1.一种空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、设计低压缸的进汽参数：空冷式高参数汽轮机低压缸的进汽压力为0.4MPa‑1.0MPa，空冷式高参数汽轮机低压缸的进蒸汽温度为280℃‑350℃；步骤二、设计低压缸的排汽冷却系统：空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽采用直接空冷系统或间接空冷系统冷却；步骤三、设计额定工况低压缸的排汽温度：空冷式高参数汽轮机额定工况低压缸排汽温度t_k的计算公式为：t_k＝t_a+I_TD+δ_t   (1)式(1)中，t_a为设计大气温度，I_TD为初始温差，δ_t为凝汽器端差；步骤四、设计夏季工况低压缸的排汽温度：空冷式高参数汽轮机夏季工况低压缸排汽温度t_kmax的计算公式为：t_kmax＝t_max+I_TD+δ_t   (2)式(2)中，t_max为夏季最高大气温度；步骤五、设计额定工况低压缸的排汽压力：空冷式高参数汽轮机额定工况低压缸排汽压力p_k为额定工况低压缸排汽温度t_k对应的水蒸气饱和压力；步骤六、设计夏季工况低压缸的排汽压力：空冷式高参数汽轮机夏季工况低压缸排汽压力p_kmax为额定工况低压缸排汽温度t_kmax对应的水蒸气饱和压力；步骤七、计算汽轮机夏季工况的流量比：根据空冷式高参数汽轮机夏季工况的排汽压力和湿冷汽轮机夏季工况的排汽压力，在相同的汽轮机进汽参数的条件下，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，空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率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，空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量G₁与电功率相差20％以内的湿冷汽轮机夏季工况的流量G₀₁的流量比F_R1的计算公式为：式(3)中，N_e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；步骤八、确定空冷式高参数汽轮机低压缸的进汽流量：已有相同进汽参数的湿冷汽轮机的投运业绩和低压缸各级流量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低压缸各级流量G_i的计算公式为：G_i＝G_0i×F_R1   (4)步骤九、确定低压缸的数量：电功率为600MW‑799MW的空冷式高参数汽轮机采用一个低压缸的两排汽结构，电功率为800MW‑1300MW的空冷式高参数汽轮机采用两个低压缸的四排汽结构；步骤十、转子材料设计：确定空冷式高参数汽轮机的低压转子采用的材料；步骤十一、叶片材料设计：确定空冷式高参数汽轮机的末级动叶片材及其他动叶片材料；步骤十二、末级动叶片的叶高设计：空冷式高参数汽轮机一个低压缸的两排汽结构的末级动叶片的叶高为800mm‑1150mm，空冷式高参数汽轮机两个低压缸的四排汽结构的末级动叶片的叶高为700mm‑990mm；步骤十三、末级动叶片的叶根设计：空冷式高参数汽轮机末级动叶片的叶根采用枞树形叶根或叉形叶根，采用相近功率等级湿冷汽轮机的末级动叶片的叶根结构；步骤十四、末级动叶片的整圈连接设计：空冷式高参数汽轮机末级动叶片的采用阻尼围带与阻尼拉筋连接的整圈连接结构；步骤十五、设计与末级动叶片配套的低压缸：依据空冷式高参数汽轮机的末级动叶片的叶高，设计与末级动叶片配套的空冷式高参数汽轮机的低压缸，低压缸包括低压内缸与低压外缸；步骤十六、低压汽缸的材料设计：确定空冷式高参数汽轮机的低压内缸和低压外缸的材料；步骤十七、低压汽缸的结构设计：空冷式高参数汽轮机的低压内缸采用钢板焊接结构，低压内缸加强筋采用钢板焊接结构，低压外缸采用钢板焊接结构以及钢板与支撑钢管焊接结构；步骤十八、低压缸的轴承座设计：空冷式高参数汽轮机的低压缸的轴承座采用落地式；步骤十九、低压缸的端部轴封设计；空冷式高参数汽轮机的低压缸采用端部轴封落地结构，保证低压转子和端部轴封之间的动静间隙；步骤二十、低压端部轴封与低压汽缸柔性连接设计；空冷式高参数汽轮机的低压缸采用波形膨胀节连接低压外缸与端部轴封，保证低压缸的真空严密性；步骤二十一、低压缸排汽压力的安全运行监视值设计；若空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力不大于安全运行监视值p_ko，表明空冷式高参数汽轮机可以安全运行，空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力的安全运行监视值p_ko与机组负荷x％的关系式分别为：1)x％＝0％‑20％，p_ko＝a₁kPa，a₁的取值范围是15kPa‑25kPa；2)x％＝75％‑100％，p_ko＝b₁kPa，b₁的取值范围是40kPa‑50kPa；3)x％＝20％‑100％，步骤二十二、低压缸排汽压力的跳闸值设计；若空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力达到跳闸值p_ks，空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力保护动作立即停机，空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力的跳闸值p_ks与机组负荷x％的关系式分别为：x％＝0％‑100％，p_ks＝c₁kPa，c₁的取值范围是65kPa‑75kPa；步骤二十三、低压缸排汽压力的报警值设计；若空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力达到报警值P_ka，允许空冷式高参数汽轮机短期运行设定时间，在此期间调整空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力小于报警值p_ka，否则保护动作立即停机；空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力的报警值p_ka与机组负荷x％的关系式分别为：1)x％＝0‑20％，a₂≤p_ka＜c₁，a₂的取值范围是25kPa‑30kPa；3)x％＝75％‑100％，b₂≤p_ka＜c₁，b₂的取值范围是50kPa‑60kPa；3)x％＝20％‑100％，