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　　摘要：為提升機組的安全和經(jīng)濟，本文便對汽輪機轉(zhuǎn)子展開了深入的研究，并成立了汽輪機在線壽命管理的系統(tǒng)，以利于完善在線壽命統(tǒng)計的方面。同時還對汽輪機組優(yōu)化啟動展開了詳細的研究，合理引導(dǎo)機組啟停，以充分實現(xiàn)優(yōu)化運行的效果。

　　關(guān)鍵詞：汽輪機;在線壽命管理;優(yōu)化啟動

　　一、研究在線壽命管理系統(tǒng)的重要性

　　汽輪機在運行的時候，最為關(guān)鍵的參數(shù)指標(biāo)就是溫度和壓力，通過對溫度和壓力的控制來保持穩(wěn)定的應(yīng)力以及較高的熱經(jīng)濟性服務(wù)。通常應(yīng)力會直接影響到汽輪機的使用時間，因為大容量的機組在調(diào)峰時，會頻繁的啟動，進而產(chǎn)生較大的負荷，使得機組零件的溫度變化非常大，最終就會導(dǎo)致汽缸和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生大量的交變熱應(yīng)力，造成零件過度消耗，從而減少機組的使用時間，由此必須合理的調(diào)配機組，并加強壽命管理。

　　二、汽輪機在線壽命管理的研究

　　(一)影響機組壽命的主要因素

　　通常影響機組壽命的因素有很多，主要包括：材料、應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)尺寸等等。首先，材料。對于材料來說，其中影響最大的有三個方面，即化學(xué)成分、加工流程以及材料缺陷。因為化學(xué)成分會阻礙機械加工的強度以及韌度，進而導(dǎo)致材料出現(xiàn)疲勞特性，而且不同的材料其化學(xué)成分也都不同，這樣原子之間的結(jié)合屬性以及強度也就不同，便會影響使用壽命。其次，應(yīng)力。通過比對零平均應(yīng)力的對稱循環(huán)和具有平均應(yīng)力的對稱循環(huán)，即便應(yīng)力幅度一樣，但是對材料的損傷程度是不一樣的，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)當(dāng)平均應(yīng)力變大時，到達破壞時的應(yīng)力會逐漸變小。最后，結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸主要為：總體尺寸和形狀等等。因為性能與技術(shù)的要求，使得尖角、孔、鍵槽等結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，進而給機組的運行安全帶來影響。

　　(二)在線計算

　　在汽輪機啟停過程中，會產(chǎn)生大量的溫度，使轉(zhuǎn)子的交變熱應(yīng)力很大，如果轉(zhuǎn)子長時間處于高溫中，就會加快損耗材料，進而產(chǎn)生裂紋，所以必須研究轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場，以找出轉(zhuǎn)子的薄弱之處，這也是研究汽輪機轉(zhuǎn)子壽命非常關(guān)鍵的一環(huán)。首先，找到有效統(tǒng)計載荷的方法。因為載荷形式非常多，大致可分成兩種，一種是確定的，另一種是隨機的。其中，確定的載荷屬于按照某種特定規(guī)律發(fā)生改變的，所以可通過數(shù)學(xué)來表示;而隨機載荷屬于沒有規(guī)則變化的荷載，所以無法對其計算，只能展開統(tǒng)計描述。一般隨機載荷的描述可采用兩種方法，即平穩(wěn)法和非平穩(wěn)法。然后，借助雨流法計算出轉(zhuǎn)子的壽命損耗情況。當(dāng)前雨流法是處理循環(huán)載荷數(shù)據(jù)最常用的一種方法。雖然金屬材料的名義應(yīng)力范圍非常大，但是在應(yīng)力集中的部分其材料已經(jīng)處于塑性狀態(tài)，因此便可對其應(yīng)力采用應(yīng)力——應(yīng)變回線進行描述，而應(yīng)力和的變化過程便是載荷譜。采用雨流法可有效地把實際載荷譜分解成一個一個的應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)與半循環(huán)，然后分別算出每個應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)所導(dǎo)致的壽命損耗情況，最后依據(jù)線性積累損傷標(biāo)準(zhǔn)，把由單個循環(huán)與半循環(huán)所導(dǎo)致的損耗相累積，從而得出總的壽命損耗情況。

　　三、中壓缸優(yōu)化啟動研究

　　(一)汽輪機中壓缸啟動

　　為增強機組的熱經(jīng)濟性，在改善進口參數(shù)的同時，還應(yīng)使用中間再熱的方法，而中壓缸啟動就帶有中間再熱的功能，其采用的是大容量超高壓的凝汽式汽輪發(fā)電機組，在啟動的時候汽輪機高壓缸不進汽，而是通過中壓調(diào)節(jié)汽門，從而實現(xiàn)沖轉(zhuǎn)，等到機組產(chǎn)生負荷以后，再變成常規(guī)高中壓缸的進汽形式，繼續(xù)產(chǎn)生負荷，一直到帶滿負荷才停止。要想使中壓缸啟動大量應(yīng)用，就必須對機組的中壓缸啟動形式展開詳細的研究。機組要想發(fā)揮出中壓缸啟動的功能就必須符合這幾個方面：首先，具有高低壓串聯(lián)的旁路系統(tǒng)，容量需大于30%。其次，能夠單獨控制和調(diào)節(jié)汽門。最后，具備高壓缸抽真空系統(tǒng)以及能夠反流預(yù)暖高壓缸的逆止門或者旁路系統(tǒng)。

　　(二)設(shè)計研究

　　因為中間再熱汽輪機的結(jié)構(gòu)非常特殊，在機組啟動和運行方面和一般的汽輪機具有很大的不同之處，所以必須保證機組每個汽缸進汽量的均衡性，而中間再熱機組都是單獨的機組，不像一般汽輪機可統(tǒng)一管控。而且中間再熱機組的熱力系統(tǒng)必須安裝旁路系統(tǒng)或者排汽系統(tǒng)，因為當(dāng)機組啟動時，溫度會不斷升高，當(dāng)溫度到達一定范圍時，新蒸汽就無法流過汽輪機，這時便需要旁路系統(tǒng)將其排到凝汽器當(dāng)中。另外，中壓缸啟動對旁路系統(tǒng)的要求特別高，要求旁路系統(tǒng)能夠自動運行，并且在高壓調(diào)門漸漸開啟的時候，旁路系統(tǒng)漸漸關(guān)閉，為此它們必須良好的配合，以促使在切換過程中，不會產(chǎn)生壓力和負荷的突變。旁路系統(tǒng)對機組運用方式給予了良好的優(yōu)化，很大程度的增強了機組熱力系統(tǒng)的安全，發(fā)揮著非常重要的效果。經(jīng)過旁路系統(tǒng)的應(yīng)用，首先，顯著減少了機組的啟動時間，并延長了汽輪機的使用壽命。其次，使再熱器得到了冷卻保護。因為機組在運行過程中，汽輪機的高壓缸排汽會經(jīng)過再熱器把蒸汽再加熱至固定的溫度，所以使再熱器有了冷卻保護。再次，降低噪聲。因為單元式機組啟停時鍋爐蒸發(fā)量和汽輪機需要的蒸汽量不一樣，一般鍋爐最小的穩(wěn)供負荷是額定負荷的15%-30%，而汽輪機空載汽耗是額定的5%-7%，所以如果將多余的蒸汽直接排進大氣中，就會嚴重浪費熱量，同時造成嚴重的噪聲污染。而安裝旁路系統(tǒng)以后，不僅可以把工質(zhì)有效的回收進凝汽器中，而且還保護了環(huán)境，具有良好的作用。最后，顯著增強了機組的運行安全和經(jīng)濟。

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　　四、總結(jié)

　　通過上述內(nèi)容我們可知：對汽輪機進行優(yōu)化啟動非常的重要，既能夠有效減少啟動時間，又能夠顯著延長機組的使用壽命。其中應(yīng)以汽輪機的轉(zhuǎn)子為主要研究內(nèi)容，因為轉(zhuǎn)子是汽輪機非常重要的一個部分，所以必須對轉(zhuǎn)子進行詳細的研究。通過對轉(zhuǎn)子應(yīng)力以及壽命損耗在線計算系統(tǒng)的深入研究，能夠有效找到汽輪機啟動過程所存在的主要問題，并找到優(yōu)化的方法。一般可采用如下的優(yōu)化方法，首先汽輪機轉(zhuǎn)子壽命管理方法從粗放式變?yōu)榱司毷剑粌H使轉(zhuǎn)子壽命得到了良好的延長、操作人員的能力水平的得到了顯著的提升，而且還使汽輪機的高、中壓轉(zhuǎn)子在危險截面時候的應(yīng)力以及壽命損耗得到了良好的監(jiān)視，這便是系統(tǒng)最大的亮點，發(fā)揮了良好的作用。其次，找到了影響疲勞壽命的主要因素，主要包括材料、應(yīng)力和結(jié)構(gòu)尺寸，并分別對它們進行了詳細的研究。然后，借助雨流法可把實測載荷譜分離成單獨、完整的應(yīng)力循環(huán)，這屬于在線應(yīng)力譜統(tǒng)計的關(guān)鍵之處。然后，試用轉(zhuǎn)子壽命管理系統(tǒng)，通過高中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力以及壽命損耗在線計算系統(tǒng)的使用，有效找到了優(yōu)化中壓缸啟動的方法，并采用了仿真計算，結(jié)果非常準(zhǔn)確。最后，借助電廠計算機系統(tǒng)的機組實時信息，使得系統(tǒng)運算非?？?。而且軟件還能直接體現(xiàn)出汽輪機的運行狀況，并隨時監(jiān)控汽輪機轉(zhuǎn)子的應(yīng)力以及壽命損耗變化，該系統(tǒng)有效的保障了汽輪機的運行安全。——論文作者：張金