一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 機組汽輪機快速啟動控制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)漸趨成熟，世界范圍內(nèi)天然氣資源的進一步開發(fā)， 燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在電力系統(tǒng)中的地位逐漸提高。燃氣輪機具備的安裝快、占地 少、啟停迅速、安全可靠、用水少等一系列優(yōu)點也備受青睞?？梢灶A(yù)測，隨著我國能源結(jié)構(gòu)的 調(diào)整，環(huán)保要求日益嚴格，聯(lián)合循環(huán)作為一種先進的發(fā)電技術(shù)，在我國電力生產(chǎn)行業(yè)中的地 位也日提尚。
[0003] 在當前聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，燃氣輪機冷態(tài)啟動能在2~20min內(nèi)達到額定負荷， 而汽輪機冷態(tài)啟動至滿負荷卻需要95min，燃氣輪機達到額定負荷而汽輪機還處于暖機階 段長達約1.5個小時。在這個的過程中，燃氣輪機的很大一部分排氣會通過旁路系統(tǒng)直接 排出，余熱鍋爐的蒸汽也經(jīng)旁路閥排至凝汽器，造成巨大的能源損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制方法和裝置， 以快速啟動汽輪機，達到節(jié)約能源的目的。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：
[0006] 一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制方法，包括：
[0007] 獲取汽輪機的結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)子有限元模 型；
[0008] 利用所述專利有限元模型對汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場和應(yīng)力場進行計算分析，確定監(jiān) 測關(guān)鍵點的位置；
[0009] 實時監(jiān)測所述監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力變化，并根據(jù)應(yīng)力變化對汽輪機的啟動曲線進行 修正。
[0010] 優(yōu)選的，所述根據(jù)所述結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)子有限元模型，包括：
[0011] 利用ANSYS軟件建立汽輪機轉(zhuǎn)子有限元模型。
[0012] 優(yōu)選的，所述利用所述專利有限元模型對汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場和應(yīng)力場進行計算 分析，確定監(jiān)測關(guān)鍵點的位置，包括：
[0013] 采用平面軸對稱二維四節(jié)點的plane55單元進行網(wǎng)格劃分，進而對轉(zhuǎn)子溫度場進 行計算與分析；
[0014] 根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度場的計算結(jié)果，用ANSYS進行熱-應(yīng)力耦合，進一步進行每個啟動工 況的啟動應(yīng)力計算與分析，根據(jù)VonMises準則，計算應(yīng)力由離心應(yīng)力和熱應(yīng)力按第四強度 理論合成；
[0015] 將轉(zhuǎn)子應(yīng)力最大的部位作為監(jiān)測關(guān)鍵點所在位置。
[0016] 優(yōu)選的，所述對轉(zhuǎn)子溫度場進行計算與分析，包括：
[0017] 根據(jù)不同啟動曲線下的調(diào)節(jié)級處缸溫，計算得到轉(zhuǎn)子的初始溫度場；
[0018] 根據(jù)初始溫度場以及蒸汽對轉(zhuǎn)子表面的換熱系數(shù)計算瞬態(tài)溫度場，并對溫度場進 行分析。
[0019] 優(yōu)選的，所述，根據(jù)VonMises準則，計算應(yīng)力由離心應(yīng)力和熱應(yīng)力按第四強度理 論合成，包括：
[0020] 根據(jù)計算公式
【主權(quán)項】
1. 一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制方法，其特征在于，包括： 獲取汽輪機的結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)子有限元模型； 利用所述專利有限元模型對汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場和應(yīng)力場進行計算分析，確定監(jiān)測關(guān) 鍵點的位置； 實時監(jiān)測所述監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力場變化，并根據(jù)應(yīng)力場變化對汽輪機的啟動曲線進行 修正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述汽輪機的結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù) 建立轉(zhuǎn)子有限元模型，包括： 利用ANSYS軟件建立汽輪機轉(zhuǎn)子有限元模型。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，所述利用所述專利有限元模型對汽輪機轉(zhuǎn)子 的溫度場和應(yīng)力場進行計算分析，確定監(jiān)測關(guān)鍵點的位置，包括： 采用平面軸對稱二維四節(jié)點的plane55單元進行網(wǎng)格劃分，進而對轉(zhuǎn)子溫度場進行計 算與分析； 根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度場的計算結(jié)果，根據(jù)Von Mises準則，計算應(yīng)力由離心應(yīng)力和熱應(yīng)力按第 四強度理論合成，用ANSYS進行熱-應(yīng)力耦合，進一步進行每個啟動工況的啟動應(yīng)力計算與 分析； 將轉(zhuǎn)子應(yīng)力最大的部位作為監(jiān)測關(guān)鍵點所在位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對轉(zhuǎn)子溫度場進行計算與分析，包 括： 根據(jù)不同啟動曲線下的調(diào)節(jié)級處缸溫，計算得到轉(zhuǎn)子的初始溫度場； 根據(jù)初始溫度場以及蒸汽對轉(zhuǎn)子表面的換熱系數(shù)計算瞬態(tài)溫度場，并對溫度場進行分 析。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述，根據(jù)Von Mises準則，計算應(yīng)力由離 心應(yīng)力和熱應(yīng)力按第四強度理論合成，包括： 根據(jù)計算公式
，計算轉(zhuǎn)子應(yīng)力 場； 其中，〇 ^為Von Mises應(yīng)力；下標y, 0，r分別代表軸向、切向和徑向應(yīng)力； Try代表剪切應(yīng)力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實時監(jiān)測所述監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力場 變化，包括： 根據(jù)轉(zhuǎn)子15層分層模型，編制在線的應(yīng)力計算程序，計算監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力場。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)轉(zhuǎn)子15層分層模型，編制在線的 應(yīng)力計算程序，計算監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力場，包括： 所述的在線的應(yīng)力計算程序是根據(jù)測量的蒸汽壓力、溫度、負荷和轉(zhuǎn)速，根據(jù)一定的時 間間隔實時地計算出監(jiān)測面的溫度場，進而計算出轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，再根據(jù)轉(zhuǎn)速和監(jiān)測面結(jié) 構(gòu)等參數(shù)計算出轉(zhuǎn)子的機械應(yīng)力，兩者合成為總的轉(zhuǎn)子應(yīng)力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述編制在線應(yīng)力計算程序之后，包括： 獲取在線應(yīng)力計算參數(shù)； 所述參數(shù)包括計算時間間隔、傳熱的換熱系數(shù)、比熱容、線脹系數(shù)，彈性模量和應(yīng)力裕 度系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述獲取在線應(yīng)力計算參數(shù)，包括： 根據(jù)監(jiān)測部位的幾何結(jié)構(gòu)、有限元計算結(jié)果，計算出轉(zhuǎn)子監(jiān)測部位的應(yīng)力集中系數(shù)。
10. -種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制裝置，其特征在于，包括： 有限元模型建立模塊，根據(jù)獲取汽輪機的結(jié)構(gòu)和運行數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)子有限元模型； 監(jiān)測關(guān)鍵點確定模塊，用于利用所述專利有限元模型對汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度場和應(yīng)力場 進行計算分析，確定監(jiān)測關(guān)鍵點的位置； 應(yīng)力場實時監(jiān)測單元，用于實時監(jiān)測所述監(jiān)測關(guān)鍵點的應(yīng)力變化，并根據(jù)應(yīng)力變化對 汽輪機的啟動曲線進行修正。
【專利摘要】本申請公開一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機快速啟動控制方法和裝置。由于汽輪機的啟動速度是受其轉(zhuǎn)子的應(yīng)力水平制約的，因而本發(fā)明在轉(zhuǎn)子應(yīng)力不超出最大應(yīng)力范圍的情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)子所受的實時應(yīng)力調(diào)整汽輪機的啟動曲線，縮短汽輪機的暖機時間，并在低負荷時進行暖機，從而快速啟動汽輪機，達到在啟動過程中多發(fā)電，節(jié)約能源的目的。
【IPC分類】F01D19-00
【公開號】CN104775856
【申請?zhí)枴緾N201510094899
【發(fā)明人】顧正皓, 陳堅紅, 吳文健, 毛志偉, 張寶, 包勁松, 應(yīng)光耀, 樊應(yīng)龍, 李衛(wèi)軍, 朱梅芳, 秦攀, 胡洲, 王異成
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院, 浙江大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月3日