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文档简介

第53卷第4期2011年8月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0I_53NO4AUG2011基于特征通流面积的汽轮机变工况性能分析乔海朋,卢绪祥,邴汉昆,王运民长沙理工大学,“可再生能源发电技术”湖南省重点实验室,长沙410114摘要阐述了基于留格尔公式提出的特征通流面积概念的定义及计算方法,在IAPWSIF97公式基础上,利用VISUALBASIC60平台初步开发了汽轮机组通流部分特征通流面积计算软件,并以国产600MW超临界机组为研究对象,对机组变工况下级组的特征通流面积进行了计算和分析。研究结果表明汽轮机级组的特征通流面积在通流部分尺寸不发生变化时,其值保持不变,并且变工况下其计算精度能满足工程要求,可以作为机组通流能力及通流部分故障诊断的准则参数,为机组通流部分的状态监测与故障的精确诊断提供依据。关键词汽轮机;变工况特性;弗留格尔公式;特征通流面积分类号TK261文献标识码A文章编号10015884201104025304PERFORMANCEANALYSISOFSTEAMTURBINEONOFFDESIGNCONDITIONSBASEDONCHARACTERISTICFLOWAREAQIA0HAIPENG,LUXUXIANG,BINGHANKUN,WANGYUNMINKEYLABORATORYFORPOWERTECHNOLOGYOFRENEWABLEENERGYSOURCES,HUNANPROVINCE,CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,CHANGSHA410114,CHINAABSTRACTTHEDEFINITIONANDCALCULATIONMETHODOFCHARACTERISTICFLOWAREACFAWHICHBASEDONFLTIGELFORMULAAYEPRESENTEDINTHISPAPERONTHEBASISOFTHEIAPWSIF97FORMULA,CALCULATIONSOFTWAREOFCFAFORSTEAMTURBINEFLOWPASSAGEWASDEVELOPEDONVISUALBASIC60SOFTWAREPLATFORM,ANDTHECFASOFTHEDOMESTIC600MWSUPERCRITICALUNITSUNDEROFFDESIGNCONDITIONSWERECALCULATEDANDANALYZEDTHERESULTSSHOWTHATTHECALCULATIONACCURACYOFCFAUNDEROFFDESIGNCONDITIONSISHIGHANDFITSTHEPROJECTREQUIREMENTSITISFEASIBLETOAPPLYINCALCULATIONOFVARIABLECFA,MONITORINGANDDIAGNOSISOFSTEAMTURBINE,ANDTOAPPLYINTHEFIELDOFIMPROVEDDESIGNOFTHEFLOWPASSAGE,VARIABLECHARACTERISTICFLOWAREACALCULATION,MONITORINGANDDIAGNOSISOFSTEAMTURBINEFLOWPASSAGEKEYWORDSSTEAMTURBINE;CHARACTERISTICSOFOFFDESIGNCONDITION;FLFIGELFORMULA;CHARACTERISTICFLOWAREACFA力和相对内效率。因而可以通过监视热力参数的变化,研究O前言热力参数与故障之间的内在联系,实现汽轮机通流部分的故障诊断J。对汽轮机通流部分的故障诊断是确定其在变工汽轮机作为整个电厂的核心设备,是实施火电厂预知性况运行中的安全性、经济性的有效的手段,同时也是预测机维修的重点与难点。随着电网峰谷差的逐渐增大,大容量汽组通流部分改造效果所必须进行的工作。本文运用徐大懋轮机也参与调峰,汽轮机的频繁启停或频繁变负荷可能导致院士提出的特征通流面积的计算公式对给定机组的汽轮机汽轮机通流部分产生故障,从而导致汽轮机长期低效率运通流部分进行变工况计算。利用变工况时通流部分级组的行。汽轮机通流部分即蒸汽流过并做功的部分,这些设备特征通流面积的变化规律,借以判断汽轮机内部通流性能的装置都处于高温、高压、高腐蚀的工作环境下,由于锅炉产生变化或进行故障诊断,汽轮机运行的经济性和安全性将大大的蒸汽品质不良,一些结垢物质在汽轮机内被分离出来,形提高。成垢面。不良的锅炉水质或蒸汽带水等原因也会产生沿蒸汽通道上的结垢。因此通流部分腐蚀、积垢、磨损、损坏,是1弗留格尔公式汽轮机最常见的故障,并且这些故障的发生总是伴随着一些热力参数的变化。在汽轮机的变工况运行中,流量变化是汽轮机变工况的近年来,与汽轮机热力参数相关的通流部分故障逐步受主要原因,汽轮机在变工况运行时,温度、压力P、流量G有到重塑亘鱼量笙垫筮性能的两大指标就是通流能以下关系收稿日期20101215基金项目国家重点基础研究发展计划973资助项目2009CB219803。作者简介乔海朋1985一,男,山西洪洞人,硕士研究生,研究方向动力机械故障诊断与控制。254汽轮机技术第53卷一GL降1G一,PP式1即为弗留格尔公式,它表明当变工况前后机组均未达到临界状态时,通过级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。式1是在级组前的温度保持不变的条件下求得的。若考虑变工况前后级组前温度变化较大时,应考虑温度修正,即一一二五互G一,P一PTO。式1和式2中,“0”表示级组前参数,“1”表示变工况参数,“2”表示级组后参数。弗留格尔公式为汽轮机变工况的分析提供了一种有效的方法,在实践中广泛的应用于汽轮机变工况计算、热力性能分析和运行诊断,且当级组级数较多时具有较高的精确性。但是,目前对弗留格尔公式的理论证明还没有公认的方法。许多证明方法,如寇尔顿证明法、斯托多拉流量锥的证明法等均有其特定的假设前提,有些假设甚至不合理,因此这些证明方法都存在不同程度上的不足。2汽轮机级组的特征通流面积根据参考文献L5J中提到的特征通流面积的计算公式在弗留格尔公式的基础上推导得出。根据弗留格尔公式,在A和B两种工况下,级组参数满足如下关系GA一POTTON11一丌RR3GP17R改写为磐4PL一仃JP17R从而得出用表示的特征流通面积和比特征面积的公式耻根据气体状态方程PV,将式4和式5中的用P和替换,可得到用T,表示的特征通流面积F和比特征通流面积,的计算公式78以上各式中“”表示滞止值,0表示级组前参数,“2”表示级组后参数,G表示级组进汽量,表示级组进汽温度,P。表示级组进汽压力,由于汽轮机级间速度很小,式中和TO统一简化为P。和RO,仃表示级组后压力与进汽压P0力的比值。当丌达临界值时,丌取零。3特征通流面积计算软件开发火力发电厂热力性能计算是热力系统设计、分析、指导已运行电厂的安全性和经济性的重要手段。本文以国产N600242566566超临界三缸四排汽凝汽式汽轮机机组为研究对象,根据机组参数绘制原则性热力系统图,运用VISUALBASIC60编程语言,在系统图中各抽汽点添加相应的控件,在基于IAPWSIF97通用水蒸气性质计算模型的基础上,初步编制了变工况计算程序。将其运用到汽轮机组各个抽汽段的特征通流面积的计算当中,通过软件计算得出机组各特征通流面积的值,并将计算工况下的全部计算数据导入到EXCEL中进行存档,便于分析研究。特征通流面积的热力计算软件主界面如图1所示。特征通流面积计算软件需输入主要参数,如温度、压力等,以及各种可以给定的参数,如漏汽、端差等参数,输入界面如图2所示。计算软件开发过程中,由于根据比容、末级干度和压力求焓值时,采用调取水蒸气性质计算软件的方法,而且计算过程中由于每个计算参数均由前期计算所得,且取值精确度不同,在运算过程中可能导致累加误差的产生。通过比较,运用软件计算结果与手算结果两者误差极小,软件计算结果可以满足实际应用需要,但在操作运行过程中手动输入参数较多,仍需完善。基于特征通流面积超临界机组变工况热力特性计算主界面兰鼙苎竺兰D0臃瓣瞬图1特征通流面积计算软件主界面第4期乔海朋等基于特征通流面积的汽轮机变工况性能分析255主蒸汽温度T厂一主蒸汽压力F一再热器椅端温度R一器件蜡压力F再嚣热端摄度,R一再热嚣热蛐压力I排HI度,RI气力R_汽轮机功率T广加器效率T发电机散辜T广机械散率V一却K站善F一蛤水泵散牢F汽动培水泵用气幕敞一兰请糟各加寅L器参敛加嚣差加热器批侧压力抽托压损H1F一FF一R一F一RIT3广RRM厂一R一R一R厂广广RF;Q7;F一F一一RIIS厂RR4计算实例41汽轮机型式及基本参数该机组为国产N60O一24,2566566超临界中间一次再热,三缸四排汽机型,共有8段非调整抽汽。42特征通流面积的计算按照汽轮机热力特性计算流程,对该参数机组各项参数进行计算,并根据公式5和公式7分别计算得出用和图2计算软件主要参数输入界面F表示的各个抽汽段特征通流面积如表1所示。表1N600242566566机组各抽汽段特征通流面积计算结果根据表1中所得数据,绘制各变工况下各抽汽段的特征通流面积曲线如图3和图4所示。旧媸赠图3N600242566566机组特征通流面积变化曲线喧蟋球图4N600242566566机组特征通流面积F变化曲线各抽汽段特征通流面积偏差,计算一半其中,FN表示设计工况下的特征通流面积的值,F。表示某一变工况下特征通流面积的值。通过特征通流面积偏差,可以直观地看出汽轮机在变工况运行当中通流部分的变化情况。根据式9和表1中的相关数据可计算得到该汽轮机组75,YOTHA工况下和50THA工况下的特征通流面积的偏差曲线如图5和图6所示。、癌媸删啦7STHA工况50THA工况;I|凇VF一图575THA工况下N600242566566机组特征通流面积偏差AF曲线43计算结果及误差分析1计算所得的F和F,与给定的设计工况下得到的结果进行对比,其误差在5以内,能满足工程需要,可运用到汽轮机组通流部分的性能分析中。2在变工况计算中,对F的表达式进行非理想气体修正,包括高参数火电,精度在1之内。对特定机组可用厂商提供的变工况计算求出的修正值。当用于额定工况附近进行通流能力分析时,CFA计算公式中和F均可满足要求。3计算过程中由于每个计算参数取值精确度不同,从而导致计算中产生累加误差,与设计值进行比较,可以得出256汽轮机技术第53卷、垩薹旧魍球75THA工况50THA工况入尸图650THA工况下N600242566566机组特征通流面积偏差F曲线用,计算所得结果的精度较高。4运用特征通流面积计算公式时可由通过该级组的蒸汽参数求得,不需要确定通流部分几何尺寸。5由于计算过程中需要用到焓值、比容等水蒸汽热力特性参数,在求取该参数的过程中存在误差,从而导致抽汽系数、主蒸汽量、比容计算值产生一定的误差。通过以上结论可以确定运用特征通流面积的计算公式所得结果与实际工程计算所得结果是相吻合的,因此,特征通流面积计算公式是实用的,计算结果可以满足实际应用,可以为汽轮机通流部分检修和节能提供依据。综合来看,用和F计算各个抽汽点所得的特征通流面积的计算值,用F计算所得的误差较,小。5CFA在汽轮机通流部分性能监测与故障诊断的应用途径设想汽轮机通流部分的参数可以分成两大类一类是可以直接测量的热力参数,称为征兆参数。如各处蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量等另一类是不可测量的特性,称为特征参数。如汽轮机各级的特征通流面积、级级组的效率、功率等,特征参数值可由征兆参数计算得到。目前,国内外对于电站性能监测和运行优化的研究与应用相当活跃,理论及工程上的成果不断涌现,特别在性能监测在线计算模型、在线预测模型、离线分析等的研究方面成果斐然。通过在线监测汽轮机组各段抽汽参数,可以得到通流部分蒸汽参数。经过基于计算机程序计算、分析得出各级的通流面积,与设计工况下的通流面积基准值进行比较,可以确定汽轮机通流部分的运行状态,并判断通流面积的变化是否在正常范围内,若超出正常范围,则可以认为出现或者将要出现故障,此时可设置报警系统,然后再进一步分析,给出具体的故障信息,包括故障的位置、故障的程度等,具体流程如图7所示。输入压力、温度、热力计算、各级流量等参数抽汽系数计算与设计值比较,L_1进行特征通流并采取相应的措施L1面积计算图7在线监测汽轮机通流面积变化流程图6结论运用变工况计算中的弗留格尔公式及特征通流面积定义的相关内容对火电厂汽轮机组的通流部分的热力状态进行在线监测、计算、分析,得到的特征通流面积是一个特征参数,只有数值没有单位,只要级组的几何参数不改变,不论热力参数如何变,F为常数,且正比于级组的通流能力,不能定量的说明汽轮机通流面积的大小。但能通过实际运行所得结果与设计值进行比较来描述汽轮机通流部分的变化。运用和计算汽轮机各级组的特征通流面积,对不同工况下计算所得的特征通流面积进行分析比较,可以反映出汽轮机通流部分的运行状况,能对汽轮机运行状况进行有效监测,及时发现故障并采取相应的措施。参考文献1周云龙,曹丽华,徐伟,等汽轮机通流部分间隙变化对相对内效率和功率的影响J热力发电,2010,39390962杨勇平,杨昆汽轮机通流部分故障诊断的热力判断研究J热能动力工程,1999,1453473493李建刚汽轮机设备及运行M北京中国电力出版社,20064李勇,金国华,曹祖庆弗留格尔公式的证明及应用J汽轮机技术,1995,3761581625徐大懋,邓德兵,王世勇,等汽轮机的特征通流面积及弗留格尔公式改进J动力工程学报,2010,2244734776牛卫东电厂汽轮机通流部分热力监测及诊断的讨论J汽轮机技术,2008,50170717李维特,黄保海汽轮机变工况热力计算M北京中国电力出版社,2003上接第252页7高锐,袁奇,高进燃气轮机拉杆转子有限元模型研究及临界转速计算J热能动力工程,2009,2433053088章圣聪,王艾伦盘式拉杆转子的振动特性研究J振动与冲击,2009,2841171209JLZAPICOVALLE,RALONSOCAMBLOR,MPGONZALEZMARTINEZMGARCIADIE

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