【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及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，属于汽轮机
技术介绍
在缺水地区建设火力发电厂，需要采用空冷式高参数汽轮机，其技术特点是耗水量为湿冷发电机组的25％，节水效果十分显著。同进汽参数相同与功率相近的湿冷汽轮机相比，空冷式高参数汽轮机额定工况低压缸排汽压力高，空冷汽轮机低压缸排汽压力为10kPa至16kPa，是湿冷汽轮机低压缸的排汽压力(4.9kPa)的2至3倍。空冷式高参数汽轮机变工况低压缸的排汽压力变化范围大，低压缸的排汽压力的变化范围为6kPa至55kPa，是湿冷汽轮机低压缸的排汽压力的变化范围(4kPa至12kPa)的多倍。空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽压力每日随大气温度的不同而频繁变化，而湿冷汽轮机低压缸的排汽压力随季节性循环水温度的改变而缓慢变化。大气温度增加(或减少)1℃，空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽温度相应增加(或减少)1℃，采用间接空冷系统的排汽压力增加(或减少)0.6kPa-0.8kPa，采用直接空冷系统的排汽压力增加(或减少)1.2kPa-1.6k...
【技术保护点】
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tk的计算公式为：tk＝ta+ITD+δt (1)式(1)中，ta为设计大气温度，ITD为初始温差，δt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...
【技术特征摘要】
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tk的计算公式为：tk＝ta+ITD+δt(1)式(1)中，ta为设计大气温度，ITD为初始温差，δt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tkmax的计算公式为：tkmax＝tmax+ITD+δt(2)式(2)中，tmax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pk为额定工况低压缸排汽温度tk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pkmax为额定工况低压缸排汽温度tkmax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Hs1与相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降Hs01，空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率Ne与流量G、等熵焓降Hs、汽轮机相对内效率η0i、机械效率ηm、发电机效率ηg之间的关系式为Ne＝G×Hs1×η0i×ηm×ηg，在进汽参数、电功率Ne、相对内效率η0i、机械效率ηm和发电机效率ηg相同以及电功率Ne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FR1的计算公式为：式(3)中，Ne为空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率，Ne01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G0i，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Gi的计算公式为：Gi＝G0i×FR1(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pko，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pko与机组负荷x％的关系式分别为：1)x％＝0％-20％，pko＝a1kPa，a1的取值范围是15kPa-25kPa；2)x％＝75％-100％，pko＝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pks，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pks与机组负荷x％的关系式分别为：x％＝0％-100％，pks＝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Pka，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pka，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pka与机组负荷x％的关系式分别为：1)x％＝0-20％，a2≤pka＜c1，a2的取值范围是25kPa-30kPa；3)x％＝75％-100％，b2≤pka＜c1，b2的取值范围是50kPa-60kPa；3)x％＝20％-100％，2.如权利要求1所述的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：所述步骤三中，将典型年份的大气温度按小时从低到高排列，从低温累积到至少6000h时所对应的大气温度确定为ta；低压缸的排汽采用间接空冷系统的ITD为20℃-35℃，低压缸的排汽采用直接空冷系统的ITD为25℃-47℃；低压缸的排汽采用间接空冷系统的δt为2℃-5℃，低压缸的排汽采用直接空冷系统的δt为3℃-6℃。3.如权利要求1所述的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：所述步骤四中，tmax为35℃-40℃。4.如权利要求1所述的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：所述步骤七中，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。5.如权利要求1所述的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：所述步骤十中，空冷式高参数汽轮机的低压转子的材料采用CrNiMoV钢。6.如权利要求1所述的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：所述步骤十一中，空冷式高参数汽轮机的末级动叶片材料采用17-4PH，低压缸其他动叶片材料采用12％铬钢。7.如权利要求1所述的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：所述步骤十六中，空冷式高参数汽轮机的低压内缸和低压外缸的材料均采用碳素钢。8.如权利要求1所述的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：所述步骤二十中，膨胀节为波形膨胀节。9.如权利要求1所述的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：所述步骤二十三中，空冷式高参数汽轮机低压缸排汽压力达到报警值pka，允许空冷式高参数汽轮机短期运行15分钟。10.一种空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能监控方法，用于对如权利要求1～9任一项所述的空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计方法所设计的空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能进行监控，其特征在于：包括如下步骤：第一步、计算低压缸的性能与结构安全性设计量；基于空冷式高参数汽轮机的末级动叶片、低压转子、低压内缸、低压外缸和轴承座的设计参数，计算得出考虑不同叶高Li的末级动叶片在不同排汽压力下汽轮机热耗率HRi(t)、末级动叶片的叶型根部反动度ρ、末级动叶片的出口轴向马赫数Mca、末级动叶片的最佳叶高下Lopt的轴向排汽速度C2a、末级动叶片的叶型根部汽流弯应力σsb、末级动叶片的抗颤振指数fL、末级动叶片的振动强度安全倍率Ab、末级动叶片的叶根在工作转速下最大应力σ0max、整圈连接末级动叶片的m阶振动频率fdm、低压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力σe2、低压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力σe3、低压内缸的中分面通流部分侧最大垂直间隙Δmax、低压外缸的轴颈部位在水平x、轴向y、垂直z三个方向位移的最大值Ymax、低压外缸的屈曲放大系数的最小值Amin、低压缸的轴承座在水平x、轴向y、垂直z三个方向静刚度的最小值Kmin；第二步、计算汽轮机全年加权平均热耗率；对于空冷式高参数汽轮机的第i种不同叶高Li的末级动叶片，根据各排汽压力下的运行小时数ty，按照如下公式计算全年排汽压力范围内空冷式高参数汽轮机对应不同叶高Li的末级动叶片的全年加权平均热耗率HRi：式(5)中，HRi(t)为不同叶高Li的末级动叶片在不同排汽压力下汽轮机热耗率；i为正整数；第三步、确定汽轮机全年加权平均热耗率的最小值；在n种不同叶高的末级动叶片对应的n个空冷式高参数汽轮机的全年加权平均热耗率中，全年加权平均热耗率的最小值HRmin按照如下公式取值：HRmin＝min{HR1；HR1；.....HR1；......HRn}(6)式(6)中，HRi为第i种不同叶高Li的末级动叶片对应的汽轮机全年加权平均热耗率；n为正整数；第四步、确定末级动叶片的最佳叶高；空冷式高参数汽轮机全年加权平均热耗率最小值HRmin对应的末级动叶片的叶高为最佳叶高Lopt；第五步、计算末级动叶片的叶型根部反动度比值；空冷式高参数汽轮机末级动叶片的最佳高下Lopt的叶型根部反动度比值Rρ按照如下公式计算：式(7)中，ρ为末级动叶片的叶型根部反动度；第六步、计算末级动叶片出口轴向马赫数比值；空冷式高参数汽轮机末级动叶片的出口轴向马赫数比值RM按照如下公式计算：式(8)中，Mca为末级动叶片的出口轴向马赫数；第七步、计算末级动叶片轴向排汽速度比值；空冷式高参数汽轮机末级动叶片的最佳高Lopt的轴向排汽速度比值RC2a按照如下公式计算：式(9)中，C2a为末级动叶片的最佳叶高Lopt的轴向排汽速度；第八步、计算末级动叶片的叶型根部汽流弯应力比值空冷式高参数汽轮机末级动叶片的叶型根部汽流弯应力比值Rσsb按照如下公式计算：式(10)中，σsb为末级动叶片的叶型根部汽流弯应力；第九步、计算末级动叶片的抗颤振指数比值；空冷式高参数汽轮机末级动叶片的抗颤振指数比...
【专利技术属性】
技术研发人员：史进渊，陈洪溪，范雪飞，徐佳敏，危奇，杨宇，邓志成，汪勇，蒋俊，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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