全厂及汽轮机岛性能试验标准比对和实践研究

性能验收试验是燃煤发电机组建设工程验收的关键一环,其准确有效的前期规划和实践管理对于燃煤电站建设工程的合同制定和项目移交起着至关重要的作用。结合海外燃煤发电工程项目和国内燃煤发电工程项目性能验收试验实践现状,对比分析了国标和相应ASME标准关于全厂及汽轮机性能验收试验的差异,结合二者在工程实践中的应用情况,提出了前期技术协议规划和现场实践中的注意要点。研究成果可为海外燃煤发电工程项目的前期规划和项目管理提供指导,同时可为性能试验的标准化研究提供参考。

不同因素对调节级气动性能影响研究

影响汽轮机调节级性能的因素有叶栅型线、栅距、冲角,同时,动静面积比(表征级反动度)、速比和盖度也是重要因素,研究其对气动性能的影响具有重大意义。以高参数小流量工业汽轮机调节级为研究对象,在喷嘴相对叶高分别为0.24和1.0的条件下,采用数值方法对不同动静面积比、速比和盖度的调节级流场进行了模拟计算,分析上述3个因素对调节级气动性能的影响规律。研究表明:调节级轮周效率随动静面积比的增加而增大;喷嘴相对叶高为0.24条件下,动静面积比超过1.5之后,轮周效率增速放缓,在面积比为1.65时达到最大值;喷嘴相对叶高增大为1.0后,级轮周效率随动静面积比的变化曲线向坐标轴右上方平移;轮周效率随速比增加而增大,速比为0.6~0.75时轮周效率处于较高水平;保持其他条件不变,相对盖度约0.08时,轮周效率达到最大值。研究成果可为工业汽轮机高性能调节级的设计研发提供参考。

基于贝叶斯模型的冗余报警识别技术

目前电厂主要通过故障树分析法来识别冗余报警,但故障树模型在描述报警变量之间的相关关系的不确定性方面具有局限性。为了弥补故障树模型分析法的不足,提出了一种基于贝叶斯模型的冗余报警识别技术。在故障树模型基础上,建立电厂报警系统的贝叶斯图,得到报警变量之间的关联关系。利用贝叶斯线性回归,建立底层报警变量与故障报警变量的线性模型,并使用马尔科夫蒙特卡洛采样算法学习模型参数。最后,根据模型参数确定了底层报警与故障报警之间的关联强度,识别冗余报警。采用该方法对电厂实际报警数据进行了仿真模拟,结果验证了该方法在工程应用领域的可行性。该研究对报警系统优化实践具有借鉴意义。

汽轮机部件多轴蠕变-疲劳寿命评估方法

汽轮机汽缸、转子等高温部件运行中受到疲劳损伤和蠕变损伤,二者的损伤机制会互相影响,有必要对疲劳损伤和蠕变损伤以及二者的耦合作用进行评估。在Ohno-Wang循环塑性模型基础上进行了拓展,提出了一种统一黏弹塑性循环材料本构模型,在ABAQUS平台上采用UMAT用户子程序开发了多轴蠕变-疲劳耦合分析程序。采用该程序对1 000 MW超超临界机组高温转子进行了多轴蠕变-疲劳寿命评估,结果显示损伤最大的位置出现在第1级动叶叶根轮槽位置。研究成果可为汽轮机高温部件的寿命评估提供技术支撑。

基于Modelica的变工况下汽轮机蒸汽参数建模

汽轮机仿真模型能辅助研究汽轮机蒸汽参数在不同工况下的变化情况,为故障检测与诊断提供先验知识。基于物理机理建立了变工况下汽轮机蒸汽变化的数字仿真模型,对汽轮机变工况条件下的蒸汽参数变化趋势进行了分析。研究结果表明,基于物理机理建立的模型能够较为准确地预测汽轮机在不同工况下的性能表现,仿真模型的结果与实际情况相符,表明该模型具有较好的应用性和可靠性。研究结果对汽轮机的设计和优化具有一定的参考价值,同时也可为汽轮机的运行和维护提供一定的理论支持。

加快建设新型能源体系,发挥煤炭、煤电兜底作用

3月5日上午9时,十四届全国人大二次会议在人民大会堂举行开幕会。国务院总理李强在政府工作报告中提出:应大力发展绿色低碳经济,推进产业结构、能源结构、交通运输结构、城乡建设发展绿色转型;积极稳妥推进碳达峰碳中和;提升碳排放统计核算核查能力,建立碳足迹管理体系,扩大全国碳市场行业覆盖范围;深入推进能源革命,控制化石能源消费,加快建设新型能源体系;加强大型风电光伏基地和外送通道建设,推动分布式能源开发利用,发展新型储能,促进绿电使用和国际互认,发挥煤炭、煤电兜底作用,确保经济社会发展用能需求。

数控机床刀具管理和配送平台的研究与应用

针对重型制造企业车间大量数控机床刀具闲置、车间加工成本居高不下的问题,以汽轮机生产车间刀具管理和配送为例,研究了刀具行业通用编码规则,调研了车间刀具使用和仓储现状,创建了刀具信息的数字化模板。基于此,研究了刀具标识技术,赋予每把刀具唯一识别码,开发了基于客户端和服务器的工艺数字化管控平台,完成了车间刀具关键参数、库存、采购周期等信息从线下到线上的转变,实现了数控机床刀具的数字化管理和基于工单需求的刀具配送。所述平台可以提高刀具配送效率,压缩库存,降低加工成本。

变温热源内可逆Braysson循环性能分析与优化

用有限时间热力学理论建立了变温热源内可逆Braysson循环模型,导出了功率和效率的数学表达式,分析了循环参数对二者的影响,并通过优化热导率分配和热容率匹配来进一步优化循环功率和效率。结果表明:优化高、低温侧换热器热导率分配过程中,存在一个最佳工质对数温比,使得效率达到最大值;存在一组最佳热导率分配和最佳工质对数温比,使得功率和效率达到双重最大值;优化工质与热源间热容率匹配过程中,存在一组最佳热容率匹配、最佳工质对数温比和最佳热导率分配,使得功率达到三重最大值。因此通过同时优化热导率分配和热容率匹配得到的循环性能更接近实际情况,且此时循环功率存在三重最大值。研究成果可为Braysson循环的相关研究提供一定的参考。

汽轮机老化热部件剩余寿命评估方法研究

随着国内大批火电机组达到设计寿命或寿命提前耗尽,如何系统、全面地评估老化机组的安全性与剩余寿命已成为目前亟待解决的问题。通过运行数据分析和理论计算对某电厂联合循环汽轮机中压内缸进行了剩余寿命预测,考虑了蠕变和低周疲劳2种损伤失效机理,分别利用损伤累积理论和断裂力学理论计算了汽缸的裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。同时,基于金相检查结果评定材料的剩余寿命,现场硬度测试结果也可作为评估的重要补充。研究成果可为汽轮机部件寿命管理和检修周期的确定提供参考。

35CrMoA螺栓失效分析和改进措施

汽轮机运行时,转子上连接联轴器的高强度螺栓如果发生断裂,轻则需要停机维修,重则造成较大事故。为了找出某汽轮机35CrMoA钢制螺栓断裂失效的原因,对失效件的宏观断口形貌进行了观察,并采用光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪、硬度计设备等对失效件的微观断口形貌、显微组织、硬度和化学成分等进行了理化试验和分析,结果表明早期淬火裂纹导致了该螺栓发生沿晶脆性断裂。杆部转接处在冷镦变形过程中形成了非正常组织,硬度为430~500 HV,远高于标准硬度,其经过淬火后扩展成淬火裂纹,最终导致螺栓断裂。提出了改进冷镦工艺并增加冷镦后的热处理的建议。研究成果可为冷镦工序后硬度异常问题的处理提供参考。

镍基合金FN3蠕变-疲劳交互试验特性研究

超高参数燃煤电站汽轮机工作条件非常复杂,有必要对复杂应力状况下的新材料力学行为进行评价。对进汽温度大于650℃的先进超超临界燃煤电站用镍基高温合金FN3,在725℃下进行了应变控制蠕变-疲劳交互试验,拉伸峰值应变保载时间为0.5 min和3 min。结合应变变程划分(SRP)模型和M-C模型,从半寿命对应的总应变划分出弹性应变和非弹性应变,将非弹性应变划分为拉向塑性与压向塑性应变、拉向蠕变与压向塑性应变、拉向蠕变与压向蠕变应变以及拉向塑性与压向蠕变应变,提出了各应变分量与失效循环次数的幂函数关系,并拟合各分量的关系参数。对试验结果和断口特征进行了比较分析,结果表明,在相同的应变幅下,随着保载时间的增加,FN3合金蠕变损伤量增加,疲劳失效次数降低。由于析出相的强化作用,合金抵抗裂纹扩展的能力增强,总失效时间增加。研究成果可为先进超超临界汽轮机机组高温部件的选材和使用提供参考。

350 MW汽轮机中压缸膨胀不畅原因分析及处理

某350 MW超临界汽轮机机组自投产第2年起出现中压缸膨胀不畅的问题,机组冷态启动过程中,中压缸胀差经常接近保护动作值,这导致机组启动时间过长、启动燃料成本高。介绍了中压缸膨胀不畅的主要表现,结合故障排查和解体检修中发现的问题逐级分析故障原因,最终查明问题根源为高压缸排汽管道左右限位装置安装间隙过大。通过检修滑销系统、恢复管道限位装置等一系列措施排除了故障,使汽缸膨胀顺畅自如。研究成果可为类似汽轮机汽缸膨胀不畅故障的排查、分析和处理提供借鉴。

空气标准等温加热修正Brayton循环:(2)多目标优化

基于第1部分对循环功率和效率特性的研究,进一步以效率、生态学函数、功率和功率密度为优化目标,以压缩比为优化变量,利用NSGA-Ⅱ算法对内可逆空气标准等温加热修正Brayton循环进行不同目标组合的单、双、三和四目标优化,并利用偏差指数对3种决策方式的优化结果进行分析对比,从而寻找最优解集。结果表明三目标优化中偏差指数最小,为0.129 2。故多目标优化能更有效地找到最优解集。研究成果可为Brayton热机循环的优化设计提供一定参考。

首台“陆改船”用重型燃气轮机自主改型设计实践

某海上浮式发电项目中的燃气轮机,以引进型小F级燃气轮机为母型进行自主改型设计,其为国内首台套陆地重型燃气轮机在发电船上的应用。介绍了母型机的技术特点,并重点阐述了改型设计内容,包括轴系总体布置设计、轴系与钢结构基础耦合设计、带挠性联轴器的减速箱设计、轴承适应性设计、支撑的加固与匹配设计、海工化防腐设计、全新机岛布置及辅机优化设计等。该改型设计经验可以为其他型号“陆改船”用燃气轮机提供参考。

高负荷变动率下核电汽轮机转子热应力数值模拟

国内某大型核电汽轮机需要在线性负荷变动率为每分钟6%额定负荷工况下运行,这超出了当前国内建造的第三代核电的设计限制。汽轮机是影响机组负荷变动率的要素之一。采用ANSYS软件对汽轮机进行了有限元分析,模拟了汽轮机高压缸转子在负荷变动率为每分钟6%额定负荷工况下的温度场和应力场,结合转子疲劳曲线,评估了该高变负荷运行工况对汽轮机转子疲劳寿命的影响。研究成果可以为“双碳”目标下提升核电机组运行灵活性、适应当前核能-多能耦合运行提供参考。

采用电位滴定法测定合金钢中高含量钼的研究

钼是钢中重要的合金元素,准确分析钢中的钼元素含量具有重要意义。分析了反应体系磷酸浓度、硫酸的加入量和硫酸亚铁铵的加入量对电位滴定法测定钼含量准确度的影响,在此基础上优化了反应体系酸度,引入干扰系数校正了钒对测定结果的影响,并通过对复合铂环电极进行预处理,消除了三价铁对突跃电位的影响。采用该优化方案对实际样品进行钼含量测定,加标回收试验显示回收率为99%~101%。该方案能用于钼的质量分数为8.00%~62.00%的镍基高温合金、中低合金钢(如刀具钢)、钼铁等金属材料中钼含量的准确测定,能够满足材料检验重复性和再现性的要求。

1000 MW核电汽轮机超速保护系统方案分析与优化

1000 MW核电汽轮机的电子超速保护系统的硬件检测回路需定期自检。自检时继电器轮流频繁动作,可能导致触点故障,因此有必要对电子超速保护系统进行分析和优化。介绍了1000 MW核电汽轮机电子超速保护系统的原理,分析了电子超速保护系统的三取二逻辑的实现策略和硬件回路保护方案,总结了系统的优点和存在的风险,并针对系统在自检过程中因叠加触点单一故障而导致误跳机的问题,提出了2套并线优化方案。对方案进行了分析对比,认为4路并线优化方案可以有效降低系统自检过程中的误跳机概率,提高运行可靠性。研究成果可为同类机型的汽轮机电子超速保护系统设计提供参考。

抽凝改背压机组汽水系统方案设计与对比分析

上海汽轮机厂60 MW等级单缸抽汽凝汽式机组需要改造为30 MW背压式发电机组。抽汽凝汽式机组的汽封系统为供汽和漏汽结合,而背压式机组只有漏汽汽封系统,二者完全不同。介绍了其中汽水系统的设计改造方案。在最大限度保留原有机组设备,包括其辅助系统的原则下,针对汽封和疏水系统进行了改造,尽可能使各接口的压力和管道走向等与原机组匹配。由于取消了机组抽汽,且后半缸在闷板之后光轴运行,因此疏水点和系统配置需要重新设计。提出了2个汽封系统的改造方案,即封堵部分漏汽腔室,保留外部2档漏汽接管的方案,以及利用原有漏汽管道对端部汽封接法进行合理优化,以匹配背压机组需求的方案,并进行了比较。以二者对机组的性能影响和配置便捷性为标准,确定后者为优选方案。研究成果可为类似的改造项目中汽水系统的设计提供参考。

基于NX的转子T型叶根槽加工程序平台开发

目前的工艺技术下,转子T型叶根槽车削工艺较为复杂。利用NX二次开发技术,研究了T型叶根槽的模块化编程方法,开发了叶根槽加工程序平台。根据基于拓扑学的曲线编码规则,对叶根槽结构进行了曲线编码,实现了T型叶根槽结构的自动识别。按工步自动导入定制化的加工模板后,批量生成了车削刀轨。通过工步顺序对车削刀轨进行排序,最终实现了叶根槽加工程序的自动生成。该平台可以减少复杂的人工重复操作,提升数控程序编制效率。研究成果可为类似典型结构专用程序的开发提供参考。

汽轮机转子城墙齿围带加工智能编程系统研究

随着工业汽轮机和大功率火电汽轮机订单的暴增,汽轮机的生产制造面临产能压力,提高工艺准备和生产制造的效率迫在眉睫。以汽轮机转子的城墙齿围带车削加工过程为研究对象,针对数控程序的编制方法进行了深入研究。分析了城墙齿围带的结构特征,梳理了加工工艺,研发了一种更加高效、可靠的智能化数控编程系统。编程人员使用该系统时,只需进行少量参数设定,系统即可基于转子二维装配模型自动识别城墙齿围带结构,输出加工程序。应用该系统后,数控程序的编制质量与速度得到了极大提高。研究成果可为机加工行业中有典型特征产品的高效智能化编程提供参考。