考虑负荷快速频繁调节的汽轮-发电机组轴系扭转寿命损耗分析

针对未来可再生能源发电容量比例不断提升、传统火力发电机组由承担腰荷的角色向具有深度调峰能力的角色转变的发展趋势,研究汽轮-发电机快速频繁调节出力引起的扭转寿命损耗。利用有限元分析软件ANSYS,建立了汽轮-发电机组轴系模型,得到危险轴段的扭转响应;利用雨流计数法将工作循环应力转化为对称循环下的疲劳应力;考虑负荷的频繁波动,结合Manson-coffin应变-寿命公式和连续损伤理论评估轴系扭转寿命损耗。以国产600 WM超临界汽轮-发电机为例进行仿真,研究扭转寿命损耗与负荷波动性、随机性的关系:随着爬坡率和调峰范围的提高,寿命损耗呈指数增长;权衡机组寿命损耗与可再生能源的消纳,根据机组运行特点选择适当的爬坡率和调峰范围是火电机组将来作为深度调峰机组使用的关键;当考虑负荷的频繁波动特性时,扭转寿命损耗符合累积规则,这是由转子扭转振荡衰减较快造成的。