【正文】 潤(rùn)滑油壓及軸承油流正常，油溫 30~45℃ – 汽缸上下缸溫差不大于 50℃ – 盤(pán)車(chē)正常，大軸原始晃度不大于 – 熱態(tài)啟動(dòng)部件金屬溫度較高，蒸汽參數(shù)、凝汽器真空要維持稍高些 ? 中速暖機(jī) (1200 rpm)和高速暖機(jī) (2500 rpm)的目的是防止材料脆性破壞和避免過(guò)大的熱應(yīng)力 并網(wǎng)接帶負(fù)荷 ? 達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，經(jīng)檢查確認(rèn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，即可并網(wǎng)接帶負(fù)荷 ? 機(jī)組并網(wǎng)后帶初負(fù)荷 (5~10%)暖機(jī)，暖機(jī)的目的是緩和帶負(fù)荷后出現(xiàn)較大溫升、熱應(yīng)力和脹差 —改進(jìn)措施 ? 現(xiàn)代大機(jī)組多數(shù)配置轉(zhuǎn)子應(yīng)力監(jiān)控裝置和自啟停裝置，直接控制升速、升負(fù)荷 運(yùn)行方式 ? 定壓運(yùn)行 – 在高負(fù)荷下定壓運(yùn)行，熱效率高。 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行存在的問(wèn)題 ? 機(jī)組原設(shè)計(jì)按承擔(dān)基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，負(fù)荷適應(yīng)性較差 ? 鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃問(wèn)題，導(dǎo)致調(diào)峰能力差 ? 一些機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)性能不好，很難實(shí)現(xiàn)兩班制運(yùn)行 ? 調(diào)峰手段應(yīng)多樣化。 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行存在的問(wèn)題 ? 機(jī)組原設(shè)計(jì)按承擔(dān)基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，負(fù)荷適應(yīng)性較差 ? 鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃問(wèn)題，導(dǎo)致調(diào)峰能力差 ? 一些機(jī)組自動(dòng)化程度不高，熱態(tài)啟動(dòng)性能不好，很難實(shí)現(xiàn)兩班制運(yùn)行 ? 調(diào)峰手段應(yīng)多樣化。 ? 要求： – 機(jī)組具有負(fù)荷快速變化（ 5~10%/分鐘）的適應(yīng)能力 – 低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定性好，并能保持較高的熱效率 周末停機(jī) ? 電網(wǎng)負(fù)荷一般在周末比較低，為此要求機(jī)組周末停運(yùn)，周一啟動(dòng)。 ? 應(yīng)具備三個(gè)條件 – 機(jī)組啟停損失小，停運(yùn)比低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì) – 機(jī)組啟停迅速，能在 8小時(shí)內(nèi)順利啟動(dòng) – 機(jī)組具有一定自動(dòng)化程度，運(yùn)行人員操作工作量不過(guò)于繁重 夜間低負(fù)荷運(yùn)行 ? 機(jī)組白天基本滿負(fù)荷運(yùn)行，深夜負(fù)荷低谷時(shí)降低負(fù)荷運(yùn)行。 ? 熱應(yīng)力值小，意味著主蒸汽溫變率小，啟動(dòng)（或停機(jī)）時(shí)間較長(zhǎng)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失（燃油增大運(yùn)行成本）；而應(yīng)力值過(guò)大，則對(duì)機(jī)組造成不安全因素。 斷口分析： 低周疲勞裂紋 原因分析： 聯(lián)絡(luò)門(mén)不嚴(yán)、聯(lián)絡(luò)管積冷水、定參數(shù)停機(jī)、閥體和短管表面劇烈冷沖擊 ? 熱應(yīng)力本身看不見(jiàn)、摸不到 ，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力若無(wú)有效的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行人員將無(wú)法得知現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程熱應(yīng)力的大小。 △ 4臺(tái) 50MW機(jī)組， 80年代初組投運(yùn) △ 1992年開(kāi)始啟停調(diào)峰運(yùn)行，最多時(shí) 100多次 /年 △ 19981999年發(fā)現(xiàn)汽缸裂紋 △ 2022年發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子裂紋， 最深一條 7mm裂紋 0204060801001201981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2022次/年某地區(qū)汽缸、轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋情況統(tǒng)計(jì) 主蒸汽母管聯(lián)絡(luò)門(mén)閥體斷裂案例 2022年 8月 31日，某機(jī)主蒸汽母管聯(lián)絡(luò)門(mén)閥體焊縫熱影響區(qū)一側(cè)主蒸汽管爆斷。 ? 而熱應(yīng)力是對(duì)機(jī)組可能造成嚴(yán)重?fù)p傷的另一主要因素，其后果是導(dǎo)致機(jī)組本體發(fā)生嚴(yán)重的變形和斷裂（或裂紋），嚴(yán)重的可使機(jī)組本體報(bào)廢或產(chǎn)生嚴(yán)重的毀機(jī)事故。 ? 機(jī)組振動(dòng)過(guò)大，往往是一系列不安全運(yùn)行因素的直接或間接后果 – 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)有一系列的監(jiān)測(cè)分析手段，可以防止振動(dòng)對(duì)機(jī)組本體造成損傷。若一定要參與調(diào)峰運(yùn)行，建議車(chē)大彈性槽圓角半徑和隔板汽封進(jìn)出汽處過(guò)渡圓角半徑。通過(guò)采取特殊的結(jié)構(gòu)措施，大大提高了汽輪機(jī)的機(jī)動(dòng)性。這里重點(diǎn)關(guān)注： –影響汽輪機(jī)、鍋爐運(yùn)行機(jī)動(dòng)性、靈活性的有關(guān)因素 關(guān)注 ： 調(diào)峰機(jī)組汽機(jī)轉(zhuǎn)子的局部設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)行特性的影響 ?研究發(fā)現(xiàn)：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的局部結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致機(jī)組不同的運(yùn)行特性。 ?電網(wǎng)中很多大機(jī)組都參與了調(diào)峰，但調(diào)峰能力不足依然是電網(wǎng)運(yùn)行的主要矛盾。 制約我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰的主要因素（ 2） ? 部分地區(qū)，如山東等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的東部地區(qū)，受水力資源限制，基本沒(méi)有可供經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的水電站站址 – 抽水蓄能電站的建設(shè)要有合適的地形和水源，條件好的抽水蓄能電站的站址越來(lái)越少，而且抽水蓄能電站一般造價(jià)高（需要引進(jìn)可逆式機(jī)組）、建設(shè)周期長(zhǎng) 制約我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰的主要因素（ 3） ?受油氣資源限制，一些地區(qū)沒(méi)有燃油或天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電用于調(diào)峰 制約我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰的主要因素（ 4） ? 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，受區(qū)域電網(wǎng)潮流及負(fù)荷聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定極限的制約，導(dǎo)致電網(wǎng)局部地區(qū)負(fù)荷分配不合理，造成局部 “ 窩電 ” 、 “ 欠電 ” 現(xiàn)象，被迫加大電網(wǎng)調(diào)峰的現(xiàn)象普遍發(fā)生。 國(guó)外電網(wǎng)的調(diào)峰手段 ? 水電機(jī)組調(diào)峰 ? 抽水蓄能調(diào)峰機(jī)組 ? 火電機(jī)組調(diào)峰 ? 燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組調(diào)峰 ? 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組 調(diào)峰 制約我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰的主要因素（ 1） ? 我國(guó)水電的總體調(diào)峰容量十分有限 – 主要是水電站季節(jié)貧水欠發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，有很多是徑流式，汛期庫(kù)容小，不宜棄水調(diào)峰； – 水電站要服從于水利樞紐工程的綜合利用，充分兼顧防洪、發(fā)電和航運(yùn)的作用，特別是汛期，發(fā)電必須服從于防洪。 – 一些地區(qū)，安排大用戶和高耗能企業(yè)在用電高峰季節(jié)和日高峰時(shí)段進(jìn)行設(shè)備檢修，以騰出負(fù)荷空間 電網(wǎng)峰谷差增大的主要原因 ? 第二產(chǎn)業(yè)用電比重減小 ? 第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比重相應(yīng)提高 ? 電網(wǎng)高峰負(fù)荷中，空調(diào)負(fù)荷大約占 30%，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，可能要大于這個(gè)數(shù)字 ? 工業(yè)內(nèi)部高耗電行業(yè)（冶金、化工、建材等）和傳統(tǒng)行業(yè)（紡織、煤炭等）用電比重減小，低電耗、高附加值產(chǎn)業(yè)的用電比重相應(yīng)提高 預(yù)期電網(wǎng)負(fù)荷的變化趨勢(shì) ? 發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)平均調(diào)峰幅度約為 50％，中等發(fā)達(dá)國(guó)家約為 40％，第三世界國(guó)家約為 30％。電站汽輪機(jī)運(yùn)行特性 主講：付忠廣 教授 /博導(dǎo) 電站機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化研究所 所長(zhǎng) 本課程的主要內(nèi)容 電網(wǎng)調(diào)峰與汽輪機(jī)熱應(yīng)力和壽命管理 汽輪機(jī)啟停和正常運(yùn)行中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 汽輪機(jī)采用的提高經(jīng)濟(jì)性的先進(jìn)技術(shù) 汽輪機(jī)組狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和故障診斷 第一章 電網(wǎng)調(diào)峰 國(guó)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)基礎(chǔ) ? 電力發(fā)展成就很大，但電力需求結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，導(dǎo)致電網(wǎng)峰谷差增大，供電緊張 ? 我國(guó)電網(wǎng)的問(wèn)題主要表現(xiàn)為： – 高峰期電力短缺 – 電網(wǎng)峰谷差大 – 最大負(fù)荷增長(zhǎng)的波動(dòng)性加大 – 電網(wǎng)調(diào)峰困難 日負(fù)荷曲線 負(fù)荷低谷 日最小負(fù)荷 負(fù)荷尖峰 尖峰負(fù)荷或最大負(fù)荷 最小負(fù)荷以下的負(fù)荷稱為基荷 最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之差稱為峰谷差 目前電網(wǎng)的應(yīng)對(duì)策略 ? 對(duì)于缺電嚴(yán)重的地區(qū)，通過(guò)加強(qiáng)需求側(cè)管理減少拉路限電，力爭(zhēng)做到限電不拉路 – 在用電高峰期間，依靠各級(jí)政府的主導(dǎo)和支持，配合有關(guān)部門(mén)采用行政手段為主、經(jīng)濟(jì)手段為輔的方式進(jìn)行移峰或避峰。 – 電力供應(yīng)緊張的地區(qū)，對(duì)工業(yè)用戶可實(shí)行周輪休制度，以均衡周負(fù)荷，降低工作日的高峰負(fù)荷水平。 ? 我國(guó)部分地區(qū)電網(wǎng)平均調(diào)峰幅度已達(dá) 50％左右。因此火電機(jī)組的調(diào)峰壓力很大。 制約我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰的主要因素（ 5） ? 電源結(jié)構(gòu)不合理，火電機(jī)組所占比例大，但沒(méi)有相應(yīng)的火電調(diào)峰電站；供熱機(jī)組多數(shù)是以熱定電，調(diào)峰能力差， 2022年 10萬(wàn)千瓦及以下凝汽機(jī)組和小于 計(jì) 6000多萬(wàn)千瓦退役。 調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行特性 ?啟、停頻繁 ?負(fù)荷變動(dòng)范圍大 ?對(duì)外界負(fù)荷變化的響應(yīng)迅速 ?影響機(jī)組運(yùn)行機(jī)動(dòng)性、靈活性的因素很多。 調(diào)峰機(jī)組的設(shè)計(jì)與運(yùn)行特性 ? 日本東芝公司十分重視高溫汽缸頭幾級(jí)葉輪區(qū)域附近轉(zhuǎn)子表面形狀的改進(jìn)工作。 調(diào)峰機(jī)組的設(shè)計(jì)與運(yùn)行特性 ? 如對(duì)某廠運(yùn)行的 100MW機(jī)組進(jìn)行的分析表明：該型汽輪機(jī)不宜作兩班制調(diào)峰運(yùn)行。 ? 對(duì)汽輪機(jī)本體的安全運(yùn)行有重要影響的因素 : ?一是 機(jī)組軸系的振動(dòng)過(guò)大（動(dòng)態(tài)應(yīng)力大） ?二是 機(jī)組汽輪機(jī)部件受靜態(tài)力過(guò)大（包括：離心力、扭轉(zhuǎn)剪切力和 熱應(yīng)力 ）。 ? 離心力、扭轉(zhuǎn)剪切力可通過(guò)轉(zhuǎn)速限制與負(fù)荷限制保護(hù)機(jī)組的安全。 ? 問(wèn)題： 目前對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力缺少有效的監(jiān)測(cè)與保護(hù) 。累計(jì)運(yùn)行 126,691小時(shí)，啟停738次。 ? 目前國(guó)內(nèi)大部分電廠的汽輪機(jī)組未裝備熱應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中運(yùn)行人員無(wú)法得知轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的大小。 汽輪機(jī)的調(diào)峰運(yùn)行 (peak and cyclic load operation) 我國(guó)火電機(jī)組調(diào)峰現(xiàn)狀 ? 可供燃煤機(jī)組選擇的調(diào)峰方式 – 低負(fù)荷運(yùn)行方式 – 兩班制運(yùn)行或周末停機(jī)運(yùn)行方式 – 低速旋轉(zhuǎn)熱備用調(diào)峰方式 ? 強(qiáng)制頻繁啟停和深度調(diào)峰，影響到機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠運(yùn)行 兩班制運(yùn)行 ? 機(jī)組白天基本滿負(fù)荷運(yùn)行，夜間低谷時(shí)停運(yùn) 8~10小時(shí)，清晨熱態(tài)啟動(dòng)，周末停運(yùn)。 ? 有的小機(jī)組夜間采用少蒸汽無(wú)負(fù)荷運(yùn)行方式，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，帶無(wú)功負(fù)荷，故也稱為調(diào)相運(yùn)行。 ? 這類機(jī)組應(yīng)具備較好的啟動(dòng)特性和較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。如：建抽水蓄能機(jī)組，水電廠再開(kāi)發(fā)，燃?xì)廨啓C(jī)等。如：建抽水蓄能機(jī)組，水電廠再開(kāi)發(fā)，燃?xì)廨啓C(jī)等。調(diào)峰時(shí)多改為變壓運(yùn)行。 ? 變壓運(yùn)行分類 – 純變壓運(yùn)行 – 節(jié)流變壓運(yùn)行 – 復(fù)合變壓運(yùn)行，也稱為：定 —滑 —定復(fù)合變壓運(yùn)行 機(jī)組帶廠用電運(yùn)行 operation at auxliary powerload ? 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)故障時(shí)，可加快恢復(fù)電網(wǎng)供電，進(jìn)一步提高廠用電源的可靠性，保證重要地區(qū)負(fù)荷的需要。因此，應(yīng)盡可能縮短運(yùn)行時(shí)間，一般推薦帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為 10~20min。 汽輪機(jī)停運(yùn) shutdown of steam turbine 停機(jī)后的維護(hù) ? 停機(jī)后要打開(kāi)規(guī)定的疏水門(mén) ? 盤(pán)車(chē)期間保持油系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常 ? 停機(jī)在兩周以上的，開(kāi)啟通大氣的疏水、放水、排汽閥門(mén)。 ? 長(zhǎng)期停機(jī)要考慮進(jìn)一步保養(yǎng)措施 影響機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵因素－ 熱應(yīng)力 amp。 ? 當(dāng)物體的溫度不均勻時(shí)，即使沒(méi)有外界約束，也將產(chǎn)生熱應(yīng)力。 ? 有些進(jìn)口的機(jī)組雖然裝有轉(zhuǎn)子溫度探針，其實(shí)這種探針同樣是通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)顯示轉(zhuǎn)子內(nèi)外溫差的，并非直接測(cè)量轉(zhuǎn)子內(nèi)外壁的溫度，因此它的準(zhǔn)確計(jì)算同樣依賴于數(shù)學(xué)模型的建立。 ? 這種設(shè)備形似直接探測(cè)，實(shí)際上是通過(guò)傳熱學(xué)模型來(lái)建立模擬關(guān)系。 ? 另一種理論算法是數(shù)值解法 ， 它將轉(zhuǎn)子考慮為軸對(duì)稱二維計(jì)算模型 ， 避免了一維模型簡(jiǎn)化時(shí)造成的誤差 ， 用來(lái)比較精確的計(jì)算幾何邊界條件及溫度邊界條件復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題 。 – 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)汽室溫度是影響機(jī)組熱應(yīng)力的關(guān)鍵參數(shù)。 ——汽封環(huán)境寬度 ， m。 ——蒸汽粘度 , ——汽封漏汽量 ， t/h。 ? 彈性槽以及葉輪根部的過(guò)渡圓角和軸肩等處 ， 由于熱不匹配會(huì)存在著不同程度的熱應(yīng)力集中現(xiàn)象 ， 因而也應(yīng)視為機(jī)組啟停時(shí)的監(jiān)督重點(diǎn) 。 重點(diǎn)部位： ? 汽輪機(jī)高、中壓轉(zhuǎn)子的前軸封段和前幾級(jí)，在啟停及負(fù)荷變動(dòng)過(guò)程中，汽溫的變化最為劇烈，導(dǎo)致了該部位溫度梯度及熱應(yīng)力為最大，成為整個(gè)轉(zhuǎn)子的最危險(xiǎn)部位。 在機(jī)組啟停時(shí) ， 這些部位特別是軸封彈性槽處的熱應(yīng)力可能達(dá)到很高的水平 ， 是影響機(jī)組啟停安全和壽命損耗的重點(diǎn)部 位 。 國(guó)產(chǎn) 200MW機(jī)組中壓第一級(jí)葉輪根部應(yīng)力集中 N125機(jī)組彈性槽在冷態(tài)啟動(dòng)終了的應(yīng)力集中 熱應(yīng)力集中的特點(diǎn) ? 應(yīng)力集中均密集在槽底 1～ 2mm深度以內(nèi)，在這個(gè)深度以外，應(yīng)力迅速衰減至公稱應(yīng)力水平。在這個(gè)深度以外，原有的應(yīng)力水平很低，當(dāng)加工車(chē)去表面裂紋后，新表面還可有相當(dāng)高的疲勞壽命。 ? 熱應(yīng)力集中主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子的軸向應(yīng)力，切向應(yīng)力集中現(xiàn)象輕微。 熱應(yīng)力集中系數(shù) vs 機(jī)械應(yīng)力集中系數(shù) ? 在相同的幾何尺寸下，熱應(yīng)力集中系數(shù)要比機(jī)械應(yīng)力集中系數(shù)大；軸的直徑越大，兩者相差越多；當(dāng)軸徑較小時(shí)，兩者趨于相等。 熱應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算 （經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算） 葉輪根部或軸肩根部 ? 當(dāng)啟動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)后 2111 ?????? ???DDrDK eqth軸肩處： DDDD seq ?葉輪根部： DDDD eq 1? 或 DLDDDD seq ??兩葉輪之間、單葉輪根部的應(yīng)力集中情況 軸封彈性槽的熱應(yīng)力集中系數(shù) ? 式中： Kt —— 理論集中系數(shù)， ? —— 槽的深度； r —— 槽底圓角半徑； ?or —— 相當(dāng)于槽底直徑的光軸公稱當(dāng)量應(yīng)力； ?o —— 相當(dāng)于槽面直徑的光軸公稱當(dāng)量應(yīng)力； 因?yàn)闊釕?yīng)力與轉(zhuǎn)子直徑的平方成正比，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將上述式中的當(dāng)量應(yīng)力比，代以相應(yīng)