【正文】 直徑平方之比。 Kt — 啟動到達時間 t 時的熱應力集中系數(shù)。 調(diào)節(jié)級汽室汽溫與轉子溫度 ? 計算熱應力時，調(diào)節(jié)級和中壓第一級汽室汽溫是一個最重要的參數(shù)。因此在啟動時，新汽的壓力以低些為宜。調(diào)節(jié)級汽溫對汽缸和轉子熱應力的影響，除了汽溫變化幅度 外，汽溫的 變化頻率 也是一個重要的因素。 壓力的變化對熱應力的影響 ? 蒸汽的壓力往往影響放熱系數(shù) 在一般粗略的計算中 ， 可以把兩者之間的關系歸納為： 轉子光軸處： 高壓軸封入口： 外表面可以視為第三類邊界條件： 壓力越大，對流系數(shù)就越大。 – 熱沖擊時承受很大的熱應力，有時僅一次熱沖擊就可能造成零部件的永久性破壞。 – 同樣，當電網(wǎng)或發(fā)電機故障而引起汽輪機甩負荷后帶廠用電或空負荷運行，也將造成汽輪機的熱沖擊。 壽命損耗 ? 疲勞損傷 – 由材料力學可知，金屬材料在交變應力反復作用下，會出現(xiàn)疲勞損傷。 – 如果應力足夠大，則循環(huán)次數(shù)不多，材料也將斷裂。 – 工程上，將產(chǎn)生宏觀初始裂紋至斷裂之間的循環(huán)周次（即斷裂壽命與致裂壽命之差）稱為：殘余壽命。這種交變熱應力循環(huán)的特點是：交變循環(huán)周期長，頻率低，疲勞裂紋萌發(fā)的循環(huán)次數(shù)少，故稱為低周疲勞 影響壽命損耗的因素 ? 影響汽輪機壽命的因素有很多，如蠕變斷裂、熱脆性、熱疲勞以及高溫介質(zhì)的氧化和腐蝕等。 (a)540℃ (b) 565℃ 兩種溫度下， 斷口掃描電鏡圖片 高溫蠕變 ? 蠕變即金屬在高溫下，長期承受一定的工作應力，即使應力不超過金屬在該溫度下的許用應力，也將發(fā)生緩慢而連續(xù)的塑性變形。 565℃ 下蠕變裂紋擴展圖 時效過程中組織變化 (a) 原始試樣 (b)660℃ 時效 300小時 (c) 660℃ 時效 500小時 (d)660℃ 時效 800小時 660℃ 溫度下不同時效時間的金相組織照片 低周疲勞 ? 汽輪機在啟停過程中轉子所承受的是交變熱應力。 ? 汽輪機轉子承受的這種交變應力的特點是交變周期長、頻率低、疲勞裂紋的循環(huán)周期少，故稱為低周疲勞。 低周疲勞特性對壽命的損耗 (續(xù) ) ? 30Cr2MoV鋼 500℃ 時的低周疲勞曲線 轉子疲勞壽命損耗 的計算 ? 依據(jù)材料的低周疲勞特性曲線進行計算，首先求 式中， ——計算點的公稱當量應力； ——材料的彈性模量； ——彈、塑性應變集中系數(shù)； ? 算出后 ，即可查得 ，則啟動（或停機）一次的壽命損耗為 ??? KEeqt ??? )/2(高溫蠕變 ? 蠕變即金屬在高溫下，長期承受一定的工作應力，即使應力不超過金屬在該溫度下的許用應力，也將發(fā)生緩慢而連續(xù)的塑性變形。在工作應力和工作溫度一定時，蠕變發(fā)展過程呈現(xiàn)三個階段： – 第一階段，是蠕變不穩(wěn)定階段； – 第二階段，是蠕變的穩(wěn)定階段，蠕變速度恒定； – 第三階段，蠕變速度增加很快，直至斷裂。 高溫蠕變 ? 汽輪機的工作溫度很高，其汽缸、轉子等零部件會發(fā)生蠕變，損耗壽命。 ac tt??高溫蠕變對壽命的損耗 ? 從圖中可看出，在同一應力下，轉子工作溫度越高，蠕變斷裂時間越短，同一溫度下，轉子承受的應力越大，蠕變斷裂時間就越短。 通常規(guī)定汽輪機運行十萬小時后 ，總的變形量不得超過 %。FATT ? 低溫脆性是指高強度合金鋼在某一低溫范圍內(nèi)，韌性特性顯著下降的一種現(xiàn)象。 –材料溫度＞ FATT， 呈現(xiàn)韌性破壞 –材料溫度＜ FATT， 呈現(xiàn)脆性破壞 ， 發(fā)生脆性損傷的可能性增加 。 ? 現(xiàn)代斷裂力學認為：金屬材料低溫脆性破壞的根本原因在于材料在鍛造、熱處理過程中形成的潛在微小裂紋。 ? 經(jīng)反復實踐與研究 ， 已形成了一系列行之有效的防止汽輪機轉子低溫脆性破壞措施 。 壽命的管理與控制 ? 對汽輪機壽命的評估方法，一般采用線性累積損傷法，即轉子的累積總壽命損耗率Ｍ為低周疲勞損傷與高溫蠕變損傷之和： ? 由上式可知，轉子的使用壽命有壽命分配問題。 汽輪機壽命的合理分配 ? 目前通常認為汽輪機的服役年限為 30年。 ? 對于帶基本負荷的機組，汽輪機壽命的損耗主要為高溫蠕變和正常檢修啟停所需低周疲勞對汽輪機壽命的損耗。負荷變化量（率）和熱態(tài)啟停次數(shù)（速區(qū)）應視電網(wǎng)的要求而定。 不同國家對機組壽命管理的規(guī)定 ? 我國 “ 進口大容量汽輪機技術談判指南 ” 中規(guī)定：汽輪機的使用壽命一般為 30年。 ? 英國國家標準 (BSI) 中規(guī)定，大機組在使用壽命期內(nèi)必須經(jīng)得起冷態(tài)啟動 100次，溫態(tài)啟動 700次，熱態(tài)啟動 3000，以及負荷突變和頻繁負荷變動。該機組設計壽 命富裕是最大的。 30年實際壽命消耗 達 %，在 600MW機組是較大的。 ? 壽命監(jiān)測就是定期或不定期（每次啟、停中或啟停后）地對汽輪機壽命的實際損耗情況進行核算，以確保機組的安全運行。 ? 在線計算即是在線監(jiān)測，將調(diào)節(jié)級或中壓第一級室內(nèi)的蒸汽溫度轉為數(shù)字信號輸入計算機，隨后計算機按照預定的程序以時間作為第二變量進行追蹤計算求出監(jiān)督部位的最大應力值及相應的壽命損耗率，隨后將計算結果輸出，如果在程序中給定一應力極限值，則當應力超限時可發(fā)出警報信號。 它能在機組啟停和負荷變化中計測壽命的損耗并累計 ，而且還和汽輪機 DCS、 DEH結合在一起 ， 對機組的啟停和負荷變化進行閉環(huán)控制 。 TURBOMAX和主機控制系統(tǒng) TT52聯(lián)系在一起，二者協(xié)調(diào)對機組進行控制，確保汽輪機的壽命損耗率控制在允許范圍內(nèi)，使啟動時間最短、最經(jīng)濟。為了監(jiān)督轉子壽命的實際損耗，應在每次啟動中或啟動后對轉子的壽命損耗進行核算。 – 關鍵點 ：要求調(diào)節(jié)級和中壓第一級的汽溫變化記錄要準確，并能反映壽命損耗監(jiān)督部位的真實汽溫狀態(tài)。 ? 在線計算 – 編制軟件，在線調(diào)用關鍵汽溫數(shù)據(jù)，在線計算當前的熱應力。 – 國外還在進一步提高新蒸汽壓力。 – 提高新蒸汽的壓力和溫度，都是降低熱耗的重要手段。 – 目前， ABB正在對初溫為 600℃ 等級的汽輪機轉子、葉片、螺栓等材料的熱強度以及轉子、汽缸、管道等材料的焊接問題等方面進行科研攻關。國外的幾個汽輪機制造廠均致力于研究發(fā)展低壓缸及末級葉片。 ** 四缸為高中壓分缸，中壓雙流。 * 加快冷態(tài)啟動時間 ， 縮短 2小時左右 。 無中心孔轉子 動、靜葉片頂部汽封 蒸汽輪機通流部分汽封 通過葉片頂部間隙減少漏汽損失 Minimize leakage flow through the blade tip clearance 多重汽封埋頭鉚釘結構 Multiple Tip Fins Recessed Tenon 級內(nèi)汽封 27 Optimize suction flow at the blade root in relation with nozzle labyrinth leakage and balance hole flow 減小根部漏汽量及相關的隔板漏汽和平衡孔汽量 漏汽控制 Leakage Control 蜂窩式汽封 It reduced secondary flow losses in the passage. 減少汽道中的二次流損失 接觸式汽封原理 接觸式油擋項目分類 機內(nèi) TNN系列接觸式油擋 *安裝在發(fā)電機汽、勵端原內(nèi)油擋位置 *解決 600MW、 300MW、 100MW、 50MW、氫冷發(fā)電機組存在的密封 瓦向機內(nèi)漏油難題 機外 TNW系列接觸式油擋 *安裝在發(fā)電機組中除高溫區(qū)的所有外油擋位置，其外形尺寸保持原端蓋外形基本不變。 TN系列接觸式油擋項目分類 TN SILIE JIECHUSHI YOUDANG XIANGMU FEN LEI 高溫 TNG系列接觸式油擋 *安裝在發(fā)電機組高中壓缸軸瓦位置。 機外 TNW系列接觸式油擋 *安裝在發(fā)電機組中除高溫區(qū)的所有外油擋位置，其外形尺寸保持原端蓋外形基本不變。 小汽機接觸式密封蓋 *TNGX系列接觸式密封蓋應用于 60萬、 30萬發(fā)電機組給水泵小汽機 *解決小汽機普遍存在的汽缸、汽封漏汽所導致的軸承箱內(nèi)油質(zhì)乳化，在 軸承箱內(nèi)生成鐵銹，引起油路堵塞，頻繁更換潤滑油 等問題。 ? 目前各大機組雖已具有常規(guī)的監(jiān)測裝置，但這些常規(guī)監(jiān)測裝置尚不能判別設備的趨向。 ? 系統(tǒng)的作用： – 實時地顯示機組的運行狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)，以有助于運行人員時刻保證機組在高效下運行。這種顯示有助于運行人員控制最佳熱耗率，減少可控損失。還可顯示此偏差對熱耗率的影響情況。 ? 在這段時間里，采用以等效運行小時（ EOH）計算的 “ 不定期預防性維修 ” 來過渡，是一項提高電力生產(chǎn)安全性與經(jīng)濟性的現(xiàn)實措施。但由于生產(chǎn)過程中偶然性故障的不可避免，改正性維修必然存在。 狀態(tài)檢修 ? 目前，國內(nèi)和國外，對汽輪發(fā)電機組的檢修大多數(shù)還是沿用預防性檢修 – 在我國，作為狀態(tài)檢修技術基礎的狀態(tài)監(jiān)測技術尚在起步階段。這主要表現(xiàn)在機組大修的間隔計算上。 – VGB的檢修間隔計算已采用多年并廣為西歐、北美所使用。 VGB汽輪機大修間隔計算方法 ? 在 VGB的檢修導則 《 VGBRll5Me》 中， EOH按下式計算： ssa c teq TnTT ??式中： Teq — 等效運行小時（ EOH） 。 以上 VGB提出的對汽輪機檢修間隔的計算辦法過于簡化。 TMC汽輪機大修間隔計算方法 ? 鑒于 VGB計算方法的缺陷，國際轉動機械大會（ TMC）用壽命分配的概念，提出了新的計算方法。 Tact — 實際運行小時數(shù)； Sns Ts — 各類啟動次數(shù)乘以相應的加權系數(shù)的總和。目前只能由運行人員或技術人員通過對機組運行參數(shù)的分析來間接地反映和判斷機組的健康水平，因此，對設備故障的判斷和設備性能效益的評價缺乏預知性、準確性和科學性，而且費時費力。 汽輪機組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷內(nèi)容 ? 狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的內(nèi)容可分為機械類和熱參數(shù)類兩大類。 ? 熱參數(shù)類： – 壓力、溫度、溫差、壓差、溫度變化率、壓力變化率、轉速、流量、流速等。 ? 其實，熱力過程參數(shù)對 通流部分 及其有關 系統(tǒng)故障 的反應是十分敏感的，往往在重大事故發(fā)生之前或剛出現(xiàn)前兆時就可以從熱參數(shù)的異常變化得到及時的預報，迅速地采取果斷措施來預防事故的發(fā)生。 ? 鑒于上述原因，汽輪機組設置在線的熱參數(shù)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)很有必要，而且它可與機組振動診斷系統(tǒng)（如果有的話）聯(lián)絡通訊，組成一個完整的電廠計算機診斷專家系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)、信息和知識 ?考慮故障診斷人的 決策過程 ：事實和數(shù)據(jù) —→ 思維 —→ 產(chǎn)生結論 —→ 決策方案 —→ 決策實施 。 ?數(shù)據(jù)：是某些具體對象的原始反映和描述 。 ?信息：對數(shù)據(jù)進行分析 ， 找出其中的關系 ， 賦予數(shù)據(jù)以某種意義和關聯(lián) ， 就形成了信息 。 ?知識：對信息進行深入洞察和再加工 ， 從中理解出其包含的模式 ， 才能獲得可資利用的信息 ， 即形成知識 。 ? 我們現(xiàn)在生活在一個網(wǎng)絡化的時代，大量信息在給人們帶來方便的同時也帶來了 一大堆問題 ：第一是信息過量，難以消化；第二是信息真假難以辨識；第三是信息安全難以保證；第四是信息形式不一致，難以統(tǒng)一處理。激增的數(shù)據(jù)背后隱藏著許多重要的信息，人們希望能夠對其進行更高層次的分析，以便更好地利用這些數(shù)據(jù)。缺乏挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的知識的手段，導致了 “ 數(shù)據(jù)爆炸但知識貧乏 ” 的現(xiàn)象。 ? 專家知識是將基本理論與一般原則和經(jīng)驗知識的有機結合而構成的綜合體。 ? 人類專家知識 – 不穩(wěn)定的，是不斷在實踐中積累、補充和完善的；它具有專有特性，為各個專家所專有，不便于交流與傳播； – 結構性、系統(tǒng)性不強，不便于整理、編輯和形式化表達； – 獲得往往要經(jīng)長期親身實踐逐漸積累，代價極高。 ? 專家系統(tǒng)是一門綜合性很強的邊緣學科 。 ? 設備診斷專家系統(tǒng)往往可以兼有解釋 、 診斷 、監(jiān)督 、 預測 、 維修或指導等功能 。 ? 數(shù)據(jù)挖掘是一種新的信息處理技術。 ? 知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘強調(diào) 事實第一 ，而專家系統(tǒng)強調(diào) 經(jīng)驗第一 。我們在 努力將數(shù)據(jù)挖掘技術應用于電廠機組的故障診斷、狀態(tài)檢修和運行決策支持 。 不能制定合適的決策 ! 數(shù)據(jù) 知識 決策 數(shù)據(jù)挖掘 定義 數(shù)據(jù)挖掘 從大量數(shù)據(jù)中尋找其規(guī)律的技術， 是統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)庫技術和人工智能技術的