一种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及燃气一蒸汽联合循环发电领域，更具体地说，涉及一种联合循环发电 机组汽轮机快速启动控制方法和装置。
【背景技术】
[0002] 燃气一蒸汽联合循环发电技术渐趋成熟，世界范围内天然气资源的进一步开发， 燃气轮机及其联合循环发电在电力系统中的地位逐渐提高。燃气轮机具备的安装快、占地 少、启停迅速、安全可靠、用水少等一系列优点也备受青睐。可以预测，随着我国能源结构的 调整，环保要求日益严格，联合循环作为一种先进的发电技术，在我国电力生产行业中的地 位也日提尚。
[0003] 在当前联合循环发电系统中，燃气轮机冷态启动能在2~20min内达到额定负荷， 而汽轮机冷态启动至满负荷却需要95min，燃气轮机达到额定负荷而汽轮机还处于暖机阶 段长达约1.5个小时。在这个的过程中，燃气轮机的很大一部分排气会通过旁路系统直接 排出，余热锅炉的蒸汽也经旁路阀排至凝汽器，造成巨大的能源损失。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本申请提供一种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制方法和装置， 以快速启动汽轮机，达到节约能源的目的。
[0005] 为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0006] 一种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制方法，包括：
[0007] 获取汽轮机的结构和运行数据，并根据所述结构和运行数据建立转子有限元模 型；
[0008] 利用所述专利有限元模型对汽轮机转子的温度场和应力场进行计算分析，确定监 测关键点的位置；
[0009] 实时监测所述监测关键点的应力变化，并根据应力变化对汽轮机的启动曲线进行 修正。
[0010] 优选的，所述根据所述结构和运行数据建立转子有限元模型，包括：
[0011] 利用ANSYS软件建立汽轮机转子有限元模型。
[0012] 优选的，所述利用所述专利有限元模型对汽轮机转子的温度场和应力场进行计算 分析，确定监测关键点的位置，包括：
[0013] 采用平面轴对称二维四节点的plane55单元进行网格划分，进而对转子温度场进 行计算与分析；
[0014] 根据转子温度场的计算结果，用ANSYS进行热-应力耦合，进一步进行每个启动工 况的启动应力计算与分析，根据VonMises准则，计算应力由离心应力和热应力按第四强度 理论合成；
[0015] 将转子应力最大的部位作为监测关键点所在位置。
[0016] 优选的，所述对转子温度场进行计算与分析，包括：
[0017] 根据不同启动曲线下的调节级处缸温，计算得到转子的初始温度场；
[0018] 根据初始温度场以及蒸汽对转子表面的换热系数计算瞬态温度场，并对温度场进 行分析。
[0019] 优选的，所述，根据VonMises准则，计算应力由离心应力和热应力按第四强度理 论合成，包括：
[0020] 根据计算公式
【主权项】
1. 一种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制方法，其特征在于，包括： 获取汽轮机的结构和运行数据，并根据所述运行数据建立转子有限元模型； 利用所述专利有限元模型对汽轮机转子的温度场和应力场进行计算分析，确定监测关 键点的位置； 实时监测所述监测关键点的应力场变化，并根据应力场变化对汽轮机的启动曲线进行 修正。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述汽轮机的结构和运行数据 建立转子有限元模型，包括： 利用ANSYS软件建立汽轮机转子有限元模型。
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，所述利用所述专利有限元模型对汽轮机转子 的温度场和应力场进行计算分析，确定监测关键点的位置，包括： 采用平面轴对称二维四节点的plane55单元进行网格划分，进而对转子温度场进行计 算与分析； 根据转子温度场的计算结果，根据Von Mises准则，计算应力由离心应力和热应力按第 四强度理论合成，用ANSYS进行热-应力耦合，进一步进行每个启动工况的启动应力计算与 分析； 将转子应力最大的部位作为监测关键点所在位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对转子温度场进行计算与分析，包 括： 根据不同启动曲线下的调节级处缸温，计算得到转子的初始温度场； 根据初始温度场以及蒸汽对转子表面的换热系数计算瞬态温度场，并对温度场进行分 析。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述，根据Von Mises准则，计算应力由离 心应力和热应力按第四强度理论合成，包括： 根据计算公式
，计算转子应力 场； 其中，〇 ^为Von Mises应力；下标y, 0，r分别代表轴向、切向和径向应力； Try代表剪切应力。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时监测所述监测关键点的应力场 变化，包括： 根据转子15层分层模型，编制在线的应力计算程序，计算监测关键点的应力场。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据转子15层分层模型，编制在线的 应力计算程序，计算监测关键点的应力场，包括： 所述的在线的应力计算程序是根据测量的蒸汽压力、温度、负荷和转速，根据一定的时 间间隔实时地计算出监测面的温度场，进而计算出转子的热应力，再根据转速和监测面结 构等参数计算出转子的机械应力，两者合成为总的转子应力。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述编制在线应力计算程序之后，包括： 获取在线应力计算参数； 所述参数包括计算时间间隔、传热的换热系数、比热容、线胀系数，弹性模量和应力裕 度系数。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取在线应力计算参数，包括： 根据监测部位的几何结构、有限元计算结果，计算出转子监测部位的应力集中系数。
10. -种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制装置，其特征在于，包括： 有限元模型建立模块，根据获取汽轮机的结构和运行数据建立转子有限元模型； 监测关键点确定模块，用于利用所述专利有限元模型对汽轮机转子的温度场和应力场 进行计算分析，确定监测关键点的位置； 应力场实时监测单元，用于实时监测所述监测关键点的应力变化，并根据应力变化对 汽轮机的启动曲线进行修正。
【专利摘要】本申请公开一种联合循环发电机组汽轮机快速启动控制方法和装置。由于汽轮机的启动速度是受其转子的应力水平制约的，因而本发明在转子应力不超出最大应力范围的情况下，根据转子所受的实时应力调整汽轮机的启动曲线，缩短汽轮机的暖机时间，并在低负荷时进行暖机，从而快速启动汽轮机，达到在启动过程中多发电，节约能源的目的。
【IPC分类】F01D19-00
【公开号】CN104775856
【申请号】CN201510094899
【发明人】顾正皓, 陈坚红, 吴文健, 毛志伟, 张宝, 包劲松, 应光耀, 樊应龙, 李卫军, 朱梅芳, 秦攀, 胡洲, 王异成
【申请人】国家电网公司, 国网浙江省电力公司电力科学研究院, 浙江大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月3日