火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法与流程

本发明属于低压缸切缸技术领域，具体涉及一种火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法。

背景技术：

低压缸切缸技术是一种灵活且高效的低压缸零功率改造技术，低压缸切缸技术是通过切除低压缸部分进汽，来达到发电和居民供热两不误的目的的。采用低压缸切缸技术的方法进行低压缸零功率改造，具有灵活性好，热电负载转换快等优点。

但是由于低压缸叶片是在小流量、高背压下运行的，这样就会导致叶片在切缸状态下的风险较高，例如：

1)末级叶片在鼓风后因颤振引起的动应力风险：切缸运行工况超出了机组原先的设计考虑范围，机组低压缸蒸汽流量低于最低负荷限制后，将导致末级或者次末级叶片的流场不稳定，形成倒流涡流区，从而使流场更为紊乱。叶片流场的涡流的聚集引发不规律的气流激振，这将使叶片产生很大的动应力，此时的动应力比设计工况要大5～10倍，会导致叶片断裂，严重影响机组的安全运行。

2)低压切缸温度上升后末三级叶片强度与振动风险：低压切缸后叶片温度会升高，此时叶片材料的弹性模量、材料的屈服极限都发生了变化。屈服强度下降，叶片受力情况偏离设计状态，可能会导致叶片断裂，温度上升后，叶片的刚度发生了变化，造成末三级叶片整圈频率的变化，不能满足设计状态的频率避开率，可能会引发共振，导致叶片断裂，严重影响机组的安全运行。

3)切缸后末三级叶片水蚀风险：由于低压切缸后末三级叶片长时间在低负荷工况下运行，此时叶片根部的脱流和叶片顶部的涡流汽流中夹带的水滴随蒸汽倒流冲刷叶片，从而使末级叶片的根部以及顶部进出汽边造成水蚀，对于末级叶片，切缸后鼓风产生大量的热量，末级叶片温度提升明显，正常工况叶顶水蚀会显著降低；但因流动分离导致低压末级叶片根部在漩涡作用下回流明显，甚至会携带部分喷水冲蚀末级叶片根部出汽边；近几年由于机组调峰频繁，末级叶片根部出汽边水蚀现象已比较常见；长期运行会带来严重的安全隐患。

因此，由于现有的低压缸零功率改造方法存在叶片断裂以及叶片水蚀的风险，其并无法保证机组的安全运行。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决现有的低压缸零功率改造方法存在叶片断裂以及叶片水蚀的风险的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据叶片的静应力分布、动应力大小和运行频率三个指标来选择用于火电汽轮机组低压缸零功率改造的叶片；

步骤二、火电汽轮机组低压缸零功率改造时对叶片的振动状态进行实时监控；

步骤三、增加火电汽轮机组的喷水量，并在火电汽轮机组的旁路引入蒸汽；

步骤四、对叶片的表面做喷涂处理；

步骤五、采用步骤一至步骤四的方法对火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险进行规避。

本发明的有益效果是：本发明的火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法，本发明首先选择在温度少量上升后，其强度与振动变化不会对安全性产生影响的叶片，在满足上述条件的情况下，优先选择动应力比较低叶片，并且确定其在何种负荷下动应力较大，进而确定机组的运行负荷；在机组运行中实时监控叶片状态，如果动应力过大，甚至发生颤振，可以及时发现并且报警，保障机组安全性；通过增加喷水量来优化喷水系统，保证叶片的降温效果；对选定叶片的表面进行处理，提高其抗水蚀的特性；采用本发明方法可以保障叶片在切缸运行下的安全，降低叶片风险；使电厂可以顺利进行切缸运行，灵活的热电转换，完成机组灵活性改造。

本发明可以使切缸运行下的叶片的安全性提高95％以上。

附图说明

图1是本发明的火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法的流程图；

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险的规避方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据叶片的静应力分布、动应力大小和运行频率三个指标来选择用于火电汽轮机组低压缸零功率改造的叶片；

步骤二、火电汽轮机组低压缸零功率改造时对叶片的振动状态进行实时监控；

步骤三、增加火电汽轮机组的喷水量，并在火电汽轮机组的旁路引入蒸汽；

步骤四、对叶片的表面做喷涂处理；

步骤五、采用步骤一至步骤四的方法对火电汽轮机组低压缸零功率改造中叶片风险进行规避。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一的具体过程为：

对火电汽轮机组的次末级和末级叶片进行有限元计算获得次末级和末级叶片的静应力云图；根据静应力云图对次末级和末级叶片的静应力分布进行评估；

实际操作中，静应力分布包括局部静应力峰值与截面静应力平均值，将局部静应力峰值与截面静应力平均值的计算值与许用值进行对比，得到计算值/许用值，接近100％者此叶片安全裕度较小，不适合切缸；

采用有限元模态叠加法和动应力试验获得叶片在不同负荷下的的动应力大小；

有限元模态叠加法为abaqus(abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件)内置的动应力计算方法，因为火电汽轮机组叶片的激振力复杂，目前采用计算方法无法精确地计算叶片的激振力和振动应力，只能做定性分析，横向比较不同叶片的动应力水平，动应力水平高的叶片被排除在外，动应力水平低的叶片被粗略提取出来；

由于通过计算无法得到精确的叶片在不同负荷下的动应力曲线，那么可以在电厂通过动应力试验，考核整只叶片的动应力高低水平，同时避免叶片长期在高动应力下运行；

通过试验获得叶片频率在切缸状态下的坎贝尔图，要求温度升高后末级和次末级叶片频率在2820转/分～3090转/分的区间内没有共振转速；

根据试验得到的叶片频率坎贝尔图，以及末级和次末级叶片的材料弹性模量随温度变化曲线，推算出末级和次末级叶片频率在切缸状态下的坎贝尔图，得到末级叶片在150℃时的共振转速，次末级叶片在180℃共振转速，要求核算后共振转速避开工作转速，一般要求温度变化的末级、次末级叶片频率安全运行在2820转/分～3090转/分区间内没有共振转速；

选择出同时满足静应力分布、动应力大小和运行频率条件的叶片。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二的具体过程为：

对末级带有围带的整圈叶片的振动进行在线监测，并基于监测到的振动信号获取叶片的振动数据，根据叶片的振动数据实时地对叶片的裂纹风险进行估计和识别。以避免发生叶片断裂事故的发生。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤三的具体过程为：

通过增加一路喷水系统的方法来为火电汽轮机组增加喷水量，增加的一路喷水系统采用雾化喷头；在火电汽轮机组的旁路引入蒸汽，旁路引入的蒸汽经过减温减压装置后成为冷却蒸汽。

增加的一路喷水系统采用雾化喷头，保证减温效果，不易形成水滴，并且配置调节阀，喷水系统可以实现分段投入，对喷水量调节，达到减温效果的同时，不增加喷水总量。

对旁路蒸汽采用进口调节范围广的调节阀控制，控制旁路进汽冷却与蒸汽进量，实现有效降温的同时，不增大叶片的动应力。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：所述对叶片的表面做喷涂处理用于提高叶片的抗水蚀冲刷性能。

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。