文档介绍：第卷第期华电技术.
年月.
超超临界汽轮机转子启动过程
的热应力分析
韩炜,何青,沈克伟,费立凯
华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京
摘要:超超临界汽轮机转子工作在高蒸汽参数的恶劣环境下,特别是在机组参与调峰等变工况运行时,转子材料内部产
生极大的热应力,如果运行操作不当将会给转子带来巨大的损伤。以超超临界汽轮机高压转子为研究对象,运
用转子热应力分析理论,依据现场实测数据计算得到高压转子各级的蒸汽参数及其换热系数,建立转子热应力有限元计算
的边界条件。运用软件分别对机组在冷态和温态启动过程中高压转子的温度场及应力场进行计算,比较了种工
况下高压转子的热应力谱。计算、分析结果可为超超临界汽轮机组的启动和变工况运行提供参考。
关键词:超超临界机组;汽轮机;高压转子;热应力;有限元分析;冷态启动;温态启动
中图分类号:. 文献标志码: 文章编号:———
超超临界汽轮机组高压转子运行参数高,所处
引言
环境恶劣,变工况运行时要经历剧烈的温度变化,是
随着国民经济的迅速发展,用电需求逐年增加, 汽轮机组寿命最薄弱的部件。因此,本文以某电
在用电量增加的过程中,我国的能源结构也在发生改厂汽轮机组高压转子为研究对象,根据有
变,即工业用电减少,居民用电比重提高,造成电网峰限元计算软件,采用热一结构直接耦合法,计算分析
谷差越来越大,极大地影响了电网的稳定性。根据冷态、温态启动过程中高压转子温度场和应力场,获
国家节能减排政策的要求,低效率高耗能的小型火电得了应力集中点的应力谱,为机组的优化运行及寿
机组逐渐被淘汰,大容量高参数火电机组得到普遍应命管理提供了依据。
用。此外,我国水能资源虽然丰富,但分布极其不均, 热应力分析理论
%的装机容量集中在中南和西南地区,受季节的影
响,调峰能力有限。因此,大中型火电机组必须频零部件在外力的作用下发生变形,从而在内部
产生应变和应力,但是,物体的变形不仅仅由外力作
繁地参与到电网调峰的任务中来。
用引起,温度的变化也能引起变形,即热变形,热胀
在调峰过程中,机组需要频繁地启、停和变负荷
冷缩就是热变形的例子。当温度变化所引起的膨胀
运行,从而使汽轮机转子承受剧烈的温度变化产生
或收缩受到约束时,会在物体内产生应力,即热应
的交变热应力,最终导致部件产生低周疲劳损伤,缩
力,本文研究的转子启动过程中由于受热产生的热
短整个机组的使用寿命。虽然现在的超超临界
应力就是如此。
大型汽轮机组都配有热应力监测系统,但采用的都
在转子变工况运行过程中,转子体温度分布严
是简化的一维理论模型,不能反映机组真实的运行
重不均,从而产生热应力,因此,热应力的计算是以
状况,前期都需要通过更为准确的热应力耦合计算
确定的温度场为基础的。将转子视为均匀、各向同
来校核。目前,对容量在及以下的汽轮
性且无内热源的物体,并假定转子温度及载荷沿周
发电机组做的离线热应力分析比较多,技术也比较
向是相同的,属于求解轴对称非定常温度函数问题,
成熟,但对超超临界汽轮发电机组转子进其温度场的数学模型为
行热应力耦合方面的计算分析等研究还未见报道。
一————十十————,.
因此,对超超临界汽轮