调峰工况汽轮机转子热应力分析

发布时间：2017-09-17 01:26

  本文关键词：调峰工况汽轮机转子热应力分析

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【摘要】：目前我国社会用电结构发生巨大变化，用电峰谷差越来越大。随着风电、光伏发电等间歇式清洁能源发电的比例不断增加，加大了电网消纳此类电能的难度，风电企业被迫弃风，造成了经济损失和社会资源的浪费。同时考虑到火电机组在低负荷时运行经济性差，这些促使大型火电机组不得不进行启停调峰运行。研究汽轮机启动过程的热应力及寿命损耗，对保障大容量火电机组参与调峰的安全性及机动性有重大意义。 调峰运行汽轮机变动负荷及启停频繁，，进入汽轮机的蒸汽参数变化大，引起汽轮机转子尤其是调节级部位金属温度发生剧烈变化，导致其温度梯度及热应力较大，对安全运行造成威胁，同时限制了机组快速调峰的能力。本文首先对汽轮机转子所受的热应力及机械应力的产生及分布进行了基础理论分析；然后，建立汽轮机转子调节级二维有限元模型，选择了合适的网格数量及进行适当的局部加密，完成网格划分；编程计算热态启动过程中不同部位的蒸汽温度及对流换热系数随启动时间的变化，作为第三类边界条件，使用ANSYS有限元软件求解温度场，得出不同时刻的温度分布情况，关键点温度及转子表面与中心线温差随时间的变化，通过热-结构耦合分析，得到转子的应力场分布，对转子的切向、径向、轴向及合成应力进行详细分析，以应力分析结果为基础，估算出热态启动一次的寿命损耗；最后，对影响热应力的因素进行了详细分析，并通过改变低负荷时的升负荷速率对热态启动过程进行优化，降低了最大应力，减小寿命损耗，提高大型火电机组参与启停调峰的安全可靠性及机动性。
【关键词】：汽轮机 风电消纳 热应力 调峰运行
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK263.61
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 汽轮机转子热应力分析理论基础16-28
• 2.1 传热学理论基础16-18
• 2.1.1 本文中涉及到的基本传热方式16-17
• 2.1.2 导热微分方程式及定解条件17-18
• 2.2 热应力分析理论基础18-20
• 2.2.1 热应力的概念及产生原因18-19
• 2.2.2 热应力的计算公式19-20
• 2.3 转子受力情况分析20-27
• 2.3.1 转子离心应力21-26
• 2.3.2 转子合成应力26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 热态启动温度场和应力场计算28-46
• 3.1 几何模型的建立及网格划分28
• 3.2 转子金属的物性参数28-29
• 3.3 边界条件的确定29-36
• 3.3.1 热态启动概述29-30
• 3.3.2 蒸汽参数的确定30-31
• 3.3.3 蒸汽物性参数的计算31-33
• 3.3.4 放热系数的计算公式33-35
• 3.3.5 温度与对流换热系数计算结果35-36
• 3.4 温度场的计算结果与分析36-40
• 3.5 应力场的计算结果与分析40-43
• 3.6 转子疲劳寿命损耗的估算43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 热应力的影响因素分析及启动优化46-55
• 4.1 温度匹配对热应力影响分析46-49
• 4.2 温升量和温升率对热应力影响分析49-52
• 4.2.1 转子热应力计算的解析公式49-51
• 4.2.2 热应力关系曲线51-52
• 4.2.3 温升分配对转子热应力的影响52
• 4.3 热态启动过程的优化52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士期间取得的研究成果及发表的学术论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：866471