大型汽轮机运行特性52015

大型汽轮机运行特性主讲：付忠广教授/博导fuzhongguang@126.com本课程的主要内容汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题汽轮机几种典型运行事故与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理汽轮机采用的提高经济性的先进技术汽轮机组状态的监测和故障诊断第九章提高汽轮机经济性的先进技术新蒸汽参数的提高由热力学理论可知，提高新蒸汽参数能明显改善机组的运行经济性，特别是提高新蒸汽压力。国内外还在进一步提高新蒸汽压力以及采取二次再热。目前已相继出现新汽压力为30～35MPa的超超临界机组投入运行。提高新蒸汽的压力和温度，都是降低热耗的重要手段。ABB进行了计算分析，如对初压为18MPa、25MPa及30MPa和初温、再热汽温为540℃、565℃、600℃的机组，当其他参数相同，压力从亚临界18MPa提高到超临界25MPa及以上时，热耗降低约l.8%～2.0%；当初压不变而汽温从540℃提高至565℃时，热耗约可降低1.3%～l.5%，如果提高到600℃，则热耗可降低3%～3.5%。目前，国内外正在对初温为700℃等级的汽轮机转子、叶片、螺栓等材料的热强度以及转子、汽缸、管道等材料的焊接问题等方面进行科研攻关。子午面边界喷嘴蜂窝式汽封可控涡及全三维（马刀）型反动式叶片马刀型静叶片及隔板低压低直径汽封隔板三元流场三种马刀型S2流面计算提高经济性的先进技术叶片和级设计的改进中间级叶片采用进汽边为大圆弧中间级叶片采用以（可控涡设计的、三维计算方法设计的）扭曲叶片低压缸对整台机组的出力和经济性是至关重要的，特别是末级叶片的结构与性能。国内外的几个汽轮机制造厂均致力于研究发展低压缸及末级叶片。马刀型全三元理论计入叶片力减少二次流损失减少静叶叶根部转折角后加载沿叶高等反动度分布直叶片可控涡叶型马刀型动静叶高效反动式可控涡及全马刀型叶型

当代计算气动力学的顶尖技术*边界层湍流模型的方法及数值求解*国际先进N-S全三元求解的水平准确模拟不同工况之间的相对变化准确模拟全场参数的分布规律N-S全三元气动计算技术汽轮机静叶栅通流部分差异只在中压缸：

**三缸为高中压合缸，中压单流，通流量大。**四缸为高中压分缸，中压双流。性能差异：

**经济性四缸优于三缸**三缸中压动叶用足材料的强度极限**结构成本三缸低于四缸**四缸启动性能更好三缸与四缸机组*最大应力下降50%。*加快冷态启动时间，缩短2小时左右。*提高高压缸通流效率。无中心孔转子蒸汽轮机通流部分汽封减小根部漏汽量及相关的隔板漏汽和平衡孔汽量漏汽控制

LeakageControl蜂窝式汽封减少汽道中的二次流损失接触式汽封原理接触式汽封产品图片接触式汽封产品图片本课程的主要内容汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题汽轮机几种典型运行事故与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理汽轮机采用的提高经济性的先进技术汽轮机组状态的监测和故障诊断第十章汽轮机组状态的监测和故障诊断状态监测和故障诊断是机组状态检修的基础。目前各大机组虽已具有常规的监测装置，但这些常规监测装置尚不能判别设备的趋向。为此，必须进一步完善对汽轮机组状态的监测和故障诊断热参数监测及诊断系统的作用系统组成：热应力计算及寿命估计、热参数监测、热耗分析和与振动系统的分接口等几部分。系统的作用：实时地显示机组的运行状态、系统参数，以有助于运行人员时刻保证机组在高效下运行。显示那些影响热耗率而运行人员又可控制的实时值与目标值。这种显示有助于运行人员控制最佳热耗率，减少可控损失。显示高、中、低压缸的效率、高加运行情况、给水流量的实测值、目标值和偏差。还可显示此偏差对热耗率的影响情况。状态检修的过渡时期科技的发展必然使电力设备从预防性检修走向状态检修，但这需要一段时间。在这段时间里，采用以等效运行小时（EOH）计算的“不定期预防性维修”来过渡，是一项提高电力生产安全性与经济性的现实措施。从预防性检修走向状态检修除了为防止突发性故障外，更多的是考虑“过”修的不经济性与不安全性。但由于生产过程中偶然性故障的不可避免，改正性维修必然存在。根据国外的经验统计，改正性维修占30％，预防性维修占70％是从安全和经济综合考虑的一个较好的比例。状态检修目前，国内和国外，对汽轮发电机组的检修大多数还是沿用预防性检修在我国，作为状态检修技术基础的状态监测技术尚在起步阶段。国外状态监测技术虽然发展较快，但为了保证设备安全，提高设备利用率，减少输出费用，却已采用了一些新的不定期预防性维修办法向状态维修过渡。这主要表现在机组大修的间隔计算上。德国大电站联合会VGB提出了汽轮机大修间隔的计算方法，他们较早提出用“等效运行小时(EOH)”来计算大修间隔。VGB的检修间隔计算已采用多年并广为西欧、北美所使用。如瑞士ABB、美国EPRI、圣地亚哥煤气电力公司均用此方法计算大修间隔。VGB汽轮机大修间隔计算方法在VGB的检修导则《VGB-Rll5Me》中，EOH按下式计算：式中：Teq—等效运行小时（EOH）;

Tact—实际运行小时数；

ns——启动次数（不分冷热态）；

Ts——启动加权系数（20~30h）。以上VGB提出的对汽轮机检修间隔的计算办法过于简化。它对不同启动状态所造成机组的不同程度的疲劳损伤未加区分。TMC汽轮机大修间隔计算方法鉴于VGB计算方法的缺陷，国际转动机械大会（TMC）用寿命分配的概念，提出了新的计算方法。1993年第九届TMC大会上通过了《TMCST002汽轮机检修导则》，计算公式如下：式中：Teq—等效运行小时（EOH）;

Tact—实际运行小时数；

SnsTs—各类启动次数乘以相应的加权系数的总和。

ncTc—冷态启动次数×加权系数；

nwTw—温态启动次数×加权系数；

nh

Th—热态启动次数×加权系数；

nvTv—极热态启动次数×加权系数；机组的诊断尽管现代化机组控制系统先进，自动化程度高，保护功能多，但用来直接反映机组运行效益和进行故障诊断的专家系统还很不完善。目前只能由运行人员或技术人员通过对机组运行参数的分析来间接地反映和判断机组的健康水平，因此，对设备故障的判断和设备性能效益的评价缺乏预知性、准确性和科学性，而且费时费力。同时，对运行人员的优化操作和检修人员的状态检修也带来很大困难。汽轮机组的状态监测和故障诊断内容状态监测和故障诊断的内容可分为机械类和热参数类两大类。机械类：转子不平衡、转子弯曲、转子涡动、转子碰摩、轴承不稳定、短路电流转矩、热膨胀、叶片断裂、进冷汽冷水、阀门门杆卡涩、热疲劳裂纹、阀门开度等。热参数类：压力、温度、温差、压差、温度变化率、压力变化率、转速、流量、流速等。热参数监测及故障诊断的优势以往人们对振动信号给予极大重视，而忽视了热力过程参数。其实，热力过程参数对通流部分及其有关系统故障的反应是十分敏感的，往往在重大事故发生之前或刚出现前兆时就可以从热参数的异常变化得到及时的预报，迅速地采取果断措施来预防事故的发生。此外，汽轮机热力参数的测量数据非常丰富，可以用多个参数的变化规律来明确故障的性质、程度及具体位置，从而及时地做好损坏部件的备品，缩短机组的检修时间。鉴于上述原因，汽轮机组设置在线的热参数监测及故障诊断系统很有必要，而且它可与机组振动诊断系统（如果有的话）联络通讯，组成一个完整的电厂计算机诊断专家系统。用专家系统进行设备的诊断通过对各种诊断经验的描述，有利于存储和推广专家宝贵的经验知识；众多专家的知识可以被融合进诊断系统，得到综合利用；拥有人机联合诊断功能，可以充分发挥现场人员的主观能动性。数据、信息和知识考虑故障诊断人的决策过程：事实和数据

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思维

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产生结论

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决策方案

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决策实施。这个过程实际是：数据—→信息—→知识—→决策目标的过程。数据：是某些具体对象的原始反映和描述。单纯的数据不能提供判断或解释，它不是决策行动的可靠基础。信息：对数据进行分析，找出其中的关系，赋予数据以某种意义和关联，就形成了信息。信息虽然有一定的意义，但它往往和人们手头的任务没有什么联系，还不能作为判断、决策和行动的依据。知识：对信息进行深入洞察和再加工，从中理解出其包含的模式，才能获得可资利用的信息，即形成知识。知识才是决策可依赖的基础。我们现在生活在一个网络化的时代，大量信息在给人们带来方便的同时也带来了一大堆问题：第一是信息过量，难以消化；第二是信息真假难以辨识；第三是信息安全难以保证；第四是信息形式不一致，难以统一处理。人们开始考虑：“如何才能不被信息淹没，而是从中及时发现有用的知识、提高信息利用率？”随着数据库技术的迅速发展，人们积累的数据越来越多。激增的数据背后隐藏着许多重要的信息，人们希望能够对其进行更高层次的分析，以便更好地利用这些数据。目前的数据库系统，无法发现数据中存在的关系和规则，无法根据现有的数据预测未来的发展趋势。缺乏挖掘数据背后隐藏的知识的手段，导致了“数据爆炸但知识贫乏”的现象。知识种类、专家知识及其特点

知识获得的途径:通过书本知识的学习这类知识的逻辑性、系统性、结构性强，可以通过学习和训练得到，但不易于直接应用；长期实践的经验积累或向有经验的人学习这类知识的综合性、启发性、不确定性强，而结构性、逻辑性、系统性差，尽管它一般缺乏严格的理论依据，难以保证其普遍适用性和正确性，但在一些应用场合却往往简洁、实用、有效。专家知识是将基本理论与一般原则和经验知识的有机结合而构成的综合体。人类专家知识与人工专家知识有不同的特点人类专家知识不稳定的，是不断在实践中积累、补充和完善的；它具有专有特性，为各个专家所专有，不便于交流与传播；结构性、系统性不强，不便于整理、编辑和形式化表达；获得往往要经长期亲身实践逐渐积累，代价极高。人工专家知识相对稳定的（具有自学习功能的除外），便于复制、传播，可使更多的人共享宝贵的专家知识资源；用形式化表达，便于对知识进行整理与编辑；获取的代价相对较低（与培养一名人类专家相比）专家系统的特点专家系统是一种人工智能软件系统。专家系统是一门综合性很强的边缘学科。专家系统的处理问题能力和水平取决于它拥有的知识容量与质量。设备诊断专家系统往往可以兼有解释、诊断、监督、预测、维修或指导等功能。专家系统诊断方法致命的弱点：专家系统诊断准确率的高低，主要取决于知识库中知识的多少及正确率的大小，其成功与否与领域专家的经验有关；知识的获取是一个难度很大的问题。大数据（数据挖掘）是一种新的信息处理技术。人们把数据看作是形成知识的源泉，好像从矿石中采矿或淘金一样。知识发现和数据挖掘强调事实第一，而专家系统强调经验第一。数据挖掘可以形成专家系统的有力补充。我们在努力将大数据（数据挖掘）技术应用于电厂机组的故障诊断、状态检修和运行优化等。大数据的定义38Bigdataisacollectionofdatasetssolargeandcomplexthatitbecomesdifficulttoprocessusingon-handdatabasemanagementtools.大数据意指一个超大的、难以用现有常规的数据库管理技术和工具处理的数据集。维基百科Bigdatatechnologiesdescribeanewgenerationoftechnologiesandarchitectures,designedtoeconomicallyextractvaluefromverylargevolumesofawidevarietyofdata,byenablinghigh-velocitycapture,discovery,and/oranalysis.大数据技术描述了一种新一代技术和构架，用于以很经济的方式、以高速的捕获、发现和分析技术，从各种超大规模的数据中提取价值。IDC年度数字宇宙研究报告《从混沌中提取价值》大数据的战略意义39在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。大数据的战略意义两个关键点40大量新数据源的出现则导致了非结构化、半结构化数据爆发式的增长根据监测，人类产生的数据量正在呈指数级增长，大约每两年翻一番，这个速度在2020年之前会继续保持下去。这意味着人类在最近两年产生的数据量相当于之前产生的全部数据量数据量增加数据结构日趋复杂这些由我们创造的信息背后产生的这些数据早已经远远超越了目前人力所能处理（获取，存储，管理，分析）的范畴大数据时代正在来临..传统数据vs大数据数据量传统数据41速度多样性价值大数据传统软件能在需要时间内处理完毕传统软件无法在需要时间内处理完毕增长慢，可以实时处理增长快，传统构架无法实时处理结构化数据结构化，半结构化非结构化统计和报表为主深度挖掘和预测对大数据的认识42华北电力大学付忠广/fuzhongguang@163.com数据的价值43大数据的特点（4个“V”）44华北电力大学付忠广/fuzhongguang@163.com1PB（Petabyte千万亿字节拍字节）=10^3TB=10^6GB数据的回报4546数据挖掘数据库越来越大有价值的知识可怕的数据大数据，数据爆炸，知识贫乏数据挖掘的原由数据挖掘----定义数据挖掘--从大量数据中寻找其规律的技术，是统计学、数据库技术和人工智能技术的综合。数据挖