动力工程学报

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汽轮机与燃气轮机

汽轮机复杂套装转子内部应力分析

谈尚炯, 陈钢, 王炜哲, 陈汉平

2013, 33(8): 581-585.

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对核电汽轮机多级共用轮盘复杂套装转子的结构特征、温度环境和力载荷进行了研究,利用Abaqus有限元软件计算了装配套装转子的应力场及稳态运行工况的温度场和应力场,并分析了轮盘与主轴装配过盈量对转子安全运行的影响.结果表明:稳态运行时套装转子表面的最高温度可达250 ℃,从进口到出口,套装转子温度沿轴向逐渐降低,出口端的最后一个轮盘温度低于70 ℃;稳态运行工况下离心力载荷和热膨胀对接触面装配应力的影响较为明显;稳态运行时,装配初期过盈量产生的接触面应力减小幅度较大,但仍能保证套装转子在现有过盈量下安全运行.

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汽轮机与燃气轮机

基于惯性环节的汽轮机转子温度计算方法

杨宇,祁昊,邓志成, 陈钢,

2013, 33(8): 586-590.

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介绍了基于一阶惯性环节的高压转子温度场的计算原理和方法,推导了在控制系统中使用的简化迭代计算公式.针对1 000 MW超超临界汽轮机,利用有限元法对其温度场进行了计算,验证了在热应力监控中使用高压内缸内壁温度等效代替高压转子外表面温度的合理性.采用一阶惯性环节法、差分法和有限元法等3种方法,对汽轮机高压转子冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动和滑参数停机过程的体积平均温度和转子中心温度进行了计算,并对比分析了3种方法的转子表面温差和转子中心温差的计算精度.结果表明:一阶惯性环节法的计算精度高且方便易用,可作为一种监控汽轮机转子温度场的有效方法.

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汽轮机与燃气轮机

端面齿啮合段的弯曲刚度特性研究

葛庆,谈芦益,李一峰,李浦

2013, 33(8): 591-594.

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针对端面齿的存在会引起燃气轮机转子结构轴向不连续的现象,应用端面齿啮合段的弯曲刚度分析方法和三维有限元法建立非线性接触分析模型,计算了不同预紧力作用下端面齿啮合段的弯曲刚度,提出了整体转子结构的弯曲刚度修正系数,并分析了关键几何结构参数对端面齿啮合段弯曲刚度修正系数的影响.结果表明:预紧力大于由弯矩引起的脱开力是保持端面齿啮合段弯曲刚度稳定的条件;端面齿内直径和外直径对弯曲刚度修正系数的影响甚微,而齿数的增加会减小弯曲刚度修正系数.

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汽轮机与燃气轮机

阀体后90°圆形弯管内部流场的数值模拟

魏志, 王玉璋

2013, 33(8): 595-599.

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利用大涡模拟(LES)方法对阀体后90°圆形弯管内部流场进行了三维数值模拟,获得了蝶阀在全开状态下弯管内不同截面的流场特性和不同径向截面的涡旋结构,并与粒子图像测试(PIV)实验结果进行了对比.结果表明:大涡模拟方法能够更细致地模拟弯管内部流体的流场特性,且与实验结果吻合较好;弯管中心以上20 mm截面附近受到蝶阀扰流的影响最大,且速度较大区域出现位置相对靠后;各个截面θ=0处均存在涡旋结构,同时弯管外侧形成较明显的涡旋结构,且涡旋结构出现的位置相对稳定.

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自动控制与监测诊断

600 MW超临界机组控制特性的分析与控制策略的研究

章伟杰, 杨景祺, 李卓霖, 王琳, 俞康

2013, 33(8): 600-605.

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通过分析超临界机组的燃料质量流量扰动、给水质量流量扰动和汽轮机调门开度扰动对主蒸汽压力和分离器出口温度的影响,得出相应的动态特性和各参数之间的关联性,从原理上给出燃料指令、给水指令与煤水比之间的相互关系,确定了机组指令与锅炉指令的静态和动态关系.提出超临界机组汽水一体化的控制理念,采用变设定值、变参数、动态前馈的控制方式优化控制策略,使超临界机组能稳定快速地跟随AGC的要求,同时保证机组变参数运行的稳定性.

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自动控制与监测诊断

基于小波包能量分析及改进支持向量机的风机机械故障诊断

许小刚, 王松岭, 刘锦廉

2013, 33(8): 606-612.

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为了准确诊断风机的机械故障,提出了一种基于小波包能量特征和改进支持向量机的诊断方法.在某4-73No.8D风机实验台上对13种不同运行状态下的振动信号进行采集,利用小波包对振动信号进行消噪、分解与重构,提取其小波包能量特征,得到了各运行状态下风机多测点信息融合的小波包能量特征向量,并利用改进支持向量机对特征向量样本集进行训练与测试,实现了风机机械故障的分类诊断.结果表明:该诊断方法能够有效地诊断风机机械故障的类别、严重程度和发生部位,且诊断准确率高、测试时间短,适用于在线机械诊断.

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辅机技术

两级式低温烟气换热器运行效果评价

张瑞卿, 杨海瑞, 吕俊复

2013, 33(8): 613-618.

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在回热系统中布置低温烟气换热器(GCH)是降低排烟温度和回收热量的有效方式,将烟气换热器分别布置在1 000 MW机组的电气除尘器前和脱硫吸收塔前,研究了烟气换热器投运后机组的性能.结果表明:两级式低温烟气换热器投运后,汽轮机热耗降低了0.56%,供电煤耗降低了1.59 g/(kW·h),同时保证了烟气温度高于其酸露点温度,降低了相关设备的腐蚀风险;在保证脱硫效率的前提下,脱硫系统水耗降低了39.75 t/h;电气除尘器的除尘效率有所提高,出口粉尘平均排放质量浓度降低到14.05 mg/m³,能够满足新的国家排放标准要求;两级式低温烟气换热器有效地实现了机组节能、脱硫系统节水和电气除尘器除尘效率提高的目标,具有良好的应用前景.

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辅机技术

考虑潮汐影响的凝汽器变工况特性及最佳真空

夏林, 刘德有, 王丰, 焦诗元, 罗成春

2013, 33(8): 619-624.

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为解决海水直流冷却水系统中因忽略潮汐而带来凝汽器变工况特性与最佳真空求解的不准确性问题,以某电厂2×800 MW机组的海水直流冷却水系统为例,研究了考虑潮汐引起的海水水位变化对冷却水体积流量、机组微增功率和循环水泵耗电功率的影响,完善了凝汽器变工况和最佳真空的数学模型,得到凝汽器变工况特性的计算结果,并对考虑和不考虑潮汐影响2种情况下求解得到的凝汽器最佳真空进行了对比分析.结果表明:潮汐对凝汽器压力影响显著,且随着凝汽器进口水温的升高,这种影响增大;当2种情况下的循环水泵最优运行方式不同时,凝汽器最佳真空也不同,但考虑潮汐影响下的循环水泵最优运行方式总能保证机组在更好的经济效益下运行.

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辅机技术

汽轮发电机组板式凝汽器流程设计研究

徐磊, 张涛, 杨立军, 刘赟, 杜小泽

2013, 33(8): 625-632.

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针对某300 MW直接空冷火电机组增加50 MW尖峰水冷冷却能力的要求,探讨了在汽轮发电机组中应用板式凝汽器冷却乏汽的可行性.以BR-05人字形板片为换热元件,在给定的汽轮机背压和蒸汽侧、冷却水侧压降条件下,提出板式凝汽器的设计方案.分析了蒸汽侧板间距、冷却水侧板间距、冷却水侧流程及冷却水侧流动形式对板式凝汽器传热和流动性能的影响.结果表明:凝汽器中的流程布置应考虑板片结构,水侧流程应小于3;水侧板间距对板式凝汽器的性能影响较小,而蒸汽侧板间距对其性能影响较大.

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辅机技术

转角正方形管束有降膜流动时的压降实验

刘华, 沈胜强, 陈石, 龚路远, 刘瑞, 陈学

2013, 33(8): 633-636.

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为了深入研究大型海水淡化装置中流动阻力对装置性能的影响,建立了大型水平管束降膜流动特性实验台,模拟了水平管降膜蒸发器内蒸汽的流动过程,分析了饱和蒸汽温度和喷淋密度对管束流动阻力的影响.引入新的参数(喷淋雷诺数)对实验数据进行了拟合,得出蒸汽横掠有降膜流动的转角正方形管束的压降系数公式.结果表明:在相同的蒸汽质量流量和喷淋密度下,压降随饱和蒸汽温度的升高而降低;压差预测值与实验值的误差小于±15%.

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能源系统工程

火电机组回热系统结构系数计算方程

李慧君, 马超, 谷凯娜

2013, 33(8): 637-642.

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以定功率为条件,利用矩阵法和偏微分理论建立了火电机组回热系统结构系数通用计算方程,利用该方程计算出回热系统各处的结构键系数σ_i和外部键系数β_i,并以N-1000机组为例进行了计算和分析.结果表明:火电机组回热系统结构系数可以反映各加热器损以及局部输入对整个回热系统损或输入的影响,把系统的局部改善纳入到对系统的整体影响进行观察,以便确定回热系统的节能重点,并为火电机组设计优化方案的选择提供参考.

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能源系统工程

实用机组定滑压运行曲线试验研究

邵峰, 黄启龙, 戴维葆, 马晓峰

2013, 33(8): 643-647.

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以某600 MW空冷机组为例,在不影响锅炉、汽轮机安全运行的前提下,借助性能试验测试手段,结合局部能耗分析法寻求机组经济、安全和实用的定滑压运行曲线,并通过理论分析得出在负荷管理中滑压运行时主蒸汽压力变化值和排汽压力变化值的线性关系;以排汽压力为变量设置主蒸汽压力偏置来改善定滑压运行曲线,并对机组的优化试验结果进行了验证.结果表明:该优化方案对机组安全运行和节能降耗有显著的效果.

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能源系统工程

烟气余热回收利用节煤效益计算方法研究

何翊皓, 李必正, 朱青国, 刘建江, 陈正东

2013, 33(8): 648-652.

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利用热力学第一定律、热力学第二定律以及汽轮机热平衡图等方法对锅炉烟气余热回收用于供热或加热凝结水时的节煤效益进行了研究,并结合计算案例与工程实践的性能考核数据进行了比较与分析.结果表明:计算节煤效益的准确方法是首先计算回收的烟气余热量,然后计算得到汽轮机热平衡图、给出新的汽轮机热耗,最后按照给出的节煤效益计算公式计算机组供电煤耗降低值;为了提高节煤效益,在锅炉烟气余热回收工程性能设计时,应该尽量节约更高级抽汽口的蒸汽,而不是单纯追求尽可能低的烟气温度.

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材料科学

国产超临界汽轮机转子钢低周疲劳特性的试验研究

吕方明, 王坤, 黄树红, 欧阳坤贝

2013, 33(8): 653-658.

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为了解国产超临界汽轮机转子钢的静拉伸性能和低周疲劳特性,在540 ℃和593 ℃温度下对5种国产超临界汽轮机转子钢进行了静拉伸试验和总应变控制低周疲劳试验,给出了汽轮机转子钢的静拉伸力学性能参数,并拟合出其应变-疲劳寿命关系式.结果表明:在经过540 ℃和593 ℃低周疲劳试验后,5种转子钢的维氏硬度分别下降了约15和20,试验用超临界汽轮机转子钢均具有明显的循环软化特性.

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材料科学

蒸汽侧氧化膜对锅炉T91钢管蠕变断裂寿命的影响

边彩霞, 周克毅, 朱正林, 胥建群

2013, 33(8): 659-664.

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建立了电站锅炉T91钢管蠕变断裂寿命计算模型,定量分析了蒸汽侧管壁温度和等效应力对T91受热管蠕变断裂寿命的影响,并对不同热负荷、不同尺寸受热管的计算结果进行了比较.结果表明:蒸汽侧氧化膜导致管壁温度升高是缩短部件蠕变断裂寿命的主要原因,等效应力增大是次要原因;受热管的蠕变断裂寿命随蒸汽侧氧化膜厚度的增加呈抛物线缩短;随管子热负荷的增加,蒸汽侧氧化膜对受热管蠕变断裂寿命的影响程度加剧;蒸汽侧氧化膜对外径较小的厚壁管子蠕变断裂寿命的影响较大.

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