[發明專利]汽輪機轉子啟動曲線優化及蠕變-疲勞壽命評估的方法

有效

• 申請號: 201710422051.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107145687B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 紀冬梅;郭恒超;孫權;戴晨;吳臻茂
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種汽輪機轉子啟動曲線優化及蠕變?疲勞壽命評估的方法，首先建立優化啟動目標函數和約束條件，然后結合轉子應力SVM模型和PSO算法計算出在滿足應力要求下轉子在啟動過程中不同時間的最優溫升率，最后通過轉子CDM模型對此方法進行驗證分析。與現有技術相比，本發明實現的機組更經濟、更快速的啟動，提高了機組工作效率、實現了節能減排等優點。

技術領域

本發明涉及汽輪機轉子啟動優化技術，尤其是涉及一種汽輪機轉子啟動曲線優化及蠕變-疲勞壽命評估的方法。

背景技術

現代電力工業的發展要求汽輪機各部件承受更高的溫度和更大的工作載荷。轉子是汽輪機能量轉換和傳遞扭矩的關鍵部件，其壽命關系到整個機組的運行安全。近年來，隨著我國電網容量不斷增大，電網峰谷值日益加劇，迫使大型火電機組頻繁地參與調峰運行，轉子在這種頻繁啟停或大幅度負荷變動的非穩定工況下，其金屬材料會產生低周疲勞損傷，進而縮短汽輪機轉子的使用壽命。因此在保證轉子安全的條件下，能夠實現機組的快速啟動具有重要的意義。

汽輪機在冷態啟動過程中，主蒸汽的溫度和壓力自鍋爐點火后逐漸升高，當主蒸汽溫度達到沖轉溫度時，汽輪機轉子開始沖轉，轉速達到一定值后停止升速，待主蒸汽溫度達到一定值后開始機組開始暖機，經過一段時間的冷態暖機，在機組的軸向位移、脹差、汽缸總膨脹、高中壓外缸內壁的上下缸溫差等情況良好的條件下，汽輪機進一步升速至額定轉速。在汽輪機并網后，汽輪機主蒸汽溫度通過不同溫升率提升至額定溫度。提高啟動的溫升率，可以縮短啟動時間，相應減少啟動過程的燃油消耗量，有助于提高電廠經濟效益。但溫升率和壓升率的提高，勢必會增加高溫部件，尤其是汽輪機高、中壓轉子的低周疲勞壽命損耗，縮短機組的使用壽命。因此，對機組實際啟動過程中對汽輪機轉子進行應力計算和分析，擬定優化啟動策略，指導機組的啟動。這樣使機組的經濟性、安全性的綜合指標趨于最優，充分發揮機組的潛力。

目前，定義轉子啟動優化目標函數和約束條件，通過支持向量機(SVM，SupportedVector Machine)和遺傳粒子群算法(PSO，Particle Swarm Optimization)的結合對汽輪機轉子冷態啟動過程優化的專利還沒有新的發現，也沒有人利用連續損傷力學模型(CDM，Continuous Damage Mechanics)對汽輪機轉子優化啟動曲線的可靠性和準確性進行分析論證，且在專利網的查詢中也沒有見到與本發明詳盡的發明專利的申請和授權。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種汽輪機轉子啟動曲線優化及蠕變-疲勞壽命評估的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種汽輪機轉子啟動曲線優化及蠕變-疲勞壽命評估的方法，首先建立優化啟動目標函數和約束條件，然后結合轉子應力SVM模型和PSO算法計算出在滿足應力要求下轉子在啟動過程中不同時間的最優溫升率，最后通過轉子CDM模型對此方法進行驗證分析。

該方法具體為：

1)定義啟動優化目標函數和邊界條件：

2)建立轉子應力SVM模型：

3)基于轉子應力SVM模型的啟動優化；利用PSO算法尋找最優溫升率；

4)優化啟動方案下的轉子蠕變-疲勞壽命評估。

所述的步驟1)定義啟動優化目標函數和邊界條件具體為：

(1)依據實際啟動曲線，以主蒸汽的溫升率為參數，利用函數表達式定義啟動時間；

(2)以主蒸汽的溫度和轉子危險點的應立作為約束邊界條件。

所述的步驟1)中具體的目標函數為：

機組冷態啟動規劃問題可寫作式(1)，在約束條件下求解目標函數最優解的問題。