專利名稱：一種汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法，應(yīng)用于汽輪機(jī)可用性的設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)提高，屬于汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)由汽輪機(jī)本體、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)、熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)、汽封和疏水子系統(tǒng)組成，評(píng)價(jià)汽輪機(jī)可用性的指標(biāo)是可用系數(shù)。在汽輪機(jī)的使用階段，通過(guò)汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以確定使用階段汽輪機(jī)可用系數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，但在設(shè)計(jì)階段還無(wú)法確定汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的可用系數(shù)?，F(xiàn)有的汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)材料選用、強(qiáng)度計(jì)算和振動(dòng)計(jì)算可以判斷汽輪機(jī)部件的強(qiáng)度與振動(dòng)設(shè)計(jì)是否安全，但在設(shè)計(jì)階段還給不出汽輪機(jī)可用系數(shù)的設(shè)計(jì)值。目前對(duì)于汽輪機(jī)可用性設(shè)計(jì)的定量評(píng)價(jià)和改進(jìn)提高，還沒(méi)有適合的方法可供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)可用性的定量計(jì)算、定量評(píng)價(jià)和改進(jìn)提高的汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法，其特征在于，其方法為第一步確定設(shè)計(jì)綜合系數(shù)Ak汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)綜合系數(shù)Ak確定使用下式Ak＝1-k1-k2-k3-k4其中，k1為汽輪機(jī)的高溫部件材料設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)高溫部件在不同進(jìn)汽溫度下選用材料劃分為A區(qū)和D區(qū)表示在表1，汽輪機(jī)高溫部件材料設(shè)計(jì)系數(shù)k1=Σi4ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，D區(qū)ki＝0.002；[表1]

k2為汽輪機(jī)部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)和C區(qū)表示在表2，汽輪機(jī)部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)k2=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，C區(qū)ki＝0.001；[表2]

k3為汽輪機(jī)部件壽命設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的壽命設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)表示在表3，汽輪機(jī)部件壽命設(shè)計(jì)系數(shù)k3=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，B區(qū)ki＝0.0006，C區(qū)ki＝0.001；[表3]

k4為汽輪機(jī)部件振動(dòng)設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的振動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)表示在表4，汽輪機(jī)部件振動(dòng)設(shè)計(jì)系數(shù)k4=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，B區(qū)ki＝0.0006，C區(qū)ki＝0.001；[表4]

第二步確定汽輪機(jī)本體的可用度AP1汽輪機(jī)本體的可用度AP1按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP1＝0.9936～0.9970；第三步確定汽輪機(jī)自動(dòng)控制子系統(tǒng)的可用度AP2汽輪機(jī)自動(dòng)控制子系統(tǒng)的可用度AP2按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP2＝0.9970～0.9990；第四步確定汽輪機(jī)供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)的可用度AP3汽輪機(jī)供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)的可用度AP3按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP3＝0.9994～0.9998；第五步確定汽輪機(jī)熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)的可用度AP4汽輪機(jī)熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)的可用度AP4按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP4＝0.9995～0.9999。
第六步確定汽輪機(jī)汽封和疏水子系統(tǒng)的可用度AP5汽輪機(jī)汽封和疏水子系統(tǒng)的可用度AP5按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP5＝0.9992～0.9998；第七步確定汽輪機(jī)的計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF不同功率汽輪機(jī)在不同的計(jì)劃?rùn)z修年份的計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF的統(tǒng)計(jì)值表示在表5；[表5]

第八步計(jì)算汽輪機(jī)可用系數(shù)AF使用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算汽輪機(jī)的可用系數(shù)AFAF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)第九步結(jié)果評(píng)價(jià)只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF≥0.92，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的可用性達(dá)到優(yōu)良值，可用性設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)束；第十步改進(jìn)設(shè)計(jì)當(dāng)只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF＜0.92時(shí)，改進(jìn)高溫部件材料設(shè)計(jì)、重新進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命設(shè)計(jì)和振動(dòng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行設(shè)計(jì)可用性評(píng)價(jià)，直到只有小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF≥0.92達(dá)到優(yōu)良值為止。
本發(fā)明提出一種使只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)達(dá)到0.92的高可用性設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于汽輪機(jī)可用性的設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)提高。
當(dāng)汽輪機(jī)的高溫部件材料和結(jié)構(gòu)變化時(shí)，本發(fā)明依據(jù)高溫部件材料設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命設(shè)計(jì)和振動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果選取設(shè)計(jì)綜合系數(shù)；基于汽輪機(jī)本體和子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算汽輪機(jī)的可用系數(shù)；對(duì)于不同功率的汽輪機(jī)，計(jì)算不同計(jì)劃?rùn)z修年份的汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF；把只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)可用系數(shù)與優(yōu)良值0.92相比較，評(píng)價(jià)其可用性是否達(dá)到高可用性的優(yōu)良值。如果汽輪機(jī)的可用性沒(méi)有達(dá)到優(yōu)良值，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)高溫部件材料、進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命設(shè)計(jì)和振動(dòng)設(shè)計(jì)，直到汽輪機(jī)的可用系數(shù)達(dá)到優(yōu)良值為止，從而提高汽輪機(jī)的可用性。本發(fā)明可用性設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)可用系數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算；本發(fā)明可用性評(píng)價(jià)方法，在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)可用系數(shù)的定量評(píng)價(jià)；本發(fā)明高可用性設(shè)計(jì)方法，從高溫部件材料選用、結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命設(shè)計(jì)與振動(dòng)設(shè)計(jì)合格，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的高可用性設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段可以定量計(jì)算、定量評(píng)價(jià)和有效提高汽輪機(jī)的可用系數(shù)。如果汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF達(dá)不到要求的優(yōu)良值，通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的可用性改進(jìn)，達(dá)到提高可用性的技術(shù)效果。


圖1汽輪機(jī)系統(tǒng)的功能框圖；圖2汽輪機(jī)系統(tǒng)的可用性框圖；圖3為本發(fā)明所采用方法的流程圖；圖4為本發(fā)明所采用方法的計(jì)算機(jī)軟件框圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例如圖1所示，某型號(hào)進(jìn)汽溫度為538℃的亞臨界600MW汽輪機(jī)由汽輪機(jī)本體、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)、熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)、汽封和疏水子系統(tǒng)構(gòu)成，其可用性框圖如圖2所示。
如圖3所示，為本發(fā)明所采用方法的流程圖，汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法為首先根據(jù)汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度為538℃，高中壓轉(zhuǎn)子采用CrMoV鋼，高壓和中壓第1級(jí)葉片采用CrMoV鋼，內(nèi)缸和進(jìn)汽室均采用1％CrMo鋼，查表1計(jì)算得，k1＝0+0.002+0.002+0.002＝0.006；強(qiáng)度設(shè)計(jì)全部合格，查表2計(jì)算得，k2＝0；沒(méi)有進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)，查表3計(jì)算得，k3＝0.0006+0.0006+0.0006+0.0006+0.0006＝0.003；軸系橫向振動(dòng)設(shè)計(jì)合格，沒(méi)有進(jìn)行軸系穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、軸系扭振設(shè)計(jì)和高中壓缸動(dòng)葉調(diào)頻設(shè)計(jì)，低壓缸動(dòng)葉片調(diào)頻設(shè)計(jì)合格，查表4計(jì)算得，k4＝0+0.0006+0.0006+0.0006+0＝0.0018。計(jì)算得，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)綜合系數(shù)為Ak＝1-k1-k2-k3-k4＝1-0.006-0-0-0.003-0.0018＝0.9892。該型號(hào)汽輪機(jī)的AP1，AP2，AP3，AP4，AP5取變化范圍的中間值，AP1＝0.9953，AP2＝0.9980，AP3＝0.9996，AP4＝0.9997，AP5＝0.9995。計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)取中間值，對(duì)于只有計(jì)劃小修年份，POF＝0.06301。根據(jù)公式AF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)，使用圖4所示計(jì)算機(jī)軟件框圖編制的軟件計(jì)算得AF＝0.9196，在只有計(jì)劃小修年份，該型號(hào)汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)的可用系數(shù)沒(méi)有達(dá)到優(yōu)良值。
改進(jìn)設(shè)計(jì)方案根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度為538℃，高中壓轉(zhuǎn)子仍采用CrMoV鋼，高壓和中壓第1級(jí)葉片改用C422鋼，內(nèi)缸和進(jìn)汽室均改用2％CrMo鋼，查表1計(jì)算得，k1＝0；強(qiáng)度設(shè)計(jì)全部合格，查表2計(jì)算得，k2＝0；重新對(duì)高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)并合格，低壓轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸和進(jìn)汽室沒(méi)有進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)，查表3計(jì)算得，k3＝0+0+0.0006+0.0006+0.0006＝0.0018；改進(jìn)結(jié)構(gòu)后振動(dòng)設(shè)計(jì)均合格，查表4計(jì)算得，k4＝0。計(jì)算得，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)綜合系數(shù)為Ak＝1-k1-k2-k3-k4＝1-0-0-0-0.0018-0＝0.9982。該型號(hào)汽輪機(jī)的AP1，AP2，AP3，AP4，AP5，取變化范圍的中間值，AP1＝0.9953，AP2＝0.9980，AP3＝0.9996，AP4＝0.9997，AP5＝0.9995。計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)取中間值，對(duì)于只有計(jì)劃小修年份，POF＝0.06301。根據(jù)公式AF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)，使用圖4所示計(jì)算機(jī)軟件框圖編制的軟件計(jì)算得AF＝0.9279，在只有計(jì)劃小修年份，該型號(hào)汽輪機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)后可用系數(shù)達(dá)到優(yōu)良值。
使用本發(fā)明提供的汽輪機(jī)可用性的設(shè)計(jì)方法及評(píng)價(jià)方法，在設(shè)計(jì)階段達(dá)到了定量評(píng)價(jià)和改進(jìn)提高汽輪機(jī)可用性的技術(shù)效果。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法，其特征在于，其方法為第一步確定設(shè)計(jì)綜合系數(shù)Ak，汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)綜合系數(shù)Ak確定使用下式Ak＝1-k1-k2-k3-k4其中，k1為汽輪機(jī)的高溫部件材料設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)高溫部件在不同進(jìn)汽溫度下選用材料劃分為A區(qū)和D區(qū)表示在表1，汽輪機(jī)高溫部件材料設(shè)計(jì)系數(shù)ki=Σi4ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，D區(qū)ki＝0.002；[表1]
k2為汽輪機(jī)部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)和C區(qū)表示在表2，汽輪機(jī)部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)k2=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，C區(qū)ki＝0.001；[表2]
k3為汽輪機(jī)部件壽命設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的壽命設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)表示在表3，汽輪機(jī)部件壽命設(shè)計(jì)系數(shù)k3=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，B區(qū)ki＝0.0006，C區(qū)ki＝0.001；[表3]
k4為汽輪機(jī)部件振動(dòng)設(shè)計(jì)系數(shù)，按照汽輪機(jī)部件不同的振動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)表示在表4，汽輪機(jī)部件振動(dòng)設(shè)計(jì)系數(shù)k4=Σi5ki,]]>定義A區(qū)ki＝0，B區(qū)ki＝0.0006，C區(qū)ki＝0.001；[表4]
第二步確定汽輪機(jī)本體的可用度AP1汽輪機(jī)本體的可用度AP1按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP1＝0.9936～0.9970；第三步確定汽輪機(jī)自動(dòng)控制子系統(tǒng)的可用度AP2汽輪機(jī)自動(dòng)控制子系統(tǒng)的可用度AP2按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP2＝0.9970～0.9990；第四步確定汽輪機(jī)供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)的可用度AP3汽輪機(jī)供油及潤(rùn)滑油子系統(tǒng)的可用度AP2按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP3＝0.9994～0.9998；第五步確定汽輪機(jī)熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)的可用度AP4汽輪機(jī)熱工監(jiān)視與保護(hù)子系統(tǒng)的可用度AP4按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP4＝0.9995～0.9999；第六步確定汽輪機(jī)汽封和疏水子系統(tǒng)的可用度AP5汽輪機(jī)汽封和疏水子系統(tǒng)的可用度AP5按照汽輪機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值取為AP5＝0.9992～0.9998；第七步確定汽輪機(jī)的計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF不同功率汽輪機(jī)在不同的計(jì)劃?rùn)z修年份的計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF的統(tǒng)計(jì)值表示在表5；[表5]
第八步計(jì)算汽輪機(jī)可用系數(shù)AF使用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算汽輪機(jī)的可用系數(shù)AFAF＝Ak·AP1·AP2·AP3·AP4·AP5·(1-POF)第九步結(jié)果評(píng)價(jià)只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF≥0.92，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的可用性達(dá)到優(yōu)良值，可用性設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)束；第十步改進(jìn)設(shè)計(jì)當(dāng)只有計(jì)劃小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF＜0.92時(shí)，改進(jìn)高溫部件材料設(shè)計(jì)、重新進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命設(shè)計(jì)和振動(dòng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行設(shè)計(jì)可用性評(píng)價(jià)，直到只有小修年份汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF≥0.92達(dá)到優(yōu)良值為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)高可用性的設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)方法，其方法為確定設(shè)計(jì)綜合系數(shù)A
文檔編號(hào)G06F17/50GK1851720SQ20061002486
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者史進(jìn)淵, 楊宇, 鄧志成, 危奇 申請(qǐng)人:上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所