[发明专利]汽轮机转子启动曲线优化及蠕变-疲劳寿命评估的方法

说明书

本发明涉及一种汽轮机转子启动曲线优化及蠕变‑疲劳寿命评估的方法，首先建立优化启动目标函数和约束条件，然后结合转子应力SVM模型和PSO算法计算出在满足应力要求下转子在启动过程中不同时间的最优温升率，最后通过转子CDM模型对此方法进行验证分析。与现有技术相比，本发明实现的机组更经济、更快速的启动，提高了机组工作效率、实现了节能减排等优点。

技术领域

本发明涉及汽轮机转子启动优化技术，尤其是涉及一种汽轮机转子启动曲线优化及蠕变-疲劳寿命评估的方法。

背景技术

现代电力工业的发展要求汽轮机各部件承受更高的温度和更大的工作载荷。转子是汽轮机能量转换和传递扭矩的关键部件，其寿命关系到整个机组的运行安全。近年来，随着我国电网容量不断增大，电网峰谷值日益加剧，迫使大型火电机组频繁地参与调峰运行，转子在这种频繁启停或大幅度负荷变动的非稳定工况下，其金属材料会产生低周疲劳损伤，进而缩短汽轮机转子的使用寿命。因此在保证转子安全的条件下，能够实现机组的快速启动具有重要的意义。

汽轮机在冷态启动过程中，主蒸汽的温度和压力自锅炉点火后逐渐升高，当主蒸汽温度达到冲转温度时，汽轮机转子开始冲转，转速达到一定值后停止升速，待主蒸汽温度达到一定值后开始机组开始暖机，经过一段时间的冷态暖机，在机组的轴向位移、胀差、汽缸总膨胀、高中压外缸内壁的上下缸温差等情况良好的条件下，汽轮机进一步升速至额定转速。在汽轮机并网后，汽轮机主蒸汽温度通过不同温升率提升至额定温度。提高启动的温升率，可以缩短启动时间，相应减少启动过程的燃油消耗量，有助于提高电厂经济效益。但温升率和压升率的提高，势必会增加高温部件，尤其是汽轮机高、中压转子的低周疲劳寿命损耗，缩短机组的使用寿命。因此，对机组实际启动过程中对汽轮机转子进行应力计算和分析，拟定优化启动策略，指导机组的启动。这样使机组的经济性、安全性的综合指标趋于最优，充分发挥机组的潜力。

目前，定义转子启动优化目标函数和约束条件，通过支持向量机(SVM，SupportedVector Machine)和遗传粒子群算法(PSO，Particle Swarm Optimization)的结合对汽轮机转子冷态启动过程优化的专利还没有新的发现，也没有人利用连续损伤力学模型(CDM，Continuous Damage Mechanics)对汽轮机转子优化启动曲线的可靠性和准确性进行分析论证，且在专利网的查询中也没有见到与本发明详尽的发明专利的申请和授权。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种汽轮机转子启动曲线优化及蠕变-疲劳寿命评估的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种汽轮机转子启动曲线优化及蠕变-疲劳寿命评估的方法，首先建立优化启动目标函数和约束条件，然后结合转子应力SVM模型和PSO算法计算出在满足应力要求下转子在启动过程中不同时间的最优温升率，最后通过转子CDM模型对此方法进行验证分析。

该方法具体为：

1)定义启动优化目标函数和边界条件：

2)建立转子应力SVM模型：

3)基于转子应力SVM模型的启动优化；利用PSO算法寻找最优温升率；

4)优化启动方案下的转子蠕变-疲劳寿命评估。

所述的步骤1)定义启动优化目标函数和边界条件具体为：

(1)依据实际启动曲线，以主蒸汽的温升率为参数，利用函数表达式定义启动时间；

(2)以主蒸汽的温度和转子危险点的应立作为约束边界条件。

所述的步骤1)中具体的目标函数为：

机组冷态启动规划问题可写作式(1)，在约束条件下求解目标函数最优解的问题。