一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法与流程

1.本发明属于汽轮机发电领域，具体涉及一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法。


背景技术：

2.随着风电、光伏发电在电力系统中所占比重日益增大并逐渐成为主体部分，可再生能源随机性、间歇性和波动性的显著特点对电力系统的稳定性和安全性带来了巨大挑战，提升电力系统灵活性成为构建新型电力系统的关键所在。为新能源规模化接入电网奠定基础，深度调峰将成为火电机组的常态。
3.火电机组从冷再或热再管道引出高温蒸汽经减温减压后供给于热用户，是目前热电联产工业供热的一个重要手段已被广泛使用。然而随着机组深度调峰常态化，一方面在运行中冷再或热再蒸汽压力将滑压逐渐降低，另一方面受制于锅炉再热器热量平衡及机组轴向推力的影响，中低负荷边界下，时常出现热电联产机组供热母管压力及流量不满足用户需求的技术难题。
4.为保障深度调峰工况下的用户需求，可采用中联门节流参与调整的运行方式加以解决。技术方法是通过调整关小汽轮机中联门开度进行蒸汽节流，使得进入汽轮机中压缸的蒸汽在中联门前的局部有限空间形成滞止流，发生“憋压”效应，在压力波能量传递的作用下，达到提升冷再或热再管道蒸汽压力的目的。此外中联门节流后机组中低压通流区做功能力降低，负荷随之下降，提升供热能力的同时可进一步促进调峰深度，也增强了机组热电解耦能力。然而，中调阀快速参与调节提升冷再压力的同时也使得高压缸内的流动过程受阻，严重者将发生明显的鼓风效应。
5.考虑到常规大容量火电机组初始设计边界均为承载电网基准负荷，因而常规运行方式下机组中联门将处于常开非调整状态，故已有的运行监视系统主要针对机组50％tha及以上运行工况，并未涉及中联门节流参与调节的运行工况。现有的系统中对于中联门参调供热边界下可能造成的高压缸鼓风发热现象缺乏科学的监测，且无法合理有效选取监测点的位置。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，能够科学有效的设计温度传感器的安装位置，使监测信号采集处于最精确的位置，能够获得鼓风发生区域的温度极值，有利于评估鼓风发生后缸体材料的失效情况。
7.为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
8.s1，将高压缸鼓风发热的监测重点区域设置在次末级及末级通流区域，并在重点区域内设置温度传感器；
9.s2，通过机组调峰最低负荷、机组供热流量以及中联门开度，确定中联门参调供热下汽轮机高压缸通流流量的最小边界值，根据高压缸通流流量的最小边界值，确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置；
10.根据高压缸排汽端设计气动参数，确定温度传感器置入主流相对深度及温度传感器与主流迎风夹角，确定温度传感器在子午面通流径向定位相对位置；
11.根据高压缸末级几何设计参数，确定温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，以及温度传感器周向之间的阵列相对角度，确定温度传感器在周向定位相对位置；
12.s3，根据温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置、径向定位相对位置以及周向定位相对位置，进行三维几何成型定位，最终确定温度传感器在高压缸鼓风发热的监测位置。
13.温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于监测通流级级间的涡系耗散产生的级间温温区，第二温度温度传感器用于监测排汽出口回来涡系耗散产生的级后高温温区。
14.s2中，高压缸通流流量的最小边界值的计算方法如下：
[0015][0016]
其中，fg为高压缸通流流量，n为机组调峰最低负荷，为中联门开度，fz为机组供热流量，t为时间尺度。
[0017]
确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置时：
[0018]
当高压缸通流流量最小边界值大于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感器(1)定位于末级静叶前截面并置于叶顶内缸壁面区域；第二温度传感器(2)定位于末级动叶出口处内缸顶部壁面区域；
[0019]
当高压缸通流流量最小边界值小于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感器(1)定位于末级静叶和末级动叶中间截面并置于叶顶内缸壁面区域；第二温度传感器(2)定位于末级动叶出口处内缸顶部壁面区域。
[0020]
s2中，高压缸排汽端设计气动参数包括末级与次末级的反动度、设计压比、设计级焓降、静叶进口汽流角度、静叶出口汽流角度、动叶进口汽流角度和动叶出口汽流角度。
[0021]
s2中，温度传感器置入主流相对深度的计算方法如下：
[0022][0023]
其中，h为温度传感器置入主流相对深度，π1为次末级的反动度，π2为末级的反动度，δp为设计压比，δh为设计级焓降，t为时间尺度。
[0024]
s2中，温度传感器与主流迎风夹角的计算方法如下：
[0025][0026]
其中，θ为温度传感器置入与主流迎风夹角，α1为静叶进口汽流角度，α2为静叶出口汽流角度，β1为动叶进口汽流角度，β2为动叶出口汽流角度。
[0027]
s2中，高压缸末级几何设计参数包括静叶、动叶叶片高度，50％叶高处轮周半径，
叶片安装角度及转子半径。
[0028]
温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角的计算方法如下：
[0029][0030]
其中，ρ为温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，hs为末级静叶高度，hr为末级动叶高度，r
50％
为50％叶高处轮周半径，r
rotor
为转子半径，αs为叶片安装角度，e为指数，t为时间尺度。
[0031]
温度传感器周向之间的阵列相对角度的计算方法如下：
[0032][0033]
其中，γ为温度传感器的阵列相对角度，n为温度传感器安装个数。
[0034]
与现有技术相比，本发明将次末级及末级通流区域作为高压缸鼓风发热的监测重点区域，根据机组调峰最低负荷、机组供热流量以及中联门开度，确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置；根据高压缸排汽端设计气动参数，确定温度传感器在子午面通流径向定位相对位置；根据高压缸末级几何设计参数，确定温度传感器在周向定位相对位置；最后，进行三维几何成型定位，最终确定高压缸鼓风发热监测位置。本发明根据现有参数，科学的设计了温度传感器的安装位置，使监测信号采集处于最精确的位置，能够获得鼓风发生区域的温度极值，有利于评估鼓风发生后缸体材料的失效情况，本发明排除了人为主观概念性判断因素的干扰，有助于提高高压缸鼓风监测准确度和实时性，并且能够直观的展示通流区内鼓风的时空演化特性，可有效评估鼓风发生的临界边界，快速判断中联门参调供热下高压缸的通流顺畅状态，避免了的随机盲目性导致的决策延迟，具有普遍适用性。
附图说明
[0035]
图1为实施例的流程图；
[0036]
图2为实施例中高压缸通流流量最小边界值大于40％tha工况下高压缸通流设计流量时温度传感器在子午面通流轴向、径向定位相对位置；
[0037]
图3为实施例中高压缸通流流量最小边界值小于40％tha工况下高压缸通流设计流量时温度传感器在子午面通流轴向、径向定位相对位置；
[0038]
图4为实施例中周向定位相对位置图；
[0039]
其中，1、第一温度传感器；2、第二温度传感器；3、叶顶内缸壁面；4、转子；5、末级动叶；6、末级静叶。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0041]
参见图1，本发明包括以下步骤：
[0042]
s1，将高压缸鼓风发热的监测重点区域设置在次末级及末级通流区域，并在重点区域内设置温度传感器；
[0043]
s2，通过机组调峰最低负荷、机组供热流量以及中联门开度，确定中联门参调供热下汽轮机高压缸通流流量的最小边界值，根据高压缸通流流量的最小边界值，确定温度传
感器在子午面通流轴向定位相对位置；
[0044]
根据高压缸排汽端设计气动参数，确定温度传感器置入主流相对深度及温度传感器与主流迎风夹角，确定温度传感器在子午面通流径向定位相对位置；
[0045]
根据高压缸末级几何设计参数，确定温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，以及温度传感器周向之间的阵列相对角度，确定温度传感器在周向定位相对位置；
[0046]
s3，根据温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置、径向定位相对位置以及周向定位相对位置，进行三维几何成型定位，最终确定温度传感器在高压缸鼓风发热的监测位置。
[0047]
实施例：
[0048]
参见图1，以某机组为例，本发明包括以下步骤：
[0049]
s1，将高压缸鼓风发热的监测重点区域设置于排汽末端，分别于次末级、及末级通流区域，安装设置监测用高精度温度传感器；高精度温度传感器分两组，第一温度传感器1用于监测通流级级间的涡系耗散产生的级间温温区，第二温度温度传感器2用于监测排汽出口回来涡系耗散产生的级后高温温区；
[0050]
s2，通过机组调峰最低负荷、机组供热流量以及中联门开度，确定中联门参调供热下汽轮机高压缸通流流量的最小边界值；依据高压缸通流流量的最小边界值，确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置；高压缸通流流量的最小边界值的关联公式为：
[0051][0052]
其中，fg为高压缸通流流量，n为机组调峰最低负荷，为中联门开度，fz为机组供热流量，t为时间尺度；
[0053]
当高压缸通流流量最小边界值大于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感器1定位于末级静叶6前截面并置于叶顶内缸壁面3区域；第二温度传感器2定位于末级动叶5的出口处内缸顶部壁面区域；
[0054]
当高压缸通流流量最小边界值小于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感1器定位于末级静叶6、末级动叶5的中间截面并置于叶顶内缸壁面3区域；第二温度传感器2定位于末级动叶5的出口处内缸顶部壁面区域；
[0055]
s3，根据高压缸排汽端设计气动参数，计算得出温度传感器置入主流相对深度及其与主流迎风夹角，确定其在子午面通流径向定位相对位置；温度传感器置入主流相对深度计算关联式为
[0056][0057]
其中，h为温度传感器置入主流相对深度，π1为次末级的反动度，π2为末级的反动度，δp为设计压比，δh为设计级焓降，t为时间尺度；
[0058]
温度传感器置入与主流迎风夹角计算关联式为
[0059][0060]
其中θ为温度传感器置入与主流迎风夹角，α1为静叶进口汽流角度，α2为静叶出口
汽流角度，β1为动叶进口汽流角度，β2为动叶出口汽流角度；
[0061]
s4，根据高压缸末级几何设计参数，确定温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，以及传感器周向之间的阵列相对角度，确定其在周向定位相对位置；高压缸末级几何设计参数包括静叶、动叶叶片高度，50％叶高处轮周半径，叶片安装角度及转子4的半径等；温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角算关联式为
[0062][0063]
其中，ρ为温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，hs为末级静叶6的高度，hr为末级动叶5的高度，r
50％
为50％叶高处轮周半径，r
rotor
为转子4的半径，as为叶片安装角度，e为指数，t为时间尺度；
[0064]
温度传感器的阵列相对角度计算公式为
[0065][0066]
其中，γ为温度传感器的阵列相对角度，n为温度传感器安装个数；
[0067]
s5，根据s2-s4分别确定轴向定位相对位置、径向定位相对位置以及周向定位相对位置后，进行三维几何成型定位，最终确定高压缸鼓风发热监测位置。

技术特征：
1.一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，将高压缸鼓风发热的监测重点区域设置在次末级及末级通流区域，并在重点区域内设置温度传感器；s2，通过机组调峰最低负荷、机组供热流量以及中联门开度，确定中联门参调供热下汽轮机高压缸通流流量的最小边界值，根据高压缸通流流量的最小边界值，确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置；根据高压缸排汽端设计气动参数，确定温度传感器置入主流相对深度及温度传感器与主流迎风夹角，确定温度传感器在子午面通流径向定位相对位置；根据高压缸末级几何设计参数，确定温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，以及温度传感器周向之间的阵列相对角度，确定温度传感器在周向定位相对位置；s3，根据温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置、径向定位相对位置以及周向定位相对位置，进行三维几何成型定位，最终确定温度传感器在高压缸鼓风发热的监测位置。2.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，温度传感器包括第一温度传感器(1)和第二温度传感器(2)，第一温度传感器(1)用于监测通流级级间的涡系耗散产生的级间温温区，第二温度温度传感器(2)用于监测排汽出口回来涡系耗散产生的级后高温温区。3.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，s2中，高压缸通流流量的最小边界值的计算方法如下：其中，f
g
为高压缸通流流量，n为机组调峰最低负荷，为中联门开度，f
z
为机组供热流量，t为时间尺度。4.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，确定温度传感器在子午面通流轴向定位相对位置时：当高压缸通流流量最小边界值大于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感器(1)定位于末级静叶前截面并置于叶顶内缸壁面区域；第二温度传感器(2)定位于末级动叶出口处内缸顶部壁面区域；当高压缸通流流量最小边界值小于40％tha工况下高压缸通流设计流量时，第一温度传感器(1)定位于末级静叶和末级动叶中间截面并置于叶顶内缸壁面区域；第二温度传感器(2)定位于末级动叶出口处内缸顶部壁面区域。5.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，s2中，高压缸排汽端设计气动参数包括末级与次末级的反动度、设计压比、设计级焓降、静叶进口汽流角度、静叶出口汽流角度、动叶进口汽流角度和动叶出口汽流角度。6.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，s2中，温度传感器置入主流相对深度的计算方法如下：
其中，h为温度传感器置入主流相对深度，π1为次末级的反动度，π2为末级的反动度，δp为设计压比，δh为设计级焓降，t为时间尺度。7.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，s2中，温度传感器与主流迎风夹角的计算方法如下：其中，θ为温度传感器置入与主流迎风夹角，α1为静叶进口汽流角度，α2为静叶出口汽流角度，β1为动叶进口汽流角度，β2为动叶出口汽流角度。8.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，s2中，高压缸末级几何设计参数包括静叶、动叶叶片高度，50％叶高处轮周半径，叶片安装角度及转子半径。9.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角的计算方法如下：其中，ρ为温度传感器于周向截面中与水平中分面的安装夹角，h
s
为末级静叶高度，h
r
为末级动叶高度，r
50％
为50％叶高处轮周半径，r
rotor
为转子半径，α
s
为叶片安装角度，e为指数，t为时间尺度。10.根据权利要求1所述的一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，其特征在于，温度传感器周向之间的阵列相对角度的计算方法如下：其中，γ为温度传感器的阵列相对角度，n为温度传感器安装个数。

技术总结
本发明属于汽轮机发电领域，公开了一种中联门参调供热下高压缸鼓风发热预警监测位置选取方法，本发明根据现有参数，科学的设计了温度传感器在高压缸鼓风发热的监测重点区域内的安装位置，使监测信号采集处于最精确的位置，能够获得鼓风发生区域的温度极值，有利于评估鼓风发生后缸体材料的失效情况，本发明排除了人为主观概念性判断因素的干扰，有助于提高高压缸鼓风监测准确度和实时性，并且能够直观的展示通流区内鼓风的时空演化特性，可有效评估鼓风发生的临界边界，快速判断中联门参调供热下高压缸的通流顺畅状态，避免了的随机盲目性导致的决策延迟，具有普遍适用性。具有普遍适用性。具有普遍适用性。


技术研发人员：马汀山 高庆 曾立飞 屈杰 居文平 张永海 朱蓬勃 高登攀 谷伟伟 胡文帅 潘渤
受保护的技术使用者：西安西热节能技术有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/1