王慶生

摘 要：由于渦輪機(jī)組件損失的累加，渦輪效率遞減，渦輪葉片對(duì)渦輪整體效率有重要影響個(gè)改進(jìn)的葉片設(shè)計(jì)，著重抵抗應(yīng)力、腐蝕劑和蠕變溫度，提高渦輪效率，從而提高發(fā)電廠的整體效率。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)渦輪；技術(shù)；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.045

隨著中國工業(yè)的大力發(fā)展，電力工業(yè)也發(fā)展迅速，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)。汽輪機(jī)行業(yè)的產(chǎn)品品種快速發(fā)展，由300MW提升到600MW，再到1000MW甚至超超臨界。生產(chǎn)總值達(dá)到600億元。年產(chǎn)量達(dá)到100000MW，在國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020 ）中提出新核電項(xiàng)目建設(shè)，內(nèi)陸核電建設(shè)到2020年核電裝機(jī)容量到達(dá)5800 萬KW。

1 渦輪效率

由于渦輪機(jī)組件損失的累加，渦輪效率遞減，渦輪葉片對(duì)渦輪整體效率有重要影響，最壞的情況下還會(huì)引發(fā)渦輪機(jī)的故障，需要關(guān)閉發(fā)電機(jī)。也會(huì)增加渦輪機(jī)的維護(hù)成本。出現(xiàn)缺陷是時(shí)，葉片裂紋和腐蝕，氣動(dòng)嚴(yán)重受損，導(dǎo)致效率下降，葉片和蒸汽之間的相互作用，增加了燃料的消耗，增加了運(yùn)營(yíng)成本，最終反映在消費(fèi)者成本的增加。為了減少能源正本，需要改建葉片設(shè)計(jì)。燃料消耗量的增加必然會(huì)提升發(fā)電廠的排放量。燃燒化學(xué)燃料的發(fā)電廠，二氧化碳的排放量有所上升，改善渦輪技術(shù)使用更清潔，可再生燃料，減少了不必要的排放。

2 渦輪可持續(xù)性

可持續(xù)力作為能夠節(jié)約自然資源的技術(shù)能力，對(duì)環(huán)境沒有不良影響，成為人們目前關(guān)注的主要問題?，F(xiàn)代社會(huì)已逐漸減少依賴化石燃料的儲(chǔ)備，熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，可持續(xù)技術(shù)的發(fā)展，可再生能源技術(shù)，對(duì)汽輪機(jī)行業(yè)影響很大。熱電聯(lián)產(chǎn)從單一的燃料輸入變成典型的兩種不同形式能量，機(jī)械能和熱能，應(yīng)用到全球各種制造業(yè)。不僅降低了運(yùn)營(yíng)成本，也減少耗電量，減少了制造商對(duì)環(huán)境的污染。使用可再生燃料為共同發(fā)電提供更多可持續(xù)的技術(shù)，不但會(huì)帶來額外的好處，對(duì)環(huán)境的影響更小。除了制造業(yè)得到的益處，還能從燃燒外殼中得到好處。由于外殼含量大部分是二氧化硅，如果加熱到700°C就可以保留無定形硅。因此，純硅廣泛應(yīng)用于電腦芯片和其他點(diǎn)擊產(chǎn)品設(shè)備。此外，鈉和硅酸鉀，用于粘合劑和洗滌劑以及用于制藥產(chǎn)品。此外，發(fā)現(xiàn)1千克稻殼可以產(chǎn)生等能量的“1.5 kg煤和1.0 kg的油。這表明，蒸汽發(fā)電機(jī)不管用于工業(yè)上還是商業(yè)上，可以分類為一些最可持續(xù)的能源發(fā)電技術(shù)。這兩種技術(shù)的結(jié)合（可再生燃料和改進(jìn)的渦輪葉片設(shè)計(jì)）提出了一個(gè)顯著的高效、可持續(xù)的發(fā)電方法。如果這個(gè)組合可以在全球各地的發(fā)電廠實(shí)施，將減少各自的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，因?yàn)樵絹碓缴俚陌嘿F的燃料消耗。最終，這降低了運(yùn)營(yíng)成本將反映出消費(fèi)者的能源成本下降。事實(shí)上，這類技術(shù)，如廢物轉(zhuǎn)化能源焚燒商業(yè)和工業(yè)廢物產(chǎn)生能源），已經(jīng)在部分國家汽輪機(jī)中實(shí)現(xiàn)了。

模態(tài)分析是進(jìn)行其他動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)子內(nèi)表面冷卻慢，升溫率影響應(yīng)力值和壽命損耗率，啟動(dòng)停止優(yōu)化準(zhǔn)則可以對(duì)調(diào)峰方式評(píng)估，選取適當(dāng)?shù)拈g隔時(shí)間，在轉(zhuǎn)子中心調(diào)節(jié)級(jí)，計(jì)算汽輪機(jī)的冷態(tài)啟動(dòng)，溫太啟動(dòng)，熱態(tài)啟動(dòng)，停機(jī)過程的溫度場(chǎng)，暖機(jī)過程會(huì)比較緩慢，內(nèi)外表面溫差加大，蠕變斷裂時(shí)間變短，壽命的評(píng)估一般采用線性累積損傷法，當(dāng)轉(zhuǎn)子振幅超過動(dòng)靜間隙，出現(xiàn)碰摩，使一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能。間隙的變化引起摩擦變化，在碰摩周期內(nèi)，轉(zhuǎn)子與靜子隔離開，溫度分布不均勻，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界值時(shí)，滯后角小于90度，故障產(chǎn)生震動(dòng)信號(hào)，摩擦加劇引起轉(zhuǎn)子的彎曲變形。通過仿真研究分析轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力分布，找出危險(xiǎn)位置，對(duì)轉(zhuǎn)子故障研究有積極的作用。

汽輪發(fā)電機(jī)組分為單機(jī)運(yùn)行和并列運(yùn)行兩種運(yùn)行方式。并列運(yùn)行時(shí)，對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)保持同步，而負(fù)荷隨著電網(wǎng)頻率的變化按照機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性而變化，從而參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻。盡管燃燒廢料價(jià)格相對(duì)便宜，使用方便，但是垃圾焚燒有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，最突出的問題就是釋放毒素污染空氣，也給人類帶來嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的化合物，如二惡英、二氧化硫、二氧化氮以及許多其他有不同毒性的物質(zhì)。這使得嚴(yán)格的排放水平要求，無論有意還是無意，都導(dǎo)致了一些因此類事件而關(guān)閉的設(shè)施。然而排放控制技術(shù)和焚燒技術(shù)的進(jìn)步，重新開啟了燃燒廢料的可能性的大門。

在沖動(dòng)式式渦輪機(jī)中，蒸汽是定向的在固定的直接作用在噴嘴轉(zhuǎn)子葉片上。蒸汽接觸到葉片產(chǎn)生脈沖，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，必須指出的是，在實(shí)踐中，沒有純粹的脈沖式渦輪機(jī)，但只有一些被認(rèn)為是“低反應(yīng)”渦輪機(jī)。因此，除了蒸汽，還有可能是彎曲應(yīng)力，在脈沖渦輪葉片中發(fā)現(xiàn)的應(yīng)力可能與反動(dòng)式渦輪機(jī)的應(yīng)力相似。所有的應(yīng)力都會(huì)產(chǎn)生裂紋，會(huì)破壞葉片的結(jié)構(gòu)完整性，造成葉片的腐蝕。

3 汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行能耗優(yōu)化

汽輪機(jī)需要比常規(guī)電廠更快速度啟動(dòng)鍋爐，汽輪機(jī)在變工運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子內(nèi)部處于非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，高壓，高溫環(huán)境讓轉(zhuǎn)子受力情況復(fù)雜，參數(shù)的設(shè)定不當(dāng)，會(huì)造成更大損耗。為使超臨界機(jī)組更快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰要求，必須優(yōu)化汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程，優(yōu)化啟動(dòng)在低周疲勞壽命損耗增加0.0045%，啟動(dòng)時(shí)間也縮短229min。通過實(shí)例仿真實(shí)現(xiàn)最佳溫升率啟停的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制，進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，觀察iqdong過程溫度、差膨等參數(shù)是否超過限定，對(duì)于前后計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)、停機(jī)、變負(fù)荷的過程控制。 還要提高機(jī)組的等效可用系數(shù)，提高控制系統(tǒng)的MTBF，降低MTTR。利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)去改造原有老式汽輪機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)部，除正常調(diào)整信號(hào)外，不影響系統(tǒng)的正常工作并易于實(shí)現(xiàn)的擾動(dòng)信號(hào)是同步器給定，這種擾動(dòng)激勵(lì)方式在任何時(shí)候都可以通過運(yùn)行人員的操作來實(shí)現(xiàn)。

依據(jù)最新的材料技術(shù)和結(jié)合清潔能源，可再生燃料的使用，設(shè)計(jì)了最堅(jiān)固的渦輪葉片提升效率，產(chǎn)生大量電能。一個(gè)改進(jìn)的葉片設(shè)計(jì)，著重抵抗應(yīng)力、腐蝕劑和蠕變溫度，提高渦輪效率，從而提高發(fā)電廠的整體效率。減少消耗的燃料量，最終減少運(yùn)營(yíng)成本。總的來說這樣的技術(shù)提供一種高效、可行可持續(xù)的方法生產(chǎn)電能，使社會(huì)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐大懋，儲(chǔ)品昌，傅小生.蒸汽循環(huán)電站主設(shè)備的容量匹配[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（20）：25-29.