一种中压缸启动机组切并缸监控方法与流程

1.本发明属于火力发电及其在线监控技术领域，具体涉及一种中压缸启动机组切并缸监控方法。


背景技术：

2.中压缸启动具有加热均匀、热应力小、启动时间短等优点，在大型汽轮发电机组得到广泛应用，然而中压缸启动机组运行中存在切缸与并缸过程，从低负荷升至高负荷过程中会将高压缸并缸，从高负荷降至低负荷过程中会将高压缸切缸，在高压缸投切过程中汽轮机转子轴向推力发生巨大变化，高压缸末级叶片温度也变化显著，葛凌峰在论文《660mw超超临界机组中压缸启动切缸中异常事件分析及处理》中介绍了660mw超超临界机组冷态启动切缸过程中发生的设备损坏被迫停运事件，分析了事件发生的原因，制定优化处理方案。曹超在论文《大容量汽轮机中压缸启动方式及切缸过程的正确操作》介绍了汽轮机中压缸启动方式的优点，定性地介绍了中压缸启动机组的切缸技术措施。从公开的文献来看，中压缸启动机组切缸过程中引起的事故多，严重时造成设备损坏重大事故。从发生的历史事故原因分析发现均与汽轮机轴向推力和机组运行参数控制不当直接相关。然而目前针对切缸问题的处理所采取的措施仅停留在定性分析与控制策略局部优化上，并不能从汽轮机转子受力与运行参数相关联的机理上寻找最佳解决方案。为此，本发明提出了一种中压缸启动机组切并缸监控方法。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，实现对汽轮机轴向推力实时监测，本发明提供了一种中压缸启动机组切并缸监控方法，具体技术方案如下：
4.一种中压缸启动机组切并缸监控方法，包括以下步骤：
5.步骤s1，实时监测计算汽轮机轴向推力的大小f和汽轮机轴向推力变化速度vf；所述汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力fg和中压缸轴向推力fz，即：
6.f＝f
z-fg；(1)
7.步骤s2，中压缸启动进汽，高压缸不进汽，即主汽调节阀关闭，高压缸抽真空阀开启，高压缸蒸汽室处于真空状态，高压压内无蒸汽不产生轴向推力；高压旁路阀开启使主蒸汽管内蒸汽在通过高压旁路管进入锅炉再热冷段管后到锅炉加热，加热后进入中压缸，此时汽轮机轴向推力由中压缸产生，只包括中压缸轴向推力，f＝fz；控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力上限，调节低压旁路阀的开度进而控制进入中压缸的再热主蒸汽压力，低压旁路阀开度投自动状态，跟踪再热主蒸汽压力测量装置的实时测试主蒸汽压力为p
dps
；控制高压旁路阀的开度控制维持主蒸汽压力测量装置测量的主蒸汽压力为pm；
8.步骤s3，随着机组负荷提升，开启主汽调节阀，高压缸进汽，；高压缸进汽逐渐作用于高压缸转子上的负轴向推力增加，此时汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-fg，实时监测汽轮机轴向推力变化速度vf，控制汽轮机轴向推力
变化速度vf绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，同时控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值fb，如果汽轮机轴向推力f达到轴向推力报警值fb或者汽轮机轴向推力变化速度vf达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则降低主蒸汽压力pm；当负荷达额定负荷的设定比例时关闭高压缸抽真空阀，高压缸排汽逆止阀自动开启；随着负荷增加主汽调节阀开度逐渐开大后，逐渐调节高压旁路阀直至全关，完成高压缸并缸全过程；
9.步骤s4，当机组负荷降低时主汽调节阀开度逐渐关小，同时监视高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置的实时值使其小于高压缸排汽腔室蒸汽温度报警值t
qb
，逐渐开启高压旁路阀，使再热主蒸汽压力测量装置的实时测试压力值不低于p
dps
，主汽调节阀全后，联锁全开高压缸抽真空阀，高压缸排汽逆止阀自动关闭；此时完成汽轮机切高缸全过程；切高缸前汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-fg；随着高压缸进汽量作用于高压缸转子上的负轴向推力降低，此时实时监测汽轮机轴向推力变化速度vf，控制汽轮机轴向推力变化速度vf绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值fb，如果汽轮机轴向推力f达到设定的轴向推力报警值fb或者汽轮机轴向推力变化速度vf达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则开启低压旁路阀以降低再热主蒸汽压力测量装置测量的再热蒸汽压力；切高压缸后只有中压缸进汽，此时汽轮机轴向推力由中压缸产生，只包括中压缸轴向推力，即f＝fz，汽轮机完成切高缸过程。
10.优选地，所述高压缸轴向推力fg的计算方式如下：
[0011][0012]
其中，高压缸包括i个压力级，即i＝1,2,
…
,i，i为高压缸压力级的序号，i＝1时表示调节级；f
t
为高压缸调节级轴向负推力，f
1gi
为高压缸第i个压力级的动叶轴向推力，f
2gi
为高压缸第i个压力级的叶轮轴向推力，f
3gi
为高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力；
[0013]
高压缸调节级轴向负推力f
t
的计算方式如下：
[0014][0015]
其中，p
cg1
为高压缸调节级出口压力，d1、d2分别为调节级叶轮前直径、后直径；
[0016]
高压缸第i个压力级的动叶轴向推力f
1gi
的计算方式如下：
[0017]f1gi
＝g
gi
(c
jgi
sinα
jgi-c
cgi
sinα
cgi
)+πd
mgi
l
bgi
ω
mgi
δp
gi
；i＝2,3,
…
,i；(4)
[0018]
其中，g
gi
为流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jgi
、c
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jgi
、α
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mgi
为高压缸第i级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bgi
为高压缸第i级压力级的动叶叶高，mm；ω
mgi
为高压缸第i级压力级的平均焓降反动度，％；δp
gi
为作用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力级的动叶后压力p
cgi
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；
[0019]
高压缸第i个压力级的叶轮轴向推力f
2gi
的计算方式如下：
[0020][0021]
其中，d
pgi
为高压缸第i级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
gi
为高压缸第i级压力级
的叶轮平衡孔个数；d
bgi
为高压缸第i级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bgi
＝0；ω
dgi
为高压缸第i级压力级的叶轮面处反动度，％；
[0022]
高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力f
3gi
的计算方式如下：
[0023][0024]
其中，h
gi
为高压缸第i级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。
[0025]
优选地，用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力级的动叶后压力p
cgi
的压力差δp
gi
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到具体如下：
[0026]
步骤(1)，通过调节级出口蒸汽压力测量装置、调节级出口蒸汽温度测量装置实时测量采集高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
、高压缸调节级出口蒸汽温度t
cg1
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸调节级出口蒸汽焓h
cg1
和高压缸调节级出口蒸汽熵s
cg1
；
[0027]
步骤(2)，通过高压缸抽汽管上的高压缸抽汽压力测量装置、高压缸抽汽温度测量装置实时测量采集高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸抽汽蒸汽焓h
gc
和高压缸抽汽蒸汽焓熵s
gc
；
[0028]
步骤(3)，通过高压缸排汽管上的高压缸排汽压力测量装置、高压缸排汽温度测量装置实时测量高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸排汽蒸汽焓h
gp
和高压缸排汽蒸汽熵s
gp
；
[0029]
步骤(4)，将步骤s11～步骤s13得到的三个坐标点：a(h
cg1
，s
cg1
)、b(h
gc
，s
gc
)、c(h
gp
，s
gp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到高压缸焓熵曲线abc；
[0030]
步骤(5)，根据高压缸设计工况各压力级的焓降比η
jgi
进行分配，可获得实时测试工况下高压缸各压力级的焓降，通过高压缸各压力级的焓降可获得高压缸各压力级进口的焓值，即：
[0031]hjgi
＝h
gp
+η
jgi
(h
jg2-h
gp
)；(7)
[0032]
其中，η
jgi
表示为设计额定工况下高压缸第i级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值除以高压缸第2级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值的比值，i＝2～i；
[0033]
高压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jgi
与高压缸焓熵曲线abc的交点即可获得高压缸各压力级进口对应的熵s
jgi
，根据高压缸各压力级进口的焓值h
jgi
、熵值s
jgi
通过iapws-if97公式计算可得高压缸各压力级进口压力p
jgi
，获得高压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
gi
，即：
[0034]
δp
gi
＝p
cgi-1-p
cgi
＝p
jgi-p
cgi
；(8)
[0035]
在i＝2,3,
…
,i时，p
jgi
＝p
cgi-1
。
[0036]
优选地，流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量g
gi
的计算方式如下：
[0037]
流过高压缸调节级的蒸汽质量流量g
g1
由高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
确定，具体如下所示：
[0038]gg1
＝mp
cg1
；(9)
[0039]
其中，m为调节级蒸汽腔室容量系数；
[0040]
在高压缸调节级后以及高压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量皆为g
g1
；
[0041]
抽汽口后各压力级蒸汽质量流量为g
g1-g
ga
；
[0042]
其中，g
ga
为高压缸抽汽蒸汽质量流量。
[0043]
优选地，所述高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
的计算方式如下：
[0044]
通过高压缸抽汽流量节流孔板与高压缸抽汽流量差压表计配合测量得到高压缸抽汽蒸汽体积流量v
ga
，根据高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸抽汽管蒸汽密度ρ
gc
，则高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
＝v
ga
ρ
gc
。
[0045]
优选地，所述中压缸轴向推力fz的计算方式如下：
[0046][0047]
其中，中压缸包括k个压力级，即k＝1,2,
…
,k，k为中压缸压力级的序号；f
1zk
为中压缸第k个压力级的动叶轴向推力，f
2zk
为中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力，f
3zk
为中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力；
[0048]
中压缸第k个压力级的动叶轴向推力f
1zk
的计算方式如下：
[0049]f1zk
＝g
zk
(c
jzk
sinα
jzk-c
czk
sinα
czk
)+πd
mzk
l
bzk
ω
mzk
δp
zk
；(11)
[0050]
其中，g
zk
为流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jzk
、c
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jzk
、α
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mzk
为中压缸第k级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bzk
为中压缸第k级压力级的动叶叶高，mm；ω
mzk
为中压缸第k级压力级的平均焓降反动度，％；δp
zk
为作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
jzk
和中压缸第k级压力级的动叶后压力p
czk
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；
[0051]
中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力f
2zk
的计算方式如下：
[0052][0053]
其中，d
pzk
为中压缸第k级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
zk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔个数；d
bzk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bzk
＝0；ω
dzk
为中压缸第k级压力级的叶轮面处反动度，％；
[0054]
中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力f
3zk
的计算方式如下：
[0055][0056]
其中，h
zk
为中压缸第k级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。
[0057]
优选地，作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
czk-1
和中压缸第k级压力级的动叶后压力p
czk
的压力差δp
zk
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到包括以下步骤：
[0058]
步骤(1)，通过中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置实时测量中压缸进口腔室蒸汽压力p
jz1
、中压缸进口腔室蒸汽温度t
jz1
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸进口腔室蒸汽焓h
jz1
和中压缸进口腔室蒸汽熵s
jz1
；
[0059]
步骤(2)，通过中压缸抽汽压力测量装置、中压缸抽汽温度测量装置实时测量中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸抽汽蒸汽焓h
zc
和中压缸抽汽蒸汽熵s
zc
；
[0060]
步骤(3)，通过中压缸排汽压力测量装置、中压缸排汽温度测量装置实时测量中压缸排汽蒸汽压力p
zp
和中压缸排汽蒸汽温度t
zp
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸排汽蒸汽焓h
zp
和中压缸排汽蒸汽熵s
zp
；
[0061]
步骤(4)，将步骤s21～步骤s23得到的三个坐标点：d(h
jz1
，s
jz1
)、e(h
zc
，s
zc
)、f(h
zp
，s
zp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到中压缸焓熵曲线def；
[0062]
步骤(5)，根据中压缸设计工况各压力级的焓降比进行分配，可获得实时测试工况下中压缸各压力级的焓降，通过中压缸各压力级的焓降可获得中压缸各压力级进口的焓值，即：
[0063]hjzk
＝h
zp
+η
jzk
(h
jz1-h
zp
)；(14)
[0064]
其中，η
jzk
表示为设计额定工况下中压缸第k级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值除以中压缸第1级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值的比值；
[0065]
中压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jzk
与中压缸焓熵曲线def的交点即可获得中压缸各压力级进口对应的熵s
jzk
，根据中压缸各压力级进口的焓值h
jzk
、熵值s
jzk
通过iapws-if97公式计算可得中压缸各压力级进口压力p
jzk
，获得中压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
zk
，即：
[0066]
δp
zk
＝p
jzk-p
czk
；(15)
[0067]
式(13)中k＝1,2,
…
k；在k＝2,3,
…
,k时，p
jzk
＝p
czk-1
。
[0068]
优选地，流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量g
zk
的计算方式如下：
[0069]
中压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc
，其中，g
gb
为高压缸排汽口抽汽质量流量，g
gc
为高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量；
[0070]
中压缸抽汽口后各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc-g
gd
，其中g
gd
为中压缸抽汽蒸汽质量流量。
[0071]
优选地，所述高压缸排汽口蒸汽质量流量g
gb
的计算方式如下：
[0072]
通过高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计与高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板配合测量得到高压缸排汽进2号高加的蒸汽体积流量v
gb
，根据高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸排汽管蒸汽密度ρ
gp
，则高压缸排汽口抽汽质量流量g
gb
＝v
gb
ρ
gp
；
[0073]
高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量g
gc
的计算方式如下：
[0074]
通过高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计实时测量得到高压缸后轴封外溢蒸汽体积流量；通过高压缸后轴封蒸汽温度测量装置、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置实时测量高压缸后轴封外溢蒸汽温度t
gf
和高压缸后轴封外溢蒸汽压力p
gf
，通过iapws-if97公式可计算得到高压缸后轴封外溢蒸汽密度ρ
gf
，则高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量g
gc
＝v
gc
ρ
gf
。
[0075]
优选地，中压缸抽汽蒸汽质量流量g
gd
的计算方式如下：
[0076]
通过中压缸抽汽流量测差压表计和中压缸抽汽流量节流孔板配合测量得到中压缸抽汽蒸汽体积流量v
zd
，根据中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
通过iapws-if97公式可计算得到中压缸抽汽蒸汽密度ρ
zc
，
[0077]
则中压缸抽汽蒸汽质量流量g
zd
＝v
zd
ρ
zc
。
[0078]
本发明的有益效果为：本发明可以通过有限的在线监测数据实现实时计算出准确的汽轮机轴向推力，在线撑握汽轮发电机组开机、并网、切缸、正常运行、负荷或工况变化过程中汽轮机轴向推力变化情况，根据轴向推力变化实时调节汽轮机高压缸和中压缸进流量，防范汽轮机轴向力过大造成汽轮机推力瓦损坏、汽轮机汽封片磨损、以及汽轮机动叶和
静叶损毁等重大安全事故风险。
附图说明
[0079]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0080]
图1为汽轮机的原理图；
[0081]
图2为汽轮机的控制曲线图；
[0082]
图3为实施例中的焓熵曲线图；
[0083]
其中，高压缸后轴封(1)、高压缸后轴封蒸汽温度测量装置(2)、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置(3)、高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板(4)、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计(5)、高压缸前轴封外溢蒸汽管(6)、高压缸排汽管(7)、高压缸排汽温度测量装置(8)、高压缸排汽压力测量装置(9)、高压缸排汽逆止阀(10)、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计(11)、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板(12)、高压缸抽汽温度测量装置(13)、高压缸抽汽压力测量装置(14)、高压缸抽汽流量节流孔板(15)、高压缸抽汽流量差压表计(16)、高压缸抽汽逆止阀(17)、高压缸抽汽管(18)、调节级出口蒸汽压力测量装置(19)、调节级出口蒸汽温度测量装置(20)、中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置(21)、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置(22)、中压缸抽汽温度测量装置(23)、中压缸抽汽压力测量装置(24)、中压缸抽汽流量测差压表计(25)，中压缸抽汽流量节流孔板(26)、中压缸抽汽逆止阀(27)、中压缸抽汽管(28)、中压缸排汽温度测量装置(29)、中压缸排汽压力测量装置(30)、中压缸排汽管(31)、中压缸后轴封(32)、中压缸后轴封外溢蒸汽管(33)、轴封母管(34)、轴封母管调节阀(35)、给水管(36)、3号高压加热器(37)、第二高加间给水管(38)、2号高压加热器(39)、2号高压加热器进汽管(40)、第一高加间给水管(41)、1号高压加热器(42)、主给水管(43)、锅炉再热冷段管(44)、锅炉(45)、主汽管(46)、再热主汽管(47)、主汽调节阀(48)、高压缸(49)、中压调节阀(50)、中压缸(51)、低压缸(52)、发电机(53)、再热冷段蒸汽压力测量装置(54)、高压旁路阀(55)、高压旁路管(56)、高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置(57)、推力瓦(58)、推力盘(59)、高压缸抽真空管(60)、高压缸抽真空阀(61)、凝汽器(62)、低压旁路阀(63)、低压旁路管(64)、数据采集与控制装置(65)、主蒸汽压力测量装置(66)、再热主蒸汽压力测量装置(67)。
具体实施方式
[0084]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0085]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0086]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的
而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0087]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0088]
图1为汽轮机的原理图，其中信号采集装置包括：高压缸后轴封蒸汽温度测量装置2、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置3、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计5、高压缸排汽温度测量装置8、高压缸排汽压力测量装置9、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计11、高压缸抽汽温度测量装置13、高压缸抽汽压力测量装置14、高压缸抽汽流量差压表计16、调节级出口蒸汽压力测量装置19、调节级出口蒸汽温度测量装置20、中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置21、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置22、中压缸抽汽温度测量装置23、中压缸抽汽压力测量装置24、中压缸抽汽流量测差压表计25、中压缸排汽温度测量装置29、中压缸排汽压力测量装置30、再热冷段蒸汽压力测量装置54、高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置57、主蒸汽压力测量装置66、再热主蒸汽压力测量装置67，还包括数据采集与控制装置65、高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板4、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板12、高压缸抽汽流量节流孔板15、中压缸抽汽流量节流孔板26；
[0089]
所述高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板4通过角接取样管与高压缸后轴封蒸汽流量差压表计5连接；
[0090]
所述高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板12通过角接取样管与高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计11连接；
[0091]
所述高压缸抽汽流量节流孔板15通过角接取样管与高压缸抽汽流量差压表计16连接；
[0092]
所述中压缸抽汽流量测差压表计25通过角接取样管与中压缸抽汽流量节流孔板26连接；
[0093]
上述信号采集装置分别与数据采集与控制装置65连接，并采集其测量数据以及根据采集的数据应用本发明的中压缸启动机组切并缸监控方法监控中压缸切并缸。
[0094]
其中，汽轮机组的高压缸49、中压缸51、低压缸52和发电机组53通过刚性同心轴相连接，1号高压加热器42、2号高压加热器39和3号高压加热器37通过给水管36相连接，给水通过给水管36依次流经3号高压加热器37、第二高加间给水管38、2号高压加热器39、第一高加间给水管41、1号高压加热器42后通过主给水管43进入锅炉45；经锅炉45加热后出口的高温高压蒸汽通过主汽管46和主汽调节阀48进入高压缸49，锅炉再热冷段管44进入锅炉45加热后出口的高温蒸汽通过再热主汽管47和中压调节阀50进入中压缸51。
[0095]
高压缸49前后还有减缓缸内蒸汽外溢的高压缸后轴封1和中压缸后轴封32，高压缸后轴封1外溢蒸汽通过高压缸前轴封外溢蒸汽管6流入轴封母管34，中压缸后轴封32外溢蒸汽通过中压缸后轴封外溢蒸汽管33也流入轴封母管34，开启轴封母管调节阀35可调节轴封母管34压力。
[0096]
所述主汽调节阀48安装在靠近高压缸49的主汽管46上，主汽调节阀48的开度大小控制主汽管46进入高压缸49的蒸汽流量，中压调节阀50安装在靠近中压缸51的再热主汽管47，中压调节阀50的开度大小控制再热主汽管47进入中压缸51的蒸汽流量；主汽管46上靠近主汽调节阀48前安装有主蒸汽压力测量装置66，用于监测主汽调节阀48前蒸汽压力；再
热主汽管47上靠近中压调节阀50前安装有再热主蒸汽压力测量装置67，用于监测中压调节阀50前蒸汽压力。
[0097]
所述高压旁路阀55安装在高压旁路管56上，高压旁路管56上游与主汽管46连接，下游与锅炉再热冷段管44连接，高压旁路阀55开启后将主汽管46内的蒸汽流入锅炉再热冷段管44；高压旁路管56与锅炉再热冷段管44汇合点后的锅炉再热冷段管44上安装有再热冷段蒸汽压力测量装置54，用于监测锅炉再热冷段管44内蒸汽压力；锅炉再热冷段管44靠近高压缸49排汽口处安装有高压缸排汽逆止阀10，高压缸排汽逆止阀10防止锅炉再热冷段管44内蒸汽倒流至高压缸49中；高压缸排汽逆止阀10至高压缸49之间的锅炉再热冷段管44有一抽汽口通过高压缸抽真空管60、高压缸抽真空阀61接入凝汽器62的汽侧，高压缸抽真空阀61开启后高压缸49内蒸汽被凝汽器62真空抽走，实现高压缸49形成真空防止高压缸49内转子鼓风超温损坏。
[0098]
所述低压旁路阀63安装在低压旁路管64上，低压旁路管64上游与再热主汽管47连接，下游与凝汽器62连接，低压旁路阀63开启后将再热主汽管47内的蒸汽流入凝汽器62；
[0099]
高压缸后轴封蒸汽温度测量装置2、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置3、高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板4、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计5分别设置在高压缸前轴封外溢蒸汽管6上。
[0100]
高压缸排汽压力测量装置9、高压缸排汽温度测量装置8安装在高压缸排汽管7靠近高压缸49约1m处，高压缸排汽管7安装有高压缸排汽逆止阀10，蒸汽通过高压缸排汽逆止阀10后一路经锅炉再热冷段管44进入锅炉45，一路经2号高压加热器进汽管40进入2号高压加热器39，2号高压加热器进汽管40上安装有高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板12，2号高加蒸汽流量节流孔板12通过角接取样管与高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计11相连接。所述高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置57安装在高压缸排汽腔室。
[0101]
调节级出口蒸汽压力测量装置19、调节级出口蒸汽温度测量装置20的取样口处于汽轮机调节级后蒸汽腔室；高压缸抽汽压力测量装置14、高压缸抽汽温度测量装置13安装在高压缸抽汽管18靠近高压缸处，高压缸抽汽管18上安装有高压缸抽汽逆止阀17，高压缸抽汽逆止阀17上游的安装有高压缸抽汽流量节流孔板15，高压缸抽汽流量节流孔板15通过角接取样管与高压缸抽汽流量差压表计16相连接，通过高压缸抽汽管18的蒸汽进入1号高压加热器42。
[0102]
中压缸抽汽压力测量装置24、中压缸抽汽温度测量装置23安装在中压缸抽汽管28靠近中压缸51约1m处，中压缸抽汽管28上安装有中压缸抽汽逆止阀27，中压缸抽汽逆止阀27上游的安装有中压缸抽汽流量节流孔板26，中压缸抽汽流量节流孔板26通过角接取样管与高压缸抽汽流量差压表计25相连接，通过中压缸抽汽管28的蒸汽进入3号高压加热器37。
[0103]
中压缸排汽压力测量装置30、中压缸排汽温度测量装置29安装在中压缸排汽管31靠近中压缸51约1m处，，在中压缸排汽管31的蒸汽进入低压缸52。
[0104]
推力盘59安装在中压缸51和低压缸52之间的刚性轴上，推力瓦58安装在推力盘59两侧，实施例共有11块推力瓦块，推力盘59和推力瓦58共同作用在有限范围内承受汽轮机转子轴向推力。
[0105]
高压缸后轴封蒸汽温度测量装置2、高压缸排汽温度测量装置8、高压缸抽汽温度测量装置13、调节级出口蒸汽温度测量装置20、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置22、中压
缸抽汽温度测量装置23、中压缸排汽温度测量装置29、高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置57采用e型热电偶，高压缸后轴封蒸汽压力测量装置3、高压缸排汽压力测量装置9、调节级出口蒸汽压力测量装置19、中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置21、中压缸抽汽压力测量装置24、中压缸排汽压力测量装置30采用eja或rosemoun系列压力变送器，实现温度和压力向电信号的转换。
[0106]
高压缸后轴封蒸汽流量差压表计5、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计11、高压缸抽汽流量差压表计16、中压缸抽汽流量测差压表计25采用eja或rosemoun系列流量差压变送器，高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板4、高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板12、高压缸抽汽流量节流孔板15、中压缸抽汽流量节流孔板26采用角接取压标准孔板。
[0107]
所述数据采集与控制装置65采用ovation分散控制系统，数据采集与控制装置65通过信号线将温度、压力、流量以及阀门开度等电信号接入后转换为数字量，实现计算与分析功能。
[0108]
所述主汽调节阀48、中压调节阀50、高压旁路阀55、低压旁路阀63采用液动调节阀；轴封母管调节阀35采用气动调节阀或电动调节阀；高压缸排汽逆止阀10、高压缸抽汽逆止阀17、中压缸抽汽逆止阀27采用气动蝶阀。
[0109]
本实施例以中压缸启动的600 mw级超临界、中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机为例，汽轮机型号为n600-24.2/566/566，通流级数：高压缸为1单列调节级+7个压力级，中压缸为6个压力级，低压缸为4
×
7个压力级。即i＝8，k＝6。
[0110]
本发明的一种中压缸启动机组切并缸监控方法具体包括以下步骤：
[0111]
步骤s1，实时监测计算汽轮机轴向推力的大小f和汽轮机轴向推力变化速度vf；所述汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力fg和中压缸轴向推力fz，即：
[0112]
f＝f
z-fg；(1)
[0113]
设t时刻的汽轮机轴向推力为f
t
，t+δt时刻的汽轮机轴向推力为f
t+δt
，f
t
和f
t+δt
分别由t和t+δt时刻实时测量值根据式(1)确定，则可按下式计算获得汽轮机轴向推力变化速度vf，实施例δt为100～150ms。
[0114]vf
＝(f
t+δt-f
t
)/δt；
[0115]
步骤s2，中压缸51启动进汽，高压缸49不进汽，即主汽调节阀48关闭，高压缸抽真空阀61开启，高压缸49蒸汽室处于真空状态，高压压内无蒸汽不产生轴向推力；高压旁路阀55开启使主蒸汽管46内蒸汽在通过高压旁路管56进入锅炉再热冷段管44后到锅炉45加热，加热后进入中压缸51，此时汽轮机轴向推力由中压缸51产生，只包括中压缸轴向推力，f＝fz；控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力上限，按图2的de线调节低压旁路阀63的开度进而控制进入中压缸51的再热主蒸汽压力，低压旁路阀63开度投自动状态，跟踪再热主蒸汽压力测量装置67的实时测试主蒸汽压力为p
dps
；控制高压旁路阀55的开度控制维持主蒸汽压力测量装置66测量的主蒸汽压力为图2中的pm；在本实施例中，轴向推力上限设定为200kn，p
dps
＝1.5mpa，pm＝6.0mpa。其中p
dps
为设置的一常数，其大小控制高压49排汽压力，也是控制中压缸51入口压力，因高压缸排汽通过锅炉加热后进入中压缸，过程压损很小，图2中低旁路阀开度为cde段。pm为设置的常数，其大小控制高压49进汽压力，主蒸汽管46内的蒸汽在高压旁路阀55开度增大后会降低，关小后会升高，通过定值pm使高压旁路阀55的开度自动调节开度大小，实现主蒸汽管46内的蒸汽压力为pm。
[0116]
步骤s3，随着机组负荷提升，开启主汽调节阀48，高压缸49进汽，；高压缸49进汽逐渐作用于高压缸转子上的负轴向推力增加，此时汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-fg，实时监测汽轮机轴向推力变化速度vf，控制汽轮机轴向推力变化速度vf绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，同时控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值fb，如果汽轮机轴向推力f达到轴向推力报警值fb或者汽轮机轴向推力变化速度vf达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则降低主蒸汽压力pm；当负荷达额定负荷的设定比例＝18％时关闭高压缸抽真空阀61，高压缸排汽逆止阀10自动开启；随着负荷增加主汽调节阀48开度逐渐开大后，逐渐调节高压旁路阀55直至全关，完成高压缸并缸全过程；在本步骤中，轴向推力报警值fb＝|-150kn|，v
fb
＝60kn/s。
[0117]
步骤s4，当机组负荷降低时主汽调节阀48开度逐渐关小，同时监视高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置57的实时值使其小于高压缸排汽腔室蒸汽温度报警值t
qb
，即其超过371℃报警，超过427℃跳机保护，逐渐开启高压旁路阀55，使再热主蒸汽压力测量装置67的实时测试压力值不低于p
dps
，主汽调节阀48全后，联锁全开高压缸抽真空阀61，高压缸排汽逆止阀10自动关闭；此时完成汽轮机切高缸全过程；切高缸前汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-fg；随着高压缸49进汽量作用于高压缸转子上的负轴向推力降低，此时实时监测汽轮机轴向推力变化速度vf，控制汽轮机轴向推力变化速度vf绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值fb，如果汽轮机轴向推力f达到设定的轴向推力报警值fb或者汽轮机轴向推力变化速度vf达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则开启低压旁路阀63以降低再热主蒸汽压力测量装置67测量的再热蒸汽压力；切高压缸后只有中压缸进汽，此时汽轮机轴向推力由中压缸51产生，只包括中压缸轴向推力，即f＝fz，汽轮机完成切高缸过程。在本步骤中，
[0118]
p
dps
＝1.5mpa，v
fb
＝60kn/s，fb＝150kn。
[0119]
其中，所述高压缸轴向推力fg的计算方式如下：
[0120][0121]
其中，高压缸包括i个压力级，即i＝1,2,
…
,i，i为高压缸压力级的序号，i＝1时表示调节级；f
t
为高压缸调节级轴向负推力，f
1gi
为高压缸第i个压力级的动叶轴向推力，f
2gi
为高压缸第i个压力级的叶轮轴向推力，f
3gi
为高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力；
[0122]
高压缸调节级轴向负推力f
t
的计算方式如下：
[0123][0124]
其中，p
cg1
为高压缸调节级出口压力，d1、d2分别为调节级叶轮前直径、后直径；
[0125]
高压缸第i个压力级的动叶轴向推力f
1gi
的计算方式如下：
[0126]f1gi
＝g
gi
(c
jgi
sinα
jgi-c
cgi
sinα
cgi
)+πd
mgi
l
bgi
ω
mgi
δp
gi
；i＝2,3,
…
,i；(4)
[0127]
其中，g
gi
为流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jgi
、c
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jgi
、α
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mgi
为高压缸第i级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bgi
为高压缸第i级压力级的动叶叶高，mm；ω
mgi
为高压缸第i级压力级的平均焓降反动度，％，ω
mgi
取设计值；δp
gi
为作用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力
级的动叶后压力p
cgi
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；
[0128]
高压缸第i个压力级的叶轮轴向推力f
2gi
的计算方式如下：
[0129][0130]
其中，d
pgi
为高压缸第i级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
gi
为高压缸第i级压力级的叶轮平衡孔个数；d
bgi
为高压缸第i级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bgi
＝0；ω
dgi
为高压缸第i级压力级的叶轮面处反动度，％，ω
dgi
新机取设计值，大修后则根据实测动静间隙计算获得；
[0131]
高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力f
3gi
的计算方式如下：
[0132][0133]
其中，h
gi
为高压缸第i级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。
[0134]
用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力级的动叶后压力p
cgi
的压力差δp
gi
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到具体如下：
[0135]
步骤(1)，通过调节级出口蒸汽压力测量装置19、调节级出口蒸汽温度测量装置20实时测量采集高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
、高压缸调节级出口蒸汽温度t
cg1
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸调节级出口蒸汽焓h
cg1
和高压缸调节级出口蒸汽熵s
cg1
；
[0136]
步骤(2)，通过高压缸抽汽管18上的高压缸抽汽压力测量装置14、高压缸抽汽温度测量装置13实时测量采集高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸抽汽蒸汽焓h
gc
和高压缸抽汽蒸汽焓熵s
gc
；
[0137]
步骤(3)，通过高压缸排汽管7上的高压缸排汽压力测量装置9、高压缸排汽温度测量装置8实时测量高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸排汽蒸汽焓h
gp
和高压缸排汽蒸汽熵s
gp
；
[0138]
步骤(4)，将步骤s11～步骤s13得到的三个坐标点：a(h
cg1
，s
cg1
)、b(h
gc
，s
gc
)、c(h
gp
，s
gp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到高压缸焓熵曲线abc；
[0139]
步骤(5)，根据高压缸设计工况各压力级的焓降比η
jgi
进行分配，可获得实时测试工况下高压缸各压力级的焓降，通过高压缸各压力级的焓降可获得高压缸各压力级进口的焓值，即：
[0140]hjgi
＝h
gp
+η
jgi
(h
jg2-h
gp
)；(7)
[0141]
其中，η
jgi
表示为设计额定工况下高压缸第i级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值除以高压缸第2级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值的比值，i＝2～i；在本实施例中，采用一元二次方程，即抛物线方程y＝ax2+bx+c进行拟合。
[0142]
如图3所示，高压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jgi
与高压缸焓熵曲线abc的交点即可获得高压缸各压力级进口对应的熵s
jgi
，根据高压缸各压力级进口的焓值h
jgi
、熵值s
jgi
通过iapws-if97公式计算可得高压缸各压力级进口压力p
jgi
，获得高压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
gi
，即：
[0143]
δp
gi
＝p
cgi-1-p
cgi
＝p
jgi-p
cgi
；(8)
[0144]
在i＝2,3,
…
,i时，p
jgi
＝p
cgi-1
。
[0145]
流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量g
gi
的计算方式如下：
[0146]
流过高压缸调节级的蒸汽质量流量g
g1
由高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
确定，具体如下所示：
[0147]gg1
＝mp
cg1
；(9)
[0148]
其中，m为调节级蒸汽腔室容量系数，本实施例中调节级蒸汽腔室容量系数m＝29.5。
[0149]
在高压缸调节级后以及高压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量皆为g
g1
；
[0150]
抽汽口后各压力级蒸汽质量流量为g
g1-g
ga
；
[0151]
其中，g
ga
为高压缸抽汽蒸汽质量流量。
[0152]
所述高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
的计算方式如下：
[0153]
通过高压缸抽汽流量节流孔板15与高压缸抽汽流量差压表计16配合测量得到高压缸抽汽蒸汽体积流量v
ga
，根据高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸抽汽管蒸汽密度ρ
gc
，则高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
＝v
ga
ρ
gc
。
[0154]
所述中压缸轴向推力fz的计算方式如下：
[0155][0156]
其中，中压缸包括k个压力级，即k＝1,2,
…
,k，k为中压缸压力级的序号；f
1zk
为中压缸第k个压力级的动叶轴向推力，f
2zk
为中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力，f
3zk
为中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力；
[0157]
中压缸第k个压力级的动叶轴向推力f
1zk
的计算方式如下：
[0158]f1zk
＝g
zk
(c
jzk
sinα
jzk-c
czk
sinα
czk
)+πd
mzk
l
bzk
ω
mzk
δp
zk
；(11)
[0159]
其中，g
zk
为流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jzk
、c
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jzk
、α
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mzk
为中压缸第k级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bzk
为中压缸第k级压力级的动叶叶高，mm；ω
mzk
为中压缸第k级压力级的平均焓降反动度，％，ω
mzk
取设计值；δp
zk
为作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
czk-1
和中压缸第k级压力级的动叶后压力p
czk
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；
[0160]
中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力f
2zk
的计算方式如下：
[0161][0162]
其中，d
pzk
为中压缸第k级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
zk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔个数；d
bzk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bzk
＝0；ω
dzk
为中压缸第k级压力级的叶轮面处反动度，％，ω
dzk
新机取设计值，大修后则根据实测动静间隙计算获得；
[0163]
中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力f
3zk
的计算方式如下：
[0164][0165]
其中，h
zk
为中压缸第k级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。
[0166]
作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
czk-1
和中压缸第k级压力级的动叶后压
力p
czk
的压力差δp
zk
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到包括以下步骤：
[0167]
步骤(1)，通过中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置21、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置22实时测量中压缸进口腔室蒸汽压力p
jz1
、中压缸进口腔室蒸汽温度t
jz1
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸进口腔室蒸汽焓h
jz1
和中压缸进口腔室蒸汽熵s
jz1
；
[0168]
步骤(2)，通过中压缸抽汽压力测量装置24、中压缸抽汽温度测量装置23实时测量中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸抽汽蒸汽焓h
zc
和中压缸抽汽蒸汽熵s
zc
；
[0169]
步骤(3)，通过中压缸排汽压力测量装置30、中压缸排汽温度测量装置29实时测量中压缸排汽蒸汽压力p
zp
和中压缸排汽蒸汽温度t
zp
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸排汽蒸汽焓h
zp
和中压缸排汽蒸汽熵s
zp
；
[0170]
步骤(4)，将步骤s21～步骤s23得到的三个坐标点：d(h
jz1
，s
jz1
)、e(h
zc
，s
zc
)、f(h
zp
，s
zp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到中压缸焓熵曲线def；
[0171]
步骤(5)，根据中压缸设计工况各压力级的焓降比进行分配，可获得实时测试工况下中压缸各压力级的焓降，通过中压缸各压力级的焓降可获得中压缸各压力级进口的焓值，即：
[0172]hjzk
＝h
zp
+η
jzk
(h
jz1-h
zp
)；(14)
[0173]
其中，η
jzk
表示为设计额定工况下中压缸第k级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值除以中压缸第1级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值的比值；
[0174]
如图3所示，中压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jzk
与中压缸焓熵曲线def的交点即可获得中压缸各压力级进口对应的熵s
jzk
，根据中压缸各压力级进口的焓值h
jzk
、熵值s
jzk
通过iapws-if97公式计算可得中压缸各压力级进口压力p
jzk
，获得中压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
zk
，即：
[0175]
δp
zk
＝p
jzk-p
czk
；(15)
[0176]
式(13)中k＝1,2,
…
k；在k＝2,3,
…
,k时，p
jzk
＝p
czk-1
。
[0177]
流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量g
zk
的计算方式如下：
[0178]
中压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc
，其中，g
gb
为高压缸排汽口抽汽质量流量，g
gc
为高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量；
[0179]
中压缸抽汽口后各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc-g
gd
，其中g
gd
为中压缸抽汽蒸汽质量流量。
[0180]
所述高压缸排汽口抽汽质量流量g
gb
的计算方式如下：
[0181]
通过高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计11与高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板12配合测量得到高压缸排汽进2号高加的蒸汽体积流量v
gb
，根据高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸排汽管蒸汽密度ρ
gp
，则高压缸排汽口蒸汽质量流量g
gb
＝v
gb
ρ
gp
。
[0182]
高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量g
gc
的计算方式如下：
[0183]
通过高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板4、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计5实时测量得到高压缸后轴封外溢蒸汽体积流量；通过高压缸后轴封蒸汽温度测量装置2、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置3实时测量高压缸后轴封外溢蒸汽温度t
gf
和高压缸后轴封外溢蒸汽压力p
gf
，通过iapws-if97公式可计算得到高压缸后轴封外溢蒸汽密度ρ
gf
，则高压缸后轴封
外溢蒸汽质量流量g
gc
＝v
gc
ρ
gf
。
[0184]
中压缸抽汽蒸汽质量流量g
gd
的计算方式如下：
[0185]
通过中压缸抽汽流量测差压表计25和中压缸抽汽流量节流孔板26配合测量得到中压缸抽汽蒸汽体积流量v
zd
，根据中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
通过iapws-if97公式可计算得到中压缸抽汽蒸汽密度ρ
zc
，
[0186]
则中压缸抽汽蒸汽质量流量g
zd
＝v
zd
ρ
zc
。
[0187]
各级轴向推力计算所采用的高压缸设计数据如表1所示，各级轴向推力计算所采用的中压缸设计数据如表2所示。汽轮机仅中压缸进汽、切高压缸、并高压缸、及高中压缸双缸均进汽运行工况过程控制与保护值定如表3所示。
[0188]
表1各级轴向推力计算所采用的高压缸设计数据
[0189]
级号(i)名称单位12345678η
jgi
级焓降比％/10086.2872.8059.2145.7530.8215.43ω
mgi
级平均焓降反动度％016.5719.5219.3120.8916.1217.2417.88ω
dgi
叶轮面处反动度％01.211.621.601.651.191.261.29
[0190]
表2各级轴向推力计算所采用的中压缸设计数据
[0191]
级号(k)名称单位91011121314η
jzk
级焓降比/10085.0568.3351.4534.1916.88ω
mzk
级平均焓降反动度％28.9826.7129.2032.1133.6534.92ω
dzk
叶轮面处反动度％2.312.022.362.452.482.56
[0192]
表3控制与保护定值
[0193][0194]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0195]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分
为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0196]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，实时监测计算汽轮机轴向推力的大小f和汽轮机轴向推力变化速度v
f
；所述汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力f
g
和中压缸轴向推力f
z
，即：f＝f
z-f
g
；(1)步骤s2，中压缸(51)启动进汽，高压缸(49)不进汽，即主汽调节阀(48)关闭，高压缸抽真空阀(61)开启，高压缸(49)蒸汽室处于真空状态，高压压内无蒸汽不产生轴向推力；高压旁路阀(55)开启使主蒸汽管(46)内蒸汽在通过高压旁路管(56)进入锅炉再热冷段管(44)后到锅炉(45)加热，加热后进入中压缸(51)，此时汽轮机轴向推力由中压缸(51)产生，只包括中压缸轴向推力，f＝f
z
；控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力上限，调节低压旁路阀(63)的开度进而控制进入中压缸(51)的再热主蒸汽压力，低压旁路阀(63)开度投自动状态，跟踪再热主蒸汽压力测量装置(67)的实时测试主蒸汽压力为p
dps
；控制高压旁路阀(55)的开度控制维持主蒸汽压力测量装置(66)测量的主蒸汽压力为p
m
；步骤s3，随着机组负荷提升，开启主汽调节阀(48)，高压缸(49)进汽，；高压缸(49)进汽逐渐作用于高压缸转子上的负轴向推力增加，此时汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-f
g
，实时监测汽轮机轴向推力变化速度v
f
，控制汽轮机轴向推力变化速度v
f
绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，同时控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值f
b
，如果汽轮机轴向推力f达到轴向推力报警值f
b
或者汽轮机轴向推力变化速度v
f
达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则降低主蒸汽压力p
m
；当负荷达额定负荷的设定比例时关闭高压缸抽真空阀(61)，高压缸排汽逆止阀(10)自动开启；随着负荷增加主汽调节阀(48)开度逐渐开大后，逐渐调节高压旁路阀(55)直至全关，完成高压缸并缸全过程；步骤s4，当机组负荷降低时主汽调节阀(48)开度逐渐关小，同时监视高压缸排汽腔室蒸汽温度测量装置(57)的实时值使其小于高压缸排汽腔室蒸汽温度报警值t
qb
，逐渐开启高压旁路阀(55)，使再热主蒸汽压力测量装置(67)的实时测试压力值不低于p
dps
，主汽调节阀(48)全后，联锁全开高压缸抽真空阀(61)，高压缸排汽逆止阀(10)自动关闭；此时完成汽轮机切高缸全过程；切高缸前汽轮机轴向推力的大小f包括高压缸轴向推力和中压缸轴向推力，即f＝f
z-f
g
；随着高压缸(49)进汽量作用于高压缸转子上的负轴向推力降低，此时实时监测汽轮机轴向推力变化速度v
f
，控制汽轮机轴向推力变化速度v
f
绝对值小于设定的推力变化速度报警值v
fb
，控制汽轮机轴向推力f小于设定的轴向推力报警值f
b
，如果汽轮机轴向推力f达到设定的轴向推力报警值f
b
或者汽轮机轴向推力变化速度v
f
达到设定的推力变化速度报警值v
fb
则开启低压旁路阀(63)以降低再热主蒸汽压力测量装置(67)测量的再热蒸汽压力；切高压缸后只有中压缸进汽，此时汽轮机轴向推力由中压缸(51)产生，只包括中压缸轴向推力，即f＝f
z
，汽轮机完成切高缸过程。2.根据权利要求1所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，所述高压缸轴向推力f
g
的计算方式如下：其中，高压缸包括i个压力级，即i＝1,2,
…
,i，i为高压缸压力级的序号，i＝1时表示调节级；f
t
为高压缸调节级轴向负推力，f
1gi
为高压缸第i个压力级的动叶轴向推力，f
2gi
为高
压缸第i个压力级的叶轮轴向推力，f
3gi
为高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力；高压缸调节级轴向负推力f
t
的计算方式如下：其中，p
cg1
为高压缸调节级出口压力，d1、d2分别为调节级叶轮前直径、后直径；高压缸第i个压力级的动叶轴向推力f
1gi
的计算方式如下：f
1gi
＝g
gi
(c
jgi
sinα
jgi-c
cgi
sinα
cgi
)+πd
mgi
l
bgi
ω
mgi
δp
gi
；i＝2,3,
…
,i；
ꢀꢀꢀ
(4)其中，g
gi
为流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jgi
、c
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jgi
、α
cgi
分别是进入和流出高压缸第i级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mgi
为高压缸第i级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bgi
为高压缸第i级压力级的动叶叶高，mm；ω
mgi
为高压缸第i级压力级的平均焓降反动度，％；δp
gi
为作用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力级的动叶后压力p
cgi
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；高压缸第i个压力级的叶轮轴向推力f
2gi
的计算方式如下：其中，d
pgi
为高压缸第i级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
gi
为高压缸第i级压力级的叶轮平衡孔个数；d
bgi
为高压缸第i级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bgi
＝0；ω
dgi
为高压缸第i级压力级的叶轮面处反动度，％；高压缸第i个压力级的轴凸肩轴向推力f
3gi
的计算方式如下：其中，h
gi
为高压缸第i级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。3.根据权利要求2所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，用于高压缸第i级压力级的静叶前压力p
cgi-1
和高压缸第i级压力级的动叶后压力p
cgi
的压力差δp
gi
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到具体如下：步骤(1)，通过调节级出口蒸汽压力测量装置(19)、调节级出口蒸汽温度测量装置(20)实时测量采集高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
、高压缸调节级出口蒸汽温度t
cg1
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸调节级出口蒸汽焓h
cg1
和高压缸调节级出口蒸汽熵s
cg1
；步骤(2)，通过高压缸抽汽管(18)上的高压缸抽汽压力测量装置(14)、高压缸抽汽温度测量装置(13)实时测量采集高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸抽汽蒸汽焓h
gc
和高压缸抽汽蒸汽焓熵s
gc
；步骤(3)，通过高压缸排汽管(7)上的高压缸排汽压力测量装置(9)、高压缸排汽温度测量装置(8)实时测量高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
；根据通过iapws-if97公式计算得到高压缸排汽蒸汽焓h
gp
和高压缸排汽蒸汽熵s
gp
；步骤(4)，将步骤s11～步骤s13得到的三个坐标点：a(h
cg1
，s
cg1
)、b(h
gc
，s
gc
)、c(h
gp
，s
gp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到高压缸焓熵曲线abc；步骤(5)，根据高压缸设计工况各压力级的焓降比η
jgi
进行分配，可获得实时测试工况下高压缸各压力级的焓降，通过高压缸各压力级的焓降可获得高压缸各压力级进口的焓值，即：
h
jgi
＝h
gp
+η
jgi
(h
jg2-h
gp
)；
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，η
jgi
表示为设计额定工况下高压缸第i级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值除以高压缸第2级蒸汽进口焓减去高压缸排汽焓所获得的差值的比值，i＝2～i；高压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jgi
与高压缸焓熵曲线abc的交点即可获得高压缸各压力级进口对应的熵s
jgi
，根据高压缸各压力级进口的焓值h
jgi
、熵值s
jgi
通过iapws-if97公式计算可得高压缸各压力级进口压力p
jgi
，获得高压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
gi
，即：δp
gi
＝p
cgi-1-p
cgi
＝p
jgi-p
cgi
；
ꢀꢀ
(8)在i＝2,3,
…
,i时，p
jgi
＝p
cgi-1
。4.根据权利要求3所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，流过高压缸第i级压力级的蒸汽质量流量g
gi
的计算方式如下：流过高压缸调节级的蒸汽质量流量g
g1
由高压缸调节级出口蒸汽压力p
cg1
确定，具体如下所示：g
g1
＝mp
cg1
；
ꢀꢀ
(9)其中，m为调节级蒸汽腔室容量系数；在高压缸调节级后以及高压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量皆为g
g1
；抽汽口后各压力级蒸汽质量流量为g
g1-g
ga
；其中，g
ga
为高压缸抽汽蒸汽质量流量。5.根据权利要求4所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，所述高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
的计算方式如下：通过高压缸抽汽流量节流孔板(15)与高压缸抽汽流量差压表计(16)配合测量得到高压缸抽汽蒸汽体积流量v
ga
，根据高压缸抽汽蒸汽压力p
gc
和高压缸抽汽蒸汽温度t
gc
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸抽汽管蒸汽密度ρ
gc
，则高压缸抽汽蒸汽质量流量g
ga
＝v
ga
ρ
gc
。6.根据权利要求1所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，所述中压缸轴向推力f
z
的计算方式如下：其中，中压缸包括k个压力级，即k＝1,2,
…
,k，k为中压缸压力级的序号；f
1zk
为中压缸第k个压力级的动叶轴向推力，f
2zk
为中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力，f
3zk
为中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力；中压缸第k个压力级的动叶轴向推力f
1zk
的计算方式如下：f
1zk
＝g
zk
(c
jzk
sinα
jzk-c
czk
sinα
czk
)+πd
mzk
l
bzk
ω
mzk
δp
zk
；
ꢀꢀ
(11)其中，g
zk
为流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量，kg/s；c
jzk
、c
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的蒸汽绝对速度，m/s；α
jzk
、α
czk
分别是进入和流出中压缸第k级压力级的动叶的相对流速角，(
°
)；d
mzk
为中压缸第k级压力级的动叶的平均直径，mm；l
bzk
为中压缸第k级压力级的动叶叶高，mm；ω
mzk
为中压缸第k级压力级的平均焓降反动度，％；δp
zk
为作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
jzk
和中压缸第k级压力级的动叶后压力p
czk
的压力差，mpa，通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到；
中压缸第k个压力级的叶轮轴向推力f
2zk
的计算方式如下：其中，d
pzk
为中压缸第k级压力级的动叶处轮毂直径，mm；n
zk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔个数；d
bzk
为中压缸第k级压力级的叶轮平衡孔直径，mm，无平衡孔时d
bzk
＝0；ω
dzk
为中压缸第k级压力级的叶轮面处反动度，％；中压缸第k个压力级的轴凸肩轴向推力f
3zk
的计算方式如下：其中，h
zk
为中压缸第k级压力级的隔板汽封齿处轴的凸肩高度，mm。7.根据权利要求6所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，作用于中压缸第k级压力级的静叶前压力p
czk-1
和中压缸第k级压力级的动叶后压力p
czk
的压力差δp
zk
通过实时采集汽轮机的运行数据计算得到包括以下步骤：步骤(1)，通过中压缸进汽腔室蒸汽压力测量装置(21)、中压缸进汽腔室蒸汽温度测量装置(22)实时测量中压缸进口腔室蒸汽压力p
jz1
、中压缸进口腔室蒸汽温度t
jz1
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸进口腔室蒸汽焓h
jz1
和中压缸进口腔室蒸汽熵s
jz1
；步骤(2)，通过中压缸抽汽压力测量装置(24)、中压缸抽汽温度测量装置(23)实时测量中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸抽汽蒸汽焓h
zc
和中压缸抽汽蒸汽熵s
zc
；步骤(3)，通过中压缸排汽压力测量装置(30)、中压缸排汽温度测量装置(29)实时测量中压缸排汽蒸汽压力p
zp
和中压缸排汽蒸汽温度t
zp
，通过iapws-if97公式计算得到中压缸排汽蒸汽焓h
zp
和中压缸排汽蒸汽熵s
zp
；步骤(4)，将步骤s21～步骤s23得到的三个坐标点：d(h
jz1
，s
jz1
)、e(h
zc
，s
zc
)、f(h
zp
，s
zp
)在焓熵图上进行多项式曲线拟合得到中压缸焓熵曲线def；步骤(5)，根据中压缸设计工况各压力级的焓降比进行分配，可获得实时测试工况下中压缸各压力级的焓降，通过中压缸各压力级的焓降可获得中压缸各压力级进口的焓值，即：h
jzk
＝h
zp
+η
jzk
(h
jz1-h
zp
)；
ꢀꢀ
(14)其中，η
jzk
表示为设计额定工况下中压缸第k级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值除以中压缸第1级蒸汽进口焓减去中压缸排汽焓所获得的差值的比值；中压缸各压力级的等焓值直线h＝h
jzk
与中压缸焓熵曲线def的交点即可获得中压缸各压力级进口对应的熵s
jzk
，根据中压缸各压力级进口的焓值h
jzk
、熵值s
jzk
通过iapws-if97公式计算可得中压缸各压力级进口压力p
jzk
，获得中压缸各压力级进口的压力后即可计算得到δp
zk
，即：δp
zk
＝p
jzk-p
czk
；
ꢀꢀ
(15)式(13)中k＝1,2,
…
k；在k＝2,3,
…
,k时，p
jzk
＝p
czk-1
。8.根据权利要求7所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，流过中压缸第k级压力级的蒸汽质量流量g
zk
的计算方式如下：中压缸抽汽口前各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc
，其中，g
gb
为高压缸排汽口抽汽质量流量，g
gc
为高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量；
中压缸抽汽口后各压力级的蒸汽质量流量为g
g1-g
ga-g
gb-g
gc-g
gd
，其中g
gd
为中压缸抽汽蒸汽质量流量。9.根据权利要求8所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，所述高压缸排汽口蒸汽质量流量g
gb
的计算方式如下：通过高压缸排汽进2号高加蒸汽流量差压表计(11)与高压缸排汽进2号高加蒸汽流量节流孔板(12)配合测量得到高压缸排汽进2号高加的蒸汽体积流量v
gb
，根据高压缸排汽口的蒸汽压力p
gp
和高压缸排汽口的蒸汽温度t
gp
通过iapws-if97公式可计算得到高压缸排汽管蒸汽密度ρ
gp
，则高压缸排汽口抽汽质量流量g
gb
＝v
gb
ρ
gp
；高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量g
gc
的计算方式如下：通过高压缸后轴封蒸汽流量节流孔板(4)、高压缸后轴封蒸汽流量差压表计(5)实时测量得到高压缸后轴封外溢蒸汽体积流量；通过高压缸后轴封蒸汽温度测量装置(2)、高压缸后轴封蒸汽压力测量装置(3)实时测量高压缸后轴封外溢蒸汽温度t
gf
和高压缸后轴封外溢蒸汽压力p
gf
，通过iapws-if97公式可计算得到高压缸后轴封外溢蒸汽密度ρ
gf
，则高压缸后轴封外溢蒸汽质量流量g
gc
＝v
gc
ρ
gf
。10.根据权利要求8所述的一种中压缸启动机组切并缸监控方法，其特征在于，中压缸抽汽蒸汽质量流量g
gd
的计算方式如下：通过中压缸抽汽流量测差压表计(25)和中压缸抽汽流量节流孔板(26)配合测量得到中压缸抽汽蒸汽体积流量v
zd
，根据中压缸抽汽蒸汽压力p
zc
和中压缸抽汽蒸汽温度t
zc
通过iapws-if97公式可计算得到中压缸抽汽蒸汽密度ρ
zc
，则中压缸抽汽蒸汽质量流量g
zd
＝v
zd
ρ
zc
。

技术总结
本发明属于火力发电及其在线监控技术领域，具体涉及一种中压缸启动机组切并缸监控方法。本发明可以通过有限的在线监测数据实现实时计算出准确的汽轮机轴向推力，在线撑握汽轮发电机组开机、并网、切缸、并缸、正常运行、负荷或工况变化过程中汽轮机轴向推力变化情况，根据轴向推力变化实时调节汽轮机高压缸和中压缸进流量，实现防范汽轮机轴向力过大造成汽轮机推力瓦损坏、汽轮机汽封片磨损、以及汽轮机动叶和静叶损毁等重大安全事故风险。动叶和静叶损毁等重大安全事故风险。动叶和静叶损毁等重大安全事故风险。


技术研发人员：文立斌 胡弘
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/5/31