核电厂汽轮机热应力控制技术的研究

论文摘要

高效发展已经成为国家的核电发展战略,核电汽轮机的自动控制技禾也越来越引起制造商及业主的关注。在国外核电汽轮机先进控制的引进、消化、吸收的基础上,开发具有自主知识产权的控制系统,对于国家核电发展具有重要的意义。区别于常规火电厂的汽轮机组,核电汽轮机组具有转子大、饱和蒸汽湿度高、蒸汽流量大等特点，决定了转子承受的机械应力大、腐蚀引起的热疲劳应力大,而在升功率、降功率和事故工况下，往往采用机跟堆模式,转子将承受大的热负荷及负荷变化,因此转子应力的监测和控制是核电汽轮机组的技术关键,其决定汽轮机组的可靠性,从而影响反应堆运行的安全性。论文在分析研究核电厂汽轮机组工艺特性和力学性的基础上,通过建立转子的应力计算模型,研究转子应力计算和应力控制及转子应力的监控方法,从而实现在保证核电厂反应堆安全运行条件下汽轮机控制系统的研发。本文主要做了以下几个方面的工作：1.在分析汽轮机工艺特点及转子应力的机理模型的基础上,建立应力计算模型,并针对目标机组特点,研究确定了转子应力计算模型的参数。2.基于转子应力的机理模型,提出确保在核电机组运行安全条件下应力极限的计算方法,给出了转子表面应力极限数值,以实现不引起转子表面热疲劳裂纹条件下,满足机组启停次数的要求。3.提出转子应力控制和监控的方法,并研究了转子应力控制和监控在汽轮机控制程序中的实现方法。实现了在不超过许可的转子应力条件下的汽轮机快速起动,以确保核电汽轮发电机组运行安全性和经济性。4.根据运行经验,研究了核蒸汽供应系统中主蒸汽控制策略的优化,以改善转子应力控制性能。论文研究成果在C2核电厂汽轮机组的转子热应力监视和控制系统得到了成功的就用以及验证,这也标志具有自主知识产权的汽轮机组在核电领域首次得到成功应用,论文研究将为自主产权的汽轮机技术在型核电厂的应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 核电汽轮机的工艺特性
• 1.1.1 热力设计参数及结构特性
• 1.1.2 核电汽轮机行特性
• 1.1.2.1 启动与停机
• 1.1.2.2 变工况运行
• 1.1.2.3 小容积流量工况
• 1.2 核电汽轮机力学特性
• 1.2.1 热力学参数
• 1.2.2 应力水平
• 1.2.3 侵蚀、腐蚀特性
• 1.2.4 机组的超速特性
• 1.3 核电汽轮机安全可靠运行的关键
• 1.4 汽轮机应力计算技术现状
• 1.5 汽轮机应力监控技术现状
• 1.6 本文的主要工作和内容
• 第二章 汽轮机转子应力机理模型
• 2.1 汽轮机转王应力特性
• 2.2 T型叶根-周向叶根槽应力
• 2.3 侧装型叶根-轴向叶根槽应力
• 2.4 转子表面应力极限
• 2.5 本章小结
• 第三章 转子应力计算和控制
• 3.1 转子应力计算
• 3.1.1 高压第一级转子表面的热传导系数
• 3.1.2 高压第一级转子温度
• 3.1.3 预计的高压转子有效温差
• 3.2 转子应力控制
• 3.2.1 有效的高压转子应力估训
• 3.2.2 高压转子应力极限选择
• 3.2.3 许可的第一级蒸汽温度变化
• 3.2.4 升速率和升负荷率调整
• 3.2.5 许可的负荷变化
• 3.3 本章小结
• 第四章 汽轮机进汽控制逻辑优化
• 4.1 主蒸汽逻辑优化
• 4.1.1 主蒸汽的目标功能优化
• 4.1.2 主蒸汽的修正功能优化
• 4.1.3 主蒸汽的跟踪功能优化
• 4.2 再热蒸汽逻辑优化
• 4.2.1 再热蒸汽目标值功能优化
• 4.2.2 再热蒸汽的修正功能优化
• 4.2.3 再热蒸汽的跟踪功能优化
• 4.3 本章小结
• 第五章 转子应力控制的实现
• 5.1 应力计算和控制相关参数的确定
• 5.2 应力计算和控制参数的初始化
• 5.3 应力计算和控制的实现
• 5.4 应力控制比较逻辑
• 5.5 本章小结
• 第六章 转子应力控制算法的应用及验证
• 6.1 C2项目汽轮机控制系统
• 6.1.1 C2项目汽轮机控制系统总貌
• 6.1.2 C2项目汽轮机控制系统硬件配置
• 6.1.3 C2项目汽轮机控制系统软件功能
• 6.2 C2项目转子应力计算和控制逻辑
• 6.2.1 C2项目转子应力计算逻辑
• 6.2.1.1 高压转子应力计算有效性判断逻辑
• 6.2.1.2 高压热传导系数计算逻辑
• 6.6.1.3 高压转子有效温差计算逻辑
• 6.2.2 C2项目转子应力控制逻辑
• 6.2.2.1 允许的第二级蒸汽温度计算逻辑
• 6.2.2.2 允许的负荷改变值计算逻辑
• 6.3 C2项目转子应力计算和控制程序参数确定
• 6.3.1 C2项目初始化计算主要输入数据
• 6.3.2 C2项目初始化计算结果
• 6.4 C2项目汽轮机控制系统现场应用
• 6.5 本章小结
• 结束语与展望
• 结束语
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的论文