深度调峰机组轴系寿命分析：汽轮-发电机扭转疲劳研究

"考虑负荷快速频繁调节的汽轮-发电机组轴系扭转疲劳寿命分析" 文章主要探讨了在可再生能源发电比例增加的背景下，传统火力发电机组需具备深度调峰能力，这导致汽轮-发电机组需要频繁快速调节负荷，从而可能引发轴系的扭转寿命损耗问题。研究中采用了有限元分析软件ANSYS构建汽轮-发电机组轴系模型，通过模拟计算得到轴系在不同工况下的扭转响应。 首先，文章介绍了电力系统未来发展趋势，即以清洁能源为主导，传统火电机组将更多地承担调峰任务。然而，频繁调节负荷可能导致轴系承受更大的扭应力，从而缩短其使用寿命，甚至引发设备故障。因此，评估这种工况下的扭转寿命损耗至关重要。 接着，文章详细阐述了评估方法。利用ANSYS进行有限元分析，建立轴系模型，分析关键轴段的扭转响应。随后，通过雨流计数法将非对称的工作循环应力转化为对称循环下的疲劳应力，这是疲劳寿命评估的基础。结合Manson-Coffin应变-寿命公式和连续损伤理论，可以量化轴系在负荷波动下的寿命损耗。 以600 MW超临界汽轮-发电机为例，研究发现寿命损耗与负荷调节的爬坡率和调峰范围成正比，且指数增长。这表明，火电机组在确保可再生能源消纳的同时，必须找到合适的爬坡率和调峰范围，以平衡寿命损耗和运行效率。此外，当考虑负荷的频繁波动特性时，扭转寿命损耗遵循累积规则，这主要是因为转子扭转振动的快速衰减。 该研究为火电机组在新的电网环境下如何适应频繁调节负荷提供了理论依据，并对评估和优化其扭转寿命损耗提出了有效方法。这对于确保火电机组的安全稳定运行，以及实现可再生能源并网的可持续性具有重要意义。未来的研究可以进一步探索更为复杂的工况下轴系的疲劳行为，以及如何通过改进设计和运行策略来减缓寿命损耗。