CN104008221A - 一种汽轮机模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机模型的建立方法，它涉及一种模型的建立方法，具体涉及一种汽轮机模型的建立方法。本发明为了解决解决现有汽轮机模型建立方法计算复杂，且建立的模型仿真程度不高，容易给后续生产带来损失和误差的问题。本发明的具体步骤为：建立油动机模型；建立蒸汽容积效应模型；建立转子模型；建立回热系统模型；建立再热系统模型；建立无穷大电网模型；结合油动机模型、蒸汽容积效应模型、转子模型、回热系统模型、再热系统模型、无穷大电网模型建立汽轮机模型。本发明用于汽轮机设计制造领域。

Description

一种汽轮机模型的建立方法

技术领域

本发明涉及一种模型的建立方法，具体涉及一种汽轮机模型的建立方法。 

背景技术

汽轮机是发电厂的重要设备，汽轮机在设计制造前都需要对其建立仿真模型，以此来确定最终的制造方案和定型生产规划。现有汽轮机模型建立方法计算复杂，且建立的模型仿真程度不高，容易给后续生产带来损失和误差。 

发明内容

本发明为解决现有汽轮机模型建立方法计算复杂，且建立的模型仿真程度不高，容易给后续生产带来损失和误差的问题，进而提出一种汽轮机模型的建立方法。 

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的具体步骤如下： 

步骤一、建立油动机模型：利用Matlab建模软件建立油动机仿真模型，其中油动机的惯性时间常数为0.084s时，对应的阀门关闭时间为0.10s，油动机的惯性时间常数为0.125s时，对应的阀门关闭时间为0.15s,油动机的惯性时间常数为0.167s时，对应的阀门关闭时间为0.20s，表征摩擦损失的自平衡系数Beita为0.03； 

步骤二、建立蒸汽容积效应模型：根据公式建立蒸汽容积效应仿真模型，其中T₀表示时间容积常数，l表示进气管道长度，A表示进气管道横截面积，v₀表示气流在管道中的流速，ρ₀表示额定工况下的气体密度； 

步骤三、建立转子模型：根据公式χ_P(s)-χ_NL(s)＝(β+Ta·s)χ_n(s)建立转子仿真模型，其中ω表示转子的角速度，ω₀表示转子在额定工况下的角速度，N_T0表示额定透平功率，N_L表示决定于外部因素的量，N_T表示透平功率表示转子的飞升时间常数，β表示自平衡系数； 

步骤四、建立回热系统模型： 

步骤四（一）、建立回热器的动态数学模型； 

步骤四（二）、建立计及回热器热效应的汽轮机动态模型； 

步骤四（三）、根据步骤四（一）和步骤四（二）建立回热系统模型； 

步骤五、建立再热系统模型： 

步骤六、建立无穷大电网模型； 

步骤七、结合油动机模型、蒸汽容积效应模型、转子模型、回热系统模型、再热系统模型、无穷大电网模型建立汽轮机模型。 

本发明的有益效果是：本发明计算简单，可迅速建立所需的汽轮机仿真模型，利用本发明所述方法建立的汽轮机仿真模型，精确度高，不会给后续设计和生产造成损失和误差。 

附图说明

图1是本发明的流程框图。 

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机模型的建立方法的具体步骤如下： 

步骤一、建立油动机模型：利用Matlab建模软件建立油动机仿真模型，其中油动机的惯性时间常数为0.084s时，对应的阀门关闭时间为0.10s，油动机的惯性时间常数为0.125s时，对应的阀门关闭时间为0.15s,油动机的惯性时间常数为0.167s时，对应的阀门关闭时间为0.20s，表征摩擦损失的自平衡系数Beita为0.03； 

步骤二、建立蒸汽容积效应模型：根据公式建立蒸汽容积效应仿真模型，其中T₀表示时间容积常数，l表示进气管道长度，A表示进气管道横截面积，v₀表示气流在管道中的流速，ρ₀表示额定工况下的气体密度； 

步骤三、建立转子模型：根据公式χ_P(s)-χ_NL(s)＝(β+Ta·s)χ_n(s)建立转子仿真模型，其中ω表示转子的角速度，ω₀表示转子在额定工况下的角速度，N_T0表示额定透平功率，N_L表示决定于外部因素的量，N_T表示透平功率T_a表示转子的飞升时间常数，β表示自平衡系数； 

步骤四、建立回热系统模型： 

步骤四（一）、建立回热器的动态数学模型； 

步骤四（二）、建立计及回热器热效应的汽轮机动态模型； 

步骤四（三）、根据步骤四（一）和步骤四（二）建立回热系统模型； 

步骤五、建立再热系统模型： 

步骤六、建立无穷大电网模型； 

步骤七、结合油动机模型、蒸汽容积效应模型、转子模型、回热系统模型、再热系统模型、无穷大电网模型建立汽轮机模型。 

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机模型的建立方法的步骤二中时间容积常数T₀＝0.1～0.3s。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机模型的建立方法的步骤三中β的取值范围为0.03～0.05。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机模型的建立方法的步骤四（二）中建立计及回热器热效应的汽轮机动态模型的具体步骤如下： 

步骤A、确定静态参数K₁、K₂、K₃： 

$K_1=\frac{D_{\mathrm{ms}0}}{D_{\mathrm{ms}0}^{\′}}=1+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ri}}$ ①， 

$K_2=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ri}}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}\·\frac{1}{{\mathrm{\χ}}_{P_{\mathrm{ri}}}}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ri}}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}\·\frac{P_{\mathrm{ri}0}}{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ri}}}=\frac{P_{\mathrm{ri}0}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_i}$ ②， 

$K_3=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{bi}}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}\·\frac{1}{{\mathrm{\χ}}_{P_{\mathrm{bi}}}}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{bi}}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}\·\frac{P_{\mathrm{bi}0}}{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{bi}}}$

$=\frac{P_{\mathrm{bi}0}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}=1+\frac{P_{\mathrm{ri}0}}{P_{\mathrm{bi}0}-P_{\mathrm{ri}0}}=1+K_2=1+\frac{1}{{\mathrm{\β}}_1}$ ③， 

公式①②③中α_ri表示第i级回热器抽汽份额系数，D_ms0表示额定工况下上级组流量， 表示额定工况下下级组流量，P_ri表示第i级回热器压力，P_bi表示第i级回热器抽汽点压力，β_i表示回热器逆止阀门前后的压力损失系数，P_ri0表示额定工况下第i级回热器压力，P_bi0表示额定工况下第i级回热器抽汽点压力，表示P_ri点标幺量，表示P_bi点标幺量； 

步骤B、确定回热器动态特性传递函数W_i(s)： 

$W_i\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\χ}}_{p_r}\left(s\right)}{{\mathrm{\χ}}_{p_n}\left(s\right)}$ ④， 

$\frac{{\mathrm{\χ}}_{P_r}\left(s\right)}{{\mathrm{\χ}}_{P_n}\left(s\right)}=\frac{1}{(\frac{{\mathrm{V\ρ}}_0}{{\mathrm{nD}}_{r0}}+\frac{C_{\mathrm{ps}}{M}_s}{C_{\mathrm{pw}}{D}_w})\·s+1}=\frac{1}{T_{r}s+1}$ ⑤， 

公式④和⑤中V表示含抽汽管在内的加热器容积，T_r表示回热器蓄热时间常数对于混合式加热器T_r=30s，对于表面式加热器T_r=20s，ρ₀表示额定工况下气体密度，D_r0表示额定流量，C_ps表示汽侧比热系数，C_pw表示给水侧比热系数，M_s表示汽侧质量，D_w表示给水侧流量，n表示多变指数； 

步骤C、将K₁，K₂，K₃带入信号流，写成传递函数的形式并化简可得给水回热加热系统的数学模型。 

其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种汽轮机模型的建立方法的步骤五中再热容积时间常数为8～10秒。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 

Claims (5)

1.一种汽轮机模型的建立方法，其特征在于：所述一种汽轮机模型的建立方法的具体步骤如下： 

步骤一、建立油动机模型：利用Matlab建模软件建立油动机仿真模型，其中油动机的惯性时间常数为0.084s时，对应的阀门关闭时间为0.10s，油动机的惯性时间常数为0.125s时，对应的阀门关闭时间为0.15s,油动机的惯性时间常数为0.167s时，对应的阀门关闭时间为0.20s，表征摩擦损失的自平衡系数Beita为0.03； 

步骤二、建立蒸汽容积效应模型：根据公式建立蒸汽容积效应仿真模型，其中T₀表示时间容积常数，l表示进气管道长度，A表示进气管道横截面积，v₀表示气流在管道中的流速，ρ₀表示额定工况下的气体密度； 

步骤三、建立转子模型：根据公式χ_P(s)-χ_NL(s)＝(β+Ta·s)χ_n(s)建立转子仿真模型，其中ω表示转子的角速度，ω₀表示转子在额定工况下的角速度，N_T0表示额定透平功率，N_L表示决定于外部因素的量，N_T表示透平功率T_a表示转子的飞升时间常数，β表示自平衡系数； 

步骤四、建立回热系统模型： 

步骤四（一）、建立回热器的动态数学模型； 

步骤四（二）、建立计及回热器热效应的汽轮机动态模型； 

步骤四（三）、根据步骤四（一）和步骤四（二）建立回热系统模型； 

步骤五、建立再热系统模型： 

步骤六、建立无穷大电网模型； 

步骤七、结合油动机模型、蒸汽容积效应模型、转子模型、回热系统模型、再热系统模型、无穷大电网模型建立汽轮机模型。 

2.根据权利要求1所述一种汽轮机模型的建立方法，其特征在于：步骤二中时间容积常数T₀＝0.1～0.3s。 

3.根据权利要求1所述一种汽轮机模型的建立方法，其特征在于:步骤三中β的取值范围为0.03～0.05。 

4.根据权利要求1所述一种汽轮机模型的建立方法，其特征在于：步骤四（二）中建立计及回热器热效应的汽轮机动态模型的具体步骤如下： 

步骤A、确定静态参数K₁、K₂、K₃： 

①， 

②， 

③， 

公式①②③中α_ri表示第i级回热器抽汽份额系数，D_ms0表示额定工况下上级组流量，D′_ms0表示额定工况下下级组流量，P_ri表示第i级回热器压力，P_bi表示第i级回热器抽汽点压力，β_i表示回热器逆止阀门前后的压力损失系数，P_ri0表示额定工况下第i级回热器压力，P_bi0表示额定工况下第i级回热器抽汽点压力，表示P_ri点标幺量，表示P_bi点标幺量； 

步骤B、确定回热器动态特性传递函数W_i(s)： 

④， 

⑤， 

公式④和⑤中V表示含抽汽管在内的加热器容积，T_r表示回热器蓄热时间常数对于混合式加热器T_r=30s，对于表面式加热器T_r=20s，ρ₀表示额定工况下气体密度，D_r0表示额定流量，C_ps表示汽侧比热系数，C_pw表示给水侧比热系数，M_s表示汽侧质量，D_w表示给水侧流量，n表示多变指数； 

步骤C、将K₁，K₂，K₃带入信号流，写成传递函数的形式并化简可得给水回热加热 系统的数学模型。 

5.根据权利要求1所述一种汽轮机模型的建立方法，其特征在于：步骤五中再热容积时间常数为8～10秒。