CN104501879B - 一种汽轮机主汽阀流量测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机主汽阀流量测定方法，取用阀门全开工况下通过两个全开调节汽门的蒸汽流量；全开调节汽门后压力，在非阀门全开工况下根据调节汽门开度通过线性插值方法获得对应的部分开启调节汽门后压力；调节级后压力；同时根据运行过程中调节级特性相关数据采用数据驱动方式给出调节级特性关系公式；从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取机组主蒸汽温度和主蒸汽压力及部分开启调节汽门开度比；计算得到通过全开调节汽门的蒸汽流量与通过部分开启调节汽门的蒸汽流量之和即为机组主汽阀流量。本发明根据主蒸汽初参数及阀门开度的预测值可完成对汽轮机组主汽阀流量的预测。

Description

一种汽轮机主汽阀流量测定方法

技术领域

本发明涉及一种针对顺序阀调节方式下汽轮机主汽阀流量的测定方法，可用于汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量的软测量，属于软测量领域。

背景技术

汽轮机主汽阀流量及其与主汽阀阀位之间的关系是汽轮机调速系统优化的基础。以往汽轮机调速系统优化因缺少必要的关注和有效的方法，也在一定程度上造成对主汽阀流量测定方法研究的停滞。为了满足汽轮机调速系统优化研究工作的需要，主汽阀流量的测定方法成为必须解决的突出问题。传统的方法是采用热力试验的方法，但存在实效性差、成本高等不足。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种汽轮机主汽阀流量测定方法，只需要测量主蒸汽参数及阀门开度即可测算出机组主汽阀流量，不仅简少了主蒸汽软测量所必须的检测参量；还可以根据主蒸汽参数、汽轮机调节汽门开度的预测值，实现机组主汽阀流量的预测。

本发明的技术方案为：一种汽轮机主汽阀流量测定方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：取用阀门全开工况下通过两个全开调节汽门的蒸汽流量G_vwo；取用阀门全开工况下全开调节汽门后压力p'₀，在非阀门全开工况下根据调节汽门开度通过线性插值方法获得对应的部分开启调节汽门后压力p'₀₁；取用阀门全开工况下调节级后压力p₂；取用全开调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n1；取用部分开启调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n2；取用全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n1；取用部分开启调节汽门所控制的喷嘴数z_n2；

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取如下数据：机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；部分开启调节汽门开度比k；

步骤3：由机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF9，计算得到主蒸汽比容v₀；

步骤4：假设汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量G₀₁；

步骤5：对于凝汽式汽轮机，将整个汽轮机的所有压力级划分为一个级组，其任一工况下的调节级后压力为

式中，p₂₁为流量为G₀₁时调节级后压力，单位为Pa；

G_vwo为全开调节汽门的蒸汽流量；

步骤6：计算全开调节汽门所对应的调节级前后压力比

ε₁＝p₂₁/p'₀ (2)

步骤7：对于全开调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₁₁＝E₁μ₁p₂₁ (3)

其中系数E1为

式中，G₁₁为通过全开调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₁为与调节级前后压比有关的系数，μ₁＝2.65-0.38*ε₁-2*ε₁ ²；

A_n1为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²；

步骤8：通过全开调节汽门的蒸汽流量为

G₁＝G₁₁z_n1 (5)

式中，z_n1为全开调节汽门所控制的喷嘴数；

步骤9：计算部分开启调节汽门后压力p'₀₁

p'₀₁＝k*p'₀ (6)

步骤10：计算部分开启调节汽门所对应的调节级前后压力比；

ε₂＝p₂₁/p'₀₁ (7)

步骤11：对于部分开启调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₂₁＝E₂μ₂p₂₁ (8)

其中系数E2为

式中，G₂₁为通过部分开启调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₂为与调节级前后压比有关的系数，μ₂＝2.65-0.38*ε₂-2*ε₂ ²；

A_n2为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²；

步骤12：通过部分开启调节汽门的蒸汽流量为

G₂＝G₂₁*z_n2 (10)

式中，z_n2为部分开启调节汽门所控制的喷嘴数；

步骤13：机组主汽阀流量为通过全开调节汽门的蒸汽流量与通过部分开启调节汽门的蒸汽流量之和G₀₂：

G₀₂＝G₁+G₂ (11)

步骤14：如果(G₀₁-G₀₂)的绝对值大于给定的微小量ε_M＝0.0001，则将当前的主蒸汽G₀₂赋值给假设主蒸汽G₀₁，重复步骤4～13，直到(G₀₁-G₀₂)的绝对值小于或等于给定的微小量ε_M时，将当前的主汽阀流量G₀₂作为对应阀门开度下输出主汽阀流量G₀。

本发明所达到的有益效果：本发明根据主蒸汽初参数及阀门开度就可以测算出不同阀门开度下对应汽轮机主汽阀流量，减少了汽轮机主汽阀测量所必须的检测参量。此外，根据主蒸汽初参数及阀门开度的预测值可完成对汽轮机组主汽阀流量的预测。

附图说明

图1是本发明的计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种汽轮机主汽阀流量测定方法，包括以下步骤：

步骤1：取用阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下通过两个全开调节汽门的蒸汽流量G_vwo；取用阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下全开调节汽门后压力p'₀，在非阀门全开工况下根据调节汽门开度通过线性插值方法获得对应的部分开启调节汽门后压力p'₀₁；取用阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下调节级后压力p₂；取用汽轮机设计厂家给出调节级特性关系公式；取用全开调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n1；取用部分开启调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n2；取用全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n1；取用部分开启调节汽门所控制的喷嘴数z_n2。

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取如下数据：机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；部分开启调节汽门开度比k。

步骤3：由机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据经典的1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for theProperties of Water and Steam)，计算得到主蒸汽比容v₀。

步骤4：假设汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量G₀₁，

步骤5：对于凝汽式汽轮机，将整个汽轮机的所有压力级划分为一个级组，其任一工况下的调节级后压力为

式中，p₂₁为流量为G₀时调节级后压力，单位为Pa；

步骤6：计算全开调节汽门所对应的调节级前后压力比

ε₁＝p₂₁/p'₀ (2)

步骤7：对于全开调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₁₁＝E₁μ₁p₂₁ (3)

其中

式中，G₁₁为通过全开调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₁为与调节级前后压比有关的系数(取用汽轮机设计厂家调节级特性关系公式μ₁＝2.65-0.38*ε₁-2*ε₁ ²)；

A_n1为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²(取用)。

步骤8：通过全开调节汽门的蒸汽流量为

G₁＝G₁₁z_n1 (5)

式中，z_n1为全开调节汽门所控制的喷嘴数。

步骤9：计算部分开启调节汽门后压力p'₀₁

p'₀₁＝k*p'₀ (6)

步骤10：计算部分开启调节汽门所对应的调节级前后压力比

ε₂＝p₂₁/p'₀₁ (7)

步骤11：对于部分开启调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₂₁＝E₂μ₂p₂₁ (8)

其中

式中，G₂₁为通过部分开启调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₂为与调节级前后压比有关的系数(取用汽轮机设计厂家提供调节级特性关系公式μ₂＝2.65-0.38*ε₂-2*ε₂ ²)；

A_n2为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²(取用)。

步骤12：则通过部分开启调节汽门的蒸汽流量为

G₂＝G₂₁*z_n2 (10)

式中，z_n2为部分开启调节汽门所控制的喷嘴数。

步骤13：机组主汽阀流量为通过全开调节汽门的蒸汽流量与通过部分开启调节汽门的蒸汽流量之和G₀₂：

G₀₂＝G₁+G₂ (11)

步骤14：如果(G₀₁-G₀₂)的绝对值大于给定的微小量ε_M，则将当前的主蒸汽G₀₂赋值给假设主蒸汽G₀₁，重复步骤4～13，直到(G₀₁-G₀₂)的绝对值小于或等于给定的微小量ε_M时，将当前的主汽阀流量G₀₂作为对应阀门开度下输出主汽阀流量G₀。

以某台50MW发电机组为例，实现一种顺序阀调节方式下汽轮机主汽阀流量的测定。该50MW机组型号为N50/8.82/535型，中间再热、两缸两排汽、抽汽凝汽式机组。

详细计算步骤如下：

(1)取用机组设计数据如下：

阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下通过两个全开调节汽门的蒸汽流量G_vwo＝170.09t/h；

阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下全开调节汽门后压力p'₀＝8.38MPa；

阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下调节级后压力p₂＝6.01MPa；

全开调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n1＝2.26cm²；

部分开启调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n2＝2.26cm²；

全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n1＝10；

部分开启调节汽门所控制的喷嘴数z_n2＝10。

(2)从厂级监控信息系统(SIS)的实时数据库中读取相关实时数据，读取的主要实时数据如下：

主蒸汽压力p₀为8.826Mpa；

主蒸汽温度t₀为535℃；

部分开启调节汽门开度比k＝50％；

(3)由机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据经典的1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for theProperties of Water and Steam)，计算得到主蒸汽比容v₀＝0.0398m³/kg；

(4)假设汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量的初始值G₀₁＝96.5t/h；

(5)利用下列数据：阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下调节级后压力p₂、阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下通过两个全开调节汽门的蒸汽流量G_vwo、汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量的初始值G₀₁，按照式(1)得到调节级后压力p₂₁＝3.41MPa；

(6)利用下列数据：主蒸汽压力p₀、主蒸汽比容v₀、全开调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n1，按照式(4)得到全开调节汽门系数E＝0.8896；

(7)利用下列数据：阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下全开调节汽门后压力p'₀、调节级后压力p₂₁，按照式(2)得到全开调节汽门所对应的调节级前后压力比ε₁＝0.41；

(8)利用下列数据：全开调节汽门所对应的调节级前后压力比ε₁，由汽轮机设计厂家提供调节级特性关系公式计算得到与调节级前后压比有关的系数μ₁＝2.16；

(9)利用下列数据：与调节级前后压比有关的系数μ₁、全开调节汽门系数E、调节级后压力p₂₁，按照式(3)得到对于全开调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量G₁₁＝E₁μ₁p₂₁＝6.565；

(10)利用下列数据：全开调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量G₁₁、全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n1，按照式(5)得到通过全开调节汽门的蒸汽流量G₁＝65.65；

(11)利用下列数据：主蒸汽压力p₀、主蒸汽比容v₀、部分开启调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n2，按照式(9)得到部分开启调节汽门系数E＝0.8896；

(12)利用下列数据：阀门全开工况(Valve Wide Open工况)下全开调节汽门后压力p'₀、部分开启调节汽门开度比k，按照式(6)得到计算部分开启调节汽门后压力p'₀₁＝4.19；

(13)利用下列数据：部分开启调节汽门后压力p'₀₁、调节级后压力p₂₁，按照式(7)得到部分开启调节汽门所对应的调节级前后压力比ε₂＝0.814；

(14)利用下列数据：部分开启调节汽门所对应的调节级前后压力比ε₂，计算得到与调节级前后压比有关的系数μ₂＝1.0154；

(15)利用下列数据：与调节级前后压比有关的系数μ₂、全开调节汽门系数E₂、调节级后压力p₂₁，按照式(8)得到对于部分开启调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量G₂₁＝3.0814；

(16)利用下列数据：部分开启调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量G₂₁、全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n2，按照式(10)得到通过部分开启调节汽门的蒸汽流量G₂＝30.814；

(17)利用通过全开调节汽门的蒸汽流量G₁以及部分开启调节汽门的蒸汽流量G₂，按照式(11)得到机组主汽阀流量G₀₂＝96.465；

(18)判断(G₀₁-G₀₂)的绝对值是否小于等于给定的微小量ε_M＝0.001，若(G₀₁-G₀₂)的绝对值小于等于ε_M，则测算结束；若(G₀₁-G₀₂)的绝对值大于ε_M，将G₀₂赋值给G₀₁，重复步骤(4)～(17)；测算结束前的G₀₂＝96.465即为该时刻下对应的汽轮机主汽阀流量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种汽轮机主汽阀流量测定方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：取用阀门全开工况下通过全开调节汽门的蒸汽流量G_vwo；取用阀门全开工况下全开调节汽门后压力p'₀，在非阀门全开工况下根据调节汽门开度通过线性插值方法获得对应的部分开启调节汽门后压力p'₀₁；取用阀门全开工况下调节级后压力p₂；取用全开调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n1；取用部分开启调节汽门单个喷嘴喉部截面积A_n2；取用全开调节汽门所控制的喷嘴数z_n1；取用部分开启调节汽门所控制的喷嘴数z_n2；

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取如下数据：机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀；部分开启调节汽门开度比k；

步骤3：由机组主蒸汽温度t₀和主蒸汽压力p₀，根据工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF9，计算得到主蒸汽比容v₀；

步骤4：假设汽轮机顺序阀调节方式下调节汽门流量G₀₁；

步骤5：对于凝汽式汽轮机，将整个汽轮机的所有压力级划分为一个级组，其任一工况下的调节级后压力为

<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mn>21</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>G</mi> <mn>01</mn> </msub> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>v</mi> <mi>w</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中，p₂₁为流量为G₀₁时调节级后压力，单位为Pa；

G_vwo为全开调节汽门的蒸汽流量；

步骤6：计算全开调节汽门所对应的调节级前后压力比

ε₁＝p₂₁/p'₀ (2)

步骤7：对于全开调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₁₁＝E₁μ₁p₂₁ (3)

其中系数E1为

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式中，G₁₁为通过全开调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₁为与调节级前后压比有关的系数，μ₁＝2.65-0.38*ε₁-2*ε₁ ²；

A_n1为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²；

步骤8：通过全开调节汽门的蒸汽流量为

G₁＝G₁₁z_n1 (5)

式中，z_n1为全开调节汽门所控制的喷嘴数；

步骤9：计算部分开启调节汽门后压力p'₀₁

p'₀₁＝k*p'₀ (6)

步骤10：计算部分开启调节汽门所对应的调节级前后压力比；

ε₂＝p₂₁/p'₀₁ (7)

步骤11：对于部分开启调节汽门对应的喷嘴组中单个喷嘴的蒸汽流量为

G₂₁＝E₂μ₂p₂₁ (8)

其中系数E2为

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式中，G₂₁为通过部分开启调节汽门的单个喷嘴的蒸汽流量，单位为kg/s；

μ₂为与调节级前后压比有关的系数，

μ₂＝2.65-0.38*ε₂-2*ε₂ ²；

A_n2为单个喷嘴的喉部截面积，单位为m²；

步骤12：通过部分开启调节汽门的蒸汽流量为

G₂＝G₂₁*z_n2 (10)

式中，z_n2为部分开启调节汽门所控制的喷嘴数；

步骤13：机组主汽阀流量为通过全开调节汽门的蒸汽流量与通过部分开启调节汽门的蒸汽流量之和G₀₂：

G₀₂＝G₁+G₂ (11)

步骤14：如果(G₀₁-G₀₂)的绝对值大于给定的微小量ε_M＝0.0001，则将当前的主蒸汽G₀₂赋值给假设主蒸汽G₀₁，重复步骤4～13，直到(G₀₁-G₀₂)的绝对值小于或等于给定的微小量ε_M时，将当前的主汽阀流量G₀₂作为对应阀门开度下输出主汽阀流量G₀。