CN111931298B - 一种汽轮机配汽端仿真计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽轮机配汽端仿真计算方法，包括基于获取的汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸，计算出调节级特性数据并拟合调节级通用特性函数，建立喷嘴组仿真模块；依据膨胀系数法以及拟合的调节阀特性函数，建立调节阀仿真模块；将单个喷嘴组仿真模块和单个调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，对由多个配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算。对由多个配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算，能够丰富喷嘴配汽汽轮机组变工况特性的研究，从而实现包含调节阀行程信息的汽轮机组变负荷热经济特性、定功率变压运行热经济特性、调节阀流量特性以及调节阀重叠度特性等多种仿真应用功能。
Description
技术领域
本发明属于汽轮机运行技术领域，尤其涉及一种汽轮机配汽端仿真计算方法。
背景技术
对于喷嘴配汽汽轮机，其调节级分成若干个相互间隔独立的喷嘴弧段；通常，每个调节阀控制一个喷嘴弧段的进汽量。当负荷发生变化时，依次开启或关闭若干个调节阀，改变调节级的通流面积，以控制汽轮机总进汽量。假设汽轮机布置有CV1、CV2、CV3、CV4，一共4个调门。实际运行中，为提高机组运行安全性，喷嘴配汽方式往往设计成“节流—喷嘴混合配汽方式”，即低负荷下CV1和CV2同步开启，CV3和CV4随负荷上升而顺序开启（CV1/2→CV3→CV4）。为了改善蒸汽的流动性能，提高级的效率，调节级的动叶和静叶都设计成有少量的反动度，并且反动度的数值是随工况变化的，因此喷嘴后的压力与动叶后的压力是不相的。调节级变工况计算是喷嘴配汽汽轮机组热力核算中最常遇到的问题之一。
在调节级变工况计算中，必须分别讨论两部分汽流的工作：一是通过全开调门的汽流；另一部分是通过部分开启调门的汽流。鉴于调节级在变工况下的热力计算比较复杂，通常需借助制造厂家所提供的调节级通用特性曲线，通过查图得出有关数据，再进行相应计算。
发明内容
本发明实施例提供一种汽轮机配汽端仿真计算方法，用以解决针对对喷嘴配汽汽轮机组变工况丰富度差以及在变工况下的热力计算复杂的技术问题。
本发明提供了一种汽轮机配汽端仿真计算方法，所述方法基于获取的汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸，计算出调节级特性数据并拟合调节级通用特性函数，建立喷嘴组仿真模块；依据膨胀系数法以及拟合的调节阀特性函数，建立调节阀仿真模块；将单个所述喷嘴组仿真模块和单个所述调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，对由多个所述配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算。
在本发明的一些实施方式中，包括以下步骤：
步骤1：拟合调节级通用特性函数
根据汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸计算出以级压比
为自变量的调节级特性数据，提取调节级特征数据中的级压比
、系数
、反动度
以及轮周效率
，通过多项式拟合，分别确定出
、
以及
插值函数关系式；
步骤2：建立喷嘴组仿真模块
喷嘴组仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、轮周效率、出口温度、级压比、系数μ、反动度以及轴功率热力参数；
将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算间接得出，对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量；
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算得出，其中，变工况下的进口流量和进口压力作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口流量由外部给定时，则进口压力由内部计算得出；当进口压力由外部给定时，则进口流量由内部计算得出，变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出，变工况下的出口压力由外部给定，变工况下的级压比为出口压力和进口压力的比值，变工况下的轮周效率、出口温度、系数μ、反动度以及轴功率通过内部计算得出；
步骤3：建立调节阀仿真模块
调节阀仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、流量系数、流量系数百分比以及调节阀行程热力参数；
同样，将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数间接得出，对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量；
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节阀特性函数以及相关热力计算公式计算得出，其中，变工况下的进口压力和调节阀行程作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口压力由外部给定时，则调节阀行程由内部计算得出；当调节阀行程由外部给定时，则进口压力由内部计算得出，变工况下的进口流量和出口压力由外部给定，变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出；变工况下的流量系数通过内部计算得出，数值上，基准工况和变工况下的调节阀仿真模块的进口流量于喷嘴组仿真模块的进口流量；调节阀仿真模块的出口压力于喷嘴组仿真模块的进口压力，调节阀流量系数百分比是一组基于基准工况的调节阀流量系数的标幺值，变工况下，将所得调节阀流量系数除以基准工况的调节阀流量系数，可得出其调节阀流量系数百分比，调节阀特性函数是一组以调节阀行程为自变量，调节阀流量系数百分比为因变量的插值函数，调节阀行程依据调节阀流量系数百分比，通过调节阀特性函数的插值计算而得出；
步骤4：将单个调节阀和单个喷嘴组串接为一个配汽单元；再将多个配汽单元并联，即可构建为汽轮机组的配汽端；
各配汽单元的进口流量占汽轮机总进汽流量的比例与各喷嘴弧段所含喷嘴数有关，由基准工况指定各配汽单元的进口流量来确定。
在本发明的一些实施方式中，实际级压比
通常在0.5～1.0，其中一部分超出了调节级特性数据的计算范围，为此，对拟合的各函数关系式做以下约定：
对于函数
，当
时，令
；当
时，令
；
对于函数
，当
时，令
；
对于函数
，当
时，令
。
在本发明的一些实施方式中，在步骤2中，对于喷嘴组仿真模块，变工况下的进口流量或进口压力通过联立调节级通用特性函数
和式（1）相互求解，具备“已知进口压力求进口流量”和“已知进口流量求进口压力”两种计算模式；
式中：P1N为基准工况下的进口压力，V1N为基准工况下的进口比容，M1N为基准工况下的进口流量，P2N为基准工况下的出口压力，μN为基准工况下的系数，P1为变工况下的进口压力，V1为变工况下的进口比容，M1为变工况下的进口流量，P2为变工况下的出口压力，μ为变工况下的系数；
εN=P2N/P1N为基准工况下的压比，ε=P2/P1为变工况下的压比；
基准工况下的系数μN和变工况下的系数μ根据调节级通用特性函数
由级压比εN和ε进行插值计算得出；
因此，根据式（1），在已知P1N、V1N、M1N、P2N和P2时，可通过迭代计算，实现：（1）已知M1，求P1；（2）已知P1，求M1；
变工况下的轮周效率根据调节级通用特性函数
由级压比进行插值计算得出；
变工况下的出口温度由汽轮机级的相对效率计算公式得出；
变工况下的反动度根据调节级通用特性函数
由级压比进行插值计算得出；
变工况下的轴功率根据进口流量与进/出口的焓值差计算得出。
在本发明的一些实施方式中，在步骤3中，将调节阀进口压力、出口压力、进口比容和进口流量热力参数代入式（2），计算出基准工况和变工况下的调节阀流量系数
；
式中：
——调节阀流量系数，m3.h-1；
对于调节阀仿真模块，变工况下的进口压力或调节阀行程可联立调节阀特性函数及式（2）相互求解，具备“已知进口压力求调节阀行程”或“已知调节阀行程求进口压力”两种计算模式；
当已知进口压力和其他参数时，先依据式（2）可求得调节阀流量系数
；将其折算为调节阀流量系数百分比；再按调节阀特性函数，插值得出调节阀行程L；
当已知调节阀行程L和其他参数时，先按调节阀特性函数，插值得出调节阀流量系数百分比，并反算出调节阀流量系数
；再依据式（2），求出调节阀的进口压力。
本申请的方法，具有以下有益效果：将单个喷嘴组仿真模块和单个调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，对由多个配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算，能够丰富喷嘴配汽汽轮机组变工况特性的研究，从而实现包含调节阀行程信息的汽轮机组变负荷热经济特性、定功率变压运行热经济特性、调节阀流量特性以及调节阀重叠度特性多种仿真应用功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种汽轮机配汽端仿真计算方法的流程图。
图2为本发明一实施例提供的一具体实施例的喷嘴组仿真模块的基准工况和变工况热力参数分布示意图。
图3为本发明一实施例提供的一个具体实施例的配汽端仿真建模示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
如图1所示，其示出了本申请的一种汽轮机配汽端仿真计算方法，所述方法基于获取的汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸，计算出调节级特性数据并拟合调节级通用特性函数，建立喷嘴组仿真模块；依据膨胀系数法以及拟合的调节阀特性函数，建立调节阀仿真模块；将单个所述喷嘴组仿真模块和单个所述调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，对由多个所述配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算。
应用本实施例的技术方案，首先根据制造厂提供的原始资料，计算出调节级特性数据并拟合出调节级通用特性函数，建立喷嘴组仿真模块，然后，依据国际电工委员会标准IEC 534-22膨胀系数法和调节阀特性函数，建立调节阀仿真模块，接着，将单个喷嘴组仿真模块和单个调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，通过并联多个配汽单元来构建汽轮机组的配汽端，进而开展汽轮机组及其配汽端的变工况特性的仿真研究，能够丰富喷嘴配汽汽轮机组变工况特性的研究，从而实现包含调节阀行程信息的汽轮机组变负荷热经济特性、定功率变压运行热经济特性、调节阀流量特性以及调节阀重叠度特性多种仿真应用功能。
下面将结合本发明实施例中的附图2和附图3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例机组为某超临界660MW级汽轮机组，该机组布置4组喷嘴腔室且各腔室喷嘴数相同，顺序阀阀序为CV1/2-CV3-CV4。该机组在四阀全开工况下，设计进汽流量为2102t/h。
本发明实施例一种汽轮机配汽端仿真计算方法，包括以下步骤：
步骤1：拟合调节级通用特性函数
根据制造厂提供的包括汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸原始资料，按常规方法计算出以级压比
为自变量的调节级特性数据。提取调节级特征数据中的级压比
、系数
、反动度
以及轮周效率
，通过多项式拟合，分别确定出
、
以及
差值函数关系式。
运行中，实际级压比
通常在0.5～1.0之间变化。其中一部分超出了常规方法对于调节级特性数据的计算范围。为此，对拟合的各函数关系式做以下限定：
对于函数
，当
时，令
；当
时，令
；
对于函数
，当
时，令
；
对于函数
，当
时，令
。
表1：压比ε-系数μ
| 序号 | 压比ε | 流量系数μ |
| 1 | 0.26 | 3.846153846 |
| 2 | 0.27 | 3.703703704 |
| 3 | 0.28 | 3.571428571 |
| 4 | 0.29 | 3.448275862 |
| 5 | 0.3 | 3.333333333 |
| 6 | 0.31 | 3.225806452 |
| 7 | 0.32 | 3.125 |
| 8 | 0.33 | 3.03030303 |
| 9 | 0.34 | 2.941176471 |
| 10 | 0.35 | 2.857142857 |
| 11 | 0.36 | 2.777777778 |
| 12 | 0.37 | 2.702702703 |
| 13 | 0.38 | 2.631578947 |
| 14 | 0.39 | 2.564102564 |
| 15 | 0.4 | 2.5 |
| 16 | 0.41 | 2.43902439 |
| 17 | 0.42 | 2.380952381 |
| 18 | 0.43 | 2.325581395 |
| 19 | 0.44 | 2.272727273 |
| 20 | 0.45 | 2.222222222 |
| 21 | 0.46 | 2.173913043 |
| 22 | 0.47 | 2.127659574 |
| 23 | 0.48 | 2.083333333 |
| 24 | 0.49 | 2.040816327 |
| 25 | 0.5 | 2 |
| 26 | 0.51 | 1.960784314 |
| 27 | 0.52 | 1.923076923 |
| 28 | 0.53 | 1.886792453 |
| 29 | 0.54 | 1.851851852 |
| 30 | 0.55 | 1.818181818 |
| 31 | 0.56 | 1.785714286 |
| 32 | 0.57 | 1.754356 |
| 33 | 0.58 | 1.723558 |
| 34 | 0.59 | 1.693261 |
| 35 | 0.6 | 1.66332 |
| 36 | 0.61 | 1.633601 |
| 37 | 0.62 | 1.603982 |
| 38 | 0.63 | 1.574356 |
| 39 | 0.64 | 1.544627 |
| 40 | 0.65 | 1.514714 |
| 41 | 0.66 | 1.48455 |
| 42 | 0.67 | 1.454084 |
| 43 | 0.68 | 1.423276 |
| 44 | 0.69 | 1.3921 |
| 45 | 0.7 | 1.360544 |
| 46 | 0.71 | 1.328605 |
| 47 | 0.72 | 1.296289 |
| 48 | 0.73 | 1.263613 |
| 49 | 0.74 | 1.230597 |
| 50 | 0.75 | 1.197266 |
| 51 | 0.76 | 1.163647 |
| 52 | 0.77 | 1.129764 |
| 53 | 0.78 | 1.095639 |
| 54 | 0.79 | 1.061286 |
| 55 | 0.8 | 1.026705 |
| 56 | 0.81 | 0.991886 |
| 57 | 0.82 | 0.956798 |
| 58 | 0.83 | 0.921386 |
| 59 | 0.84 | 0.88557 |
| 60 | 0.85 | 0.849236 |
| 61 | 0.86 | 0.812234 |
| 62 | 0.87 | 0.77437 |
| 63 | 0.88 | 0.735404 |
| 64 | 0.89 | 0.695041 |
| 65 | 0.9 | 0.652926 |
| 66 | 0.91 | 0.608638 |
| 67 | 0.92 | 0.561684 |
| 68 | 0.93 | 0.51149 |
| 69 | 0.94 | 0.457397 |
| 70 | 0.95 | 0.398652 |
| 71 | 0.96 | 0.334398 |
| 72 | 0.97 | 0.263672 |
| 73 | 0.98 | 0.18539 |
| 74 | 0.99 | 0.098346 |
| 75 | 1 | 0 |
| 76 | 1.05 | 0 |
表2：压比ε-轮周效率η
| 序号 | 压比ε | 效率η |
| 1 | 0.42534651 | 0.570960287 |
| 2 | 0.467906419 | 0.596183834 |
| 3 | 0.507687936 | 0.620810032 |
| 4 | 0.542733559 | 0.643132718 |
| 5 | 0.576137404 | 0.664187233 |
| 6 | 0.612887949 | 0.689414871 |
| 7 | 0.648943895 | 0.715181796 |
| 8 | 0.684305244 | 0.741632206 |
| 9 | 0.718782559 | 0.768151774 |
| 10 | 0.753007293 | 0.79472026 |
| 11 | 0.786979446 | 0.820873583 |
| 12 | 0.821014744 | 0.844740833 |
| 13 | 0.855997222 | 0.863844064 |
| 14 | 0.893379219 | 0.866872089 |
| 15 | 0.935307675 | 0.795650783 |
| 16 | 0.957282228 | 0.73920732 |
| 17 | 0.979383071 | 0.497603326 |
| 18 | 1 | 0 |
| 19 | 1.05 | 0 |
表3：压比ε-反动度Ω
| 序号 | 压比ε | 反动度Ω |
| 1 | 0.372683358 | 0.03211488 |
| 2 | 0.42534651 | -0.017127331 |
| 3 | 0.467906419 | -0.043728749 |
| 4 | 0.507687936 | -0.065045791 |
| 5 | 0.542733559 | -0.074351594 |
| 6 | 0.576137404 | -0.079709818 |
| 7 | 0.612887949 | -0.074761276 |
| 8 | 0.648943895 | -0.064948412 |
| 9 | 0.684305244 | -0.05372944 |
| 10 | 0.718782559 | -0.037052337 |
| 11 | 0.753007293 | -0.012962032 |
| 12 | 0.786979446 | 0.01535371 |
| 13 | 0.821014744 | 0.056342449 |
| 14 | 0.855997222 | 0.103941407 |
| 15 | 0.893379219 | 0.161207149 |
| 16 | 0.935307675 | 0.237152654 |
| 17 | 1 | 1 |
| 18 | 1.05 | 1 |
步骤2：建立喷嘴组仿真模块
喷嘴组仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、轮周效率、出口温度、级压比、系数μ、反动度以及轴功率热力参数。
将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算间接得出。对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量。
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算得出。其中，变工况下的进口流量和进口压力作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口流量由外部给定时，则进口压力由内部计算得出；当进口压力由外部给定时，则进口流量由内部计算得出。变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出。变工况下的出口压力由外部给定。变工况下的级压比为出口压力和进口压力的比值。变工况下的轮周效率、出口温度、系数μ、反动度以及轴功率通过内部计算得出。
对于喷嘴组仿真模块，变工况下的进口流量或进口压力通过联立调节级通用特性函数
和式（1）相互求解，具备“已知进口压力求进口流量”和“已知进口流量求进口压力”两种计算模式。
式中：P1N为基准工况下的进口压力；V1N为基准工况下的进口比容；M1N为基准工况下的进口流量；P2N为基准工况下的出口压力；μN为基准工况下的系数；P1为变工况下的进口压力；V1为变工况下的进口比容；M1为变工况下的进口流量；P2为变工况下的出口压力；μ为变工况下的系数。基准工况和变工况下的热力参数分布如图2所示。εN=P2N/P1N为基准工况下的压比；ε=P2/P1为变工况下的压比。
基准工况下的系数μN和变工况下的系数μ根据调节级通用特性函数
由级压比εN和ε进行差值计算得出。
因此，根据式（1），在已知P1N、V1N、M1N、P2N和P2时，可通过迭代计算，实现：（1）已知M1，求P1；（2）已知P1，求M1。
变工况下的轮周效率根据调节级通用特性函数
由级压比进行差值计算得出。
变工况下的出口温度由汽轮机级的相对效率计算公式得出。
变工况下的反动度根据调节级通用特性函数
由级压比进行差值计算得出。
变工况下的轴功率根据进口流量与进/出口的焓值差计算得出。
步骤3：建立调节阀仿真模块
调节阀仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、流量系数、流量系数百分比以及调节阀行程热力参数。
同样，将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数间接得出。对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量。
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节阀特性函数以及相关热力计算公式计算得出。其中，变工况下的进口压力和调节阀行程作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口压力由外部给定时，则调节阀行程由内部计算得出；当调节阀行程由外部给定时，则进口压力由内部计算得出。变工况下的进口流量和出口压力由外部给定。变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出；变工况下的流量系数通过内部计算得出。数值上，基准工况和变工况下的调节阀仿真模块的进口流量于喷嘴组仿真模块的进口流量；调节阀仿真模块的出口压力于喷嘴组仿真模块的进口压力。调节阀流量系数百分比是一组基于基准工况的调节阀流量系数的标幺值。变工况下，将所得调节阀流量系数除以基准工况的调节阀流量系数，可得出其调节阀流量系数百分比。调节阀特性函数是一组以调节阀行程为自变量，调节阀流量系数百分比为因变量的差值函数。调节阀行程依据调节阀流量系数百分比，通过调节阀特性函数的差值计算而得出。
表4：调节阀特性函数
| 序号 | 调节阀行程（%） | 调节阀流量系数百分比（%） |
| 1 | 0.00 | 0.000000 |
| 2 | 1.25 | 0.083632 |
| 3 | 2.50 | 0.167264 |
| 4 | 3.75 | 0.250896 |
| 5 | 5.00 | 0.334528 |
| 6 | 12.00 | 7.694149 |
| 7 | 21.00 | 19.235372 |
| 8 | 30.00 | 34.289142 |
| 9 | 40.00 | 54.360835 |
| 10 | 45.00 | 64.062154 |
| 11 | 50.00 | 71.923567 |
| 12 | 55.00 | 77.777810 |
| 13 | 60.00 | 83.297526 |
| 14 | 65.00 | 86.810072 |
| 15 | 70.00 | 88.984506 |
| 16 | 80.00 | 92.497052 |
| 17 | 90.00 | 96.009598 |
| 18 | 100.00 | 100.000000 |
将调节阀进口压力、出口压力、进口比容和进口流量热力参数代入式（2），计算出基准工况和变工况下的调节阀流量系数
。
对于调节阀仿真模块，变工况下的进口压力或调节阀行程可联立调节阀特性函数及式（2）相互求解，具备“已知进口压力求调节阀行程”或“已知调节阀行程求进口压力” 两种计算模式。
当已知进口压力和其他参数时，先依据式（2）可求得调节阀流量系数
；将其折算为调节阀流量系数百分比；再按调节阀特性函数，差值得出调节阀行程L。
当已知调节阀行程L和其他参数时，先按调节阀特性函数，差值得出调节阀流量系数百分比，并反算出调节阀流量系数
；再依据式（2），求出调节阀的进口压力。
步骤4：如图3所示，将单个调节阀和单个喷嘴组串接为一个配汽单元；再将多个配汽单元并联，即可构建为汽轮机组的配汽端。
各配汽单元的进口流量占汽轮机总进汽流量的比例与各喷嘴弧段所含喷嘴数有关，由基准工况指定各配汽单元的进口流量来确定。
实施例机组在四阀全开工况下设计进汽流量为2102t/h，且四组腔室喷嘴数相同，故此，各配汽单元的进口流量均为525.5 t/h。
最后应说明的是：以上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，或者对其中部分技术特征进行同替换；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精神和范围。
Claims (4)
1.一种汽轮机配汽端仿真计算方法，其特征在于，所述方法基于获取的汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸，计算出调节级特性数据并拟合调节级通用特性函数，建立喷嘴组仿真模块；依据膨胀系数法以及拟合的调节阀特性函数，建立调节阀仿真模块；将单个所述喷嘴组仿真模块和单个所述调节阀仿真模块组合为一个配汽单元，对由多个所述配汽单元并联构建成的汽轮机配汽端进行仿真计算，具体包括以下步骤：
步骤1：拟合调节级通用特性函数
根据汽轮机进汽参数、调节级的几何结构及尺寸计算出以级压比ε为自变量的调节级特性数据，提取调节级特征数据中的级压比ε、系数μ、反动度Ω以及轮周效率η，通过多项式拟合，分别确定出μ＝f(ε)、η＝f(ε)以及Ω＝f(ε)插值函数关系式；
步骤2：建立喷嘴组仿真模块
喷嘴组仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、轮周效率、出口温度、级压比、系数μ、反动度以及轴功率热力参数；
将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算间接得出，对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量；
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节级通用特性函数以及相关热力计算公式计算得出，其中，变工况下的进口流量和进口压力作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口流量由外部给定时，则进口压力由内部计算得出；当进口压力由外部给定时，则进口流量由内部计算得出，变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出，变工况下的出口压力由外部给定，变工况下的级压比为出口压力和进口压力的比值，变工况下的轮周效率、出口温度、系数μ、反动度以及轴功率通过内部计算得出；
步骤3：建立调节阀仿真模块
调节阀仿真模块包含进口流量、进口压力、进口温度、进口比容、出口压力、流量系数、流量系数百分比以及调节阀行程热力参数；
同样，将汽轮机组设计四阀全开工况作为基准工况；基准工况下的热力参数或直接取自设计值，或由水和水蒸汽热力性质函数间接得出，对于变工况而言，基准工况的各热力参数均为已知量；
变工况下的热力参数依据基准工况下的热力参数、水和水蒸汽热力性质函数、调节阀特性函数以及相关热力计算公式计算得出，其中，变工况下的进口压力和调节阀行程作为可调整参数，二者中其一通过外部给定，另一通过内部计算得到：当进口压力由外部给定时，则调节阀行程由内部计算得出；当调节阀行程由外部给定时，则进口压力由内部计算得出，变工况下的进口流量和出口压力由外部给定，变工况下的进口温度和进口比容由变工况下的进口压力和进口焓值得出；变工况下的流量系数通过内部计算得出，数值上，基准工况和变工况下的调节阀仿真模块的进口流量于喷嘴组仿真模块的进口流量；调节阀仿真模块的出口压力于喷嘴组仿真模块的进口压力，调节阀流量系数百分比是一组基于基准工况的调节阀流量系数的标幺值，变工况下，将所得调节阀流量系数除以基准工况的调节阀流量系数，可得出其调节阀流量系数百分比，调节阀特性函数是一组以调节阀行程为自变量，调节阀流量系数百分比为因变量的插值函数，调节阀行程依据调节阀流量系数百分比，通过调节阀特性函数的插值计算而得出；
步骤4：将单个调节阀和单个喷嘴组串接为一个配汽单元；再将多个配汽单元并联，即可构建为汽轮机组的配汽端；
各配汽单元的进口流量占汽轮机总进汽流量的比例与各喷嘴弧段所含喷嘴数有关，由基准工况指定各配汽单元的进口流量来确定。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机配汽端仿真计算方法，其特征在于，实际级压比ε通常在0.5～1.0，其中一部分超出了调节级特性数据的计算范围，为此，对拟合的各函数关系式做以下约定：
对于函数μ＝f(ε)，当ε≤0.546时，令μ＝1/ε；当ε≥1时，令μ＝0；
对于函数η＝f(ε)，当ε≥1时，令η＝0；
对于函数Ω＝f(ε)，当ε≥1时，令Ω＝1。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机配汽端仿真计算方法，其特征在于，在步骤2中，对于喷嘴组仿真模块，变工况下的进口流量或进口压力通过联立调节级通用特性函数μ＝f(ε)和式(1)相互求解，具备“已知进口压力求进口流量”和“已知进口流量求进口压力”两种计算模式；
式中：P1N为基准工况下的进口压力，V1N为基准工况下的进口比容，M1N为基准工况下的进口流量，P2N为基准工况下的出口压力，μN为基准工况下的系数，P1为变工况下的进口压力，V1为变工况下的进口比容，M1为变工况下的进口流量，P2为变工况下的出口压力，μ为变工况下的系数；
εN＝P2N/P1N为基准工况下的压比，ε＝P2/P1为变工况下的压比；
基准工况下的系数μN和变工况下的系数μ根据调节级通用特性函数μ＝f(ε)由级压比εN和ε进行插值计算得出；
因此，根据式(1)，在已知P1N、V1N、M1N、P2N和P2时，可通过迭代计算，实现：(1)已知M1，求P1；(2)已知P1，求M1；
变工况下的轮周效率根据调节级通用特性函数η＝f(ε)由级压比进行插值计算得出；
变工况下的出口温度由汽轮机级的相对效率计算公式得出；
变工况下的反动度根据调节级通用特性函数Ω＝f(ε)由级压比进行插值计算得出；
变工况下的轴功率根据进口流量与进/出口的焓值差计算得出。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机配汽端仿真计算方法，其特征在于，在步骤3中，将调节阀进口压力、出口压力、进口比容和进口流量热力参数代入式(2)，计算出基准工况和变工况下的调节阀流量系数Kv；
式中：Kv——调节阀流量系数，m3.h-1；
M——调节阀进口流量，t.h-1；
Y——膨胀系数，量纲为1；
Δp0——调节阀基准压差，取值0.1MPa；
Δp——调节阀实际压差，MPa；
v——调节阀进口比容，m3.kg-1；
对于调节阀仿真模块，变工况下的进口压力或调节阀行程可联立调节阀特性函数及式(2)相互求解，具备“已知进口压力求调节阀行程”或“已知调节阀行程求进口压力”两种计算模式；
当已知进口压力和其他参数时，先依据式(2)可求得调节阀流量系数Kv；将其折算为调节阀流量系数百分比；再按调节阀特性函数，插值得出调节阀行程L；
当已知调节阀行程L和其他参数时，先按调节阀特性函数，插值得出调节阀流量系数百分比，并反算出调节阀流量系数Kv；再依据式(2)，求出调节阀的进口压力。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102096741A (zh) * | 2011-02-21 | 2011-06-15 | 华北电力大学 | 一种热力系统动态模型的建立方法 |
| CN103513640A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-15 | 国家电网公司 | 一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统 |
| CN104849052A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 国家电网公司 | 一种喷嘴配汽汽轮机流量特性试验方法 |
| CN105697074A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-22 | 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 | 一种汽轮机组高压调门流量优化装置及其优化方法 |
| CN109446736A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-08 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法及应用 |
| CN110761852A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-02-07 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种汽轮机调节阀行程仿真建模方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102096741A (zh) * | 2011-02-21 | 2011-06-15 | 华北电力大学 | 一种热力系统动态模型的建立方法 |
| CN103513640A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-15 | 国家电网公司 | 一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统 |
| CN104849052A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 国家电网公司 | 一种喷嘴配汽汽轮机流量特性试验方法 |
| CN105697074A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-22 | 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 | 一种汽轮机组高压调门流量优化装置及其优化方法 |
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