CN113062779A - 一种给水泵汽轮机性能监测系统以及监测方法 - Google Patents

一种给水泵汽轮机性能监测系统以及监测方法 Download PDF

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CN113062779A
CN113062779A CN202110475722.2A CN202110475722A CN113062779A CN 113062779 A CN113062779 A CN 113062779A CN 202110475722 A CN202110475722 A CN 202110475722A CN 113062779 A CN113062779 A CN 113062779A
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temperature
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邵飞
张宁
阮圣奇
吴仲
陈开峰
李强
徐钟宇
任磊
胡中强
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Datang Boiler Pressure Vessel Examination Center Co Ltd
East China Electric Power Test Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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Datang Boiler Pressure Vessel Examination Center Co Ltd
East China Electric Power Test Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种给水泵汽轮机性能监测系统及监测方法，包括凝结水管道、锅炉、除氧器、第一加热器、第二加热器、第三加热器、高压缸、再热管道、再热减温水管、中压缸、一段管道、二段管道、三段管道、四段管道、四抽后至中排段通流、给水泵汽轮机以及压力测量器、温度测量器和差压测量器。本发明的优点在于，通过压力测量器、温度测量器和差压测量器测得各管道以及设备的值来准确计算得出给水泵汽轮机运行效率，不需要通过孔板进行测量，提高给水泵汽轮机性能监测的准确性。

Description

一种给水泵汽轮机性能监测系统以及监测方法
技术领域
本发明涉及给水泵汽轮机技术领域，具体为一种给水泵汽轮机性能监测系统以及监测方法。
背景技术
目前我国300MW及以上火电机组绝大多数采用汽动给水泵为发电介质提供动力，汽动给水泵采用与其相匹配的给水泵汽轮机提供驱动力，汽动给水泵和给水泵汽轮机组的运行性能或者说运行效率是比较重要的经济参数，例如中国发明专利公开号为CN111535873A公开了一种基于历史数据在线监测给水泵汽轮机组效率的方法来计算给水泵汽轮机组的运行效率。
在研究汽动给水泵和给水泵汽轮机组运行效率时，一个很重要的参数就是驱动给水泵汽轮机的蒸汽流量。以600MW级汽轮机为例，进入给水泵汽轮机的蒸汽参数约为1MPa，400℃。该处蒸汽流量一般采用孔板测量流量差压的方式进行。对于刚投入运行的孔板，测量精确度可以满足试验以及现场监测的要求。但经过长时间运行后，孔板不可避免地会出现堵塞或者冲蚀等影响测量精度的情况发生。这对于现场性能监测是不利的，不利于给水泵汽轮机运行性能的监测，另外，在进行给水泵汽轮机性能试验时，也会因为孔板流量测量的问题得到不准确的结果，无法准确指导检修。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提高给水泵汽轮机性能监测的准确性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种给水泵汽轮机性能监测系统，包括凝结水管道、锅炉、除氧器、第一加热器、第二加热器、第三加热器、高压缸、再热管道、再热减温水管、中压缸、一段管道、二段管道、三段管道、四段管道、四抽后至中排段通流、给水泵汽轮机以及压力测量器、温度测量器和差压测量器。
所述凝结水管道通过锅炉后连接所述高压缸，所述凝结水管道上沿凝结水流动方向依次设有除氧器、第一加热器、第二加热器和第三加热器，所述高压缸的输出端设有再热管道、一段管道和二段管道，所述再热管道依次通过再热减温水管、锅炉后连接所述中压缸，所述一段管道输出端连接第二加热器，所述二段管道输出端连接第三加热器。
所述中压缸的输出端设有三段管道、四段管道和四抽后至中排段通流，所述三段管道的输出端连接第一加热器，所述四段管道的输出端一分为二且分别连接给水泵汽轮机和除氧器，所述四抽后至中排段通流连接外部机构。
所述第三加热器的的输出端连接所述第二加热器，所述第二加热器的输出端连接第一加热器，所述第一加热器的输出端连接所述除氧器。
所述凝结水管道的输入端和输出端、再热管道输出端、一段管道、二段管道、三段管道、四段管道和四抽后至中排段通流上均设有压力测量器和温度测量器，所述除氧器、第一加热器、第二加热器、第三加热器相邻之间的凝结水管道上均设有温度测量器，所述第三加热器连接第二加热器的管道、第二加热器连接第一加热器的管道以及第一加热器连接除氧器的管道上均设有温度测量器，所述再热减温水管和凝结水管道的输入端上均设有差压测量器，所述给水泵汽轮机的输入端上设有压力测量器。
通过压力测量器、温度测量器和差压测量器测得各管道以及设备的值来准确计算得出给水泵汽轮机运行效率，不需要通过孔板进行测量，提高给水泵汽轮机性能监测的准确性。
优选地，所述第一加热器、第二加热器和第三加热器均为高压加热器。
优选地，所述压力测量器为压力变送器。
优选地，所述温度测量器为热电偶或热电阻。
优选地，所述差压测量器为差压变送器。
优选地，本发明还提供一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，包括如下步骤：
步骤1：选择基准工况
基准工况可以是给水泵汽轮机组新投产的性能考核试验结果或给水泵汽轮机组改造后性能验收试验数据；
具体数据涉及机组负荷、主蒸汽流量、再热管道上再热蒸汽流量、三段管道抽汽压力和抽汽温度、四段管道的抽汽压力和抽汽温度、四段管道至除氧器的蒸汽流量、四段抽汽至给水泵汽轮机的蒸汽流量、中压缸的排汽压力、中压缸的排汽流量，将以上数据作为基准库，为后续步骤调用；
步骤2：计算实际工况给水泵汽轮机进汽流量
步骤2.1：具体通过压力测量器、温度测量器和差压测量器检测得到凝结水管道输入端的凝结水流量以及输出端的主蒸汽压力、主蒸汽温度、一段管道上的一段抽汽压力和一段抽汽温度、二段管道上的二段抽汽压力和二段抽汽温度、再热管道上的再热蒸汽压力和再热蒸汽温度、三段管道上的三段抽汽压力和三段抽汽温度、四段管道上的四段抽汽压力和四段抽汽温度、四抽后至中排段通流上的五段抽汽压力和五段抽汽温度、给水泵汽轮机的排汽压力、进除氧器的凝结水压力、进除氧器的凝结水温度、进除氧器的凝结水流量、第一加热器的进水温度、出水温度以及疏水温度、第二加热器的出水温度和疏水温度、第三加热器出水温度、疏水温度、再热减温水管的再热减温水流量。
采用热平衡的方法得出在实际工况的以下数据：主蒸汽流量、再热管道上再热蒸汽流量、一段管道的抽汽流量、二段管道抽汽流量、三段管道抽汽流量、四段管道抽汽至除氧器的蒸汽流量。
步骤2.2：基准库中数据均为已知数，由于四段管道抽汽后的通流面积没有变化，且通流蒸汽流量也没有发生变化，利用公式计算得到四抽后至中排段通流的蒸汽流量。
步骤2.3：以高压缸为研究对象，根据质量守恒定律，计算中压缸进汽流量。
步骤2.4：以中压缸为研究对象，根据质量守恒定律，计算给水泵汽轮机进汽流量。
步骤3：计算实际工况给水泵汽轮机运行效率。
优选地，所述四抽后至中排段通流的蒸汽流量G中1采用如下公式计算：
Figure BDA0003047002590000041
四抽后至中排段通流蒸汽流量：
Figure BDA0003047002590000042
上式中：下标0为基准工况，下标1为实际工况；
G中为四抽后至中排段通流蒸汽流量；
P4为四段管道蒸汽压力；
P5为中压缸排汽压力；
T4为四段管道抽汽温度。
优选地，所述中压缸的进汽流量G热1采用如下公式进行计算：
G热1＝G高1+G再1
上式中：G热1为中压缸进汽流量；
G高1为高压缸排汽流量，G高1＝G主1-G11-G21(其中：G主1为主蒸汽流量，G11为一段管道抽汽流量，G12为二段管道抽汽流量)；
G再1为再热减温水流量。
优选地，所述水泵汽轮机的进汽流量G小1采用如下公式进行计算：
G小1＝G热1-G31-G中1-G除1
上式中：下标1为实际工况；
G小1为给水泵汽轮机进汽流量；
G热1为中压缸进汽流量；
G31为三段抽汽流量；
G除1为四段抽汽至除氧器流量。
优选地，所述给水泵汽轮机运行效率ηt采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003047002590000051
上式中：ηt为给水泵汽轮机机效率；
Pa为给水泵轴功率；
h1t为给水泵汽轮机进汽焓；
h2t为给水泵汽轮机排汽理想焓。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过压力测量器、温度测量器和差压测量器测得各管道以及设备的值来准确计算得出给水泵汽轮机运行效率，不需要通过孔板进行测量，提高给水泵汽轮机性能监测的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种给水泵汽轮机性能监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本实施例公开了一种给水泵汽轮机性能监测系统，包括凝结水管道1、锅炉2、除氧器3、第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6、高压缸7、再热管道8、再热减温水管9、中压缸10、一段管道11、二段管道12、三段管道13、四段管道14、四抽后至中排段通流15、给水泵汽轮机16以及压力测量器17、温度测量器18和差压测量器19。
所述凝结水管道1通过锅炉2后连接所述高压缸7，所述凝结水管道1上沿凝结水流动方向依次设有除氧器3、第一加热器4、第二加热器5和第三加热器6，在本实施例中，所述第一加热器4、第二加热器5和第三加热器6均为高压加热器。所述高压缸7的输出端设有再热管道8、一段管道11和二段管道12，所述再热管道8依次通过再热减温水管9、锅炉1后连接所述中压缸10，所述一段管道11输出端连接第二加热器5，所述二段管道12输出端连接第三加热器6。
所述中压缸10的输出端设有三段管道13、四段管道14和四抽后至中排段通流15，所述三段管道13的输出端连接第一加热器4，所述四段管道14的输出端一分为二且分别连接给水泵汽轮机16和除氧器3，所述四抽后至中排段通流15连接外部机构(图中未示)。
所述第三加热器6的的输出端连接所述第二加热器5，所述第二加热器5的输出端连接第一加热器4，所述第一加热器4的输出端连接所述除氧器3。
所述凝结水管道1的输入端和输出端、再热管道8输出端、一段管道11、二段管道12、三段管道13、四段管道14和四抽后至中排段通流15上均设有压力测量器17和温度测量器18，所述除氧器3、第一加热器4、第二加热器5和第三加热器6相邻之间的凝结水管道1上均设有温度测量器18，所述第三加热器6连接第二加热器5的管道、第二加热器5连接第一加热器4的管道以及第一加热器4连接除氧器3的管道上均设有温度测量器18，所述再热减温水管9和凝结水管道1的输入端上均设有差压测量器19，所述给水泵汽轮机16的输入端上设有压力测量器17。
在本实施例中，所述压力测量器17为压力变送器，所述温度测量器18为热电偶或热电阻，所述差压测量器19为差压变送器。
本实施例还公开了一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，包括如下步骤：
步骤1：选择基准工况
基准工况可以是给水泵汽轮机组新投产的性能考核试验结果或给水泵汽轮机组改造后性能验收试验数据；
具体数据涉及机组负荷、主蒸汽流量、再热管道8上再热蒸汽流量、三段管道13抽汽压力和抽汽温度、四段管道14的抽汽压力和抽汽温度、四段管道14至除氧器3的蒸汽流量、四段抽汽至给水泵汽轮机16的蒸汽流量、中压缸10的排汽压力、中压缸10的排汽流量，将以上数据作为基准库，为后续步骤调用。
步骤2：计算实际工况给水泵汽轮机进汽流量
步骤2.1：具体通过压力测量器17、温度测量器18和差压测量器19检测得到凝结水管道1输入端的凝结水流量以及输出端的主蒸汽压力、主蒸汽温度、一段管道11上的一段抽汽压力和一段抽汽温度、二段管道12上的二段抽汽压力和二段抽汽温度、再热管道8上的再热蒸汽压力和再热蒸汽温度、三段管道13上的三段抽汽压力和三段抽汽温度、四段管道14上的四段抽汽压力和四段抽汽温度、四抽后至中排段通流15上的五段抽汽压力和五段抽汽温度、给水泵汽轮机16的排汽压力、进除氧器3的凝结水压力、进除氧器3的凝结水温度、进除氧器3的凝结水流量、第一加热器4的进水温度、出水温度以及疏水温度、第二加热器5的出水温度和疏水温度、第三加热器6出水温度、疏水温度、再热减温水管9的再热减温水流量。
采用热平衡的方法得出在实际工况的以下数据：主蒸汽流量、再热管道8上再热蒸汽流量、一段管道11的抽汽流量、二段管道12抽汽流量、三段管道13抽汽流量、四段管道14抽汽至除氧器3的蒸汽流量。
步骤2.2：基准库中数据均为已知数，由于四段管道14抽汽后的通流面积没有变化，且通流蒸汽流量也没有发生变化，采用如下公式计算四抽后至中排段通流15的蒸汽流量G中1：
Figure BDA0003047002590000081
四抽后至中排段通流蒸汽流量：
Figure BDA0003047002590000082
上式中：下标0为基准工况，下标1为实际工况；
G中为四抽后至中排段通流蒸汽流量；
P4为四段管道蒸汽压力；
P5为中压缸排汽压力；
T4为四段管道抽汽温度；
步骤2.3：以高压缸为研究对象，根据质量守恒定律，进、出高压缸7流量相同。采用如下公式对中压缸10进汽流量进行计算：
G热1＝G高1+G再1
上式中：G热1为中压缸进汽流量；
G高1为高压缸排汽流量，G高1＝G主1-G11-G21(其中：G主1为主蒸汽流量，G11为一段管道抽汽流量，G12为二段管道抽汽流量)；
G再1为再热减温水流量；
步骤2.4：以中压缸为研究对象，根据质量守恒定律，进、出中压缸10流量相同。采用如下公式对给水泵汽轮机16进汽流量进行计算：
G小1＝G热1-G31-G中1-G除1
上式中：下标1为实际工况；
G小1为给水泵汽轮机进汽流量；
G热1为中压缸进汽流量；
G31为三段管道抽汽流量；
G除1为四段管道抽汽至除氧器流量；
步骤3：计算实际工况给水泵汽轮机运行效率
Figure BDA0003047002590000091
上式中：ηt为给水泵汽轮机机效率；
Pa为给水泵轴功率；
h1t为给水泵汽轮机进汽焓，利用四段管道14上的测得的四段抽汽压力和四段抽汽温度并通过热平衡方式计算得到；
h2t为给水泵汽轮机排汽理想焓；利用给水泵汽轮机排汽压力并通过热平衡方式计算得到。
通过压力测量器17、温度测量器18和差压测量器19测得各管道以及设备的值来准确计算得出给水泵汽轮机运行效率，不需要通过孔板进行测量，提高给水泵汽轮机16性能监测的准确性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种给水泵汽轮机性能监测系统，其特征在于：包括凝结水管道、锅炉、除氧器、第一加热器、第二加热器、第三加热器、高压缸、再热管道、再热减温水管、中压缸、一段管道、二段管道、三段管道、四段管道、四抽后至中排段通流、给水泵汽轮机以及压力测量器、温度测量器和差压测量器；
所述凝结水管道通过锅炉后连接所述高压缸，所述凝结水管道上沿凝结水流动方向依次设有除氧器、第一加热器、第二加热器和第三加热器，所述高压缸的输出端设有再热管道、一段管道和二段管道，所述再热管道依次通过再热减温水管、锅炉后连接所述中压缸，所述一段管道输出端连接第二加热器，所述二段管道输出端连接第三加热器；
所述中压缸的输出端设有三段管道、四段管道和四抽后至中排段通流，所述三段管道的输出端连接第一加热器，所述四段管道的输出端一分为二且分别连接给水泵汽轮机和除氧器，所述四抽后至中排段通流连接外部机构；
所述第三加热器的的输出端连接所述第二加热器，所述第二加热器的输出端连接第一加热器，所述第一加热器的输出端连接所述除氧器；
所述凝结水管道的输入端和输出端、再热管道输出端、一段管道、二段管道、三段管道、四段管道和四抽后至中排段通流上均设有压力测量器和温度测量器，所述除氧器、第一加热器、第二加热器、第三加热器相邻之间的凝结水管道上均设有温度测量器，所述第三加热器连接第二加热器的管道、第二加热器连接第一加热器的管道以及第一加热器连接除氧器的管道上均设有温度测量器，所述再热减温水管和凝结水管道的输入端上均设有差压测量器，所述给水泵汽轮机的输入端上设有压力测量器。
2.根据权利要求1所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统，其特征在于：所述第一加热器、第二加热器和第三加热器均为高压加热器。
3.根据权利要求1所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统，其特征在于：所述压力测量器为压力变送器。
4.根据权利要求1所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统，其特征在于：所述温度测量器为热电偶或热电阻。
5.根据权利要求1所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统，其特征在于：所述差压测量器为差压变送器。
6.采用权利要求1-5中任意一项所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：选择基准工况
基准工况可以是给水泵汽轮机组新投产的性能考核试验结果或给水泵汽轮机组改造后性能验收试验数据；
具体数据涉及机组负荷、主蒸汽流量、再热管道上再热蒸汽流量、三段管道抽汽压力和抽汽温度、四段管道的抽汽压力和抽汽温度、四段管道至除氧器的蒸汽流量、四段抽汽至给水泵汽轮机的蒸汽流量、中压缸的排汽压力、中压缸的排汽流量，将以上数据作为基准库，为后续步骤调用；
步骤2：计算实际工况给水泵汽轮机进汽流量
步骤2.1：具体通过压力测量器、温度测量器和差压测量器检测得到凝结水管道输入端的凝结水流量以及输出端的主蒸汽压力、主蒸汽温度、一段管道上的一段抽汽压力和一段抽汽温度、二段管道上的二段抽汽压力和二段抽汽温度、再热管道上的再热蒸汽压力和再热蒸汽温度、三段管道上的三段抽汽压力和三段抽汽温度、四段管道上的四段抽汽压力和四段抽汽温度、四抽后至中排段通流上的五段抽汽压力和五段抽汽温度、给水泵汽轮机的排汽压力、进除氧器的凝结水压力、进除氧器的凝结水温度、进除氧器的凝结水流量、第一加热器的进水温度、出水温度以及疏水温度、第二加热器的出水温度和疏水温度、第三加热器出水温度、疏水温度、再热减温水管的再热减温水流量；
采用热平衡的方法得出在实际工况的以下数据：主蒸汽流量、再热管道上再热蒸汽流量、一段管道的抽汽流量、二段管道抽汽流量、三段管道抽汽流量、四段管道抽汽至除氧器的蒸汽流量；
步骤2.2：基准库中数据均为已知数，由于四段管道抽汽后的通流面积没有变化，且通流蒸汽流量也没有发生变化，利用公式计算得到四抽后至中排段通流的蒸汽流量；
步骤2.3：以高压缸为研究对象，根据质量守恒定律，计算中压缸进汽流量；
步骤2.4：以中压缸为研究对象，根据质量守恒定律，计算给水泵汽轮机进汽流量；
步骤3：计算实际工况给水泵汽轮机运行效率。
7.根据权利要求6所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，其特征在于：所述四抽后至中排段通流的蒸汽流量G中1采用如下公式计算：
Figure FDA0003047002580000031
四抽后至中排段通流蒸汽流量：
Figure FDA0003047002580000032
上式中：下标0为基准工况，下标1为实际工况；
G中为四抽后至中排段通流蒸汽流量；
P4为四段管道蒸汽压力；
P5为中压缸排汽压力；
T4为四段管道抽汽温度。
8.根据权利要求6所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，其特征在于：所述中压缸的进汽流量G热1采用如下公式进行计算：
G热1＝G高1+G再1
上式中：G热1为中压缸进汽流量；
G高1为高压缸排汽流量，G高1＝G主1-G11-G21(其中：G主1为主蒸汽流量，G11为一段管道抽汽流量，G12为二段管道抽汽流量)；
G再1为再热减温水流量。
9.根据权利要求6所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，其特征在于：所述水泵汽轮机的进汽流量G小1采用如下公式进行计算：
G小1＝G热1-G31-G中1-G除1
上式中：下标1为实际工况；
G小1为给水泵汽轮机进汽流量；
G热1为中压缸进汽流量；
G31为三段抽汽流量；
G除1为四段抽汽至除氧器流量。
10.根据权利要求6所述的一种给水泵汽轮机性能监测系统的监测方法，其特征在于：所述给水泵汽轮机运行效率ηt采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003047002580000041
上式中：ηt为给水泵汽轮机机效率；
Pa为给水泵轴功率；
h1t为给水泵汽轮机进汽焓；
h2t为给水泵汽轮机排汽理想焓。
CN202110475722.2A 2021-04-29 2021-04-29 一种给水泵汽轮机性能监测系统以及监测方法 Pending CN113062779A (zh)

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