CN115600322B - 一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统，其中，方法包括以下步骤：确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；基于汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、泵前节点和泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；基于汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。本申请所提出的汽轮泵模型不需要打破原有相对独立的驱动汽轮机与泵系统的仿真边界，也不需改变原有的仿真图，仅需要添加转子动力学模块即可实现相对独立的模块跨系统模拟，汽轮泵的仿真对原有热力系统管网仿真模型引入的影响较小，仿真效率较高。

Description

一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统
技术领域
本申请涉及船舶核动力热力设备仿真领域，具体涉及一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统。
背景技术
在核动力系统中，为了增加系统的热效率，常采用汽轮凝水泵、汽轮给水泵、汽轮循环水泵、汽轮冷却水泵等汽轮泵代替电动泵。与常规动力不同，核动力中采用湿饱和蒸汽对泵进行直接驱动；与陆上核电站也不同，在船舶核动力中，汽轮泵需按负荷进行频繁的调速。船舶核动力装置中的汽轮泵驱动蒸汽常来自于辅蒸汽系统，经过做功后排入乏汽系统；水工质侧则实现对进口水的加压工作。汽、水两侧回路不相通，在船舶核动力热力系统仿真过程中，常将汽轮泵拆分为驱动汽轮机模块与泵模块，分别置于汽侧系统、水侧系统两个系统内进行模拟。
传统的汽轮泵仿真方法，多采用驱动汽轮机与离心泵解耦、依靠功率拟合转速的方法进行，能够进行功能和现象的仿真。但传统方法中，驱动汽轮机输出功率与泵的转速是相对应的单值函数，在某一驱动汽轮机输出功率下，泵的转速是固定的。在实际的过程中，固定的泵输入功，随着水流量的不同，有着不同的转速、扬程和水力效率，且在流量变动较大的汽轮凝水泵、汽轮给水泵中表现的十分明显，传统的仿真方法不能够准确模拟这一现象。随着仿真工作逐渐由“复现”转向“预测”，功能也由建设培训模拟器转化为系统方案设计论证评估、技术设计背靠背数字化验证，因此必须对传统方法进行革新，开发能够体现实际设备运行特性、预测设备性能变化趋势、具备评估与验证能力的精细化汽轮泵仿真模型，打破现有模型对仿真工作应用范围的限制，逐步将仿真工作从核动力系统生命周期中下游向上游推进。目前，现有的仿真方法不能满足使用需求。
发明内容
本申请提供了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统，能够计算汽轮机耗汽不变的情况下，由于流经泵的流量发生变化而导致的扬程与转速变化，计算结果更具机理性与合理性，能够满足新时期仿真面向设计的预测功能，且模型求解稳定、计算速度快，能够实现实时与超实时仿真。
为达到上述目的，本申请提供了以下方案：
一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，包括以下步骤：
确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
优选的，所述时间步长的确定方法包括：
调取所述驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和所述泵所在的工艺系统的泵时间步长；
将所述仿真步长和所述泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的所述时间步长。
优选的，所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点的定位方法包括：
基于所述辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；
将所述进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为所述汽轮机阀后节点；
将所述汽轮机阀后节点下游的节点标记为所述汽轮机做功节点；
基于所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线。
优选的，所述泵前节点、所述泵后节点和所述泵流线的定位方法包括：
基于所述工艺系统的仿真画面，定位所述泵所在位置；
基于所述位置定位所述泵前节点和所述泵后节点；
基于所述泵前节点和所述泵后节点定位所述泵流线。
优选的，所述汽轮机模型的构建方法包括：
进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟；
确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中所述汽轮机阀后节点和所述做功节点的压差，并计算所述驱动汽轮机的总焓降；
基于所述压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算所述驱动汽轮机内效率；
将所述总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除。
优选的，所述泵模型的构建方法包括：
拟合转速-流量-扬程特性，得到泵扬程；
将所述泵扬程作用到所述泵流线中；
计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率。
优选的，所述仿真过程包括：
将所述汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速；
将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
本申请还提供了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真系统，包括：定位模块、模型构建模块和仿真模块；
所述定位模块用于确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
所述模型构建模块用于基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
所述仿真模块用于基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
本申请的有益效果为：
(1)本申请中所提出的泵转速计算方法是根据驱动汽轮机输出功率、泵消耗功率和摩擦功率计算而来的，具有理论意义，不再是汽轮机功率的拟合参数，能够表征不同流量下汽轮泵转速的变化特性，计算结果具有预测能力；
(2)本申请所提出的汽轮泵模型不需要打破原有相对独立的驱动汽轮机与泵系统的仿真边界，也不需改变原有的仿真图，仅需要添加转子动力学模块即可实现相对独立的模块跨系统模拟，汽轮泵的仿真对原有热力系统管网仿真模型引入的影响较小，仿真效率较高；
(3)本申请所提供的仿真方法，包括选定时间步长、拟合摩擦功率、确定汽轮机压差、拟合功率与内效率模型、拟合泵的水力学特性模型、转子动力学方程耦合设备等若干重要步骤，本方法在汽轮泵的仿真效果方面与现有仿真方法相比，能够计算汽轮机耗汽不变的情况下，由于流经泵的流量发生变化而导致的扬程与转速变化，计算结果更具机理性与合理性，能够满足新时期仿真面向设计的预测功能，且模型求解稳定、计算速度快，能够实现实时与超实时仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一的一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法的流程示意图；
图2为本申请实施例二的方法流程示意图；
图3为本申请实施例二的汽轮泵驱动汽轮机部分的辅蒸汽系统的仿真示意图；
图4为本申请实施例二的含有汽轮泵泵部分的工艺系统仿真示意图；
图5为本申请实施例三的一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
在本实施例一中，如图1所示，一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，包括以下步骤：
S1.确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线。
时间步长的确定方法包括：调取驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和泵所在的工艺系统的泵时间步长；将仿真步长和泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的时间步长。汽轮机阀后节点和汽轮机做功节点的定位方法包括：基于辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；将进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为汽轮机阀后节点；将汽轮机阀后节点下游的节点标记为汽轮机做功节点；基于汽轮机阀后节点和汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线。泵前节点、泵后节点和泵流线的定位方法包括：基于工艺系统的仿真画面，定位泵所在位置；基于位置定位泵前节点和泵后节点；基于泵前节点和泵后节点定位泵流线。
在本实施例一中，确定仿真模型的时间步长、确定仿真计算结果的作用节点及流线，实现能量的去除、动量的增加目标定位，是进行汽轮泵与管网耦合模拟的必要准备环节，具体步骤如下：
S1.1调取驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长、泵所在的工艺系统的时间步长，并进行比较，以其中时间步长较小的值作为本汽轮泵仿真方法的时间步长，并将其赋给本仿真程序的时间步长变量；
S1.2寻找辅蒸汽系统中驱动汽轮机的位置。在驱动汽轮机所处的辅蒸汽系统仿真画面，定位到汽轮泵进汽调节阀；将该阀所在流线下游的节点，标记为驱动汽轮机阀后节点；该阀后节点下游的节点标记为驱动汽轮机做功节点；连接驱动汽轮机阀后节点与驱动汽轮机做功节点的流线标记为汽轮机内流路。将上述两个节点与一条流线加梯形框，表示其整体在辅蒸汽系统中作为汽轮泵的驱动汽轮机，记录下所标记的节点与流线编号；
S1.3寻找泵所在工艺系统中泵的位置。在泵所处的工艺系统仿真画面，定位到泵前节点、泵后节点，以及两个节点间泵产生作用的流线，将上述两个节点与一条流线加框，表示其整体在该工艺系统中作为汽轮泵所驱动的泵，记录所标记的节点与流线号。
S2.基于汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、泵前节点和泵后节点构建汽轮机模型和泵模型。
S2.1汽轮机模型的构建方法包括：进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟；确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中汽轮机阀后节点和做功节点的压差，并计算驱动汽轮机的总焓降；基于压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算驱动汽轮机内效率；将总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除。
在本实施例一中，将辅蒸汽系统经过驱动汽轮机调节阀门的蒸汽内的内能，转化为驱动汽轮机的输出功率；模拟内效率、摩擦功率的变化特性。这一部分是原动机模型提供能量的主要计算部分，具体步骤如下：
S2.1.1进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟：截距、三次拟合的方式，对给定的转速——摩擦功率特性曲线进行回归拟合，如下式所示：
Wf＝an3+bn2+cn
式中，Wf为摩擦功率，n为转速，a、b、c为拟合系数；对拟合后的多项式进行验证，证实拟合多项式模拟的合理有效性；
S2.1.2确定不同进汽流量下辅蒸汽系统模型中驱动汽轮机阀后节点、做功节点的压差：在辅蒸汽系统模型中，调节汽轮泵进汽调节阀，使汽轮机流路流量维持为给定的流量数据；调整进汽边界，使进汽比焓对应给定比焓；通过该流量所对应的排汽压力与排汽干度，确定该流量的平均排汽比焓；利用进汽比焓得到整个驱动汽轮机内部的总焓降，计算方法如下式所示：
Ht＝fg(hin-hout)
式中，Ht为驱动汽轮机内部总焓降，fg为蒸汽流量，hin为驱动汽轮机进口蒸汽比焓，hout为驱动汽轮机出口蒸汽比焓；在驱动汽轮机做功节点能量守恒模型中，将驱动汽轮机的总焓降以汽相能量阱项的方式附加到模型中，从系统内去除这部分能量；调节汽轮泵进汽调节阀，使汽轮机流路流量维持在该给定流量点，得到驱动汽轮机阀后节点与做功节点的压差dP；
S2.1.3根据上一步骤中得到的压差，拟合汽轮机做功功率模型：以上一步骤得到的压差dP为横坐标；以驱动汽轮进汽密度ρt，in与汽相流量fg的比值的平方根，在与输出功率Pt的积
Figure BDA0003938393300000091
为纵坐标，结合多组给定数据，以回归的方式进行三次多项式拟合，形式为：
Figure BDA0003938393300000092
式中，a、b、c、d为拟合系数；以给定dP横坐标最小点x，利用上述的三次多项式，计算得到结果y，得到(x,y)点；以(0,0)点和(x,y)点，做线性拟合，在(x,y)点左侧形成第一段模型；在(x,y)点右侧，以上述的三次多项式为第二段模型，将模型整理为汽轮机输出功率的表达式，得到汽轮机输出功率的模型；
S2.1.4驱动汽轮机内效率计算：求解汽轮机的内效率ηt，如下式所示：
ηt＝Pt/Ht
对流量——内效率进行二次回归拟合，如下式所示：
ηt＝afg 2+bfg+c
式中，a、b、c为拟合系数；
S2.1.5将所计算的汽轮机总焓降从辅蒸汽管网模型中去除：在辅蒸汽系统模型中，向汽轮机做功节点添加抽取热量的功率边界，抽取对象为蒸汽相工质；将步骤S2.1.3所得到输出功率，与步骤S2.1.4得到的内效率相除后，比值即为驱动汽轮机内的总焓降，计算结果嵌入到该功率边界中。
S2.2泵模型的构建方法包括：拟合转速-流量-扬程特性，得到泵扬程；将泵扬程作用到泵流线中；计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率。
在本实施例一中，该环节负责计算给定流量、转速下，流经离心泵的工质扬程、水力效率和泵输出功率、消耗功率变化特性。该环节是动力机械耗能的主要计算部分，具体步骤如下：
S2.2.1拟合转速——流量——扬程特性：当泵是离心泵(比转速小于300)时，流量——扬程拟合按二次相似律拟合，如下所示：
Figure BDA0003938393300000101
式中，n0是归一化转速，dH指水泵扬程，fl是泵流量，a、b、c为拟合系数；当泵是轴流泵与混流泵(比转速大于等于300)时，流量——扬程拟合按三次相似律拟合，如下式所示：
Figure BDA0003938393300000111
式中，a、b、c、d为拟合系数；整理得到泵扬程与流量、归一化转速之间的关系模型，其中扬程的单位是m；
S2.2.2将得到的泵扬程以动量源项的方式作用在泵所在系统的流线上：将泵所作用流线上的动量方程添加动量源相边界，作用工质为水相工质；将扬程单位由m转换到MPa，如下式所示：
ΔP＝ρlgdH
式中，ΔP是以MPa为单位的压升，ρl是泵工质的密度，g是重力加速度。转换完毕后作用在动量源相边界上；
S2.2.3计算水力效率、实际输出功率与泵的实际消耗功：对水力效率进行三次回归拟合，如下式所示：
Figure BDA0003938393300000112
式中，ηl为水力效率，a、b、c、d为拟合系数；计算泵的实际输出功率，如下式所示：
Wp＝fldHg
式中，Wp是泵的实际输出功率；计算泵的实际输入功率，如下式所示：
Pp＝Wp/ηl
式中，Pp是泵的实际输入功率。
S3.基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
仿真过程包括：将汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速；将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
在本实施例一中，本步骤实是连接汽轮机模型、泵模型的耦合环节，用以根据能量守恒方程计算得到泵的转速，并将转速赋给泵模型，实现模型模块间的耦合、仿真数据的输出，并完成本步仿真，对下一步仿真进行准备。具体步骤如下：
S3.1根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程：
S3.1.1列出汽轮泵的能量守恒方程，如下所示：
Figure BDA0003938393300000121
式中，Ek是转子所具有的动能，t是时间；
S3.1.2以转动物质的动能表达式代入能量守恒方程的左侧，表述为能量守恒与泵转速的关系，如下式所示：
Figure BDA0003938393300000122
式中，J是汽轮泵整体转动部分的转动惯量，ω是以泵转子为参考的角速度；
S3.1.3根据泵模型构建环节中给定的泵初始转速，利用步骤S3.1.2中的模型，计算本步结束后的泵转速。
S3.2仿真数据输出：将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
S3.3初值赋值：将本步计算的泵转速，回赋给泵模型构建环节中给定的泵初始转速；驱动汽轮机、泵所在工艺系统的参数回赋与更新由管网模型负责。此时向前叠加汽轮泵模型的时间步长，由管网模型的时序控制模块进行仿真处理，准备下一时间步长的仿真。
实施例二
在本实施例二中，从实际应用出发，如图2所示，介绍本申请的工作流程。
确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；如图3和图4所示，图3所示辅蒸汽系统的仿真时间步长为0.0625s，图4所示泵所在工艺系统的仿真时间步长为0.03125s，去汽轮泵仿真时间步长dt＝0.03125s，赋给本仿真程序的时间步长变量TDP_dt；定位图3中驱动汽轮机的位置，在汽轮泵进汽调节阀所在流线59的下游的节点30标记为驱动汽轮机阀后节点；节点30下游的节点31标记为驱动汽轮机做功节点；连接两节点的流线60标记为汽轮机内流路，将上述两个节点与一条流线加梯形框，表示其整体在辅蒸汽系统中作为汽轮泵的驱动汽轮机；定位图4泵前节点9、泵后节点10，以及两个节点间泵产生作用的流线18，将上述两个节点与一条流线加框，表示其整体在该工艺系统中作为汽轮泵所驱动的泵，记录所标记的节点与流线号。
基于汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、泵前节点和泵后节点构建汽轮机模型和泵模型。
1.汽轮机模型的构建：
(1)进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟：
使用Excel表格工具，以0截距、三次拟合的方式，对给定的转速——摩擦功率特性曲线进行回归拟合，得到如下形式的拟合公式，将拟合系数a、b、c输入到模型中；取不同的转速输入，对拟合后的多项式进行验证，证实拟合多项式模拟的合理有效性。
(2)确定阀后节点、做功节点的压差：
图3中，调节流线59上的调节阀，使汽轮机流路流量维持为给定的流量数据；调整57号流线的进汽比焓对应给定比焓；通过该流量所对应的排汽压力与排汽干度，确定该流量的平均排汽比焓；利用进汽比焓得到整个驱动汽轮机内部的总焓降；在图3中，将上述总焓降从31节点汽相工质中去除；调节流线59上的调节阀，使汽轮机流路流量维持在该给定流量点，计算30节点与31节点的压差；完成上述工作后，继续进行下一组流量数据点的压差计算工作。
(3)根据上一步骤中得到的压差，拟合汽轮机做功功率模型：
以上一步骤得到的压差dP为横坐标；以驱动汽轮进汽密度ρt，in与汽相流量fg的比值的平方根，在与输出功率Pt的积
Figure BDA0003938393300000151
为纵坐标，结合多组给定数据，使用Excel表格工具进行三次多项式拟合，将拟合系数a、b、c、d输入到模型中；将给定dP横坐标最小点x，利用三次多项式计算得到结果y，得到(x,y)点输入到模型中；以(0,0)点和的(x,y)点，做线性拟合，在(x,y)点左侧形成第一段模型；在(x,y)点右侧，以三次多项式为第二段模型；将模型整理为汽轮机输出功率的表达式，得到汽轮机输出功率的模型。
(4)驱动汽轮机内效率计算：
用给定数据点的输出功率、总焓降，相除求解汽轮机的内效率；使用Excel工具对流量——内效率进行二次拟合，将拟合系数a、b、c填入模型。
(5)将所计算的汽轮机总焓降从辅蒸汽管网模型中去除：
在图3的31号节点上添加热功率边界，抽取对象为蒸汽相工质；将实际输出功率模型与内效率模型相除，得到总焓降模型，将其嵌入到上述热功率边界中。
2.泵模型构建环节：
(1)拟合转速——流量——扬程特性：
图4中的泵是离心泵，使用Excel工具对流量——扬程进行二次拟合，将拟合系数a、b、c填入模型；上述模型两侧同时乘以归一化转速的平方，到泵扬程与流量、归一化转速之间的关系模型，其中扬程的单位是m。
(2)将得到的泵扬程以动量源项的方式作用在泵所在系统的流线上：
将图4中流线18上的动量方程添加动量源相边界，作用工质为水相工质；将扬程单位由m转换到MPa，作用在动量源相边界上。
(3)计算水力效率、实际输出功率与泵的实际消耗功：
使用Excel工具对水力效率进行三次拟合，将拟合系数a、b、c、d输入到模型中；根据流线18的流量、泵的扬程、重力加速度计算泵的实际输出功率；计算泵的实际输入功率。
基于汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
(1)根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程：
列出汽轮泵的能量守恒方程；以转动物质的动能表达式代入能量守恒方程的左侧，表述为能量守恒与泵转速的关系；根据泵模型构建环节中给定的泵初始转速，计算本步结束后的离心泵转速。
(2)仿真数据输出；将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
(3)初值赋值；将本步计算的离心泵转速，回赋给泵模型构建环节中给定的泵初始转速；驱动汽轮机、泵所在工艺系统的参数回赋与更新由管网模型负责。此时向前叠加汽轮泵模型的时间步长，由管网模型的时序控制模块进行仿真处理，准备下一时间步长的仿真。
实施例三
在本实施例三中，如图5所示，一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真系统，包括：定位模块、模型构建模块和仿真模块；
定位模块用于确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；时间步长的确定方法包括：调取驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和泵所在的工艺系统的泵时间步长；将仿真步长和泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的时间步长。汽轮机阀后节点和汽轮机做功节点的定位方法包括：基于辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；将进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为汽轮机阀后节点；将汽轮机阀后节点下游的节点标记为汽轮机做功节点；基于汽轮机阀后节点和汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线。泵前节点、泵后节点和泵流线的定位方法包括：基于工艺系统的仿真画面，定位泵所在位置；基于位置定位泵前节点和泵后节点；基于泵前节点和泵后节点定位泵流线。
模型构建模块用于基于汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、泵前节点和泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；汽轮机模型的构建方法包括：进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟；确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中汽轮机阀后节点和做功节点的压差，并计算驱动汽轮机的总焓降；基于压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算驱动汽轮机内效率；将总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除；泵模型的构建方法包括：拟合转速-流量-扬程特性，得到泵扬程；将泵扬程作用到泵流线中；计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率。
仿真模块用于基于汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据；仿真过程包括：将汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速；将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据；
所述时间步长的确定方法包括：
调取所述驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和所述泵所在的工艺系统的泵时间步长；
将所述仿真步长和所述泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的所述时间步长；
所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点的定位方法包括：
基于所述辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；
将所述进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为所述汽轮机阀后节点；
将所述汽轮机阀后节点下游的节点标记为所述汽轮机做功节点；
基于所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线；
所述泵前节点、所述泵后节点和所述泵流线的定位方法包括：
基于所述工艺系统的仿真画面，定位所述泵所在位置；
基于所述位置定位所述泵前节点和所述泵后节点；
基于所述泵前节点和所述泵后节点定位所述泵流线；
所述汽轮机模型的构建方法包括：
进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟；
确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中所述汽轮机阀后节点和所述做功节点的压差，并计算所述驱动汽轮机的总焓降；
基于所述压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算所述驱动汽轮机内效率；
将所述总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除；
所述泵模型的构建方法包括：
拟合转速-流量-扬程特性，得到泵扬程；
将所述泵扬程作用到所述泵流线中；
计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率；
仿真过程包括：
将所述汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速；
将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
2.一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真系统，其特征在于，包括：定位模块、模型构建模块和仿真模块；
所述定位模块用于确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
所述模型构建模块用于基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
所述仿真模块用于基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据；
所述时间步长的确定方法包括：调取所述驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和所述泵所在的工艺系统的泵时间步长，将所述仿真步长和所述泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的所述时间步长；
所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点的定位方法包括：基于所述辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀，将所述进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为所述汽轮机阀后节点，将所述汽轮机阀后节点下游的节点标记为所述汽轮机做功节点，基于所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线；
所述泵前节点、所述泵后节点和所述泵流线的定位方法包括：基于所述工艺系统的仿真画面，定位所述泵所在位置，基于所述位置定位所述泵前节点和所述泵后节点，基于所述泵前节点和所述泵后节点定位所述泵流线；
所述汽轮机模型的构建方法包括：进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟，确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中所述汽轮机阀后节点和所述做功节点的压差，并计算所述驱动汽轮机的总焓降，基于所述压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算所述驱动汽轮机内效率，将所述总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除；
所述泵模型的构建方法包括：拟合转速-流量-扬程特性，得到泵扬程，将所述泵扬程作用到所述泵流线中，计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率；
仿真过程包括：将所述汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速，将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
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