CN116242613A - 一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,包括以下步骤,S1,计算VWO设计工况下调节级通流效率、调节级设计压比、调节级容积流量;S2,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比;S3,计算核算工况的相对调节级通流效率及核算工况的调节级通流效率;S4,重新设定多个核算工况的调节级后压力,最终获得调节级压比与调节级通流效率的特性关系及调节级容积流量与调节级效率的特性关系。本发明可以便捷地测算随调节级压比及容积流量变化的调节级通流效率。
Description
技术领域
本发明属于火电机组节能及经济运行技术领域,具体涉及一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法及终端设备。
背景技术
随着新能源电网接入容量的增加,火电机组将由传统的电量型电源逐渐向调节型电源转变,火电机组的运行灵活性包括调峰性能得到了越来越多的关注。这导致火电机组调峰时的经济性也成为电厂的关注焦点。
汽轮机是由蒸汽冲动做功,带动发电机旋转发出电能的设备,是发电厂三大主设备之一。一个喷嘴栅和一个动叶栅组成了汽轮机的一个基本组成结构—汽轮机的级,很多级便组成了一个多级汽轮机。人们通常把汽轮机的第一级叫做调节级,也称速度级。在结构上,它通常比其它压力级直径大。调节级的通流面积由于部分进汽可以随负荷变化而改变,达到调节的作用,因此被称为调节级。由于从调节级喷嘴内喷出的蒸汽是主蒸汽经调节级喷嘴减压降温而来,因此此时的蒸汽具有很高的流速。在很大程度上,蒸汽对调节级叶轮的做功就是靠非常大的汽流速度冲击而获得。
目前国产汽轮机的热耗率均偏高,有的高于设计值,甚至有些比制造厂的保证值(一般保证值比设计值高3%)还高,主要原因是调节级的效率普遍偏低。汽轮机调节级的实际效率在汽轮机不同定压及滑压运行方式下呈现比较复杂的特性,其特性的准确获取长期以来一直困扰现场工程技术人员。掌握汽轮机调节级随运行方式的效率变化特性对于确定机组最经济的定压、滑压运行方式至关重要。
申请号为202210227288.0的中国专利公开了一种双调节级汽轮机组及运行方法,包括以下步骤:S1、确定负荷切换点Lx;S2、按检测时间间隔采集当前运行负荷;S3、若当前运行负荷大于或等于Lx,判断所述第一调节阀组件和第二调节阀组件的开启状态,并调节达到第一调节阀组件关小、第二调节阀组件开启的状态;S4、若当前运行负荷小于Lx,判断所述第一调节阀组件和第二调节阀组件的开启状态,并调节达到第二调节阀组件关小、第一调节阀组件开启、第三调节阀组件开启的状态。申请号为201710109546.4的中国专利公开了一种汽轮机高压缸通流级效率异常的诊断方法,该方法的研究内容为:如何诊断出高压缸通流参数异常的原因。本发明的方案为:首先,测试进汽温度变化对高压缸通流级效率的影响,根据水蒸汽在汽轮机级内的膨胀过程线化趋势来判断高压缸内部是否存在漏汽现象;然后,关闭高压缸各段抽汽的电动门,测量进汽、排汽和各段抽汽的压力和温度,变工况计算出抽汽压力与级后流量比,比较抽汽压力与对应通流级后压力的差异,最终确定高压缸通流级效率异常的原因。
现有技术中,对汽轮机经济运行中汽轮机调节级通流效率特性测算普遍方法复杂,计算量大,需要研发一种便捷地测算随调节级压比及容积流量变化的调节级通流效率的方法,为确定机组最优运行方式提供分析依据。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法及终端设备,可以便捷地测算随调节级压比及容积流量变化的调节级通流效率,为确定机组最优运行方式提供分析依据。
本发明采用的技术方案是:
本发明提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,包括以下步骤,
S1,获取汽轮机VWO设计工况下的设计参数,计算VWO设计工况下调节级通流效率、调节级设计压比、调节级容积流量;
S2,设定核算工况的调节级后压力,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比;
S3,计算核算工况的相对调节级通流效率及核算工况的调节级通流效率;
S4,重新设定多个核算工况的调节级后压力,计算每个调节级后压力对应的调节级通流效率,最终获得调节级压比与调节级通流效率的特性关系及调节级容积流量与调节级效率的特性关系。
进一步地,步骤S1中,所述VWO设计工况下的设计参数包括主汽压力、主汽温度、主汽流量、截止阀设计压损、调节阀设计压损、调节阀数量、调节级后压力和调节级后温度。进一步地,步骤S2中,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比的过程分别为:
核算工况的调节级压比的计算公式为:
εcs=p2/p0d′
上述式中,p′0d为VWO设计工况下调节级前压力,p′0d=pmsd×(1-ΔPsv)×(1-ΔPcv),pmsd、ΔPsv、ΔPcv分别为VWO设计工况下主汽压力、截止阀设计压损、调节阀设计压损;εcs为核算工况的调节级压比,p2为核算工况的调节级后压力;
核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比的计算公式为:
式中,p2d为VWO设计工况下调节级后压力;Rf为核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比。
核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比的计算公式为:Rvf=Rf
式中,Rvf为核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比。
核算工况的调节级容积流量计算公式为:
Vfcs=Vfcsd×Rvf
式中,Vfcs为核算工况的调节级容积流量;Vfcsd为VWO设计工况下调节级容积流量。
进一步地,步骤S2中,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比的方法为:
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比的公式为:
其中,RΔH表示核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比,εcs表示核算工况的调节级压比,εcsd表示VWO设计工况下的调节级压比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比,采用下列计算公式为:
式中,Rv0为核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比,采用下列计算公式为:
Ru/v0=1/Rv0
式中,Ru/v0为核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比;
进一步地,步骤S3的计算过程为:
计算核算工况的相对调节级通流效率的公式为:
式中,Rηcs为核算工况的相对调节级通流效率;
计算核算工况的调节级通流效率,采用下式:
ηcs=Rηcs×ηcs D
式中,ηcs为核算工况的调节级通流效率;ηcs D为VWO设计工况下调节级通流效率。
进一步地,步骤S1中,计算VWO设计工况下调节级通流效率,采用下述步骤:
1)计算VWO设计工况下调节级前温度,采用公式:
t′0d=tph(p′0d,hpt(pmsd,tmsd))
其中,pmsd,tmsd分别表示VWO设计工况下主汽压力及主汽温度;p′0d为VWO设计工况下调节级前压力;hpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质焓值的汽水特性函数,tph(p,h)表示根据介质压力及介质焓值求解介质温度的汽水特性函数;
2)计算调节级后压力对应的理想焓降,采用公式:
ΔHis=hpt(p′0d,t′0d)-hps(p2d,spt(p′0d,t′0d))
其中,ΔHis表示调节级后压力对应的理想焓降;p2d表示VWO设计工况下调节级后压力;spt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质熵值的汽水特性函数,hps(p,s)表示根据介质压力及介质熵值求解介质焓值的汽水特性函数;
3)VWO设计工况下调节级通流效率,采用公式:
其中,t2d表示VWO设计工况下调节级后温度;
计算调节级设计压比εcsd、调节级容积流量Vfcsd的公式为:
εcsd=p2d/pQd′
Vfcsd=Fmsd×svpt(p0d,t0d)
式中,Fmsd为VWO设计工况下主汽流量;svpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质比容的汽水特性函数。
进一步地,步骤S4中,调节级压比与调节级通流效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级后压力及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级压比变化的函数表达式。
进一步地,步骤S4中,调节级容积流量与调节级效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级容积流量及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级容积流量变化的函数表达式。
本发明还提供了一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的测算装置包括计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任意一项中相应的步骤。
本发明的有益效果是:
传统的汽轮机调节级通流效率特性,需要进行调节级的详细级的变工况计算,需要详细的通流级参数,在电厂现场往往很难获取。本发明提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的简化测算方法,可以便捷地测算随调节级压比及容积流量变化的调节级通流效率,为确定机组最优运行方式提供分析依据。
附图说明
图1为本发明测算方法的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明中,VWO设计工况为阀门全开设计工况。
参照图1,本发明提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,包括以下步骤,
S1,获取汽轮机VWO设计工况下的设计参数,计算VWO设计工况下调节级通流效率、调节级设计压比、调节级容积流量;
步骤S1中,所述VWO设计工况下的设计参数包括主汽压力、主汽温度、主汽流量、截止阀设计压损、调节阀设计压损、调节阀数量、调节级后压力和调节级后温度。
步骤S1中,计算VWO设计工况下调节级通流效率,采用下述步骤:
1)计算VWO设计工况下调节级前温度,采用公式:
t′0d=tph(p′0d,hpt(pmsd,tmsd))
其中,pmsd,tmsd分别表示VWO设计工况下主汽压力及主汽温度;p′0d为VWO设计工况下调节级前压力;hpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质焓值的汽水特性函数,tph(p,h)表示根据介质压力及介质焓值求解介质温度的汽水特性函数;
2)计算调节级后压力对应的理想焓降,采用公式:
ΔHis=hpt(p0d,t0d)-hps(p2d,spt(p0d,t0d))
其中,ΔHis表示调节级后压力对应的理想焓降;p2d表示VWO设计工况下调节级后压力;spt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质熵值的汽水特性函数,hps(p,s)表示根据介质压力及介质熵值求解介质焓值的汽水特性函数;
3)VWO设计工况下调节级通流效率,采用公式:
其中,t2d表示VWO设计工况下调节级后温度;
计算调节级设计压比εcsd、调节级容积流量Vfcsd的公式为:
εcsd=p2d/p0d′
Vfcsd=Fmsd×svpt(p′0d,t′0d)
式中,Fmsd为VWO设计工况下主汽流量;svpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质比容的汽水特性函数。
S2,设定核算工况的调节级后压力,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比;
步骤S2中,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比的过程分别为:
核算工况的调节级压比的计算公式为:
εcs=p2/p0d′
上述式中,p′0d为VWO设计工况下调节级前压力,p′0d=pmsd×(1-ΔPsv)×(1-ΔPcv),pmsd、ΔPsv、ΔPcv分别为VWO设计工况下主汽压力、截止阀设计压损、调节阀设计压损;εcs为核算工况的调节级压比,p2为核算工况的调节级后压力;
核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比的计算公式为:
式中,p2d为VWO设计工况下调节级后压力;Rf为核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比。
核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比的计算公式为:Rvf=Rf
式中,Rvf为核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比。
核算工况的调节级容积流量计算公式为:
Vfcs=Vfcsd×Rvf
式中,Vfcs为核算工况的调节级容积流量;Vfcsd为VWO设计工况下调节级容积流量。
步骤S2中,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比的方法为:
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比的公式为:
其中,RΔH表示核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比,εcs表示核算工况的调节级压比,εcsd表示VWO设计工况下的调节级压比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比,采用下列计算公式为:
式中,Rv0为核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比,采用下列计算公式为:
Ru/v0=1/Rv0
式中,Ru/v0为核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比;
S3,计算核算工况的相对调节级通流效率及核算工况的调节级通流效率;
步骤S3的计算过程为:
计算核算工况的相对调节级通流效率的公式为:
式中,Rηcs为核算工况的相对调节级通流效率;
计算核算工况的调节级通流效率,采用下式:
ηcs=Rηcs×ηcs D
式中,ηcs为核算工况的调节级通流效率;ηcs D为VWO设计工况下调节级通流效率。
S4,重新设定多个核算工况的调节级后压力,计算每个调节级后压力对应的调节级通流效率,最终获得调节级压比与调节级通流效率的特性关系及调节级容积流量与调节级效率的特性关系。
步骤S4中,调节级压比与调节级通流效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级后压力及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级压比变化的函数表达。
步骤S4中,调节级容积流量与调节级效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级容积流量及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级容积流量变化的函数表达式。
本发明还提供了一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种汽轮机调节级通流效率特性的测算装置包括计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任意一项中相应的步骤。
目前,本发明的技术方案已经进行了中试,即产品在大规模量产前的小规模实验;中试完成后,在小范围内开展了用户使用调研,调研结果表明用户满意度较高;现在已经着手准备产品正式投产进行产业化(包括知识产权风险预警调研)。
以上所述实施方式为本发明的优选实施例,而非本发明可行实施的穷举。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,做出的各种改进,都应当被认为包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,包括以下步骤,S1,获取汽轮机VWO设计工况下的设计参数,计算VWO设计工况下调节级通流效率、调节级设计压比、调节级容积流量;
S2,设定核算工况的调节级后压力,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比;
S3,计算核算工况的相对调节级通流效率及核算工况的调节级通流效率;
S4,重新设定多个核算工况的调节级后压力,计算每个调节级后压力对应的调节级通流效率,最终获得调节级压比与调节级通流效率的特性关系及调节级容积流量与调节级效率的特性关系。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S1中,所述VWO设计工况下的设计参数包括主汽压力、主汽温度、主汽流量、截止阀设计压损、调节阀设计压损、调节阀数量、调节级后压力和调节级后温度。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S2中,计算核算工况的调节级压比、核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比及调节级容积流量比的过程分别为:
核算工况的调节级压比的计算公式为:
εcs=p2/p0d'
上述式中,p'0d为VWO设计工况下调节级前压力,p'0d=pmsd×(1-ΔPsv)×(1-ΔPcv),pmsd、ΔPsv、ΔPcv分别为VWO设计工况下主汽压力、截止阀设计压损、调节阀设计压损;εcs为核算工况的调节级压比,p2为核算工况的调节级后压力;
核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比的计算公式为:
式中,p2d为VWO设计工况下调节级后压力;Rf为核算工况相对VWO设计工况的调节级流量比。
核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比的计算公式为:Rvf=Rf
式中,Rvf为核算工况相对VWO设计工况的调节级容积流量比。
核算工况的调节级容积流量计算公式为:
Vfcs=Vfcsd×Rvf
式中,Vfcs为核算工况的调节级容积流量;Vfcsd为VWO设计工况下调节级容积流量。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S2中,计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比及调节级出口速度比、调节级相对速比和核算工况的调节级速比的方法为:
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比的公式为:
其中,RΔH表示核算工况相对VWO设计工况的调节级理想焓降比,εcs表示核算工况的调节级压比,εcsd表示VWO设计工况下的调节级压比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比,采用下列计算公式为:
式中,Rv0为核算工况相对VWO设计工况的调节级出口速度比;
计算核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比,采用下列计算公式为:
Ru/v0=1/Rv0
式中,Ru/v0为核算工况相对VWO设计工况的调节级相对速比;
6.根据权利要求1所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S1中,计算VWO设计工况下调节级通流效率,采用下述步骤:
1)计算VWO设计工况下调节级前温度,采用公式:
t'0d=tph(p'0d,hpt(pmsd,tmsd))
其中,pmsd,tmsd分别表示VWO设计工况下主汽压力及主汽温度;p'0d为VWO设计工况下调节级前压力;hpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质焓值的汽水特性函数,tph(p,h)表示根据介质压力及介质焓值求解介质温度的汽水特性函数;
2)计算调节级后压力对应的理想焓降,采用公式:
ΔHis=hpt(p′0d,t′0d)-hps(p2d,spt(p′0d,t′0d))
其中,ΔHis表示调节级后压力对应的理想焓降;p2d表示VWO设计工况下调节级后压力;spt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质熵值的汽水特性函数,hps(p,s)表示根据介质压力及介质熵值求解介质焓值的汽水特性函数;
3)VWO设计工况下调节级通流效率,采用公式:
其中,t2d表示VWO设计工况下调节级后温度;
计算调节级设计压比εcsd、调节级容积流量Vfcsd的公式为:
εcsd=p2d/p0d'
Vfcsd=Fmsd×svpt(p′0d,t′0d)
式中,Fmsd为VWO设计工况下主汽流量;svpt(p,t)表示根据介质压力及介质温度求解介质比容的汽水特性函数。
7.根据权利要求6所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S4中,调节级压比与调节级通流效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级后压力及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级压比变化的函数表达式。
8.根据权利要求6所述的一种汽轮机调节级通流效率特性的测算方法,其特征在于,步骤S4中,调节级容积流量与调节级效率的特性关系的获取方法为:
将多个核算工况的得到的调节级容积流量及调节级通流效率数据,进行曲线拟合,得到调节级通流效率随调节级容积流量变化的函数表达式。
9.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
10.一种汽轮机调节级通流效率特性的测算装置包括计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任意一项中相应的步骤。
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2022
- 2022-11-25 CN CN202211492691.2A patent/CN116242613A/zh active Pending
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