基于MATLAB的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)變工況快速計(jì)算方法

1、收稿日期:2007207217作者簡(jiǎn)介:黃海東(19812 , 男, 華北電力大學(xué)、河北省電力研究院(研究生工作站 碩士研究生, 主要從事電站系統(tǒng)節(jié)能研究?；贛AT LAB 的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)變工況快速計(jì)算方法黃海東1, 2, 常澍平2, 許軍詔3, 白中華1(1華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院, 保定071003;2河北省電力研究院, 石家莊050021; 3東北電力大學(xué), 吉林132012摘要:汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算是汽輪機(jī)熱力計(jì)算中的常見(jiàn)問(wèn)題之一。在對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)特性曲線計(jì)算的基礎(chǔ)上, 應(yīng)用MAT LAB 語(yǔ)言擬合特性曲線方程, 繪制特性曲線等方法對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)的變工況進(jìn)行了計(jì)算, 程序簡(jiǎn)捷方便, 在

2、保證計(jì)算準(zhǔn)確性的同時(shí)提高了計(jì)算的速度。關(guān)鍵詞:汽輪機(jī); 調(diào)節(jié)級(jí); 變工況; 熱力計(jì)算分類號(hào):TK227文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):100125884(2008 0220103203A Method of Quick Calculation for Off -ofSteam Turbine HUANG Hai 2dong 1, 22, 2zhao 3, BA I Zhong 2hua1(1School of Electric Power University, Baoding, 071003, China; 2Hebei Electric Shijiazhuang 050021, China; 3

3、Northeast D ianli University, Jilin 132012, China Abstract:The of off 2design conditi on of stea m turbine governing stage is one of the fam iliar questi ons of the ther 2modyna m ic calculati on for stea m turbine . Based on the governing stage curve calculati on, this article uses the method of MA

4、T LAB language curve equati on and p r otractile curve and s o on t o calculate the off 2design conditi on of steam turbine gov 2erning stage . This f or mality is sententi ous and convenience, which advances the s peed of the computes mean while confir 2m ing it s veracity .Key words:turb i n ; gov

5、ern i n g st age; var i a ble opera ti on cond iti on; ther m odynam i c ca lcul a ti on0前言隨著目前生產(chǎn)和生活用電量的不斷提高, 電網(wǎng)峰谷差逐漸加大, 發(fā)電機(jī)組調(diào)峰乃至深度調(diào)峰已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。與此同時(shí), 人類對(duì)能源問(wèn)題也給予了越來(lái)越多的關(guān)注, 社會(huì)對(duì)電力行業(yè)節(jié)能問(wèn)題提出了很高的要求。為了深入了解變負(fù)荷時(shí)機(jī)組的能耗特性, 進(jìn)而進(jìn)行機(jī)組有效的優(yōu)化運(yùn)行, 快速進(jìn)行汽輪機(jī)變工況核算變得尤為重要。然而在調(diào)節(jié)級(jí)變工況的計(jì)算中, 要同時(shí)考慮兩部分汽流的工作過(guò)程, 而且在重疊度的范圍內(nèi), 相鄰兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都是部分開(kāi)啟的

6、, 兩部分汽流都受到節(jié)流作用。另外, 為了改善蒸汽的流動(dòng)性能, 提高級(jí)的效率, 調(diào)節(jié)級(jí)的動(dòng)葉和導(dǎo)葉都設(shè)計(jì)成有少量反動(dòng)度, 并且反動(dòng)度的數(shù)值是隨工況變化的。這樣使得調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算變得復(fù)雜煩瑣。本文借助MAT LAB 編輯調(diào)節(jié)級(jí)的計(jì)算程序, 將工質(zhì)視為理想氣體處理, 使程序簡(jiǎn)捷, 利用p l ot 函數(shù)繪制調(diào)節(jié)級(jí)的特性曲線, 利用polyfit 函數(shù)擬合特性曲線方程, 在之后的調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算中, 調(diào)用特性曲線方程即可方便完成。1調(diào)節(jié)級(jí)變工況的計(jì)算方法對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)全開(kāi)的噴嘴組, 噴嘴前的參數(shù)基本上可以認(rèn)為是一定的, 而級(jí)后的壓力隨工況而變, 從而引起這部分噴嘴組前后的壓力比、理想比焓降等的變化。

7、對(duì)于理想氣體, 在節(jié)流后壓力降低時(shí)溫度和焓值不變, 對(duì)于蒸汽, 在節(jié)流后, 焓值不變化, 但是新汽溫度稍有降低, 使得在同一個(gè)壓力比條件下, 理想焓降會(huì)稍有降低。將理想比焓降表示為:h t =k -1p 0v 01-p p k=k -1R T 01-p 2p k(1式中, p 0、v 0分別表示全開(kāi)調(diào)節(jié)閥后的壓力和比體積?？梢缘玫揭?yàn)門(mén) 0的變化引起焓降變化的百分?jǐn)?shù)為:(h h t =T T 0100%資料1計(jì)算表明對(duì)于初參數(shù)為12. 753MPa 、550的蒸汽, 當(dāng)節(jié)流后的壓力降低到9. 81MPa 時(shí), T 0約為12K, 因溫度下降引起的理想比焓降下降的百分?jǐn)?shù)僅為:(h h t =55

8、0+2731. 5%若忽略這一誤差或加以修正, 理想比焓降便只是壓力比的函數(shù)了。如果將壓力比換為p 2/p 0, 那么式(1 也同樣適用于部分開(kāi)啟的調(diào)節(jié)閥。第50卷第2期汽輪機(jī)技術(shù)Vol . 50No . 22008年4月T URB I N E TECHNOLOGYAp r . 2008由于c a =h t , 因此級(jí)的速比x a =u /c a 也是壓力比的函數(shù), 并且由x a 所決定的反動(dòng)度m 、輪周效率u 、葉輪摩擦損失f 、部分進(jìn)汽損失e 、葉高損失l 、內(nèi)效率i 都是壓力比的函數(shù)。也就是說(shuō)當(dāng)壓力比確定后, 級(jí)的特性就隨之而定。調(diào)節(jié)級(jí)的特性曲線就是通過(guò)計(jì)算而得到的以壓力比p 2/p 0

9、為自變量的一組曲線, 當(dāng)需要時(shí), 就可以在圖中查出有關(guān)數(shù)據(jù), 進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算。1. 2調(diào)節(jié)級(jí)特性曲線的簡(jiǎn)易計(jì)算在計(jì)算中, 假設(shè)調(diào)節(jié)閥全開(kāi), 閥后的壓力p 0=(0. 95-0. 97 p 0, 并取單位噴嘴面積(即1c m 2進(jìn)行計(jì)算, 動(dòng)葉面積按照與噴嘴的面積比以同樣的比例縮小。特性曲線的計(jì)算過(guò)程采用順序迭代的方法, 首先任意設(shè)定一系列噴嘴后壓力p 1, 由級(jí)前向后計(jì)算, 計(jì)算出相應(yīng)的噴嘴流量G n , 然后假設(shè)動(dòng)葉后的壓力p 2, 進(jìn)行動(dòng)葉部分的計(jì)算, 迭代算出動(dòng)葉流量G b 。若G b 與G n 的差值滿足允許誤差的條件時(shí), 即G -G G nG 時(shí), p 2的迭代過(guò)程結(jié)束。為保

10、證計(jì)算的準(zhǔn)確性, G 應(yīng)盡量取小些, , 取G=0. 001。確定了p 2后, m 近理想氣體。, 則可以不必編輯調(diào)用水蒸汽熱力性質(zhì)子程序, , 而且在保證較好準(zhǔn)確性的同時(shí), 提高了計(jì)算的速度。根據(jù)上述方法, 依據(jù)文獻(xiàn)2, 3中計(jì)算公式, 使用MA 2BLAB 語(yǔ)言編輯程序, 調(diào)用MAT LAB 語(yǔ)言中的最小二乘命令polyfit 函數(shù)4來(lái)擬合特性曲線方程, 調(diào)用p l ot 函數(shù)4繪制-、m -及u -x a 等曲線。由程序的編制和運(yùn)行來(lái)看,MAT LAB 語(yǔ)言擬合曲線只需一條語(yǔ)句, 避免了大量的矩陣計(jì)算, 同樣繪制特性曲線時(shí)MAT LAB 語(yǔ)言也只用一條語(yǔ)句, 避免使用大量的循環(huán)語(yǔ)句, 使

11、程序簡(jiǎn)單, 運(yùn)行快捷, 體現(xiàn)了其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。1. 3調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)特性的計(jì)算, 不是調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算本身。在調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算時(shí), 仍需要根據(jù)已知條件, 借助特性曲線查出相關(guān)數(shù)據(jù), 進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算。(1 根據(jù)弗留格爾公式, 計(jì)算變工況后的調(diào)節(jié)級(jí)室的壓力p 21值為p 21=G 2(p 22-p 2z +p 2z 1(2式中, G 1、G 、p 2、p z 、p z 1、p 21分別為變工況下的主蒸汽流量、額定工況下主蒸汽流量、調(diào)節(jié)級(jí)室壓力、設(shè)計(jì)背壓、變工況下背壓、變工況下調(diào)節(jié)級(jí)室壓力;(2 調(diào)用MAT LAB 語(yǔ)言擬合的=f ( 特性曲線方程, 由壓力比=p 21/p 0得通過(guò)

12、全開(kāi)閥門(mén)的流量為G n =A p 21A =0. 648A p 0v 010-1(3式中, A ni 為全開(kāi)調(diào)節(jié)閥門(mén)噴嘴組出口面積, cm 2;(3 通過(guò)部分開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥門(mén)的流量為G n =G 1-G n , 由式G n =A p 21得=G A p 21, 再次調(diào)用特性方程=f ( ,得到與對(duì)應(yīng)的值;(4 根據(jù)壓比=p 21/p 0得出部分開(kāi)啟閥門(mén)后的壓力p 0=p 21/;(5 分別求全開(kāi)閥門(mén)調(diào)節(jié)級(jí)理想比焓降h t 和部分開(kāi)啟閥門(mén)調(diào)節(jié)級(jí)理想比焓降h t h t =k -1p 0v 01-p p 0k(4 h t =k -1p 0v 01-p p 0k (5分別計(jì)算兩部分速比x a x a 調(diào)

13、用u =f (x a 特性曲線方程, 分別求全開(kāi)閥門(mén)和部分開(kāi)啟閥門(mén)兩部分汽流在動(dòng)葉出口的實(shí)際焓值h 2=h 0-h t u +h su m (6 h 2=h 0h u +h su m (7 =h +G h G +G (8 h th t =Gh t +Gh t (9計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)總的損失h sun 類似式(9 和調(diào)節(jié)級(jí)效率,完成調(diào)節(jié)級(jí)的計(jì)算tj =h -h h t(102調(diào)節(jié)級(jí)實(shí)際計(jì)算本文應(yīng)用上述方法, 使用MAT LAB 語(yǔ)言編輯程序, 對(duì)某電廠600MW 機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)變工況進(jìn)行實(shí)際計(jì)算, 具體過(guò)程如下。2. 1計(jì)算機(jī)組的原始數(shù)據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速n =3000r/min; 新蒸汽壓力p 0=16. 7M

14、Pa; 新蒸汽溫度t 0=537; 噴嘴直徑d n =1066. 2mm; 噴嘴出口面積A n =418. 1mm 2; 噴嘴出口角1=20. 79; 動(dòng)葉進(jìn)汽角1=30; 動(dòng)葉出汽角2=28. 40。2. 2特性曲線計(jì)算結(jié)果本文計(jì)算了調(diào)節(jié)級(jí)單位面積流量分別為0. 9638kg/s 、1. 4518kg/s 、1. 7058kg/s 、1. 8093kg/s 、1. 8057kg/s 、1. 7317kg/s 時(shí)的6種工況, 根據(jù)這6種工況下的數(shù)據(jù)繪制出調(diào)節(jié)級(jí)特性曲線, 如圖1圖3所示。應(yīng)用各曲線就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算。在進(jìn)行變工況計(jì)算的程序編制中, 直接調(diào)用polyfit 函數(shù)所擬合出

15、來(lái)的特性曲線方程=0. 17952-3. 7673+3. 8433; m =1. 02922-0. 7492+0. 1504; u =-2. 47x 2a +2. 4679x a +0. 0988等。計(jì)算結(jié)果因?yàn)閿?shù)據(jù)太多未一一列出, 而將其計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)在相應(yīng)圖中示出, 由各曲線可以看出, 各工況下數(shù)據(jù)與曲線吻合很好, 所以利用這種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)變工況計(jì)算, 在滿足精度的要求下, 計(jì)算快捷簡(jiǎn)便。3結(jié)論(1 本文使用MAT LAB 語(yǔ)言采用簡(jiǎn)易算法對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)401汽輪機(jī)技術(shù)第50卷 圖1調(diào)節(jié)級(jí)系數(shù)-壓比 曲線圖2調(diào)節(jié)級(jí)反動(dòng)度m -壓比 曲線圖3u -速比x a 曲線, 提高了計(jì)算, , 不難看

16、出MAT LAB 語(yǔ)言在編制程序、處理圖形上的簡(jiǎn)捷方便, 在汽輪機(jī)的變工況計(jì)算中使用MAT LAB 語(yǔ)言, 使程序簡(jiǎn)化, 使用快捷。(3 當(dāng)將汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)代入以上方法時(shí), 計(jì)算簡(jiǎn)捷, 準(zhǔn)確度較高, 而且這種方法對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組工況無(wú)特殊限定, 可方便地推廣應(yīng)用到其它機(jī)組。參考文獻(xiàn)1曹祖慶. 汽輪機(jī)變工況特性M.北京:水利電力出版社,1990.2沈士一. 汽輪機(jī)原理M.北京:中國(guó)電力出版社, 1992. 3李維特, 黃保海. 汽輪機(jī)變工況熱力計(jì)算M.北京:中國(guó)電力出版社, 2001.4李微波. MAT LAB 在電氣工程中的應(yīng)用M.北京:中國(guó)電力出版社, 2006.(上接第160頁(yè) 3. 2運(yùn)行

17、方面汽輪機(jī)組的真空系統(tǒng)嚴(yán)密性, 不僅與檢修質(zhì)量有關(guān), 而且還與機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)緊密相連, 汽輪機(jī)在運(yùn)行中, 采取以下處理措施:(1 機(jī)組正常運(yùn)行中堅(jiān)持定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn), 了解掌握真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的變化。發(fā)現(xiàn)嚴(yán)密性下降, 及時(shí)查明原因, 通過(guò)檢查和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整不能恢復(fù)正常時(shí), 及時(shí)組織人員查漏, 堵漏。機(jī)組出現(xiàn)劇烈的工況變化, 如發(fā)生事故、停機(jī)等, 機(jī)組恢復(fù)正常穩(wěn)定后, 應(yīng)對(duì)機(jī)組進(jìn)行真空嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)。(2 加強(qiáng)對(duì)凝結(jié)器進(jìn)、出口水溫、端差、真空、過(guò)冷度等運(yùn)行參數(shù)的綜合分析, 找出影響機(jī)組真空的主要原因, 制定處理措施。(3 根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整軸封壓力, 合理調(diào)整高低壓軸封供汽, 應(yīng)在保證油中不進(jìn)水的前提下, 盡量提高軸封壓力, 防止空氣從汽封處漏入。(4 運(yùn)行中盡量避免劇烈工況的出現(xiàn)。由于運(yùn)行工況劇烈變化造成金屬各部溫度劇烈變化從而引起漏點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)。(5 機(jī)組啟停嚴(yán)格控制運(yùn)行參數(shù), 加強(qiáng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的監(jiān)視, 防止因振動(dòng)過(guò)大造成軸封損壞, 漏汽加大。(6 加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視, 保持凝汽器、加熱器水位正常。(7 維持射水池的水溫在正常范圍內(nèi), 確保射水抽氣器正常工作。(8 加強(qiáng)對(duì)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的維護(hù)管理, 提高清洗效果。4結(jié)論汽輪機(jī)組的真空系統(tǒng)嚴(yán)密性問(wèn)題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題, 涉及到管理、