專利名稱：考慮汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)是一種以蒸汽為動力，將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，是世界上最重要的原動機(jī)之一，在電廠、工業(yè)生產(chǎn)、艦船等行業(yè)有著極其廣泛的應(yīng)用。因此，對汽輪機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造在提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約能源方面都有很大的實(shí)際應(yīng)用價值。
汽輪機(jī)的啟停和功率的變化是通過調(diào)節(jié)閥的開度的變化，從而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量或蒸汽參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。目前已有的配汽方式有噴嘴配汽、節(jié)流配汽、滑壓配汽、全電調(diào)“閥門管理”式配汽和旁通配汽。其中噴嘴配汽是調(diào)節(jié)級的靜葉柵被分隔為幾個進(jìn)氣弧段，每個進(jìn)氣弧段由一定數(shù)目的噴嘴組成，不同的調(diào)節(jié)級閥門對各組噴嘴單獨(dú)供汽，按照負(fù)荷的需要通過改變調(diào)節(jié)級閥門的開度和開啟數(shù)目來改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。由于噴嘴配汽在調(diào)節(jié)級閥門處進(jìn)汽節(jié)流損失小，效率高，它是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式?，F(xiàn)有大功率汽輪機(jī)大多采用這種方式改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量。已知各閥門在不全開的情況下會造成很大的節(jié)流損失，為減少汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級的節(jié)流損失，應(yīng)盡量保證各閥門全開或全閉。當(dāng)實(shí)際給定多個負(fù)荷時，為達(dá)到所要求的工作點(diǎn)，相應(yīng)的閥門一般不能保證全開或全閉狀態(tài)，會造成很大的節(jié)流損失，造成汽輪機(jī)長期低效率運(yùn)行，浪費(fèi)了大量有效熱能，使發(fā)電成本增加。國內(nèi)機(jī)組的常用負(fù)荷點(diǎn)為額定功率的70% 80%左右，為減少甚至消除節(jié)流損失，我們設(shè)想根據(jù)先驗(yàn)的常用工作負(fù)荷點(diǎn)，對調(diào)節(jié)級各閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，由此保證各閥門全開或全閉時能夠組合出更多的常用工作負(fù)荷點(diǎn)，適應(yīng)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在優(yōu)化設(shè)計過程中，考慮汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行約束條件，對優(yōu)化結(jié)果在實(shí)際工作中的應(yīng)用具有重要的意義。汽輪機(jī)時常是在變負(fù)荷條件下運(yùn)行，而在實(shí)際運(yùn)行中，不同常用負(fù)荷點(diǎn)的運(yùn)行頻率不盡相同，有的負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行的概率較高，有的負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行概率相對較低，將各負(fù)荷點(diǎn)的運(yùn)行頻率作為約束之一；機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中主蒸汽的壓力一般是按照滑壓曲線設(shè)定，汽輪機(jī)調(diào)門全開(或保持適當(dāng)開度不變)，由鍋爐調(diào)節(jié)主汽流量和壓力(汽溫基本保持不變)來調(diào)節(jié)負(fù)荷，這就使得汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級前主氣流量和壓力不為恒值，在噴嘴組設(shè)計中，加入滑壓運(yùn)行曲線，因此可以在單閥運(yùn)行下提高調(diào)節(jié)級效率，可以進(jìn)一步提高優(yōu)化效果。具體方法則是在輸入主蒸汽壓力時將滑壓曲線制成查表函數(shù)，根據(jù)機(jī)組不同的負(fù)荷點(diǎn)，得出相應(yīng)的主蒸汽壓力。將滑壓運(yùn)行方式作為約束二。考慮上述兩種約束條件，按實(shí)際工作負(fù)荷來設(shè)計出汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級最優(yōu)閥門噴嘴數(shù)目組合，在更接近實(shí)際運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上能夠有效地提高汽輪機(jī)的綜合效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有機(jī)組在多個常用工作負(fù)荷點(diǎn)條件下，對其中某些工作負(fù)荷點(diǎn)閥門開度小造成較大節(jié)流損失，相對內(nèi)效率降低的問題，在考慮多個負(fù)荷點(diǎn)工作時長的概率和汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行方式的實(shí)際運(yùn)行約束條件下，提出了一種對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級噴嘴組的噴嘴數(shù)目進(jìn)行優(yōu)化的方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述方法是按照如下步驟來實(shí)現(xiàn)的步驟一、構(gòu)建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型Y = W1(Xgz1-Ge1)Wff2(Xgz2-Ge2)2+......+W1 (Xgz1-Ge1)2 (2-10)W1, W2......W1表示各個負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行時間百分比；Xgz1' Xgz2......Xgz1表示各個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量；Ge1, Ge2......Ge1表示各個給定負(fù)荷點(diǎn)的理論流量；
實(shí)際流量與理論流量的綜合偏離程度用Y表示；步驟二、計算各個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量由各閥門噴嘴數(shù)目及其對應(yīng)的閥門開度計算I......I個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量
(與給定負(fù)荷點(diǎn)無關(guān))
權(quán)利要求
1.一種考慮汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于所述方法是按照如下步驟來實(shí)現(xiàn)的 步驟一、構(gòu)建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型Y = W1 (Xgz1-Ge1)2+W2 (Xgz2-Ge2)2+......+W1 (Xgz1-Ge1)2 (2-10) W1^ff2......W1表示各個負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行時間百分比； XgZp XgZ2......Xgz1表示各個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量； Ge1' Ge2......Ge1表示各個給定負(fù)荷點(diǎn)的理論流量； 實(shí)際流量與理論流量的綜合偏離程度用Y表示； 步驟二、計算各個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量 由各閥門噴嘴數(shù)目及其對應(yīng)的閥門開度計算I......I個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量(與給定負(fù)荷點(diǎn)無關(guān)) 式中j為閥門的開度組合形式，Plk為第k個噴嘴組的調(diào)節(jié)級流量比，Ank為第k個噴嘴組各個噴嘴喉部截面積之和，Ptlk為第k個調(diào)節(jié)閥閥后的壓力(即調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的噴 ^嘴組前)，Pfflt為第k個調(diào)節(jié)閥閥后的密度(即調(diào)節(jié)閥對應(yīng)的噴嘴組前)，k 1] ’VPoa-U= ^lk = ^lk I — I，Plk為第k個噴嘴組的噴嘴背壓，P2為調(diào)節(jié)級后汽室中的壓力； 在實(shí)際計算過程中，Plk與P2的值不等，將噴嘴組流量方程改為 式中P2k為調(diào)節(jié)級的流量比，Xk是調(diào)節(jié)級前后壓力比的函數(shù)； 通過二分法計算P2 :步驟A、給定一個噴嘴后壓力plk ;步驟B、根據(jù)熱力計算公式計算出噴嘴出口處蒸汽的焓Ii1、蒸汽的速度C1和動葉進(jìn)口蒸汽的相對速度W1，再通過公式(1-2)計算出一個噴嘴蒸汽的出口流量Gn ;步驟C、然后假設(shè)一個動葉出口蒸汽的壓力，即調(diào)節(jié)級后壓力P2 ;步驟D、通過熱力計算公式得出動葉出口處蒸汽的焓h2、出口處蒸汽的密度P 2、出口蒸汽的相對速度W2和絕對速度C2，再由公式計算出動葉出口蒸汽的流量Gb ;步驟E、若Gb幸Gn,返回至步驟C繼續(xù)計算,直到得到Gb = Gn,得出調(diào)節(jié)級后壓力p2 ；Gb = P 2W2Ab,式中P 2——動葉出口實(shí)際密度；Ab——動葉出口喉部面積； 根據(jù)二分法計算得出的調(diào)節(jié)級后壓力P2代入到公式(1-2)中計算出實(shí)際流量xgz; 步驟三、計算各個給定負(fù)荷點(diǎn)的理論流量 Geh = Ge I h，其中Geh為負(fù)荷點(diǎn)的理論流量，Ge為汽輪機(jī)的額定流量，I h為在負(fù)荷點(diǎn)下汽輪機(jī)運(yùn)行功率占額定功率的百分比，h = 1,2,...1,1為工作負(fù)荷點(diǎn)的個數(shù)；步驟四、構(gòu)建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型的約束條件X1+X2+X3+X4 = Xz, Xz = const (2-2)Xmin ≤ K Xmax, i = 1,2,3,4 ；Xmin = const, Xmax = const (2-3) X1, X2, X3, X4表示四個噴嘴組的噴嘴數(shù)，Xz為總噴嘴數(shù)，const表示定值； 步驟五、基于遺傳算法理論求出給定負(fù)荷點(diǎn)下使得實(shí)際流量與理論流量的 綜合偏離程度Y最小時對應(yīng)的最優(yōu)噴嘴數(shù)目的組合，具體過程如下 步驟五(一)、初始種群設(shè)定 米用浮點(diǎn)數(shù)編碼，編碼區(qū)間為[Xmin，Xmax],
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的考慮汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于在步驟二的通過二分法計算P2的過程中，所述噴嘴后壓力Plk的計算過程為由汽輪機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中得到的滑壓運(yùn)行規(guī)律曲線功率-主蒸汽壓力，再根據(jù)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷，查得主蒸汽的壓力，然后計算出Plk。
全文摘要
考慮汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法，它涉及一種汽輪機(jī)的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設(shè)計方法。本發(fā)明是針對現(xiàn)有機(jī)組在多個常用工作負(fù)荷點(diǎn)條件下，對其中某些工作負(fù)荷點(diǎn)閥門開度小造成較大節(jié)流損失，相對內(nèi)效率降低的問題而提出的。構(gòu)建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型；計算各個給定負(fù)荷點(diǎn)的實(shí)際流量；計算各個給定負(fù)荷點(diǎn)的理論流量；構(gòu)建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型的約束條件；基于遺傳算法理論求出給定負(fù)荷點(diǎn)下使得實(shí)際流量與理論流量的綜合偏離程度Y最小時對應(yīng)的最優(yōu)噴嘴數(shù)目的組合。在保證機(jī)組達(dá)到各負(fù)荷點(diǎn)時，調(diào)節(jié)級各閥門都能處于全開或全閉狀態(tài)，最大限度地減少汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級的節(jié)流損失的條件下，優(yōu)化出最優(yōu)的閥門噴嘴數(shù)目組合，使機(jī)組具有最佳的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號F01D9/02GK102678192SQ20121016805
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者萬杰, 于達(dá)仁, 付云峰, 劉金福, 張可浩, 張懷鵬, 李飛, 游爾勝, 王一豐, 蔡鼎 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)