汽輪機濕氣氛區(qū)抽汽值計算模型的研究

汽輪機濕氣氛區(qū)抽汽值計算模型的研究

濕蒸氣區(qū)值及低壓缸效率的計算方法在車輛性能驗證實驗和在線性能計算中，由于目前還缺乏測量濕氣候濕度的方法，因此最終幾級的泵和排水位于濕氣候區(qū)，其壓力和溫度不是獨立參數(shù)。因此,在性能計算中,其焓值不能由蒸汽圖標(biāo)查出,從而濕蒸氣區(qū)焓值及低壓缸效率的計算不能采用常規(guī)的計算方法。ASMEPTC6A—1982中推薦兩種方法:(1)根據(jù)汽輪機總的輸入、輸出熱量的平衡,通過計算汽輪機功率確定排汽焓,即利用熱平衡方程、物質(zhì)平衡方程和汽輪機功率方程,對回?zé)釞C組的熱力系統(tǒng)進行計算。該方法先假定一個初始的排汽焓,然后得出相應(yīng)濕抽汽點焓值再進行迭代計算,當(dāng)兩個焓值偏差在一定范圍內(nèi),計算結(jié)束;(2)根據(jù)已知的再熱蒸汽狀態(tài)點和抽汽狀態(tài)點作出做功膨脹線,然后將此曲線平滑外推至濕蒸氣區(qū),得出處于濕蒸氣區(qū)的抽汽及排汽焓。該方法由于曲線擬合點數(shù)目較少,精度較差。1計算國內(nèi)外濕氣區(qū)值的各種方法1.1區(qū)各未知點壓力文獻中提出通過最小二乘法擬合出一條光滑的壓力—焓值曲線,然后外推至濕蒸氣區(qū)域,由濕蒸氣區(qū)各未知點的壓力得出各未知點的焓值。這種計算方法滿足了熱力過程線光滑的要求,但在曲線擬合中,要求根據(jù)已知的參數(shù)用最小二乘擬合出的曲線必須是凹的,且曲線不能有拐點,因此當(dāng)機組最后兩級抽汽處于濕蒸氣區(qū)時,擬合出來的曲線不能滿足曲線要求,而需要對曲線進行特殊處理。1.2優(yōu)化參數(shù)化上下料c假定排汽比焓初值為helep,則濕蒸氣區(qū)域抽汽的比焓值計算式為:hcq=hIp-Δhdsηlp式中:hcq—所求抽汽點焓值;hIp—低壓缸進汽焓值;Δhds—低壓缸進汽口至抽汽口等熵焓降;ηlp—低壓缸效率。目前,研究者在進行汽輪機性能驗收試驗計算時,多采用此方式或者該方式的改進公式進行處理。該方法的優(yōu)點是計算簡單方便;缺點在于將低壓缸的熱力過程線簡化為一條直線,如圖1中1線所示,與汽輪機實際熱力過程線有較大的出入。1.3等熵近似算例曲線處理法考慮到了實際的熱力過程線為曲線,如圖1中2線所示,圖中實際濕蒸氣抽汽焓值為h1;h″1為將低壓缸熱力過程線按照直線處理得到的抽汽焓值;h′1為抽汽壓力p1下的等熵焓值。因此將h1與h′1、h″1的關(guān)系近似表達為:h1=(h′1+h″1)/2該方法的優(yōu)點在于根據(jù)熱力過程線的實際狀況做了近似處理,計算結(jié)果相對于直線處理法更加合理。該方法的問題在于當(dāng)?shù)蛪焊状嬖趦啥蔚臐裾魵獬槠麜r,如果兩段濕蒸氣都采用該方法計算,則其中的一段焓值誤差較大。1.4y+roh-hb+sb-根據(jù)ASME62-WA-209,在計算汽輪機低壓部分性能時,對其熱力過程線處理上采用的計算為:S=10hB?(h+Y)371.0+Ro(h?hB)+SB?ZS=10hB-(h+Y)371.0+Ro(h-hB)+SB-Ζ其中,Ro=(SA?SB)+Z?{10[hB?(hA+Y)371.0]}(hA?hB)Z=10?(y/371.0)Ro=(SA-SB)+Ζ-{10[hB-(hA+Y)371.0]}(hA-hB)Ζ=10-(y/371.0)式中:hA、SA—熱力過程起始點參數(shù);hB、SB—熱力過程線終點參數(shù);S、h—熱力過程線上任意一點參數(shù)。該方法對GE公司機型Y值取650,在處理非GE公司機型或計算偏離設(shè)計值時,通過改變Y值來調(diào)整機組的熱力線,達到與現(xiàn)場實際測量值相符合。缺點是對非GE機組Y值確定困難。2按大小抽汽值計算以上介紹的4種濕蒸氣區(qū)焓值計算方法各有特點,在實際使用中各有優(yōu)勢也有局限性,現(xiàn)提出一種濕蒸氣區(qū)焓值的計算方法并確定了熱力過程線。當(dāng)主蒸汽參數(shù)達到設(shè)計參數(shù),機組負(fù)荷低于70%時,最末兩級抽汽可能處于濕蒸氣區(qū)域,否則,通常情況下只有最末一級抽汽處于濕蒸氣區(qū)域。因此在計算最末兩級抽汽焓值時,首先需要對倒數(shù)第二級抽汽蒸汽狀態(tài)進行判斷,如倒數(shù)第二級抽汽蒸汽處于過熱區(qū),只計算最末一級抽汽。在分析濕蒸氣區(qū)焓值計算方法前,首先說明抽汽口級效率的定義。抽汽口級效率為兩級抽汽口之間的級效率。由圖2可以看出:由于多級汽輪機前一級的余速損失在一定的條件下可以在下一級中得到利用,因此,各級等熵焓降之和大于整個汽輪機的等熵焓降H0,兩者的比值大于1。因此,多級汽輪機總的內(nèi)效率大于各級平均內(nèi)效率。汽輪機內(nèi)每一級級效率逐級降低,兩相鄰的級效率偏差很小,而且通過驗證低壓缸最后一級級效率和低壓缸效率偏差較小。在抽汽焓值計算中,首先假使兩相鄰抽汽口級效率相同計算抽汽焓值。如果倒數(shù)兩級都處于濕蒸氣區(qū)域時,最后一級抽汽只能按照倒數(shù)第三級抽汽口效率計算,計算結(jié)果偏差較大,此時按照低壓缸效率計算取得很好的效果。模型如下:如最末兩級抽汽處于濕蒸氣區(qū),如圖1中E7、E8所示,E7計算焓值方法為:hE7=hE6-Δh67η56式中:hE7—E7段抽汽焓值;hE6—E6段抽汽焓值;Δh67—E6、E7抽汽口間的等熵焓降;η56—E5、E6抽汽口級效率。E8計算焓值方法為:hE8=hIp-Δhdsηlp式中:hE8—E8段抽汽焓值。如僅最后一級處于濕蒸氣區(qū)域,如圖1中E8所示,計算焓值方法為:hE8=hE7-Δh78η67式中:hE8—E8段抽汽焓值;hE7—E7段抽汽焓值;Δh78—E7、E8抽汽口間的等熵焓降;η67—E6、E7抽汽口級效率。以圖1中低壓缸有4級抽汽計算流程如圖3所示,當(dāng)E7處于過熱區(qū)時,低壓缸排汽熱力過程線不需要迭代計算即可完成;即使E7處于濕蒸氣區(qū)域,本計算僅有E8需要參與迭代計算,相對于ASMEPTC6A—1982中推薦的方法更加快捷,由于僅有E8參與迭代計算,熱力過程線的擬合更加精確。3濕蒸氣區(qū)域的驗證表1參照國內(nèi)三大汽輪機廠家的典型機組設(shè)計熱力計算書和本計算模型對E7是否處于濕蒸氣區(qū)域分別進行了驗證,計算結(jié)果與制造廠計算數(shù)據(jù)吻合很好。表2是采用該方法設(shè)計的計算程序與文獻的對比,由計算結(jié)果可知:該方法計算精度高,滿足工程需要。由計算過程可知,采用本研究介紹的模型在迭代計算過程中,一般迭代2～3次即可完成。4計算結(jié)果誤差由誤差結(jié)果分析可知:當(dāng)E7處于過熱區(qū)時,計算值與設(shè)計值誤差很小,接近實際值;當(dāng)E7處于濕蒸氣區(qū)時,E7與E8計算結(jié)果與設(shè)計值偏差相對較大,但最大誤差小于0.2%。該誤差產(chǎn)生的原因是由于假設(shè)相鄰兩抽汽口的間級效率相等建立數(shù)學(xué)模型,而在實際計算中相鄰兩抽汽口的間級效率并不相等,兩者之間存在偏差。因此最終結(jié)果引起計算誤差。由公式hE7=hE6-Δh67η56得知,誤差主要產(chǎn)生原因是由于η56不等于η67。計算結(jié)果誤差為:δ=hE7?h′E7h′E7=hE6?Δh67η56?(hE6?Δh67η56)hE6?Δh67η56=Δh67(η′56?η56)hE6?Δh67η56=η′56?η56hE6/Δh67?η′56=η′56?η56(hE6?h′E7+h′E7)/Δh67?η′56=η′56?η56h′E7/Δh67＜η′56?η562δ=hE7-h′E7h′E7=hE6-Δh67η56-(hE6-Δh67η56)hE6-Δh67η56=Δh67(η′56-η56)hE6-Δh67η56=η′56-η56hE6/Δh67-η′56=η′56-η56(hE6-h′E7+h′E7)/Δh67-η′56=η′56-η56h′E7/Δh67＜η′56-η562式中:hE7—E7段抽汽焓值;h′E7—該文假設(shè)情況下計算值。由誤差計算公式可知:假設(shè)計算誤差小于兩抽汽口級效率偏差的1/2,由于兩抽汽口級效率偏差一般小于0.5%,因此該計算誤差小于0.25%。由誤差分析可知:該假設(shè)計算的誤差主要在于上一級抽汽口級效率和計算級抽汽口級效率的偏差大小。隨著濕蒸氣區(qū)抽汽級數(shù)的增加,后面幾級濕蒸氣抽汽焓值只能按照第一次假設(shè)計算,抽汽口級效率偏差增大,導(dǎo)致計算誤差增大,因此該模型僅適合火電機組最末兩級可能處于濕蒸氣區(qū)域的計算,其中僅一級利用假設(shè)創(chuàng)建的模型進行計算。不適合計算幾級抽汽處于濕蒸氣區(qū)域的核電機組。5其他算方法的比較利用抽汽口級效率的概念建立了新的濕蒸氣區(qū)焓值計算數(shù)學(xué)模型,該模型僅計算一級抽汽焓值。若位于濕蒸氣區(qū)抽汽是兩級抽汽,利用已有的數(shù)學(xué)模型計算另外一級抽汽焓值取得了很好的效果。所推薦的計算方法與其它介紹的4種方法相比有以下特點和優(yōu)勢:(1)該模型方便程序的移植,計算精度高。(2)與曲線擬合程序相比,該方法簡單,方便在excel中編寫程序。(3)與最小二乘法