專利名稱：考慮汽輪機實際運行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法。
背景技術：
汽輪機是一種以蒸汽為動力，將蒸汽的能量轉化成機械功的旋轉機械，是世界上最重要的原動機之一，在電廠、工業(yè)生產(chǎn)、艦船等行業(yè)有著極其廣泛的應用。因此，對汽輪機進行優(yōu)化改造在提高經(jīng)濟效益和節(jié)約能源方面都有很大的實際應用價值。
汽輪機的啟停和功率的變化是通過調節(jié)閥的開度的變化，從而改變進入汽輪機的蒸汽流量或蒸汽參數(shù)來實現(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“閥門管理”式配汽和旁通配汽。其中噴嘴配汽是調節(jié)級的靜葉柵被分隔為幾個進氣弧段，每個進氣弧段由一定數(shù)目的噴嘴組成，不同的調節(jié)級閥門對各組噴嘴單獨供汽，按照負荷的需要通過改變調節(jié)級閥門的開度和開啟數(shù)目來改變汽輪機的進汽量。由于噴嘴配汽在調節(jié)級閥門處進汽節(jié)流損失小，效率高，它是應用最廣泛的一種調節(jié)方式?，F(xiàn)有大功率汽輪機大多采用這種方式改變汽輪機進汽量。已知各閥門在不全開的情況下會造成很大的節(jié)流損失，為減少汽輪機調節(jié)級的節(jié)流損失，應盡量保證各閥門全開或全閉。當實際給定多個負荷時，為達到所要求的工作點，相應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，造成汽輪機長期低效率運行，浪費了大量有效熱能，使發(fā)電成本增加。國內機組的常用負荷點為額定功率的70% 80%左右，為減少甚至消除節(jié)流損失，我們設想根據(jù)先驗的常用工作負荷點，對調節(jié)級各閥門對應的噴嘴數(shù)目進行優(yōu)化設計，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荷點，適應機組的經(jīng)濟運行。在優(yōu)化設計過程中，考慮汽輪機的實際運行約束條件，對優(yōu)化結果在實際工作中的應用具有重要的意義。汽輪機時常是在變負荷條件下運行，而在實際運行中，不同常用負荷點的運行頻率不盡相同，有的負荷點運行的概率較高，有的負荷點運行概率相對較低，將各負荷點的運行頻率作為約束之一；機組在實際運行中主蒸汽的壓力一般是按照滑壓曲線設定，汽輪機調門全開(或保持適當開度不變)，由鍋爐調節(jié)主汽流量和壓力(汽溫基本保持不變)來調節(jié)負荷，這就使得汽輪機的調節(jié)級前主氣流量和壓力不為恒值，在噴嘴組設計中，加入滑壓運行曲線，因此可以在單閥運行下提高調節(jié)級效率，可以進一步提高優(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)機組不同的負荷點，得出相應的主蒸汽壓力。將滑壓運行方式作為約束二?？紤]上述兩種約束條件，按實際工作負荷來設計出汽輪機調節(jié)級最優(yōu)閥門噴嘴數(shù)目組合，在更接近實際運行條件的基礎上能夠有效地提高汽輪機的綜合效率，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有機組在多個常用工作負荷點條件下，對其中某些工作負荷點閥門開度小造成較大節(jié)流損失，相對內效率降低的問題，在考慮多個負荷點工作時長的概率和汽輪機滑壓運行方式的實際運行約束條件下，提出了一種對汽輪機調節(jié)級噴嘴組的噴嘴數(shù)目進行優(yōu)化的方法。本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發(fā)明所述方法是按照如下步驟來實現(xiàn)的步驟一、構建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型Y = W1(Xgz1-Ge1)Wff2(Xgz2-Ge2)2+......+W1 (Xgz1-Ge1)2 (2-10)W1, W2......W1表示各個負荷點運行時間百分比；Xgz1' Xgz2......Xgz1表示各個給定負荷點的實際流量；Ge1, Ge2......Ge1表示各個給定負荷點的理論流量；
實際流量與理論流量的綜合偏離程度用Y表示；步驟二、計算各個給定負荷點的實際流量由各閥門噴嘴數(shù)目及其對應的閥門開度計算I......I個給定負荷點的實際流量
(與給定負荷點無關)
權利要求
1.一種考慮汽輪機實際運行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法，其特征在于所述方法是按照如下步驟來實現(xiàn)的 步驟一、構建噴嘴數(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表示各個負荷點運行時間百分比； XgZp XgZ2......Xgz1表示各個給定負荷點的實際流量； Ge1' Ge2......Ge1表示各個給定負荷點的理論流量； 實際流量與理論流量的綜合偏離程度用Y表示； 步驟二、計算各個給定負荷點的實際流量 由各閥門噴嘴數(shù)目及其對應的閥門開度計算I......I個給定負荷點的實際流量(與給定負荷點無關) 式中j為閥門的開度組合形式，Plk為第k個噴嘴組的調節(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個調節(jié)閥閥后的壓力(即調節(jié)閥對應的噴 ^嘴組前)，Pfflt為第k個調節(jié)閥閥后的密度(即調節(jié)閥對應的噴嘴組前)，k 1] ’VPoa-U= ^lk = ^lk I — I，Plk為第k個噴嘴組的噴嘴背壓，P2為調節(jié)級后汽室中的壓力； 在實際計算過程中，Plk與P2的值不等，將噴嘴組流量方程改為 式中P2k為調節(jié)級的流量比，Xk是調節(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、然后假設一個動葉出口蒸汽的壓力，即調節(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,得出調節(jié)級后壓力p2 ；Gb = P 2W2Ab,式中P 2——動葉出口實際密度；Ab——動葉出口喉部面積； 根據(jù)二分法計算得出的調節(jié)級后壓力P2代入到公式(1-2)中計算出實際流量xgz; 步驟三、計算各個給定負荷點的理論流量 Geh = Ge I h，其中Geh為負荷點的理論流量，Ge為汽輪機的額定流量，I h為在負荷點下汽輪機運行功率占額定功率的百分比，h = 1,2,...1,1為工作負荷點的個數(shù)；步驟四、構建噴嘴數(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荷點下使得實際流量與理論流量的 綜合偏離程度Y最小時對應的最優(yōu)噴嘴數(shù)目的組合，具體過程如下 步驟五(一)、初始種群設定 米用浮點數(shù)編碼，編碼區(qū)間為[Xmin，Xmax],
2.根據(jù)權利要求I所述的考慮汽輪機實際運行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法，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組在實際運行中得到的滑壓運行規(guī)律曲線功率-主蒸汽壓力，再根據(jù)實際運行負荷，查得主蒸汽的壓力，然后計算出Plk。
全文摘要
考慮汽輪機實際運行約束的各噴嘴組的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法，它涉及一種汽輪機的噴嘴數(shù)目優(yōu)化設計方法。本發(fā)明是針對現(xiàn)有機組在多個常用工作負荷點條件下，對其中某些工作負荷點閥門開度小造成較大節(jié)流損失，相對內效率降低的問題而提出的。構建噴嘴數(shù)目優(yōu)化模型；計算各個給定負荷點的實際流量；計算各個給定負荷點的理論流量；構建噴嘴數(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荷點下使得實際流量與理論流量的綜合偏離程度Y最小時對應的最優(yōu)噴嘴數(shù)目的組合。在保證機組達到各負荷點時，調節(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調節(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，使機組具有最佳的經(jīng)濟性。
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)先權日2012年5月28日
發(fā)明者萬杰, 于達仁, 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