一種給水泵的建模方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于蒸汽動力裝置給水系統(tǒng)技術領域，更具體地，涉及一種給水栗的建模 方法。
【背景技術】
[0002] 在蒸汽動力裝置給水系統(tǒng)中，給水栗占有重要地位，作為二回路的主要動力源，起 著保證供水增壓的功能，其運行特性直接決定著給水系統(tǒng)的安全性和運行穩(wěn)定性。給水栗 通常在穩(wěn)定工況下運行，其工作轉速、工況等基本不變或者變化非常緩慢，但是在非穩(wěn)定工 況下，如啟動、停機和轉速變化等瞬態(tài)工況，此時給水栗的瞬時性能可能偏離穩(wěn)態(tài)性能，外 部將表現(xiàn)出明顯的瞬態(tài)效應，如產(chǎn)生瞬時揚程和流量的沖擊等。對鍋爐備用給水栗，其啟動 過程產(chǎn)生的瞬時壓力脈動和流量沖擊也可能對機組設備和管路系統(tǒng)造成破壞，對原動機為 電機的給水栗而言，當瞬態(tài)效應明顯時，瞬時負載可能產(chǎn)生較大的峰值，使電機繞組產(chǎn)生很 高的瞬時電流，可能導致啟動失敗甚至影響電網(wǎng)的安全運行。
[0003] 給水栗的建模方法有基于栗外特性和基于栗內(nèi)特性兩種?；诶跬馓匦缘慕７?法需要知道栗的全特性試驗數(shù)據(jù)，計算中通過結合栗的全特性試驗曲線求解栗的動態(tài)過渡 過程，該方法能夠較好地模擬給水栗的穩(wěn)態(tài)特性;基于栗內(nèi)特性的建模方法不需要知道栗 的全特性曲線，但是需要知道栗的結構參數(shù)，該方法能夠同時模擬給水栗的穩(wěn)態(tài)特性和動 態(tài)特性?；诶鮾?nèi)特性的建模方法中，動態(tài)揚程和動態(tài)水力力矩根據(jù)動量矩定理及翼柵分 析理論，同時計入有限葉片數(shù)的影響，得到含穩(wěn)態(tài)項和瞬態(tài)項的表達式，但是穩(wěn)態(tài)項的表達 式與給水栗試驗特性曲線擬合表達式間存在一定的差異，即在進行穩(wěn)定工況計算時，難以 精確地模擬給水栗的特性。
[0004] 在開展給水系統(tǒng)瞬態(tài)過程水力過渡過程的研究時，通過建立高精度的給水栗動力 學模型，能解釋給水栗及給水系統(tǒng)在可能經(jīng)歷的各種過渡過程中的動態(tài)特性，并尋求改善 這些動態(tài)特性的合理控制方式和技術措施，以提高給水系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種給水栗的建模方法，結 合栗外特性和栗內(nèi)特性，包括壓頭建模、水力力矩建模與計算、摩擦力矩建模與計算和動力 學建模等部分，能同時用于給水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)特性分析。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種給水栗的建模方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0007] (1)令當前時刻T=I，獲取0時刻的給水栗流量G〇,初始化0時刻的給水栗歸一化轉 速α〇和給水栗轉速ω 〇;
[0008] (2)獲取當前時刻T的容積流量QT、給水栗進口壓力PiT、給水栗出口壓力P qT、原動機 轉矩TmT、給水栗流量Gt和給水栗進口流體密度Pt ;
[0009] (3)計算當前時刻T的給水栗效率
，進而計算得到當前時刻T的水力
，其中，
為當前時刻T的容積流量比，Qr為給水栗設計工況 點對應的容積流量，aw為前一時刻T-I的給水栗歸一化轉速，f 〇為對實際測量得到的相應 試驗點數(shù)據(jù)進行擬合得到的三階或三階以上表達式，ωρ為前一時刻T-I的給水栗轉速； [0010] ⑷計算當前時刻T的摩擦力矩T fT=kf〇+kf2(aT-〇2,其中，k f〇和kf2為擬合常數(shù)，通過 對實際測量得到的相應試驗點數(shù)據(jù)進行二階擬合得到；
[0011] (5)根據(jù)當前時刻T的水力力矩和摩擦力矩，計算當前時刻T的給水栗轉速
，進而得到當前時刻T的歸一化給水栗轉
I為給水栗轉動慣量，A t為相鄰時刻的時間步長，ωκ為預定的給水栗參考轉速；
[0012] (6)計算當前時刻T的給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭
給水栗附加壓頭
，進而得到當前時刻T 的給水栗總壓頭A Ppt= Δ Ppst+ Δ PadT，其中，Ic1、k#Pk3為擬合常數(shù)，通過對實際測量得到的 給水栗穩(wěn)態(tài)流量-壓頭試驗點數(shù)據(jù)進行擬合得到，D為葉輪名義直徑，Ω j為旋轉慣性系數(shù)， Ω μ為流動慣性系數(shù)；
[0013] ⑴令T = T+1，返回步驟(2)。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(6)中，ki、k2和k3通過單條曲線擬合或者多條曲線擬合得到，當 單條曲線擬合得到的所有試驗點的擬合值與實驗值的偏差均較小時，采用單條曲線擬合； 當單條曲線擬合得到的試驗點的擬合值與實驗值存在較大偏差時，采用多條曲線擬合。 [0015]優(yōu)選地，采用兩條曲線擬合時，分別得到兩組給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭的表達式：
[0018] 其中，APpsl為第一給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭，APps2為第二給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭，α為歸一化給 水栗轉速，G為給水栗流量，P為給水栗進口流體密度，kii、ki2和ki3為第一擬合曲線的擬合系 數(shù)，記為第一組擬合系數(shù)，k 21、k22和k23為第二擬合曲線的擬合系數(shù)，記為第二組擬合系數(shù)；
[0019] 具體的擬合方法如下:按照給水栗流量從小到大的順序，逐一剔除試驗點數(shù)據(jù)，直 至根據(jù)剩余試驗點數(shù)據(jù)擬合得到的擬合曲線算得的給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭與試驗點穩(wěn)態(tài)壓頭的 相對偏差小于1 %時，得到第一組擬合系數(shù)kn、IudPk13，將此時的擬合曲線記為第一擬合曲 線，對應的試驗點記為第一組試驗點，試驗點的最小給水栗流量記為G 2;將剩余的試驗點記 為第二組試驗點，將第二組試驗點數(shù)據(jù)擬合得到第二擬合曲線，調(diào)整第二組試驗點數(shù)據(jù)中 最大給水栗流量61對應的壓頭值，使得第二擬合曲線與第一擬合曲線在[G1,G2]內(nèi)有交點， 且根據(jù)第二條擬合曲線算得的第一組試驗點中最小給水栗流量6 2對應的穩(wěn)態(tài)壓頭與該試 驗點穩(wěn)態(tài)壓頭的偏差小于1%，定義該交點為第一擬合曲線和第二擬合曲線的分界點，得到 第二組擬合系數(shù)k 2i、k22和k23;
[0020] ki、k2和k3按如下方法選?。?br>[0021] (Al)判斷第一擬合曲線和第二擬合曲線的交點數(shù)，如存在一個交點，則順序執(zhí)行 步驟(A2)，如存在兩個交點，則跳至步驟(A5);
[0022]
-是否成立，是則執(zhí)行步驟(A3)，否則跳至步驟(A4);
[0023] (△3)判斷厶？印1>厶卩1^2是否成立，是則1^1 = 1^11，1? = 1^12，1? = 1^13，否則1^1 = 1?1，1? = k22，k3 = k23 ;
[0024] (△4)判斷么卩印1>么？1^2是否成立，是則1^1 = 1?1，1? = 1?2，1? = 1?3，否則1^1 = 1^11，1? = kl2，k3 - kl3 ；
[0025] (A5)當 1^13>1?3且1^13 · k23>0,或者k13<k2^k13 · k23<0時，順序執(zhí)行步驟(A6)， 當kl3<k23且kl3 · k23>0,或者kl3>k23且kl3 · k23<0時，跳至步驟(A9);
[0026] (A6)判斷第一擬合曲線和第二擬合曲線的分界點是否為右側交點，是則順序執(zhí)行 步驟(A7)，否則跳至步驟(A8);
[0027]
且 A Ppsl> Δ Pps2是否成立，是則ki = kii，k2 = ki2，k3 = kl3，否貝丨Jki = k21，k2 = k22，k3 = k23 ;
[0028]
且 A Ppsl> Δ Pps2是否成立，是則ki = k2i，k2 = k22，k3 = k23，否貝丨Jki = kii，k2 = ki2，k3 = ki3;
[0029] (A9)判斷第一擬合曲線和第二擬合曲線的分界點是否為右側交點，是則順序執(zhí)行 步驟(AlO)，否則跳至步驟(All);
[0030]
且 A Ppsl< Δ Pps2是否成立，是則ki = kn，k2 = ki2，k3 = kl3，否貝丨Jki = k21，k2 = k22，k3 = k23 ;
[0031 ]
-且 A Ppsl< Δ Pps2是否成立，是則ki = k2i，k2 = k22，k3 = k23，否貝丨Jki = kii，k2 = ki2，k3 = ki3 〇
[0032]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效 果:本發(fā)明先根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭、給水栗效率和摩擦力矩的曲線擬合，然后 根據(jù)給水栗的結構參數(shù)計算旋轉慣性系數(shù)和流動慣性系數(shù)；由給水系統(tǒng)熱工水力計算程 序，給出給水栗所需要的流量、密度和進出口控制體壓力，用于穩(wěn)態(tài)壓頭、附加壓頭和水力 力矩計算;結合摩擦力矩，根據(jù)旋轉機械的動力學方程求得給水栗的轉速，然后進行給水栗 穩(wěn)態(tài)壓頭和附加壓頭的計算，從而得到給水栗總壓頭，將其用于熱工水力計算程序下一步 的輸入。本發(fā)明不僅能用于蒸汽動力裝置給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況的仿真分析，而且能用于給水 栗啟動、停轉以及變工況等瞬態(tài)過程中給水系統(tǒng)的動態(tài)特性分析。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施例的給水栗的建模方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的給水栗的建模方法包括如下步驟：
[0036] (1)令當前時刻T=I，獲取0時刻的給水栗流量Go,初始化0時刻的給水栗歸一化轉 速α〇和給水栗轉速ω 〇;
[0037] (2)獲取當前時刻T的容積流量QT、給水栗進口壓力PiT、給水栗出口壓力Ρ〇τ、原動機 轉矩IW、給水栗流量Gt和給水栗進口流體密度Pt ;
[0038] (3)計算當前時刻T的給水栗效
r進而計算得到當前時刻T的水力
為當前時刻T的容積流量比，Qr為給水栗設計工況 點對應的容積流量，CtM為前一時刻T-I的歸一化給水栗轉速，f 〇為采用最小二乘法對實際 測量得到的相應試驗點數(shù)據(jù)進行擬合得到的三階或三階以上表達式，為前一時刻T-I 的給水栗轉速；
[0039] 具體地，f()為四階表達式時，當前時刻T的給水栗效率為：
[0041 ] 其中，kni、kn2、kn3和kn4均為擬合系數(shù)。
[0042] (4)計算當前時刻T的摩擦力矩TfT=kfQ+k f2(aT-〇2,其中，kfQ和kf2為擬合常數(shù)，通過 采用最小二乘法對實際測量得到的相應試驗點數(shù)據(jù)進行二階擬合得到；
[0043] (5)根據(jù)當前時刻T的水力力矩和摩擦力矩，計算當前時刻T的給水栗轉速
，進而得到當前時刻T的給水栗歸一
I為給水栗轉動慣量，A t為相鄰時刻的時間步長，ωκ為預定的給水栗參考轉速；
[0044] (6)計算當前時刻T的給水栗穩(wěn)態(tài)壓頭

，進而得到當前時刻T 的給水栗總壓頭A Ppt= Δ Ppst+Δ PadT，其中，IuA2和k3為擬合常數(shù)，通過采用最小二乘法對 實際測量得到的給水栗穩(wěn)態(tài)流量-壓頭試驗點數(shù)據(jù)進行擬合得到，D為葉輪名義直徑，Qj為 旋轉慣性系數(shù)，Ω M為流動慣性系數(shù)；
[0045] 具體地，
[0048] 其中，m為給水栗葉輪的級數(shù)，D2為葉輪出口直徑，對于徑向離心葉輪，D2 = D，b2為 葉輪出口寬度,