用于轮机的排汽通道优化方法及优化系统与流程

本发明涉及轮机技术领域，具体地，涉及一种用于轮机的排汽通道优化方法及优化系统。

背景技术：

汽轮机排汽通道用于将轮机排气口蒸汽冷却冷凝，以对蒸汽热能进行再利用。上世纪80年代开始对汽轮机低压缸排汽通道性能进行研究，并用试验证明，凝汽器管束传热系数随蒸汽速度上升而上升，但当蒸汽速度超过50m/s时，传热系数不再变化。该试验研究结论表明，对排汽通道优化、使凝汽器管束入口蒸汽流场相对均匀合理，可以提高凝汽器总体换热系数，达到提高真空、降低排汽压力的目的。

现在普遍使用的汽轮发电机机组，多为在引进上世纪70年代传统技术基础上改型自行生产的汽轮发电机机组，有关模型试验显示，其排汽通道中凝汽器冷却管入口截面处的蒸汽分布很不合理，存在较为明显的漩涡区和回流区，势必导致凝汽器有效换热面积降低，影响凝汽器换热性能。有待于对汽轮机排汽通道进行优化改造、改变凝汽器冷却管入口截面汽流分布不合理的现象，进而达到降低汽轮机排汽压力的目的。

现有技术中研究排汽缸出口汽流分布尽可能均匀的措施，提出在排汽通道适当加装导流板，可减少热损失，提高凝汽器性能；或关注排气通道出口蒸汽流场与凝汽器管束的配合以提高凝汽器的综合性能。

但现有的轮机排汽通道排汽性能的研究结论多用于改型产品设计，没有形成单独产品，且对已运行机组的缺陷束手无策，现有的研究都是特定结构、特定机型的研究，投入大、负担重，缺乏灵活性和普遍适用性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于轮机的排汽通道优化方法，该方法调整轮机排汽通道的蒸汽流场值达到设定值，减少排汽涡流，均匀排气流速，使排汽通道及其相连的轮机低压缸等结构更加合理，提高产品寿命和热交换能力，调整方法灵活，广泛适用于现有轮机排汽通道的排汽效果优化。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于轮机的排汽通道优化方法，该方法包括：采集所述轮机排汽通道内的排汽参数；将所述排汽参数应用到轮机排汽通道三维模型中，计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；以及，将所计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，当所述计算的所述蒸汽流场值与设定值不一致，调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式。

优选地，所述调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式包括：调整所述均流装置的位置、所述均流装置与所述轮机排气通道的角度或所述均流装置的导流板的型线中的至少一种。

优选地，所述轮机排汽通道三维模型为包括轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三维模型。

优选地，所述采集所述轮机排汽通道内的排汽参数包括：采集所述轮机排汽通道内的温度值和压力值。

优选地，所述计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值包括：利用流体动力计算cfd软件计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值。

优选地，该方法还包括：

采集调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道内的排汽参数；

将所述调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道内的排汽参数应用到所述轮机排汽通道三维模型中，重新计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；以及，将重新计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，当所述重新计算的所述蒸汽流场值与设定值不一致，调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式，直至调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道的蒸汽流场值与设定值一致时，停止调整。

本发明还提供一种用于轮机的排汽通道优化系统，该系统包括：采样装置，用于采集所述轮机排汽通道内的排汽参数；计算装置，用于将所述排汽参数应用轮机排汽通道三维模型中，计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；其中，所述计算装置还被配置为：将所计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，获得比较结果；以及，调整装置，根据所述比较结果调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式。

优选地，所述采集装置包括：温度传感器，安装在所述轮机排汽通道内，用于采集所述轮机排汽通道内的温度值；和压力传感器，安装在所述轮机排汽通道内，用于采集所述轮机排汽通道内的压力值。

优选地，所述轮机排汽通道三维模型为包括轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三维模型。

本发明还提供一种轮机排汽通道，包括依次连接的轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器，还包括：均流装置，所述均流装置通过如上任一项所述的调整方法调整安装在所述轮机排汽通道内。

通过上述技术方案，通过数值模拟计算轮机排气通道三维模型的蒸汽流场值，并根据模拟计算的蒸汽流场值与设定值比较，根据比较结构确定轮机排气通道内的均流装置的布置方式，最终达到计算的蒸汽流场值与设定值一致的目的，使轮机排气通道内的均流装置的最终布置方式使轮机排气通道具有最佳的均流效果，排气通道内气场均匀，提高热交换能力，提高热能转换效率；通过数值模拟计算轮机排汽通道在不同的均流装置布置方式下的蒸汽流场值，根据模拟计算结果指导均流装置的调整，寻找最优的调整结果，具有高效、灵活、广泛适用的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图；

图1b是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图；

图1c是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图；

图1d是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图；

图2是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图；

图3是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统结构图；

图4是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统结构图。

附图标记说明

10采样装置11温度传感器

12压力传感器20计算装置

30调整装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1a是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图。如图1a所示的本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法，包括：在步骤s20中，采集所述轮机排汽通道内的排汽参数；在步骤s30中，将所述排汽参数应用到轮机排汽通道三维模型中，计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；以及，在步骤s40中，将所计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，当所述计算的所述蒸汽流场值与设定值不一致，调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式。

上述方案中，在步骤s40中，所述调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式包括：调整所述均流装置的位置、所述均流装置与所述轮机排气通道的角度或所述均流装置的导流板的型线中的至少一种。

在步骤s40中，均流装置布置方式的改变包括构成均流装置的导流板结构的型线，例如使用流线型斜板、垂直立板或倾斜直板，以及例如可使用上述不同型线的组合方式，例如可调整均流装置的布置的位置，例如可以平行转子轴向、垂直转子轴向、位于排汽通道内不同高度等方式，具体可根据现场施工的可实现性来操作。

上述方案中，所述轮机排汽通道三维模型为包括轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三维模型。

本发明实施方式的轮机排气通道蒸汽流场调整方法，通过数值模拟计算轮机排汽通道的蒸汽流场值，以指导排汽通道内的均流装置的布置方式的调整，依据数据处理技术计算蒸汽流场值，提高调整的效率和准确性，高效、灵活且适用广泛，可广泛用于排汽通道产品的生成或已有排汽通道的调整优化。

对已有轮机排气通道的改造，可利用轮机机组大修或小修机会均可实施，且低压缸不需揭缸。所有设备均采用模块化结构，由低压缸人口门进入低压缸，在低压缸内部组合、装配完成。

图1b是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图。如图1b所示的本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法，作为示例，在步骤s20中，采集所述轮机排汽通道内的排汽参数包括：采集所述轮机排汽通道内的温度值和压力值。

上述方案中，步骤s30中，所述计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值包括：利用流体动力计算cfd软件计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值。以提高数据处理的效率和计算结果的准确性。

图1c是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图。如图1c所示的本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法，作为示例，该方法还包括：在步骤s10中，建立轮机排汽通道的三维模型。

通过建立轮机排汽通道的三维模型，利用cfd软件通过该模型对轮机排汽通道的蒸汽流场值进行数值模拟，以计算轮机排汽通道的蒸汽流场值，通过多次调整均流装置的布置方式改变蒸汽流场值。

本发明实施方式中，在采集轮机排气通道的排汽参数前，先建立轮机排气通道的三维模型，作为示例，该三维模型例如包括低压缸、凝汽器喉部和凝汽器构成的结构的三维图纸模型。进一步地，例如还可以包括凝汽器喉部内抽汽管道、低压加热器、内部撑管以及轴封供/抽汽管道结构，以综合考虑排汽通道内相关结构对排汽效果的影响。

图1d是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图。如图1d所示的本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法，作为示例，步骤s40进一步包括：步骤s41，判断所计算的蒸汽流场值是否与设定值一致；如否，则在步骤s42中，调整轮机排汽通道内的均流装置的布置方式；如在s41中，判断所计算的蒸汽流场值与设定值一致，则确定调整完成。

本发明实施方式中，在调整中以设定值为参考值，以指导均流装置的调整安装，使轮机排气通道的蒸汽流场值趋于设定值，寻找最优调整结果。

根据现场施工试验，依据600mw机组实际工程情况，通常需要从至少十几个方案中最终得到优化的均流装置调整安装方案。

在通过数值模拟得到最优化技术方案后，对均流装置模块进行工业设计、加工，同时依据排汽通道图纸进行实施方案的工程设计，如有必要，可对方案和产品型线进行微调，并利用数值模型再度验证并指导工业设计，确保工程实施的顺利进行。

图2是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法流程图。如图2所示的本发明实施方式的用于轮机的排汽通道优化方法还包括：

重复步骤s20，采集调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道内的排汽参数；并重复步骤s30，将所述调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道内的排汽参数应用到所述轮机排汽通道三维模型中，重新计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；以及重复步骤s41，将重新计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，当所述重新计算的所述蒸汽流场值与设定值不一致，重复步骤s42，调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式，直至调整均流装置的布置方式后的所述轮机排汽通道的蒸汽流场值与设定值一致时，停止调整。

上述方案中，在步骤s42中对轮机排气通道内的均流装置的布置方式进行调整后，继续执行步骤s20，步骤s30和s41，重新计算排汽通道内的蒸汽流场值并与设定值比较，反复完成调整、采集、计算和比较的步骤，最终当蒸汽流场值与设定值一致时，完成调整。通过反复调整、计算，直至蒸汽流场值与设定值一致，对应的均流装置的布置方案即为排汽通道改造的最优化方案。

图3是本发明一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统结构图。如图3所示的本发明实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统，包括：采样装置10，用于采集所述轮机排汽通道内的排汽参数；计算装置20，用于将所述排汽参数应用轮机排汽通道三维模型中，计算所述轮机排汽通道的蒸汽流场值；其中，所述计算装置20还被配置为：将所计算的所述蒸汽流场值与设定值比较，获得比较结果；以及，调整装置30，根据所述比较结果调整所述轮机排汽通道内的均流装置的布置方式。

图4是本发明另一种实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统结构图。如图4所示的本发明实施方式的用于轮机的排汽通道优化系统，所述采集装置10包括：温度传感器11，安装在所述轮机排汽通道内，用于采集所述轮机排汽通道内的温度值；和压力传感器12，安装在所述轮机排汽通道内，用于采集所述轮机排汽通道内的压力值。

上述方案中，所述轮机排汽通道三维模型为包括轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三维模型。

本发明还提供一种轮机排汽通道，包括依次连接的轮机低压缸、凝汽器喉部和凝汽器，该轮机排汽通道还包括：均流装置，所述均流装置通过如上任一项所述的调整方法调整安装在所述轮机排汽通道内。

本发明还提供一种汽轮机，包括上述轮机排汽通道。

本发明的用于轮机的排汽通道优化方法以及调整系统，通过数值模拟和三维建模方式调整均流装置的布置方式，继而轮机排气通道的蒸汽流场值，具有灵活、高效的优点，而根据该方法生产或改造的轮机排气通道蒸汽流场均匀合理，热转换效率提高，带来巨大的经济效益和社会效益。

以下为针对改造调整后的轮机排气通道具有的经济效益和社会效益的分析：

1、经济效益

①从发电角度计算

根据多台机组改造前后试验数据及汽轮机厂提供的机组低压缸排汽压力对功率的修正曲线，当排汽压力降低0.4kpa，对应的功率约增加0.24％，按年运行小时7000小时，电价0.3元/度计算，则每年多发电带来的收益：

m＝(600×103kw×0.24％×7000h)×0.3×10-4＝310万元

②从节煤的角度计算

600mw汽轮机排汽压力每降低1kpa，对应煤耗降低2g/kwh，年节约标煤6000吨。当排汽压力降低0.4kpa时，年节约标准煤为：(锅炉效率取0.92，管道效率取0.99)

t＝0.4×2×10-6t/kwh×600×103kw×7000/0.92/0.99＝3689吨

如果按每吨标准煤400元计算，则年节约资金：

m＝400×3689＝147万元

③投资回收期：

本优化改造项目，无需任何运行维护费用，亦不消耗任何能源，故其投资回收期可简单计算如下：

x＝40×1.17/147＝0.32年。

从上述计算可知，投入安装不到4个月就可收回全部投资。

2、社会效益

按每燃烧1吨标准煤产生2.3吨二氧化碳计算，则每台600mw机组排汽通道优化改造后，年减排co2为：

2.3×3689＝8484吨

可见，改造后的轮机排汽通道减小二氧化碳排放，利于改善温室效应，减轻对环境的污染。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。