基于两个无量纲数的凝汽器传热系数计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽轮发电机组技术，特别是涉及一种基于两个无量纲数的凝汽器传热 系数计算方法的技术。
【背景技术】
[0002] 凝汽器及其辅助系统是汽轮发电机组冷端，其运行状态对汽轮发电机组的运行具 有重要意义，因此关于凝汽器运行诊断及优化的研宄与应用一直受到广泛的重视。凝汽 器运行诊断及优化的关键问题是确定机组运行状态下应达到的传热系数（又称为换热系 数）。
[0003] 目前凝汽器传热系数的确定方法有以下三种：
[0004] 1)理论计算方法
[0005] 凝汽器基本传热过程是管外凝结放热，管壁导热以及管内对流传热过程。因此，理 论上单管凝汽器总传热系数为总热阻的倒数，那么凝汽器正常传热系数k。可表示为：
[0006]
[0007] 其中，dpA为换热管外径、内径，aw为水侧对流放热系数，as为蒸汽侧凝结放热 系数，At为冷却管壁的导热系数，1为管道的长度；
[0008] 实际中凝汽器是多根换热管的复杂组合，在凝汽器换热面的不同区段，由于蒸汽 参数、空气相对含量、冷却水参数和局部冷却管的排列形式等不相同，凝汽器各区段内换热 状态也不相同，单管的换热模型显然不能描述实际凝汽器的传热。
[0009] 2)工程计算方法
[0010] 由于理论方法的不足，工程中往往通过经验公式来确定凝汽器传热系数，目前 应用较广的是美国传热学会（HEI)推荐的公式、前苏联热工院的别尔曼经验公式和英国 BEAMA公式。
[0011] 但上述经验公式计算方法都未能考虑实际凝汽器冷却管束布置以及汽侧空气泄 漏和清洁系数变化的影响，因此针对具体的机组计算中也存在一定的误差。
[0012] 3)试验确定法
[0013] 工程中也可通过试验方法来确定凝汽器传热系数：按照《汽轮机性能试验规程》以 及《凝汽器性能试验规程》的规定，测量在不同机组负荷下的循环水流量、凝汽器压力、冷却 水进口温度及出口水温等主要性能参数，通过查表或者软件的方式获得各工况下的循环水 密度和凝汽器压力下的饱和压力，进而求得凝汽器总传热系数。
[0014] 然而，凝汽器性能试验较为复杂，操作不便，因此只能确定有限工况的传热系数， 并不能获得在优化过程所需要的各个工况下凝汽器传热系数，因此此种方法在实际应用中 具有局限性。
[0015] 综上所述，虽然从理论到工程实际都有方法来确定凝汽器的传热系数，但实际针 对某台确定的机组，在任意工况下，其正常传热系数还是很难方便、准确、快速确定。
【发明内容】
[0016] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在任 意正常工况条件下方便、准确、快速的确定凝汽器总传热系数的基于两个无量纲数的凝汽 器传热系数计算方法。
[0017] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于两个无量纲数的凝汽器传热系 数计算方法，涉及凝汽式汽轮发电机组，其特征在于，具体步骤如下：
[0018] 1)定义两个无量纲数为：
[0019]
[0020]
[0021] 其中，N为与凝汽器传热系数相关的第一无量纲数，M为描述凝汽式汽轮发电机组 运行工况的第二无量纲数，匕为凝汽式汽轮发电机组的负荷，k。为凝汽式汽轮发电机组的 凝汽器总传热系数，A。为凝汽式汽轮发电机组的凝汽器换热面积，Dw为凝汽式汽轮发电机 组的冷却水流量，cp为凝汽式汽轮发电机组的冷却水比热容，twl为凝汽式汽轮发电机组的 冷却水进口温度；
[0022] 2)定义两个无量纲数之间的关系，用数学模型表达为：
[0023] N=a?Mb
[0024] 其中，a、b均为与冷却水流量相关的系数；
[0025] 3)采用多项式拟合方法拟合冷却水流量相关系数a与冷却水流量Dw的关系，及冷 却水流量相关系数b与冷却水流量关系；
[0026] 4)获取当前工况下凝汽式汽轮发电机组的负荷Pe、冷却水流量Dw、冷却水比热容 cp、冷却水进口温度twl;
[0027] 5)计算当前工况下的第二无量纲数M，并根据步骤3所得到的冷却水流量相关系 数a、b与冷却水流量Dw的关系，计算出当前工况下的冷却水流量相关系数a、b;
[0028] 6)根据步骤2定义的两个无量纲数之间的关系，计算出当前工况下的第一无量纲 数N;
[0029] 7)根据步骤1的第一无量纲数定义，计算出当前工况下的凝汽器总传热系数k。。
[0030] 本发明提供的基于两个无量纲数的凝汽器传热系数计算方法，通过两个无量纲参 数来确定凝汽式汽轮发电机组在任意正常工况下的凝汽器总传热系数，具有计算方便、准 确、快速的特点，只需要测量有限的工况就可以推广到该机组的其它工况，使得凝汽器工作 状况的判定更为简单。
【附图说明】
[0031]图1是本发明实施例所涉及的凝汽式汽轮发电机组的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] 以下结合【附图说明】对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限 制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明 中的顿号均表示和的关系。
[0033] 本发明实施例所提供的一种基于两个无量纲数的凝汽器传热系数计算方法，涉及 凝汽式汽轮发电机组，其特征在于，具体步骤如下：
[0034] 1)定义两个无量纲数为：
[0035]
[0036]
[0037] 其中，N为与凝汽器传热系数相关的第一无量纲数，M为描述凝汽式汽轮发电机组 运行工况的第二无量纲数，匕为凝汽式汽轮发电机组的负荷，k。为凝汽式汽轮发电机组的 凝汽器总传热系数，A。为凝汽式汽轮发电机组的凝汽器换热面积，Dw为凝汽式汽轮发电机 组的冷却水流量，cp为凝汽式汽轮发电机组的冷却水比热容，twl为凝汽式汽轮发电机组的 冷却水进口温度；
[0038] 2)采用试验法测量凝汽式汽轮发电机组在多种正常工况下的工作数据，并计算凝 汽式汽轮发电机组在每一种试验工况下的第一无量纲数N、第二无量纲数M及凝汽器总传 热系数；
[0039] 在试验中，每种冷却水流量至少要做两种不