一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置及模拟方法与流程

本发明属于舰船动力系统试验的技术领域，特别涉及一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置及模拟方法。

背景技术：

大型热力系统试验中,用汽设备入口外特性作为系统的重要边界，需要对其不同工况下外特性进行有效模拟，进而保证试验系统运行参数与原型保持较好的相似性。模拟技术难点主要包括：1)设备耗汽量、设备速关以及排放速开等多种特性的全面模拟；2)不同工况下设备运行特性参数的大范围有效调节。

传统的用汽设备外特性模拟采用以下两种方式：

a.使用真实用汽设备：该方案的优点是可以全面完整的模拟所有设备外特性，不存在相似性偏差等缺点。

b.采用减温减压装置模拟：该方案的优点是原理组成简单，具备较好的经济性。

传统方案a的缺点主要包括三方面：一是是经济性较差，尤其是当该热力系统包括大量复杂用汽设备时；二是缩比试验中无法直接使用原系统设备，应用存在局限性；三是大量缩比试验处于系统研制前期阶段，设备在同期尚未完成研制工作。

传统方案b的缺点主要包括两方面：一是功能单一，仅能进行设备耗汽量模拟，无法实现设备速关等特殊工况模拟；二是装置的调节能力与通用性较差，由于减温减压装置调节速度与范围均存在较大限制，导致参数模拟范围与调节能力均较弱。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述技术需求而提供一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置及模拟方法，既能有效集成设备耗汽特性、速关特性模拟以及蒸汽冷凝等多种功能，还具有参数调节范围大、调节能力强的优势，同时还具备较好的经济性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置，其特征在于：包括蒸汽管路、蒸汽冷凝器、冷凝管路和凝水柜，所述蒸汽管路与蒸汽冷凝器的进口相连，所述冷凝管路两端分别与蒸汽冷凝器的出口及所述凝水柜的进口相连，蒸汽管路上依次设有速关阀、流量调节阀、减压阀、节流孔板和安全阀。

按上述方案，还包括测控系统，所述测控系统包括pid控制器、流量计、第一压力表、第二压力表、第三压力表和温度计，所述流量计安设于所述速关阀进口管路上，所述第一、第二、第三压力表分别安设于所述流量调节阀、减压阀及蒸汽冷凝器的进口管路上，所述温度计安设于蒸汽冷凝器的进口管路上。

一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置的模拟方法，其特征在于包括如下步骤：通过流量计、第一压力表、第二压力表、第三压力表和温度计实时监测装置内流量、压力与温度信号，pid控制器控制调节流量调节阀开度，从而实现用汽设备耗汽量模拟调节功能；通过控制速关阀启闭，实现装置速关工况模拟；通过调节减压阀开度，稳定冷凝器蒸汽入口压力。

本发明的有益效果是：(1)在系统设计阶段，设备尚未完成研制或试验系统为缩比设计时，提供有效的用汽设备入口特性模拟途径，支撑系统试验工作开展；

(2)集中实现多种特性模拟，全面模拟用汽设备速关、工况切换等多种工况下的入口外特性模拟；(3)可提供良好的调节性能，可有效模拟机动性较高与调节范围较大的设备入口外特性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统原理图。

图2为本发明一个实施例的速关模拟工况下速关支路流量与冷凝器入口压力变化曲线。

图3为本发明一个实施例的速关模拟工况下速关阀开度曲线。

具体实施方式

现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。

如图1所示，一种复杂用汽设备入口外特性模拟装置，包括蒸汽管路1、蒸汽冷凝器2、冷凝管路3和凝水柜，蒸汽管路与蒸汽冷凝器的进口相连，冷凝管路两端分别与蒸汽冷凝器的出口及凝水柜的进口相连，蒸汽管路上依次设有速关阀4、流量调节阀5、减压阀6、节流孔板7和安全阀8。

还包括测控系统，测控系统包括pid控制器、流量计9、第一压力表10、第二压力表11、第三压力表12和温度计13，流量计安设于速关阀进口管路上，第一、第二、第三压力表分别安设于流量调节阀、减压阀及蒸汽冷凝器的进口管路上，温度计安设于蒸汽冷凝器的进口管路上。

通过流量调节阀对用汽设备不同工况下耗汽量进行模拟，通过速关阀模拟设备速关工况，减压阀和节流孔板控制下游蒸汽冷凝器入口压力，并通过安全阀防止蒸汽冷凝器入口蒸汽超压。低压蒸汽在蒸汽冷凝器内冷凝为水，送入凝水柜。

实施例一：

一、根据试验需求，该模拟装置主要技术参数如下表所示：

表1模拟装置主要技术参数

二、系统主要设备说明

1)速关阀

要求能够实现蒸汽流量快速切断，速关时间<0.5s，系统中速关阀选用电液阀门，并配置弹簧驱动装置。

2)流量调节阀

要求能够实现蒸汽流量快速调节，全开至全关动作时间要求为10s，系统中流量调节阀选用电液执行机构。

3)减压阀

选用电动调节阀，通过与三块节流孔板配合可实现蒸汽冷凝器入口蒸汽压力大范围控制。

4)安全阀

由于蒸汽冷凝器为大气式冷凝器，入口安全阀起跳压力设置为0.3mpa，回落压力为0.2mpa，设计排放容量为9t/h。

5)蒸汽冷凝器

要求冷凝器最大凝水设计流量为9t/h，系统选用卧式管壳式冷凝器，换热面积为95m2。

6)系统配套测控系统

为满足用汽设备入口外特性模拟装置系统控制需求，系统配备了测控系统，主要测控目标为：实时监测装置内流量、压力与温度信号，通过调节机构实现不同工况下装置耗汽量的自动调节，调节精度±2％以内；可有效模拟设备速关工况，速关时间不大于0.5s。

测控系统根据与装置运行参数测量值发出控制信号，通过pid控制调节流量调节阀开度，从而实现用汽设备耗汽量模拟调节功能；通过控制速关阀启闭，实现装置速关工况模拟；通过调节减压阀开度，稳定冷凝器蒸汽入口压力。

三、模拟装置实测运行数据分析

1)装置耗汽量模拟效果分析

表2给出了不同工况下装置设计值与试验实测值对比，从表中可看出，不同工况下用汽设备耗汽量及冷凝器入口压力设计值与试验实测值完全吻合，说明该模拟装置能够准确实现不同工况耗汽量调节、蒸汽减压冷凝等多个功能。进而有效模拟用汽设备耗汽特性。

表2不同稳态工况下系统设计值与试验实测值对比

2)速关工况

图2和图3给出了装置模拟用汽设备速关工况下的入口外特性曲线，包括用汽设备耗汽量、蒸汽冷凝器入口压力及速关阀开度变化情况。速关工况下，速关阀开度及用汽设备耗汽量在0.5s内均迅速降为0，冷凝器入口压力始终维持为0.1mpa，满足用汽设备速关要求。说明该装置能够有效模拟速关工况下用汽设备耗汽特性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。