专利名称：考虑汽轮机实际运行约束的各喷嘴组的喷嘴数目优化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮机的喷嘴数目优化设计方法。
背景技术：
汽轮机是一种以蒸汽为动力，将蒸汽的能量转化成机械功的旋转机械，是世界上最重要的原动机之一，在电厂、工业生产、舰船等行业有着极其广泛的应用。因此，对汽轮机进行优化改造在提高经济效益和节约能源方面都有很大的实际应用价值。
汽轮机的启停和功率的变化是通过调节阀的开度的变化，从而改变进入汽轮机的蒸汽流量或蒸汽参数来实现的。目前已有的配汽方式有喷嘴配汽、节流配汽、滑压配汽、全电调“阀门管理”式配汽和旁通配汽。其中喷嘴配汽是调节级的静叶栅被分隔为几个进气弧段，每个进气弧段由一定数目的喷嘴组成，不同的调节级阀门对各组喷嘴单独供汽，按照负荷的需要通过改变调节级阀门的开度和开启数目来改变汽轮机的进汽量。由于喷嘴配汽在调节级阀门处进汽节流损失小，效率高，它是应用最广泛的一种调节方式。现有大功率汽轮机大多采用这种方式改变汽轮机进汽量。已知各阀门在不全开的情况下会造成很大的节流损失，为减少汽轮机调节级的节流损失，应尽量保证各阀门全开或全闭。当实际给定多个负荷时，为达到所要求的工作点，相应的阀门一般不能保证全开或全闭状态，会造成很大的节流损失，造成汽轮机长期低效率运行，浪费了大量有效热能，使发电成本增加。国内机组的常用负荷点为额定功率的70% 80%左右，为减少甚至消除节流损失，我们设想根据先验的常用工作负荷点，对调节级各阀门对应的喷嘴数目进行优化设计，由此保证各阀门全开或全闭时能够组合出更多的常用工作负荷点，适应机组的经济运行。在优化设计过程中，考虑汽轮机的实际运行约束条件，对优化结果在实际工作中的应用具有重要的意义。汽轮机时常是在变负荷条件下运行，而在实际运行中，不同常用负荷点的运行频率不尽相同，有的负荷点运行的概率较高，有的负荷点运行概率相对较低，将各负荷点的运行频率作为约束之一；机组在实际运行中主蒸汽的压力一般是按照滑压曲线设定，汽轮机调门全开(或保持适当开度不变)，由锅炉调节主汽流量和压力(汽温基本保持不变)来调节负荷，这就使得汽轮机的调节级前主气流量和压力不为恒值，在喷嘴组设计中，加入滑压运行曲线，因此可以在单阀运行下提高调节级效率，可以进一步提高优化效果。具体方法则是在输入主蒸汽压力时将滑压曲线制成查表函数，根据机组不同的负荷点，得出相应的主蒸汽压力。将滑压运行方式作为约束二。考虑上述两种约束条件，按实际工作负荷来设计出汽轮机调节级最优阀门喷嘴数目组合，在更接近实际运行条件的基础上能够有效地提高汽轮机的综合效率，创造经济效益。
发明内容
本发明针对现有机组在多个常用工作负荷点条件下，对其中某些工作负荷点阀门开度小造成较大节流损失，相对内效率降低的问题，在考虑多个负荷点工作时长的概率和汽轮机滑压运行方式的实际运行约束条件下，提出了一种对汽轮机调节级喷嘴组的喷嘴数目进行优化的方法。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述方法是按照如下步骤来实现的步骤一、构建喷嘴数目优化模型Y = W1(Xgz1-Ge1)Wff2(Xgz2-Ge2)2+......+W1 (Xgz1-Ge1)2 (2-10)W1, W2......W1表示各个负荷点运行时间百分比；Xgz1' Xgz2......Xgz1表示各个给定负荷点的实际流量；Ge1, Ge2......Ge1表示各个给定负荷点的理论流量；
实际流量与理论流量的综合偏离程度用Y表示；步骤二、计算各个给定负荷点的实际流量由各阀门喷嘴数目及其对应的阀门开度计算I......I个给定负荷点的实际流量
(与给定负荷点无关)
权利要求
1.一种考虑汽轮机实际运行约束的各喷嘴组的喷嘴数目优化设计方法，其特征在于所述方法是按照如下步骤来实现的 步骤一、构建喷嘴数目优化模型Y = W1 (Xgz1-Ge1)2+W2 (Xgz2-Ge2)2+......+W1 (Xgz1-Ge1)2 (2-10) W1^ff2......W1表示各个负荷点运行时间百分比； XgZp XgZ2......Xgz1表示各个给定负荷点的实际流量； Ge1' Ge2......Ge1表示各个给定负荷点的理论流量； 实际流量与理论流量的综合偏离程度用Y表示； 步骤二、计算各个给定负荷点的实际流量 由各阀门喷嘴数目及其对应的阀门开度计算I......I个给定负荷点的实际流量(与给定负荷点无关) 式中j为阀门的开度组合形式，Plk为第k个喷嘴组的调节级流量比，Ank为第k个喷嘴组各个喷嘴喉部截面积之和，Ptlk为第k个调节阀阀后的压力(即调节阀对应的喷 ^嘴组前)，Pfflt为第k个调节阀阀后的密度(即调节阀对应的喷嘴组前)，k 1] ’VPoa-U= ^lk = ^lk I — I，Plk为第k个喷嘴组的喷嘴背压，P2为调节级后汽室中的压力； 在实际计算过程中，Plk与P2的值不等，将喷嘴组流量方程改为 式中P2k为调节级的流量比，Xk是调节级前后压力比的函数； 通过二分法计算P2 :步骤A、给定一个喷嘴后压力plk ;步骤B、根据热力计算公式计算出喷嘴出口处蒸汽的焓Ii1、蒸汽的速度C1和动叶进口蒸汽的相对速度W1，再通过公式(1-2)计算出一个喷嘴蒸汽的出口流量Gn ;步骤C、然后假设一个动叶出口蒸汽的压力，即调节级后压力P2 ;步骤D、通过热力计算公式得出动叶出口处蒸汽的焓h2、出口处蒸汽的密度P 2、出口蒸汽的相对速度W2和绝对速度C2，再由公式计算出动叶出口蒸汽的流量Gb ;步骤E、若Gb幸Gn,返回至步骤C继续计算,直到得到Gb = Gn,得出调节级后压力p2 ；Gb = P 2W2Ab,式中P 2——动叶出口实际密度；Ab——动叶出口喉部面积； 根据二分法计算得出的调节级后压力P2代入到公式(1-2)中计算出实际流量xgz; 步骤三、计算各个给定负荷点的理论流量 Geh = Ge I h，其中Geh为负荷点的理论流量，Ge为汽轮机的额定流量，I h为在负荷点下汽轮机运行功率占额定功率的百分比，h = 1,2,...1,1为工作负荷点的个数；步骤四、构建喷嘴数目优化模型的约束条件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表示四个喷嘴组的喷嘴数，Xz为总喷嘴数，const表示定值； 步骤五、基于遗传算法理论求出给定负荷点下使得实际流量与理论流量的 综合偏离程度Y最小时对应的最优喷嘴数目的组合，具体过程如下 步骤五(一)、初始种群设定 米用浮点数编码，编码区间为[Xmin，Xmax],
2.根据权利要求I所述的考虑汽轮机实际运行约束的各喷嘴组的喷嘴数目优化设计方法，其特征在于在步骤二的通过二分法计算P2的过程中，所述喷嘴后压力Plk的计算过程为由汽轮机组在实际运行中得到的滑压运行规律曲线功率-主蒸汽压力，再根据实际运行负荷，查得主蒸汽的压力，然后计算出Plk。
全文摘要
考虑汽轮机实际运行约束的各喷嘴组的喷嘴数目优化设计方法，它涉及一种汽轮机的喷嘴数目优化设计方法。本发明是针对现有机组在多个常用工作负荷点条件下，对其中某些工作负荷点阀门开度小造成较大节流损失，相对内效率降低的问题而提出的。构建喷嘴数目优化模型；计算各个给定负荷点的实际流量；计算各个给定负荷点的理论流量；构建喷嘴数目优化模型的约束条件；基于遗传算法理论求出给定负荷点下使得实际流量与理论流量的综合偏离程度Y最小时对应的最优喷嘴数目的组合。在保证机组达到各负荷点时，调节级各阀门都能处于全开或全闭状态，最大限度地减少汽轮机调节级的节流损失的条件下，优化出最优的阀门喷嘴数目组合，使机组具有最佳的经济性。
文档编号F01D9/02GK102678192SQ20121016805
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者万杰, 于达仁, 付云峰, 刘金福, 张可浩, 张怀鹏, 李飞, 游尔胜, 王一丰, 蔡鼎 申请人:哈尔滨工业大学