一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法与流程

本发明涉及空气的泄漏流量测量技术领域，更具体地说，涉及一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法。

背景技术：

美国传热协会(hei)《表面式凝汽器标准》给出了凝汽器的空气泄漏流量，大量实践表明一般机组的实际泄漏流量远小于hei方法给出的空气泄漏流量。hei方法给出的空气泄漏流量仅作为抽真空设备选型的依据，无法用于凝汽器实际运行工况下的泄漏流量计算。

我国电力行业标准dl/t932-2005《凝汽器与真空系统运行维护导则》给出了空气泄漏流量的近似计算公式，采用该公式计算空气泄漏流量需要提供真空状态下的设备容积参数，但该容积参数与汽轮机运行工况有关，真空状态下的设备容积往往是不确定的。

而传统的测量方法是在抽气设备的吸入管道或排出管道上安装空气流量计直接进行测量，该方法存在测量结果受气体状态参数的影响，且安装空气流量计提高了管路阻力，对凝汽器的运行存在影响。在一些改进型的测量方法中，通过停运抽真空设备后的凝汽器真空下降速率来计算凝汽器空气泄漏量，但在公式构建过程中具有主观性，其测量得到的凝汽器空气泄漏流量的误差较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述部分技术缺陷，提供一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法，包括：s1、在所述凝汽器的真空系统对应的抽真空设备为停运状态且凝汽器运行状态不变时，分别通过不同孔径的多组孔板向所述凝汽器内漏入空气；

s2、获取所述凝汽器内与所述多组孔板分别对应的多组凝汽器真空压力下降速率数据；

s3、获取与所述多组孔板分别对应的孔板的空气流速以根据所述空气流速获取所述多组孔板分别对应的空气泄漏流量数据；

s4、拟合所述多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据，以获得所述凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的拟合函数；

s5、根据所述拟合函数获取所述凝汽器的真空系统空气泄漏流量。

优选地，在所述步骤s3中，所述获取与所述多组孔板分别对应的孔板的空气流速以根据所述空气流速获取所述多组孔板分别对应的空气泄漏流量数据，包括：

分别获取每一孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据，根据所述空气临界流速数据和所述空气临界密度数据获取该孔板的最小截面处的空气流速数据和空气密度数据，以根据所述最小截面处的空气流速数据和空气密度数据得到该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据为所述孔板的空气泄漏流量数据。

优选地，所述根据所述空气临界流速数据和所述空气临界密度数据获取该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据，包括根据公式

获取该孔板的最小截面处空气泄漏流量数据，其中，d为该孔板的最小截面处的直径；vcr为该孔板的最小截面处的空气临界流速；ρcr为该孔板的最小截面处的空气临界密度；qi为该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据。

优选地，所述获取每一孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据，包括：

根据公式

获取该孔板的最小截面处的空气临界流速数据；

根据公式

获取该孔板的最小截面处的空气临界密度数据；

其中，k为空气的绝热指数；r为空气的气体常数；t′为所述凝汽器对应的环境温度；p′为所述凝汽器对应的大气压。

优选地，所述k取值为1.4，所述r取值为287.05j/kg·k。

优选地，本发明的一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法，还包括：

s31、确认所述孔板是否为标准孔板，若是，则执行所述步骤s4，否则执行步骤s32；

s32、对所述孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新该孔板的空气泄漏流量数据，并执行所述步骤s4。

优选地，在所述步骤s32中，所述对所述孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新该孔板的空气泄漏流量数据，包括：

根据修正公式

qc＝α·qi

对所述孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新孔板的空气泄漏流量数据，其中，α为孔板的流量修正系数，qc为更新后的孔板空气泄漏流量数据。

优选地，在所述步骤s4中，所述拟合所述多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据，以获得所述凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的拟合函数，包括：采用线性回归分析法拟合所述多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据与空气泄漏流量数据以得到线性拟合函数，其中所述线性拟合函数为：

h＝k1·q+k2

其中，h为所述凝汽器的真空压力下降速率；k1和k2为常数，q为所述孔板的空气泄漏流量；

在所述步骤s5中，所述根据所述拟合函数获取所述凝汽器的真空系统空气泄漏流量；包括根据公式

获取所述凝汽器的真空系统空气泄漏流量，其中g0为所述凝汽器的真空系统空气泄漏流量。

优选地，在所述步骤s2中，所述获取所述凝汽器内与所述多组孔板分别对应的多组凝汽器真空压力下降速率数据，包括：

s21、在通过不同孔径的多组孔板向所述凝汽器内漏入空气之前获取所述凝汽器内的初始真空压力；

s22、在漏入空气过程中监测凝汽器内的实时真空压力以获取所述实时真空压力相对于所述初始真空压力的变化值，以根据所述变化值和其对应的漏入空气持续时间获取所述真空压力下降速率数据。

优选地，所述多组孔板包括至少3组孔板。

实施本发明的一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法，具有以下有益效果：能够方便的测量凝汽器及真空系统漏入空气的流量，测量结果的准确度高，对整个汽轮发电机组的影响小。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法一实施例的程序流程图；

图2是本发明一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法另一实施例的程序流程图；

图3是本发明一种凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法中拟合函数的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，在本发明的凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法第一实施例中，其包括：

s1、在凝汽器的真空系统对应的抽真空设备为停运状态且凝汽器运行状态不变时，分别通过不同孔径的多组孔板向凝汽器内漏入空气；

s2、获取凝汽器内与多组孔板分别对应的多组凝汽器真空压力下降速率数据；具体的，可以通过与凝汽器的喉部导通的孔板向凝汽器内部漏入空气，并在空气漏入过程中获取凝汽器的真空压力下降速率数据。其中在漏入空气的过程之前，对凝汽器的真空系统的抽真空设备进行停运，即保证测量过程中，凝汽器的真空系统的抽真空设备为停运状态。在测量过程中，需要采用多组不同孔径的孔板分别漏入空气，以得到多组不同孔径的孔板对应的凝汽器真空压力下降速率数据。其中，每一孔板的孔径均为已知值。可以理解，可以通过设置在凝汽器管束区的压力检测设备得到凝汽器对应的真空压力下降速率数据。其为了保证该真空压力下降速率数据的准确性，其可以对凝汽器管束区的多点压力进行检测并进行数据处理以得到最终能够真实反映凝汽器管束区真空压力下降速率的检测数据。

s3、获取与多组孔板分别对应的孔板的空气流速以根据空气流速获取多组孔板分别对应的空气泄漏流量数据；具体的，空气流经孔板漏入凝汽器的过程可以视为大空间向有限容器流动的收缩喷管模型，孔板内的空气流速既取决于孔板出口(按照空气漏入凝汽器的方向)的压力，也取决于孔板入口的压力。根据气体动力学理论，当孔板的出口与入口的压力比逐渐减小时，空气在孔板内的流速逐渐加大。当孔板内最小截面处的空气流速达到当地音速时，孔板内的空气流动达到临界状态，其中，此时的孔板出口与入口压力比为临界压力比。继续降低孔板出口与入口压力比时，孔板最小截面处的空气流速将不再继续加大，孔板处于阻塞流动状态。因此，当凝汽器真空压力低于一特定值时，孔板最小截面处的空气流速将达到当地音速，凝汽器真空压力继续降低时孔板将产生阻塞流，孔板的最小截面处的流速将不再随凝汽器真空压力降低而增大，因此，可以基于孔板的空气流速对应的得到该孔板的空气泄漏流量数据。该特定值可以为基于环境大气压计算出的临界压力值，通常环境大气压为100kpa，由于不同纬度的大气压会略有不同，该特征值也为适当变化。

s4、拟合多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据，以获得凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的拟合函数；

s5、根据拟合函数获取凝汽器的真空系统空气泄漏流量。具体的，在得到多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据后，基于该多组凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据进行数据拟合，其通过常用的拟合方式得到凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的拟合函数，以得到凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的函数关系。根据该函数关系可以得到泄漏凝汽器的真空系统空气泄漏流量。

可选的，在步骤s3中，获取与多组孔板分别对应的孔板的空气流速以根据空气流速获取多组孔板分别对应的空气泄漏流量数据，包括：分别获取每一孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据，根据空气临界流速数据和空气临界密度数据获取该孔板的最小截面处的空气流速数据和空气密度数据，以根据最小截面处的空气流速数据和空气密度数据得到该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据作为孔板的空气泄漏流量数据。具体的，其获取孔板的泄漏流量数据可以根据孔板产生阻塞流的原理，通过孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据获取孔板最小截面处的空气泄漏流量数据。其中可将孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据作为孔板的空气泄漏流量数据。

可选的，根据空气临界流速数据和空气临界密度数据获取该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据，包括根据公式

获取该孔板的最小截面处空气泄漏流量数据，其中，d为该孔板的最小截面处的直径；vcr为该孔板的最小截面处的空气临界流速；ρcr为该孔板的最小截面处的空气临界密度；qi为该孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据。具体的，孔板因机械制造的原因，小孔的孔径沿流动方向并不是完全相同的，有的孔板是收缩，有的孔板是扩张，也有的是先收缩后扩张。计算时要取孔径的最小处作为研究的截面。因此，其中qi可以代表不同孔径的孔板对应的最小截面处的空气泄漏流量数据，其中i可以取值0、1、2……，其代表不同孔板编号，d为与该孔板对应的孔板的最小截面的直径，该直径单位为mm，vcr为该孔板的最小截面处的空气临界流速，其单位为m/s；ρcr为该孔板的最小截面处的空气临界密度，其单位为kg/m³。可以理解，基于该公式获取的孔板的最小截面处的空气泄漏流量数据qi单位为kg/h，其可以理解单位空气泄漏的质量流量，即单位时间内空气泄漏质量的多少。在一些场景，其空气泄漏流量也可以转为以单位时间内的空气泄漏体积的多少。

可选的，获取每一孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据，包括：

根据公式

获取该孔板的最小截面处的空气临界流速数据；

根据公式

获取该孔板的最小截面处的空气临界密度数据；

其中，k为空气的绝热指数；r为空气的气体常数；t′为凝汽器对应的环境温度；p′为凝汽器对应的大气压。具体的，可以根据上述的公式进行空气临界流速数据和空气临界密度数据的计算，k为空气的绝热指数，其为常数，其通常取值1.4；r为空气的气体常数，通常取287.05j/kg·k；t′为凝汽器所在区域的环境温度，其单位对应为k；p′为凝汽器所在区域的大气压，其单位对应为pa。其分别根据上述公式得到孔板的最小截面处的空气临界流速数据和空气临界密度数据。其中k和r的取值可以根据精度要求不同进行适当调整。

如图2所示，在一实施例中，本发明的凝汽器及真空系统空气泄漏流量测量方法还包括：s31、确认孔板是否为标准孔板，若是，则执行步骤s4，否则执行步骤s32；s32、对孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新该孔板的空气泄漏流量数据，并执行步骤s4。具体的，其对孔板的空气泄漏流量数据的获取均基于孔板为标准孔板，标准孔板是指按照国家标准的规定要求制作的孔板，非标准孔板是指特殊设计的与国标不一致的孔板。非标准孔板的介质流动可能会与同类型标准孔板有较大出入，需要对获取孔板的空气泄漏流量数据进行修正，并根据修正后的孔板的空气泄漏流量数据进行步骤s4中的拟合操作。

可选的，在步骤s32中，对孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新该孔板的空气泄漏流量数据，包括：

根据修正公式

qc＝α·qi

对孔板的空气泄漏流量数据进行修正以更新孔板的空气泄漏流量数据，其中，α为孔板的流量修正系数，qc为更新后的孔板空气泄漏流量数据。具体的，其在孔板为非标准孔板时，其可以孔板的流量修正系数对获取到的空气泄漏流量数据进行修正。其中该孔板的流量修正系数通过非标准孔板的流量校准数据获取。

可选的，在步骤s4中，拟合多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据，以获得凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量的拟合函数，包括：采用线性回归分析法拟合多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据与空气泄漏流量数据以得到线性拟合函数，其中线性拟合函数为：

h＝k1·q+k2

其中，h为凝汽器的真空压力下降速率，其单位为pa/s；k1和k2为常数，q为孔板的空气泄漏流量,其单位为kg/h；

在步骤s5中，根据拟合函数获取凝汽器的真空系统空气泄漏流量；包括根据公式

获取凝汽器的真空系统空气泄漏流量，其中g0为凝汽器的真空系统空气泄漏流量，其单位为kg/h。

具体的，对获取的多组孔板分别对应的凝汽器真空压力下降速率数据和孔板空气泄漏流量数据的拟合过程可以采用常见的拟合方式进行拟合，在本实施例中，其为了实现在保证测试结果准确的同时简化拟合过程，其可以采用线性回归分析法进行拟合，以得到凝汽器的真空压力下降速率与孔板空气泄漏流量对应的线性拟合函数，其中凝汽器的真空压力下降速率h与孔板空气泄漏流量q为变量，k1和k2为采用线性回归分析法拟合得到的线性系数，其为常数。根据该拟合函数可以容易的得到凝汽器的真空压力下降速率h与孔板空气泄漏流量q的关系，即可以理解，凝汽器的真空压力下降速率h实际上是由凝汽器的整个泄漏流量产生的，在通过不同孔径的孔板向凝汽器漏入空气时，凝汽器的整个泄漏流量包括孔板空气泄漏流量和真空系统空气泄漏流量的和，其中真空系统空气泄漏流量在凝汽器运行状态稳定时为一个常数。可以理解，而当孔板空气泄漏量为零时，得到对应的凝汽器的真空压力下降速率的值为k2，该真空压力下降速率对应的完全由凝汽器的真空系统空气泄漏流量产生，而其根据系统凝汽器的真空压力下降速率h与孔板空气泄漏流量的线性系数k1，得到凝汽器的真空压力下降速率h与凝汽器的整个泄漏流量的线性系数也为k1，其得到孔板空气泄漏流量q为零时，根据对应的凝汽器的真空压力下降速率的值为k2和线性系数k1对应的得凝汽器的真空系统空气泄漏流量g0，即

可选的，在步骤s2中，获取凝汽器内与多组孔板分别对应的多组凝汽器真空压力下降速率数据，包括：s21、在通过不同孔径的多组孔板向凝汽器内漏入空气之前获取凝汽器内的初始真空压力；s22、在漏入空气过程中监测凝汽器内的实时真空压力以获取实时真空压力相对于初始真空压力的变化值，以根据变化值和其对应的漏入空气持续时间获取真空压力下降速率数据。具体的，在凝汽器运行状态稳定的前提下，通过控制外界空气经孔板流入凝汽器的时间，并记录凝汽器压力的变化值，最终获取凝汽器压力变化速率。

可选的，多组孔板包括至少3组孔板。具体的，为了保证拟合函数的准确性，其孔板对应的数据可以为3组及其以上。

具体实施案例：

以一个核电厂170万千瓦级汽轮机组凝汽器上进行空气泄漏流量试验为例。试验期间凝汽器外界温度为34℃，外界大气压为101kpa。试验前安装的孔板孔径见表1，试验时打开空气泄漏截止阀，等待凝汽器压力上升2.5kpa时关闭空气泄漏截止阀，记录压力上升2.5kpa所用的时间。其中，考虑到压力上升太大会导致汽轮机的效率降低，影响整个汽轮发电机组的运行，因此最好是在2～4kpa范围内，因此在这里取值2.5kpa。根据上述过程得到得到各孔径的孔板空气泄漏流量见表1，

表1孔板空气泄漏流量

如图3所示，对表1中数据采用线性回归分析方法拟合出真空压力下降速率与孔板泄漏流量关系式为：

h＝0.0429·q+1.4253

进一步可计算得到该凝汽器的空气泄漏流量为：

g0＝33.2kg/h

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。