某型汽轮给水机组性能仿真试验与研究.pdf
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1、Dynamical Systems and Control 动力系统与控制动力系统与控制,2023,12(3),149-156 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/dsc https:/doi.org/10.12677/dsc.2023.123016 文章引用文章引用:王云轩,倪何.某型汽轮给水机组性能仿真试验与研究J.动力系统与控制,2023,12(3):149-156.DOI:10.12677/dsc.2023.123016 某型汽轮给水机组性能仿真试验某型汽轮给水机组性能仿真试验与与研究研究
2、王云轩王云轩1,倪,倪 何何2*1海军92132部队,山东 青岛 2海军工程大学动力工程学院,湖北 武汉 收稿日期:2023年6月10日;录用日期:2023年7月1日;发布日期:2023年7月12日 摘摘 要要 以某型汽轮给水机组为仿真对象,根据部件组成与连接关系构建某型汽轮给水机组的性能仿真模型,在以某型汽轮给水机组为仿真对象,根据部件组成与连接关系构建某型汽轮给水机组的性能仿真模型,在此基础上开发了某型汽轮给水机组的性能仿真与试验软件,并进行了相关仿真试验研究;得出了给水机此基础上开发了某型汽轮给水机组的性能仿真与试验软件,并进行了相关仿真试验研究;得出了给水机组在主机变工况、锅炉组在主机
3、变工况、锅炉变工况、电动给水泵自启动时的动态响应特性;通过研究、分析和评价变工况、电动给水泵自启动时的动态响应特性;通过研究、分析和评价仿真结果,仿真结果,为设备的科学使用和管理提供建议。为设备的科学使用和管理提供建议。关键词关键词 汽轮给水机组汽轮给水机组,建模建模,仿真仿真,动态特性动态特性 Performance Simulation Test and Research of a Certain Type of Steam Turbine Water Supply Unit Yunxuan Wang1,He Ni2*1Naval 92132 Force,Qingdao Shandong
4、2College of Power Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan Hubei Received:Jun.10th,2023;accepted:Jul.1st,2023;published:Jul.12th,2023 Abstract Taking a certain type of steam turbine feedwater unit as object,a performance simulation model was constructed based on component composition and co
5、nnection relationships.Based on this,a performance simulation and testing software for a certain type of steam turbine feedwater unit was developed,and relevant simulation experiments were conducted;the dynamic response cha-*通讯作者。王云轩,倪何 DOI:10.12677/dsc.2023.123016 150 动力系统与控制 racteristics of the wa
6、ter supply unit under variable operating conditions of the main steam tur-bine,boiler and electric water supply pump self start were obtained.Through research,analysis and evaluation of simulation results,suggestions were provided for the scientific use and man-agement of equipment.Keywords Steam Wa
7、ter Supply Unit,Modeling,Simulation,Dynamic Characteristics Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 汽轮给水机组是蒸汽动力装置的重要组成设备之一1 2,它由汽轮机及进汽装置、凝水泵、增压泵、给
8、水泵、单级齿轮减速器、给水压差调节器等部件组成,用于将冷凝器中的凝水抽出并提升到一定压力后供给锅炉,维持整个动力系统的汽水循环,其工作状态直接影响整个动力系统的经济性和安全性,所以有必要建立合理实用的数学模型,并通过仿真试验对其运行特性进行深入研究。由于汽轮给水机组部件较多,内部存在热力、液力、机械等耦合,从简化建模工程角度出发,通常采用模块化建模方法开展汽轮给水机组及其调节系统的仿真研究3-8;而所谓模块化建模就是利用预先建立的描述典型物理部件运动规律或控制环节变换规律的模块模型,通过参数化过程和类似积木堆砌的搭接组合,快速、经济地构造出拥有大量部件的复杂系统模型。本论文着眼于解决给水机组在
9、变工况时出现的锅炉上水不稳定,难以建立稳定给水压差的问题,以某型给水机组为研究对象,根据部件组成与连接关系构建某型给水机组的数学模型;并构建汽轮给水机组的动态性能仿真模型,通过仿真试验得出给水机组在负荷改变时各个改进措施下的影响状态以及各优化参数对结果的影响规律,为设备的科学使用和管理提供建议。2.软件设计思路软件设计思路 某型汽轮给水机组的性能仿真与试验软件的设计思路如下:1)考虑系统性和耦合性 蒸汽动力装置由蒸汽系统、凝给水系统、滑油系统、燃油系统、凝给水系统、汽封抽气系统等多个分系统组成,这些系统通过介质联系发生能量和质量联系。给水机组作为其中凝给水系统的组成部分之一,对其开展仿真设计与
10、试验需要考虑与整个系统的匹配程度,避免脱离动力系统开展软件设计,不具有实际意义;同时,给水机组主要包括给水机组汽轮机、泵、轴系以及相关管路、阀门;蒸汽、冷却水、锅炉用水等工作介质,不同设备、不同介质在不同条件下的参数耦合性要高,需要符合给水机组在各工况下运行实际。2)尽可能使软件便于使用 设备性能仿真与试验突出的优点是便于进行大量试验,相较于实装试验其可行性和便捷性也更为明显。为此,软件采用人机交互界面,通过直接改变界面上的滑块、旋钮等模块的控制位置即可快速更改仿真试验的各项参数;教控师平台可以保存新的工况,可随时暂停和加载工况,减少多项参数大幅度改变时试验条件复位的时间;软件还具有数据记录和
11、实时曲线绘制功能,便于对于试验数据的分析。Open AccessOpen Access王云轩,倪何 DOI:10.12677/dsc.2023.123016 151 动力系统与控制 3)简化建模工程 软件是对给水机组进行仿真建模,采用模块化建模的方式,将各个模块经参数化后,通过变量名进行搭接,通过模块输入、输出变量间的赋值构造各模块设备和管路系统的接口关系,实现数据输入、输出,仿真状态参数计算,以及相关的调节控制等功能。在模块搭接时,为方便对各模块进行参数调节和模块改动,根据各模块接口关系以及变量名匹配关系分为四部分,分别为锅炉及给水系统、给水机组、水位和压差调节和数据处理,通过各节点连接传递
12、参数为给水机组性能仿真与试验软件。3.软件开发软件开发 3.1.模型设计模型设计 为方便参数调节和模型修改,本文采用模块化建模方法,从仿真的实时性和精确性出发,按照部件的接口关系将整个模型分为汽轮机及轴系、离心泵、管道系统等模块,具体如下。3.1.1.汽轮汽轮机及轴系机及轴系 1)调节级流量 调节级的进汽流量可由下列方程组决定3 7:()()10111010110211 2121:1:11nkacacacackkacacacaccracaccrcrcrTPGGaTPPPPP=:中当时当时其 (1)式中:Gac1为调节级进汽流量;Gac10为调节级在变工况进汽流量;Pac1和 Tac1为调节级进
13、口蒸汽压力和温度;Pac10和 Tac10为调节级设计工况下的进口蒸汽压力和温度;Pac2为调节级出口蒸汽压力;cr=0.546 为过热蒸汽的临界压比;为进汽调节阀开度,0k为流量拟合因子。在忽略蒸汽初始温度和压力影响时,汽轮机效率是转速和焓降的函数:()2fnH=(2)式中:为效率;n 为转速;为齿轮箱减速比;H 为焓降。当蒸汽在调节级内作等熵膨胀时输出功率最大:()()11121221,acSacacacacac SHacacSfPHSSHfPS=(3)将式(2)带入式(3)中,可得调节级的实际排汽焓和输出功率:()()21121112acacacacac SacacacacacHHHHP
14、GHGHH=(4)式中:Hac2S为理想排汽焓;Sac2S,Sac1,Hac1,Hac2分别为蒸汽的进、出口熵和焓。2)推进轴转速和加速度 作用在推进轴上的力矩由汽轮机和电动机的驱动力矩,螺旋桨吸收力矩和作用在轴系上的各种阻力矩等组成。在变工况时,驱动力矩和螺旋桨吸收力矩都会发生变化,而电动机由设定阀值决定是否自启动,驱动力矩和螺旋桨吸收力矩的不平衡将引起推进轴转速和加速度变化,由能量守恒可得:dd2WDlossPPPPPntJn+=(5)王云轩,倪何 DOI:10.12677/dsc.2023.123016 152 动力系统与控制 用隐性欧拉法整理可得:2WDlossPPPPPnntJ+=+
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