基于k-M模型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組診斷技術(shù)，特別涉及一種基于k-M模型的凝 汽器真空狀態(tài)判別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 凝汽器及其輔助系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組冷端，其運行狀態(tài)對汽輪發(fā)電機(jī)組的運行具 有重要意義，因此關(guān)于凝汽器運行診斷及優(yōu)化的研究與應(yīng)用一直受到廣泛的重視。凝汽器 運行診斷及優(yōu)化的前提是判定凝汽器真空是否正常。判斷凝汽器真空狀態(tài)是否合理時都是 通過將實測凝汽器壓力與凝汽器壓力應(yīng)達(dá)值進(jìn)行比較來判斷。凝汽器壓力應(yīng)達(dá)值的確定一 般有兩類方法。
[0003] (1)傳統(tǒng)方法：
[0004] 與凝汽器壓力P。相對應(yīng)的飽和蒸汽溫度13可通過式（1)確定：
[0005] ts=twl+Δt+δt(1)
[0006] 式中twl為冷卻水入口溫度，Δt為冷卻水溫升，δt為凝汽器端差。
[0007] 當(dāng)忽略進(jìn)入凝汽器的其他熱量時，蒸汽的凝結(jié)放熱量等于冷卻水的吸熱量，則冷 卻水的溫升可由⑵式計算：
[0009] 式中cp為水的比熱容，D"為冷卻水流量，D。為汽輪機(jī)排汽量，h。為汽輪機(jī)排汽焓， h。'為凝結(jié)水焓。
[0010] 凝汽器端差可由（3)式計算：
[0012] 式中A為凝汽器有效傳熱面積，k為凝汽器傳熱系數(shù)。在傳統(tǒng)的確定方法中，工程 中凝汽器傳熱系數(shù)往往通過經(jīng)驗公式來確定，目前應(yīng)用較廣的是美國傳熱學(xué)會（HEI)推薦 的公式、前蘇聯(lián)熱工院的別爾曼經(jīng)驗公式和英國BEAM公式。
[0013] 則當(dāng)冷卻水入口溫度確定后，可由（1)式確定凝汽器壓力P。相對應(yīng)的飽和蒸汽溫 度、，進(jìn)而由（4)式或查水蒸氣表確定凝汽器壓力P。。
[0015] (2)智能診斷
[0016] 應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于向量機(jī)回歸、數(shù)據(jù)融合等智能算法來 確定真空應(yīng)達(dá)值。其輸入?yún)?shù)有采用運用多元線性回歸的方法判斷出影響凝汽器真空相關(guān) 性大的因素；也有采用由凝汽器壓力計算機(jī)理簡化后的參數(shù)一機(jī)組當(dāng)前功率、冷卻水入口 溫度、凝汽器清洗后時間、投運循環(huán)水栗臺數(shù)等；還有采用的汽輪機(jī)排汽、循環(huán)水入口溫度、 循環(huán)水流量。這些方法一方面需要大量樣本對算法進(jìn)行訓(xùn)練，另一方面輸入?yún)?shù)有的難以 直接測量，有的相互之間具有耦合性，實際應(yīng)用不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明是針對現(xiàn)在判斷凝汽器真空狀態(tài)方法復(fù)雜的問題，提出了一種基于k-Μ模 型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法，提供一種簡便有效的方法，來確定凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組凝 汽器在某一工況（由機(jī)組負(fù)荷Pe、冷卻水入口溫度twl和冷卻水流量Dw確定）下的真空（或 工作壓力）是否正常。K-Μ模型即凝汽器傳熱系數(shù)k和凝汽器運行工況相關(guān)參數(shù)Μ之間的 試驗關(guān)系式。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于k-M模型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法，具體包括 如下步驟：
[0019] 1)確定給定凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)與工況無量綱數(shù)Μ之間 的關(guān)系：
[0020] 在給定的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組運行正常的情況下進(jìn)行凝汽器性能試驗，測量數(shù)據(jù) 包括機(jī)組負(fù)荷Pe，冷卻水流量Dw、凝汽器壓力ρ。、冷卻水進(jìn)口溫度twl及出口水溫tw2，并通過 查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水比熱容cp和凝汽器壓力下的飽和壓力ts，代入 下面公式求得凝汽器正常傳熱系數(shù)k。，
[0022] 其中A。為凝汽器的換熱面積；
[0024] 通過實驗數(shù)據(jù)，擬合凝汽器正常傳熱系數(shù)k。和Μ之間的關(guān)系為：
[0025] kc=a·Mb
[0026] 其中a、b為與冷卻水流量0"相關(guān)的系數(shù)，最后得到擬合k。的最大相對誤差為Δ;
[0027] 2)給定工況，即機(jī)組負(fù)荷Pe、冷卻水流量Dw、冷卻水進(jìn)口溫度twl給定下凝汽器正 常傳熱系數(shù)的確定：
[0028] 用給定工況的機(jī)組負(fù)荷Pe、冷卻水進(jìn)口溫度twl、冷卻水流量Dw計算無量綱數(shù)M，將 Μ帶入擬合后正常傳熱系數(shù)k。公式計算可得該運行工況下凝汽器的正常傳熱系數(shù)k
[0029] 3)在步驟2)給定工況下凝汽器實際傳熱系數(shù)的確定：
[0030] 在機(jī)組負(fù)荷Pe，冷卻水流量Dw、冷卻水進(jìn)口溫度twl及給定的前提下，測量凝汽器 壓力P。、冷卻水出口水溫tw2，通過查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水比熱容％和 凝汽器壓力下的飽和壓力ts，進(jìn)而求得凝汽器實際傳熱系數(shù)k。'，
[0032] 4)在步驟2)給定工況下凝汽器真空是否正常的判定：
認(rèn)為凝汽器真空正常。
[0035] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于k-M模型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法，與現(xiàn) 有技術(shù)相比，本發(fā)明針對給定的實際機(jī)組，不須知道凝汽器具體的結(jié)構(gòu)尺寸，可依據(jù)有限的 正常工況的試驗數(shù)據(jù)就可以對機(jī)組的所有工況進(jìn)行判定，使得凝汽器工作狀況的判定更為 簡單。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的具體測量方法及其應(yīng)用的一個典型凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)示 意圖。
【具體實施方式】
[0037] 如圖1所示本發(fā)明的具體測量方法及其應(yīng)用的一個典型場合一一汽輪發(fā)電機(jī)組系 統(tǒng)：蒸汽1進(jìn)入蒸汽輪機(jī)2膨脹做功帶動發(fā)電機(jī)3發(fā)電，排汽進(jìn)入凝汽器13,被冷卻水冷卻 成為凝結(jié)水12,9為冷卻水入口管路，8為冷卻水出口管路，冷卻水升溫后離開凝汽器。在冷 卻水出口管路8上設(shè)置測試點7,檢測冷卻水出口水溫tw2，在冷卻水入口管路9上設(shè)置兩個 測試點10、11，分別檢測冷卻水進(jìn)口溫度twl和冷卻水流量Dw，發(fā)電機(jī)3的輸出端設(shè)置測試 點4,檢測機(jī)組負(fù)荷Pe，所有測試點數(shù)據(jù)送計算單元6, 5為輸出電功率。本發(fā)明方法的具體 步驟為：
[0038] (1)確定某機(jī)組凝汽器正常傳熱系數(shù)與工況無量綱數(shù)Μ之間的關(guān)系：
[0039] 針對給定的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，在機(jī)組運行正常的情況下進(jìn)行凝汽器性能試 驗。測量數(shù)據(jù)包括機(jī)組負(fù)荷Pe，冷卻水流量Dw、凝汽器壓力ρ。、冷卻水進(jìn)口溫度twl及出口 水溫tw2等主要性能參數(shù)，并通過查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水比熱容c^口 凝汽器壓力下的飽和壓力ts。進(jìn)而根據(jù)公式（5)求得凝汽器正常傳熱系數(shù)k。。
[0041] 其中A。為凝汽器的換熱面積。
[0043] 通過實驗數(shù)據(jù)，擬合凝汽器正常傳熱系數(shù)k。和Μ之間的關(guān)系為
[0044] kc=a·Mb (6)
[0045] 其中a、b為與冷卻水流量0"相關(guān)的系數(shù)，擬合公式的最大相對誤差為△。
[0046] (2)某工況（即機(jī)組負(fù)荷Pe、冷卻水流量Dw、冷卻水進(jìn)口溫度twl給定）下凝汽器 正常傳熱系數(shù)的確定：
[0047] 根據(jù)機(jī)組負(fù)荷Pe、冷卻水進(jìn)口溫度twl、冷卻水流量Dw計算無量綱數(shù)Μ;
[0048] 將Μ帶入公式（6)計算可得該運行工況下凝汽器的正常傳熱系數(shù)kc。
[0049] (3)上述（2)中所定工況下凝汽器實際傳熱系數(shù)的確定：
[0050] 在機(jī)組負(fù)荷Pe，冷卻水流量Dw、冷卻水進(jìn)口溫度twl給定的前提下，測量凝汽器壓 力p。、冷卻水出口水溫tw2等主要性能參數(shù)，通過查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán) 水比熱容cp和凝汽器壓力下的飽和壓力ts。進(jìn)而求得凝汽器實際傳熱系數(shù)k。'。
[0052] (4)上述⑵中所定下凝汽器真空是否正常的判定：
認(rèn)為凝汽器真空正常。
[0055] 本方法計算例證：
[0056] 1、已知條件
[0057] 以某1000MW汽輪機(jī)組的凝汽器為例。此機(jī)組配套的凝汽器型號為N-54000,冷卻 面積為54000m2。由于冷卻水配置的原因，冷卻水流量只有一種27. 604kg/s。
[0058] 2、依據(jù)正常運行工況試驗確定k。和Μ的關(guān)系式
[0059] 正常運行條件下，用試驗法測量了機(jī)組5個工況下的凝汽器運行數(shù)據(jù)，如表1所
計算k。和Μ值列入表1，其中cp 為根據(jù)twl確定的水的比熱容。
[0060] 表 1
[0061]
[0062] 依據(jù)k。= a · Mb的舉函數(shù)關(guān)系擬合正常傳熱系數(shù)k。和Μ的關(guān)系式為：kf 94. 327 · Μ1.1464
[0063] 擬合公式的最大相對誤差Δ=1.412%
[0064] 3、監(jiān)測凝汽器實際運行工況下，確定凝汽器正常傳熱系數(shù)與凝汽器實際傳熱系數(shù) 的偏差如表2所示，冷卻水流量為27. 604kg/s。
[0065] 其中凝汽器正常傳熱系數(shù)kc= 94. 327 · M L1464
[0070] 則工況1-3的凝汽器傳熱系數(shù)偏差大于1. 1Δ= 1.6%，屬于凝汽器真空不正常狀 況；而工況4的凝汽器傳熱系數(shù)偏差小于1. 1Δ= 1. 6%，凝汽器真空正常。這與實際情況 相符。
【主權(quán)項】
1. 一種基于k-M模型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法，其特征在于，具體包括如下步驟： 1) 確定給定凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)與工況無量綱數(shù)Μ之間的關(guān) 系： 在給定的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組運行正常的情況下進(jìn)行凝汽器性能試驗，測量數(shù)據(jù)包括 機(jī)組負(fù)荷Pe，冷卻水流量山、凝汽器壓力Ρ。、冷卻水進(jìn)口溫度tw及出口水溫t"2,并通過查表 或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水比熱容Cp和凝汽器壓力下的飽和壓力t,，代入下面 公式求得凝汽器正常傳熱系數(shù)k。，其中A。為凝汽器的換熱面積； 定義凝汽器運行工況相關(guān)參數(shù)為通過實驗數(shù)據(jù)，擬合凝汽器正常傳熱系數(shù)k。和Μ之間的關(guān)系為： kc=a·Mb 其中a、b為與冷卻水流量山相關(guān)的系數(shù)，最后得到擬合k。的最大相對誤差為Δ; 2) 給定工況，即機(jī)組負(fù)荷化、冷卻水流量山、冷卻水進(jìn)口溫度給定下凝汽器正常傳 熱系數(shù)的確定： 用給定工況的機(jī)組負(fù)荷化、冷卻水進(jìn)口溫度tw、冷卻水流量山計算無量綱數(shù)M，將Μ帶 入擬合后正常傳熱系數(shù)k。公式計算可得該運行工況下凝汽器的正常傳熱系數(shù)k。； 3) 在步驟2)給定工況下凝汽器實際傳熱系數(shù)的確定： 在機(jī)組負(fù)荷化，冷卻水流量山、冷卻水進(jìn)口溫度及給定的前提下，測量凝汽器壓力 P。、冷卻水出口水溫t"2,通過查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水比熱容Cp和凝汽 器壓力下的飽和壓力ts，進(jìn)而求得凝汽器實際傳熱系數(shù)k。'，4) 在步驟2)給定工況下凝汽器真空是否正常的判定： 定義實際傳熱系數(shù)與正常傳熱系數(shù)的偏差為老則認(rèn)為 凝汽器真空正常。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于k-M模型的凝汽器真空狀態(tài)判別方法，基于有限試驗數(shù)據(jù)，建立凝汽器的正常傳熱系數(shù)<i>kc</i>和無量綱參數(shù)<i>M</i>之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而確定機(jī)組任一運行工況下凝汽器的正常傳熱系數(shù)<i>kc</i>，通過比較正常傳熱系數(shù)與實際傳熱系數(shù)的偏差，判斷凝汽器真空是否正常。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對給定的實際機(jī)組，不須知道凝汽器具體的結(jié)構(gòu)尺寸，利用有限穩(wěn)定工況的試驗數(shù)據(jù)來確定任一運行穩(wěn)定工況下凝汽器的真空是否正常。
【IPC分類】F28B1/02, G01M99/00, G01M15/00
【公開號】CN105241667
【申請?zhí)枴緾N201510697599
【發(fā)明人】鄭莆燕, 盧冬冬, 姚秀平, 李晉超, 甘志超, 王喬良
【申請人】上海電力學(xué)院
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月23日