汽轮机效率实时计算模型.pdf

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建立凝汽式汽轮机整体效率、理想循环热效率和高、中、低压缸内效率的计算模型,实时分析负荷和机组状态对汽轮机运行效率和热损失的影响规律.结果表明,汽轮机整体效率和理想循环热效率随负荷的增加而单调增加,汽轮机内效率随负荷的增加而单调降低,但变化幅度较小.高、中、低压缸做功比例几乎固定,随负荷变动较小,中压缸做功比例最大,低压缸做功比例最小.汽轮机最大的能量损失来源于排汽的冷端热损失,其次汽轮机内部做功的损失.
第2期 项连清等:1000MW超超临界汽轮机整体效率与内效率实时计算模型 o+273.1 0.52 Doe=d plPsteam8o V7 Paleame +273. 15 0.50 式中,QmM、为理想循环时冷源损失的总热量kJ/h;h,s、 0.48 h,gd、h4,x分别为低压缸等熵排汽焓凝汽器压力对应的 饱和水焓和饱和蒸汽焓,kJ/kg;A为低压缸实际排汽湿度,A 般不超过15%,A为八抽等熵对应的低压缸排汽湿度 As>A;S18、S4,H、S4、wx分别为第八级抽汽的熵、凝汽 理想汽轮发电机整体效率 器压力对应的饱和水熵和饱和蒸汽熵,kJ/(kg·K);D如和 ■实际汽轮发电机整体效率 040 400500600T0 8009001000 Dd分别为低压缸实际和设计工况的排汽流量,t/h; p和 负荷MW Ptm、T1pn和Tp分别为实际和设计工况的第八级 抽汽的压力和温度,Pa,℃ 图2汽轮发电机整体效率随负荷变化 低压缸理想内功率P为3: 阀杆与轴封漏汽损失,主汽门、调门的节流损失,排汽造成的 P, P-P.-P (30) 冷端热损失加大等 低压缸的相对内效率ma为: 图3~图5示出机组平均负荷为63MW,高压缸内效率 nu= Pa/Pa (31)平均值为8756%,相比高压缸设计内效率90.39%,低 283%。中压缸内效率平均值为91.5%,相比中压缸设计内 3结果分析与讨论 效率9.3%,低18%。低压缸内效率为87.25%,相比低压 缸设计内效率89.14%,低189%。高压缸内效率随负荷增 蒸汽的焓值采用APwS-IF7标准计算,由NST的专加而增大高压缸内效率随负荷变动范围约10%。中压缸内 0.92 业物性软件 REFPROP提供。基于北仑三期7号机1000MW 高压紅设计内效率∞03% 超超临界机组在6月4日和5日两天的运行数据进行计算 0.90 分析,计算取值以15min为最小时间间隔,机组负荷为 450MW~1000MW。 将理想汽轮机热耗率qw拟合为机组负荷P的4次幂 086 函数: ■ 0.84 ga=1.8012×10P4-5.1482×10-3P3 5.4996×102P2-26.842P+1.2643×10 082 005006007008009001000 (32) 负荷MW 基于式(7)和式(32)得到理想汽轮发电机整体效率 图3高压缸内效率随负荷变化 7。图1和图2示出机组平均负荷为653MW,理想汽轮 中压缸设计内效率903% 机整体效率为47.9%,实际汽轮机整体效率为46.42%,相比 理想汽轮机整体效率降低1.48%。汽轮机整体效率随负荷 0.93 的增加而单调增加。由于机组实际运行过程为非稳态过程, 0.92 负荷和给水流量处于快速波动的状态,汽轮机整体效率与负 屈091 荷并非精确的一一对应,而是存在一定的数据滞后。 实际汽轮机整体效率相比理想性能曲线下降的原因包 0.90 括:(1)汽轮机高、中低压缸的内效率均有一定程度的降低, 如图3-图5所示,汽轮机内部的不可逆损失包括叶轮鼓风 0.8 005006007008009901000 损失、动叶与静叶摩擦损失、结垢造成的通流面积减少或不 负荷Mw 均匀的流动摩擦损失等;(2)汽轮机外部的不可逆损失包括 图4中压缸内效率随负荷变化 0.52 1000 0.95 低压缸设计内效率8914% 0.50 0.48 700 0.85 3“2 0.44 600 0.80 02→实际汽轮发电相整体效 负荷 500 理想汽轮发电机整体效率 00:0012:0000:0012:0000:00 4005006007008009001000 时间 负荷Mw 图1汽轮发电机整体效率随时间变化 图5低压缸内效率随负荷变化 100 汽轮机技术 第59卷 效率随负荷增大而降低但变动范围小,不到4%。低压缸内 5t 效率随负荷增加而降低,变动范围较大,约15%。 图6示出机组平均负荷为653MW,高压缸做功比例平均 450 值为34.82%,中压缸做功比例平均值为38.35%,低压缸做 功比例平均值为2683%。中压缸做功比例最大,低压缸做 °oes 40 功比例最小。图6示出高、中、低压缸做功比例几乎固定,随 我 负荷变动较小。 平均放热温度T 45 平均吸热温度T s0.40 4005006007008009001000 负荷MW 誘035 图9蒸汽在冷源中的平均放热温度和在热源中 U30 的平均吸热温度随负荷变化 么2 好0.25 到33.14℃,变化范围较小,为2.35℃,远小于平均吸热温度 020 ▲■高压缸做功比例PP T随负荷的变化。随着负荷增加,主蒸汽温度几乎不变,但 ⊙中压缸做功比例,PMP ▲低压缸做功比例PyP 主蒸汽压力逐渐增大,蒸汽在锅炉的平均吸热温度增大,理 5006007008009001000 想循环热效率逐渐增大。由于汽轮机内效率随负荷变化较 负荷Mw 小,可认为汽轮发电机整体效率的大小和变化趋势主要受理 图6高、中、低压缸做功比例随负荷变化 想循环热效率的影响。 图7和图8示出机组平均负荷为653MW,汽轮机理想循 汽轮机最大的损失来源于排汽的冷端损失,本研究中冷 环热效率m为5325%,汽轮机内效率v为894%。汽轮端实际热损失比例大于41.43%;第二大损失来源于汽轮机 机整体效率和理想循环热效率随负荷的增加而单调增大,变内部做功的损失,损失比例为11.06%;汽轮机轴端机械损失 化范围为19%。汽轮机内效率随负荷增大而单调降低,和发电机发电效率损失比例较小,约为1%。 内效率随负荷变化较小,约2%。 ■汽轮发电机整体效率 4结论 0.55 汽轮理想热效; 本文建立模型实时分析汽轮机整体效率、理想循环热效 呂年 率和高、中、低压缸内效率。结果表明 s0.50 (1)汽轮机整体效率和理想循环热效率随负荷的增加而 0.45 单调增大。汽轮机内效率随负荷增大而单调减小,但变化幅 度较小。汽轮发电机整体效率的大小和变化趋势主要受理 想循环热效率的影响。 005006007008009001000 负荷Mw (2)高、中、低压缸做功比例几乎固定,随负荷变动较小。 中压缸做功比例最大,低压缸做功比例最小。 图7汽轮机理想循环热效率随负荷变化 (3)汽轮机最大的损失来源于排汽的冷端损失,本研究 052 0.91 中冷端实际热损失比例大于41.43%;第二大损失来源于汽 0.50 048。g·,日 轮机内部做功的损失,损失比例为11.06%;汽轮机轴端机械 损失和发电机发电效率损失比例较小 046 089R 参考文献 田 044■ 1]洪文鹏,张玲,周勤,等.汽轮机各缸相对内效率变化对热 0.42 汽轮发电机整体效率ηq 耗率影响的计算模型[J.东北电力学院学报,2001,21(4):9 o汽轮机内效率m 0.40 12,29 00500600700 3009001000 负荷Mw [2]曹丽华,李勇,赵会刚。汽轮机相对内效率两种定义方法物 理意义上的等价性分析[门.汽轮机技术,2004,46(4):278 图8汽轮机内效率随负荷变化 280,311 理想循环热效率n:定义为 [3]张海林杨善让,徐志明,等.在线确定凝汽式汽轮机相对内效 1-(T/T) 率的新方法「J1,节能技术,2004,22(1):3-4,2 式中,74、T分别为蒸汽在冷源中平均放热和在锅炉中的平[4]李勇曹丽华杨善让.凝汽式汽轮机相对内效率在线监测 均吸热的热力学温度,K 的一种近似计算方法[J].中国电机工程学报,2002,22(2):64 图9示出负荷从440MW增加到1000MW,蒸汽在锅炉 中的平均吸热温度Tn从约300℃增加到460℃,变动范围约5]李斌,王茹汽轮机低压缸效率的在线计算方法[J.汽 160℃。蒸汽在凝汽器中的平均放热温度T从30.79℃增大 轮机技术,2008,50(6):417-418,473.(下转第155页〕 第2期 张瑞等:基于小波分形的旋转机械声发射信号的故障诊断研究 155 无碰摩状态下 轻微碰摩状态下 严重碰摩状态下 10 -10}………………;…………… 热-20 ILLMLAML 频率/kHz 颊率/kHz 频率 KhZ 图53种不同状态下功率谱图 数据进行计算得出的分形维数见表2。 时延参数,计算量比较大,收敛时间比较长,而小波分形算法 表2小波分形算法计算3种状态下的分形维数 结构简洁,在实际应用时更为方便。 分形维数值无碰摩状态轻微碰摩状态严重碰摩状态 参考文献 D 0.3296 1.6104 1.3696 [1」张谢东,车晓军,陈小佳等.基于声发射技术的转体桥转动球 从表2可以看出,不同碰摩状态下AE信号对应的小波 铰内部受力状态监测[J.交通科技,2016,(1):1-3 分形维数的变化和G-P关联维数的变化近似。无碰摩状态[2]秦萍.动载荷滑动轴承故障诊断的研究[D]成都西南交 下的小波分形维数较小,其数值和G-P关联维十分接近, 通大学,2004 旦发生碰摩,小波分形维数明显增大,和G-P关联维相比 [3 Xie X, Jin G, Yan Y, et al. Free Vibration Analysis of Composite aminated Cylindrical Shells Using the Haar Wavelet Method [J] 小波分形维数更大。因此,小波分形同样能有效判别碰摩的 International Journal of Mechanical Sciences, 2013, 77: 47-56 发生,且和无碰摩的区分度较G-P关联维更好。 [4]邓艾东基于声发射的旋转机械碰摩故障诊断基础问题研究 对于3种不同的实验状态下分别采集3组数据,每组采 [D].南京:东南大学,2008. 集20次,计算出每次AE信号对应的两种不同的分形维数 在同一种状态下分别计算两种算法得出的分形维数的标准 ss]i建成许文雷吴家健等基于N神经网络的液动轴承 差进行比较,结果如表3所示。 [6]刘雨佳.滑动轴承声发射信号形态滤波及分形特征提取方法 表3 两种算法下的标准差 D].长沙:长沙理工大学,2013 G-P算法标准偏差值小波分形算法标准偏差值 [7 Robert C. Hilbom, Mingzhou Ding. Optimal Reconstruction Space for Estimating Correlation Dimension[J]. Lnternational Jourmal of 无碰摩 0.0033 0.0013 Bifurcation Chaos, 2011, 6(2), 377-381 轻微碰摩 0.3730 0.0684 [8]史丽最,段志善.基于混沌-分形理论的往复式活塞隔膜泵磨 严重碰摩 0.0681 0.00792 损故障分析[J].农业机械学报,2010,41(4):222-226 [9] Logan D. B, Mathew J. Using the Correlation Dimension for Vibra 可以看出,由小波分形算法计算每组状态下分形维数值 tion Fault Diagnosis of Rolling Element Bearings-ii. Selection of 的标准偏差值比G-P算法计算每组同状态下分形维数值标 Experimental Parameters[J]. Mechanical Systems and Signal Pro- 准偏差值小很多。说明,小波分形算法比G-P算法在应用 cessing,2013,27(3):61-64. 时更为稳定。 0]赵莹,高隽,陈果,等一种基于分形理论的多尺度多 方向纹理特征提取方法[J].仪器仪表学报,2008,29(4) 787-791 4结论 [11]吕金虎,路君安陈士华混沌时间序列分析及其应用[M 武汉:武汉大学出版社,2002 本文通过对不同碰摩程度状态下AE信号进行分析以及[12] Pomponi e, Vinogradov A, Danyuk A. Wavelet Based Approach to 小波分形算法和G-P关联维算法的比较,得到以下结论 ction and Phase Picking: Applic (1)AE信号反应敏感,当发生碰摩故障时,会产生大量 coustic Emission [J]. Signal Processing, 2015, 115(C): 110 的AE信号。由于AE信号的高灵敏性使得很轻微的碰摩 119 都能在AE波形与频谱上得到明显的反映;当碰摩强度增大13] Marcin M, Aleksande W, Krzysztof B,eta. Fractional Brownian 时,AE信号的幅度也显著增大。因此利用AE技术不仅可以 Motion Versus the Continuous -time Random Walk a Simple 预防碰摩故障的发生,还可以判断出碰摩故障的严重程度。 Test for Subdiffusive Dynamics [J]. Physical Review Letter (2)小波分形计算出的分形维数标准差远小于G-P算 2009,103(18):180602-180602 法因面小波分形值比G-P算法分形值稳定更有利于碰摩14] Mandelbrot,B. The Fractal Geometry of Nature/ Revised and 故障的判别。而且由于G-P算法需要确定最佳嵌入维数与 Enlarged Edition [M]. New York, WH Freeman and Co., 1983 (上接第100页) [6]罗臻赵晓彤,徐志明,等,汽轮机低压缸效率的在线计算[7]韩中合,杨昆,田松峰,等.在线确定凝汽式汽轮机排汽焓的 [J].东北电力学院学报,2001,21(4)1-3 热力学方法[].动力工程,2004,24(3):356-359,374.

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