汽轮机性能验收试验中低压缸热力过程线的处理方法

汽轮机性能验收试验中低压缸热力过程线的处理方法

杨海生1,郭江龙1,孟向明2

(1.河北省电力研究院,河北石家庄　050021;2.华北电力设计院工程有限公司,北京　100011)

[摘

要]　根据ASMEPTC6汽轮机性能验收试验规范确定低压缸排汽比焓的计算原则,介绍了目

前国内外对计算低压缸排汽比焓及热力过程线的4种处理方法,并对各种方法的优缺点进行了具体的分析。针对某一具体机型,给出了4种处理方法的计算结果,并在实际试验计算中对各种处理方法的具体应用提出了建议。[关键词]　汽轮机;性能试验;低压缸;排汽比焓;热力过程[中图分类号]　TM621.4[文献标识码]　A[文章编号]　10023364(2007)02003903

　　在汽轮机的性能验收试验中,需要计算低压缸的效率及进行一类系统修正。由于目前尚不具备在线测量湿蒸汽湿度的手段,当低压缸的抽汽及排汽处于湿蒸汽区域时,其压力和温度不再是独立参数,其比焓值便不能由相应的压力和温度测点予以确定。计算汽轮机末级排汽比焓,ASMEPTC6A1982中推荐2种方法:(1)根据汽轮机总的输入、输出热量的平衡,通过计算汽轮机功率确定排汽比焓,即利用热平衡方程、物质平衡方程和汽轮机的功率方程,对回热式汽轮机组的热力系统进行计算。该方法需首先假定1个排汽比焓为初值,然后计算得出相应湿抽汽点比

与排汽参数点按直线连接;(2)对方法(1)进行修正[1];

(3)最小二乘法进行曲线拟合[2];(4)国外常用的公式曲线拟合算法。

1　ASMEPTC6对汽轮机排汽比焓的

计算要求

　　ASMEPTC6-1996对汽轮机排汽比焓的计算要求较简单:对过热蒸汽区运行的汽轮机,应用迭代过程计算排汽比焓;由各加热器热平衡,求出加热器的抽汽流量;在湿蒸汽区的抽汽点比焓值,可由试验热力过程线推算获得,该过程线是由进、出低压缸的状态参数点连成的光滑曲线。第1次试验计算时,应给定一个排汽比焓的初值。

排汽比焓迭代的计算结果与处于湿蒸汽区域的抽汽点参数相关,一般火电机组仅末级或次末级抽汽处于湿蒸汽区。每一步迭代中,都需要确定湿蒸汽区域的抽汽参数,而抽汽参数与标准中要求的由进、出低压缸的状态参数点连成的热力过程光滑曲线的形状直接相关。

焓值再进行迭代计算;(2)根据已知的热段再热蒸汽状态点和抽汽状态点作出做功膨胀线,然后将此曲线平滑外推到湿蒸汽区,得出处于湿蒸汽区的抽汽及排汽比焓值。这种方法较简单,程序便于实现,但由于热力过程曲线拟合点数目较少,精度较差。GB8117287采用前一种方法。

由于ASME标准中只规定了计算的原则,排汽及湿蒸汽区域抽汽的比焓值在实际计算中,对于中低压缸热力过程线尚无统一的处理方法。目前采用的处理方法主要有:(1)对低压缸热力过程线按照进汽参数点

作者简介:　杨海生(1974-),男,学士,主要从事汽轮机性能试验及经济性分析。

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技术交流

2　国内外采用的几种热力过程线处理

　　将hpq,ELEP作为迭代初值,hl作为湿蒸汽抽汽段的

比焓值进行机组热平衡及质量平衡计算,计算出低压缸有用能终点比焓值hpq,UEEP,扣除排汽损失得到热力过程线终点比焓值为hpq,ELEP。方法(2)优点在于考虑了汽轮机低压缸热力过程线的实际状况,并作了一定的近似处理,计算结果与方法(1)相比更加合理。方法(2)的问题在于当低压缸存在两段的湿蒸汽抽汽时,如两段湿蒸汽都采用式(2)的处理方法,则其中的一段低压抽汽计算结果不可靠。

(3)最小二乘法的曲线拟合处理方法[2]。文献[2]提出了根据已知抽汽状态参数点及计算膨胀终点方法

　　(1)对低压缸热力过程线按照进汽状态参数点与排汽状态参数点连接成直线。以一台300MW再热机组为例,即假定排汽比焓初值为hpq,ELEP,则湿蒸汽区域抽汽的比焓值按以下公式计算:

(1)hcq=hlpi-Δhdsηlp式中:hcq为所求抽汽点的比焓值;hlpi为低压缸进汽的

比焓值;Δhds为从低压缸进口至抽汽段等熵焓降;ηlp为低压缸效率。

根据能量平衡关系,hpq,ELEP又可最终转化为湿蒸汽抽汽比焓的函数,即hpq,ELEP=f(hcq)。

目前,在各电力试验院所进行汽轮机的性能验收试验计算时,多采用此方式处理。此方法的主要优点在于计算简单方便,可直接采用式(1)计算出抽汽比焓值,并进行低压缸排汽比焓的下一步运算。其缺点在于将低压缸的热力过程线简化为一条直线(图1中a线),与汽轮机低压部分实际热力过程有较大的出入。文献[4]中试验数据表明,在湿蒸汽区域运行的级效率,在Wilson线以下湿度每增加1%,将使湿汽损失增加约0.75%。这说明,在湿蒸汽区域后的各级热力过程线在焓熵图上应显得较平缓(图1中b线)。

参数,采用最小二乘法进行热力过程线动态拟合。这种方法理论上是可行的,也满足了过程线光滑的要求,但在曲线拟合中,要求根据已知的参数用最小二乘法拟合出的曲线必须是凹的,且在膨胀线终点前不能有拐点,这样在参数测量点有限的情况下用一般拟合方法如多项式拟合等得到的曲线不能满足要求,而须采用某些特殊的拟合函数。

(4)国外常用的公式曲线拟合算法。文献[3]根

据ASME论文62-WA-209,在预测汽轮机低压部分性能时,对其热力过程线处理上采用了如下的公式:

s=10

hB-(h+Y)+RO(h-hB)+sB-Z(3)

371.0

hB-(hA+Y)371.0

其中:

(SA-SB)+Z-RO=

(hA-hB)Z=10

-(Y/371.0)

10

　　Y=650,为热力过程线型系数。

式中:hA,sA分别为热力过程线起始点参数;hB,sB分别为热力过程线终点参数;s,h为热力过程线上任一点参数。

对于GE公司的汽轮机,中低压合缸热力过程线可合并在一起考虑,其热力过程线型系数取为650。由于式(3)中引入了热力过程线型系数,在处理非GE公司机型或计算偏离设计工况时,通过改变Y值来调整机组的热力过程线,从而达到与现场实际测量值相符合的效果。

在国外某些已经很成熟的商用软件如PEPSE也采用GE公司软件计算模型,但对非GE机组,该软件可以通过中低压缸效率修正系数及其热力过程线型系数来适应不同生产厂商制造的汽轮机的计算需要。

采用上述公式进行低压缸计算的过程如下:计算时

图1　汽轮机低压缸热力过程线

(2)曲线处理方法[1]。曲线处理法考虑到了实际

的热力过程线为一曲线,如图1中所示,实际湿蒸汽抽

汽比焓值为hl,h″l为将低压缸热力过程线按照直线处理得到的抽汽比焓值,h′l为抽汽段压力pl下的等熵比焓值。将hl与h″h′l、l的关系近似表达为下式:

(2)hl≈(h″′l+hl)/2　40　

热力发电・2007(2)技术交流

根据假定的排汽比焓值及中压缸通流部分进汽比焓值,确定一适当的热力过程线型系数,在此系数下热力过程线与中低压缸通流部分试验测得的过热抽汽段参数为最佳拟合。按此线型系数代入式(3)确定湿蒸汽抽汽段的参数,重新对低压缸排汽比焓初值进行迭代计算。

此方法的优点在于其公式是建立在GE公司对其汽轮机特性研究的基础上,具有较高可靠性和适应性,并已在国外相关的商用软件中采用。此方法的缺点是低压缸排汽比焓计算过程较繁琐,如对非GE机组需对每一排汽焓迭代值需要搜寻最优热力过程线型系数。在进行湿蒸汽区域抽汽段的比焓值求解时,也需要进行迭代计算。

在实际的验收试验中,由于现场机组状况与设计有可能差别较大,上述4种处理方法在应用中应注意以下几点:

(1)若采用曲线拟合的方法,如方法(3)、方法(4),应选好中低压缸热力过程线上过热区域抽汽段的状态点。有些机组的抽汽段参数与设计值偏离很多,在排除测量原因的情况下,有可能是汽轮机内部级间漏汽量太大。在这种情况下,如采用曲线拟合可以舍弃这些抽汽参数。

(2)如采用方法(3)、(4),则热力过程线起始点应

(2)选用中压缸通流部分的进汽参数。采用方法(1)、时,直接采用低压缸进汽参数作为热力过程线起始点。失败。表中的计算结果采用了有理分式函数拟合。

方法(4)由于采用比较确定的公式,可以确保最小二乘法拟合得到的曲线满足方法(3)中的要求。最终计算结果与排汽比焓初值关系不大,一般迭代过程2～3次即可满足要求。

4　几种处理方法应用中注意的问题

3　几种计算方法算例的结果及分析采用以上4种处理方法对国内某台600MW机组的低压缸排汽比焓进行了计算,计算结果如表1所示。4种处理方法的计算结果偏差不大。虽然不同的处理

方法计算得到的七、八段抽汽比焓值差别较大,但对低

压缸排汽有用能的焓值影响都不大,其中方法(3)与方法(4)结果与制造厂计算的数据最为接近。这主要是因为两种方法的热力过程线处理上最为光滑,可使湿蒸汽区域的各段抽汽比焓值和过程线终点比焓值与可测量的数据有最大的相关性。

表1　600MW机组低压缸排汽比焓值的4种方法计算结果

kJ・kg-1

　　项目七段抽汽八段抽汽

设计值

方法1

方法2

方法3

方法4

5　结　语

(1)在ASMEPTC6-1996确定的低压缸排汽比

2645.202665.542644.762651.602658.162508.202502.692474.382490.002497.35

低压缸排汽有

2352.802351.992354.232352.842352.58

用能焓值hUEEP低压缸效率ηlp,ELEP

91.17

91.29

91.03

91.18

91.22

焓值计算原则的基础上,论述了国内外在目前计算低

压缸排汽比焓值过程中对热力过程线的4种处理方法,并对各种方法的优、缺点进行了具体的分析。

(2)如采用曲线拟合的计算方法,要注意采用的过热区域抽汽段参数的质量及热力过程线起始点的选取。

(3)在性能验收试验中,推荐采用第4种处理方法,因为其具有良好的收敛特性,且拟合曲线光滑,能最好的符合ASME标准中的要求。

[参　考　文　献]

　　方法(1)得到的低压缸有用能焓值hUEEP最低,而

得到的低压缸效率η这是因为热力过程线lp,ELEP最高。采用直线的处理方式使得湿蒸汽区域的抽汽比焓值高于其它几种方式,在对应低压加热器进出水侧温度相同的情况下相应抽汽段的抽汽量减少,低压缸的排汽量最大,因此计算出的低压缸排汽有用能焓值最低。

方法(3)的计算结果与计算初始的排汽比焓初值有密切关系。在某些情况下,排汽比焓初值假定不合理会使拟合出的曲线不符合方法(3)中的相关要求而

[1]　胥传普.一种新型火电机组热经济性分析软件[J].中国

电力,1998,31(10):53254.

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[4]　K.C.Cotton.EvaluatingandImprovingSteamTurbine

Performance[M].CottonFact,1998.

(下转第44页)

热力发电・2007(2)　41

技术交流

本文对基于USB的数据采集进行了尝试,将USB数据采集技术应用到了叶片测频中。

叶片测频用于汽轮机叶片固有频率的测量,是保证汽轮机安全运行的一种预防性试验,是目前对汽轮机叶片进行技术监督的一种不可缺少的手段。传统的叶片测频方法需要示波器、信号发生器与频率计,现场试验不太方便[6]。本系统可以很方便地实现叶片频率的测量与存储,敲击叶片,系统自动捕捉信号,同时绘出波形、频谱和李萨如图,直接得到叶片频率,采样频率可达30kHz,能够测量的频率范围为0～2kHz。

(4)文献[1]系统采用文件方式最多只能存储120组数据,本系统数据量没有限制,能够保留大量机组振动原始数据及平衡计算的影响系数,为一次平衡提供数据基础。

(5)依据旋转机械状态监测软件多次开发以及现场的经验,结合Windows的用户界面,本系统根据功能需求重新布局了界面,如在三维谱中添加了单条频谱查点功能、叶片测频中提供波形数据编辑、任意选择数据长度显示功能及平衡计算结果数据与图形同时显示等,设计了友好的人机交互界面,图形丰富,提示直观清楚、操作简单、方便,操作人员不用专门培训就能够很快的掌握各种操作。系统界面自适应不同的屏幕分辨率,在不同分辨率下均能正常显示,也为系统进一步小型化到掌上电脑(PDA)奠定了基础。

[参　考　文　献]

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与冲击,2000,19(1).

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[3]　卢文祥,杜润生.机械工程测试、信息、信号分析[M].武

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现技巧[J].计算机时代,2005,(8).

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量与测试技术,2005,32(2).

[6]　邢晓鹏.某型发动机涡轮叶片频率测试系统的设计与存

在问题分析[J].测控技术,2001,20(10).

DEVELOPMENTOFPORTABLEDYNAMICBALANCINGANDVIBRATION

ANALYSINGSYSTEMFORROTARYMACHINES

ZHANGJin-ping,HUANGShu-hong,HEGou-qiang

(CentralChinaUniversityofScience&Technology,Wuhan430074,HubeiProvince,PRC)

Abstract:Theconstructionandmainfunctionfeatures,aswellasseveralkeytechnologiesforapplicationoftheportabledynamicbal2ancingandvibrationanalysingsystemhavebeenpresented,andsomeretrofitsinaspectofminiaturizingthesaidsystembeingmade,layingafoundationforfurtherminiaturization.Thesaidsystemintegratesvibrationanalysisanddynamicbalancingoftherotorandshaftintooneentity,providingwithaperfectworkingplatformforthevibrationtestandanalysis,aswellasforthedynamicbalan2cingtest.

Keywords:rotarymachine;rotor;shaft;dynamicbalancing;vibrationanalysis;portabletype;miniaturization.

(上接第41页)

PROCESSINGMETHODSFORCONDITIONCURVESOFLOW-PRESSURE

CYLINDERINTURBINEPERFORMANCEACCEPTANCETEST

YANGHai-sheng1,GUOJiang-long1,MENGXiang-ming2

(1.HebeiProvincialElectricPowerResearchInstitute,Shijiazhuang050021,HebeiProvince,PRC;

2.NorthChinaElectricPowerDesignEngineeringCoLtd;Beijing100011,PRC)

Abstract:BasedonASMEPTC6TurbinePerformanceAcceptanceTestCode,theprincipleofcalculatingthespecificenthalpyofex2hauststeamfromlow-pressure(LP)cylinderhasbeendetermined.andfourprocessingmethodsforconditioncurvesincalculationofspecificenthalpyforexhaustcsteamfromLPcylinderathomeandabroadbeingpresented,andtheadvantagesanddisadvantagesofeachmethodbeinganalysed.Directingagainstoneconcreteunittype,thecalculatedresultsoffourprocessingmethodshavebeengiven,andrecommendationsforconcreteapplicationofeachprocessingmethodinpracticaltestandcalculationbeingputforward.Keywords:steamturbine;performancetest;LPcylinder;specificenthalpyofexhauststeam;thermalprocess.

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