[发明专利]一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法

说明书

本发明公开了一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，首先建立了具有高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的实体仿真模型。求解三维粘性可压缩非定常控制方程组及湍流模型方程组，获取已知边界条件下的流体研究区域的性能参数。基于流体域计算模型，针对每个高调阀开展了阀门流量特性曲线及设计阀序下的各阀点实际通流能力的校核分析。在所优选的阀门流量重叠度基础上生成了汽轮机阀门配汽管理函数。本发明可以准确计算不同开度工况下高调阀流量特性规律，评估获取不同阀点工况下的机组通流能力，有效校核给定重叠度条件下的阀门升呈与总流量总体线性度，对改善火电机组调节品质及安全经济运行具有重要意义。

技术领域

本发明属于火力发电领域，具体涉及一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法。

背景技术

汽轮机的高调阀是重要的调节装置，其配汽方式、控制方式、运行方式、设备性能直接影响机组的调节特性、运行特性、经济性和安全稳定运行水平。当前，大规模风能等新能源的并网消纳，不得不需要越来越多的大功率火电机组的快速深度变负荷运行，同时由于新能源的波动性电网对火电机组顺序阀控制方式下的AGC和一次调频的调节品质要求变的越来越高。

汽轮机阀门管理系统初始设计中，高压调节汽门的开启顺序和高压调节汽门间的重叠度由制造厂商设定，高压调节气门流量特性曲线与顺序阀配汽曲线也由制造厂商提供。由于设计状态与实际环境的偏差，部分机组在运行过程中，常常存在某一负荷区间内某一高压调节汽门震荡，且出现高压调节汽门开度过大的问题；此外，部分机组在单阀/顺序阀切换过程中会出现高调门的振动大、高压转子的受力不均匀、转速波动幅度较大，轴瓦温度升高等问题。这些情况不仅对机组的经济性、安全性造成巨大影响，还对机组的稳定性有着直接的影响，需要引起足够的重视。为了保证汽轮机安全、稳定和经济运行，必须科学、合理、优化汽轮机的配汽规律设计。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，够精准获取阀点流量及单个阀门流量特性，并优选各阀门间的重叠度，最终综合生成优化后的汽轮机阀门配汽管理函数。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据汽轮机组的实际结构，建立具有高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的三维实体几何模型；

步骤二，基于三维实体几何模型，提取通流区流体域的边界，并建立流体计算域模型，采用多块结构化网格对流体计算域进行网格剖分，通过剖分拓扑块自顶向下建立拓扑块与几何的映射关系；

步骤三，在网格剖分后的流体计算域模型的基础上，采用CFD软件建立数值仿真计算模型，并根据实际物理规律设置计算域的进口及出口边界条件；

步骤四，通过三维粘性可压缩非定常控制方程组及湍流模型方程组求解已知边界条件下的流体研究区域的性能参数，三维粘性可压缩非定常控制方程组分别由连续方程、动量方程和能量方程所组成；

步骤五，利用所建立的数值仿真计算模型，依次针对每个高调阀开展阀门流量特性曲线计算分析，通过改变计算模型中单个高调阀阀门开度，获取得不同阀门开度与调节级流量所对应的函数关系式；

步骤六，利用所建立的数值仿真计算模型，开展阀点流量的计算分析，分别按照机组设计阀序，计算两阀点、三阀点及四阀点工况下调节级实际通流能力；

步骤七，基于CFD模型所获取的阀点流量及单个阀门流量特性，对各个阀门进行流量分配，并优化各阀门间的重叠度，最终综合生成汽轮机阀门配汽管理函数。

步骤一中，高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的实体三几何模型生成方法如下：

通过截面曲线组放样生成叶身实体，或通过对截面曲线采用三次B样条曲线来拟成；

其中k次B样条曲线方程为：