[发明专利]汽轮机转子体积平均温度计算的惯性环节系数的确定方法

摘要

本发明提供了一种汽轮机转子体积平均温度计算的惯性环节系数的确定方法，其特征在于：该方法由以下6个步骤组成：用汽轮机内缸内壁温度作为转子外表面温度；利用有限元计算获得转子温度场分布；采用3个惯性环节；确定目标函数；确定采用的惯性环节的时间常数和系数；验证惯性环节的时间常数和系数。本发明提供的方法克服了现有技术的不足，利用离线有限元计算的体积平均温度确定惯性环节的个数、时间常数和系数，提高了转子体积平均温度和转子表面的温差及热应力计算的准确性，为汽轮机转子的热应力优化控制和汽轮机变负荷运行的安全性提供了技术保障。

主权项

一种汽轮机转子体积平均温度计算的惯性环节系数的确定方法，其特征在于：该方法由以下6个步骤组成：步骤1：用汽轮机内缸内壁温度作为转子外表面温度；根据有限元计算，在冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动、停机、负荷变动条件下，汽轮机内缸内壁温度与转子外表面温度的差别不超过5℃，在工程上认为，用汽轮机内缸内壁温度作为转子外表面温度参与后续计算不会造成明显的误差；步骤2：利用有限元软件，在冷态、热态、极热态启动条件，计算转子的瞬态的温度场分布，获得转子体积平均温度随时间变化的数据；步骤3：采用3个惯性环节；步骤4：确定目标函数objfun要获得满足条件的惯性环节的常数和系数，需要先确定目标函数，目标函数就是为完成目标而编写的一个要求函数值最小化的函数；通过不断调整常数和系数，搜索到目标函数的最小值，完成目标，有限元方法计算的体积平均温度和惯性环节法计算的体积平均温度的差值的平方和就是一个可用的目标函数objfun；在目标函数中，根据惯性环节的迭代计算公式 y n = y n - 1 + τ a T ( x n - y n - 1 ) 编写惯性环节输入输出关系；即可根据前一次的输出值yn‑1和本次的输入值xn，近似计算出本次的输出值yn；其中，τa为两次计算时间间隔，T为惯性环节的时间常数，与转子材料、体积平均温度处的轴半径及转子平均温度本身有关； T = 3600 5.783 × R 2 A 3 T m 2 + A 2 T m + A 1 其中，R为计算体积平均温度处的轴半径，A1、A2、A3为计算惯性时间的系数，与热传导率有关；Tm是迭代计算前一次获得的体积平均温度。步骤5：确定采用的惯性环节的时间常数和系数x在MATLAB软件中，利用基于模式的直接搜索工具箱中的搜索函数来完成惯性环节的常数和系数的确定；在MATLAB软件的命令行输入下面的语句，完 成有约束问题模式搜索；[x fval]＝patternsearch(@objfun，x0，[]，[]，[]，[]，lb，ub，options)其中，objfun为目标函数；x0为参与模式搜索的初始行向量；lb和ub分别表示变量的下边界和上边界；options是利用psoptimset函数创建的参数结构。fval为目标函数的最终值；x为获得目标函数的最终值对应的行向量；将惯性环节的时间常数、系数的初始值依次放置到x0行向量中，搜索完成，从x行向量中取出对应的惯性环节的时间常数、系数的优化值；步骤6：验证惯性环节的时间常数和系数x以上步骤2～步骤5是针对冷态、热态、极热态启动条件进行的，因此需要对温态启动、停机、负荷变动条件下的情况进行相应的验证；利用步骤5获得的惯性环节的时间常数和系数，采用惯性环节法，计算温态启动、停机、负荷变动条件下的体积平均温度，并与有限元计算结果进行比较；如果温度差值较大，可调整惯性环节的个数，重新从步骤3开始；如果温度差值均满足要求，汽轮机转子体积平均温度计算的惯性环节的个数、时间常数和系数完成确定。