本發(fā)明涉及輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法及優(yōu)化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽輪機(jī)排汽通道用于將輪機(jī)排氣口蒸汽冷卻冷凝，以對蒸汽熱能進(jìn)行再利用。上世紀(jì)80年代開始對汽輪機(jī)低壓缸排汽通道性能進(jìn)行研究，并用試驗證明，凝汽器管束傳熱系數(shù)隨蒸汽速度上升而上升，但當(dāng)蒸汽速度超過50m/s時，傳熱系數(shù)不再變化。該試驗研究結(jié)論表明，對排汽通道優(yōu)化、使凝汽器管束入口蒸汽流場相對均勻合理，可以提高凝汽器總體換熱系數(shù)，達(dá)到提高真空、降低排汽壓力的目的。

現(xiàn)在普遍使用的汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，多為在引進(jìn)上世紀(jì)70年代傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上改型自行生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，有關(guān)模型試驗顯示，其排汽通道中凝汽器冷卻管入口截面處的蒸汽分布很不合理，存在較為明顯的漩渦區(qū)和回流區(qū)，勢必導(dǎo)致凝汽器有效換熱面積降低，影響凝汽器換熱性能。有待于對汽輪機(jī)排汽通道進(jìn)行優(yōu)化改造、改變凝汽器冷卻管入口截面汽流分布不合理的現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)到降低汽輪機(jī)排汽壓力的目的。

現(xiàn)有技術(shù)中研究排汽缸出口汽流分布盡可能均勻的措施，提出在排汽通道適當(dāng)加裝導(dǎo)流板，可減少熱損失，提高凝汽器性能；或關(guān)注排氣通道出口蒸汽流場與凝汽器管束的配合以提高凝汽器的綜合性能。

但現(xiàn)有的輪機(jī)排汽通道排汽性能的研究結(jié)論多用于改型產(chǎn)品設(shè)計，沒有形成單獨產(chǎn)品，且對已運行機(jī)組的缺陷束手無策，現(xiàn)有的研究都是特定結(jié)構(gòu)、特定機(jī)型的研究，投入大、負(fù)擔(dān)重，缺乏靈活性和普遍適用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，該方法調(diào)整輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值達(dá)到設(shè)定值，減少排汽渦流，均勻排氣流速，使排汽通道及其相連的輪機(jī)低壓缸等結(jié)構(gòu)更加合理，提高產(chǎn)品壽命和熱交換能力，調(diào)整方法靈活，廣泛適用于現(xiàn)有輪機(jī)排汽通道的排汽效果優(yōu)化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，該方法包括：采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；將所述排汽參數(shù)應(yīng)用到輪機(jī)排汽通道三維模型中，計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；以及，將所計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，當(dāng)所述計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值不一致，調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式。

優(yōu)選地，所述調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式包括：調(diào)整所述均流裝置的位置、所述均流裝置與所述輪機(jī)排氣通道的角度或所述均流裝置的導(dǎo)流板的型線中的至少一種。

優(yōu)選地，所述輪機(jī)排汽通道三維模型為包括輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三維模型。

優(yōu)選地，所述采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)包括：采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的溫度值和壓力值。

優(yōu)選地，所述計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值包括：利用流體動力計算cfd軟件計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值。

優(yōu)選地，該方法還包括：

采集調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；

將所述調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)應(yīng)用到所述輪機(jī)排汽通道三維模型中，重新計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；以及，將重新計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，當(dāng)所述重新計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值不一致，調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式，直至調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值與設(shè)定值一致時，停止調(diào)整。

本發(fā)明還提供一種用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：采樣裝置，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；計算裝置，用于將所述排汽參數(shù)應(yīng)用輪機(jī)排汽通道三維模型中，計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；其中，所述計算裝置還被配置為：將所計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，獲得比較結(jié)果；以及，調(diào)整裝置，根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式。

優(yōu)選地，所述采集裝置包括：溫度傳感器，安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的溫度值；和壓力傳感器，安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的壓力值。

優(yōu)選地，所述輪機(jī)排汽通道三維模型為包括輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三維模型。

本發(fā)明還提供一種輪機(jī)排汽通道，包括依次連接的輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器，還包括：均流裝置，所述均流裝置通過如上任一項所述的調(diào)整方法調(diào)整安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)。

通過上述技術(shù)方案，通過數(shù)值模擬計算輪機(jī)排氣通道三維模型的蒸汽流場值，并根據(jù)模擬計算的蒸汽流場值與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)構(gòu)確定輪機(jī)排氣通道內(nèi)的均流裝置的布置方式，最終達(dá)到計算的蒸汽流場值與設(shè)定值一致的目的，使輪機(jī)排氣通道內(nèi)的均流裝置的最終布置方式使輪機(jī)排氣通道具有最佳的均流效果，排氣通道內(nèi)氣場均勻，提高熱交換能力，提高熱能轉(zhuǎn)換效率；通過數(shù)值模擬計算輪機(jī)排汽通道在不同的均流裝置布置方式下的蒸汽流場值，根據(jù)模擬計算結(jié)果指導(dǎo)均流裝置的調(diào)整，尋找最優(yōu)的調(diào)整結(jié)果，具有高效、靈活、廣泛適用的優(yōu)點。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1a是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖；

圖1b是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖；

圖1c是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖；

圖1d是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖；

圖2是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖；

圖3是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記說明

10采樣裝置11溫度傳感器

12壓力傳感器20計算裝置

30調(diào)整裝置

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1a是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖。如圖1a所示的本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，包括：在步驟s20中，采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；在步驟s30中，將所述排汽參數(shù)應(yīng)用到輪機(jī)排汽通道三維模型中，計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；以及，在步驟s40中，將所計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，當(dāng)所述計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值不一致，調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式。

上述方案中，在步驟s40中，所述調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式包括：調(diào)整所述均流裝置的位置、所述均流裝置與所述輪機(jī)排氣通道的角度或所述均流裝置的導(dǎo)流板的型線中的至少一種。

在步驟s40中，均流裝置布置方式的改變包括構(gòu)成均流裝置的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)的型線，例如使用流線型斜板、垂直立板或傾斜直板，以及例如可使用上述不同型線的組合方式，例如可調(diào)整均流裝置的布置的位置，例如可以平行轉(zhuǎn)子軸向、垂直轉(zhuǎn)子軸向、位于排汽通道內(nèi)不同高度等方式，具體可根據(jù)現(xiàn)場施工的可實現(xiàn)性來操作。

上述方案中，所述輪機(jī)排汽通道三維模型為包括輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三維模型。

本發(fā)明實施方式的輪機(jī)排氣通道蒸汽流場調(diào)整方法，通過數(shù)值模擬計算輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值，以指導(dǎo)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式的調(diào)整，依據(jù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)計算蒸汽流場值，提高調(diào)整的效率和準(zhǔn)確性，高效、靈活且適用廣泛，可廣泛用于排汽通道產(chǎn)品的生成或已有排汽通道的調(diào)整優(yōu)化。

對已有輪機(jī)排氣通道的改造，可利用輪機(jī)機(jī)組大修或小修機(jī)會均可實施，且低壓缸不需揭缸。所有設(shè)備均采用模塊化結(jié)構(gòu)，由低壓缸人口門進(jìn)入低壓缸，在低壓缸內(nèi)部組合、裝配完成。

圖1b是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖。如圖1b所示的本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，作為示例，在步驟s20中，采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)包括：采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的溫度值和壓力值。

上述方案中，步驟s30中，所述計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值包括：利用流體動力計算cfd軟件計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值。以提高數(shù)據(jù)處理的效率和計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1c是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖。如圖1c所示的本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，作為示例，該方法還包括：在步驟s10中，建立輪機(jī)排汽通道的三維模型。

通過建立輪機(jī)排汽通道的三維模型，利用cfd軟件通過該模型對輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值進(jìn)行數(shù)值模擬，以計算輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值，通過多次調(diào)整均流裝置的布置方式改變蒸汽流場值。

本發(fā)明實施方式中，在采集輪機(jī)排氣通道的排汽參數(shù)前，先建立輪機(jī)排氣通道的三維模型，作為示例，該三維模型例如包括低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的三維圖紙模型。進(jìn)一步地，例如還可以包括凝汽器喉部內(nèi)抽汽管道、低壓加熱器、內(nèi)部撐管以及軸封供/抽汽管道結(jié)構(gòu)，以綜合考慮排汽通道內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)對排汽效果的影響。

圖1d是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖。如圖1d所示的本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法，作為示例，步驟s40進(jìn)一步包括：步驟s41，判斷所計算的蒸汽流場值是否與設(shè)定值一致；如否，則在步驟s42中，調(diào)整輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式；如在s41中，判斷所計算的蒸汽流場值與設(shè)定值一致，則確定調(diào)整完成。

本發(fā)明實施方式中，在調(diào)整中以設(shè)定值為參考值，以指導(dǎo)均流裝置的調(diào)整安裝，使輪機(jī)排氣通道的蒸汽流場值趨于設(shè)定值，尋找最優(yōu)調(diào)整結(jié)果。

根據(jù)現(xiàn)場施工試驗，依據(jù)600mw機(jī)組實際工程情況，通常需要從至少十幾個方案中最終得到優(yōu)化的均流裝置調(diào)整安裝方案。

在通過數(shù)值模擬得到最優(yōu)化技術(shù)方案后，對均流裝置模塊進(jìn)行工業(yè)設(shè)計、加工，同時依據(jù)排汽通道圖紙進(jìn)行實施方案的工程設(shè)計，如有必要，可對方案和產(chǎn)品型線進(jìn)行微調(diào)，并利用數(shù)值模型再度驗證并指導(dǎo)工業(yè)設(shè)計，確保工程實施的順利進(jìn)行。

圖2是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法流程圖。如圖2所示的本發(fā)明實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法還包括：

重復(fù)步驟s20，采集調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；并重復(fù)步驟s30，將所述調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)應(yīng)用到所述輪機(jī)排汽通道三維模型中，重新計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；以及重復(fù)步驟s41，將重新計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，當(dāng)所述重新計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值不一致，重復(fù)步驟s42，調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式，直至調(diào)整均流裝置的布置方式后的所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值與設(shè)定值一致時，停止調(diào)整。

上述方案中，在步驟s42中對輪機(jī)排氣通道內(nèi)的均流裝置的布置方式進(jìn)行調(diào)整后，繼續(xù)執(zhí)行步驟s20，步驟s30和s41，重新計算排汽通道內(nèi)的蒸汽流場值并與設(shè)定值比較，反復(fù)完成調(diào)整、采集、計算和比較的步驟，最終當(dāng)蒸汽流場值與設(shè)定值一致時，完成調(diào)整。通過反復(fù)調(diào)整、計算，直至蒸汽流場值與設(shè)定值一致，對應(yīng)的均流裝置的布置方案即為排汽通道改造的最優(yōu)化方案。

圖3是本發(fā)明一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示的本發(fā)明實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)，包括：采樣裝置10，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的排汽參數(shù)；計算裝置20，用于將所述排汽參數(shù)應(yīng)用輪機(jī)排汽通道三維模型中，計算所述輪機(jī)排汽通道的蒸汽流場值；其中，所述計算裝置20還被配置為：將所計算的所述蒸汽流場值與設(shè)定值比較，獲得比較結(jié)果；以及，調(diào)整裝置30，根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的均流裝置的布置方式。

圖4是本發(fā)明另一種實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示的本發(fā)明實施方式的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化系統(tǒng)，所述采集裝置10包括：溫度傳感器11，安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的溫度值；和壓力傳感器12，安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)，用于采集所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)的壓力值。

上述方案中，所述輪機(jī)排汽通道三維模型為包括輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器的排汽通道的三維模型。

本發(fā)明還提供一種輪機(jī)排汽通道，包括依次連接的輪機(jī)低壓缸、凝汽器喉部和凝汽器，該輪機(jī)排汽通道還包括：均流裝置，所述均流裝置通過如上任一項所述的調(diào)整方法調(diào)整安裝在所述輪機(jī)排汽通道內(nèi)。

本發(fā)明還提供一種汽輪機(jī)，包括上述輪機(jī)排汽通道。

本發(fā)明的用于輪機(jī)的排汽通道優(yōu)化方法以及調(diào)整系統(tǒng)，通過數(shù)值模擬和三維建模方式調(diào)整均流裝置的布置方式，繼而輪機(jī)排氣通道的蒸汽流場值，具有靈活、高效的優(yōu)點，而根據(jù)該方法生產(chǎn)或改造的輪機(jī)排氣通道蒸汽流場均勻合理，熱轉(zhuǎn)換效率提高，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

以下為針對改造調(diào)整后的輪機(jī)排氣通道具有的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的分析：

1、經(jīng)濟(jì)效益

①從發(fā)電角度計算

根據(jù)多臺機(jī)組改造前后試驗數(shù)據(jù)及汽輪機(jī)廠提供的機(jī)組低壓缸排汽壓力對功率的修正曲線，當(dāng)排汽壓力降低0.4kpa，對應(yīng)的功率約增加0.24％，按年運行小時7000小時，電價0.3元/度計算，則每年多發(fā)電帶來的收益：

m＝(600×103kw×0.24％×7000h)×0.3×10-4＝310萬元

②從節(jié)煤的角度計算

600mw汽輪機(jī)排汽壓力每降低1kpa，對應(yīng)煤耗降低2g/kwh，年節(jié)約標(biāo)煤6000噸。當(dāng)排汽壓力降低0.4kpa時，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為：(鍋爐效率取0.92，管道效率取0.99)

t＝0.4×2×10-6t/kwh×600×103kw×7000/0.92/0.99＝3689噸

如果按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤400元計算，則年節(jié)約資金：

m＝400×3689＝147萬元

③投資回收期：

本優(yōu)化改造項目，無需任何運行維護(hù)費用，亦不消耗任何能源，故其投資回收期可簡單計算如下：

x＝40×1.17/147＝0.32年。

從上述計算可知，投入安裝不到4個月就可收回全部投資。

2、社會效益

按每燃燒1噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生2.3噸二氧化碳計算，則每臺600mw機(jī)組排汽通道優(yōu)化改造后，年減排co2為：

2.3×3689＝8484噸

可見，改造后的輪機(jī)排汽通道減小二氧化碳排放，利于改善溫室效應(yīng)，減輕對環(huán)境的污染。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。