一种工业汽轮机排汽系统优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106326531A(43)申请公布日2017.01.11(21)申请号201610654117.0(22)申请日2016.08.09(71)申请人杭州汽轮机股份有限公司地址310022浙江省杭州市下城区石桥路357号(72)发明人隋永枫初鹏辛小鹏许运宾张宇明(74)专利代理机构浙江凯麦律师事务所33218代理人金国栋(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种工业汽轮机排汽系统优化方法(57)摘要本发明公开了一种工业汽轮机排汽系统优化方法。该方法基于SiPESC.OPT集成软件平台，集成建模、网格划分、数值计算，结果提取、优化算法等多个软件构建了透平低压排汽缸优化设计系统。该优化方法，实现排汽缸的参数化建模；通过计算低压级组的气动性能，得到更真实的排汽缸进口的汽流参数；采用合适的湍流模型，求解N-S偏微分方程，对排汽缸进行三维数值模拟，得到排汽缸内部详细的流动状况和气动性能；通过优化算法来实现排汽缸扩压器的优化迭代，直至全局收敛。采用本发明优化设计的排汽缸，可以提高排汽缸的气动性能进而提高工业汽轮机的整机效率。CN106326531ACN106326531A权利要求书1/1页1.一种工业汽轮机排汽系统的优化方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、设叶轮机械内部流动服从N-S方程，考虑粘性和间隙泄露等实际的影响，将排汽缸扩压器部分进行三维结构特征参数化；以便后期调用宏文件修改排汽缸扩压器的结构。步骤2、对排汽缸前的低压级组进行建模，网格划分和气动计算；边界条件为设计参数，进口给定总温、总压、水蒸汽的干度，出口给定静压，计算工质为水蒸汽。应用三维流体数值计算软件分析低压叶片的气动性能，计算得到低压叶片组出口的压力、温度、气流角和其他气动参数的分布；步骤3、应用网格划分软件对结构参数化后的排汽缸进行网格划分，对边界层进行加密，使得网格质量符合选用湍流模型的Y+值要求。记录网格划分过程，录制为宏，在后期优化过程中调用该宏，实现网格的自动划分；步骤4、将步骤2得到的低压叶片组出口的气动参数加入到排汽缸进口，作为排汽缸进口条件，排汽缸出口给定背压，应用三维流体数值计算软件对排汽缸气动性能进行分析，选择合适的湍流模型来计算排汽缸的气动特性，计算残差小于10E-5，且稳定，则视为流场收敛；步骤5、提取排汽缸数值计算的结果，排汽缸进出口总温、总压、速度，并计算得到排汽缸的静压恢复系数和总压损失系数；步骤6、将上述步骤1～步骤5集成在软件优化平台SiPESC.OPT上，并应用优化算法对排汽缸的静压恢复系数和总压损失系数进行寻优，将排汽缸的扩压器角度和长度作为控制变量，改变控制变量的大小，得到不同的目标函数值。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，三维流体数值计算软件采用CFX或Fluent；网格划分软件采用Turbogrid或ICEM或Gambit。3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤6中的优化算法采用蚁群算法或遗传算法。4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤1中排汽缸扩压器部分进行三维结构特征参数化具体是对扩压器结构的导叶持环部分参数化建模，导叶持环分为两段，定义四个参数化变量，分别是D8是扩压器第一段起始角度，D9是扩压器第一段长度，D10是扩压器第二段起始角度，D11是扩压器第二段长度。5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，根据排汽缸的工艺和强度刚度要求，确定D8、D9、D10、D11这四个变量的上限和下限为2CN106326531A说明书1/3页一种工业汽轮机排汽系统优化方法技术领域[0001]本发明涉及一种工业汽轮机，尤其是针对汽轮机排汽缸的排汽优化方法。背景技术[0002]提高汽轮机经济性可以从下列的两个方面中改进。一是通过提高新蒸汽的参数，例如提高压力、温度，来改善汽轮机热力过程，增大单个机组的做功能力，如超临界以及超超临界汽轮机；第二个途径是优化汽轮机结构，比如进汽阀、各级叶片和排汽缸等通流部件，来提高汽轮机的通流能力、热效率，从而提高整个机组的效率。[0003]凝汽式汽轮机中，低压排汽缸主要包括扩压器和蜗壳，排汽缸连接汽轮机末级动叶和冷凝器。排汽缸的作用是将汽轮机末级叶片出口的余速动能变成压力能，同将湿蒸汽从末级叶片导流到冷凝器中。汽轮机末级余速动能为45KJ/kg～60KJ/kg，排汽损失比较大，排汽缸能量损失降低0.1，可使汽轮机整机效率提高0.15％左右。降低低压排汽缸损失系数可以有效提高机组效率，带来可观的经济效益。[0004]排汽缸内部流动复杂，呈三维、粘性、非定常流动，受到上游叶片出口速度分布的影响，准确预测排汽缸的性能较为困难。一般