船舶蒸汽动力系统设计方案的仿真验证

船舶蒸汽动力系统设计方案的仿真验证【摘要】10.3969/j.issn.1673-3185.2023.05.013% 为在设计初期对某船舶在系统初步设计方案的根底上补充完善仿真系统开发所需的设计数据；然后，承受RINSIM仿真平台工具进展模型开发，并通过建模与模型集成调试获得系统仿真模型；最终，进展仿真计算。应用该方法开发了某船舶蒸汽动力系统设计验证仿真平台，并对系统的设计方案进展了校核。结果说明：该设计验证仿真平台的稳态计算结果准确，动态趋势合理，适于对船舶蒸汽动力系统进展设计验证。《中国舰船争论》【年(卷),期】2023(000)005【总页数】8(P71-78)蒸汽动力系统;系统仿真;设计验证方伟明;张鹏飞;许建;彭学创;唐滢【作者单位】430064;中国舰船争论设计中心,湖430064430064;中国舰船争论设计中心,430064430064【正文语种】中文计算机技术的进展为简单热力系统运行特性的定量分析奠定了坚实的物质根底，工〔方案设计阶段〕进展的一种仿真验证争论。法对船舶蒸汽动力系统进展各种工况条件下的仿真计算。然后蒸汽带动汽轮机做功，再由汽轮发电机组将热能转变为电能。完成做功后的乏汽会流到冷凝器进展冷却，然后作为给水送到蒸汽发生器进展循环加热〔图1〕。系统建模主要分为蒸汽发生器模块、汽发机组模块、冷凝器模块以及泵阀及管网等模块。限于篇幅，本文将只简要描述蒸汽发生器、汽发机组和冷凝器等主要模块的数学模型。主要热力设备数学模型分析蒸汽发生器模块连续方程：式〔1〕～式〔3〕中，Gfx0Gbo段出口流量；Gdmfv，ρfv，Ffv，hfvhf，hd分别为给水的焓值和下降段过冷水的焓值；Ld；L下降段式中，hdoVd，ρd3〕预热段能量守恒：式中，Qp；h′，hp和预热段过冷水的焓值；ρpLp；F积。沸腾段式〔6〕～式〔7〕中，Qbhb，ρb段蒸汽的焓值和密度；Lb蒸汽区式中，Qs；ρ″为饱和蒸汽的密度；Vs一次侧与二次侧的总换热量：1〕汽轮机模块能量方程［2］：连续方程与转子运动方程［3］：〔非临界状态与临界状态〕：功率与热力参数计算方程［4］：式〔10〕～式〔13〕中，N，n，ηG，T，P，hggenerator；ststeamturbine。2〕发电机模块将发电机作为一种能量转换器对待，用效率来反映转换效果［5］。发电机的输出IgUgNgηg=ηg(Ng，Ug)。经分析觉察ηgNgNTC1~C4，D1~D4冷凝器模块［6］2热平衡计算方程：冷却水温度的变换是由于蒸汽的放热量与冷却水的吸热量不平衡而引起，其插值即为冷却水出口温度的变化梯度。动态热平衡方程为：系数为［7］：式中，didok；λw管材的导热系数；αi；αoRw为管壁导热热阻；Rf水箱模块水位数学模型：式中，L；ρ；AGrinGrb水箱的补水量；GhGcb掌握系统数学模型分析发机组转速调整与功率掌握，以及冷凝器水位/真空度/过冷度等综合掌握，限于篇幅，这里将只列举蒸汽发生器给水掌握系统的掌握方案。1〕蒸汽发生器水位掌握依据汽水失配信号和给水流量需求信号对给水调整阀的开度实施掌握［8-9］，控32〕给水泵转速掌握4系统仿真模型边界处理系统仿真模型以蒸汽发生器一次侧为边界，其边界处理的关键是船舶蒸汽动力系统运行方案确实定以及蒸汽发生器的静态特性数据。在蒸汽发生器仿真模型的开发过程中，主要依据确定的运行方案〔图5，其中横坐标为输出功率与额定功率的比值，纵坐标为对应参数与额定参数的比汽压力和流量，以及蒸汽发生器一次侧的进出口温度、压力和流量等。系统仿真模型开发FORTRANRINSIM〔含水位掌握和给水泵转速〔含水位、真空度及过冷度掌握〕、均衡水箱液位与水温掌握，以及造水补水掌握等。〔选取局部测试工况〕进展了测试，系不再赘述。1：100%负荷工况参数检查。100%负荷工况下，将船舶蒸汽动力系统热工设计参数量等〕1%。2：10030%负荷。10%额定功率每分钟的速度3067〔其中横坐标表示时间，纵坐标表示系统负荷占额定功率的比值〕。随着负荷的渐渐降低，系统蒸汽压力上升至30%负荷。由于受假水位的影响，蒸汽发生器的水位是先降低后上升，然后恢复至整定值。3〕3：30100%负荷。3010%额定功率每分钟的速1008930%渐渐提复稳定。典型故障工况下系统主要参数的仿真结果如下所示。限于篇幅，仿真结果中的其它参数变化在此将不赘述。1〕汽轮机跳机10蒸汽旁路排放阀回座，直到蒸汽压力重上升后再次翻开。给水流量随着机组的故障停时机快速下降，但由于受蒸汽压力的影响，给水流量消灭了波动。2〕蒸汽隔离阀关闭11蒸汽排放。应用仿真系统对系统设计过程中的假设干问题进展了测试和分析，下面将举例说明。蒸汽发生器给水掌握系统1将蒸汽母管与给水母管的压差曲线作为压差整定值。线代替抛物线近似地作为给水母管与蒸汽母管间的程序压差定值〔4〕，该程序压差定值信号是蒸汽发生器蒸汽流量平均值的函数［10-11］。启动并保持仿真系10%额定功率每分钟的速度逐级降功率至30%额定功率〔6、图7〕。2将给水调整阀前后的压差作为整定值〔保持压差不变〕。10%额定功率每30%额定功率，将给水调整阀前后的压差作为整定值计1271212与稳定时间根本全都，理论上这两种掌握规律的掌握效果差异并不明显。冷凝器鼓泡除氧与均衡水箱水温掌握调整阀选型分析冷凝器鼓泡除氧和均衡水箱水温的掌握是通过调整进入冷凝器热阱和均衡水箱的蒸分别针对开关型和调整型这两种掌握方式进展了仿真试验，启动并保持仿真系统运100%负荷工况下，其计算结果〔冷凝器鼓泡除氧〕13由图可以看到，蒸汽流量调整阀承受两种不同的掌握方式所得到的水温掌握效果差求不高的状况可以考虑承受开关型掌握方式。运行操作供给肯定的试验条件。对船舶蒸汽动力系统的设计具有肯定的工程应用价值。【相关文献】［1］［D］.武汉：中国舰船争论设计中心，2023.FANGWM.Simulationonthelowlevelsteampowerplant［D］.Wuhan：ChinaShipDevelopmentandDe⁃signCenter，2023.［2］方伟明，许建，黄国华.基于Matlab/Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真争论［J］.中国舰船争论，2023，1〔5/6〕：83-89.FANGWM，XUJ，HUANGGH.Simulationonlow-powerturbo-generatorsetbasedonMatlab/Simu⁃link［J］.ChineseJournalofShipResearch，2023，1〔5/6〕：83-89.［3］SHIXP，WANGZC.Simulationstudyofanewmeth⁃odtosynchronouslycontrolrotatespeedandpowerofasteamturbine［J］.JournalofSystemSimulation，2023，15〔6〕：823-825，840.［4］田兆斐，张志俭.船舶饱和蒸汽轮机动态特性仿真［J］.汽轮机技术，2023，47〔2〕：90-92.TIANZF，ZHANGZJ.Simulationonthedynamiccharacteristicofmarinesaturatedstreamturbine［J］.TurbineTechnology，2023，47〔2〕：90-92.［5］［D］.武汉：华中科技大学，1998.XUJ.Simulationonthepowersystem［D］.Wuhan：HuazhongUniversityofScienceandTechnology，1998.［6］薛假设军，田兆斐，赵强.核动力装置冷凝器实时仿真［J］.核动力工程，2023，29〔5〕：119-123.XUERJ，TIANZF，ZHAOQ.Real-timesimulationofnuclearpowercondensers［J］.NuclearPowerEngineer⁃ing，2023，29〔5〕：119-123.［7］［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2023.［8］GUIMARÃESLNF，OLIVEIRAND，BORGESEM，etal.DerivationofaninevariablemodelofaU-tubesteamgeneratorcoupledwithathree-elementcontrol⁃ler［J］.AppliedMathematicalModelling，2023，32〔6〕：1027-1043.［9］邱志强，邹海，孙建华.船用蒸汽发生器给水掌握系统半物理仿真技术争论［J］.舰船科学技术，2023，31〔2〕：141-145.QIUZQ，ZOUH，SUNJH.Researchonsemi-physi⁃calsimulationofmarinesteamgeneratorfeedwatercon⁃trolsystem［J］.ShipScienceTechnology，2023，31〔2〕：141-145.［10］［M］.22023.［11］ZHOUG，C