一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统制造方法及图纸

本申请公开了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统，其中，方法包括以下步骤：确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；基于汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、泵前节点和泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；基于汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。本申请所提出的汽轮泵模型不需要打破原有相对独立的驱动汽轮机与泵系统的仿真边界，也不需改变原有的仿真图，仅需要添加转子动力学模块即可实现相对独立的模块跨系统模拟，汽轮泵的仿真对原有热力系统管网仿真模型引入的影响较小，仿真效率较高。仿真效率较高。仿真效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统


[0001]本申请涉及船舶核动力热力设备仿真领域，具体涉及一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]在核动力系统中，为了增加系统的热效率，常采用汽轮凝水泵、汽轮给水泵、汽轮循环水泵、汽轮冷却水泵等汽轮泵代替电动泵。与常规动力不同，核动力中采用湿饱和蒸汽对泵进行直接驱动；与陆上核电站也不同，在船舶核动力中，汽轮泵需按负荷进行频繁的调速。船舶核动力装置中的汽轮泵驱动蒸汽常来自于辅蒸汽系统，经过做功后排入乏汽系统；水工质侧则实现对进口水的加压工作。汽、水两侧回路不相通，在船舶核动力热力系统仿真过程中，常将汽轮泵拆分为驱动汽轮机模块与泵模块，分别置于汽侧系统、水侧系统两个系统内进行模拟。
[0003]传统的汽轮泵仿真方法，多采用驱动汽轮机与离心泵解耦、依靠功率拟合转速的方法进行，能够进行功能和现象的仿真。但传统方法中，驱动汽轮机输出功率与泵的转速是相对应的单值函数，在某一驱动汽轮机输出功率下，泵的转速是固定的。在实际的过程中，固定的泵输入功，随着水流量的不同，有着不同的转速、扬程和水力效率，且在流量变动较大的汽轮凝水泵、汽轮给水泵中表现的十分明显，传统的仿真方法不能够准确模拟这一现象。随着仿真工作逐渐由“复现”转向“预测”，功能也由建设培训模拟器转化为系统方案设计论证评估、技术设计背靠背数字化验证，因此必须对传统方法进行革新，开发能够体现实际设备运行特性、预测设备性能变化趋势、具备评估与验证能力的精细化汽轮泵仿真模型，打破现有模型对仿真工作应用范围的限制，逐步将仿真工作从核动力系统生命周期中下游向上游推进。目前，现有的仿真方法不能满足使用需求。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法及系统，能够计算汽轮机耗汽不变的情况下，由于流经泵的流量发生变化而导致的扬程与转速变化，计算结果更具机理性与合理性，能够满足新时期仿真面向设计的预测功能，且模型求解稳定、计算速度快，能够实现实时与超实时仿真。
[0005]为达到上述目的，本申请提供了以下方案：
[0006]一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，包括以下步骤：
[0007]确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
[0008]基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
[0009]基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
[0010]优选的，所述时间步长的确定方法包括：
[0011]调取所述驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和所述泵所在的工艺系统的泵时间步长；
[0012]将所述仿真步长和所述泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的所述时间步长。
[0013]优选的，所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点的定位方法包括：
[0014]基于所述辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；
[0015]将所述进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为所述汽轮机阀后节点；
[0016]将所述汽轮机阀后节点下游的节点标记为所述汽轮机做功节点；
[0017]基于所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线。
[0018]优选的，所述泵前节点、所述泵后节点和所述泵流线的定位方法包括：
[0019]基于所述工艺系统的仿真画面，定位所述泵所在位置；
[0020]基于所述位置定位所述泵前节点和所述泵后节点；
[0021]基于所述泵前节点和所述泵后节点定位所述泵流线。
[0022]优选的，所述汽轮机模型的构建方法包括：
[0023]进行汽轮泵转动部分摩擦功率的模拟；
[0024]确定不同进汽流量下所述辅蒸汽系统的辅蒸汽系统模型中所述汽轮机阀后节点和所述做功节点的压差，并计算所述驱动汽轮机的总焓降；
[0025]基于所述压差，拟合汽轮机做功功率模型，并计算所述驱动汽轮机内效率；
[0026]将所述总焓降从所述辅蒸汽系统模型中去除。
[0027]优选的，所述泵模型的构建方法包括：
[0028]拟合转速
‑
流量
‑
扬程特性，得到泵扬程；
[0029]将所述泵扬程作用到所述泵流线中；
[0030]计算水利效率、泵实际输出功率和泵实际消耗功率。
[0031]优选的，所述仿真过程包括：
[0032]将所述汽轮机模型和泵模型进行耦合，即根据转子能量守恒方程，建立汽轮泵泵转速的转子动力学方程，计算泵转速；
[0033]将汽轮机实际输出功率、排汽参数、泵转速、流量、扬程作为仿真结果，向外部输出，完成本步仿真。
[0034]本申请还提供了一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真系统，包括：定位模块、模型构建模块和仿真模块；
[0035]所述定位模块用于确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；
[0036]所述模型构建模块用于基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；
[0037]所述仿真模块用于基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。
[0038]本申请的有益效果为：
[0039](1)本申请中所提出的泵转速计算方法是根据驱动汽轮机输出功率、泵消耗功率和摩擦功率计算而来的，具有理论意义，不再是汽轮机功率的拟合参数，能够表征不同流量下汽轮泵转速的变化特性，计算结果具有预测能力；
[0040](2)本申请所提出的汽轮泵模型不需要打破原有相对独立的驱动汽轮机与泵系统的仿真边界，也不需改变原有的仿真图，仅需要添加转子动力学模块即可实现相对独立的模块跨系统模拟，汽轮泵的仿真对原有热力系统管网仿真模型引入的影响较小，仿真效率较高；
[0041](3)本申请所提供的仿真方法，包括选定时间步长、拟合摩擦功率、确定汽轮机压差、拟合功率与内效率模型、拟合泵的水力学特性模型、转子动力学方程耦合设备等若干重要步骤，本方法在汽轮泵的仿真效果方面与现有仿真方法相比，能够计算汽轮机耗汽不变的情况下，由于流经泵的流量发生变化而导致的扬程与转速变化，计算结果更具机理性与合理性，能够满足新时期仿真面向设计的预测功能，且模型求解稳定、计算速度快，能够实现实时与超实时仿真。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本申请实施例一的一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法的流程示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：确定仿真模型的时间步长，基于驱动汽轮机和泵的仿真画面，定位汽轮机阀后节点、汽轮机做功节点、汽轮机流线、泵前节点、泵后节点和泵流线；基于所述汽轮机阀后节点、所述汽轮机做功节点、所述泵前节点和所述泵后节点构建汽轮机模型和泵模型；基于所述汽轮机模型和泵模型进行仿真，得到仿真数据。2.根据权利要求1所述一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在于，所述时间步长的确定方法包括：调取所述驱动汽轮机所在的辅蒸汽系统仿真步长和所述泵所在的工艺系统的泵时间步长；将所述仿真步长和所述泵时间步长进行比较，选择较小的值作为仿真模型的所述时间步长。3.根据权利要求2所述一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在于，所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点的定位方法包括：基于所述辅蒸汽系统的仿真画面，定位汽轮泵进汽调节阀；将所述进汽调节阀所在流线下游的节点，标记为所述汽轮机阀后节点；将所述汽轮机阀后节点下游的节点标记为所述汽轮机做功节点；基于所述汽轮机阀后节点和所述汽轮机做功节点定位所述汽轮机流线。4.根据权利要求2所述一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在于，所述泵前节点、所述泵后节点和所述泵流线的定位方法包括：基于所述工艺系统的仿真画面，定位所述泵所在位置；基于所述位置定位所述泵前节点和所述泵后节点；基于所述泵前节点和所述泵后节点定位所述泵流线。5.根据权利要求2所述一种船舶核动力装置系统汽轮泵的仿真方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙觊琳，雷晓东，成守宇，张博文，夏庚磊，薛若军，彭敏俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：