О подходе к моделированию
Код БТС решает стационарные уравнения сохранения энергии и массы, а также уравнения балансов мощностей. Уравнения количества движения записываются в стационарном виде. При этом, поскольку геометрия тракта течения теплоносителя не задается, замыкающие соотношения по расчету коэффициентов сопротивления не используются, то потери давления задаются для номинального режима в виде абсолютных величин.
В баках и узлах на основе стационарных балансовых уравнений сохранения энергии и массы формируются сигналы небалансов, которые поступают на вход специального блока "Труба с вычислением расхода", в котором решается нелинейное уравнение, результатом которого является значение расхода в канале.
Для замыкания системы уравнений расчета БТС необходимо выполнить нормировку схемы на заданную мощность. Для этой цели разработаны специальные блоки, на вход которых тем или иным способом поступает сигнал небаланса (по расходу, мощности ПГ, мощности генератора и т.д.), а на выходе рассчитывается расход. Небаланс рассчитывается в блоках типа "Парогенератор" или "Генератор" как разность между заданным Пользователем значением и рассчитанным на текущей итерации.
В результате математическая модель БТС представляет собой систему в общем случае алгебро-дифференциальных уравнений, решается явным методом Эйлера с постоянным шагом. Подсистема нелинейных алгебраических уравнений (НАУ) при этом решается методом Ньютона - Раффсона.
Расчет на номинальном режиме
Для переключения режима расчета в шаблоне схемы БТС установлен специальный блок-переключатель.
Номинальный режим расчета является базовым. В этом режиме определяются геометрические характеристики отсеков турбины и номинальные параметры отсеков (давления, температуры, расходы, КПД), относительно которых в дальнейшем будут производиться расчеты на переменных параметрах работы ПТУ. То же касается потерь давления в трактах и недогревов в поверхностных подогревателях: в исходных данных соответствующих блоков задаются значения этих параметров в номинальном режиме, а в переменных режимах эти значения пересчитываются относительно номинальных параметров в соответствии с новыми значениями расходов.
Расчет на переменных режимах
Переменный режим расчета может быть выбран только после расчета номинального режима. В этом случае геометрия ступеней турбины не меняется, производится корректировка относительного внутреннего КПД ступеней при изменении расхода, влажности и оборотов турбины. В тепловой балансовой схеме предусмотрена возможность переключения источников и/или потребителей при сохранении общей структурной схемы ПТУ. Например, на частичных уровнях мощности можно переключить сброс конденсата греющего пара из конденсатосборников СПП в конденсатор, переключить питание коллектора собственных нужд с отбора турбины на свежий пар из главного парового коллектора и т.д.
Потери давления для переменных режимов вычисляются по формуле:
Рисунок 1. Расчет потерь давления на неноминальном режиме
ΔPтр – значение потерь давления на номинальном режиме;
ΔPтр – значение потерь давления на неноминальном режиме;
G – расход на неноминальном режиме;
G – расход на номинальном режиме;
m – задаваемая пользователем в свойствах степень для пересчета коэффициента потерь давления на неноминальных режимах;
Состав библиотеки
- Трубы и узлы (в эту категорию блоков входят блоки, служащие для связи других блоков между собой).
- Баки и теплообменники (в эту категорию входят блоки, в которых реализован процесс теплообмена с участием рабочего тела).
- Турбонасосные элементы (в эту категорию включены блоки, служищие для выработки энергии, либо её потребляющие).
- Визуализация (данная категория блоков служит для визуального отображения параметров на графической структурной схеме).
Расчет отсека турбины
Одной из ключевых возможностей библиотеки БТС является расчет разбиения отсека по ступеням. В ходе расчета пользователь может варьировать различные параметры отсека по своему усмотрению, и на выходе получать геометрию ступеней, значения теплоперепадов, выходных скоростей, различных типов потерь и многие другие параметры, характеризующие процесс расширения пара в проточной части отсека. Итогом расчета отсека является значение относительный внутренний КПД, учитывающее все типы потерь и экономичность турбинных ступеней.- Турбина
- Отсек
- Ступень
- Задаваться вручную. В этом случае расчета геометрии не требуется, БД не используется.
- По приближенным формулам, не требующим детального задания геометрии отсека и ступеней. В этом случае КПД отсека оценивается, исходя из параметров пара на входе и выходе отсека, расхода через отсек, типа отсека. Для расчета КПД используются категории «Турбина» и «Отсек» БД. Категория «Ступень» не используется.
-
Для каждой ступени проводится детальный расчет лопаточного КПД, потерь на трение, утечки, парциальность, влажность, в итоге определяется относительный внутренний КПД каждой ступени. При этом варианте расчета КПД требуется детальный расчет отсека с определением всех характеристик каждой из ступеней турбины. Задействуются все категории БД.
Чтобы произвести расчет разбиения отсека по ступеням пользователю необходимо сначала включить соответствующий флаг в свойствах блока, затем обязательно зафиксировать число ступеней (z) в базе данных. До фиксации числа ступеней категория "Ступень" в БД не будет заполняться.
Для расчета отсека в переменных режимах работы ПТУ используется формула Стодолы-Флюгеля с учетом влияния влажности. При расчете балансовой тепловой схемы на каждой итерации входными параметрами для расчета отсека являются расход пара через отсек, давление на выходе отсека, энтальпия на входе в отсек. Используя уравнения Стодолы-Флюгеля, определяется давление на входе в отсек. Затем, используя уравнения расходной характеристики для ступени, вычисляются: давление на выходе каждой ступени, КПД ступени, энтальпия на выходе каждой ступени.
