CN111737856A - 一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法，该方法包括：根据泵扬程特性曲线拟合函数，获得给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式；获得给水泵在该流量下应当达到的稳态压头，最后通过稳态压头平衡方程，求解得到该流量下给水泵应当达到的归一化转速。本发明方法简单易用，能够快速计算出不同负荷工况下、不同配置数量下变速给水泵为保证排量应达到的转速。

Description

一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法

技术领域

本发明涉及核电站主给水***中主给水泵转速的计算，具体地指一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法。

背景技术

核电站主给水***为核岛的蒸汽发生器提供合格的主给水，是核电站常规岛的重要***，而主给水泵是该***的核心，对核电厂安全、稳定和经济运行有非常重要的作用。

通常为验证给水***设计，需要准确地获得机组在不同瞬态工况时主给水***的流量和转速等参数的变化情况，计算不同流量下的给水泵为保证排量应达到的转速，这些数据可为核动力装置给水***变速给水泵的配置台数的选取提供依据，可为核岛的给水控制***和一回路控制***的设计与安全分析提供必要的输入依据，确保核电站投产后的安全稳定运行。一般所采用的方法为：建立核动力装置仿真***，通过***仿真研究对对给水***进行全面的稳态或瞬态计算，最终通过实际核动力装置的调试试验进行验证。

但核动力装置仿真***开发周期长、难度大、成本高，影响给水***与相关***的迭代设计，从而影响核动力装置的总体设计进度。

因此，提供一种简单易用的可计算不同负荷工况下、不同配置数量下变速给水泵为保证排量应达到的转速的计算方法十分必要。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法，该方法简单易用，能够快速计算出不同负荷工况下、不同配置数量下变速给水泵为保证排量应达到的转速。

实现本发明目的采用的技术方案是一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法，该方法包括：

根据泵扬程特性曲线拟合函数，获得给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式；

获得给水泵在该流量下应当达到的稳态压头，最后通过稳态压头平衡方程，求解得到该流量下给水泵应当达到的归一化转速。

本发明方法能够计算不同流量下的给水泵转速，因而能够提供以下数据需求：一方面为核动力装置给水***变速给水泵的配置台数选取提供依据，另一方面可以较为准确地获得机组在一些瞬态工况(例如给水泵发生跳泵事件、甩负荷至厂用电)时，主给水***在不同流量下给水泵转速的变化情况，为优化选择运行方式及运行参数提供设计指导，也可为核岛的给水控制***和一回路控制***的设计与安全分析提供必要的输入依据。

附图说明

图1为本发明一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，实现本发明目的采用的技术方案是一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法，该方法包括：

S1、根据泵扬程特性曲线拟合函数，获得给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式。

给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式为：

ΔP＝k₀·α²+k₁·G·α+k₂G² (1)

式(1)中：

ΔP——给水泵稳态压头，MPa；

G——质量流量，t/h；

k₀、k₁、k₂——拟合系数；

α为归一化给水泵转速，

n为泵实际转速，r/min；n₀为泵额定转速，r/min。

其中，根据泵流量扬程特性曲线，对泵稳态压头—流量采用最小二乘法进行二阶曲线拟合，通过ΔP＝k₀+k₁·G+k₂G²进行拟合，获得拟合系数k₀、k₁、k₂。

S2、获得给水泵在该流量下应当达到的稳态压头。

给水泵在该流量下应当达到的稳态压头通过下式计算获得：

ΔP'＝ΔP_ξ+P_SG-P_DE+(ΔP_V+ΔP_H+ΔP_HP) (2)

式(2)中：

ΔP'——给水泵应达到的稳态压头，MPa；

P_SG——蒸汽发生器压力，MPa；

ΔP_V——给水调节阀设定压差，MPa；

ΔP_H——蒸汽发生器与除氧器内的的水位压差，MPa；

ΔP_HP——高压给水加热器的阻力损失，MPa；

P_DE——除氧器的工作压力，MPa；

ΔP_ξ——给水管路压力损失；

其中，P_SG＝f₁(G)，其中f₁()为对静态特性数据进行拟合得到的三阶或三阶以上表达式；

ΔP_H通过下式(3)计算：

ΔP_H＝ρg(H_SG-H_DE) (3)

式(3)中：

H_SG——蒸汽发生器标高，m；

H_DE——除氧器标高，m；

ρ为流体密度。

给水管路压力损失ΔP_ξ通过下式(4)获得：

式(4)中，

ζ为给水管路阻力系数；

ΔP_ξ——管路压损，MPa；

ρ——流体密度，kg/m³；

A——流通面积，m³；

其中给水管路阻力系数ζ通过下式(5)获得：

式(5)中：

ζ——管路阻力系数；

ξ——局部阻力系数；

λ——管道摩擦系数；

L——管道总展开长度(包括附件长度)，m；

D——管子内径，m；

其中，λ为管道摩擦系数通过下式(6)获得：

式(6)中：

η——流体的动力粘度，kg/(m·s)。

S3、最后通过稳态压头平衡方程ΔP＝ΔP'，求解得到该流量下给水泵应当达到的归一化转速。

将给水流量代入稳态压头平衡方程中，通过方程求解计算得到归一化转速α，根据计算结果，得到给水泵流量变化后的转速。

下面通过上述方法，本实施例计算一个实际环境下给水泵归一化转速α的数据。

本实施例基于以下假设：给水泵入口给水密度基本不变，给水泵稳态压头特性曲线可拟合为与归一化转速和泵质量流量相关的函数。

本实施例中，给水***配备三台给水泵，单泵额定流量56t/h，额定扬程500mH₂O，额定转速2975r/min，根据给水泵性能曲线采用最小二乘法拟合得到拟合系数为k₀＝5.99、k₁＝7.52E-03和k₂＝3.1E-04。

在总给水流量为160t/h、三台给水泵正常运行时，根据蒸汽发生器静态特性关系式，可得蒸汽发生器压力为3.9MPa；根据管路压损计算得到管路压损为0.3MPa；给水调节阀设定压差为0.3MPa，蒸汽发生器与除氧器内的水位压差为0.02MPa，高压给水加热器的阻力损失为0.04MPa，除氧器的工作压力为0.25MPa。根据以上数据可得该给水流量下，给水泵应达到的稳态压头ΔP'为4.36MPa。

对稳态压头平衡方程求解，可得到该流量下单台泵的归一化转速为0.969。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于，包括：

根据泵扬程特性曲线拟合函数，获得给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式；

获得给水泵在该流量下应当达到的稳态压头，最后通过稳态压头平衡方程，求解得到该流量下给水泵应当达到的归一化转速。

2.根据权利要求1所述核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于，所述获得给水泵某一流量下泵稳态压头与归一化转速的关系式为：

ΔP＝k₀·α²+k₁·G·α+k₂G²

式中：ΔP为给水泵稳态压头；k₀、k₁、k₂为拟合系数；α为归一化给水泵转速，

n为泵实际转速，n₀为泵额定转速；G为质量流量。

3.根据权利要求2所述核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于：根据泵流量扬程特性曲线，对泵稳态压头—流量采用最小二乘法进行二阶曲线拟合，通过ΔP＝k₀+k₁·G+k₂G²进行拟合，获得拟合系数k₀、k₁、k₂。

4.根据权利要求1所述核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于，所述给水泵在该流量下应当达到的稳态压头通过下式计算获得：

ΔP'＝ΔP_ξ+P_SG-P_DE+(ΔP_V+ΔP_H+ΔP_HP)

式中：ΔP'为给水泵应达到的稳态压头；ΔP_ξ为给水管路压力损失；P_SG为蒸汽发生器压力；ΔP_V为给水调节阀设定压差；ΔP_H为蒸汽发生器与除氧器内的的水位压差；ΔP_HP为高压给水加热器的阻力损失；P_DE为除氧器的工作压力；

其中：P_SG＝f₁(G)，f₁()为对静态特性数据进行拟合得到的三阶或三阶以上表达式；

ΔP_H＝ρg(H_SG-H_DE)，H_SG为蒸汽发生器标高；H_DE为除氧器标高，ρ为流体密度。

5.根据权利要求4所述核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于，所述给水管路压力损失通过下式获得：

式中，ΔP_ξ为管路压损，ζ为给水管路阻力系数，ρ为流体密度，A为流通面积。

6.根据权利要求4所述核动力装置变频给水泵转速的计算方法，其特征在于，所述给水管路阻力系数ζ通过下式获得：

式中：ζ为管路阻力系数，ξ为局部阻力系数，λ为管道摩擦系数，L为管道总展开长度，D为管子内径；

其中，

式中：

η——流体的动力粘度。

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