直流蒸汽发生器静态和动态特性分析
神经网络自学习模型控制器在直流蒸汽发生器控制中的应用
神经网络自学习模糊控制器
在直流蒸汽发生器控制中的应用
付明玉 女博士生／副教授哈尔滨工程大学［１５０００１］
夏国清 博士／教授 哈尔滨工程大学［１５０００１］
陈德娟 女 硕士生 哈尔滨工程大学［１５０００１ Ｊ
摘 要 针对直流蒸发器的动态过程中，各段长度均发生变化，干扰因素多，具有不确定性和
非线性等特性，利用神经网络具有并行处理、分布式信息存贮、自学习自适应特点等，设计了基于神
经网络的自学习模糊控制器。仿真结果表明，所设计的控制器具有良好的控制效果。本文研究结
果对直流蒸汽发生器的控制系统设计具有一定的指导意义。
关键词 直流蒸汽发生器 控制系统 神经网络 自学习 模糊控制
中图分类号Ｕ６６４．１５
０概述
在国内，由于新型船用核动力装置拟采用直流
蒸汽发生器，因此对直流蒸汽发生器的研究和探讨
也在逐渐展开。根据新型船用核动力装置的运行方
案的要求，直流蒸汽发生器过热蒸汽的压力必须控
制在规定范围之内，而且船用核动力装置变负荷特
性，导致产生蒸汽量的变化，如何保证要求的干度和
蒸汽压力的稳定，也必须进行蒸汽压力控制策略研
究。由于直流蒸汽发生器水容积小，蓄热能力小，因
此对控制要求高，为了进一步提高直流蒸汽发生器
的控制水平，智能控制策略的研究是非常必要的。
从直流蒸汽发生器动态特性分析可知：
（１）当蒸汽负荷减小时，二回路蒸汽压力迅速
上升，但由于蒸汽流量的增加，它从管壁吸热量也增
加，因此压力又逐渐减小。
（２）二回路给水流量降低，由于单位质量的水
吸热量上升，二回路压力上升，但随着给水流量的降
低，二回路产生的蒸汽量减少，压力又逐渐降低，最
后趋于稳定。
（３）一回路主载热剂温度随时间逐渐下降，它
通过金属管壁传递给二回路的热量也相应减少，二
回路蒸汽温度随之降低，压力随之升高；当主载热剂
温度稳定下来之后，二回路内水由于吸热量减少，转
化为蒸汽的比例也降低，因此二回路蒸汽压力又慢
饱和蒸汽温度补偿
饱和蒸汽温度补偿
1. 引言
饱和蒸汽温度补偿是指在蒸汽发生器中对饱和蒸汽温度进行调节的过程。在工业生产中，蒸汽是一种重要的能源载体，对于保证设备正常运行和提高生产效率具有重要作用。然而，由于环境条件的变化以及设备运行过程中的热量损失等因素，饱和蒸汽温度可能会出现偏差，需要进行补偿来保持其稳定性。
2. 饱和蒸汽温度补偿原理
饱和蒸汽温度补偿是通过控制器对蒸汽发生器中的加热元件进行调节，使得饱和蒸汽的温度能够达到设定值。具体原理如下：
• 传感器测量：首先，通过传感器对蒸汽发生器内部的饱和蒸汽温度进行实时测量。传感器可以采用热电阻或热电偶等方式来实现。
• 信号处理：传感器将测量到的温度信号传输给控制器进行处理。控制器根据设定的温度值和测量到的实际温度值进行比较，计算出温度偏差。
• 控制算法：控制器根据温度偏差使用预先设定的控制算法进行计算，得出对加热元件的控制信号。常用的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制等。
• 输出控制信号：控制器将计算得到的控制信号输出给蒸汽发生器中的加热元件。加热元件根据接收到的信号进行调节，增加或减少加热功率，从而使饱和蒸汽的温度趋近于设定值。
3. 饱和蒸汽温度补偿方法
3.1 温度补偿模型
为了实现饱和蒸汽温度的精确补偿，需要建立一个准确可靠的补偿模型。该模型应该考虑到环境因素、设备特性以及工艺要求等因素。
• 环境因素：环境因素包括室外温度、湿度等。这些因素会对饱和蒸汽温度产生影响，需要在补偿模型中进行考虑。
• 设备特性：不同的蒸汽发生器具有不同的加热方式和结构特点。对于不同的设备，需要建立相应的补偿模型。
• 工艺要求：根据生产工艺的要求，确定饱和蒸汽温度的稳定性和精确度。根据要求确定补偿模型的参数设置。 3.2 控制策略选择
根据实际需求，可以选择不同的控制策略来实现饱和蒸汽温度补偿。常用的控制策略包括：
• 比例控制：根据温度偏差大小与设定值之间的比例关系，调整加热功率。适用于温度变化较小、稳态响应时间要求较长的情况。
蒸汽发生器水位的模糊自适应PID控制
第３６卷第５期 ２００７年１Ｏ月 船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００７
文章编号：１６７１—７９５３（２００７）０５ ００５５ ０４
蒸汽发生器水位的模糊自适应ＰＩＤ控制
宋梅村，张宇声
（海军工程大学船舶与动力学院，武汉４３００３３）
摘要：介绍Ｆｕｚｚｙ在线自校正ＰＩＤ参数控制器原理和该控制器在蒸发器汽水位控制系统中的应用，结
果表明该控制方式取得了更优良的控制效果。
关键词：蒸汽发生器水位；模糊自适应ＰＩＤ；给水流量；蒸汽负荷
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
Ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ＳＯＮＧ Ｍｅｉ－ｃｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｓｈｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｆｕｚｚｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｉｔ’Ｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＳＧ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈａｓ
ｂｅｔｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｆｕｚｚｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ＰＩＤ；ｆｅｅｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ；ｂｕｒｄｅｎ ｏｆ ｓｔｅａｍ
蒸汽发生器是事故多发的设备，水位过高会
导致蒸汽带水进入汽轮机形成对汽轮机叶片的冲
一种新型纯蒸汽发生器的功能分析与探讨
囊国外装备介绍与研究◆Ｇｕｏｗａｉｚｈｕａｎｇｂｅｉｊｉｅｓｈａ。ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ
一种新型纯蒸汽发生器的功能分析与探讨
丁越梁毅
（中国药科大学医药产业发展研究中心，江苏南京２１０００９）
摘要：美国泰瑞斯（Ｓｔｅｒｉｓ）集团设计出了一种新型的芬￣；Ｆｉｎｎ—Ａｑｕ。］ｒ系列纯蒸汽发生器。实践证明，该蒸汽发生 器能够可靠地产生无热原蒸汽，冷凝后的水质超过美国药典ＸＩＩＩ、欧洲药典、日本药典和其他药典关于ｗＦＩ注射用水的规 定。从设备特性、构造和原理等方面对该设备进行了详细的介绍。 关键词：纯蒸汽发生器；纯蒸汽；无热源；薄降膜
纯蒸汽发生器与蒸汽发生器不同，能将内毒素和
其他杂质除去。纯蒸汽发生器是目前应用在罐类设备、
管路系统（在线灭菌）、过滤器及灭菌柜等方面的重要
设备之一。制药工业里的灭菌工艺不仅要求纯蒸汽的
品质要高，而且要能够精确地控制压力以及响应时间。
此外，在过去几年里，非冷凝气体的清除已成为纯蒸汽
发生器的重要挑战。 基于以上几点，美国泰瑞斯（Ｓｔｅｒｉｓ）集团设计出了
一种新型的芬纳夸Ｆｉｎｎ—Ａｑｕ。Ｔ系列纯蒸汽发生器，能
够有效地应对所有的挑战，可靠地产生无热原蒸汽，冷
凝后的水质超过美国药典ＸＩＩＩ、欧洲药典、日本药典和
其他药典关于ｗＦｌ注射用水的规定。 该设备严格按照压力容器规范进行设计及制造，
可用于临床研究、食品、制药及生物基因工程等行业中
的工艺生产线等。
其设备外形如图１［ 所示。
图１设备外观图
４８中国制药装备・２０１０年９月・第９辑 １ 设备特性
新一代的芬纳夸Ｆｉｎｎ—Ａｑｕ。Ｔ系列纯蒸汽发生器
（ＰＳＧ）旨在为制药工业提供独特的功能，从而提高纯 蒸汽的质量。这不仅可增加产品的可靠性、安全性，同
时也可减少制药企业的生产成本。
该设备有一个新的专利工艺，即第一次将“薄降
膜”和“热虹吸管”工作原理的优点结合起来。再加上标
准比例的容量控制功能，使得反应迅速，能够在整个静
蒸汽发生器水位的模糊-PID复合控制
第４Ｏ卷第２期 ２０１１年Ｏ４月 船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１１
蒸汽发生器水位的模糊＝ＰＩＤ复合控制
张永生，马运义
（中国舰船研究设计中心，武汉４３００６４）
摘要：为了提高蒸汽发生器的模糊水位控制器的稳态性能，结合常规ＰＩＤ控制的优点，设计蒸汽发生 器水位的模糊一ＰＩＤ复合控制器。运用Ｍａｔｌａｈ模糊逻辑工具箱与ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块，实现蒸汽发生器的水位控制 仿真，对蒸汽发生器大幅度降负荷工况进行仿真计算。结果表明，模糊一ＰＩＤ复合控制既具有模糊控制的良好 动态性能，又具有线性控制的良好稳态性能。模糊一ＰＩＤ复合控制特别适用于具有大滞后、多变量、强耦合的 非线性系统，是一种比较有发展前景的控制方法。
关键词：蒸汽发生器；水位；模糊；ＰＩＤ；控制 中图分类号：Ｕ６６４．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—７９５３（２０１１）０２—００６４—０３
由于蒸汽发生器的水位具有大滞后、多变量、
强耦合等非线性特性，采用常规三冲量ＰＩＤ控制难 以满足控制指标的要求，而模糊控制对解决这类非
线性问题特别有效。但是，模糊控制又存在稳定性
差的不足。文献［－１－４］运用Ｍａｔｌａｂ模糊逻辑工具
箱及Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块对锅炉汽包水位的模糊控制进
行了仿真，文献［５—７］研究了核电厂蒸汽发生器的
模糊水位控制。但是，上述文献仅对小幅度变负荷
工况下的模糊控制进行了研究，没有考虑大幅度变
负荷的恶劣工况，因此，没有完全反映出模糊控制
的特点。为此，考虑采用集总参数化模型ｌ８］，结合
模糊控制与常规ＰＩＤ控制各自的优点，设计蒸汽发 生器的模糊一ＰＩ【）复合水位控制器，并对蒸汽发生
器大幅度降负荷工况进行仿真计算。
１模糊控制系统设计
１．１模糊控制原理
蒸汽发生器水位的模糊一ＰＩＤ复合控制原理
见图１。
水位控制器为ＰＩＤ控制器与模糊控制器组
300MW
第２３卷
２ ０ ０ ２ 第４期
年８月 核动力工程
Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＶＯ１．２３．ＮＯ．４
文章编号：０２５８—０９２６（２００２）０４－００５０—０５
３ＯＯＭＷ核电汽轮机凝汽器动态
过程的数值分析
李勇，张卫会，张欣刚
（东北电力学院动力系．吉林，１３２０１２）
摘要：凝汽器冷却管热应力直接影响到冷却管与管板之间连接的密封性，从而影响到蒸汽发生器的安全 运行。通过对３００ＭＷ核电汽轮机凝汽器动态过程数值仿真，分析了汽轮机真空系统严密性试验、冷却水中 断以及汽轮机甩全负荷对凝汽器冷却管热应力的影响．为提高蒸汽发生器运行的安全性，奠定了理论基础 关键词：核电汽轮机；凝汽器；热应力；动态过程：数值分析 中图分类号：ＴＫ２６４．１ 文献标识码：Ａ
１ 前言 凝汽器是汽轮机的一个重要的辅助设备，其
运行情况不仅对汽轮机的运行热经济性产生重要 的影响，而且还影响到汽轮机运行的安全性。尤
其是对于核电汽轮机凝汽器，当其水侧密封性被 破坏时，将使凝汽器冷却水进入凝汽器汽侧，必 然导致二回路水质变坏，对蒸汽发生器的安全性
造成严重的威胁。经验表明…，许多蒸汽发生器
的事故都和凝汽器的水侧泄漏历史有关。而造成 凝汽器水侧密封破坏的直接原因是：①汽轮机排
汽温度过高使冷却管与管板之间的热胀连接产生 松弛；②由于运行中冷却管所承受的热应力过大， 这种热应力不仅破坏冷却管与管板之间连接的密
封性，严重时甚至造成冷却管出现裂纹或断裂。 为此，本文以３００ＭＷ核电汽轮机凝汽器为例， 分析了几种典型工况（如：汽轮机真空系统严密性
试验、冷却水中断、汽轮机甩负荷）对凝汽器冷却 管热应力的影响，为运行中分析凝汽器水侧密封
破坏的原因，奠定了理论基础。
２凝汽器的动态仿真数学模型
２．１ 基本假设 为研究问题方便，在建立凝汽器动态数学模
收稿日期：２００１—０４—１６；修回日期：２００１—０９—０７ 基金项目：国家电力公司重点科技基金项Ｎ（Ｎｏ．ＳＰＫＪ０１３・０７） 型前做了以下假设：①凝汽器汽侧压力均一，冷 却水出口参数为集中参数；②冷却管管壁温度一 致，用管壁平均温度作为管壁温度的集中参数。
核动力蒸汽发生器水位的前馈反馈控制
第３９卷第４期 ２０１０年０８月 船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１０
核动力蒸汽发生器水位的前馈反馈控制
张永生 ，马运义 ，高伟 ，胡刚义 ，唐滢
（１．中国舰船研究设计中心，武汉４３００６４￣２．华中科技大学能源与动力工程学院，武汉４３００７４）
摘要：为了抑制“虚假水位”现象对蒸汽发生器水位控制的影响，在传统ＰＩＤ控制的基础上，设计蒸汽 发生器水位的前馈反馈控制系统。运用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模块进行仿真，结果表明前馈反馈控制能够很 好地抑制虚假水位现象的影响，调节及时，改善了控制系统的动态响应特性。 关键词：核动力；蒸汽发生器；水位；前馈反馈 中图分类号：Ｕ６６４．１５；ＴＫ１７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—７９５３（２０１０）０４—０１３２－０３
Ｕ形管自然循环蒸汽发生器（ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａ—
ｔｏｒ，ＳＧ）是核动力舰船中连接一回路与二回路的
枢纽设备。蒸汽发生器的水位必须控制在合理的
范围内，水位过高或过低都会影响核动力系统的
安全稳定运行。采用文献［１３提出的分段线性数
学模型，在传统ＰＩＤ控制［２ 基础上，设计一种
ＳＧ水位的前馈反馈串级控制系统。
１ 蒸汽发生器的简化数学模型
自然循环蒸汽发生器的结构简图见图１。
４ １～冷却剂人口； ２～人口腔室； ７ ３～Ｕ形管； ４～汽水分离器； ５～蒸汽出口； ６一干燥器； ７一给水口； ８一出口腔窒； ９一冷却剂出口
图１蒸汽发生器结构示意图 来自一回路的冷却剂将从一回路带来的热量
通过ＳＧ传递给二回路的汽轮发电机，ＳＧ二次侧
给水进入ＳＧ后，凭借自然循环压头的作用在环 形通道内进行自然循环。假设一回路冷却剂温度
等参数恒定不变，仅从质量平衡的角度出发，文献
收稿日期：２００９－０７－０６ 修回日期：２００９—０９一１０ 作者简介：张永生（１９８２一），男，博士生。 研究方向：动力装置的控制与仿真 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ一２６２５１９＠１６３．ｃｏｒｎ
套管式直流蒸发器的建模及仿真
第２９卷
２００９年 第４期
１２月 核科学与工程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０ｌ＿２９ ＮＯ．４
Ｄｅｃ． ２００９
套管式直流蒸发器的建模及仿真
牛广林 ，付明玉 ，阎昌琪 ，南景富
（１．哈尔滨工程大学核科学与技术学院，黑龙江哈尔滨１５０００１ ２．黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：针对新型直流蒸发器采用的双面传热的双层竖直套管结构，建立动态数学模型。该模型考虑了不 同运行工况的流体流动及传热特性，可满足整个运行范围内的稳态和动态分析，为控制系统的设计、操 作、异常工况和故障的分析与处理，运行规程的编制等均能提供必要的依据。 关键词：直流蒸汽发生器；双面传热；分布参数 中图分类号：ＴＬ１７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５８—０９１８（２００９）０４—０３２４—０４
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｎｃｅ—ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｏｆ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅｓ
ＮＩＵ Ｇｕａｎｇ—ｌｉｎ 一，ＦＵ Ｍｉｎｇ—ｙｕ ，ＹＡＮ Ｃｈａｎｇ—ｑｉ ，ＮＡＮ Ｊｉｎｇ—ｆｕ。
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ ｏｆ ＨｅｉｌｏｎｇＪｉａｎｇ Ｐｒｏｖ．１ ５０００ １，Ｃｈｉｎａ； Ｈａｒｂｉｎ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ｐｒｏｖ．１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ—ｆａｃｅ ｈｅａｔ
直流蒸汽发生器控制系统研究
第２２卷第２期 ２００２年６月 Ｖｏ１．２２ ＮＯ．２ Ｊｕｎ．２００２
直流蒸汽发生器控制系统研究
付明玉，施小成，陈德娟 （哈尔滨工程大学动力与核能工程学院） 摘要：在所建立的直流蒸汽发生器动态数学模型基础上，研究和分析了直流蒸汽发生器在各种扰动下 尤其在负荷变化下的响应，得到了在这些扰动下直流蒸汽发生器压力和各段长度的变化规律。在此基 础上研究了串级控制系统和基于神经网络的自学习模糊控制系统，并进行了控制系统仿真研究，结果显 示两种控制系统都具有较好的控制能力。研究结果对实际直流蒸汽发生器的控制系统设计具有一定的 指导意义。 关键词：直流蒸发器；动态特性；控制系统；串级控制；自学习；模糊控制；神经网络
１ 概述 ２动态特性分析 直流蒸汽发生器由于产生过热蒸汽，可不 装去湿装置，结构简单，体积小，静态特性好，机 动性能好，并可提高装置的热效率等优点，使直 流蒸汽发生器在国外已得到广泛的研究和应 用。在国内对直流蒸汽发生器的研究和探讨也 在逐渐展开。 根据新型核动力装置的运行方案的要求， 直流蒸汽发生器过热蒸汽的压力必须控制在规 定范围之内，而且船用核动力装置变负荷特性， 导致产生蒸汽量的变化，如何保证要求的干度 和蒸汽压力的稳定，也必须进行蒸汽压力控制 策略研究。由于直流蒸汽发生器水容积小，蓄 热能力小，因此对控制要求高，为了进一步提高 直流蒸汽发生器的控制水平，智能控制策略的 研究是非常必要的。 研究控制系统的设计首先应对控制对象进 行动态特性分析，研究和分析控制对象在各种 扰动下的响应，得到在这些扰动下直流蒸汽发 生器压力的变化规律。 动态数学模型是用来描述对象的各种参 量，随时间变化的数学关系式，也是用来分析控 制对象的动态特性的有利工具。为了实现直流 蒸汽发生器的控制系统设计，本文首先建立了 动态数学模型，并进行了动态特性分析。 根据直流蒸发器的特点，按照二回路工质 的状态将其划分为预热段、核态沸腾段、膜态沸 腾段和过热段四个段。这些段的边界根据体积 水／蒸汽比焓Ｈ和蒸汽偏离核态沸腾点的含汽 量 定义。 数学模型的基本假设： （１）一回路载热剂的重度，比热容和传热系 数在各段为常数； （２）金属的重度，比热容和导热系数在各段 为常数； （３）二回路工质的热力参数呈线性变化。 在以上假设基础上，最终建立的直流蒸汽 发生器非线性动态数学模型如下：
套管式直流蒸汽发生器建模与仿真
套管式直流蒸汽发生器建模与仿真
摘要:本文首先建立了套管式直流蒸汽发生器的数学动态仿真模型。然后在此基础上,采用计算软件MATLAB和C++的混合编程对直流蒸汽发生器在启动过程中运行特性进行了仿真研究。仿真结果与套管式直流蒸汽发生器的实际运行特性能够较好符合,从而验证了本文的仿真方法是有效的。
关键词:套管式直流蒸汽发生器 动态建模 启动特性
本文分析套管式直流蒸汽发生器的结构和工作原理,作适当的简化假设,建立可以描述套管式直流蒸汽发生器动态特性的蒸汽发生器动态数学模型。
1 数学模型
1.1 模型假设
一次侧流体在中心管及环形流道外的通道由上向下流动,没有相变过程;二次侧流体在环形流道中逆向流动,从过冷水变成过热蒸汽,经历相变过程。
(1)一次侧和预热段水为不可压流体;
(2)忽略管壁流体间轴向导热、辐射换热;
(3)每根管组件热工水力学参数和过程都相同; (4)弥散相处于饱和态。
1.2 分段
由于水在管内的状态和热工水力不同,将传热管分为4个区段,它们的边界根据体积水、蒸汽比焓和蒸汽的干度定义如下:
2 启动特性分析
启动瞬态过程定义如下:初始阶段0～20s,二回路侧给水流量维持在20%满功率流量,反应堆从热态零功率以线性方式提升到20%满功率;20～40s,反应堆功率和二回路侧给水流量同步线性提升到100%的过程。启动瞬态过程后,直流蒸汽发生器将进入额定工况运行。
计算结果如图1,图2,图3,图4和图5所示。
仿真结果分析:
(1)直流蒸汽发生器启动后,出口流体在极短的时间内(约2～3s)由初始的单相液态经汽液两相转变为过热蒸汽,这个过程未计入流体流动惯性和热构件升温时间。此间温度和流量的波动幅度相对较大,但仍处于安全限值内。
(2)在3～20s阶段,反应堆功率和二回路侧给水流量在20%功率水平下保持平衡,一、二回路侧温度和一回路侧流量围绕稳态值作小幅波动,由于低功率下传热管的过冷区和沸腾区的长度较短,导致在此部分温度梯度较大,造成两相流动不稳定性增强,从而使得二回路侧流量波动较大。低功率下流量震荡将带来流动不稳定性问题,会引发传热管微振现象,因此OTSG应避免在较低的负荷下长期运行。