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船用二回路系统主汽轮机结构优化与系统协调控制策略研究
| 论文题名： | 船用二回路系统主汽轮机结构优化与系统协调控制策略研究 |
| 关键词： | 船用核动力装置;主汽轮机;结构优化;协调控制 |
| 摘要： | 主汽轮机是船用核动力装置的关键设备，其各项非经济性性能参数对系统具有十分重要的影响。船舶空间和载重有限，要求在保证主汽轮机功率满足实际需求的前提下，尽可能减小主汽轮机的体积和重量，因此对主汽轮机进行重量和体积优化研究具有非常重要的意义。而核动力装置变工况控制策略一直是其安全运行的重要保障，从火电机组锅炉-汽机控制系统发展出来的炉机协调控制能有效解决二回路堆机功率不匹配问题，既保证系统对负荷的响应速度又能保证系统稳定性。 本文主要围绕主汽轮机重量、体积优化设计与堆机协调运行控制策略研究展开。结合速度三角形法建立主汽轮机数学模型，借助Python语言编写主汽轮机评价程序，并分别采用粒子群算法与遗传算法进行主汽轮机重量、体积的多目标优化计算;基于JTopmeter建模工具建立二回路系统仿真模型，对反应堆跟随汽轮机基本控制方式、堆功率控制引入前馈控制方式和以前馈-反馈为基础的堆机协调控制方式下二回路系统的动态特性进行仿真研究。 研究结果表明:采用粒子群算法时，主汽轮机重量单目标优化率为13.45％，体积单目标优化率为11.43％，双目标优化结果中重量、体积优化率分别为12.19％和10.32％;采用遗传算法时，重量单目标优化率为13.53％，体积单目标优化率为11.40％，双目标优化结果中重量、体积优化率分别为12.23％和10.20％，相同优化变量与约束条件下，两种优化算法优化结果相差很小;不同堆机控制方式下二回路系统变负荷仿真结果表明:堆功率控制器采用一回路冷却剂平均温度为控制信号时，引入功率前馈信号使一回路冷却剂平均温度波动程度减小，堆功率曲线下降动作有所提前，二回路侧参数变化不大，采用堆机协调控制方式时冷凝器压力最大波动减小了4.7％，除氧器压力最大波动减小了17.6％;堆功率控制器采用主蒸汽压力为控制信号时，引入功率前馈使得堆功率曲线下降趋势有所提前，超调量减小且稳定时间减小，系统关键参数波动减小，采用协调控制方式时冷凝器压力最大波动减小了43％，除氧器压力最大波动减小了37.5％。 |
| 作者： | 王佳星 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 张国磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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