河北建投承德熱電有限責(zé)任公司 李長(zhǎng)松

伴隨國(guó)家電力事業(yè)迅速發(fā)展，新建大容量汽輪發(fā)電機(jī)組迅速增加，電廠對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性要求越來越高。而汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)對(duì)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步、汽輪機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及評(píng)估、技術(shù)改造、經(jīng)濟(jì)性和安全性評(píng)價(jià)等方面起到重要的作用。為適應(yīng)日趨增加的汽輪機(jī)熱力特性試驗(yàn)工作任務(wù)，有必要采用更高效、準(zhǔn)確、使用方便的熱力試驗(yàn)計(jì)算工具。

1 Excel 應(yīng)用軟件及VBA

Excel 為微軟Office 辦公軟件的表格處理程序，它的基本功能是數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算與分析，生成報(bào)表及圖表，更適于進(jìn)行專業(yè)科學(xué)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及大量數(shù)據(jù)的計(jì)算分析。VBA 全稱Visual Basic For Application，是建立在Office 中的一種應(yīng)用程序開發(fā)工具。Excel 本身內(nèi)置大量函數(shù)，但對(duì)于一些復(fù)雜、特殊的數(shù)據(jù)處理或運(yùn)算并不實(shí)用，VBA 可以對(duì)Excel 進(jìn)行二次開發(fā)，有效地自定義和擴(kuò)展Excel 的功能。

2 汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)工具

本計(jì)算工具設(shè)計(jì)為進(jìn)行汽輪機(jī)考核試驗(yàn)，因此主計(jì)算流程完全符合ASME PTC6-1996全面試驗(yàn)要求。本計(jì)算工具主要功能包括IAPWS-IF97或IFC67選擇、數(shù)據(jù)輸入與處理、輔助流量計(jì)算與整理、不明泄漏率計(jì)算、試驗(yàn)熱力特性計(jì)算、一類修正、修正曲線處理、二類修正、其它修正計(jì)算、邏輯關(guān)系查詢、膨脹曲線繪制、數(shù)據(jù)輸出、輔助熱力系統(tǒng)定量分析等。由于汽輪機(jī)熱力特性試驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)量大、計(jì)算繁瑣，因此本計(jì)算工具以試驗(yàn)計(jì)算流程及熱力系統(tǒng)劃分模塊，模塊內(nèi)數(shù)據(jù)及計(jì)算集中布置并行列歸類，所有主要計(jì)算模塊按邏輯關(guān)系就近布置在同一張表單內(nèi)，方便查找邏輯關(guān)系、發(fā)現(xiàn)問題及修改。

本汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)計(jì)算工具采用成熟的水和水蒸汽性質(zhì)計(jì)算模塊，該模塊做成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Dll），同時(shí)包含IFC-67公式和IAPWS-IF97公式，通過VBA 程序調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)水和水蒸汽公式及函數(shù)調(diào)用，在計(jì)算過程中，通過切換計(jì)算公式標(biāo)準(zhǔn)功能可方便地選擇采用IFC-67公式或IAPWSIF97公式計(jì)算，這就使本計(jì)算工具適用于采用不同水和水蒸氣性質(zhì)計(jì)算公式的機(jī)組，對(duì)于采用IFC-67公式計(jì)算的機(jī)組，可對(duì)比該機(jī)組采用IFC-67公式和IAPWS-IF97公式計(jì)算結(jié)果的差別，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)差距分析在今后計(jì)算中改用IAPWS-IF97公式計(jì)算。

2.1 數(shù)據(jù)輸入與處理

汽輪機(jī)熱力特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)量大，試驗(yàn)通常采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)束后將試驗(yàn)結(jié)果通過Excel加載宏導(dǎo)入本計(jì)算工具；本計(jì)算工具可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中在線監(jiān)測(cè)機(jī)組熱力特性試驗(yàn)，配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及DDE 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接，在試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)導(dǎo)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在線計(jì)算機(jī)組當(dāng)前熱力特性，包括機(jī)組試驗(yàn)熱耗、各缸缸效率、排汽焓、主再熱器壓損、抽汽管道壓損、加熱器端差及溫升、繪制機(jī)組膨脹曲線等。

在線計(jì)算功能，可在試驗(yàn)前根據(jù)在線計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)存在的測(cè)點(diǎn)問題，掌握機(jī)組熱力系統(tǒng)的基本情況以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，確保試驗(yàn)正確性、準(zhǔn)確性及高效率。需說明的是，在線計(jì)算應(yīng)采用給水流量作為主流量的計(jì)算方式。在線計(jì)算同樣可進(jìn)行機(jī)組一類及二類修正，但只作為試驗(yàn)過程中的參考。對(duì)于試驗(yàn)結(jié)束后導(dǎo)入的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理模塊處理，處理內(nèi)容包括選取試驗(yàn)有效時(shí)間段、判斷數(shù)據(jù)有效性、測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)值確定。數(shù)據(jù)處理模塊為在VBA 中編寫的宏，對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理，所用函數(shù)均為Excel 集成函數(shù)。

2.2 輔助流量計(jì)算與整理

工具中的流量計(jì)算采用流量計(jì)算模塊完成，通過調(diào)用流量計(jì)算模塊中的函數(shù)，可計(jì)算出不同流量測(cè)量裝置的流量。流量計(jì)算模塊設(shè)計(jì)符合GB/T 2624《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》。可計(jì)算流量包括ASME 噴嘴、1932噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、孔板、文丘里噴嘴。

汽輪機(jī)熱力特性計(jì)算中的輔助流量較多，且不同機(jī)組輔助流量管道布置不同，計(jì)算過程中易出錯(cuò)。本計(jì)算工具將輔助流量集中在一個(gè)模塊中處理，模塊為表格形式，表格行為不同輔助流量、列為不同輔助流量匯入或流出處，表格最后一行分別為輔助流匯入熱力系統(tǒng)各抽汽段流量總和，表格最左側(cè)為輔助流量攜帶流出汽輪機(jī)的能量，且模塊中用藍(lán)色表示輔助流量出汽輪機(jī)的流量或能量、用紅色表示進(jìn)入汽輪機(jī)的流量或能量，這樣將輔助流量分布在二維表格中并按行列歸類求和，在主機(jī)能量及流量平衡計(jì)算過程中只用到輔助流量模塊的求和項(xiàng)。當(dāng)熱力系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，計(jì)算前將輔助流量數(shù)據(jù)按照實(shí)際熱力系統(tǒng)布置鏈接到輔助流量模塊對(duì)應(yīng)單元格即可完成輔助流量處理，在其它計(jì)算步驟中不必考慮，這樣只要將各個(gè)輔助流量正確的鏈接到輔助流量模塊表格內(nèi)，就不會(huì)因輔助流量造成計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤或誤差。

2.3 不明泄漏率計(jì)算

此模塊用于計(jì)算試驗(yàn)過程中，機(jī)組不明泄漏率及泄漏量，汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)不明泄漏量分配，模塊根據(jù)凝汽器、除氧器、汽包（如有）幾何尺寸，試驗(yàn)期間水位變化及試驗(yàn)期間汽水參數(shù)計(jì)算機(jī)組不明泄漏量等。

2.4 試驗(yàn)熱力特性計(jì)算

此汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)計(jì)算工具包括回?zé)嵯到y(tǒng)計(jì)算、主機(jī)流量及能量平衡計(jì)算兩部大部分。回?zé)嵯到y(tǒng)計(jì)算模塊可切換至給水流量為主流量進(jìn)行計(jì)算，但默認(rèn)采用凝結(jié)水為主流量。兩個(gè)模塊中回?zé)嵯到y(tǒng)計(jì)算模塊每一列為一個(gè)加熱器，并排8列分別為3臺(tái)高加、除氧器及4臺(tái)低加，每列最后顯示試驗(yàn)加熱器上下端差及抽汽壓損；主機(jī)流量及能量平衡模塊每行為一段抽汽或進(jìn)、排汽，參數(shù)由高到低排列，每行最后一個(gè)單元格顯示試驗(yàn)缸效率或管道壓損。兩個(gè)模塊布置相對(duì)集中，便于查找邏輯關(guān)系及修改。主機(jī)流量及能量平衡模塊中紅色的單元格表示進(jìn)入汽輪機(jī)的能量或流量，藍(lán)色表示流出汽輪機(jī)的能量或流量，以方便計(jì)算整機(jī)能量、流量平衡計(jì)算。

計(jì)算高加、除氧器及低加時(shí)需假設(shè)給水流量及膨脹線終點(diǎn)焓（ELEP），并迭代確定最終給水流量，計(jì)算ELEP 還需計(jì)算機(jī)組能力平衡，最終迭代確定。具體計(jì)算方法這里不詳述。需指出的是在Excel 中迭代計(jì)算的方法，采用Excel 集成的單變量求解功能，在模塊中添加迭代按鈕，單擊按鈕執(zhí)行迭代過程代碼，完成機(jī)組試驗(yàn)熱力特性計(jì)算，迭代過程代碼如下：

Private Sub CommandButton2_Click()（回車）Range(“F37”).GoalSeek Goal:=0,ChangingCell:=Range(“F35”)（回車）Range(“F38”).GoalSeek Go al:=0,ChangingCell:=Range(“F36”)（回車）End Sub

低加計(jì)算中末兩級(jí)低加抽汽有可能是濕蒸汽，過熱度不足15℃，而不能直接求出抽汽焓，此時(shí)應(yīng)由試驗(yàn)低壓缸膨脹曲線及試驗(yàn)抽汽段壓力確定，計(jì)算過程中先預(yù)設(shè)ELEP，然后根據(jù)試驗(yàn)低壓缸進(jìn)汽點(diǎn)、膨脹線終點(diǎn)所確定的膨脹曲線（直線）及試驗(yàn)段抽汽壓力查得抽汽段焓值，本計(jì)算工具采用VBA函數(shù)實(shí)現(xiàn)，函數(shù)參數(shù)包括低壓缸進(jìn)汽點(diǎn)參數(shù)、膨脹線終點(diǎn)參數(shù)、試驗(yàn)抽汽段參數(shù)，調(diào)用函數(shù)時(shí)函數(shù)先計(jì)算抽汽段蒸汽過熱度，如過熱度大于15℃則根據(jù)抽汽段溫度壓力直接求出抽汽段焓值，如過熱度小于15℃則根據(jù)試驗(yàn)低壓缸進(jìn)汽點(diǎn)、膨脹線終點(diǎn)所確定的膨脹曲線（直線）及試驗(yàn)段抽汽壓力查得抽汽段焓值，具體采用二分法迭代，先選取低壓缸膨脹線中點(diǎn)熵值，比較此熵值和抽汽段壓力確定的焓值與此熵值對(duì)應(yīng)低壓缸膨脹線焓值的大小，從而確定下一次迭代區(qū)間并進(jìn)行下一次迭代，直至比較兩個(gè)焓值差達(dá)到精度要求以內(nèi)。此函數(shù)可自動(dòng)判斷抽汽段過熱度，選擇如何計(jì)算試驗(yàn)抽汽段焓值，提高了試驗(yàn)計(jì)算的效率。

2.5 一類修正計(jì)算

第一類修正又稱為系統(tǒng)修正，一類修正包括加熱器端差、抽汽管道壓損及散熱損失、系統(tǒng)儲(chǔ)水量變化、凝泵及給水泵焓升、凝結(jié)水過冷度、補(bǔ)水流量、鍋爐減溫水等。第一類修正是將試驗(yàn)循環(huán)修正到規(guī)定循環(huán)，具體修正方法這里不詳述。第一類修正采用迭代算法，本計(jì)算工具為實(shí)現(xiàn)迭代功能設(shè)計(jì)了迭代模塊。模塊中有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表、迭代輸入表、迭代輸出表，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表內(nèi)為機(jī)組試驗(yàn)熱力特性數(shù)據(jù)，迭代輸入表內(nèi)為迭代輸入數(shù)據(jù)，迭代輸出表內(nèi)為迭代輸出數(shù)據(jù)。通過VBA 編寫宏可方便地實(shí)現(xiàn)迭代過程。迭代最終只顯示最總一次迭代輸入與輸出數(shù)據(jù)，迭代終止條件為迭代輸入機(jī)組各段抽汽壓力與迭代輸出壓力之比均小于0.01%。

具體代碼如下：Private Sub Command Button3_Click()（回車）Dimi As Integer（回車）i=1（回車）Range(“G45:I59”).Select（回車）Selection.Copy（回車）Range(“B45:D59”).Select（回車）Selection.PasteSpecial Past e:=xlPasteValues,Operation:=xlNone,SkipBlanks_（回車）:=False,Transpose:=False（回車）Application.CutCopyMode=False（回車）ActiveSheet.Calculate（回車）Do While Cells(58,5)>0.0001（回車）Range(“B62:D76”).Select（回車）Selection.Copy（回車）Range(“B45:D59”).Select（回車）Selection.PasteSpecial Paste:=xlPasteValues,Opera tion:=xlNone,SkipBlanks_（回車）:=False,Transpose:=False（回車）Application.CutCopyMode=False（回車）ActiveSheet.Calculate（回車）i=i+1（回車）If i>100 Then（回車）Exit Do（回車）End If（回車）Loop（回車）End Sub

一類修正時(shí)為保證汽輪機(jī)各缸效率不變，膨脹線為分段確定，先確定主蒸汽、高排參數(shù)不變。其次ELEP 不變，因此對(duì)于低壓缸，當(dāng)新的進(jìn)汽壓力確定后，進(jìn)汽焓的確定要保證低壓缸效率（對(duì)ELEP 點(diǎn)）不變，根據(jù)連通管壓降確定中排壓力，中壓缸排汽焓等于低壓缸進(jìn)汽焓，這樣中壓缸排汽點(diǎn)隨之確定。同樣，再熱器焓仍然是中壓缸排汽壓力、排汽焓、新的再熱器壓力和試驗(yàn)缸效率下得出[1]。

本計(jì)算工具中低壓缸進(jìn)汽焓和再熱器焓同樣采用函數(shù)調(diào)用計(jì)算，一類修正過程中各段抽汽焓通過抽汽段壓力、對(duì)應(yīng)缸的膨脹曲線確定。函數(shù)調(diào)用參數(shù)包括對(duì)應(yīng)缸體的進(jìn)、排汽壓力及焓，抽汽段壓力，程序?qū)崿F(xiàn)方法參考試驗(yàn)熱力特性計(jì)算中末兩級(jí)抽汽焓計(jì)算函數(shù)。

2.6 膨脹曲線繪制

汽輪機(jī)膨脹過程線直觀反映汽輪機(jī)熱力特性。本熱力試驗(yàn)工具可繪制試驗(yàn)汽輪機(jī)膨脹過程線及一類修正機(jī)組膨脹過程線。汽輪機(jī)膨脹過程線繪制采用EXCEL 的圖表繪制功能。膨脹過程線繪制可在在線試驗(yàn)過程中繪制，有助于試驗(yàn)過程中觀察及了解機(jī)組熱力特性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組缺陷及試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)問題；本工具可繪制一類修正后汽輪機(jī)膨脹線，同時(shí)通過對(duì)比試驗(yàn)汽輪機(jī)膨脹線并對(duì)一類修正各段抽汽焓進(jìn)行調(diào)整，使一類修正膨脹線趨勢(shì)趨于試驗(yàn)膨脹線，這樣一類修正過程中各段抽汽焓確定更符合機(jī)組實(shí)際熱力特性。

2.7 邏輯關(guān)系查詢

汽輪機(jī)熱力特性試驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)量大、計(jì)算繁瑣，為方便試驗(yàn)人員修改及查錯(cuò)，本工具具有邏輯關(guān)系查詢功能，此功能運(yùn)用Excel 的追蹤引用單元格及從屬單元格函數(shù)為基礎(chǔ)，通過VBA 編程并設(shè)置操作快捷鍵，方便使用本計(jì)算工具的用戶進(jìn)行熱力特性計(jì)算的邏輯關(guān)系查找、修改，尤其便于多單元格邏輯關(guān)系查看操作。

2.8 其他功能

本計(jì)算工具還包括二類修正、其它修正計(jì)算、數(shù)據(jù)輸出、輔助熱力系統(tǒng)定量分析等功能。

3 結(jié)語(yǔ)

本汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)計(jì)算工具基于Excel 的開發(fā)，計(jì)算過程符合ASME PTC6—1996試驗(yàn)規(guī)程要求，以Excel 為主界面并結(jié)合VBA 編程完成。計(jì)算可以選擇采用水、水蒸汽熱力學(xué)性指標(biāo)IAPWS-IF97或IFC67。希望通過本計(jì)算工具可提高汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)計(jì)算正確性及效率。本工具設(shè)計(jì)完成時(shí)間比較短，先后分別用于不同機(jī)組考核試驗(yàn)及機(jī)組改造試驗(yàn)，并在使用過程中不斷修改、完善并擴(kuò)展，使用的過程中能夠做到計(jì)算的準(zhǔn)確、便捷及高效。