EXCEL在汽轮机变工况热力核算中的应用

1、能动倍息科2002年6月第2期uiiuuj.EnPinFn.匚口 m:1671 - 0851(2002)02 0049 - 04excel在汽轮机变工况热力核算中的应用黄小兵胥建群周克毅张 雄万文军（东南大学动力系，南京210096）:利用Excel对汽轮机变工况进行计算其计算过程与结果表明釆用此方法能使计算一目了 然易学易用也方便调整文档和査看结果适合高校的汽轮机课程教学工作。:汽轮机；变工况：热力核算；Excel:TK262: AThe Ap回ication of Excel in the Thermodynamic CheckingCalculation tf Turbine，s dry

2、ing Operating ConditionsHUANG Xiacrbin , XU Jiairqun , ZHOU Kiryi, ZHANG Xiong , WAN Weirjun(The Power Department of Southeast University .Nanjing 210096, China)Abstract : By the themvdynamic checking calculation of lurbine's trying operating conditions based on Excel the procedure and results i

3、ndicate lhal the melhnd makes the Ccileulations clear . easy to use and learn also is convenient to change the documenls and lo exairine results 11 fits tor the teaching uork of the turbine in colleges Key words： sleani turbine ; varying operating conditions ; thenivdynamic checking calculation : ex

4、cel© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.0汽轮机工况变动时为了估计汽轮机在 新工况下的经济性、可靠性与安全性汽轮机 变工况热力核算是一项必须进行的计算，但 其计算繁琐复杂是人所共知的。随着计算机 技术的发展现在设计人员一般都使用计算 机语言，如PASCAL、C'Visual C+以及结构 化程序设计方法等来编制热

5、力核算程序，但 或多或少均存在一些缺陷特别是用于教学 中，由于语言的限制，许多参数符号无法采用 通常所采用的形式，而只能采用其他符号取 而代之或者说无法得知其具体计算过程以及 各项公式的采用,这使得程序不够直观给程 序编制人员以外的人阅读该程序带来了很大 的不便。为了解决以上问题使热力核算不仅能 精确地完成该计算，而且能够适合学生的教 学和面向程序编制人员以外的技术人员，我 们可利用Excel编制变工况热力核算方法。1 ExcelExcel是一个功能强大、技术先进、使用 方便的表格式数据综合管理和分析系统，它© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical

6、Disc Co., Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.:2001 - 11 08黄小兵（1977 - ） 男.1999年本科毕业于华中理工大学（现改为华中科技大学）动力系现就读于南京东南大学动 力系硕士生主要从事电厂汽轮机运行特性与寿命管理的研究。 50EXCEL在汽轮机:能动倍息科uiiuuj.EnPinFn.匚口 m© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,

7、Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.用电子表格方式进行数据处理，工作直观方 便。其强大的功能主要表现在以下几个方 面:友好的用户界面;工作表操作简单、易学 易懂;引入公式和函数的数据计算功能；自动 绘制数据统计图及其他绘图功能:有效管理 和分析数据的功能:增强的网络功能;还有宏 功能和自嵌的VBA等。汽轮机热力核算的Excel电子表格形式 中,对于计算数值的公式.用户可以在单元格 中直接输入也可以在编辑栏中编辑、改写。 公式输

8、入完毕，Excel将自动计算结果.并显 示于单元格中而公式的具体内容只显示在 编辑栏中。用户还可以利用Excel的相对引 用和绝对引用来实现编辑公式。或输入数据 时牵涉到的对本工作表其它单元格、同一工 作簿的其他工作表、甚至不同工作簿的工作 表中数据的调用。Excel的这些功能和特点, 不仅能精确地完成热力核算而且很直观，让 用户对汽轮机热力计算中用到的参数、公式、 过程、以及结果等一目了然。对于一些对该 核算过程不够熟悉的人员还可以按照其算法 过程深入了解。而过程中的每一步、用户随 时可以从公式编辑栏中查看某单元格的计算 执行公式等符号和标记等都可以与书本和 手册中的表示方法一致。因此，Ex

9、cel是一种 适合于教学和程序编制人员以外的人更快地 掌握和理解汽轮机热力核算的方法。结合变工况下汽轮机热力核算的特点, 基于Excel电子表格的汽轮机通流部分热力 核算的顺算法、逆算法以及混合算法都可以 很好地进行计算。另外，对核算过程中一些 系数、参数的选取以及有关损失的计算也可 分开列岀，作一定的说明。2 Excel用Excel编制顺或逆算程序时，由其一 张表格即可:编制混合算程序时可由级顺算 表、级逆算表、参数准备表和级混合算表等工 作表组成，根据需要还可以编制控制菜单。 而水和水蒸汽性质的函数用Excel菜单中工 具宏的VB编辑器来编制宏模块编好后 可以在工作表中方便地直接调用。该热

10、力核算的具有以下特点：（1）采用Excel的电子表格形式使汽轮机 热力计算与人工计算时使用的表格形式相同 具有手算计算书的结构形式如表1所示。 根据Excel的特点，热力核算程序表中的每 一行都由序号栏（或步骤）、名称栏、符号栏、 单位栏、数据来源或公式栏和结果栏（见表1 -4、其中结果栏有两列的是为了循环迭代的 方便）组成。计算顺序也和手算过程一样因 此从表面来看该工作表就如同用文字处理 软件编排的一份汽轮机变工况热力核算书 所不同的是在工作表的某些结果栏中却暗藏 着计算程序。这样公式和符号一目了然，而 结果也可以通过查看知道来龙去脉。例如表 3中的叶轮摩擦损失栏其结果为二参数准 备！ F6

11、4 * （参数准备！ F21 ”参数准备! F31）/（F4 *F7），可在编辑栏中看到.F64等 计为引用其它单元格的数值。（2）计算过程清楚，易读易懂易用每个 单元格不清楚处还可很方便地添加批注。程 序中的符号、公式、过程、结果等都清晰符号 和单位也可于计算手册一致。也便于对照和 修改，由于计算程序具有手算结构的形式因 此对于一般相关人员或者学生，程序具有良 好的教学性。当需要修改时只要在需要修改 的单元格输入新的数据或在编辑栏修改原公 式，重新计算即可。（3）查表计算与宏结合的强大功能。Excel 方便强大的取数功能，各运行参数、特性 参数随时可从参数准备表中查取。各中间数 据也可以从别

12、的单元格中直接调用。将水和 水蒸汽热力性质的焙温表编制成宏成为可 引用的函数，宏编制是Excel中的重要功能, 是通过其自带的Visual Basic编辑器来实现© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.能动倍息岡2002年6月第2期uiiuuj.EnpinFn.匚口 m© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Ton

13、gfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.的。一旦编制好后宏的调用也很方便。只要 在需要调用的单元格中输入对应的函数名和 参数来源即可，如表2中的步骤6。而且，用 VBA编制的水和水蒸气函数完全可以按国 际水和水蒸汽性质委员会提供的IFC67工业 用计算模型来编制，以达到更高的精度。(4)数据查询、管理方便按需要可将最终 的核算参数汇总到一个表格中,方便数据结果 的分析。也可以利用Excel的数据管理功能 方便地对数据分类、对比、统计和打印报表等o3用此方法以N200 12.7/535/535型三 缸二排汽汽轮机第20级参数为例编制基于E

14、xcel的热力核算程序。在计算电子表格工 作簿中包含了逆算法、顺算法这两个工作表 及混合算和参数准备表。在计算时可以进行逆算法、顺算法和混 合算法的三种计算。逆顺序混合法实际上只 是将逆算法所求得的结果参数作为了顺算法 的已知条件再用顺算结果作为第二次逆算 的假定值,然后反复迭代直至结束。计算的 表格节选分别见表。表1即为汽机特性(结构)参数的读入表 格，热力核算中要用到这些数据时只要随时 到此表中读取即可要想査阅和修改也很方 便。运行参数的读入也与此相类似包括初 参数、各项损失及其中间值等限于篇幅，此 处不一一列出。© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Opt

15、ical Disc Co., Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.序号名称符号单位数据来源，口不1喷嘴平均直径dnmi巳知输入13052喷嘴出口面积九cm2已知输入2673.73喷嘴出口高度Innun已知输入2464喷嘴出汽角正弦SiUli/已知输入0.2651© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.©

16、 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表2即为具体逆算工作表，为了清楚明 了地进行汽轮机变工况下级核算的每一个逆 算步骤，可把工作表分开列岀成子表格，分别 列岀各步骤和要点。表3为第二步排气状态 的表格节选其它各步基本相类似。© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd

17、. All rights reserved.9序号名称符号单位数据来源二口禾1新工况蒸汽流量Gt/ h输入给定条件382.5842级后压力PiMRi输入给定条件0.2809993级后温度tl°C输入给定条件313.56级后千度*21/X21 =P2l />21)*1* :此即为调用宏函数，由力求X o© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3 52EXCEL在汽轮机能动倍息科uiuiiii.EnpinF 口匚口 m序号名称符号单位叶轮摩撩损失W/kg数据来源 为

18、1 = h *0.1523760.174887结果新工况下级前压力2MRi(G V2)/(Gi * v2i)/oi = > *( GJ G) (). 420280. 553© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.34序号名称符号单位数据来源结果6变工况下轮周效率/1 = 九|/尽10. 8776570.88196213

19、变工况下功率PikWPil = 10 hn 61/3610215.2810328.5714变工况下效率fl/(I =h“/0. 8759600.879692© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3顺算的工作表格也基本与逆算的形式相 类似，就是结合Excel按步骤计算。而混合 算就有顺算和逆算两块组成，其工作表主要 就是指引一下调用的步骤。见图1VBA 函 数图1混合算时进行的调用过程(2)算例中通过计算N20012.7/535/ 535型三缸二排汽汽轮机第20级100 %工况 (即设计工况)和变工况时的运行状况情形, 结果表明，在余速损失、撞击损失以及比值 W11/W21迭代中，收敛速度好，核算精度较 高。在前面已经讲了基于Excel的汽轮机 变工况热力核算的不少好处，当然该体系依 然存在一些不足之处，比如说该电子表格实