[发明专利]一种浮动核电站二回路主要设备体积优化方法

说明书

本发明公开了一种浮动式核电站二回路主要设备体积优化方法，包括：(1)建立二回路主要设备结构设计的数学模型；(2)选取优化参数；(3)建立目标函数；(4)建立约束条件；(5)建立二回路热力方案；(6)进行热平衡计算；(7)计算设备总体积，得到目标函数值；(8)参数优化，通过改进粒子群算法对优化参数进行优化，计算粒子速度并得到下一代粒子位置，更新个体最优粒子和全局最优粒子；(9)重复步骤(6)‑(8)，直到完成预先设置的迭代次数，将使目标函数值最小的一组优化参数作为最优解。本发明的方法保证了在对各个设备进行结构设计时设备之间能够相互匹配；采用的改进粒子群算法能够达到全局最优。

技术领域

本发明涉及设备体积优化方法，尤其是涉及一种面向浮动式核电站二回路应用的，能够适用于二回路主要设备的体积优化方法。

背景技术

浮动式核电站是指利用浮动平台建造的可移动的核电站，在无电网地区供电、海水淡化等领域存在明显的优势。二回路系统是压水堆核动力装置的重要组成部分，其主要功能是将反应堆及一回路系统产生并传递过来的热量转化为船舶航行所需的机械能，并生产电能和淡水。浮动式核电站二回路所占用的空间直接影响其机动性和灵活性，因此系统设计过程中须对二回路设备体积进行优化，保证其在一定功率下总体积最小。

目前，针对核动力装置二回路尺寸的优化方法主要有以下两种：

(1)对二回路单个设备的尺寸进行优化；

(2)对二回路若干个主要设备的总体尺寸进行优化，手动输入热工水力参数。

在第(1)种方式中，对单个设备进行尺寸优化只能得到单台设备的最优尺寸，而各个设备之间是相互制约的，单台设备尺寸优化后，其输出工质的热工水力参数也随之变化，这种变化可能导致下游设备的尺寸增大才能满足总体性能要求，因此，单个设备的尺寸最优未必是总体尺寸最优；

在第(2)种方式中，虽然考虑了若干个设备的总体尺寸最优，但未在每一次优化前进行热平衡计算，手动输入热工水力参数导致最终得到的设备尺寸可能相互之间不匹配，即组合成为二回路系统后无法达到预期的性能需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种浮动式核电站二回路主要设备体积优化方法，该方法综合考虑蒸汽发生器、汽轮机和冷凝器三个主要设备的总体积，避免了优化单个设备而导致无法得到总体积最优的缺点；同时，该方法在每一次进行优化之前都进行热平衡计算，避免了多次优化后设备相互之间不匹配的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种浮动核电站二回路主要设备体积优化方法，包括：

(1)建立二回路主要设备结构设计的数学模型，包括蒸汽发生器数学模型、汽轮机数学模型和冷凝器数学模型；

(2)选取优化参数，选择对设备体积影响大的参数作为优化参数，包括蒸汽发生器二次侧压力、冷凝器壳侧压力、传热管外径、传热管节径比；

(3)建立目标函数，目标函数值为上述三种二回路设备的总体积，通过寻找最优的优化参数值组合，得到最小目标函数值；

(4)建立约束条件，从参数约束、性能约束和结构约束三方面建立约束条件，保证优化后设备参数合理；

(5)建立二回路热力方案：配置各个设备的连接关系，使之成为完整的二回路系统；

(6)进行热平衡计算，确定二回路负荷功率，建立各设备之间的质量和能量守恒方程，采用迭代法对方程进行求解，得到各设备相互匹配且能满足二回路负荷功率输出需求的热力方案；

(7)计算设备总体积，将热平衡计算得到的热工参数作为二回路主要设备体积的数学模型的输入，结合优化参数，得到目标函数值；