本文關(guān)鍵詞：某型燃氣輪機建模及控制規(guī)律研究

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【摘要】：燃氣輪機研制中存在技術(shù)難度大、周期長及成本高等問題,這些問題已阻礙燃氣輪機技術(shù)的發(fā)展,因此探索低成本短周期研制出燃氣輪機的方法已成為科研部門不得不面對的問題。根據(jù)燃氣輪機工作原理及結(jié)構(gòu)特點,借助數(shù)學(xué)方法建立燃氣輪機工作過程的性能計算模型,通過數(shù)學(xué)模型計算獲得各條件或各工況下燃氣輪機各截面壓力、流量及溫度等性能；通過數(shù)學(xué)模型分析燃油量和負載對燃氣輪機性能影響等,將為降低燃氣輪機研制成本、縮短研發(fā)周期、減少技術(shù)風(fēng)險等方面開辟了新的思路。本文通過對4MW燃氣輪機工作原理、用途及結(jié)構(gòu)特點分析,建立了壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪、動力渦輪、起動電機及轉(zhuǎn)子等部件模塊,針對低轉(zhuǎn)速下壓氣機特性獲取難問題,提出了一種基于相似原理外推特性的指數(shù)改進方法,通過該方法獲得了4MW燃氣輪機壓氣機低轉(zhuǎn)速特性,構(gòu)建了4MW燃氣輪機起動模型,重點考察了不同負載或起動機功率對燃氣輪機各截面壓力、流量及溫度等性能的影響,為4MW燃氣輪機燃油控制規(guī)律設(shè)計打下基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下：1.在探討4MW燃氣輪機工作原理及結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上,同時考慮到燃氣輪機部件數(shù)學(xué)模塊的可擴展性和通用性,采用部件建模方法建立了4MW燃氣輪機壓氣機模塊、燃燒室模塊、燃氣渦輪模塊、動力渦輪模塊、燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子模塊、動力渦輪軸轉(zhuǎn)子模塊及容積模塊,構(gòu)建了4MW燃氣輪機數(shù)學(xué)模型,通過壓氣機、燃氣渦輪、動力渦輪共同工作線、燃氣渦輪前溫度及燃氣輪機出口溫度仿真計算結(jié)果與GasTurb計算結(jié)果對比,驗證了4MW燃氣輪機數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。2.針對燃氣輪機壓氣機低轉(zhuǎn)速特性獲取難的問題,根據(jù)相似原理應(yīng)用條件及壓氣機低轉(zhuǎn)速工況特點,提出了一種基于相似原理外推特性的指數(shù)改進方法,通過遺傳算法獲取最優(yōu)指數(shù),擬合出4MW燃氣輪機壓氣機低轉(zhuǎn)速特性,并基于該特性構(gòu)建了4MW燃氣輪機起動模型。3.在擁有4MW燃氣輪機部件模塊基礎(chǔ)上,根據(jù)試驗方法獲得特性所構(gòu)建的4MW燃氣輪機數(shù)學(xué)模型重點考察了不同負載對燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速、動力渦輪轉(zhuǎn)速、燃氣輪機輸出功率影響,以及燃氣輪機各部件進出口溫度和流量的變化；根據(jù)外推方法獲得特性所構(gòu)建的4MW燃氣輪機起動模型考察了不同起動機功率對燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速、燃氣渦輪后溫度及燃氣輪機出口溫度的影響�？疾旖Y(jié)果表明：不同負載對燃氣渦輪前溫度、燃氣渦輪出口溫度、動力渦輪出口溫度以及燃機輸出功率影響較大,對其他總體性能與部件性能影響較��；保持燃油規(guī)律一致且隨時間均勻增加前提條件下,在起動機帶轉(zhuǎn)過程中,起動機功率更大的燃氣輪機燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速變化更快,但燃氣渦輪后溫度和燃氣輪機出口溫度更低。4.鑒于燃油控制規(guī)律對燃氣輪機性能的重要影響,在分析4MW燃氣輪機燃油控制系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上,基于轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及多通道低選控制原則構(gòu)建了由起動控制、停機控制、燃氣渦輪轉(zhuǎn)速控制、動力渦輪轉(zhuǎn)速控制、溫度控制及加速度控制等組成的4MW燃氣輪機燃油控制系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：燃氣輪機 部件建模 性能計算 指數(shù)改進外推法 燃油控制規(guī)律
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 符號表15-16
• 第1章 緒論16-30
• 1.1 研究背景及意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外燃氣輪機發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢17-21
• 1.3 燃氣輪機建模研究發(fā)展概況21-27
• 1.3.1 燃氣輪機部件特性獲取方法研究21-23
• 1.3.2 燃氣輪機建模方法研究23-25
• 1.3.3 燃氣輪機控制系統(tǒng)研究25-27
• 1.4 課題來源27-28
• 1.5 主要研究內(nèi)容28-30
• 第2章 燃氣輪機部件建模方法30-47
• 2.1 引言30
• 2.2 燃氣輪機部件建模的基礎(chǔ)30-35
• 2.2.1 建模假設(shè)30-31
• 2.2.2 工質(zhì)熱力性質(zhì)計算方法31-33
• 2.2.3 容積建模方法介紹33-34
• 2.2.4 Matlab/Simulink簡介34-35
• 2.3 部件特性計算35-43
• 2.3.1 進氣道35-36
• 2.3.2 壓氣機36-38
• 2.3.3 燃燒室38-39
• 3.3.4 燃氣渦輪39-41
• 2.3.5 動力渦輪41-43
• 2.4 模型求解方法43-46
• 2.4.1 轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程43
• 2.4.2 容積動力學(xué)方程43-44
• 2.4.3 共同工作條件44-45
• 2.4.4 非迭代實時模型求解45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第3章 4MW燃氣輪機部件模型及性能計算47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 Simulink部件性能計算的實現(xiàn)47-56
• 3.2.1 進氣道模塊47-48
• 3.2.2 壓氣機模塊48-49
• 3.2.3 燃燒室模塊49-50
• 3.2.4 燃氣渦輪模塊50-53
• 3.2.5 動力渦輪模塊53-55
• 3.2.6 轉(zhuǎn)子模塊55
• 3.2.7 容積模塊55-56
• 3.3 模型的構(gòu)建與仿真流程56-59
• 3.3.1 整機模型的建立56-57
• 3.3.2 模型仿真計算流程圖57-59
• 3.4 模型驗證59-61
• 3.5 負載對燃氣輪機性能影響分析61-69
• 3.5.1 整機性能計算63-64
• 3.5.2 壓氣機性能計算64-65
• 3.5.3 燃氣渦輪性能計算65-68
• 3.5.4 動力渦輪性能計算68-69
• 3.6 本章小結(jié)69-70
• 第4章 低轉(zhuǎn)速特性外推及起動性能計算70-88
• 4.1 引言70
• 4.2 燃氣輪機起動過程70-72
• 4.3 低轉(zhuǎn)速部件外推72-81
• 4.3.1 壓氣機低轉(zhuǎn)速外推72-80
• 4.3.2 燃氣渦輪低轉(zhuǎn)速特性計算80-81
• 4.3.3 動力渦輪低轉(zhuǎn)速特性計算81
• 4.4 起動建模81-84
• 4.4.1 起動電機模型81
• 4.4.2 轉(zhuǎn)子動力學(xué)81-82
• 4.4.3 起動部件模型的建立82-84
• 4.5 起動性能計算及影響分析84-87
• 4.6 本章小結(jié)87-88
• 第5章 燃油控制規(guī)律研究88-98
• 5.1 引言88
• 5.2 燃油控制系統(tǒng)原理88-90
• 5.3 燃油控制規(guī)律設(shè)計90-93
• 5.4 主控制系統(tǒng)設(shè)計93-97
• 5.5 本章小結(jié)97-98
• 第6章 結(jié)論與展望98-100
• 6.1 結(jié)論98-99
• 6.2 展望99-100
• 參考文獻100-104
• 碩士期間研究成果104-105
• 致謝105

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本文編號：555262