本文關(guān)鍵詞：含供氣環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)仿真及性能退化預(yù)估

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【摘要】：隨著全球節(jié)能環(huán)保意識(shí)和電網(wǎng)調(diào)峰需求的逐步提高,火力發(fā)電機(jī)組要求向高能源利用效率和良好環(huán)保性能并重的方向發(fā)展。重型燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以投資費(fèi)用低、供電效率高、排放污染小和啟�？焖俚膬�(yōu)勢(shì),已在火力發(fā)電領(lǐng)域占據(jù)不可替代的地位。建立重型燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)態(tài)仿真模型以掌握燃機(jī)各部件/環(huán)節(jié)的匹配關(guān)系并優(yōu)化其運(yùn)行策略,是燃?xì)廨啓C(jī)全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)的重要技術(shù)手段。燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后,其部件性能會(huì)出現(xiàn)不可避免的退化,引起總體性能的下降,從而對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此有必要將基于仿真模型的燃?xì)廨啓C(jī)性能預(yù)測(cè)推廣至性能退化階段,從而評(píng)估機(jī)組的健康狀態(tài)。重型燃?xì)廨啓C(jī)配套的天然氣供應(yīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸送至燃燒室的天然氣的參數(shù),其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力影響燃燒穩(wěn)定性從而影響整機(jī)性能,故研究天然氣供應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)性能的匹配關(guān)系對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)全系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有積極意義。由于燃?xì)廨啓C(jī)各部件所處位置和運(yùn)行方式的不同,其部件性能表現(xiàn)形式也不盡相同。壓氣機(jī)、燃燒室和透平屬于燃機(jī)氣路部件,其性能可通過建模仿真從相關(guān)可測(cè)熱參數(shù)的角度反映;而拉桿轉(zhuǎn)子的性能則需要從動(dòng)力學(xué)特性的角度研究。因此針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)氣路部件和轉(zhuǎn)子的性能特點(diǎn),采用多樣化的研究手段,可以豐富燃?xì)廨啓C(jī)性能預(yù)測(cè)的理論方法,為燃?xì)廨啓C(jī)的健康狀態(tài)預(yù)估提供可靠的參考。鑒于此,論文建立了包含天然氣供應(yīng)系統(tǒng)、燃燒室環(huán)節(jié)、渦輪部件、壓氣機(jī)部件等在內(nèi)的重型燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型,模擬重型燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際工況下的性能表現(xiàn),并以該模型為基礎(chǔ)進(jìn)行氣路部件性能退化預(yù)估;同時(shí)針對(duì)拉桿非連續(xù)性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立了其動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算方法,以此進(jìn)行拉桿轉(zhuǎn)子性能退化預(yù)估。本文主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:⑴建立重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)仿真模型。采用通用級(jí)特性曲線逐級(jí)疊加法預(yù)估重型燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)特性;然后以部件特性法建立含壓氣機(jī)、燃燒室和透平等主要部件的重型燃?xì)廨啓C(jī)通用仿真模型;最后根據(jù)實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù),采用自適應(yīng)算法對(duì)各通用仿真模型中的各部件特性進(jìn)行修正,形成較高精度的重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)仿真模型,可用于真實(shí)機(jī)組的性能預(yù)測(cè)。⑵建立重型燃?xì)廨啓C(jī)天然氣供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型。對(duì)天然氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化劃分,建立各部件模塊;采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立燃機(jī)進(jìn)口預(yù)置壓力設(shè)定和值班/預(yù)混流量分配模塊,加入相應(yīng)的溫度、壓力和流量控制器,組合形成天然氣供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型。該模型的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果符合電廠實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況,證明了模型的正確性。天然氣供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型的建立為分析重型燃?xì)廨啓C(jī)與供氣環(huán)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)行效果提供了前提。⑶含天然氣供應(yīng)環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真。將重型燃?xì)廨啓C(jī)本體模型和天然氣供應(yīng)系統(tǒng)模型綜合,形成包含供氣環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型。對(duì)該模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能驗(yàn)證和變工況仿真試驗(yàn),在驗(yàn)證模型正確性的同時(shí),得出了燃機(jī)主要性能參數(shù)在不同天然氣物性參數(shù)和空氣壓力、溫度條件下的修正曲線,分析了天然氣供應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵熱參數(shù)和總體性能的影響,同時(shí)也針對(duì)重型燃機(jī)的啟停、升降負(fù)荷等主要運(yùn)行策略進(jìn)行仿真研究。含供氣環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型可作為獲取機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件下標(biāo)準(zhǔn)工況數(shù)據(jù)的仿真平臺(tái)。⑷重型燃?xì)廨啓C(jī)氣路部件性能退化預(yù)估在重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)模型中引入性能退化因子,采用自適應(yīng)算法自動(dòng)調(diào)整性能退化因子,仿真復(fù)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)指定時(shí)刻的性能狀態(tài),從退化因子的變動(dòng)判斷部件是否出現(xiàn)性能退化;同時(shí)模擬重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生典型氣路部件性能退化時(shí)可測(cè)熱參數(shù)與性能參數(shù)的變化情況,設(shè)計(jì)了基于隸屬度的層次分類方法將退化仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為退化預(yù)測(cè)知識(shí),根據(jù)具體部件性能退化類型的可信度值進(jìn)一步確認(rèn)發(fā)生該類氣路部件退化的可能性并評(píng)估退化程度。該方法在真實(shí)機(jī)組的應(yīng)用效果證明其具有一定的準(zhǔn)確性,可用于燃?xì)廨啓C(jī)健康狀態(tài)的初步預(yù)測(cè)。⑸重型燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子性能退化預(yù)估針對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子輪盤端面齒嚙合的非連續(xù)性結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在傳統(tǒng)的Riccati傳遞矩陣中引入以一表征端面齒嚙合對(duì)轉(zhuǎn)子彎曲剛度弱化程度的因子。采用ANASYS接觸問題分析方法獲取具體的剛度弱化因子數(shù)值,從而完成了Ricaati傳遞矩陣法對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子動(dòng)力特力學(xué)特性計(jì)算的適用性改造。利用ANASYS有限元蠕變分析方式研究端面齒嚙合處發(fā)生高溫蠕變引發(fā)應(yīng)力松弛對(duì)轉(zhuǎn)子彎曲剛度的影響,并計(jì)算蠕變下的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)端面齒接觸剛度隨蠕變時(shí)間逐步降低,此時(shí)臨界轉(zhuǎn)速呈先快速降低后直至穩(wěn)定的變化趨勢(shì),相關(guān)振型振幅不斷提高。進(jìn)而以臨界轉(zhuǎn)速相對(duì)變化量作為轉(zhuǎn)子性能退化參數(shù),設(shè)計(jì)了以臨界轉(zhuǎn)速為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子性能退化預(yù)估方式。從熱參數(shù)仿真和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性兩個(gè)角度分析重型燃?xì)廨啓C(jī)的性能退化問題,對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)的健康狀態(tài)預(yù)測(cè)、性能退化研究和故障仿真具有重大的實(shí)用價(jià)值,在一定程度上完善和發(fā)展了重型燃機(jī)性能退化研究的基本理論和方法,為重型燃?xì)廨啓C(jī)全系統(tǒng)部件的健康狀態(tài)評(píng)估提供了一種新的思路。
【關(guān)鍵詞】：燃?xì)廨啓C(jī) 天然氣供應(yīng)系統(tǒng) 性能仿真 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)計(jì)算 性能退化預(yù)估
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK471
【目錄】：

• 摘要5-9
• Abstract9-18
• 第一章 緒論18-33
• 1.1 課題研究背景和意義18-21
• 1.2 燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀21-27
• 1.2.1 燃?xì)廨啓C(jī)模塊化建模的研究現(xiàn)狀21-24
• 1.2.2 燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型的發(fā)展趨勢(shì)24-26
• 1.2.3 燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)建模仿真的研究現(xiàn)狀26-27
• 1.3 燃?xì)廨啓C(jī)性能退化預(yù)估的研究現(xiàn)狀27-31
• 1.3.1 氣路部件性能退化的研究現(xiàn)狀27-30
• 1.3.2 轉(zhuǎn)子性能退化的研究現(xiàn)狀30-31
• 1.4 本文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排31-33
• 第二章 重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)仿真模型研究33-57
• 2.1 前言33
• 2.2 壓氣機(jī)特性預(yù)估33-43
• 2.2.2 非設(shè)計(jì)工況參考系數(shù)相似外推33-37
• 2.2.3 壓氣機(jī)特性逐級(jí)疊加計(jì)算37-39
• 2.2.4 變幾何和級(jí)間抽氣的簡(jiǎn)化處理39-40
• 2.2.5 壓氣機(jī)特性預(yù)估結(jié)果40-43
• 2.3 重型燃?xì)廨啓C(jī)通用仿真模型建立43-47
• 2.3.1 壓氣機(jī)模塊43-44
• 2.3.2 燃燒室模塊44-45
• 2.3.3 透平模塊45-47
• 2.3.4 轉(zhuǎn)子模塊47
• 2.4 重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)模型建立47-52
• 2.4.1 部件性能修正因子的引入48-49
• 2.4.2 燃機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的選擇和處理49-50
• 2.4.3 性能修正因子的自適應(yīng)計(jì)算50-52
• 2.5 重型燃?xì)廨啓C(jī)部件特性自適應(yīng)模型實(shí)例52-56
• 2.5.1 性能修正因子函數(shù)52-54
• 2.5.2 模型精度試驗(yàn)驗(yàn)證54-56
• 2.6 本章小結(jié)56-57
• 第三章 重型燃?xì)廨啓C(jī)天然氣供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型研究57-79
• 3.1 前言57-58
• 3.2 天然氣供應(yīng)系統(tǒng)部件建模58-64
• 3.2.1 容積慣性模塊58-59
• 3.2.2 壓力輸出型模塊59-61
• 3.2.3 流量輸出型模塊61-63
• 3.2.4 天然氣物性模塊63-64
• 3.3 關(guān)鍵控制參數(shù)設(shè)定模塊建立64-71
• 3.3.1 天然氣參數(shù)對(duì)燃機(jī)進(jìn)口預(yù)置壓力影響的數(shù)據(jù)分析65-68
• 3.3.2 燃機(jī)進(jìn)口預(yù)置壓力設(shè)定網(wǎng)絡(luò)模塊68-70
• 3.3.3 值班/預(yù)混氣流量分配網(wǎng)絡(luò)模塊70-71
• 3.4 天然氣供應(yīng)系統(tǒng)控制模型設(shè)計(jì)71-73
• 3.4.1 控制模型結(jié)構(gòu)71-72
• 3.4.2 包含控制器的仿真模型整合72-73
• 3.5 天然氣供應(yīng)系統(tǒng)仿真試驗(yàn)73-78
• 3.5.1 不同氣種下的穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果分析73-74
• 3.5.2 燃機(jī)不同負(fù)荷情況下的穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果分析74-75
• 3.5.3 氣種切換情況下的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果分析75-77
• 3.5.4 燃機(jī)負(fù)荷突變情況下的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果分析77-78
• 3.6 本章小結(jié)78-79
• 第四章 含供氣環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真79-95
• 4.1 前言79
• 4.2 含供氣環(huán)節(jié)的重型燃?xì)廨啓C(jī)模型實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證79-85
• 4.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)79-81
• 4.2.2 仿真模型的對(duì)接81-82
• 4.2.3 穩(wěn)定工況仿真試驗(yàn)82-83
• 4.2.4 大氣參數(shù)變化下的仿真試驗(yàn)83-85
• 4.3 天然氣參數(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能影響的仿真分析85-89
• 4.3.1 非設(shè)計(jì)天然氣參數(shù)下的穩(wěn)態(tài)仿真86-87
• 4.3.2 天然氣參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真87-89
• 4.4 燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略仿真分析89-94
• 4.4.1 啟動(dòng)過程90-91
• 4.4.2 升/降負(fù)荷過程91-93
• 4.4.3 停機(jī)過程93-94
• 4.5 本章小結(jié)94-95
• 第五章 重型燃?xì)廨啓C(jī)氣路部件性能退化預(yù)估95-110
• 5.1 前言95
• 5.2 重型燃?xì)廨啓C(jī)性能退化仿真預(yù)測(cè)95-100
• 5.2.1 重型燃?xì)廨啓C(jī)性能退化模型建立96-97
• 5.2.2 部件性能退化因子的調(diào)整97-98
• 5.2.3 性能退化仿真預(yù)測(cè)應(yīng)用實(shí)例98-100
• 5.3 典型氣路部件性能退化仿真100-105
• 5.3.1 單類型部件性能退化仿真100-102
• 5.3.2 多類型部件性能退化組合仿真102-105
• 5.4 氣路部件性能退化層次分類預(yù)測(cè)方法105-109
• 5.4.1 基于隸屬度的層次分類方法105-106
• 5.4.2 隸屬度計(jì)算及權(quán)重值設(shè)置106-108
• 5.4.3 性能退化層次分類診斷方法的實(shí)際應(yīng)用108-109
• 5.5 本章小結(jié)109-110
• 第六章 重型燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子性能退化預(yù)估110-130
• 6.1 前言110
• 6.2 拉桿轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算方法設(shè)計(jì)110-117
• 6.2.1 Riccati傳遞矩陣法的非連續(xù)性改進(jìn)111-113
• 6.2.2 拉桿轉(zhuǎn)子計(jì)算模型建立113-116
• 6.2.3 拉桿轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)116-117
• 6.3 端面齒接觸剛度的有限元分析117-123
• 6.3.1 端面齒有限元接觸模型建立117-119
• 6.3.2 端面齒接觸效應(yīng)分析119-121
• 6.3.3 高溫蠕變下的端面齒接觸剛度分析121-123
• 6.4 拉桿轉(zhuǎn)子性能評(píng)估及退化預(yù)測(cè)123-128
• 6.4.1 拉桿轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及不平衡響應(yīng)分析123-126
• 6.4.2 高溫蠕變下的拉桿轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性表現(xiàn)126-127
• 6.4.3 拉桿轉(zhuǎn)子性能退化評(píng)估方式127-128
• 6.5 本章小結(jié)128-130
• 第七章 結(jié)論與展望130-133
• 7.1 結(jié)論130-132
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新132
• 7.3 研究展望132-133
• 參考文獻(xiàn)133-142
• 致謝142-143
• 攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果143

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：986742