燃气轮机仿真

1、 第8章仿真实例分析8.1燃机的稳态变工况仿真结果及分析某型2万kW分轴燃机的额定工况点参数如下： 大气温度288 K； 大气压力101320 Pa； 轴功率 20220 kW； 燃气发生器转速8498 r/min； 动力涡轮转速3600 r/min； 燃气初温1443 K； 压气机压比18.4； 压气机空气流量65 kg/s；压气机出口压力1864380 Pa； 压气机出口温度703 K；高压涡轮进口压力1771161 Pa；燃料量4729.9 kg/h； 动力涡轮进口压力390100 Pa； 动力涡轮进口温度1041 K； 高压涡轮膨胀比4.54； 动力涡轮膨胀比3.85； 发动机排气温度

2、 803 K； 燃机效率36%；稳态变工况仿真模型是利用部件特性曲线来进行变工况计算的，要满足各部件共同工作的条件就必须利用试凑法来平衡方程。为了减少反复试凑运算次数，可以一开始给定许多选定的工作点，然后用做图法解平衡方程。具体计算步骤如下：(1) 计算燃气发生器的等温比线。假设的值，在压气机通用特性曲线上某一等转速线上取点（取点的工作可以借用专用的取点工具getdata，取得越多越好，但是受等转速线本身长度的限制），利用该模型进行计算，确定高压涡轮有效功和压气机耗功的差值为零或者最小的那一点，该点即为燃气发生器的一个共同工作点，记录该点所有的参数值，压比，燃气发生器转速，动力涡轮输出功率和转

3、速等等。保持值不变，对其他的等转速线进行同样的计算，连接所记录的点就得到一条等温比线。另取一些的值，重复上面的计算就可以得到多条等温比线。 (2) 计算燃机的共同工作线。 由步骤1可以得到等温线与压气机各条等转速线的交点的参数值，那么就可以作出燃气轮机装置的特性网，在特性网上绘出螺旋桨负荷特性线。负荷特性与特性网上的交点，即为负荷与燃气轮机的共同工作点。整理这些共同工作点的参数值，即可得到任意两个参数之间的关系曲线。计算结果如图4.2至图4.6所示，图中表示是动力涡轮的输出功率与耗油量、燃机效率、燃气初温、动力涡轮输出转速、压气机压比之间的关系。图4.2 动力涡轮的输出功率与耗油量的关系曲线图

4、4.3 燃机效率与动力涡轮输出功率的关系曲线3T图4.4 燃气初温与动力涡轮输出功率的关系曲线图4.5 动力涡轮转速和输出功率的关系曲线图4.6 压气机压比与动力涡轮功率的关系曲线表4.1 燃机稳态参数实验数据和仿真结果的比较负荷（%）主机功率（kW）耗油量（kg/h）燃气初温（K）主机转速（rpm）实验仿真实验仿真实验仿真实验仿真10020220200104729.9465014431460360035808016176160074030398513861367329033434080888022243723971207119027022650204044410015181542104310

5、5120552090将燃机稳态参数仿真计算结果与实验数据相比较，如表4.1所示，仿真值与实验值比较接近，误差均在2%以内。8.2燃机的动态仿真结果当燃机满负荷运行，突减60%负荷，燃机输出转速设定值n2s由3600rpm降至1763rpm时，燃气发生器转速n1、动力涡轮输出转速n2以及燃气初温*3T图4.8 突减60%负荷燃气发生器转速n1变化曲线图4.9 突减60%负荷动力涡轮输出转速n2变化曲线3T图4.10 突减60%负荷燃气初温仿真结果的正确性分两步来检验：(1) 当主机重新归于稳定运行之后，各参数的值是否等于40%负荷时各参数的值。经检验各参数的误差2%以内，在允许误差范围之内，说明

6、主机模型的精度达到要求。(2) 检验动态过程的趋势是否正确。仿真结果基本反映了实际过程负荷突变时各参数的动态响应。主机在突减负荷时，动力涡轮的转速会有一突增，接着在主机的控制系统的作用下，根据所带负荷的多少重新设定主机调速器的转速，在调速器的作用下，减少了燃机的供油量，转速就会下降，最后稳定在转速设定值附近（有差调节的情况）。燃机的供油量减少，导致燃气初温减小。从图4.8至图4.10可以看出主机模型各参数的变化趋势与实际情况相符合。燃燃并车过程仿真 并车过程的关键是控制两台燃机的转速相等而实现并车，并且完成负载功率的重新分配。要使两台燃机转速相等有多种方式，最常见的是保持其中一台燃机转速不变，

7、另一台燃机加速或减速靠近该燃机的转速实现并车。这里采用的是加速并车的方式。并车的具体过程是首先1号燃机在额定工况运行，承担所有的负载，2号燃机处于惰转状态下进行并车操作。这时1号燃机端3S离合器处于啮合状态，2号燃机端3S离合器处于脱开状态。并车开始后，2号燃机开始加速向1号燃机的转速靠拢，当2号燃机的转速和1号燃机的转速达到同步时，2号燃机端3S离合器开始啮合。一旦2号燃机端3S离合器啮合后，功率负载开始从1号燃机转移到2号燃机上。1号燃机的输出功率逐渐减小，2号燃机的输出功率逐渐增加，直到两台燃机的输出功率达到比例设定值，由于是同型燃机，这里设定的比例值为0.531。 仿真工况为：并车前1

8、号燃机在额定状态下运行，额定转速为3600rpm，负载阻力矩为53639Nm。2号燃机并车前转速为3500rpm，空载运行。并车转速设定为3600rpm。成功并车后，25秒开始进行变转速仿真实验，转速由3600rpm降至3500rpm。在采用主从调速器并车方案时，设1号燃机调速器为主调速器，2号燃机调速器为从调速器。仿真结果如图4.17至图4.22所示32。 主从调速器并车控制方案仿真结果：主从调速器并车过程转速曲线主从调速器并车过程扭矩曲线主从调速器并车过程3S离合器中间件位移曲线平行式功率反馈调速器并车过程转速曲线平行式功率反馈调速器并车过程扭矩曲线平行式功率反馈调速器并车过程中间件位移曲线结果分析 无论是采用主从调速器并车方案还是采用平行式功率反馈调速器并车控制方案，在并车过程的开始阶段，3S离合器就完成了啮合，并且并车后两台燃机承担的负荷都达到了均衡分配。但是采用主从调速器并车控制方案的并车时间要比平行式功率反馈调速器并车控制方案的并车时间长，比较图4.18和图4.21可以看出，后者负荷转移的速度要快一些。分析原因主要是因为主从调速器方案，主调速器的转速设定值是不变的，从调速器是根据主调速器输出的油门位置与自身调速器输出的油门位置两者之间的差异来修正从调速器的转速给定值，跟踪主调速器，以达到双机功率平衡(或所希望的功率分配比)的，因此从控制