船用间冷循环燃气轮机性能仿真研究

来源 :哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所 中国船舶重工集团公司第703研究所(哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所) | 被引量 : 17次 | 上传用户:zhiyuanxu
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随着各国海军对水面舰艇作战效能要求的提高,水面舰艇对动力、电力的功率需求也不断提高,综合电力系统成为未来舰船动力发展的方向。由于船舶电网容量小,负荷变化频繁,这就要求机组具有较好的动态特性和功率容量。燃气轮机由于具有功率大、体积小、重量轻、机动性好等优点,成为综合电力系统理想的大功率原动机。本文以某型间冷循环燃气轮机为研究对象,对发电模式下的动态特性进行了重点分析。本文主要进行的工作如下:(1)基于模块化建模思想,建立间冷循环燃气轮机各部件的非线性数学模型,充分考虑部件间的容积惯性、转子的转动惯性以及间冷器的热惯性。(2)采用Aspen Muse软件对间冷器的结构参数进行优化设计,得到间冷器全工况范围内的芯体翅片效率和换热系数,并根据其数学模型建立基于MATLAB/SIMULINK仿真平台间冷器仿真模型。最后,对间冷器的动态特性进行分析。(3)建立基于MATLAB/SIMULINK仿真平台的间冷循环燃气轮机各部件及总体仿真模型。充分考虑防喘放气、冷却抽气和涡轮冷却掺混等热力过程以及超速放气,采用转速控制和温度控制相结合的方法对燃机进行控制。对燃气轮机在推进模式和发电模式下分别进行了稳态和动态计算,并对发电模式下燃机特性进行了重点分析。通过仿真研究,燃气轮机分别在两种模式下运行时,其整机效率在高工况时推进模式高;低工况时发电模式高;突然加载过程中,燃气轮机特性受温度限制线的影响,需通过分级加载缩小动力涡轮的稳定时间和转速波动范围;在突然减载过程中,低压压气机运行线靠近喘振边界,高压压气机远离喘振边界;在甩负荷情况下,低压压气机可能进入喘振区域,通过放气不仅可有效控制动力涡轮转速,还可避免低压压气机喘振的发生。
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