螺杆膨胀发电机组电液调节系统仿真研究

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1、上海交通大学硕士学位论文螺杆膨胀发电机组电液调节系统仿真研究硕士研究生：梁任学号：1120209338导师：余岳峰副教授申请学位：工学硕士学科：动力工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSIMULATIONSTUDYOFELECTRO-HYDRAULICCONTROLSYSTEMBASEDONSCREWEXPANDERGENERATORSYSTEMCand

2、idate：LiangRenStudentID:1120209338Supervisor：Prof.YuYuefengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文螺杆膨胀

3、发电机组电液调节系统仿真研究摘要我国单位GDP能耗超过国际平均水平的2.2倍，能源形势不容乐观。节能减排是当今重要的主题，工业中常见的低温余热余压资源以及地热、太阳能等可再生资源吸引了对中低温发电技术空前的关注和研究。螺杆膨胀机具有内效率较高、可靠性好、自洁、环境友好等优点，是中低温余热发电理想的动力机。变工况性能分析以及机组转速控制是螺杆膨胀机的重要研究内容，对提高余热回收利用率有深远的意义。本文从电动、电液调节系统数学建模、螺杆膨胀机变工况模型以及调速系统性能参数变化的影响等方面展开研究，力求为实际应用提供理论指导与支持。首先，本

4、文建立了电动调节系统的步进电机、传动机构等部件以及电液调节系统的比例方向阀、油动机等部件的数学模型；并据此建立了两种调节系统较准确的仿真模型，做出了较大简化以方便用于机组仿真中；同时，对调节系统的性能作比较，结果表明电液调节系统的快速性和准确性都有较明显的优越性。其次，根据螺杆膨胀机的工作特点，建立了其简化热力计算模型及示功图，提出在不同工况下的热力计算方法。并针对ORC以及全流系统进行了案例分析：以R123为工质，采用螺杆膨胀机ORC系统回收华北油田采油伴生热液，筛选了变工况的主要影响因素，对比其净功率、热效率及火用损失。结果表明：

5、过热蒸气有利于单位工质输出功率的提高，但却会引起系统净输出功率的下降；冷却水进口温度的影响最大，夏季温度较高时将会使得系统输出功率严重偏离额定情况，而保证冷凝器的冷凝效果是有效的改善方案；热源温度的影响要大于流量的。全流方案的结论与此基本一致。I摘要然后，利用上述已建立的电液、电动调节系统以及螺杆膨胀机等仿真计算模型，在Matlab/simulink中搭建仿真平台，分析电液、电动调节对孤网运行发电机组的突加、甩负荷转速响应的影响。进一步地，分析阀门的不同流量特性及响应速度、热源参数扰动等具体参数的变化对机组动态响应的影响。结果表明，电

6、液调节系统用于发电机组的控制效果更优；阀门开启的响应速度与系统的动态响应性能是正相关的；等百分比阀门相对更优。最后，展开热源参数扰动对机组稳定运行的影响分析。结果表明，热源参数的波动会引起螺杆膨胀机输出功率的变化，导致仿真模型参数的不同，但电液调节系统能够很好地适应，保证了控制效果。额定输出功率更大的机组会降低控制的难度。关键词：螺杆膨胀机、电液调节、电动调节、有机朗肯循环、全流方案II上海交通大学硕士学位论文SIMULATIONSTUDYOFELECTRO-HYDRAULICCONTROLSYSTEMBASEDONSCREWEXPA

7、NDERGENERATORSYSTEMABSTRACTTheenergyconsumptionperunitofGDPofChinais2.2timesoverinternationalaveragelevel,whichindicatesournegativeenergysituation.Energyconservationandemissionreductionistheprincipalthemenowadays,andtherearegreatamountsofprevalentwasteheatandexcesspress

8、ureinindustriesaswellasrenewableresourcessuchasgeothermyandsolarenergy,whichattractunparalleledattentionandres