基于Simulink的单轴重型燃气轮机启动过程仿真研究.pdf

《基于Simulink的单轴重型燃气轮机启动过程仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第25卷第1期《燃气轮机技术》Vol.25No．12012年3月GASTURBINETECHNOLOGYMar．，2012基于Simulink的单轴重型燃气轮机启动过程仿真研究张文杰，刘尚明，蒲星星，魏成亮(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)摘要:本文在课题组原有工作基础上，对重型燃气轮机进行了启动及加载建模研究，在Matlab/Simulink环境下建立了重型燃气轮机启动及加载仿真模型。通过与现场启动和升负荷过程运行数据的对比，表明本文所建立的模型的正确性。关键词:燃气轮机;动态仿真;启动建模;Matlab/Simulink+中图分类号:TK472

2、6文献标识码:A文章编号:1009-2889(2012)01-0027-06联合循环电厂因其污染排放少、效率高、投资别进行介绍。省、占地面积小等优点，近些年在我国得到长足的发1．2压气机整体计算结构展。燃气轮机是联合循环中重要的能量转换环节，由热力学定理可知，在每一段的绝热压缩过程研究燃气轮机动态模型对理解其运行特性和对其进中，压气机出口温度值可由公式(1)计算得到:行性能分析有重要的意义;同时，对重型燃气轮机控1(k－1)/kTout=Tin·[1+(πc－1)](1)制系统的开发、燃机故障诊断以及运行人员的培训ηc等方面都有重要作用。式中:k为比热比;πc是每段压气机的压比值;本文

3、采用模块化编程的思想，在课题组原有工Tout、Tin分别是该段压气机出口和入口的空气温度;［1］η是压气机的绝热压缩效率。作的基础上，对燃气轮机的整体系统进行了建模c研究。在建模过程中针对各模块中进行的物理过采用上述方法可以依次计算出压气机每段出口程，按照质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方的空气温度。每段压气机消耗的功率由公式(2)计程并结合燃气的热物性、热力学和传热学的相关基算得到:本关系式，通过适当的简化，获得能够反映部件特性Pc=gair·(hout－hin)(2)的模型。式中:Pc为该段压气机消耗的功率;hout、hin分通过设定与现场相同的运行条件，将模型运行别为该段压气

4、机出口和入口的空气的焓值，由压气结果和现场运行数据进行了对比，对比结果表明，模机进出口的空气温度计算得到;gair为该段压气机的型能够很好地反映现场机组运行的特性。空气流量。1．3压气机性能估算1压气机仿真模型压气机的性能估算通常采用以下三种方法:基1．1压气机建模概述元叶栅法、逐级叠加法和基于相似原理的基线估算［2］根据所研究的GE9FA燃机的结构形式，对压法。本文采用基于相似原理的基线估算法计算气机进行了模块化建模研究。由于9FA燃机采用压气机全转速范围内的性能。三段抽气，因此将压气机模块分为三段进行计算。由于现有实验数据有限，不能够计算出压比大在压气机建模中要处理以下几个问题:①

5、压气于10的压气机的性能，本文采用文献［3］的分段方机整体计算结构;②对低转速压气机的性能估算;法对压气机的性能进行计算。在燃机仿真过程中，③对入口导叶可调的压气机性能的修正。下面分对于低转速时压气机的特性参照文献［4］的方法，收稿日期:2011-07-04改稿日期:2011-07-2128燃气轮机技术第25卷结合现场数据对基线估算法得到的低转速时的压气压气机抽气进行冷却。透平模块的建模主要解决燃机特性曲线进行了修正。图1、图2是计算得到的气透平流量特性和带有冷却的透平做功计算两个压气机特性曲线。问题。2．1透平流量特性计算准确的透平流量特性一般通过整台透平实验得到。鉴于实验成本和人们

6、对透平设计的掌握程度较好的情况，使用计算机进行透平变工况特性计算能够满足实用要求。在一般的性能计算和仿真模型的计算中，常用弗吕盖尔公式来近似地表达透平的流量特性。针对燃气透平的特殊性，本文采用经过转速修正后的弗［6］吕盖尔公式来计算透平级的流量值。透平的效率计算则采用文献［7］提供的效率计图1压气机压比和折合流量变化关系算公式，其公式表达式如(5)所示:2n2ηT=[1－0．4·(1－)](2q－q)(5)n0其中，n·GT0q=(6)n0·GT式中:n、n0分别为转速和额定转速;GT0为透平的额定燃气流量;GT为透平的实际燃气流量。2．2透平级的做功计算由于冷却空气的不断加入，在透平

7、的每个级中，参与膨胀做功的工质流量是不断增加的。为了准确图2压气机效率和折合流量变化关系地计算透平的做功量，必须对透平的做功过程进行1．4对入口导叶可调的压气机性能的修正仔细的分析。在压气机的建模中还需要考虑如下因素，即当为了既反映燃机透平级内的流动情况，又能够入口导叶角度发生变化时压气机性能特性也会发生较为准确地计算透平的做功量，必须对透平级内的相应的变化。过程进行一定的简化，即将透平级中的做功过程分本文采用文献［5］中使用的修正方法，对入口