两种调速系统下的燃气轮机动态仿真
气垫船用燃气轮机推进系统动态性能研究
外 力矩作用 下 的运 动 。燃 气轮 机装置 也是 一个惯 性
系统 ， 系统 中有 以转 动惯量 表 征的转 动惯性 ； 以 有
作 者 简 介 ： 琳 （ １ ． ， 士 研 究 生 。 肖 １８ 一） 女 硕 ９
态设计 点 展开 ， 略去 二次 及 二次 以上 的高 阶项 。在
主 题 词 气垫 船
燃气 轮机
船舶 推进 动态特 性
计 算 机 模 拟
１ 前 言
燃气 轮机广 泛用 于 航 空 、 舰船 以及 电站 系统 中 的重要动 力 机 械 ， 现 代 化 船 用 主推 进 动 力 之 一 。 是 三轴 燃气 轮机是一 个复 杂 的多 输入 一 多输 出系统 ， 对 其 动态性 能进行研 究 是 非 常必 要 的 ， 因为 只有 充分 了解其动 态性能 ， 比如 起动 、 速 、 速 ， 加 减 以及航 行过
热装置 以及 间冷设 备 ， 以热惯性 也可 以忽 略不计 。 所 经过这样 的假 设 ， 其数 学 模 型 可写 为 下列 的微 分方
程式 ：
Ｉ 一 Ｍ ， ｎ“， ｆ ｗ ）一 Ｍ ¨ （ ， “， ｆ ， ｎ ｗ ）
（ １）
程 螺旋桨 受到扰 动 等工 况 下 的性 能 ， 能 提 出 更合 才 理 的设计要 求 ， 这对 于 提 高燃 气 轮 机 的可 靠性 和 良
维普资讯
肖 琳， ： 等 气垫 船 用 燃 气轮 机 推 进 系统 动 态性 能 研 究
・ ７ ２ ・
气 垫船 用 燃气 轮 机 推 进 系统 动 态 性 能研 究
肖 琳 ， 述 升 臧
（ 海 交 通 大 学 叶 轮机 械 研 究所 ，上 海 ２ ０ ４ ） 上 ０ ２ ０
基于ANSYS下的燃气燃烧仿真
基于ANSYS下的燃气燃烧仿真1. 引言1.1 燃气燃烧仿真概述燃气燃烧仿真是一种利用计算机模拟软件对燃气燃烧过程进行模拟和分析的技术。
通过对燃烧理论和模型的研究，结合ANSYS等仿真软件的应用，可以实现对燃气燃烧过程的精确模拟，帮助工程师们更好地设计和优化燃气燃烧系统。
燃气燃烧仿真概述涉及到流体力学、传热学、化学反应动力学等多个领域的知识，通过建立合适的数学模型和边界条件，可以模拟燃气的流动、混合和燃烧过程，预测温度、压力、速度等参数的变化。
燃气燃烧仿真的应用领域涵盖了燃气轮机、内燃机、燃烧器等领域，对提高燃烧效率、降低排放和优化系统性能具有重要意义。
1.2 ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用十分广泛。
由于其强大的计算能力和丰富的仿真功能，ANSYS能够有效地模拟燃气燃烧系统中涉及的复杂物理过程。
ANSYS可以用于分析燃气燃烧系统中的流体流动和热传导情况。
通过建立流体力学模型，结合燃烧反应的热释放情况，可以准确预测燃气在燃烧室中的流动状态和温度分布，为燃烧效率的提高提供重要参考。
ANSYS还可以模拟燃气燃烧过程中的化学反应。
通过建立化学反应动力学模型，可以分析燃料和氧气在燃烧过程中的反应路径和物质转化规律，进而优化燃烧系统的设计和操作参数。
ANSYS还可以用于燃气燃烧系统的参数优化。
通过多次仿真运算，可以寻找最优的燃烧参数组合，提高燃烧系统的稳定性和能效，减少排放物的产生。
ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用为燃气燃烧技术的发展提供了强大的工具和支持，有助于提高燃烧系统的性能和环保性能，推动燃气燃烧技术的进步。
2. 正文2.1 燃烧理论与模型燃烧理论与模型是燃气燃烧仿真中的基础和核心部分。
燃烧是指可燃物质与氧气在一定条件下发生的化学反应，释放出热能和光能。
在燃烧过程中，燃料与氧气通过各种反应生成燃烧产物，包括二氧化碳、水蒸气、氮氧化物等。
各种燃烧反应的速率和方式受到许多因素的影响，如温度、压力、混合比等。
东汽50_MW重型燃气轮机控制系统功能介绍
·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。
而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。
燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。
我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。
东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。
文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。
关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。
旁路节流调速系统负载变化的动态仿真
的速度；低速承载能力差，调速范围小 【 ｌ 】 。本文通过旁路
串接节流 阀为例 ，分析 旁路节流 调速系统的动态特性 。
Ａｐ ｔ ｌ（ Ｉ ）
＋ ｕ１ ｆ Ｂ（ （ ）０ ＋
—
（） ５
１ 旁路 节 流 调 速 回路 原 理
如图 １ 所示 ，在不 考虑 液压 泵 的流量 脉 动 、液压 缸
Ｖｏ．９， ２ １ Ｎｏ． １ Ｍ ａ ． ００ ｔ． ６ ２
旁路节流调速 系统负载变化的动态仿真
周 明
（ 湖南冶金职业技术学 院 机械工程系 ，湖南 株洲 ４２０ ） １００
摘
要 ：以单 出杆 液 压缸 为执行 元 件 的旁路 节流 调速 系统为研 究 对 象 ，在 旁路 上 串接 节流 阀。 ＂ 负载 发 生 ３ － 阶跃 变化 时 ，时 液压缸 无杆 腔压 力的 变化进 行动 态仿 真 ，从 而得 到 旁路 节 流调 速 系统动 态特性 。
性 方程 为 ：
ｑ １ Ａｕ ） Ｖ ｌ ＝ １１ Ｈ （ ） （ ＋
［ｌ ｆ ｐ１ ） （ ） ］
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（） ２
式 中 ：ｑ（一 液压 缸无 杆腔 进油 流量 ；Ｖ 液压 缸无 ｌ） ｔ 杆腔 的容 积 （ 包括 管道） 一油 液 的有 效体 积 弹性模 量 ； ；Ｅ
一
液 压缸 的漏损 系数 。 系统旁路 流量 ｑ： ３
数 ；ｐ 一是稳 态工 作点 Ｐ ｔ的压力 值 。若 调速 阀 的节 流 ， 『 －（ ）
开度 保 持不 变 ， Ａ ｓ ０ 则 （＝ 。由式 （ ）（ ）（Ｏ 即可 作 ） ８ ，９ ，１ ）
出系统 方框 图如 图 ２ 。 从 而 得 液压 缸 无 杆 腔 的压 力 Ｐ ｓ为输 出负 载 Ｆ （ 。（ ） ｓ ）
微型燃气轮机发电系统仿真模型研究
微型燃气轮机发电系统仿真模型研究黄伟;凡广宽;牛铭【摘要】利用PSCAD/EMTDC软件建立了微燃机发电系统的原动机部分模型,以单机带负荷系统为例进行了微燃机动态特性仿真研究.仿真结果表明,该模型可以使微燃机在孤岛运行状态下有良好的负荷跟随特性,并能保证透平转速的恒定.模型很好地反映了微网中微燃机发电系统所具有的特性.%The prime mover system of the micro gas turbine Seneration (MIC) system was modeled with the use of PSCAD/EMTDC. The dynamical characteristics of the prime mover were analyzed through a single system with its local load. The results of simulation indicate that the micro gas turbine operating in the island state perform well in terms of load following, as well as a constent speed. The characteristics of MTG perform well through the model.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2011(027)004【总页数】4页(P4-7)【关键词】微型燃气轮机;微网;发电系统;动态仿真【作者】黄伟;凡广宽;牛铭【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京,102206;昌平供电公司,北京,102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京,102206【正文语种】中文【中图分类】TM762随着高效清洁发电技术的迅猛发展，作为大电网的有益补充与微型发电装置的有效利用形式，微电网技术已经引起各国科学家的广泛关注。
微型燃气轮机分布式发电系统的建模和仿真
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ｉ ｒ — ａ ｔ ｒ ｎ ｓ ｒｂｕ ｅ ｅ ｒ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｌ ｉｈ ｄｕ ｌＰＷ Ｍ ｏ ｓ ｒ ｃ ： ｃ ｏ ｇ ｓ ｕ ｂｉ ｅ ｄｉｔ ｉ ｔ ｄ ｇ ｎｅ ａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｍ ｄｅ ｗ ｔ ａ ｃ ｎｖｅ ｔ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｒｅ ｔｕ ｔ ｒ ｗａ ｔ ｄｉｄ． Ｐｅ ｍ ａ ｎ ａ ｎｅ ｙ ｈｒ ｏｕｓ ｍ ａ ｈ ｎｅ ｓｄ ｎ ｉ ｉ ｏ ｅ ｔ ｒ ｃ ｔ ｏｌｓ ｔ ｍ ｓ ｗ ｅ ｅ ｓｓ ｕ ｅ ｒ ｎｅ ｔ ｍ ｇ ｔｓ ｎｃ ｏｎ ｃ ｉ ｉ ｅ ａ ｄ ｇｒｄ ｓｄｅ ｃ ｎｖ ｒ ｅ ｓ ｏｎ ｒ ｙｓ ｅ ｒ ｄ ｓｇ ｄ ｏ ｈｅ ｂａ ｉ ｈｅ ｄ ｏｏ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ Ｔ ｈｉ ｏ ｒ ｌｓ ｈｅ ｅ ｃ ｌ ｅ ｕｌ ｔ ｐ ｒ ａ ｎｔ ｍ ａ ｅ ｅ ｉ ｎｅ ｎ ｔ ｓｓ ｏｆ ｔ ｒ ｐ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ． ｓ ｃ ｎｔ ｏ ｃ ｍ ｏｕ ｄ ｒ ｇ ａ ｅ ｅ ｍ ｎｅ ｇｎ ｔ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｙ ｈ ｏ ｏｕｓ ｍ ａ ｈｉ ｅ ｓ ｅ ｎｄ ｃ ｎｖ ｒ ｅ ｃ ｎ ｐｅ ｄ ａ ｏ ｅ ｔ ｒ ＤＣ ｏｌａ ｅ Ａ ｄ ｎａ ｉ ｏ ｌｏ ｉ ｒ — ｓ ｕｒ ｎ ｓ ｒｂ ｅ ｖ ｔｇ ． ｙ ｍ ｃ ｍ ｄｅ ｆ ｍ ｃ ｏ ｇａ ｔ ｂｉ ｅ ｄｉｔ ｉ ｕｔ ｄ ｇｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｗ ａ ｕｉｔｗｉｈ Ｍ ａ ｌ ｎ ｒ ｔｏ ｓ ｂ ｌ ｔ ｔａｂ，ａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｅ ｅ ｃ ｍ ｐｌｔ ｄ ｕ ｅ ｆ ｅ ｅ ｏ ｄ ｃ ｎｄｉｉ ｎｓ Ｔｈｅ ｒ — ｎｄ ｓｍ ａ ｉ ｎｓｗ ｒ ｏ ｅ ｅ ｎｄ ｒｄｉｆ ｒ ｎｔｌ ａ ｏ ｔｏ ． ｅ ｓ ｔｈａ ｈｏ ｎ ｔ ｔｔ ｓ ｍ ｏ ｌｈａ ｏｏ ｔ ｂｉｉｙ ｗ ｈｅ ｈｅ ｌ ａ ｕ ｕｉ ｓ ｓ ｗ ｈａ ｈｉ ｄｅ ｓ ｇ ｄ ｓ ａ ｌｔ ｎ ｔ ｏ ｄ ｓ ｄｄｅ ｙ ｃ ａ ｅ ． Ｒ ｏ ｏ ｎｅ ｔａ ｒ ｓ ｏｎ ｅ ｎｌ ｈ ｎｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｒ ｉ ｅ ｐ ｓ ｗ ａ ｎｔｏｄｕ ｅ ｎｔ ｈｉ ｙｓ ｅ 。 ｗ ｈｉｈ ｉ ｐｒ ｅ ｈｅ ｓ ｓ ｅ Ｓ ｄ ａ ｉ ａ ｉｙ， Ｏ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｒ ｙ ｔ ｍ ｓｉ ｒ ｃ ｄ ｉ ｏｔ ｓｓ ｔ ｍ ｃ ｍ ｏｖ ｄ ｔ ｙ ｔ ｍ ｙｎ ｍ ｃ ｑｕ ｌｔ Ｓ ｈｅ ｗ ｏｌ ｃ ｏ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｅ ｄｕ ｅ ａ ｂｉ ｏ ｄ ｍ ｕｔ ｔｏｎ ａ ｎ ｒ ｇ ｌａ ａｉ ．
航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述
收稿日期：2023-06-15基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：董威（1970），男，教授。
引用格式：董威，尹家录，郑培英，等.航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述[J].航空发动机，2023，49（5）：8-21.DONG Wei ，YIN Jialu ，ZHENG Peiying ，et al.Review:engine-level performance simulation of aeroengine and gas turbines[J].Aeroengine ，2023，49（5）：8-21.航空发动机Aeroengine航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述董威1，尹家录2，郑培英2，程显达1（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）摘要：整机总体性能仿真是航空发动机及燃气轮机仿真的重要组成部分，在航空发动机及燃气轮机的设计制造和使用全寿命周期内发挥着重要作用。
综合70多年来航空发动机及燃气轮机总体性能仿真的发展成果，梳理了各时期总体性能仿真的发展历程。
从基本方法、模型精细化、求解算法和修正方法等角度，分析了国内外以部件级模型为代表的基于物理机理的总体性能仿真方法研究现状；探讨了以人工神经网络、支持向量机和深度学习为代表的人工智能算法在总体性能仿真中的应用现状；介绍了机载模型、机理-数据混合模型和多维度模型基本方法和主要成果。
基于目前的研究成果和技术发展趋势，认为航空发动机及燃气轮机总体性能仿真应向物理机理模型更精细化、人工智能技术更深入和应用模型构建更为规范化的方向发展。
关键词：航空发动机；燃气轮机；总体性能；仿真；物理机理模型；人工智能；应用模型中图分类号：V231.1文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.05.002Review:Engine-level Performance Simulation of Aeroengine and Gas TurbinesDONG Wei 1，YIN Jia-lu 2，ZHENG Pei-ying 2，CHENG Xian-da 1（1.School of Mechanical Engineering ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China;2.AECC Shenyang Engine Research Institute ，Shenyang 110015，China ）Abstract ：Engine-level performance simulation is an integral aspect of aeroengine and gas turbine simulation,and plays a crucial role throughout the entire life cycle of design,manufacturing,and operation.This paper presents a comprehensive analysis of the development process of aeroengine and gas turbine performance simulation in each historical stage,building upon the accomplishments made over thepast 70years.The research status of physical mechanism performance simulation,primarily represented by the component-level model,was examined from various perspectives including basic methods,model refinement,solution algorithms,and correction methods.Further⁃more,the application of artificial intelligence algorithms,such as the artificial neural network,support vector machines,and deep learning,in engine-level performance simulation,was discussed.The paper also provided an overview of the fundamental methods and key achieve⁃ments of on-board models,mechanism-data hybrid models,and multi-dimensional models.Finally,based on current research findings andtechnological development trends,it is believed that the engine-level performance simulation of aircraft engines and gas turbines should de⁃velop towards a more refined physical mechanism model,deeper artificial intelligence technology,and more standardized application model construction.Key words ：aeroengine ；gas turbine ；engine-level performance ；simulation ；physical mechanism model ；artificial intelligence ；applica⁃tion model第49卷第5期2023年10月Vol.49No.5Oct.20230引言随着仿真技术的进步，航空发动机及燃气轮机的设计正逐渐从“试验设计”向“预测设计”转变。
燃气轮机燃烧控制原理
燃气轮机燃烧控制原理摘要：燃气轮机是装备制造业的高端装备，典型结构如图1所示，被誉为现代工业皇冠上的明珠，是多学科先进技术的高度集成，是国家高科技水平的重要标志。
燃气轮机的燃烧控制包括燃料气量控制和空气量控制两大方面，涉及燃料气阀控制、VGV控制、启动控制、变工况控制等方面内容。
其中燃料气阀流量特性曲线的测定及燃烧控制系统中的启动升速燃气分配曲线、升速燃气分配曲线、VGV开度曲线、匹配燃气阀动作的阀门开度-燃烧功率曲线是燃烧控制的核心。
不同的机组、不同的安装使用环境，需要按照实际情况对上述曲线参数进行优化调整，以保证机组在启动、不同负荷段运行、变工况调整情况下的稳定运行。
关键词：燃气轮机；燃烧控制；原理图1典型燃气轮机结构1燃气轮的分析燃气轮机作为一种高效的动力机械，广泛应用于发电，工业驱动，船舶动力等领域，然而中国尚未完全掌握其研发和制造技术，特别是大功率燃气轮机，其市场一直被通用电气，西门子等国外公司垄断。
此外，随着各国对环境保护愈来愈重视，对燃气轮机的排放水平要求也更加严格，因此低排放燃气轮机更加受到重视。
燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。
燃烧室把来自前端压气机的一部分压缩空气和喷入其中的燃料进行混合，形成的可燃气体混合物在火焰筒内部被点燃，并在定压条件下充分燃烧，形成高温燃气，燃料的化学能在燃烧室内被转化为燃气的热能。
高温燃气与另一部分压缩空气混合均匀后进入后端的涡轮中膨胀做功，所转化成的机械能，一部分用于带动压气机转动，另一部分用于输出轴功。
燃气做功后形成的尾气或者为联合循环的余热锅炉提供热源，或者直接排入到大气环境中。
燃气轮机所排放的主要气体污染物包括氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物（UHC）等。
CO和UHC在具有充足的化学反应时间和足够高的燃烧温度的条件下可进一步氧化为二氧化碳和水，对固定式燃气轮机这两种排放物的排放水平相对容易控制。
相对难以控制的气体污染物是NOX，其过量排放破坏臭氧层，还会引起光化学烟雾，对环境和人类健康造成很大的危害。
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Me =
( 1)
式中 : M e 为燃气轮机发出力矩; J 为燃气 轮机轴系 转动惯量 ; M g 为负载力矩; n 为燃气轮机轴系转速 . 由式 ( 1)按达兰贝尔原理可得 $ Me = P d ( $n ) J + $ M g, 30 dt ( 2)
式中 : $n、 $ M e、 $ M g 分别是转速差、 燃气轮机发出 力矩差、 负载力矩差 . Ne 已知 M e = 975 (N e 为主机功率 ), 对式 ( 2) 进 n 行泰勒展开可得 $ Me = 9 Me 9 Me $ Ne + $n , 9 Ne 9n ( 3)
# 26#
应
用
科
技
第 33 卷
L= K 2 Tce + U.
( 15)
液压调速器响应快捷, 当甩负荷时转速升高 , 供油量 也能迅速响应 , 进而避免飞车现象 .
当燃气轮机在额定工况下运行时, U的变化为 0 . 01 左右 , 也可以忽略不计 . 但在启动时变化较大 , 此项不可以忽略 . 主要考虑在额定工况下加载或减 载 , 所以可以不计 . 因而式 ( 15) 变为 L= K 4 Tce. 式中: K 4 = VCE 0 . VCE 0 - 4 T2 s+ 1 L = K 3K 4 . Ug - U T1 s+ 1 ( 16)
M e0 - 975D N e /D n K 2 是无量纲量 .
2 调速器分析
2 . 1 液压调速器 该机液压调速系统, 系统静态误差 D为 4 %,转 速超调量为 7 % ~ 8 % , 过度时间为 10 s . 经推导可知 的传递函数为一阶段性环节: L= 2 . 2 电子调速器 为了减小超调量 , 减少过渡时间 . 把它改为电子 转速调节系统. 电子转速系统由转速调节回路和电 液伺服回路 2 部 分组 成. 其 系统 静态 误差 D仍为 4 %. 转速调节电路原理图如图 1 所示 , 对系统进行 动态分析时所需的电阻参数已在静特 性分析时得 到. 在 SJ-SJB 加法节点上的电流关系为 I 1 + I 11 + I111 = I 2 + I3. ( 8) K . T0 + 1 ( 7)
加载 30 % 时, 转速与供油量在液压调速系统和 电子调速系统下的响应规律如图 3 和 4 所示 . 通过 对比可以得知: 负载变化时 , 电子调速器的响应要比
1996 . [ 3] 翁史烈 . 船舶燃气轮机仿真 [M ]. 上海 : 上海交通 大学出 版社 , 1987.
[责任编辑: 姜海丽 ]
参考文献:
[ 1] 张 图 2 燃机系统物理模型 彪 . 柴 ) 燃联合 动 力装 置 ( CODOG ) 实验 台仿 真与 实验研究 [ D ] . 哈尔滨 : 哈尔滨工程大学 , 1997. [ 2] 倪维 斗 . 热 能 动力 系 统建 模 [ M ]. 北 京 : 科 学 出 版 社 ,
4 仿真结果
图 4 供油量响应比较
( 18 )
5 结
论
的惯性时间常数 . T 4 与 T 5 的数值近似 , 微分作用正 好与伺服回路的惯性环节相抵消.
1) 建立了 2 种调速系统下的 S1 -02 燃气轮机系 统的数学和物理仿真模型. 通过对仿真结果的分析, 应用性能优越的电子调速系统可以避免危险的飞车 现象 .
第 33 卷第 5 期 2006 年 5 月
应
A pp lied
用
Science
科
技
and T echno logy
Vo. l 33, l . 5 M ay 2006
文章编号: 1009- 671X ( 2006) 05- 0024- 03
两种调速系统下的燃气轮机动态仿真
卫星云, 李淑英
( 哈尔滨工 程大学 核科学与技术学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要 : 采用解析法建立了 S1A - 02 燃气轮机的数学模型 , 同时在分析 转速调节电 路原理的 基础上 , 建立 了该
图 1 转速调节电路原理图
$ Mg $B ; 负载相对力矩 K= . B0 M g0 稳态平衡工况即 M g 0 = M e 0时 , 由拉氏变换可得 (T 0 s + 1) U = K 1 L- K 2 K, 式中: 惯性时间 T 0 = K1 = ( 6) n0 J P / 30 ( s) ; 燃料系数 M e0 - 975D N e /D n
联立式 ( 2)、 ( 3) 、 ( 4) , 并用相对变量表示可得 Ne P dU 975 D Jn + (M e0 ) U= 30 0 d t n0 D n Ne 975 D B0 L- M g 0 K. n0 D B 式中: 燃机的相对转速 U= ( 5)
I1 =
VNH P . R1
( 9)
$n ; 燃料相对消耗量 L= n0
Abstract : Analyt ic m ethod is used to estab lish the m a th em atical m odel o f the S1A-02 gas tu rb in e , and the m athe m at ical m ode l o f the i m proved electronic speed regu la tor of the gas turbine is a lso estab lished on the basis o f the a nalysis of the speed adju stm ent deve lo ped c ircu i. t T he m odelm ainly invo lv es th e sm a ll dev iation lin earization m eth od . T his physical m ode l o f the gas turb in e , developed based on MATLAB / si m u link si m u lation so ftw are , obta in ed th e accurate results . K eyword s : gas turb in e ; electron ic speed regu lator ; real ti m e si m u latio n CODOG 联合动力装置物理模拟实验台可以模 拟实船的基本运行工况 . 该联合动力装置燃机主机 采用的是日本生产的 S1A-02定转速燃气轮机 . 该机 原先采用机 械液 压调 速系统 , 系 统静 态误 差 D为 4 % . 在实验中由于突然甩负荷, 导致转速增大 , 但供 油量响应过慢, 发生了飞车现象 . 为了避免该种危险 现象的再次发生 , 决定在不改变系统静态误差 D 的 情况下 , 把调速系统改装为电子调速系统 . 主要建立 了燃气轮机和电子调速系统的数学模型, 应用 M at lab / si m ulink 实时仿真技术建立了其物理仿真模型 , 得出准确的结果 . P dn J + Mg, 30 d t
3 物理模型
联立式 ( 6)、( 17) 应用 M atlab / si m ulink 仿真模 块建立整个燃机系统的物理实时仿真模型 , 仿真模 型如图 2 所示.
2) 在分析电子调速系统时, 没有考虑微分电路 的影响, 从实际中论证了这种分析的正确性 . 通过调 节 C 1 与 R 11参数选择 , 也可使 T 4 与 T 5 的数值近似 , 微分作用正好与伺服回路的惯性环节相抵消. 理论 上也证明了这种分析的正确性 .
柔性反馈 电路的反 馈电压 VF , 由电 阻电位 器 R 0 分压实现 , 其中分压比 A决定于调定的位置 . 当 D 为 4 % 时, 即 A= 1 , R 2 C 2 的电路电流为 I2 = 反馈电流 : I3 = - VCE . R 4 ( 1+ R 3 /R 5 ) + R 3 ( 12) - Vn g ; R 2 + 1 /C 2 S ( 11 )
1 主机模型
建立 S1A-02 燃气轮机系统的数学模型 气轮机轴系上力矩平衡方程为
[ 1- 3]
,燃
且
9 Me Me 1 9 1 = 975 , = - M e 0 ( 下标 0 表示稳态或 9 Ne n0 9n n0
额定工况 ) .
收稿日期 : 2004 - 12- 13 . 作者简介 : 卫星云 ( 1978- ) , 男 , 硕士研究生 , 主要研究方向 : 燃气轮机仿真 , E-m ai: l ccl0429 @ sohu. com.
将式 ( 8) ~ ( 12)合并简化, 并用相对量表示可得 ( 13 )
R 34 , T 2 = R 2C 2, T 1 = (R 2 + R 34 )C 2, R1
R 34 = R 3 + R 4 ( 1+ R 3 /R 5 ) . 伺服电路的时间常数为 0 . 1 s 左右 , 与燃机时 间常数相差 100 倍以上, 所以在分析动态特性时可 以忽略不计, 则有 B = K ( VCE - 4 ) n . $B , 可得 B0 ( 14 ) 同理 , 采用小偏差线性化后取相对值处理, 并且令 L=
由式 ( 13)和 ( 16)可得整个调速系统的传递函数为 ( 17 )
图 3 转速响应比较
在分析电子调速器时并没有考虑微分电路 . 如 果考虑微分电路的影响时 , 转速调节回路的传递函 数变为 Tce T4 s+ 1 T2 s+ 1 = K3 . U T3 s+ 1 T1 s+ 1 g - U 式中: T 3 = C 1R 11, T 4 = C 1 (R 1 + R 11 ) . 由于 T 3 远远 小于 T 1、 T 2、 T 4, 所以可 以忽略不 计 . 微分电路只需考虑 (T 4 s + 1) 环节. 电流伺服回 路实际为一阶惯性环节 1 , T 5 为电流伺服回路 T5 + 1