基于油压比控制方法技术研究及仿真验证

燃气轮机加减速过程通常采用核心机升转速率控制,优点是加速时间稳定,测量参数精度高。随着用户对机动性要求变高,基于升转速率的控制模型无法识别燃气轮机状态,给燃气轮机加减速过程带来风险。航空发动机依据各部件间的相互匹配关系,采用油压比进行加减速控制,具备快速加减速的能力。根据燃气轮机相似原理,提出一种基于瞬态过程的各部件之间流量平衡方法,计算燃气轮机加减速供油规律。理论分析及仿真验证表明,基于油压比的控制模式能够识别燃气轮机工作状态,控制模式与升转速率控制方法相比更优。研究成果可为燃气轮机瞬态控制规律设计提供参考。     

燃机压气机启动工况影响因素数值模拟研究

针对燃气轮机启动阶段压气机旋转失速及喘振问题突出的现象,对某燃气轮机压气机部件的启动过程进行了数值模拟,并比较了不同升转速率及进口可调导叶角度的升转过程中,速度云图、沿叶高总压分布等相关参数。模拟结果显示：不同的升转速率对于叶高较低位置流场的影响不大,但是在0.9叶高处会存在明显差异,2 r/s²升转速率下,动叶尾缘流动分离较弱,4 r/s²升转速率下,低速区基本占据流道空间;动叶叶片尖端的流动分离现象在进口可调导叶逆时针旋转5°时,较其他工况得到明显抑制;进口可调导叶角度的变化带来流场改变的同时,在叶顶间隙会出现一个沿着压力侧的高速区。     

混合动力汽车发动机起动过程阻力矩研究

为研究功率分流式混合动力汽车发动机起动过程,建立了动态阻力矩模型,在此基础上开展了发动机缸内压力试验,基于泵气阻力矩和往复惯性力矩公式,结合试验参数和数据,通过Matlab/Simulink对泵气阻力矩和往复惯性力矩进行了仿真计算。在30℃水温条件下开展了摩擦阻力矩试验,获取了静摩擦与动摩擦阻力矩数据。为研究节气门开度、初始曲轴转角和发动机水温对起动过程阻力矩的影响,开展了各转速下不同节气门开度缸内压力试验、不同初始曲轴转角静摩擦阻力矩试验和不同发动机水温动摩擦阻力矩试验,通过不同初始曲轴转角发动机拖转试验对动态阻力矩模型进行了验证。结果表明:通过对混合动力发动机起动过程阻力矩进行理论建模与试验,可以准确模拟混合动力发动机起动过程中的动态阻力矩特性。     

某型燃气轮机起动过程仿真

本文采用非线性化建模方法建立了某型燃气轮机的仿真模型,并对其起动过程进行了仿真。仿真结果表明：所建模型具有很高的精确性,可扩展性好,能够全面反映燃气轮机起动过程的动态特性。     

基于Simulink的单轴重型燃气轮机启动过程仿真研究

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。     

某燃气轮机半物理仿真试验平台的研制与调试

为推进某型燃气轮机控制系统的开发进度,针对该型燃气轮机构建了半物理仿真试验平台,该试验平台可对燃油供油温度、压力、流量以及进口导叶角度进行精确、快速的控制.另外,该试验平台进行了燃烧室背压和三转子转速的模拟,使得燃气轮机工作过程的模拟更接近于实际.试验平台各个功能模块能够协同工作,较好地模拟燃气轮机起动、加速、加载、停...     

燃气轮机起动过程典型故障综述

燃气轮机起动过程复杂,是最容易产生故障的一个环节。本文从起动设备故障、点火失败、起动悬挂、喘振等四个方面分析了燃气轮机起动失败等典型故障,并结合故障发生机理及实际运行过程中出现的故障案例,给出了故障排查方向及故障处置措施,为燃气轮机安全稳定运行提供了技术参考与借鉴。     

基于混合动力起动模式发动机起动过程HC排放试验研究

针对ISG型混合动力汽车发动机起动过程中HC排放问题,试验中采用了混合动力起动模式,研究了不同电机拖转转速和不同的冷却液温度条件下发动机起动过程HC的排放控制.不同的ISG电机拖转转速影响缸内混合气的混合与燃烧,合适的拖转转速可以减少HC的排放.试验证明:在常温起动阶段,发动机HC排放性能最佳电机拖转转速为1200r·min-1.试验分析了不同冷却液温度下起动过程HC生成的机理,为HC排放的优化控制提供了理论依据.     

燃气轮机起动与压气机低速特性

本文整理了长春机车工厂4500马力燃气轮机的起动与低速特性数据,且对估定压气机低速特性与起动燃气轮机等问题提出一些看法。     

高精度燃气轮机控制器在回路的仿真研究

采用容积法建立了非迭代和模块化的燃气轮机实时模型,并提出其实时求解算法;同时还建立了通用的燃气轮机控制器在回路的实时仿真平台,并在PC机上获得了高精度实时时钟.基于该实时模型和平台,进行了高、低压压气机和涡轮共轴的燃气轮机起动、升降负荷和甩负荷仿真试验,并通过整定PID控制器参数获得了理想的燃气轮机动态响应特性.结果表明:该实时模型、算法和平台可满足高精度燃气轮机控制器在回路的仿真需要,具有工程应用价值.     

基于差分进化算法的燃气轮机转速模糊PID复合控制

为了改善电站燃气轮机转速控制系统的调节品质,采用模糊PID(比例积分微分调节器)复合控制,通过差分进化算法对模糊控制器参数进行寻优,基于电力系统高级仿真支撑平台(JSSC)对该方法进行了验证。试验结果表明:模糊PID复合控制无论在升速过程还是甩负荷等突变工况时,不管在超调量、过渡过程时间等动态性能上还是静态偏差等方面,转速控制结果均明显优于单纯的PID控制;当转速特性发生变化时,该控制方法表现出良好的鲁棒性。     

一种新的燃气轮机调速系统建模试验方法

本文针对电力系统仿真计算中的燃气轮机调速系统建模工作提出了一种新的参数实测试验方法,该方法已在燃气轮机发电机组上得到成功应用,解决了传统试验方法中电网频率波动的干扰问题,能够得到稳定的燃气轮机调速系统电网频率-机组负荷特性曲线,从而提高了实测参数的准确性和仿真模型的可靠性。     

带回热微型燃气轮机系统动态过程分析

分析了微型燃气轮机的动态数学模型,利用解析方法,求解了带回热单轴燃气轮机动态方程,对定转速和变转速两种情况下微型燃气轮机负荷变化和甩负荷的动态过程进行了仿真,提出了机组变工况动态性能优化和控制优化的途径。该研究能够为实际机组的运行和系统性能参数的合理匹配提供理论指导。     

基于MATLAB的三轴燃气轮机动态仿真模型研究

仿真技术是燃气轮机性能研究的有效手段。本文作者采用准非线性方法建立了三轴式燃气轮机数学模型。基于动态仿真软件MATLAB,开发出面向对象的燃气轮机动态仿真平台,验证仿真结果表明,该仿真模型正确合理,简便易行。     

展弦比对船用燃气轮机低压压气机跨音级性能影响研究

为了揭示展弦比对压气机跨声速级气动性能的影响机理,进一步提高舰船燃气轮机低压压气机的气动性能,采用数值模拟方法研究了展弦比对某船用燃气轮机低压压气机跨声速级气动性能的影响.结果表明:展弦比对压气机性能的影响受到扭曲规律和反动度等参数选择的影响,对于不同的扭曲方式和反动度分别存在着效率最优展弦比和喘振裕度最优展弦比,且在...     

水下柴油机工作特性研究

建立了包括调速器、柴油机本体、后排气管路的水下柴油机动力系统的动态及稳态过程分析模型,并进行了试验验证。通过后排气管路的三维流动计算、整机性能计算和相关试验研究,确定了柴油机水下运行不倒灌水的判据,并给出了单机和双机运行的安全范围。研究了启动及停机过程中,后排气管压力、排气排水流速及发动机转速的变化规律。在启动过程中,排气速度不是单调上升,而是有振荡现象,在振荡过程中,有可能发生海水倒灌;在停机过程中,应根据后排气管压力变化控制排气外舌阀的关闭过程,以防止海水倒灌及排气背压过高。     

某型航改燃气轮机机匣安装边结构参数优化设计

航改燃气轮机机匣安装边的性能受多个结构参数和载荷参数的影响,为了在给定的结构参数和载荷参数范围内设计性能最优的安装边结构,提出一种机匣安装边结构参数优化设计方法。首先,采用拉丁超立方抽样方法进行实验设计,构建仿真算例样本空间;其次,采用有限元分析方法分析了螺栓孔中心距、螺栓孔直径、安装边厚度等结构参数和机匣内介质压力、介质温度、单个螺栓预紧力等载荷参数对安装边最大等效弹性应力、接触面平均间隙和接触面最大接触压强等特性的影响规律;然后,构建了机匣安装边密封性能计算的代理模型,并对给定工况下燃气轮机机匣安装边结构进行了参数优化设计;最后,针对安装边结构优化设计结果,试验验证了其密封性能以及代理模型的计算精度。结果表明：基于代理模型计算得到的机匣安装边结构密封性能与试验结果误差在10%以内,该方法可用于航改燃气轮机机匣安装边结构的工程优化设计与性能评估。     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

GA-based design-point performance adaptation and its comparison with ICM-based approach

Accurate performance simulation and estimation of gas turbine engines is very useful for gas turbine manufacturers and users alike and such a simulation normally starts from its design-point. When some of the engine component parameters for an existing engine are not available, they must be estimated in order that the performance analysis can be started. Therefore, the simulated design-point performance of an engine may be slightly different from its actual performance. In this paper, a Genetic Algorithm (GA) based non-linear gas turbine design-point performance adaptation approach has been presented to best estimate the unknown component parameters and match available design-point engine performance. In the approach, the component parameters may be compressor pressure ratios and efficiencies, turbine entry temperature, turbine efficiencies, engine mass flow rate, cooling flows, by-pass ratio, etc. The engine performance parameters may be thrust and SFC for aero engines, shaft power and thermal efficiency for industrial engines, gas path pressures and temperatures, etc. To select the most appropriate to-be-adapted component parameters, a sensitivity analysis is used to analyze the sensitivity of all potential component parameters against the engine performance parameters. The adaptation approach has been applied to an industrial gas turbine engine to test the effectiveness of the approach. The approach has also been compared with a non-linear Influence Coefficient Matrix (ICM) based adaptation method and the advantages and disadvantages of the two adaptation methods have been compared with each other. The application shows that the sensitivity analysis is very useful in the selection of the to-be-adapted component parameters and the GA-based adaptation approach is able to produce good quality engine models at design-point. Compared with the non-linear ICM-based method, the GA-based performance adaptation method is more robust but slower in computation and relatively less accurate.     

微型燃气轮机可变论域自适应模糊PID控制

微型燃气轮机是一个多变量、非线性的复杂系统,采用常规的控制方法仅能在其稳定运行时有较好的控制效果,而在负荷变化或特定工作点运行时,由于多种耦合限制的存在,往往难以取得令人满意的控制效果。基于微型燃气轮机发电系统的动态特性,在仿真平台上建立了含微型燃气轮机及发电系统完整的数学模型,并在模型中加入了可变论域自适应模糊PID(比例、积分、微分控制)控制环节,在燃气轮机孤网带载运行状态下,研究了燃气轮机的转速、燃料量、排气温度和机械转矩等动态特性。仿真结果表明:当负荷突变时,转速能够快速达到稳定且超调量不超过1.9%,燃料量在满载时能维持在1 p.u.附近,满足燃气轮机运行要求,具有稳态性能好、动态响应快和鲁棒性强的优点。