基于Modelica的回热型微型燃气轮机动态模拟

以Bowman TG80微型燃气轮机为研究对象,采用模块化的建模方法,基于Modelica/Dymola平台建立了回热型微型燃气轮机的全工况动态热力系统及控制系统模型。根据试验数据对模型不同负荷下的发电效率进行了对比,并通过验证模型的启动、连续变负荷和停机动态过程,确定了多个关键技术参数。最后,分析了阶跃升降25%负荷过渡过程中不同回热器热惯性、转轴转动惯量、燃烧室容积惯性和控制器参数的系统动态响应。结果表明：不同负荷下的发电效率与试验值吻合良好,设计工况相对误差为0.11%,部分负荷最大相对误差为3.58%;根据停机工况确定的转动惯量和高温气道质量分别为0.016 kg·m²和5 kg,启动和连续变负荷过程与试验数据吻合较好;回热器热惯性和转轴转动惯量是影响系统响应特性的主要因素,回热器和转轴轻量化有利于实现更优的动态响应;合理的PID控制参数可以优化控制品质,比例增益和积分时间对控制效果的影响较大,微分时间作用不明显。     

基于神经网络的燃气轮机动态过程仿真

燃气轮机数字仿真具有高性能价格比,高仿真精度等优点。但以往的建模方法难以同时满足燃气轮机仿真精度和实时性的要求。本文对大样本空间的神经网络构造及网络学习加速方法进行了大量探索及新的有益尝试,并成功将神经网络技术引入燃气轮机仿真构造新的仿真模型,不仅获得了更高的仿真精度,而且保持了系统原有的光滑性,能满足系统仿真实时性的要求。     

微型燃气轮机回热器燃气腔结构优化

1引言分布式发电与大电网相结合是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的一种方式,被世界很多专家公认是21世纪电力工业的发展方向[1],微型燃气轮机是目前最有竞争力的分布式发电方式[2]。微型燃气轮机是一种新型发动机,近年来在分布式发电/能源系统领域发展迅速。     

微型燃气轮机发电系统仿真模型研究

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。     

微型燃气轮机回热器

回热器是能源岛系统中微型燃气轮机的一个主要部件。根据回热器的运行特点及具体设计要求，介绍了国内外在回热器传热表面结构、回热器结构和材料等方面的研究状况，并指出回热器的研究趋势、研究方法和手段。图13表2参13     

微型燃气轮机的建模研究(上)--动态特性分析

以模块化建模方法建立了微型燃气轮机的全工况的动态数学模型,并通过流体网络对其进行了求解。计算及研究了微型燃气轮机从100%到0%范围内的全工况运行的动态特性及甩负荷动态特性,指出回热器壁温蓄能对微型燃气轮机动态特性具有较大的影响。图15表1参4     

微型燃气轮机技术

高效微型燃气轮机发电机组可用于航空、航天等领域,还可用于分布式发电、军用车辆辅助动力装置、车用混合动力装置等,因此研究这种动力装置有重要的实用意义。首先介绍了微型燃气轮机的发展过程,简要说明了过去40年内微型燃气轮机在结构上发生的变化,随后给出了组成微燃气轮机的关键部件在设计过程中应注意一些问题。最后回顾了国内一些研究单位在这一领域所进行的研究工作,并指出今后的努力方向和工作重点。     

分轴燃气轮机大扰动动态过程的计算

分轴燃气轮机是非线性系统,其大扰动动态过程的计算是个难题。本文以用于燃气/蒸汽联合循环的斯贝核心机为例,论述了以非稳态工况为起始点,用变系数分段小偏差线性比的方程来求解分轴燃气轮机的大扰动动态过程。     

微型燃气轮机与波转子顶层循环分析

阐述了波转子的结构、特点及其工作原理,介绍了微型燃气轮机与波转子顶层循环的几种循环结构。对微型燃气轮机简单循环和微型燃气轮机与波转子顶层简单循环进行数学建模计算,比较其结果。同时计算分析了波转子压比对其循环发电效率的影响。通过计算结果的比较可以清楚地看到,波转子的应用能够显著地提高发电效率。     

冷热电联产系统与微型燃气轮机

以发展冷热电联产系统为能源配置方向和以微型燃气轮机为重要发电方式，是第二代能源系统建设的需要，对平衡城市的能源结构、提高能源使用效率、促进环境保护具有现实而长远的意义。文章论述了冷热电联产系统与微型燃气轮机的特点与发展前景。     

燃气轮机进气系统结霜分析及对策

燃气轮机进气系统发生结霜对燃气轮机安全运行危害很大。本文分析了燃气轮机进气系统发生结霜现象的产生机理,并提出解决问题的办法,这对燃气轮机用户和设计成套单位有一定的参数价值。     

混合仿真微型燃气轮机三联供系统

结合模拟仿真实时性和数字仿真多功能、高精度的优点，建立了基于微型燃气轮机的热、电、冷三联供系统的混合仿真装置．重点分析了仿真建模过程中模拟计算和数字计算的分配原则及系统的总成和特点。通过实例应用表明，混合仿真实验装置具有直观、方便的特点，能够实现三联供系统的运行仿真、参数分析和优化、系统配置优化以及人员培训等功能。     

燃气轮机化学回热循环热力学过程分析

化学回热循环是一种先进的燃气轮机循环方式。为系统研究燃气轮机化学回热循环热力学性能,在循环过程热力学分析的基础上,建立了燃气轮机化学回热循环温熵图,定义了燃料热值相对增加率,推导循环的热效率的数学表达式,对该循环性能进行了分析和计算。结果表明:化学回热循环具有较高的效率,最大效率可达55%以上。化学回热循环效率最佳压比取决于燃气轮机简单循环中的最佳压比,所以化学回热循环是不受压比限制的回热循环。化学回热循环燃料蒸汽转化的深度受排气温度的影响较大,排气温度越低燃料热值的增加率越小。     

耦合喷射制冷的微燃机CCHP系统设计及性能分析

考虑到微燃机在夏季高温环境下性能下降导致CCHP(冷热电三联产系统)运行偏离设计工况,本文提出了利用CCHP系统烟气余热进行喷射制冷,并利用该冷量对微燃机进气进行冷却的研究思路。理论计算发现:以青岛为例,在夏季工况下,对微燃机进气进行冷却可以提高出力16.4%,提高发电效率7.5%左右;对比微燃机进气冷却前后,CCHP系统一次能源效率可提高25%左右,而系统一次能源节约率可提高3%~10%;同时系统单位发电量的CO_2排放量可降低约37%。因此,在夏季高温季节对微燃机进行进气冷却可以改善微燃机和CCHP系统运行性能。     

动态矩阵控制及其在燃气轮机排气温度控制中的仿真应用

本文设计了一个多变量动态矩阵控制器,通过对控制器重要参数的整定,实现了对燃气轮机的排气温度最优仿真控制,解决了传统燃机控制系统中排气温度控制品质差的问题。该控制器对模型的依赖性较低,在线计算方便且运算量很小,易于工程实现,具有良好的应用前景。     

An integrated approach for optimal design of micro gas turbine combustors

The present work presents an approach for the optimized design of small gas turbine combustors, that integrates a 0-D code, CFD analyses and an advanced game theory multi-objective optimization algorithm. The output of the 0-D code is a baseline design of the combustor, given the required fuel characteristics, the basic geometry (tubular or annular) and the combustion concept (i.e. lean premixed primary zone or diffusive processes). For the optimization of the baseline design a simplified parametric CAD/mesher model is then defined and submitted to a CFD code. Free parameters of the optimization process are position and size of the liner hole arrays, their total area and the shape of the exit duct, while different objectives are the minimization of NO_x emissions, pressure losses and combustor exit Pattern Factor. A 3D simulation of the optimized geometry completes the design procedure. As a first demonstrative example, the integrated design process was applied to a tubular combustion chamber with a lean premixed primary zone for a recuperative methane-fuelled small gas turbine of the 100 kW class.     

微型燃气轮机及其"混合动力"的技术进展

参照目前微型燃气轮机的技术参数,基于热力循环理论,确定下一代微型燃气轮机的主要发展目标是压缩比6～8,透平进口温度1600K,效率达到40％,并对相关实现技术提出了建议。其次对微型燃气轮机与燃料电池构成混合动力的技术进展作一评述,介绍了两种主要混合动力结构的工作原理,为更好地应用微型燃气轮机提供技术参考。