燃气轮机仿真分析..

表4.1 燃机稳态参数实验数据和仿真结果的比较
负荷（%） 主机功率 （kW） 实验 100 80 40 20 2022 0 1617 6 8088 4044 仿真 2001 0 1600 7 8022 4100 耗油量 （kg/h） 实验 4729. 9 4030 2437 1518 仿真 4650 3985 2397 1542 燃气初温 （K） 实 验 144 3 138 6 120 7 104 3 仿 真 146 0 136 7 119 0 105 1 主机转速 （rpm） 实 验 360 0 329 0 270 2 205 5 仿 真 358 0 334 3 265 0 209 0
• (2) 计算燃机的共同工作线。 • 由步骤1可以得到等温线与压气机各条等转速线的 交点的参数值，那么就可以作出燃气轮机装置的 特性网，在特性网上绘出螺旋桨负荷特性线。负 荷特性与特性网上的交点，即为负荷与燃气轮机 的共同工作点。整理这些共同工作点的参数值， 即可得到任意两个参数之间的关系曲线。计算结 果如图4.2至图4.6所示，图中表示是动力涡轮的 输出功率与耗油量、燃机效率、燃气初温、动力 涡轮输出转速、压气机压比之间的关系。
图4.8 突减60%负荷燃气发生器转速n1变化曲线
4000 3500 3000 2500 2000 1500 0 2 4 6 8 10 12
动力涡轮转速 rpm
时间 s
图4.9 突减60%负荷动力涡轮输出转速n2变化曲线
1500 1400
燃气初温 K
1300 1200 1100 1000 0 2 4
稳态变工况仿真模型是利用部件特性曲线来进行变工况计算 的，要满足各部件共同工作的条件就必须利用试凑法来平衡 方程。为了减少反复试凑运算次数，可以一开始给定许多选 定的工作点，然后用做图法解平衡方程。具体计算步骤如下： (1) 计算燃气发生器的等温比线。 假设的值，在压气机通用特性曲线上某一等转速线上取点 （取点的工作可以借用专用的取点工具getdata，取得越多 越好，但是受等转速线本身长度的限制），利用该模型进行 计算，确定高压涡轮有效功和压气机耗功的差值为零或者最 小的那一点，该点即为燃气发生器的一个共同工作点，记录 该点所有的参数值，压比，燃气发生器转速，动力涡轮输出 功率和转速等等。保持值不变，对其他的等转速线进行同样 的计算，连接所记录的点就得到一条等温比线。另取一些的 值，重复上面的计算就可以得到多条等温比线。
20500
动力涡轮输出功率 kW
15500 10500 5500 500 700
900
1100 1300 燃气初温T3 K
1500
T
3
图4.4 燃气初温
与动力涡轮输出功率的关系曲线
20500
动力涡轮输出功率 kW
15500
10500
5500
500 1000
源自文库1500
2000 2500 3000 3500 动力涡轮输出转速 r/min
4000
图4.5 动力涡轮转速和输出功率的关系曲线
20500
动力涡轮输出功率 kW
15500
10500
5500
500 0 5 10 压气机压比 15 20
图4.6 压气机压比与动力涡轮功率的关系曲线
将燃机稳态参数仿真计算结果与实验数据相比较， 如表4.1所示，仿真值与实验值比较接近，误差均在2%以内。
8.2燃机的动态仿真结果
当燃机满负荷运行，突减60%负荷， 燃机输出转速设定值n2s由3600rpm降至1763rpm时， 燃气发生器转速n1、动力涡轮输出转速n2以及燃气初温
9000 8500 8000 7500 7000 6500 6000 0 2 4 6 时间 s 8 10 12
T3*
燃气发生器转速 rpm
燃燃并车过程仿真
• 并车过程的关键是控制两台燃机的转速相等而实现并车， 并且完成负载功率的重新分配。要使两台燃机转速相等有 多种方式，最常见的是保持其中一台燃机转速不变，另一 台燃机加速或减速靠近该燃机的转速实现并车。这里采用 的是加速并车的方式。并车的具体过程是首先1号燃机在 额定工况运行，承担所有的负载，2号燃机处于惰转状态 下进行并车操作。这时1号燃机端3S离合器处于啮合状态， 2号燃机端3S离合器处于脱开状态。并车开始后，2号燃 机开始加速向1号燃机的转速靠拢，当2号燃机的转速和1 号燃机的转速达到同步时，2号燃机端3S离合器开始啮合。 一旦2号燃机端3S离合器啮合后，功率负载开始从1号燃 机转移到2号燃机上。1号燃机的输出功率逐渐减小，2号 燃机的输出功率逐渐增加，直到两台燃机的输出功率达到 比例设定值，由于是同型燃机，这里设定的比例值为 0.5[31]。
时间 s
6
8
10
12
图4.10 突减60%负荷燃气初温
T3
仿真结果的正确性分两步来检验： (1) 当主机重新归于稳定运行之后，各参数的值是 否等于40%负荷时各参数的值。经检验各参数的误 差2%以内，在允许误差范围之内，说明主机模型 的精度达到要求。 (2) 检验动态过程的趋势是否正确。仿真结果基本 反映了实际过程负荷突变时各参数的动态响应。主 机在突减负荷时，动力涡轮的转速会有一突增，接 着在主机的控制系统的作用下，根据所带负荷的多 少重新设定主机调速器的转速，在调速器的作用下， 减少了燃机的供油量，转速就会下降，最后稳定在 转速设定值附近（有差调节的情况）。燃机的供油 量减少，导致燃气初温减小。从图4.8至图4.10可以 看出主机模型各参数的变化趋势与实际情况相符合。
20500
动力涡轮输出功率 kw
15500 10500 5500 500 400 1400 2400 3400 耗油量 kg/h 4400
图4.2 动力涡轮的输出功率与耗油量的关系曲线
40
燃机效率 %
30
20
10 500 5500 10500 15500 动力涡轮输出功 kW 20500
图4.3 燃机效率与动力涡轮输出功率的关系曲线
第8章仿真实例分析
8.1燃机的稳态变工况仿真结果及分析
某型2万kW分轴燃机的额定工况点参数如下： 大气温度288 K； 大气压力101320 Pa； 轴功率 20220 kW； 燃气发生器转速8498 r/min； 动力涡轮转速3600 r/min； 燃气初温1443 K； 压气机压比18.4； 压气机空气流量65 kg/s； 压气机出口压力1864380 Pa； 压气机出口温度703 K； 高压涡轮进口压力1771161 Pa；燃料量4729.9 kg/h； 动力涡轮进口压力390100 Pa； 动力涡轮进口温度1041 K； 高压涡轮膨胀比4.54； 动力涡轮膨胀比3.85； 发动机排气温度 803 K； 燃机效率36%；