基于MATLAB／GUI的间冷循环燃气轮机的仿真评估软件开发设计和使用策略研究
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应 雨龙 ， 李 淑 英
（ １ ．上海 电 气电站 集 团 燃 气轮机技 术研 究所 ， 上 海电 气电站技 术研 究 与发展 中心 ， 上海 ２ ０ １ ６ １ ２ ； ２ ．哈 尔滨 工程 大学
摘ห้องสมุดไป่ตู้
动 力与能 源 工程 学院 ， 哈 尔滨
１ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 本文编制 了问冷循环燃气轮 机热力循 环计算 软件 ， 在 已知热力 循环 计算条 件 和热力循 环过程 参数
为 目标 的优化 分析 ” 这五 大功 能模块 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ —１ １ —１ ６ 改 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２—２ ７
作者 简介 ： 应雨龙 （ １ ９ ８ ７一 ） ， 男， 上海 电气 电站集 团燃气轮机技术研发工程 师 ， 哈尔滨工程大学 动力与能源工程学 院博士 研究生 ， 从事燃气轮机总体性能研究 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｏ ６ ０ ３ １ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
３ ０ ％一 ４ ０ ％， 而且 克 服 了在低 工况 下 经 济 性 变 差 弱 点， 因而 已经 成 为 舰 船 燃 气 轮 机 的 发 展 趋 势 Ｉ ２ 。 对于 我 国这样航 空 工业 没有 达到 世界 先进水 平 的发 展 中国家来 说 ， 在 国产 的母 型 机 上 进行 间冷 循 环 改 造 是 一个 现实 的选 择 。对 大 功率 船用 问冷循 环燃 气
轮机 总体 性能 优化 与仿 真 技 术 进 行详 细 、 有 效 的研 究， 为我 国研制 出 自 己的大 功 率 船 用 燃气 轮 机 提 供
可靠 、 有 效 的 技术 参 考 。 间冷 （ Ｉ Ｃ ） 循 环 与 间冷 一
气 机 进 口 的 空 气 温 度 进 而 减 少 了 高 压 压 气 机 的
第２ ６卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖ０ １ ． ２ ６ Ｎ ｏ ． ４
Ｄｅ ｃ ．，２０１ ３
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｇ Ｕ Ｉ 的 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 的 仿 真 评 估 软 件 开 发 设 计 和 使 用 策 略研 究
内船 用燃 机研 究水 平不 高 的现 状 下 较 为容 易 实 现 ， 而且 能满 足 未来 船 用 燃 机 的 功率 需 求 。因此 ， 对 大 功率 船用 间冷 循环 燃气 轮机 进行 总体 性 能优化 和仿
真研 究 势在 必行 Ｊ 。
析” 、 “ 以效 率 为 目标 的优 化 分 析 ” 、 “ 以 功 率 和效 率
循环 ， 而且系统复杂性远低于 Ｉ Ｃ Ｒ循 环 ， 在 目前 国
该 仿 真 软件 总 体 功 能界 面 如 图 ２所 示 ， 该 软 件 设计 的 目的是 建立 一 个 面 向对 象 的操作 软 件 ， 总共 分为 “ 已知 空 气 流 量 的 热力 循 环 计 算 ” 、 “ 已知 输 出 功率 的 热 力 循 环 计 算 ” 、 “ 以 功 率 为 目标 的 优 化 分
下． 用户可 以用该软件计算得 到间冷循 环燃 气轮机 的总体性 能参 数 ， 并 做了海水 温度变 化 、 机 上 中间冷却器 间冷 度变化 、 机外 中间冷却器 间冷度 变化 、 乙二醇 水溶液 流量变化 、 大 气温度 变化对 问冷循环燃 气轮机 的影
响分 析 ， 在此基础上 ， 运用改进的粒子群优 化算法 又分别 编制 了以循环效 率最优 为 目标 、 以输 出功率最 优为
压缩耗功 ， 从 而 大 幅 度 提 高 燃 气 轮 机 动 力 装 置 的
输 出功 率 。 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 的 工 作 原 理 图 如
图 １所 示 。
回热 （ Ｉ Ｃ Ｒ） 循环相 比， 由于不 存 在 回热 器 的 阻力 损
失， 虽然 效 率 低 于 Ｉ Ｃ Ｒ循 环 ， 但 输 出功 率 大 于 Ｉ Ｃ Ｒ
目标及两者最优为 目标的优化软件 ， 并 得到了达到优化 目标 时所应取得热力循 环过程参 数值 ， 从 而为实 际间
冷循 环 燃 气 轮 机 设 计 、 运 行 和性 能 优化 提供 技 术 参 考 。
关
键
词： 间冷循 环燃 气轮机 ； 粒子群优化算法 ； 仿真软件 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｇ Ｕ Ｉ
表２ 三轴燃气轮机校核表 （ 设计工况）
条 件不 变 ， 工作 过程 参数 不变 时 ， 随着 海水 温度 的升 高（ 从０ ｏ Ｃ到 ４ ５ ｏ Ｃ） ， 高压压 气 机耗 功 逐渐 增 大 （ 从
１ ８ ． ０ ６ ６ ＭＷ 上 升 到 ２ ０ ． ３ ０ ２ ７ ＭＷ） ， 导致 循 环 比功 逐 渐减 小 （ ４ ４ ６ ． ７ ９ ３ ２ ｋ Ｗ／ ｋ ｇ减小 到 ４ １ ０ ． ４ ７ ８ ５ ｋ Ｗ／
１ 间冷 循 环 燃 气 轮 机 性 能评 估 软 件 的
编 制
船 用 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 是 在 高 压 压 气 机 和 低 压 压 气 机 中 间 增 设 中 间 冷 却 装 置 。与 简 单 循 环相 比， 问冷 循 环 通 过 中 间 冷 却 器 降 低 了 高 压 压
文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９—２ ８ ８ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ３ ３ —０ ８
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ７ ９
间冷 回热循 环燃 气轮 机相 对 于普通 燃气 轮机 设
计工 况热 效率 提 高， 功 率 比提 高 ２ ５ ％， 油 耗 降 低
３ ６
燃 气 轮 机 技 术
第２ ６卷
将表 １中某 型简 单循环 三轴燃 气 轮机 的参数 输
根据 图 ７所 示 ， 在 间冷 循 环燃 机 其 他热 力循 环
入“ 已知 空气 流量 的热力 循环 计 算 ” 功 能模 块 中 ， 并
将 机上 间冷度 改为 零 （ 此 时 即为 简单 循 环 的工 作 过 程） ， 经过 计算 可得表 ２所示 结果 。
（ １ ．上海 电 气电站 集 团 燃 气轮机技 术研 究所 ， 上 海电 气电站技 术研 究 与发展 中心 ， 上海 ２ ０ １ ６ １ ２ ； ２ ．哈 尔滨 工程 大学
摘ห้องสมุดไป่ตู้
动 力与能 源 工程 学院 ， 哈 尔滨
１ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 本文编制 了问冷循环燃气轮 机热力循 环计算 软件 ， 在 已知热力 循环 计算条 件 和热力循 环过程 参数
为 目标 的优化 分析 ” 这五 大功 能模块 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ —１ １ —１ ６ 改 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２—２ ７
作者 简介 ： 应雨龙 （ １ ９ ８ ７一 ） ， 男， 上海 电气 电站集 团燃气轮机技术研发工程 师 ， 哈尔滨工程大学 动力与能源工程学 院博士 研究生 ， 从事燃气轮机总体性能研究 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｏ ６ ０ ３ １ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
３ ０ ％一 ４ ０ ％， 而且 克 服 了在低 工况 下 经 济 性 变 差 弱 点， 因而 已经 成 为 舰 船 燃 气 轮 机 的 发 展 趋 势 Ｉ ２ 。 对于 我 国这样航 空 工业 没有 达到 世界 先进水 平 的发 展 中国家来 说 ， 在 国产 的母 型 机 上 进行 间冷 循 环 改 造 是 一个 现实 的选 择 。对 大 功率 船用 问冷循 环燃 气
轮机 总体 性能 优化 与仿 真 技 术 进 行详 细 、 有 效 的研 究， 为我 国研制 出 自 己的大 功 率 船 用 燃气 轮 机 提 供
可靠 、 有 效 的 技术 参 考 。 间冷 （ Ｉ Ｃ ） 循 环 与 间冷 一
气 机 进 口 的 空 气 温 度 进 而 减 少 了 高 压 压 气 机 的
第２ ６卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖ０ １ ． ２ ６ Ｎ ｏ ． ４
Ｄｅ ｃ ．，２０１ ３
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｇ Ｕ Ｉ 的 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 的 仿 真 评 估 软 件 开 发 设 计 和 使 用 策 略研 究
内船 用燃 机研 究水 平不 高 的现 状 下 较 为容 易 实 现 ， 而且 能满 足 未来 船 用 燃 机 的 功率 需 求 。因此 ， 对 大 功率 船用 间冷 循环 燃气 轮机 进行 总体 性 能优化 和仿
真研 究 势在 必行 Ｊ 。
析” 、 “ 以效 率 为 目标 的优 化 分 析 ” 、 “ 以 功 率 和效 率
循环 ， 而且系统复杂性远低于 Ｉ Ｃ Ｒ循 环 ， 在 目前 国
该 仿 真 软件 总 体 功 能界 面 如 图 ２所 示 ， 该 软 件 设计 的 目的是 建立 一 个 面 向对 象 的操作 软 件 ， 总共 分为 “ 已知 空 气 流 量 的 热力 循 环 计 算 ” 、 “ 已知 输 出 功率 的 热 力 循 环 计 算 ” 、 “ 以 功 率 为 目标 的 优 化 分
下． 用户可 以用该软件计算得 到间冷循 环燃 气轮机 的总体性 能参 数 ， 并 做了海水 温度变 化 、 机 上 中间冷却器 间冷 度变化 、 机外 中间冷却器 间冷度 变化 、 乙二醇 水溶液 流量变化 、 大 气温度 变化对 问冷循环燃 气轮机 的影
响分 析 ， 在此基础上 ， 运用改进的粒子群优 化算法 又分别 编制 了以循环效 率最优 为 目标 、 以输 出功率最 优为
压缩耗功 ， 从 而 大 幅 度 提 高 燃 气 轮 机 动 力 装 置 的
输 出功 率 。 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 的 工 作 原 理 图 如
图 １所 示 。
回热 （ Ｉ Ｃ Ｒ） 循环相 比， 由于不 存 在 回热 器 的 阻力 损
失， 虽然 效 率 低 于 Ｉ Ｃ Ｒ循 环 ， 但 输 出功 率 大 于 Ｉ Ｃ Ｒ
目标及两者最优为 目标的优化软件 ， 并 得到了达到优化 目标 时所应取得热力循 环过程参 数值 ， 从 而为实 际间
冷循 环 燃 气 轮 机 设 计 、 运 行 和性 能 优化 提供 技 术 参 考 。
关
键
词： 间冷循 环燃 气轮机 ； 粒子群优化算法 ； 仿真软件 ； ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｇ Ｕ Ｉ
表２ 三轴燃气轮机校核表 （ 设计工况）
条 件不 变 ， 工作 过程 参数 不变 时 ， 随着 海水 温度 的升 高（ 从０ ｏ Ｃ到 ４ ５ ｏ Ｃ） ， 高压压 气 机耗 功 逐渐 增 大 （ 从
１ ８ ． ０ ６ ６ ＭＷ 上 升 到 ２ ０ ． ３ ０ ２ ７ ＭＷ） ， 导致 循 环 比功 逐 渐减 小 （ ４ ４ ６ ． ７ ９ ３ ２ ｋ Ｗ／ ｋ ｇ减小 到 ４ １ ０ ． ４ ７ ８ ５ ｋ Ｗ／
１ 间冷 循 环 燃 气 轮 机 性 能评 估 软 件 的
编 制
船 用 间 冷 循 环 燃 气 轮 机 是 在 高 压 压 气 机 和 低 压 压 气 机 中 间 增 设 中 间 冷 却 装 置 。与 简 单 循 环相 比， 问冷 循 环 通 过 中 间 冷 却 器 降 低 了 高 压 压
文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９—２ ８ ８ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ３ ３ —０ ８
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ７ ９
间冷 回热循 环燃 气轮 机相 对 于普通 燃气 轮机 设
计工 况热 效率 提 高， 功 率 比提 高 ２ ５ ％， 油 耗 降 低
３ ６
燃 气 轮 机 技 术
第２ ６卷
将表 １中某 型简 单循环 三轴燃 气 轮机 的参数 输
根据 图 ７所 示 ， 在 间冷 循 环燃 机 其 他热 力循 环
入“ 已知 空气 流量 的热力 循环 计 算 ” 功 能模 块 中 ， 并
将 机上 间冷度 改为 零 （ 此 时 即为 简单 循 环 的工 作 过 程） ， 经过 计算 可得表 ２所示 结果 。