收稿日期:2013-05-23
作者简介:梁 超(1986-),男,湖北监利人,主要从事舰船机械 CAD/CAM仿真方面的研究. E-mail:ygvlcxy@163.com
燃气轮机动态仿真容积效应法研究
梁 超,吴新跃
(海军工程大学 动力工程学院,湖北 武汉 430033)
摘要:针对燃气轮机动态建模容积效应法运用过程中,使用真实体积运算时计算结果振荡较大,无法对燃气轮机动态过程进行实时有
效的运算的问题,对容积效应法的原理进行分析,提出了采用虚拟容积计算方法计算容积大小。采用面对对象的模块化建模方法,基于
Matlab/Simulink平台,运用容积效应法建立了燃气轮机动态仿真模型,解决了在常规建模时迭代次数太多的问题。分别计算了在相同
工况变化条件下,采用真实容积和虚拟容积方法建立的两种模型的仿真结果。研究结果表明,采用虚拟容积的仿真模型更稳定,并且计
算结果更准确。
关键词:容积效应法;燃气轮机;动态建模;Simulink
中图分类号:TK47;TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2013)10-1277-04
Volume effect of gas turbine dynamic simulation
LIANG Chao,WU Xin-yue
(School of Power Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China)
Abstract:The numerical results of the volume effect of the dynamic simulation model of gas turbine were oscillating,the principle of
volume effect method was analyzed. The virtual volume calculation method was proposed to calculate volume size. Based on the Matlab/
Simulink,the dynamic simulation model of a gas turbine developed by the objected-oriented modularized modeling method was established
by the volume effect method. The number of iteration was reduced. The models in the same situation based on real volume and virtual
volume were calculated. The results indicate that the simulation model based on virtual volume is more stable and more accurate.
Key words:volume effect;gas turbine;dynamic simulation;Simulink
DOI:10.3969/j.issn.1001-4551.2013.10.026
0 引 言
利用数学模型代替真实燃气轮机作为被控对象
进行性能研究,是具有一定准确性且经济性好的方
法。在对燃气轮机进行仿真时,文献[1-5]都采用模
块化建模方法进行仿真。在对燃气轮机进行稳态分
析计算时一般都采用流量法进行计算
[6-7]
,通过对每个
模块的输入输出流量平衡和转子产生和消耗功率的
平衡建立非线性方程组,需要用牛顿-拉弗逊(N-R)等
迭代算法求解。在进行动态分析时,因为迭代算法需
要反复进行迭代计算,为了提高实时性,采用容积效
应法建立容积模块消除计算时的迭代过程,即可以缩
短计算时间,又能保证模型的计算精度。
本研究通过对容积效应法原理进行分析,提出运
用容积效应法时更合理的容积大小的计算方法。
1 容积模块的建立
在对三轴燃气轮机动态建模中,主要解决低高压
气机之间,高压压气机与燃烧室之间,高、低压涡轮间,
低压与动力涡轮间4个管道间的流量不平衡问题,故在
这 4 个模块间加入容积模块,通过对容积模块的计算,
实现整个系统的流量平衡,模型示意图如图1所示。
容积模块代表的是具有一定当量容积的纯流动部
分,如图 2 所示。设一股总压分别为 P
in
,T
in
,W
in
的流体
流入容腔,以 P
out
,T
out
,W
out
流出。在动态过程中,容腔内
有质量、能量的积聚和动量的变化,进出口参数将不再
第 30 卷第 10期
2013年 10 月
Vol. 30 No. 10
Oct. 2013
机 电 工 程
Journal of Mechanical & Electrical Engineering