間冷回熱燃氣輪機的系統(tǒng)仿真研究.pdf

1、間冷回熱燃氣輪機是在簡單循環(huán)燃氣輪機的基礎上，增加壓縮空氣中間冷卻器和尾氣回熱器組成的間冷回熱循環(huán)燃氣輪機。該復雜循環(huán)燃氣輪機在寬廣的功率范圍內具有平坦的耗油率曲線，顯著地改善了機組在部分工況的經濟性，同時又有低的排氣噪聲和排氣溫度，在船舶和工業(yè)燃氣輪機領域得到了人們的密切關注。采用了這一技術的WR-21燃氣輪機，已經成為美國海軍新一代艦船推進系統(tǒng)的主動力裝置。為了跟蹤國外先進燃氣輪機技術的發(fā)展，遂展開了本文的研究。 本文的研究

2、內容是間冷回熱燃氣輪機基于EASY5平臺的仿真研究。首先建立了換熱器（中冷器和回熱器）的仿真模型，對其進行了穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的仿真研究；然后針對于某型艦用三軸燃氣輪機進行了間冷回熱的改造設計；最后對所設計的間冷回熱燃氣輪機的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能進行了詳細的仿真研究。 對換熱器模塊而言，在質量、動量和能量守恒方程的基礎上把單個工質微元體作為一個阻性環(huán)節(jié)和一個容性環(huán)節(jié)串接來處理，壓力和流量的偏微分方程由此轉換為常微分方程，簡化了控制方程，從

3、而建立了沿冷熱流體各自流動方向的一維動態(tài)分布式仿真模型，利用此模型，計算了中冷器和回熱器的穩(wěn)態(tài)運行參數，并對其動態(tài)性能進行了仿真實驗。 在對某型艦用燃氣輪機進行間冷回熱改造設計時，需要對壓氣機進行重新的設計，以便平衡由于間冷造成的高壓壓氣機入口折合流量降低的影響。改造設計完成后，該復雜循環(huán)燃氣輪機的輸出功率為31293.7kw，機組效率可達43.66％，提升了原燃氣輪機機組的性能。 本文應用模塊化建模的方法，對間冷回熱燃

4、氣輪機進行了模塊劃分，在對各部件模塊獨自建模的基礎上，建立了該復雜循環(huán)燃氣輪機的非線性仿真模型。利用該模型對間冷回熱燃氣輪機的穩(wěn)態(tài)性能進行了計算，給出了機組的一些性能參數和特性曲線，并分析了大氣參數變化對機組性能的影響。在穩(wěn)態(tài)性能分析的基礎上，對機組的動態(tài)特性進行了仿真實驗，結果顯示：間冷回熱燃氣輪機的變工況性能良好，不會出現超速和喘振現象。 本文對間冷回熱燃氣輪機的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的研究表明：該艦用三軸燃氣輪機采用的間冷回熱設計