[發明專利]一種船舶燃氣輪機可調靜葉壓氣機偏轉角度優化方法

在審

• 申請號: 201710353351.4
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107301268A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 王志濤;李鐵磊;李淑英;賀雷;范闊;王維天;李健;馬文奇;雷昊達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機總體性能分析方法，具體地說是一種船舶燃氣輪機可調靜葉壓氣機偏轉角度優化方法。

背景技術

采用可調靜葉變幾何壓氣機是當下主流的燃氣輪機防喘措施之一。在燃機非設計工況下，各級可調靜葉的偏轉角度對壓氣機與整機的工作匹配以及燃機的運行效率有著重要影響。采用系統仿真技術，全面掌握可調靜葉調節方案對燃機總體性能的影響，不僅能有效地減少物理樣機試驗量、降低試驗風險，還可以為燃機總體性能優化指明方向。

0維容積慣性法是實現燃機系統仿真的主流方法，在部件特性數據完整且準確的基礎上，能夠以較高精度實現系統穩態、動態仿真，且仿真過程具有良好的實時性。在容積慣性法中，通過實驗、外推等方法獲得一套相對完整且固定的特性線數據，是壓氣機、渦輪等部件建模仿真的基礎。對于變結構壓氣機而言，由于其通流部分結構發生了變化，其特性也隨之發生了改變，特別是對于多級可調靜葉壓氣機，如何根據各級靜葉偏轉角度的變化，隨時獲得相應結構下壓氣機的特性線數據，是實現零維系統仿真的關鍵。

在已知壓氣機結構參數(包括可調靜葉偏轉角度)的前提下，可以利用1維HARIKA算法來計算壓氣機特性線數據。將1維HARIKA算法嵌入到0維容積慣性法中，實現0維-1維縮放，是實現考慮可調靜葉壓氣機的船舶燃氣輪機系統仿真的有效方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有利于提高燃機總體性能，能實現燃機系統仿真縮放的船舶燃氣輪機可調靜葉壓氣機偏轉角度優化方法。

本發明的目的是這樣實現的：

首先確定壓氣機結構參數、壓氣機可調靜葉級數及各級可調靜葉偏轉角度范圍及燃機運行工況，確定各級可調靜葉偏轉角度組合數，針對每種可調靜葉偏轉角度組合，利用燃氣輪機系統仿真縮放0維-1維模型，計算相應的燃機效率，并將燃機效率、各級可調靜葉偏轉角度作為行元素存入二維數組R，全部可調靜葉偏轉角度組合計算完畢后，根據燃機效率列對二維數組R的行元素進行由大到小排列，最終優化結果為二維數組R第一行元素對應的各級可調靜葉偏轉角度。

所述燃氣輪機系統仿真縮放0維-1維模型是指：在MATLAB/SIMULINK環境下基于0維容積慣性法建立燃氣輪機各部件和整機系統仿真模型；利用基于1維HARIKA算法開發的變結構壓氣機特性計算程序為0維壓氣機部件仿真模型提供特性線數據；MATLAB/SIMULINK仿真模型與變結構壓氣機特性計算程序之間利用數據接口協同運行。

MATLAB/SIMULINK仿真模型與變結構壓氣機特性計算程序之間利用數據接口協同運行的數據接口采用SIMULINK/S-Function開發，利用共享文本文件的方式傳遞數據，利用DOS命令行做進程調度。

本發明的技術方案主要包括：在MATLAB/SIMULINK環境下基于0維容積慣性法建立燃氣輪機各部件(包括壓氣機、燃燒室、渦輪、容積、轉子、調速器等)和整機系統仿真模型；利用1維HARIKA算法計算變結構(考慮可調靜葉)壓氣機特性線；將1維HARIKA算法嵌入到0維容積慣性法中，實現燃氣輪機系統仿真縮放(0維-1維)；利用上述系統仿真縮放模型，計算某一工況下，每種多級可調靜葉偏轉角度組合對應的燃機效率，對應效率最高的各級可調靜葉偏轉角度即為優化結果。

在上述方法中，控制MATLAB/SIMULINK仿真模型與HARIKA計算程序之間協同運行的數據接口采用SIMULINK/S-Function開發，利用共享文本文件的方式傳遞數據，利用DOS命令行做進程調度。

本發明與現有技術相比具有的有益效果是：

(1)以燃機經濟性為目標，對不同工況下可調靜葉的調節方案進行優化，充分考慮了壓氣機與整機的工作匹配，有利于提高燃機總體性能。

(2)利用數據接口實現了MATLAB/SIMULINK仿真模型與HARIKA計算程序之間的協同運行，解決了燃機0維容積慣性模型隨時獲得變結構壓氣機特性線的難題，實現了燃機系統仿真縮放(0維-1維)。

本發明可以快速、低成本地對可調靜葉壓氣機偏轉角度進行優化，以提高船舶燃氣輪機在各個工況下的經濟性和穩定性，對改善燃氣輪機總體性能有著積極的作用。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖。

圖2是本發明的協同運行數據接口算法。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作進一步描述。