[發明專利]一種燃氣輪機性能適配方法、設備以及系統

有效

• 申請號: 201910251402.1
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109992880B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李世堯;李振林
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F119/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 喬媛;王天堯

本發明提供了一種燃氣輪機性能適配方法、系統、計算機設備以及計算機可讀存儲介質，涉及燃氣輪機技術領域。該系統包括氣路參數采集模塊，用于采集一時間段內覆蓋燃氣輪機運行工況范圍的氣路可測參數；氣路參數計算模塊，用于根據氣路可測參數通過熱力性能計算模型得到氣路性能參數；回歸曲線確定模塊，用于根據所述氣路性能參數通過最小二乘法得到性能回歸曲線；預測曲線生成模塊，用于應用遺傳算法迭代尋優計算得到性能預測曲線；性能曲線吻合模塊，用于將所述性能回歸曲線以及性能預測曲線吻合，以實現燃氣輪機的性能適配。本發明提高了適配結果的準確性和穩定性，能有效適用于存在測量噪聲以及運行狀態多變的現場燃氣輪機的性能適配情況。

技術領域

本發明關于燃氣輪機技術領域，特別是關于燃氣輪機的適配技術，具體的講是一種燃氣輪機性能適配方法、系統、計算機設備以及計算機可讀存儲介質。

背景技術

燃氣輪機作為一種運行效率高、單機功率大、使用壽命長的動力設備，被廣泛應用于航空，船舶，石油天然氣、電力等多個領域。兩種具有典型氣路結構的用于機械驅動的燃氣輪機分別如圖1和圖2所示。燃氣輪機的工作過程可以描述如下：一定質量的空氣被吸入壓氣機，并在壓氣機中被壓縮；高壓氣體從壓氣機出口流出后進入燃燒室，與燃料充分混合并燃燒，以產生高溫高壓的燃氣；燃氣在渦輪中將自身的熱能轉化為動能，推動渦輪的旋轉。渦輪輸出的機械功被用于驅動同轉子上的壓氣機。流出燃氣發生器后的燃氣依然具有做功能力，在動力渦輪中繼續推動動力渦輪轉子旋轉，以使燃氣輪機對外輸出機械功。此外，由于渦輪的處于高溫環境中，為了保護葉片不被損壞，一部分來自于壓氣機的高壓空氣將被用于冷卻渦輪葉片。

為了實現燃氣輪機的性能分析、運行優化和氣路故障診斷，需要建立燃氣輪機的氣路性能仿真模型。在目前常用的模塊化仿真模型中，各部件的仿真模塊分別對應實體部件，例如：圖1所示的燃氣輪機中，截面0為大氣，截面1為高壓壓氣機入口，截面2為高壓壓氣機出口，截面3為燃燒室燃料入口，截面4為高壓渦輪入口，截面5為動力渦輪入口，截面6 為動力渦輪出口。截面7為燃氣發生器高壓軸，截面8為動力渦輪軸。針對圖1所示結構的燃氣輪機，建立的模塊化仿真模型具有：1個壓氣機仿真模塊、1個燃燒室仿真模塊、1個渦輪仿真模塊；圖2所示的燃氣輪機中，截面0為大氣，截面1為低壓壓氣機入口，截面2為高壓壓氣機入口，截面3為高壓壓氣機出口，截面4為燃燒室燃料入口，截面5為高壓渦輪入口，截面6為低壓渦輪入口，截面7為動力渦輪入口，截面8為動力渦輪出口。截面9為燃氣發生器低壓軸，截面10為燃氣發生器高壓軸，截面11為動力渦輪軸。針對圖2所示結構的燃氣輪機，建立的模塊化仿真模型具有：2個壓氣機仿真模塊、1個燃燒室仿真模塊、2 個渦輪仿真模塊。模塊與模塊之間的氣路、機械結構與真實燃氣輪機相同。

由各部件的仿真模塊組成完整的燃氣輪機氣路性能仿真模型后，能夠模擬燃氣輪機在指定條件下的運行狀態，即能夠預測燃氣輪機的各項氣路可測參數和性能參數。其中，可測參數指的是能夠通過安裝于燃氣輪機不同位置處的傳感器獲取的數據，包括：轉子轉速、氣路溫度、氣路壓力、燃料流量和輸出功率等；性能參數指的是不能夠由傳感器直接測量，但能夠使用熱力性能計算模型獲得的能夠反映部件或整機運行狀態的數據，包括：各部件的氣體實際流量、折合流量、折合轉速、壓力比、等熵效率、整機熱效率等。

熱力性能仿真模型的實現原理是：在指定的運行條件下(例如指定燃料氣供應量、輸出功率、轉子轉速等等)，從各部件的特性線中尋找合適的運行工況點，使處于聯合運行狀態的各部件模塊能夠遵循與真實燃氣輪機的氣路結構和機械結構相應的轉速平衡、流量平衡、壓力比平衡和功率平衡等四項原則。確定各部件的運行工況點后，由仿真模型輸出各項可測參數和性能參數，并且這些預測的參數與真實燃氣輪機的運行參數相吻合。所以，用于描述各部件運行特性的特性線的準確程度直接決定了熱力性能仿真模型對燃氣輪機運行狀態預測結果的優劣。需要說明的是，部件的特性線可以有多種表達形式，圖3以壓氣機為例，給出了一種典型的壓氣機特性線。在圖3中，CN_DP代表設計工況點的折合轉速。

下述式(1)和(2)給出了一種能夠用于描述在非設計工況下渦輪流量特性和效率特性的方程；