增压锅炉用涡轮增压机组的性能匹配仿真研究

论文摘要

与其他动力装置相比,增压锅炉具有输出功率大的显著优势,因此常作为大型船舶的动力源。研究表明：当提高某型增压锅炉的额定功率时,涡轮增压机组不能在安全稳定运行要求的条件下提供足够充分的蒸汽量,因此需要对该涡轮增压机组进行改造。本文主要针对压气机改造后的涡轮增压机组进行仿真研究,得出在增压锅炉变工况运行时,涡轮增压机组的变工况稳态和动态性能。本文在一系列合理的简化和假设的基础上,建立了完整的涡轮增压机组动态仿真模型。主要包括：1)采用VC和MATLAB混合编程的方法,建立了快速准确的工质热力性质计算模型；2)采用最小二乘法和神经网络法相结合的方法对特性曲线进行拟合,得到了改造后压气机特性的计算模型；3)采用容积惯性法建立了涡轮增压机组的动态仿真模型。基于该动态仿真模型,对涡轮增压机组进行了额定工况匹配、变工况稳态和动态性能对比仿真研究,得出了该机组在变工况运行时性能参数的响应情况。仿真计算表明：1)在保持压气机空气流量和锅炉总吸热量不变条件下,降低进气阻力损失能够有效地提高压气机效率,而降低排气阻力损失能够有效地提高增压锅炉热效率。2)在变工况稳态运行过程中,当辅助汽轮机不做功时,降低进气阻力损失可以增加压气机的喘振裕度,降低进气阻力损失可以提高增压锅炉热效率；当辅助汽轮机参与做功时可以同时提高压气机的喘振裕度和增压锅炉热效率；3)在变工况加速运行过程中,当辅助汽轮机不参与做功时,为了确保过量空气系数始终大于1,增压锅炉加速时间和涡轮增压机组的响应时间需要足够长；而当对辅助汽轮机功率控制策略进行优化时,可以在确保压气机满足喘振裕度和炉膛空气消耗量要求的同时,缩短涡轮增压机组的动态响应时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 船用增压锅炉的国内外研究进展
• 1.2.1 船用增压锅炉的国外进展
• 1.2.2 船用增压锅炉的国内进展
• 1.3 系统仿真技术的国内外研究进展
• 1.3.1 动力仿真技术的国外应用
• 1.3.2 动力仿真技术的国内应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 涡轮增压机组的匹配原理
• 2.1 涡轮增压机组的平衡理论
• 2.1.1 不同工况下的热平衡方案
• 2.1.2 涡轮增压机组的功率平衡
• 2.2 涡轮增压机组的匹配方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 涡轮增压机组的数学模型
• 3.1 动态仿真控制方程
• 3.2 工质性质数学模型
• 3.3 压气机的数学模型
• 3.3.1 进气道损失数学模型
• 3.3.2 压气机特性数学模型
• 3.3.3 压气机热力计算模型
• 3.4 增压锅炉数学模型
• 3.5 涡轮机的数学模型
• 3.5.1 排气道损失数学模型
• 3.5.2 涡轮机特性数学模型
• 3.5.3 涡轮机热力计算模型
• 3.6 辅助汽轮机数学模型
• 3.7 本章小结
• 第4章 涡轮增压机组的仿真模型
• 4.1 工质热力性质仿真模型
• 4.2 涡轮增压机组仿真模型
• 4.2.1 热力计算仿真模型的校核
• 4.2.2 部件特性仿真模型的校核
• 4.3 本章小结
• 第5章 涡轮增压机组的性能分析
• 5.1 进排气阻力损失影响
• 5.2 变工况稳态性能分析
• 5.2.1 等锅炉总吸热量线
• 5.2.2 等过量空气系数线
• 5.2.3 等辅助汽轮机功率
• 5.3 变工况动态性能分析
• 5.3.1 辅助汽轮机不做功的情况
• 5.3.2 辅助汽轮机需做功的情况
• 5.3.3 辅助汽轮机控制规律优化
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢