[发明专利]一种分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法

说明书

本发明涉及一种分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法，该方适用于分轴式燃气轮机动力涡轮前放气阀开度调节规律优化，可避免压气机进喘及动力涡轮超温。该方法包括以下步骤：基于部件特性建立带放气功能的燃气轮机总体性能仿真模型、给定压气机最小允许喘振裕度、利用总体性能仿真模型获得压气机沿最小允许喘振裕度线工作的放气阀开度、满足最小喘振裕度下以燃机总体性能参数为优化目标，获得变工况条件下放气阀开度优化调节规律。本发明提出的分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法，结合总体性能仿真模型，实现带放气功能的燃机性能仿真，通过调节放气阀开度避免压气机进喘及动力涡轮超温，并获得放气阀开度优化调节规律。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，涉及燃气轮机动力涡轮前放气调节技术，更具体地，涉及一种分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法。

背景技术

燃气轮机工作时，为使机组安全运行，必须保证燃气轮机不出现喘振、超温、超转等现象。而由于压气机工作的特殊性，其特性曲线图中存在喘振边界与堵塞边界。当压气机设计性能不足或与涡轮匹配不当时，易在低流量、低转速的低工况区出现喘振裕度不足或喘振现象，继而导致机组涡轮超温，给机组安全造成严重危害。以某分轴式燃气轮机为例，其燃气发生器为某航机核心机，通过加装动力涡轮改型而成。动力涡轮设计点性能满足要求，而在非设计工况由于动力涡轮的堵塞特性，使得动力涡轮膨胀比增加，而对应的燃气发生器涡轮膨胀比降低，燃气涡轮输出功率下降，为保证燃气涡轮转速不变，此时需增加燃油流量，最终使得燃气发生器在非设计工况特别是起动过程中，压气机压比沿等转速线增加，逼近喘振边界，而动力涡轮进口温度增加，将出现超温现象。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷和不足，提供了一种分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法，采用在燃气涡轮与动力涡轮间加装放气装置，通过调节不同工况下的放气阀开度，避免出现上述压气机进喘及动力涡轮超温现象，并结合总体性能仿真获得放气阀开度的优化调节规律，改善燃气轮机总体性能。该方法结合已有分轴式燃气轮机各部件特性，采用基于部件法的燃气轮机总体性能仿真建模方法，并在模型中加入放气模块，使仿真模型具备燃气轮机总体性能仿真与燃气轮机放气模拟功能。为避免该分轴式燃气轮机出现压气机进喘及动力涡轮超温现象，利用该仿真模型进行燃气轮机性能仿真，得到一种动力涡轮前放气的优化调节规律。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种分轴式燃气轮机动力涡轮前放气调节规律优化方法，所述分轴式燃气轮机包括燃气发生器和动力涡轮，所述燃气发生器包括压气机、燃烧室和燃气涡轮，所述压气机和燃气涡轮设置在同一根转轴上，并且在燃气涡轮与动力涡轮间加装放气装置，放气装置包括放气阀和放气管路，所述放气阀设置在放气管路上，其特征在于，所述放气调节规律优化方法包括以下步骤：

SS1.建立基于部件特性的带放气功能的分轴式燃气轮机性能仿真模型

针对分轴式燃气轮机结构，根据燃气轮机工作原理，结合压气机、燃烧室、燃气涡轮、动力涡轮等部件的特性曲线，同时基于放气阀开度、管道放气阻力损失、放气流量之间的特性关系，采用部件法建立带有放气功能模块的分轴式燃气轮机总体性能仿真模型；

分轴式燃气轮机总体性能仿真模型中，放气模拟模块主要包括放气阀开度、放气阻力损失(放气压比)、放气流量之间的特性关系。模拟过程中，可根据给定的放气阀开度、放气压比唯一确定对应的放气流量。

燃气轮机工作时，某一工作状态对应着唯一的各部件工作参数，需满足流量平衡、能量平衡、压比平衡及转速平衡。

对于分轴式燃气轮机，为了唯一确定其工作状态，压气机需确定转速、流量、压比三者中任意两个参数，燃气涡轮与动力涡轮分别需确定转速、流量、膨胀比三者中任意两个参数，燃烧室需确定燃油流量(或燃烧室出口温度)。在压气机特性中，可对特性进行处理，引入辅助变量β，利用β及转速、流量、压比中的任一参数，即可获得另外两个参数。因此，需要6个参数才能完全确定燃气轮机的工作状态。