[发明专利]一种三轴式燃气轮机动力涡轮进口导叶控制规律优化方法

说明书

本发明涉及一种变几何三轴式燃气轮机动力涡轮进口导叶控制规律优化方法，通过对动力涡轮进口导叶可调的三轴式燃气轮机建立高精度的仿真模型，对燃气轮机在不同大气环境、负载情况、运行工况下进行仿真计算，寻找燃烧室超温、压气机进喘、低压轴超转边界线。在此基础上，根据计算结果寻找各工况下最优动力涡轮进口导叶角度，利用RBF神经网络拟合数据，完成最优动力涡轮进口导叶控制规律的制定。最后，将建立好的最优动力涡轮进口导叶控制规律代入燃气轮机仿真模型中验证控制规律的合理性。本发明提出的最优动力涡轮进口导叶控制规律可让燃气轮机在各工况下安全、高效地运行，降低燃气轮机燃油消耗率。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，更具体地，涉及一种变几何三轴式燃气轮机动力涡轮进口导叶控制规律的优化方法。

背景技术

变几何燃气轮机具有较好的机动性及变工况特性，如何优化它的控制规律，使其效率在不同工况、大气环境、负载条件下达到最大值，最大限度地发挥其性能具有重要意义。然而，国内外在变几何燃气轮机控制规律优化方面，对压气机进口导叶控制规律寻优研究较多；在变几何涡轮燃气轮机研究方面，研究重点主要集中于变几何涡轮部件特性上，而对于其总体性能以及控制规律方面的研究并未深入开展。由于该型燃气轮机结构复杂、限制量较多，控制变量不仅有燃油流量还有动力涡轮进口导叶角度，其导叶控制规律的优化难度较大。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的不足，提供了一种变几何三轴式燃气轮机动力涡轮导叶控制规律优化方法，该方法通过对变几何三轴式燃气轮机建立高精度的仿真模型，对燃气轮机不同大气环境、负载条件、工作状况进行仿真计算。探索动力涡轮进口导叶角度对燃气轮机工况的影响规律，建立燃烧室超温、压气机进喘、低压轴超转边界线，在边界线内找出各工况下令燃气轮机效率最高的动力涡轮进口导叶角度。之后，利用RBF神经网络训练数据，建立起变几何三轴式燃气轮机不同工作条件与该工况下最优动力涡轮进口导叶角度间的对应关系，完成动力涡轮进口导叶控制规律的优化。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种变几何三轴式燃气轮机动力涡轮进口导叶控制规律优化方法，所述变几何三轴式燃气轮机包括燃气发生器和动力涡轮，所述动力涡轮的进口导叶角度可调，其特征在于，所述控制规律优化方法包括以下步骤：

SS1.由已知的部件特性以及详细的发动机运行数据建立变几何三轴式燃气轮机的高精度仿真模型；

SS2.利用步骤SS1建立的仿真模型计算不同大气环境、负载条件、燃机工况下，不同动力涡轮导叶角度燃气轮机的工作状况，分析动力涡轮进口导叶角度对燃气轮机工作状况的影响规律；

具体的，通过计算分析可知，动力涡轮进口导叶逐渐关闭，其角度减小，动力涡轮流通能力随之减小，燃气轮机进口流量降低，压气机工作点向喘振线靠近，同时，进口流量的减少导致油气比上升，燃烧室出口温度随之上升。若动力涡轮进口导叶逐渐打开，其角度增大，动力涡轮流通能力随之增大，动力涡轮膨胀比降低，低压涡轮膨胀比上升，做功能力增强，低压轴转速上升。综上，动力涡轮进口导叶角度过小，燃气轮机有进喘、超温的危险，而过大的动力涡轮进口导叶角度可能会导致低压轴超转。燃气轮机在低工况下，燃烧室出口温度较低，此时，较小的动力涡轮进口导叶角度可以提高燃烧室出口温度，有利于提升燃气轮机热效率。当燃气轮机工作在较高工况时，较大的动力涡轮进口导叶角度可以提高低压轴转速，使得低压涡轮和低压压气机工作在较高效率区，有利于燃气轮机整机效率的提高。

SS3.筛选掉令燃气轮机超温、超转或进喘的动力涡轮进口导叶角度，找出其余令燃气轮机在不同大气环境、负载条件、工作状况下效率最高的动力涡轮进口导叶角度；

SS4.以大气温度T0、大气压力P0、动力涡轮相对转速NPT、高压轴相对转速NH为输入参数，最优动力涡轮进口导叶角度VGV_b为输出参数，利用RBF神经网络训练数据，完成参数的拟合，建立最优动力涡轮进口导叶控制规律；