[发明专利]一种舰船汽轮主机转速控制方法

说明书

本发明公开了一种舰船汽轮主机转速控制方法，包括如下步骤：建立汽轮主机调速系统模型、转子热应力模型；采集汽轮主机实际转速、背压、蒸汽温度实时参数，利用转子热应力模型计算出汽轮主机转子实时热应力；将得到的转子实时热应力与转子许用热应力比较，获取临界热应力条件下的转速变化速率，制定转速限制策略，实现对汽轮主机转速的限制。采用本发明方法可在汽轮主机加速或减速操纵时，保证转子热应力不超限前提下实现转速快速响应车令，提升舰船的机动性能。

技术领域

本发明属于舰船动力装置控制技术领域，尤其涉及一种舰船汽轮主机转速控制方法。

背景技术

舰船在加/减速操纵时，为避免转子热疲劳损伤，由驾驶台遥控车钟发出的车令设定转速信号，首先送到加/减速环节，实现加/减速率限制，使车令设定转速按主机的操作规律变化，即在低速区允许设定转速快速变化，在中速区则应慢点变化，在高速区进一步限制转速变化速率。但目前转子热应力无法直接测量，通常根据经验来限制转速变化速率，若速率过快，会造成转子部件的疲劳裂纹，甚至断裂；若速率过慢，会影响舰船机动性能。显然，这种经验控制方式很难保证汽轮主机在加/减速操纵时，既能保证转子热应力不超限，又能实现转速快速跟踪车令。

本发明在MATLAB/Simulink环境下搭建汽轮主机转子热应力模型，利用汽轮主机实际转速、蒸汽温度、背压实时参数，计算出转子实时热应力，与转子许用热应力比较，获得临界许用热应力条件下的转速变化率，从而制定转速限制策略，实现对汽轮主机转速的限制。可在汽轮主机转子热应力不超限前提下实现转速快速跟踪车令，提升舰船机动性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种舰船汽轮主机转速控制方法，可保证汽轮主机转子热应力不超限前提下实现转速快速跟踪车令，提升舰船机动性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种舰船汽轮主机转速控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，建立汽轮主机调速系统模型、转子热应力模型；

步骤二，获取汽轮主机实际转速、背压、蒸汽温度实时参数，利用模型计算出汽轮主机转子实时热应力；

步骤三，将得到的汽轮主机转子实时热应力与转子许用热应力比较，计算出临界许用热应力下的转速变化速率，制定转速限制策略，实现对汽轮主机转速的限制。

按上述技术方案，所述步骤一中，建立转子热应力模型具体为，借助有限元计算得到转子表面温度与蒸汽温度、热流密度与热应力间的关系数据，由MATLAB系统辨识工具箱辨识出转子表面温度-蒸汽温度、热流密度-热应力间的离散传递函数。

按上述技术方案，所述汽轮主机实际转速为艉轴转速，其设定范围为0～300rpm。

按上述技术方案，所述转子许用热应力σ，计算公式如下：

式中：σ'_0.2—对应温度的屈服极限，取值530MPa；n_0.2—安全系数，值为2.2。

按上述技术方案，所述步骤三中，转速变化速率计算步骤如下：

步骤①，汽轮主机艉轴转速设定范围为0～300rpm，将转速以每20rpm为一段，分为15段，转速变化率设为a_i；因为当转速变化超过20rpm时，其转子热应力变化明显。

步骤②，对每段转速在汽轮主机转子热应力模型中进行仿真，汽轮主机在某一段速度区间加/减速时，观察汽轮主机转子热应力的变化，当转子实时热应力低于转子许用热应力，直接输出设定转速；若转子实时热应力高于转子许用热应力，将超出时间设为t₁，用于下次该段转速变化的速率限制，得到转速变化速率a₁；