[发明专利]一种基于升转速率的燃气轮机起动过程仿真方法

说明书

本申请属于燃气轮机设计领域，为一种基于升转速率的燃气轮机起动过程仿真方法，先设定准定常假设下的燃气轮机功率平衡方程、流量平衡方程、出口压力平衡方程并建立仿真模型，通过给定初始升转速率和试验步长来进行起动时间的计算，在起动时间满足要求后将升转速率输入至起动仿真模型内，实现动态过程的类稳态计算，每个动态点进行单独的迭代计算，可以给定任意起始点进行计算，计算精度高、速度快。

技术领域

本申请属于燃气轮机设计领域，特别涉及一种基于升转速率的燃气轮机起动过程仿真方法。

背景技术

目前国内现航空发动机及燃气轮机起动过程愈加完善，且批产发动机的起动形式多为闭环起动方式(即给定升转速率进行起动仿真)，而现有起动仿真方法只能进行开环供油方式，即给定供油量随转速的关系或供油量随时间的关系进行起动仿真过程。不能满足模拟燃气轮机闭环起动的工作要求。

现有起动仿真设计方法通常为给定供油量随转速的关系或供油量随时间的关系，无法实现给定升转速率进行起动仿真设计，且现有起动仿真设计方法通常采用容积惯性法，计算速度慢，固定起始点后不易更改，计算起点调试难度大。

在进行某型燃机的起动闭环调试过程中，发现没有一种合适的工具可以对起动闭环过程进行正向的设计，以至于在燃机起动调试及排故过程中只能采用试凑法，工作效率低且不系统。

因此，如何提高燃气轮机的起动试验效率是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于升转速率的燃气轮机起动过程仿真方法，以现有技术中燃机起动调试及排故过程中工作效率低且不系统的问题。

本申请的技术方案是：一种基于升转速率的燃气轮机起动过程仿真方法，包括：根据燃气轮机功率平衡方程、流量平衡方程、出口压力平衡方程，建立起动仿真模型；确定起动仿真基本参数；给定初始升转速率；给定试验步长，计算燃机全转速下的升转速率，进行起动时间计算，获得压气机转速与时间的对应关系；判断燃气轮机从点火到慢车的起动时间是否满足指标要求，若满足，则进行起动仿真模型计算；若不满足，则增加步长并重新计算；获取满足要求的升转速率并输入至起动仿真模型内，进行起动过程的仿真计算，得到燃气轮机从点火到慢车的燃气轮机对应气动参数；根据仿真结果判断起动稳定性要求；若否，根据不满足要求的对应参数降低步长，重新进行升转速率的仿真设计；若是，获得满足要求的升转速率，完成基于升转速率的仿真设计。

优选地，采用牛顿迭代算法对燃气轮机功率平衡方程、流量平衡方程、出口压力平衡方程进行求解。

优选地，所述功率平衡方程为：

式中，W_q为起动机功率，η_m为燃气发生器转子机械效率，W_ac为带动各种附件以及其它用途所需要的功率提取，为转子转速对时间的导数，J为燃气发生器转子的转动惯量，W_c为压气机消耗功率，W_ht为燃气涡轮功率；

如果W_q和为给定，则：

W_htη′_m-W_c＝K×n-W_q

所述流量平衡方程为：

W_41R-q＝W_41R-t

式中，W_41R-q为通过压气机进口经燃烧室计算后得出的换算流量；W_41R-t为通过求解涡轮工作点从而在涡轮工作特性上插值出的换算流量；

所述核心机出口压力平衡方程为：

P_5q＝P_5-gd