[发明专利]一种间冷循环燃气轮机稳态工作线规划方法

摘要

本发明的目的在于提供一种间冷循环燃气轮机稳态工作线规划方法，根据舰船在不同任务阶段对动力的需求，划分间冷循环燃气轮机的工作状态，并确定燃气轮机在各工作状态下的约束条件；使用变工况模型计算出间冷循环燃气轮机的全部平衡工作点；根据约束条件作出空间凸多边形区域，在空间区域中作出优化参数的等值面，应用曲线提取、曲面平移、曲面交叉等方法作图，求解最佳稳态工作线。本发明对于间冷循环燃气轮机，在考虑船舶任务需求的情况下，可以在燃气轮机所有能够工作的平衡点范围内规划出一条最优的稳态工作线，有助于间冷循环燃气轮机控制策略的制定。该方法具有通用型，对于其他循环方式的燃气轮机稳态工作线的规划也具有参考意义。

主权项

1.一种间冷循环燃气轮机稳态工作线规划方法，其特征是：(1)根据舰船在不同任务阶段对动力的需求，划分间冷循环燃气轮机的工作状态为：1)最大功率状态A：设计间冷燃气轮机在保证安全的前提下能够获得的最大功率状态，用于使船舶在短时间内获得最大航速和最强机动性能；2)最大连续状态B：设计间冷燃机允许长时间持续工作的最大工作状态，用于使船舶在巡航过程中长时间获得较大航速；3)A与B之间的状态；4)B以下的状态，包括C点：间冷燃气轮机81％工况、D点：间冷燃气轮机60％工况、E点：间冷燃气轮机30％工况；(2)确定间冷燃气轮机在各工作状态下的约束条件：1)最大功率状态A：约束条件为燃气初温和高压转子转速不超过原有简单循环燃气轮机设计点的值，即1540K和9750r/min；设定低压转子转速不超过原有简单循环燃气轮机设计点值的103.5％，即7700r/min；设定间冷器总的泵功率不超过最大允许值30kW；2)最大连续状态B：约束条件为燃气初温度不超过原有简单循环燃机90％工况时的燃气初温，即1482K；3)A与B之间的状态：约束条件等同于最大功率状态A；4)B以下的状态：约束条件等同于最大连续状态B；(3)建立间冷循环燃气轮机变工况计算模型：采用变比热方法建立间冷循环燃气轮机变工况计算模型，包括低压压气机、高压压气机、机上换热器、海水换热器、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮，求解低压压气机与低压涡轮之间、高压压气机与高压涡轮之间、动力涡轮与负载之间、机上换热器与机外换热器之间、间冷器与燃机之间的稳态匹配过程，计算出间冷循环燃机稳态工作点的性能参数，包括压力、温度、流量、转速、功率和效率；(4)应用图解法求解最佳稳态运行工作线：在三维性能空间中由间冷燃气轮机运行的约束条件所作出的空间区域，作出n_L.max＝7700r/min、n_H.max＝9750r/min、N_P.total.max＝30kW以及σ_eq＝0、n_PT＝2400r/min和n_PT＝3500r/min等值面，其中，n_L，max表示低压转子最大转速，n_H，max表示高压转子最大转速，表示高压涡轮进口最大温度，N_{P，total，max}表示最大泵功，σ_eq表示等效间冷度，n_PT表示动力涡轮转速；依据以下4条优化目标，划分间冷循环燃气轮机工作状态：1)提高低压转子转速，即n_L≥7454r/min；2)减小高压转子需要转速，即n_H≤9720r/min；3)当等效间冷度大于0.65后，等效间冷度σ_eq≤0.65；4)在涡轮不变的情况下，间冷燃气轮机的最高燃气初温不允许增加，即T₃≤1540K；规划出最大功率状态A、最大连续状态B以及C、D、E点；根据规划出的间冷循环燃气轮机各工作状态的稳态点，选择BCDE作为间冷燃机B状态以下的稳态工作线；综上，三维空间曲线ABCDE即为优化后的间冷燃机稳态工作线。