[发明专利]一种船舶燃气轮机可调静叶压气机偏转角度优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机总体性能分析方法，具体地说是一种船舶燃气轮机可调静叶压气机偏转角度优化方法。

背景技术

采用可调静叶变几何压气机是当下主流的燃气轮机防喘措施之一。在燃机非设计工况下，各级可调静叶的偏转角度对压气机与整机的工作匹配以及燃机的运行效率有着重要影响。采用系统仿真技术，全面掌握可调静叶调节方案对燃机总体性能的影响，不仅能有效地减少物理样机试验量、降低试验风险，还可以为燃机总体性能优化指明方向。

0维容积惯性法是实现燃机系统仿真的主流方法，在部件特性数据完整且准确的基础上，能够以较高精度实现系统稳态、动态仿真，且仿真过程具有良好的实时性。在容积惯性法中，通过实验、外推等方法获得一套相对完整且固定的特性线数据，是压气机、涡轮等部件建模仿真的基础。对于变结构压气机而言，由于其通流部分结构发生了变化，其特性也随之发生了改变，特别是对于多级可调静叶压气机，如何根据各级静叶偏转角度的变化，随时获得相应结构下压气机的特性线数据，是实现零维系统仿真的关键。

在已知压气机结构参数(包括可调静叶偏转角度)的前提下，可以利用1维HARIKA算法来计算压气机特性线数据。将1维HARIKA算法嵌入到0维容积惯性法中，实现0维-1维缩放，是实现考虑可调静叶压气机的船舶燃气轮机系统仿真的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有利于提高燃机总体性能，能实现燃机系统仿真缩放的船舶燃气轮机可调静叶压气机偏转角度优化方法。

本发明的目的是这样实现的：

首先确定压气机结构参数、压气机可调静叶级数及各级可调静叶偏转角度范围及燃机运行工况，确定各级可调静叶偏转角度组合数，针对每种可调静叶偏转角度组合，利用燃气轮机系统仿真缩放0维-1维模型，计算相应的燃机效率，并将燃机效率、各级可调静叶偏转角度作为行元素存入二维数组R，全部可调静叶偏转角度组合计算完毕后，根据燃机效率列对二维数组R的行元素进行由大到小排列，最终优化结果为二维数组R第一行元素对应的各级可调静叶偏转角度。

所述燃气轮机系统仿真缩放0维-1维模型是指：在MATLAB/SIMULINK环境下基于0维容积惯性法建立燃气轮机各部件和整机系统仿真模型；利用基于1维HARIKA算法开发的变结构压气机特性计算程序为0维压气机部件仿真模型提供特性线数据；MATLAB/SIMULINK仿真模型与变结构压气机特性计算程序之间利用数据接口协同运行。

MATLAB/SIMULINK仿真模型与变结构压气机特性计算程序之间利用数据接口协同运行的数据接口采用SIMULINK/S-Function开发，利用共享文本文件的方式传递数据，利用DOS命令行做进程调度。

本发明的技术方案主要包括：在MATLAB/SIMULINK环境下基于0维容积惯性法建立燃气轮机各部件(包括压气机、燃烧室、涡轮、容积、转子、调速器等)和整机系统仿真模型；利用1维HARIKA算法计算变结构(考虑可调静叶)压气机特性线；将1维HARIKA算法嵌入到0维容积惯性法中，实现燃气轮机系统仿真缩放(0维-1维)；利用上述系统仿真缩放模型，计算某一工况下，每种多级可调静叶偏转角度组合对应的燃机效率，对应效率最高的各级可调静叶偏转角度即为优化结果。

在上述方法中，控制MATLAB/SIMULINK仿真模型与HARIKA计算程序之间协同运行的数据接口采用SIMULINK/S-Function开发，利用共享文本文件的方式传递数据，利用DOS命令行做进程调度。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)以燃机经济性为目标，对不同工况下可调静叶的调节方案进行优化，充分考虑了压气机与整机的工作匹配，有利于提高燃机总体性能。

(2)利用数据接口实现了MATLAB/SIMULINK仿真模型与HARIKA计算程序之间的协同运行，解决了燃机0维容积惯性模型随时获得变结构压气机特性线的难题，实现了燃机系统仿真缩放(0维-1维)。

本发明可以快速、低成本地对可调静叶压气机偏转角度进行优化，以提高船舶燃气轮机在各个工况下的经济性和稳定性，对改善燃气轮机总体性能有着积极的作用。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的协同运行数据接口算法。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步描述。