燃?xì)廨啓C仿真分析

第8章仿真實例分析

8.1燃機的穩(wěn)態(tài)變工況仿真結(jié)果及分析

某型2萬kW分軸燃機的額定工況點參數(shù)如下：大氣溫度288K；大氣壓力101320Pa；軸功率20220kW；燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速8498r/min；動力渦輪轉(zhuǎn)速3600r/min；燃?xì)獬鯗?443K；壓氣機壓比18.4；壓氣機空氣流量65kg/s；壓氣機出口壓力1864380Pa；壓氣機出口溫度703K；高壓渦輪進口壓力1771161Pa；燃料量4729.9kg/h；動力渦輪進口壓力390100Pa；動力渦輪進口溫度1041K；高壓渦輪膨脹比4.54；動力渦輪膨脹比3.85；發(fā)動機排氣溫度803K；燃機效率36%；穩(wěn)態(tài)變工況仿真模型是利用部件特性曲線來進行變工況計算的，要滿足各部件共同工作的條件就必須利用試湊法來平衡方程。為了減少反復(fù)試湊運算次數(shù)，可以一開始給定許多選定的工作點，然后用做圖法解平衡方程。具體計算步驟如下：(1)計算燃?xì)獍l(fā)生器的等溫比線。假設(shè)的值，在壓氣機通用特性曲線上某一等轉(zhuǎn)速線上取點（取點的工作可以借用專用的取點工具getdata，取得越多越好，但是受等轉(zhuǎn)速線本身長度的限制），利用該模型進行計算，確定高壓渦輪有效功和壓氣機耗功的差值為零或者最小的那一點，該點即為燃?xì)獍l(fā)生器的一個共同工作點，記錄該點所有的參數(shù)值，壓比，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速，動力渦輪輸出功率和轉(zhuǎn)速等等。保持值不變，對其他的等轉(zhuǎn)速線進行同樣的計算，連接所記錄的點就得到一條等溫比線。另取一些的值，重復(fù)上面的計算就可以得到多條等溫比線。(2)計算燃機的共同工作線。由步驟1可以得到等溫線與壓氣機各條等轉(zhuǎn)速線的交點的參數(shù)值，那么就可以作出燃?xì)廨啓C裝置的特性網(wǎng)，在特性網(wǎng)上繪出螺旋槳負(fù)荷特性線。負(fù)荷特性與特性網(wǎng)上的交點，即為負(fù)荷與燃?xì)廨啓C的共同工作點。整理這些共同工作點的參數(shù)值，即可得到任意兩個參數(shù)之間的關(guān)系曲線。計算結(jié)果如圖4.2至圖4.6所示，圖中表示是動力渦輪的輸出功率與耗油量、燃機效率、燃?xì)獬鯗亍恿u輪輸出轉(zhuǎn)速、壓氣機壓比之間的關(guān)系。圖4.2動力渦輪的輸出功率與耗油量的關(guān)系曲線圖4.3燃機效率與動力渦輪輸出功率的關(guān)系曲線圖4.4燃?xì)獬鯗嘏c動力渦輪輸出功率的關(guān)系曲線圖4.5動力渦輪轉(zhuǎn)速和輸出功率的關(guān)系曲線圖4.6壓氣機壓比與動力渦輪功率的關(guān)系曲線表4.1燃機穩(wěn)態(tài)參數(shù)實驗數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果的比較負(fù)荷（%）主機功率（kW）耗油量（kg/h）燃?xì)獬鯗兀↘）主機轉(zhuǎn)速（rpm）實驗仿真實驗仿真實驗仿真實驗仿真10020220200104729.94650144314603600358080161761600740303985138613673290334340808880222437239712071190270226502040444100151815421043105120552090將燃機穩(wěn)態(tài)參數(shù)仿真計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相比較，如表4.1所示，仿真值與實驗值比較接近，誤差均在2%以內(nèi)。8.2燃機的動態(tài)仿真結(jié)果

當(dāng)燃機滿負(fù)荷運行，突減60%負(fù)荷，燃機輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定值n2s由3600rpm降至1763rpm時，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速n1、動力渦輪輸出轉(zhuǎn)速n2以及燃?xì)獬鯗貓D4.8突減60%負(fù)荷燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速n1變化曲線圖4.9突減60%負(fù)荷動力渦輪輸出轉(zhuǎn)速n2變化曲線圖4.10突減60%負(fù)荷燃?xì)獬鯗胤抡娼Y(jié)果的正確性分兩步來檢驗：(1)當(dāng)主機重新歸于穩(wěn)定運行之后，各參數(shù)的值是否等于40%負(fù)荷時各參數(shù)的值。經(jīng)檢驗各參數(shù)的誤差2%以內(nèi)，在允許誤差范圍之內(nèi)，說明主機模型的精度達到要求。(2)檢驗動態(tài)過程的趨勢是否正確。仿真結(jié)果基本反映了實際過程負(fù)荷突變時各參數(shù)的動態(tài)響應(yīng)。主機在突減負(fù)荷時，動力渦輪的轉(zhuǎn)速會有一突增，接著在主機的控制系統(tǒng)的作用下，根據(jù)所帶負(fù)荷的多少重新設(shè)定主機調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，在調(diào)速器的作用下，減少了燃機的供油量，轉(zhuǎn)速就會下降，最后穩(wěn)定在轉(zhuǎn)速設(shè)定值附近（有差調(diào)節(jié)的情況）。燃機的供油量減少，導(dǎo)致燃?xì)獬鯗販p小。從圖4.8至圖4.10可以看出主機模型各參數(shù)的變化趨勢與實際情況相符合。燃燃并車過程仿真并車過程的關(guān)鍵是控制兩臺燃機的轉(zhuǎn)速相等而實現(xiàn)并車，并且完成負(fù)載功率的重新分配。要使兩臺燃機轉(zhuǎn)速相等有多種方式，最常見的是保持其中一臺燃機轉(zhuǎn)速不變，另一臺燃機加速或減速靠近該燃機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)并車。這里采用的是加速并車的方式。并車的具體過程是首先1號燃機在額定工況運行，承擔(dān)所有的負(fù)載，2號燃機處于惰轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行并車操作。這時1號燃機端3S離合器處于嚙合狀態(tài)，2號燃機端3S離合器處于脫開狀態(tài)。并車開始后，2號燃機開始加速向1號燃機的轉(zhuǎn)速靠攏，當(dāng)2號燃機的轉(zhuǎn)速和1號燃機的轉(zhuǎn)速達到同步時，2號燃機端3S離合器開始嚙合。一旦2號燃機端3S離合器嚙合后，功率負(fù)載開始從1號燃機轉(zhuǎn)移到2號燃機上。1號燃機的輸出功率逐漸減小，2號燃機的輸出功率逐漸增加，直到兩臺燃機的輸出功率達到比例設(shè)定值，由于是同型燃機，這里設(shè)定的比例值為0.5[31]。仿真工況為：并車前1號燃機在額定狀態(tài)下運行，額定轉(zhuǎn)速為3600rpm，負(fù)載阻力矩為53639Nm。2號燃機并車前轉(zhuǎn)速為3500rpm，空載運行。并車轉(zhuǎn)速設(shè)定為3600rpm。成功并車后，25秒開始進行變轉(zhuǎn)速仿真實驗，轉(zhuǎn)速由3600rpm降至3500rpm。在采用主從調(diào)速器并車方案時，設(shè)1號燃機調(diào)速器為主調(diào)速器，2號燃機調(diào)速器為從調(diào)速器。仿真結(jié)果如圖4.17至圖4.22所示[32]。主從調(diào)速器并車控制方案仿真結(jié)果：主從調(diào)速器并車過程轉(zhuǎn)速曲線主從調(diào)速器并車過程扭矩曲線主從調(diào)速器并車過程3S離合器中間件位移曲線平行式功率反饋調(diào)速器并車過程轉(zhuǎn)速曲線平行式功率反饋調(diào)速器并車過程扭矩曲線平行式功率反饋調(diào)速器并車過程中間件位移曲線結(jié)果分析無論是采用主從調(diào)速器并車方案還是采用平行式功率反饋調(diào)速器并車控制方案，在并車過程的開始階段，3S離合器就完成了嚙合，并且并車后兩臺燃機承擔(dān)的負(fù)荷都達到了均衡分配。但是采用主從調(diào)速器并車控制方案的并車時間要比平行式功率反饋調(diào)速器并車控制方案的并車時間長，比較圖4.18和圖4.21可以看出，后者負(fù)荷轉(zhuǎn)移的速度要快一些。分析原因主要是因為主從調(diào)速器方案，主調(diào)速器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值是不變的，從調(diào)速器是根據(jù)主調(diào)速器輸出的油門位置與自身調(diào)速器輸出的油門位置兩者之間的差異來修正從調(diào)速器的轉(zhuǎn)速給定值，跟蹤主調(diào)速器，以達到雙機功率平衡(或所希望的