舰船主推进汽轮机组建模与仿真研究

发布时间：2020-07-09 21:46

【摘要】：主推进汽轮机组是舰船动力系统的核心部件,结构和热力过程复杂,工况变化频繁,随着近几年自动化程度和制造技术的发展,对机组设计和操作人员以及运行经济性的要求越来越高,只着眼于培训功能的仿真模型已不再能够满足当今的需求。针对这一现状,本文以舰船主推进汽轮机组为研究对象,基于SimuWorks仿真支撑平台,建立适用于操作训练及运行特性分析的仿真模型。全文开展了以下研究工作:(1)分析建模仿真技术发展现状及机组的结构特点与运行特性,根据模块化建模方法将汽轮机组分为汽轮机本体,推进轴系,凝汽系统,除氧设备,调节阀和管道流网几个部分,运用集总参数法建立模块相应的数学模型;(2)在SimuWorks仿真平台建立舰船主推进汽轮机组整体模型,经过多次特性参数调试,确定模型初始特性参数,将100%工况、75%工况、50%工况以及30%工况下的主蒸汽压力、流量、机组输出功率、推进轴转速、冷凝器真空度、凝水温度、循环水温度等状态参数与设计参数进行对比,验证模型的静态精度;(3)分别对舰船全速工况、倒车工况、降工况扰动、循环水流量扰动以及除氧阀门扰动进行动态仿真。监测机组主蒸汽压力、温度及流量、级组输出功率、推进轴转速、冷凝器压力、凝水温度、循环水温度以及除氧压力等重要参数的动态仿真结果,验证模型动态响应特性。为进一步验证模型可信度,运用AHP-云评估仿真模型置信度;(4)针对该舰船巡航经济性较差的问题分析机组运行方式特点,基于仿真模型建立机组热耗率计算模块。在给定工况的可行压力范围内,采用磷虾群算法寻找机组变工况运行时热耗率最低点所对应的压力,并通过试验验证该压力点热耗率低于厂家提供的设计压力点的热耗率,即该方法求得的最优初压能达到机组优化的目的。据此给出了优化后的滑压运行曲线。试验及评估结果表明该仿真模型具有良好的动静态仿真精度和可信度,不仅可以用于培训还可以用于机组运行特性分析,为机组的经济运行提供参考。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.7
【图文】：

原理图,主推进,汽轮机组,原理图

武汉理工大学硕士学位论文第 2 章舰船汽轮机组建模基本理论及方法明确建模对象，选定建模方法是建立合理有效的模型的前提，本章将基于对象与建模原则确定建模方法及基本的理论依据，为数学模型的建立奠定基.1 舰船主推进汽轮机组介绍如图 2-1 所示为主推进汽轮机组运行原理图。主过热蒸汽经高压汽轮机对出机械功后排出，通过连通管的引导，流入汽轮机的低压汽轮机继续推动叶功。机械功通过传动轴系以及减速装置推动螺旋桨旋转，而汽轮机末级排出汽则进入凝汽器内由循环水冷凝成水，由于凝水中含有大量的氧气和其他不气体，对管道等腐蚀很大，需要经过除氧器除去这些气体后重回日用水柜

过程图,模块化建模,过程

图 2-2 模块化建模过程参数法参数法是建模时为了简化分布参数环节的计算过程，将分布参为可以用数学公式表述的集中参数环节，这个系统中的工质参匀的，用其中的一点即可代替整个模型的参数变化率。该种方分布式参数模型相比，具有解析方便，模型简洁，求解容易，非常适合建立全工况模型[25]。模型的理论基础及常用工质热力性质学模型理论基础主推进汽轮机组具有非常复杂的热力学过程，涉及到流体力学学等多学科的理论，但其建模的基础还是三大守恒定律，即以及动量守恒。在热力系统中，工质参数的变化表达式常常为在建模计算时，求解十分困难。因此常通过假设，运用集总参

质量守恒,微元体,常微分方程,流体流速

图 2-3 用于质量守恒的微元体( )t y 元流体密度，3kg m ；为微元流体流速，为时间，s。程变为常微分方程，对式（2-1）积分，并式（2-2）：1 2dmw wdt 元流体内的瞬时总质量，kg ；1w ，2w 表示

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