燃气轮机驱动压缩机组性能仿真研究

发布时间：2017-10-06 16:41

  本文关键词：燃气轮机驱动压缩机组性能仿真研究

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【摘要】：燃气轮机驱动压缩机组(简称燃驱压缩机组或燃压机组)以其卓越的性能和非常经济的运行费用在天然气管道输送中得到广泛应用,对燃驱压缩机组的稳态和动态特性的研究也就变得尤为重要。对燃驱压缩机组进行模块化仿真研究,可以对机组进行多种特性研究,为设计方案的改进提供依据,节约试验时间和经费。本文以首台套国产化的30MW级燃驱压缩机组为研究对象,对天然气出口流量控制模式下的动态特性进行了重点分析。本文主要进行的工作如下:首先,基于模块化建模思想,建立燃驱压缩机组各部件的非线性数学模型,充分考虑部件间的容积惯性、转子的转动惯性。采用多维插值法对压气机特性和离心压缩机特性进行处理。其次,建立基于Matlab/SIMULINK仿真平台的燃驱压缩机组各部件及总体仿真模型。充分考虑压气机的防喘放气、冷却抽气和涡轮冷却掺混等热力过程以及超速放气,离心压缩机的防喘回流等,采用串级PID控制方法对天然气出口流量进行控制。然后,对燃驱压缩机组模型进行了稳态仿真计算,对照西气东输烟墩站现场运行数据,验证了模型的准确性,进而进行了变工况仿真计算和分析。最后,对燃驱压缩机组模型进行了动态仿真计算,重点分析了模型在天然气外输流量设置值变化、离心压缩机入口压力温度变化、下游管网压力变化时机组各主要参数的动态响应。针对工艺管道对机组动态响应的影响,对模型做了适当优化。
【关键词】：燃气轮机 离心压缩机 仿真研究 动态特性
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE974;TK473
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 燃驱压缩机组研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.2.1 燃气轮机仿真研究现状10-12
• 1.2.2 离心压缩机负载仿真研究现状12-13
• 1.3 本课题研究的主要内容13-15
• 第二章 燃驱压缩机组数学模型建立15-39
• 2.1 天然气增压站及燃驱压缩机组流程介绍15-17
• 2.2 燃气轮机部件数学模型17-26
• 2.2.1 进气过滤器及进气道数学模型17-18
• 2.2.2 压气机数学模型18-20
• 2.2.3 燃烧室数学模型20-21
• 2.2.4 涡轮数学模型21-23
• 2.2.5 容积模块数学模型23-24
• 2.2.6 转子数学模型24
• 2.2.7 排气道模型24-25
• 2.2.8 放气模型25-26
• 2.3 工质热物性的处理26-29
• 2.3.1 空气的热力性质26-27
• 2.3.2 燃气的热力性质27-28
• 2.3.3 天然气的热力性质28-29
• 2.4 压气机和涡轮特性处理29-30
• 2.5 涡轮冷却的简化处理30-31
• 2.6 天然气离心压缩机负载模块31-37
• 2.6.1 离心压缩机数学模型31-34
• 2.6.2 工艺管道数学模型34-35
• 2.6.3 阀门流量计数学模型35-37
• 2.7 机组串级PID控制模型37-38
• 2.8 本章小结38-39
• 第三章 燃驱压缩机组仿真模型建立与验证39-52
• 3.1 燃气轮机仿真模型39-44
• 3.1.1 低压压气机仿真模型39-40
• 3.1.2 高压压气机仿真模型40-41
• 3.1.3 高压涡轮仿真模型41
• 3.1.4 低压涡轮仿真模型41-42
• 3.1.5 动力涡轮仿真模型42
• 3.1.6 燃烧室仿真模型42-43
• 3.1.7 容积模块仿真模型43
• 3.1.8 转子仿真模型43-44
• 3.1.9 燃料流量PID仿真模型44
• 3.2 离心压缩机负载仿真模型44-47
• 3.2.1 离心压缩机仿真模型44-45
• 3.2.2 工艺管道仿真模型45-46
• 3.2.3 阀门流量计仿真模型46
• 3.2.4 天然气流量PID仿真模型46-47
• 3.3 燃驱压缩机组仿真模型47-48
• 3.4 仿真模型准确性验证48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 燃驱天然气压缩机组仿真与分析52-81
• 4.1 燃驱压缩机组变工况性能分析52-55
• 4.2 燃驱压缩机组动态特性分析55-77
• 4.2.1 天然气外输流量设定值变化对燃驱压缩机组的影响55-60
• 4.2.2 离心压缩机入口压力变化对燃驱压缩机组的影响60-66
• 4.2.3 下游管网压力变化对燃驱压缩机组的影响66-71
• 4.2.4 离心压缩机入口温度变化对燃驱压缩机组的影响71-77
• 4.3 燃驱压缩机组模型优化与结果分析77-80
• 4.4 本章小结80-81
• 结论81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-89
• 附录（一） 攻读硕士学位期间发表论文89

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