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某型燃气轮机燃油控制系统仿真与实验研究

马铭泽  
【摘要】:由于燃气轮机具有高效率和高可靠性而被广泛应用于机车和舰船动力、分布式能源、管线压缩机驱动装置及工业发电等。由于其技术的先进性,一直被冠以“现代工业皇冠上的明珠”称号。在燃气轮机的所有关键技术中,控制技术对整个系统的运行起着至关重要的作用。早期,燃气轮机均采用机械液压式控制系统,该控制系统在控制精度、灵活性和可维护性等方面存在很大不足。20世纪后期以来,数字电子控制系统正以其蓬勃的发展速度取代传统的机械液压式控制系统,这种技术上的革新极大地推动了燃气轮机技术的发展。半物理仿真试验是燃气轮机数字电子控制系统研制过程中的关键环节,它不仅能减少研发过程中的风险和成本,缩短开发周期,同时可以对控制逻辑进行充分验证,提高设计质量。针对某型燃气轮机机械液压式燃油控制系统(包括燃油流量控制和动力涡轮导叶角度控制)改型为数字电子式控制系统的工作,本文通过纯数字仿真和半物理仿真试验的方法对燃油控制设计方案进行分析验证,为研制过程中的硬件开发和选型提供参考。具体开展的工作包括如下四个方面:(1)详细分析原机械液压式控制系统的结构和功能,将燃油流量控制和动力涡轮导叶角度控制改型为电液伺服系统,便于实现数字电子控制。(2)针对燃油控制系统执行机构设计方案,采用AMESim软件进行执行机构液压元件和液压系统进行仿真建模,并通过仿真分析验证执行机构设计方案的原理可行性。(3)采用Matlab/Simulink软件构建燃气轮机仿真模型和控制器仿真模型,并通过MALTAB/Simulink和AMESim接口设计将执行机构模型和上述Simulink模型进行连接,实现整个系统的闭环联合仿真;通过仿真供油规律和导叶角度调节规律对高压转子转速的影响,验证整个燃油控制系统的有效性。(4)开展燃气轮机燃油控制系统半物理仿真试验研究,对纯数学仿真结果进行验证。试验结果表明,基于本文仿真结果开发的燃油控制系统执行机构满足设计要求,控制逻辑验证完善,能够实现燃气轮机模型全工况范围的控制功能,可以为后续控制系统在真机上的试验验证提供有价值的参考。


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