基于GSE仿真平台涡轮增压机组稳态研究

增压锅炉的出现,使得同时增加锅炉炉膛容积热负荷和对流受热面吸热率的问题得以解决,带有涡轮增压的蒸汽锅炉是船用蒸汽动力装置领域最大的成就,所以增压锅炉是船用蒸汽动力装置主锅炉的主要技术发展方向[1]。涡轮增压机组是增压锅炉的关键设备。涡轮增压机组是区分增压锅炉和普通锅炉的最基本标志。加强对涡轮增压机组的研究非常重要。法国、美国和俄罗斯都在水面上装备了大型船舶。我国对增压锅炉的研究起步较晚。从发表的文献中可以看出，近年来的研究主要针对热平衡数学模型和匹配计算方法[2-3]、船用增压锅炉关键设备的工作特性[4-6]及其控制装置的设计以及增压锅炉本体的热计算。本文基于增压机组与增压锅炉的合作原理GSE平台流体网络建模工具JTopmeret,建立了适用于研究增压机组与增压锅炉配合工作特性的系统模型。本文模型的正确性和有效性通过与实验结果了比较。在此基础上，模拟了进排气管道长度偏差设计数据对机组功率平衡的影响，为掌握涡轮增压机组的匹配设计及其试验研究规范提供了一定的研究基础。增压锅炉系统如图1所示。在启动增压锅炉和涡轮增压机组时，需要借助通风机提供的空气点火。锅炉产生蒸汽后，其中一部分通过管道输送到增压机组辅助汽轮机进行膨胀，驱动汽轮机转子旋转。汽轮机转子驱动压缩机和烟气涡轮通过减速齿轮箱旋转。压缩机开始工作后吸入空气，压缩后送至增压锅炉炉内燃烧。燃烧的烟气排入烟气涡轮进行膨胀，并与辅助汽轮机一起驱动压缩机旋转。此时，通风机停止送风。根据动力装置中主汽轮机的需要调整产生的蒸汽量。当锅炉升降负荷时，通过调整辅助汽轮机的进气量来控制压缩机的流量，以满足增压锅炉的需要。当增压机组有内部功率平衡时，通过调整压缩机旁通阀的空气旁通量来调整增压机组的速度，以满足增压锅炉的需要。此时，辅助汽轮机只消耗少量蒸汽作为冷却汽。2仿真建模GSE是一款可视化的图形自动建模软件，主要应用对象为大型自动建模、动态数据监控1压气机2烟气涡轮3减速器4调节阀5辅助汽轮机6主汽轮机7停阀8增压锅炉9通风机10压气机旁路阀图1增压锅炉系统图及连续过程模拟系统。GSE仿真系统是由Sim-Exec(模拟整体支撑系统)，JStation(教练站)，JTopmeret(两相流系统)，JControl(控制系统)等十几个子系统有机结合。本文主要应用高精度两相流建模工具JTopmeret建模涡轮增压机组。在热流体网络中，压力与流量有很强的耦合关系，压力具有双向传输，因此模型的压力和流量不能同时从模块的内部方程中找到GSE该模型由压力节点和流线组成，JTopmeret整个流体网络各节点的压力值由求解压力方程组决定，从而确定各流线的流量。图2JTopmeret涡轮增压机组模型图2基于涡轮增压机组模型图2GSE涡轮增压机组模型系统图包括四个子系统：压气机、烟气涡轮机、辅助汽轮机和增压锅炉。每个子系统都有自己独立的边界，不仅可以实现图中模型之间的变量传输，还可以实现图中模型与自编程序之间的变量传输。2.1.根据实验数据，可将锅炉空气消耗量和涡轮入口温度拟合成锅炉燃料消耗量的函数，即涡轮增压机组的稳态模拟计算Gc=0.98202 40.16714B 0.71689B2(1)TT1=476.9773 412.9071B-121.1436B2(2)式