CN115081126B - 一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于发动机总体设计领域，为一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，在进行燃机起动过程全流程参数及部件性能的计算时，通过先采集燃气轮机试验过程中一个截面的试验数据，而后通过先给定作为试验结果的初猜值，利用燃机全流程试验模型和平衡方程获得与初猜值为基础的与该截面对应的试验数据，而后通过初猜值的该截面试验数据与采集获得的该截面试验数据获得偏差量，对初猜值进行修正，通过反复的修正，出差值能够快速收敛，使得初猜值接近准确值，这样利用准确的初猜值值代入燃机全流程试验模型内即可得到准确的全流程参数。能够有效保证燃机的正常起动，减少开车次，节省调试成本。

Description

一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法
技术领域
本申请属于发动机总体设计领域，特别涉及一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法。
背景技术
燃气轮机起动过程中由于核心机匹配不合理会导致压气机点火失速，压气机工作点进入喘振边界左侧工作，从而造成压气机进口空气流量快速下降，油气比大幅提高，导致燃烧室火焰外伸，燃机高压涡轮叶片烧蚀，导致燃机起动热悬挂。如何准确确定起动过程中压气机工作点位置、核心机气动匹配情况及各部件真实性能，为后续试车采取合理的点火状态的供油规律、优化开闭环控制规律、优化起动机功率及压气机可调导叶调节规律等措施提供理论依据，确保燃机正常起动是一项难题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，以解决现有技术中核心机匹配不合理导致燃机无法正常工作的问题。
本申请的技术方案是：一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，包括：采集燃气轮机起动过程不同燃气发生器换算转速下的各参数的试验数据并计算平均值；建立燃机全流程试验模型，在燃机全流程试验模型内建立平衡方程；设定试验结果初猜值，输入至燃气全流程试验模型内；利用初猜值和燃机全流程试验模型计算燃气轮机的全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率；获取高压涡轮低转速部件试验特性，计算高压涡轮转子进口换算流量和膨胀比；获取计算结果并代入至燃机全流程试验模型内的平衡方程，获取初猜值对应的燃气轮机起动过程中的各参数数据，与采集的各参数试验数据进行对比，对初猜值的偏差量进行计算；获取偏差量并对试验结果初猜值进行更新，将更新后的初猜值再次输入值全流程试验模型内，进行再次计算，并再次获得偏差量，如此反复；建立残差方程，判断偏差量是否满足残差精度要求，若不满足，则再次循环计算；若满足，获得全流程参数。
优选地，采用牛顿迭代法进行偏差量的计算并对初猜值进行更新迭代。
优选地，所述初猜值包括压气机进口空气流量、燃烧效率、动力涡轮效率、高压涡轮效率、虚拟Beta值、动力涡轮出口总压。
优选地，所述全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率采用燃气准稳态计算方法进行计算。
优选地，所述平衡方程包括流量平衡、温度平衡、动力涡轮输出功平衡、核心机转子功平衡、动力涡轮出口总压平衡和动力涡轮进口总压平衡方程。
本申请的一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，在进行燃机起动过程全流程参数及部件性能的计算时，通过先采集燃气轮机试验过程中一个截面的试验数据，而后通过先给定作为试验结果的初猜值，利用燃机全流程试验模型和平衡方程获得与初猜值为基础的与该截面对应的试验数据，而后通过初猜值的该截面试验数据与采集获得的该截面试验数据获得偏差量，对初猜值进行修正，通过反复的修正，出差值能够快速收敛，使得初猜值接近准确值，这样利用准确的初猜值值代入燃机全流程试验模型内即可得到准确的全流程参数。能够有效保证燃机的正常起动，减少开车次，节省调试成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，通过反推法快速获得燃气轮机的全流程参数，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤S100，采集燃气轮机起动过程不同燃气发生器换算转速下的各参数的试验数据并计算平均值；
采用的试验数据包括压气机进出口总温、进出口总压、动力涡轮进口总压、动力涡轮出口总温和总压(支板后)、燃油流量、动力涡轮输出功率、升转速率；采集多次后计算平均值，该计算的数据仅为燃气轮机起动试验过程中一个截面的数据。
步骤S200，建立燃机全流程试验模型，在燃机全流程试验模型内建立平衡方程；
燃机全流程试验模型能够进行燃气轮机全流程参数的计算，内部建立的平衡方程共有6个，分别为：流量平衡(基于高压涡轮部件试验流通能力平衡)、温度平衡(基于动力涡轮出口温度平衡)、动力涡轮输出功平衡、核心机转子功平衡(基于升转速率的功平衡)、动力涡轮出口总压平衡(支板后)、动力涡轮进口总压平衡。
步骤S300，设定试验结果初猜值，输入至燃气全流程试验模型内；
初猜值包括压气机进口空气流量、燃烧效率、动力涡轮效率、高压涡轮效率、虚拟Beta值、动力涡轮出口总压(支板前)；初猜值的具体数值可以通过经验给出，也可以通过各参数的标准数值给出。
步骤S400，利用初猜值和燃机全流程试验模型计算燃气轮机的全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率；获取高压涡轮低转速部件试验特性，计算高压涡轮转子进口换算流量和膨胀比；
由于利用初猜值对燃气轮机的全流程参数进行计算，该计算结果由于初猜值与实际值之间的不同会导致一定的偏差，通过偏差对比来修正初猜值；计算的其它参数用于对初猜值的修正。
优选地，全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率采用燃气准稳态计算方法进行计算，该方法为本领域通用计算方法，在此不再赘述。
步骤S500，获取计算结果并代入至燃机全流程试验模型内的平衡方程，获取初猜值对应的燃气轮机起动过程中的各参数数据，与采集的各参数试验数据进行对比，对初猜值的偏差量进行计算；
优选地，采用牛顿迭代法，也即是牛顿拉普拉斯方法进行偏差量的计算并对初猜值进行更新迭代，收敛快，精度高；
步骤S600，获取偏差量并对试验结果初猜值进行更新，将更新后的初猜值再次输入值全流程试验模型内，进行再次计算，并再次获得偏差量，如此反复；
通过对初猜值进行多次修正，能够使得初猜值快速而准确地接近燃气轮机起动试验的实际值；由于以结果为导向，初猜值能够快速收敛。
步骤S700，建立残差方程，判断偏差量是否满足残差精度要求，若不满足，则再次循环计算；若满足，获得全流程参数，并获得循环次数。
在进行燃机起动过程全流程参数及部件性能的计算时，通过先采集燃气轮机试验过程中一个截面的试验数据，而后通过先给定作为试验结果的初猜值，利用燃机全流程试验模型和平衡方程获得与初猜值为基础的与该截面对应的试验数据，而后通过初猜值的该截面试验数据与采集获得的该截面试验数据获得偏差量，对初猜值进行修正，通过反复的修正，出差值能够快速收敛，使得初猜值接近准确值，这样利用准确的初猜值代入燃机全流程试验模型内即可得到准确的全流程参数。
获得计算获得的燃机全流程参数能够监测起动过程中的压气机工作情况，监督燃机运行状态；能够对燃机起动调试过程中供油规律调整、开闭环控制规律的优化、起动机功率优化及压气机可调导叶调节规律提供依据，为燃机起动过程调试提供指导，核心机匹配合理，也就不会出现压气机点火失速、燃机高压涡轮叶片烧蚀，燃机起动热悬挂等情况，能够有效保证燃机的正常起动，减少开车次，节省调试成本。
通过多目标限制，建立快速收敛程序，对起动过程中的共同工作线及整机环境下的部件性能进行快速准确的评估，并为起动调试提供理论依据，该方法填补了燃机起动过程全流程参数评估方法的空白，进一步完善了燃机总体性能设计体系，补充了燃机起动过程设计流程，可直接应用于所内其它型号单转子双轴燃气轮机起动过程分析中，并可在该方法基础上进行拓展，应用于单轴燃机、双转子三轴燃机及复杂循环燃机的起动过程分析中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，其特征在于，包括：
采集燃气轮机起动过程不同燃气发生器换算转速下的各参数的试验数据并计算平均值；
建立燃机全流程试验模型，在燃机全流程试验模型内建立平衡方程；
设定试验结果初猜值，输入至燃气全流程试验模型内；
利用初猜值和燃机全流程试验模型计算燃气轮机的全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率；获取高压涡轮低转速部件试验特性，计算高压涡轮转子进口换算流量和膨胀比；
获取计算结果并代入至燃机全流程试验模型内的平衡方程，获取初猜值对应的燃气轮机起动过程中的各参数数据，与采集的各参数试验数据进行对比，对初猜值的偏差量进行计算；
获取偏差量并对试验结果初猜值进行更新，将更新后的初猜值再次输入值全流程试验模型内，进行再次计算，并再次获得偏差量，如此反复；
建立残差方程，判断偏差量是否满足残差精度要求，若不满足，则再次循环计算；若满足，获得全流程参数。
2.如权利要求1所述的燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，其特征在于：采用牛顿迭代法进行偏差量的计算并对初猜值进行更新迭代。
3.如权利要求1所述的燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，其特征在于：所述初猜值包括压气机进口空气流量、燃烧效率、动力涡轮效率、高压涡轮效率、虚拟Beta值、动力涡轮出口总压。
4.如权利要求1所述的燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，其特征在于：所述全流程参数、压气机耗功、高压涡轮输出轴功和燃机输出功率采用燃气准稳态计算方法进行计算。
5.如权利要求1所述的燃机起动过程全流程参数及部件性能确定方法，其特征在于：所述平衡方程包括流量平衡、温度平衡、动力涡轮输出功平衡、核心机转子功平衡、动力涡轮出口总压平衡和动力涡轮进口总压平衡方程。
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