[发明专利]一种燃气轮机性能适配方法、设备以及系统

说明书

本发明提供了一种燃气轮机性能适配方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及燃气轮机技术领域。该系统包括气路参数采集模块，用于采集一时间段内覆盖燃气轮机运行工况范围的气路可测参数；气路参数计算模块，用于根据气路可测参数通过热力性能计算模型得到气路性能参数；回归曲线确定模块，用于根据所述气路性能参数通过最小二乘法得到性能回归曲线；预测曲线生成模块，用于应用遗传算法迭代寻优计算得到性能预测曲线；性能曲线吻合模块，用于将所述性能回归曲线以及性能预测曲线吻合，以实现燃气轮机的性能适配。本发明提高了适配结果的准确性和稳定性，能有效适用于存在测量噪声以及运行状态多变的现场燃气轮机的性能适配情况。

技术领域

本发明关于燃气轮机技术领域，特别是关于燃气轮机的适配技术，具体的讲是一种燃气轮机性能适配方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

燃气轮机作为一种运行效率高、单机功率大、使用寿命长的动力设备，被广泛应用于航空，船舶，石油天然气、电力等多个领域。两种具有典型气路结构的用于机械驱动的燃气轮机分别如图1和图2所示。燃气轮机的工作过程可以描述如下：一定质量的空气被吸入压气机，并在压气机中被压缩；高压气体从压气机出口流出后进入燃烧室，与燃料充分混合并燃烧，以产生高温高压的燃气；燃气在涡轮中将自身的热能转化为动能，推动涡轮的旋转。涡轮输出的机械功被用于驱动同转子上的压气机。流出燃气发生器后的燃气依然具有做功能力，在动力涡轮中继续推动动力涡轮转子旋转，以使燃气轮机对外输出机械功。此外，由于涡轮的处于高温环境中，为了保护叶片不被损坏，一部分来自于压气机的高压空气将被用于冷却涡轮叶片。

为了实现燃气轮机的性能分析、运行优化和气路故障诊断，需要建立燃气轮机的气路性能仿真模型。在目前常用的模块化仿真模型中，各部件的仿真模块分别对应实体部件，例如：图1所示的燃气轮机中，截面0为大气，截面1为高压压气机入口，截面2为高压压气机出口，截面3为燃烧室燃料入口，截面4为高压涡轮入口，截面5为动力涡轮入口，截面6 为动力涡轮出口。截面7为燃气发生器高压轴，截面8为动力涡轮轴。针对图1所示结构的燃气轮机，建立的模块化仿真模型具有：1个压气机仿真模块、1个燃烧室仿真模块、1个涡轮仿真模块；图2所示的燃气轮机中，截面0为大气，截面1为低压压气机入口，截面2为高压压气机入口，截面3为高压压气机出口，截面4为燃烧室燃料入口，截面5为高压涡轮入口，截面6为低压涡轮入口，截面7为动力涡轮入口，截面8为动力涡轮出口。截面9为燃气发生器低压轴，截面10为燃气发生器高压轴，截面11为动力涡轮轴。针对图2所示结构的燃气轮机，建立的模块化仿真模型具有：2个压气机仿真模块、1个燃烧室仿真模块、2 个涡轮仿真模块。模块与模块之间的气路、机械结构与真实燃气轮机相同。

由各部件的仿真模块组成完整的燃气轮机气路性能仿真模型后，能够模拟燃气轮机在指定条件下的运行状态，即能够预测燃气轮机的各项气路可测参数和性能参数。其中，可测参数指的是能够通过安装于燃气轮机不同位置处的传感器获取的数据，包括：转子转速、气路温度、气路压力、燃料流量和输出功率等；性能参数指的是不能够由传感器直接测量，但能够使用热力性能计算模型获得的能够反映部件或整机运行状态的数据，包括：各部件的气体实际流量、折合流量、折合转速、压力比、等熵效率、整机热效率等。

热力性能仿真模型的实现原理是：在指定的运行条件下(例如指定燃料气供应量、输出功率、转子转速等等)，从各部件的特性线中寻找合适的运行工况点，使处于联合运行状态的各部件模块能够遵循与真实燃气轮机的气路结构和机械结构相应的转速平衡、流量平衡、压力比平衡和功率平衡等四项原则。确定各部件的运行工况点后，由仿真模型输出各项可测参数和性能参数，并且这些预测的参数与真实燃气轮机的运行参数相吻合。所以，用于描述各部件运行特性的特性线的准确程度直接决定了热力性能仿真模型对燃气轮机运行状态预测结果的优劣。需要说明的是，部件的特性线可以有多种表达形式，图3以压气机为例，给出了一种典型的压气机特性线。在图3中，CN_DP代表设计工况点的折合转速。

下述式(1)和(2)给出了一种能够用于描述在非设计工况下涡轮流量特性和效率特性的方程；