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分体式燃气轮机性能优化研究

作　者: 宋英东
导　师: 徐志强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 分布式能源 分体式燃气轮机 性能分析 性能优化
分类号: TK472
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


燃气轮机作为分布式能源系统中最为成熟的发电装置,越来越受到人们的重视,尤其是以微型燃气轮机为基础的冷热电联产系统成为近年来研究的热点。但是由于分布式能源系统自身的负荷特性,使得常规燃气轮机在应用中还存在一些问题。本文围绕分布式能源系统的要求,提出了一种新的形式的燃气轮机-分体式燃气轮机,确定了分体式燃气轮机的集成方案,并对燃气轮机进行了变工况特性分析以及运行优化研究。本文首先讨论了分布式能源系统分体式燃气轮机的集成原则和集成方案,研究了分体式燃气轮机的特点,给出了几种分体式燃气轮机简单集成方案。通过建立分体式燃气轮机的一般数学模型,讨论了分体式燃气轮机的性能评价指标。结合分体式燃气轮机的特点,分析了其运行耦合关系,并给出了燃气轮机的变工况计算方法。要了解一种新型燃气轮机的系统性能,首先要对其进行变工况特性分析。采用THERMOFLEX软件对不同方案的分体式燃气轮机进行了建模。环境因素以及部件参数变化在很大程度上影响了系统的变工况性能,考察了不同因素对燃气轮机变工况特性影响程度。通过与共轴燃气轮机的对比,得到了分体式燃气轮机的性能潜力,定量的分析了分体式燃气轮机的优越性。由于解除了压气机和透平转速之间的耦合,分体式燃气轮机存在更多的独立变量。选择一种形式的分体式燃气轮机,对其独立变量进行了灵敏度分析,得到了影响系统性能的主要因素。分析了定负荷下主要因素之间的关系以及系统性能,得到了系统优化的理论依据,并对分体式燃气轮机的变负荷进行了优化分析,得到了不同负荷下系统优化运行的调节规律。最后,针对一种分布式能源系统的负荷特点,进行了分体式燃气轮机实例的初步设计,确定了燃气轮机的设计点参数,对分体式燃气轮机的变工况运行进行了性能评估,给出了系统优化运行的调节规律,与共轴燃机对比,发现了在全工况性能的优势,为燃气轮机的优化控制策略打下基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
    1.1.1 课题的来源  10
    1.1.2 课题的背景及意义  10-11
  1.2 用于分布式能源的燃气轮机所面临的问题  11-13
    1.2.1 分布式能源系统的特点  11-12
    1.2.2 共轴燃气轮机的局限性  12-13
  1.3 解决问题的途径  13-15
    1.3.1 部件性能的改善  13-14
    1.3.2 采用新的（组合）循环  14-15
    1.3.3 分体式燃气轮机的提出  15
  1.4 国内外研究现状  15-18
    1.4.1 分布式能源的发展现状  15-16
    1.4.2 微型燃气轮机的研究现状  16-17
    1.4.3 燃气轮机运行方式的研究  17-18
  1.5 论文的主要内容及章节安排  18-20
第2章 分体燃气轮机的集成方案研究  20-35
  2.1 引言  20
  2.2 分体式燃气轮机的集成原则和集成方案  20-26
    2.2.1 分体式燃气轮机的特点  20-21
    2.2.2 分体式燃气轮机的集成原则  21-22
    2.2.3 分体式燃气轮机的几种集成方案  22-24
    2.2.4 分体式燃气轮机设计点参数的选择  24-26
  2.3 分体式燃气轮机的数学模型  26-31
    2.3.1 理想母管式分体燃气轮机的分析模型  26-28
    2.3.2 实际母管式分体燃气轮机的分析模型  28-30
    2.3.3 燃气轮机系统的性能指标  30-31
  2.4 分体式燃气轮机的耦合关系及分析方法  31-34
    2.4.1 燃气轮机的部件耦合关系  31-32
    2.4.2 燃气轮机的变工况分析方法  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 分体式燃气轮机变工况性能分析  35-62
  3.1 引言  35
  3.2 共轴燃机的变工况特性  35-42
    3.2.1 影响共轴燃机性能的主要因素  36
    3.2.2 环境因素对系统性能的影响  36-38
    3.2.3 转速和燃气初温对共轴燃机性能的影响  38-40
    3.2.4 设计点参数选择对共轴燃机变工况性能的影响  40-42
  3.3 分体式燃气轮机（1+1 形式）变工况特性  42-48
    3.3.1 影响分体式燃气轮机（1+1 形式）性能的主要因素  43
    3.3.2 转速和燃气初温对系统性能的影响  43-46
    3.3.3 分体式燃气轮机（1+1 形式）与共轴燃机的性能对比  46-48
  3.4 分体式燃气轮机（1+2 形式）变工况特性  48-53
    3.4.1 影响分体式燃气轮机（1+2 形式）性能的主要因素  48-49
    3.4.2 转速和燃气初温对系统性能的影响  49-50
    3.4.3 设计点透平膨胀比对系统的变工况特性影响  50-51
    3.4.4 分体式燃气轮机（1+2 形式）与共轴燃机性能对比  51-53
  3.5 分体式燃气轮机（2+1 形式）变工况特性  53-60
    3.5.1 影响分体式燃气轮机（2+1 形式）性能的主要因素  53-54
    3.5.2 转速和燃气初温对系统性能影响  54-57
    3.5.3 设计点空气质量流量对系统性能的影响  57-59
    3.5.4 分体式燃气轮机（2+1 形式）和共轴燃机的性能对比  59-60
  3.6 本章小结  60-62
第4章 分体式燃气轮机（2+1 形式）运行优化研究  62-74
  4.1 引言  62
  4.2 分体式燃气轮机优化模型的建立  62-66
    4.2.1 分体燃气轮机的运行灵敏度分析  62-65
    4.2.2 分体式燃气轮机优化运行问题的描述  65-66
  4.3 分体式燃气轮机的优化运行规律  66-73
    4.3.1 定负荷下燃气轮机的运行特性  66-67
    4.3.2 燃气轮机运行规律的优化  67-69
    4.3.3 燃气轮机运行规律的简化  69-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章 面向分布式能源的分体式燃气轮机初步分析  74-80
  5.1 引言  74
  5.2 设计问题的描述  74-75
  5.3 分体式燃气轮机的集成  75-77
  5.4 分体式燃气轮机的性能评估  77-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-81
参考文献  81-87
致谢  87

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 燃气轮机（燃气透平） > 设计、计算
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