微型燃气轮机改进回热方案总体性能仿真研究

摘要

微型燃气轮机由于具有体积小重量轻的特点，常与发电机组设计成一体。微型燃气轮机发电机组可用于航空、航天等领域，还可用于军用车辆辅助动力装置、车用混合动力装置等。为了提高微型燃气轮机效率，可以尽可能的回收涡轮排气后的剩余能量。在简单循环燃气轮机装置中，加装回热器是一个十分有效且容易实现的措施。
　　 在工业上注蒸汽循环是利用涡轮排气对余热锅炉进行加热，产生蒸汽后注入到涡轮对其做功。由于蒸汽回注，可以使得输出功率增大、效率提高、NOx含量降低，从而燃气轮机注蒸汽循环在工业技术领域受到高度重视，并得到迅速发展和应用。
　　 注蒸汽回热循环是将回热循环和注蒸汽循环进行联合优化。基于两种循环优点，充分利用了涡轮排气余热，更进一步提高了循环效率、增加了比功。
　　 本文通过某公司对100kw微型燃气轮机设计，进行进一步的仿真，其主要包括以下工作内容：
　　 (1)利用双线性插值和最小二乘法对压气机进行特性拟合；利用基元叶片法求得涡轮特性；
　　 (2)对各个部件建立数学模型，利用整机流量平衡、功率平衡、转速平衡和压力平衡进行共同工作点匹配，从而完成整机稳态仿真；
　　 (3)将平衡工作点作为初始参数，使燃油流量由一个稳定值变化到另外一个稳定值，从而使燃机从一个工况变化至另一工况，完成整机的动态仿真；
　　 (4)在动态仿真基础上，使燃油流量恒定，输出燃机外特性曲线，从而观察整机功率随转速变化；
　　 (5)在本文建立的仿真模型基础上加入水系统，对带有水系统的回热循环进行仿真，与原仿真结果进行对比。对比结果显示，注蒸汽回热循环比普通回热循环输出功率与效率均有一定提高。
　　 本文主要对微型燃气轮机进行仿真研究，利用VC++软件通过C语言对微型燃气轮机模型进行程序编写，并对其不同工况进行稳态、动态仿真。通过仿真结果分析系统内在特性运行规律、变化规律，对本燃机的总体性能做出全面评价，并由此确定给出合理运行方式，利用仿真结果对实验提供参考和指导。