燃气轮机进口导叶系统建模及其实验台的初步设计

摘要

燃气轮机是一种融合了各领域知识由大量复杂机构协调配合运行的装置，主要部件有压气机、燃烧室、涡轮三大块，其中在压气机的第一级动叶前有一列静止的叶片，称之为进口导叶（inlet guide vane，简称为IGV），这些导叶的角度可以进行调整，因而也被称为可转进口导叶,其在燃气轮机的运行过程中起着至关重要的作用。
　　当前对于IGV系统的研究主要着眼于其叶片气动效果上，对于整个系统的结构、驱动和控制方面的研究则相对较少。同时由于缺少相关仿真软件，导致工程师在进行IGV系统相关设计研究时存在诸多不便，并极有可能造成选型过度等问题。
　　某船用燃机的IGV系统驱动部分将由气动控制改为液压控制，以此为背景，本文开展了燃气轮机进口导叶系统的仿真模型研究和实验台的初步设计工作，主要包含以下一些工作：
　　(一)针对IGV系统，借助Simscape工具箱搭建了其仿真模型。该仿真模型由三个部分组成，分别为机械、驱动、控制,在搭建的过程中充分体现了模块化、参数化、可视化的特点；
　　(二)对IGV系统仿真模型进行了初步的运用，对当前IGV系统中普遍采用的PID控制进行了优化，得到了较为满意的结果。说明该模型具有一定的可行性，并能很好地实现 IGV系统的设计，选型，控制优化等各个方面的功能。
　　(三)为了获得更为准确的模型参数，后期需要搭建 IGV系统实验台，从而对一些物理量进行获取与辨识。同时，该实验台还将用于IGV系统的半物理仿真实验中。本文对后期所需的实验台进行了初步的设计。根据某型号燃气轮机的具体工况进行了相关设备参数的计算与选型。考虑到实验台中要实现对叶片气动力的模拟加载，采用了电液伺服力加载系统加以实现，并结合具体设备参数设计了力加载系统的控制器。联合IGV系统仿真模型，对力加载系统在IGV实验台中的运行效果进行了仿真，结果显示包含力加载系统的实验台设计方案是完全可行的，为后续实验台的有效运行打下了坚实的基础。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2研究现状

1.3课题研究的主要内容

第二章 进口导叶系统仿真模型的搭建

2.1进口导叶系统基本介绍

2.2 Simscape工具箱介绍

2.3 IGV机械部分建模

2.4 IGV驱动部分建模

2.5控制部分

2.6整体模型搭建

2.7本章小结

第三章 进口导叶系统仿真模型的初步应用

3.1传统IGV控制策略介绍

3.2传统PID控制在IGV系统中的弊端

3.3模糊自适应PID控制的介绍

3.4现有控制策略的优化

3.5仿真结果与分析

3.6对实际情况的一些分析

3.7本章小结

第四章 进口导叶系统实验台的初步设计

4.1实验台结构初步设计

4.2实验台设备参数计算及选型

4.3电液伺服力加载系统介绍

4.4电液伺服力加载系统控制器设计

4.5本章小结

第五章 实验台仿真验证

5.1仿真验证目标及方案

5.2力加载系统的单独验证结果

5.3力加载系统与IGV系统联合验证结果

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢