燃机中冷器优化设计、建模与控制

摘要

中冷循环燃气轮机是在简单燃机的低压压气机和高压压气机之间增加中冷系统,使进入高压压气机的气体温度降低,从而减少高压压气机耗功,改善燃气轮机变工况性能。其中,关键部件为中冷器。因此,有必要对中冷器进行优化设计及建模控制。
　　本文在搜集和阅读国内外先进燃气轮机资料的基础上,整理对比了LMS100系列和WR-21系列先进燃机性能及中冷器设计方案,利用效率-传热单元数法对中冷器设计建模的关键步骤及经验公式进行了归纳总结,为下文优化设计及建模控制做了准备。在设计建模的基础上提出在保证中冷器效率和热侧压降合理范围的前提下,对中冷器尺寸进行优化设计使中冷器芯体质量最小的优化设计模型。优化方法上将智能优化算法与中冷器性能校核程序结合,选择局部和全局寻优能力俱佳的改进Alopex进化算法作为最终燃机中冷器优化设计方法,并编制可扩展性强的可视化界面,方便中冷器的优化设计建模。
　　运用中冷器换热模块优化设计参数,结合中冷燃机控制目标选取集总参数法对其进行动态建模,并运用SIMULINK/S-Function编制模型程序进行不同输入条件的仿真算例分析。将得到的仿真数据采用最小二乘法进行系统辨识得到相应传递函数,分别采用PID及带有Smith预估器的PID控制器对换热模块温度控制系统进行仿真研究。最后对中冷系统的控制和监测系统作概述,详细推导中冷器水分凝析过程,提出冷凝的预防控制策略,为整机控制提供指导。

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第一章 绪论

1.1课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 最优化算法在燃机工程中的应用

1.4 本文研究内容

第二章 燃机中冷器设计建模

2.1中冷器研究概述

2.2 中冷器设计建模过程

2.3 换热模块设计建模程序编写

2.4 本章小结

第三章 中冷器性能分析

3.1 结构尺寸对换热模块性能影响分析

3.2 变工况对中冷器性能影响

3.3 本章小结

第四章 中冷器优化设计

4.1 优化设计模型建立

4.2 优化算法的选取

4.3完善燃机中冷器优化设计界面

4.4本章小结

第五章 中冷器模型分析

5.1 建模方法选取

5.2 静态模型分析

5.2 动态模型分析

5.3 基于S-Function的仿真分析

5.4 本章小结

第六章 中冷器温度控制

6.1 控制对象分析

6.2 对象模型的确定

6.3 控制器设计

6.4 控制系统仿真

6.5 本章小结

第七章 中冷控制策略及冷凝分析

7.1 中冷系统设计方案及控制策略

7.2 压气机和中冷器冷凝过程分析

7.3 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 工作不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文