燃气轮机化学回热实验台总体控制系统研究

2015-06-09韦炜李磊李珊中国船舶重工集团公司第七O三研究所

科学中国人 2015年32期

韦炜,李磊,李珊中国船舶重工集团公司第七O三研究所

燃气轮机化学回热实验台总体控制系统研究

韦炜,李磊,李珊
中国船舶重工集团公司第七O三研究所

燃气轮机的化学回热循环是一种比较先进的循环方式，它不仅可以充分的利用燃气轮机的排气余热来提高循环的热效率，还能够解决燃气轮机排放物过多的问题，燃气轮机的化学回热循环目前还处于实验的研究阶段，暂时还没有什么较为成功的例子，本文就针对燃气轮机化学回热实验台的总体控制系统进行相应的分析和研究。

燃气轮机；化学回热实验台；总体控制系统；分析；研究

前言

燃气轮机和其他的机械动力相比较，它的特点非常的突出，主要有单机功率大，体积小、启动加速性能好，操作相对比较简单等特点，所以说到目前为止，世界各国都将燃气轮机作为舰船动力装置的一个非常重要的考虑对象，但是从使用的实际情况来看，燃气轮机还是有着一些缺点需要我们的研究人员去解决的，基于此种情况，各个国家都在不断的去研究燃气轮机出现的问题，力求在最大程度上提高燃气轮机的循环效率和经济性能。

1.燃气轮机化学回热实验台的数学建模

控制研究的一个理论层面的基础就是建模，相应的良好的建模可以分享控制系统的真实性能，而不是很好的建模所分析出的控制系统性能也是非常模糊的。

1.1 化学回热实验台的组成

化学回热实验台主要是由空气的预热器、蒸汽冷凝器、饱和器、燃烧室等相关的部件组成的，如果从系统的角度来讲，可以将化学回热实验台分为空气和燃气循环系统、燃油燃烧系统、水和蒸汽循环系统。其中空气和燃气系统是由进气的管路、空气的预热器等单元组成的，化学回热实验台的燃油系统是由燃油系统、等离子点火系统等单元组成的，这一系统的主要目的是向实验台的系统提供燃料的，在经过等离子点火之后，燃烧室会对其进行燃烧，我们的化学实验台燃烧室所采用的都是气液双燃料系统，而燃料的供应量和整个系统的切换过程其实都是由供油油量进行控制的，而化学回热实验台的水系统主要是由变频器、蒸汽冷凝器，饱和器等多个单元共同组成的。这一系统的主要目的是为了实现能量的最大化利用。

1.2 化学回热实验台的功能

燃气轮机化学回热实验台是一个具备多项实验功能的综合性的实验台，能够进行多级的蒸汽实验，这一实验主要是控制任务，确保在进入饱和器的烟气温度能够达到设定的值，剩下的控制变量都属于从属的地位，而为了进一步的确保实验台相关设备的安全运行，我们一定要采取合理的控制策略，让各个控制变量都在相对合理的范围内。而且在不损害燃气轮机的情况下，利用最大化能量的原则，根据实验的过程控制测量点不同再采取不同的控制策略。

2.实验台控制策略

2.1 数字PID控制控制器

PID控制器是整个燃气轮机工作过程当中应用最广泛的控制器，目前在我国的大部分工业控制现场中，绝大多数的控制器都是运用的PID控制器，这种控制器和其他的控制算法相比较的话，这一控制器的结构相对比较简单、而且工作运行的时候非常的可靠，稳定性能也非常好。一般的PID控制器主要有两种控制系统，一种是开环控制系统，一种是闭环控制系统，开环控制器其实没有被控制的反馈出现，对于那些干扰所带来的偏差也是非常小的，也就是说它的抗干扰能力是相对较弱的，而闭环控制器采用的就是负反馈，主要是因为被控制的量对于内部和外部的干扰都没有什么敏感的，也就是说闭环控制系统的控制精度是非常高的。所以现阶段大多数的实验台控制系统都是采用闭环控制系统进行分析和研究。

2.2 数字PID控制器的控制原理

随着科学技术以及网络技术的不断发展，计算机以及各个不同种类的微型控制芯片逐渐的被引入到了现场的控制领域，这种控制器的特点是可靠性非常高、抗干扰能力也是非常的强，可以在非常复杂的环境中工作，如果是用这类计算机程序来实现PID的控制功能，那么PID控制器也就具备了控制参数易更改，适应性强的特点，之前PID控制器中的元器件多，电路复杂等问题也就迎刃而解了。