燃氣輪機化學回熱實驗臺總體控制系統研究

韋煒,李磊,李珊中國船舶重工集團公司第七O三研究所

燃氣輪機化學回熱實驗臺總體控制系統研究

韋煒,李磊,李珊
中國船舶重工集團公司第七O三研究所

燃氣輪機的化學回熱循環是一種比較先進的循環方式，它不僅可以充分的利用燃氣輪機的排氣余熱來提高循環的熱效率，還能夠解決燃氣輪機排放物過多的問題，燃氣輪機的化學回熱循環目前還處于實驗的研究階段，暫時還沒有什么較為成功的例子，本文就針對燃氣輪機化學回熱實驗臺的總體控制系統進行相應的分析和研究。

燃氣輪機；化學回熱實驗臺；總體控制系統；分析；研究

前言

燃氣輪機和其他的機械動力相比較，它的特點非常的突出，主要有單機功率大，體積小、啟動加速性能好，操作相對比較簡單等特點，所以說到目前為止，世界各國都將燃氣輪機作為艦船動力裝置的一個非常重要的考慮對象，但是從使用的實際情況來看，燃氣輪機還是有著一些缺點需要我們的研究人員去解決的，基于此種情況，各個國家都在不斷的去研究燃氣輪機出現的問題，力求在最大程度上提高燃氣輪機的循環效率和經濟性能。

1.燃氣輪機化學回熱實驗臺的數學建模

控制研究的一個理論層面的基礎就是建模，相應的良好的建模可以分享控制系統的真實性能，而不是很好的建模所分析出的控制系統性能也是非常模糊的。

1.1 化學回熱實驗臺的組成

化學回熱實驗臺主要是由空氣的預熱器、蒸汽冷凝器、飽和器、燃燒室等相關的部件組成的，如果從系統的角度來講，可以將化學回熱實驗臺分為空氣和燃氣循環系統、燃油燃燒系統、水和蒸汽循環系統。其中空氣和燃氣系統是由進氣的管路、空氣的預熱器等單元組成的，化學回熱實驗臺的燃油系統是由燃油系統、等離子點火系統等單元組成的，這一系統的主要目的是向實驗臺的系統提供燃料的，在經過等離子點火之后，燃燒室會對其進行燃燒，我們的化學實驗臺燃燒室所采用的都是氣液雙燃料系統，而燃料的供應量和整個系統的切換過程其實都是由供油油量進行控制的，而化學回熱實驗臺的水系統主要是由變頻器、蒸汽冷凝器，飽和器等多個單元共同組成的。這一系統的主要目的是為了實現能量的最大化利用。

1.2 化學回熱實驗臺的功能

燃氣輪機化學回熱實驗臺是一個具備多項實驗功能的綜合性的實驗臺，能夠進行多級的蒸汽實驗，這一實驗主要是控制任務，確保在進入飽和器的煙氣溫度能夠達到設定的值，剩下的控制變量都屬于從屬的地位，而為了進一步的確保實驗臺相關設備的安全運行，我們一定要采取合理的控制策略，讓各個控制變量都在相對合理的范圍內。而且在不損害燃氣輪機的情況下，利用最大化能量的原則，根據實驗的過程控制測量點不同再采取不同的控制策略。

2.實驗臺控制策略

2.1 數字PID控制控制器

PID控制器是整個燃氣輪機工作過程當中應用最廣泛的控制器，目前在我國的大部分工業控制現場中，絕大多數的控制器都是運用的PID控制器，這種控制器和其他的控制算法相比較的話，這一控制器的結構相對比較簡單、而且工作運行的時候非常的可靠，穩定性能也非常好。一般的PID控制器主要有兩種控制系統，一種是開環控制系統，一種是閉環控制系統，開環控制器其實沒有被控制的反饋出現，對于那些干擾所帶來的偏差也是非常小的，也就是說它的抗干擾能力是相對較弱的，而閉環控制器采用的就是負反饋，主要是因為被控制的量對于內部和外部的干擾都沒有什么敏感的，也就是說閉環控制系統的控制精度是非常高的。所以現階段大多數的實驗臺控制系統都是采用閉環控制系統進行分析和研究。

2.2 數字PID控制器的控制原理

隨著科學技術以及網絡技術的不斷發展，計算機以及各個不同種類的微型控制芯片逐漸的被引入到了現場的控制領域，這種控制器的特點是可靠性非常高、抗干擾能力也是非常的強，可以在非常復雜的環境中工作，如果是用這類計算機程序來實現PID的控制功能，那么PID控制器也就具備了控制參數易更改，適應性強的特點，之前PID控制器中的元器件多，電路復雜等問題也就迎刃而解了。

3.實驗臺控制系統的整體結構

實驗臺的自動化控制系統是以計算機技術作為控制基礎的，主要是對實驗臺進行監視、操作和管理，與此同時還將實驗臺的控制器分散的安裝在現場當中，主要由三個組成部分構成，分別是中心控制站、直接控制站、通信管理站。實驗臺控制系統如圖一所示：

圖一實驗臺控制系統

燃氣輪機的化學回熱實驗臺總體控制系統是目前各大電力企業都在分析和研究的，希望通過對燃氣輪機化學熱實驗臺總體控制系統的研究能夠最大限度的發揮出控制系統的潛能，更好的為電力企業工作。

[1]劉光宇.船舶燃氣輪機裝置原理與設計.哈爾濱工程大學，2004：1-4頁

[2]牛利民，李淑英.船舶燃氣輪機結構.哈爾濱工程大學出版社.2007：8頁