CN110147573A - 一种燃气轮机的仿真方法、装置以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机的仿真方法、装置以及存储介质，涉及燃气轮机领域，用于减少燃气轮机性能优化实验的周期和成本，提高实验的安全性，所述方法包括：获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部件模型为预先设置的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数；将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的各部件模型中的特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真结果；确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若匹配，则确定各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转。

Description

一种燃气轮机的仿真方法、装置以及存储介质

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃气轮机的仿真方法、装置以及 存储介质。

背景技术

燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转， 将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，随着工业的发展，燃气轮机的 应用领域也十分广泛，不仅能够对国民经济发展中所需要的电力和能源进行输 送与分配，还是国防领域中的重要应用设备。由此可知，燃气轮机的工作条件 也随其应用领域的扩展而日益复杂，因此，对燃气轮机整体性能的优化也显的 十分重要。然而通过对燃气轮机实体部件进行实验来调整微型燃气轮机整体性 能，不但实验周期长，实验成本也高，还可能存在实验安全问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种燃气轮机的仿真方法、装置以及存储介质，用于 减少微型燃气轮机性能优化实验的周期和成本，提高实验的安全性。

一方面，本发明实施例提供了一种燃气轮机的仿真方法，包括：

获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部件模型为预先设置 的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件模型内设置有用 于该部件模型实现其特征运算的特性参数；

将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的各部件模型 中的特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真结果；

确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若匹配，则确定各部件模型的 特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特性参数控制燃气 轮机对应的部件运转。

可选的，若确定所述仿真结果与预期的结果不匹配，则执行以下操作，直 到获得的第二仿真结果与预期的结果匹配：

更改设定部件模型中的特性参数；

结合所述设定部件模型对应的输入参数与更改后的特性参数，重新进行运 算，获得所述燃气轮机的运行过程的第二仿真结果。

可选的，所述设定部件模型为所述燃气轮机的压气机部件对应的压气机模 型，所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改压气机出口流量与压气机转速、压气机压比的对应关系；以及

更改压气机压缩效率与压气机转速、压气机出口流量的对应关系。

可选的，所述压气机模型还设置用于进行压气机热力计算的特性参数，该 特性参数为预先按照变比热算法进行设置的。

可选的，所述压气机模型对应的输入参数包括：压气机出口空气压力、压 气机入口空气压力、压气机入口空气温度以及压气机转速；

所述压气机模型包括输出子接口，用于输出压气机模型对应的仿真子结果， 该仿真子结果包括以下一个或多个：压气机出口空气流量、压气机出口空气温 度以及压气机消耗功率。

可选的，所述设定部件模型为所述燃气轮机的涡轮部件对应的涡轮模型， 所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改涡轮出口流量与涡轮转速、涡轮压比的对应关系；以及

更改涡轮压缩效率与涡轮转速、涡轮出口流量的对应关系。

可选的，所述涡轮模型对应的输入参数包括:涡轮出口燃气压力、涡轮入 口燃气压力、涡轮入口燃气温度、油气比以及涡轮转速；

所述涡轮模型包括输出子接口，用于输出涡轮模型对应的仿真子结果，该 仿真子结果包括以下一个或多个：涡轮入口燃气流量、涡轮出口燃气流量、涡 轮出口燃气温度以及涡轮输出功率。

可选的，所述燃气轮机的部件模型中包括与燃烧室部件对应的燃烧室模型； 所述燃烧室模型的输入参数包括：燃烧室出口燃气流量、燃烧室入口压缩空气 流量、燃烧室入口压缩空气温度、燃料流量；

所述燃烧室模型包括输出子接口，用于输出与所述燃烧室模型对应的仿真 子结果；

该仿真子结果包括以下一个或多个：燃烧室入口压缩空气压力、燃烧室出 口燃气压力、燃烧室出口燃气温度、油气比。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与转子部件对应的转子模型；

所述转子模型包括输出子接口，用于输出与所述转子子模型对应的仿真子 结果，所述仿真子结果至少包括转子转速。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与回热器部件对应的回热器模型； 所述回热器模型的输入参数包括：回热器入口压缩空气温度、回热器出口压缩 空气压力、回热器入口燃气温度、回热器出口燃气压力、回热器入口压缩空气 流量、回热器入口燃气流量、油气比；

所述回热器模型包括输出子接口，用于输出与所述回热器模型对应的仿真 子结果，所述仿真子结果包括以下一个或多个：回热器出口压缩空气温度、回 热器入口压缩空气压力、回热器入口燃气压力、回热器出口燃气温度。

一方面，本发明实施例还提供一种燃气轮机的仿真装置，包括：

获取模块，用于获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部件 模型为预先设置的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件 模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数；

运算模块，用于将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对 应的各模型中特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真结 果；

确定模块，用于确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若是，则确定 各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特性 参数控制燃气轮机对应的部件运转。

可选的，所述确定模块还用于，若确定所述仿真结果与预期的结果不匹配， 则执行以下操作，直到获得的第二仿真结果与预期的结果匹配：

更改设定部件模型中的特性参数；

结合所述设定部件模型对应的输入参数与更改后的特性参数，重新进行运 算，获得所述燃气轮机的运行过程的第二仿真结果。

可选的，所述装置还包括更改模块，所述更改模块用于：

所述设定部件模型为所述燃气轮机的压气机部件对应的压气机模型，所述 更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改压气机出口流量与压气机转速、压气机压比的对应关系；以及

更改压气机压缩效率与压气机转速、压气机出口流量的对应关系。

可选的，所述压气机模型还设置用于进行压气机热力计算的特性参数，该 特性参数为预先按照变比热算法进行设置的。

可选的，所述压气机模型对应的输入参数包括：压气机出口空气压力、压 气机入口空气压力、压气机入口空气温度以及压气机转速；

所述压气机模型包括输出子接口，用于输出压气机模型对应的仿真子结果， 该仿真子结果包括以下一个或多个：压气机出口空气流量、压气机出口空气温 度以及压气机消耗功率。

可选的，所述设定部件模型为所述燃气轮机的涡轮部件对应的涡轮模型， 所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改涡轮出口流量与涡轮转速、涡轮压比的对应关系；以及

更改涡轮压缩效率与涡轮转速、涡轮出口流量的对应关系。

可选的，所述涡轮模型对应的输入参数包括:涡轮出口燃气压力、涡轮入 口燃气压力、涡轮入口燃气温度、油气比以及涡轮转速；

所述涡轮模型包括输出子接口，用于输出涡轮模型对应的仿真子结果，该 仿真子结果包括以下一个或多个：涡轮入口燃气流量、涡轮出口燃气流量、涡 轮出口燃气温度以及涡轮输出功率。

可选的，所述燃气轮机的部件模型中包括与燃烧室部件对应的燃烧室模型； 所述燃烧室模型的输入参数包括：燃烧室出口燃气流量、燃烧室入口压缩空气 流量、燃烧室入口压缩空气温度、燃料流量；

所述燃烧室模型包括输出子接口，用于输出与所述燃烧室模型对应的仿真 子结果；

该仿真子结果包括以下一个或多个：燃烧室入口压缩空气压力、燃烧室出 口燃气压力、燃烧室出口燃气温度、油气比。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与转子部件对应的转子模型；

所述转子模型包括输出子接口，用于输出与所述转子子模型对应的仿真子 结果，所述仿真子结果至少包括转子转速。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与回热器部件对应的回热器模型； 所述回热器模型的输入参数包括：回热器入口压缩空气温度、回热器出口压缩 空气压力、回热器入口燃气温度、回热器出口燃气压力、回热器入口压缩空气 流量、回热器入口燃气流量、油气比；

所述回热器模型包括输出子接口，用于输出与所述回热器模型对应的仿真 子结果，所述仿真子结果包括以下一个或多个：回热器出口压缩空气温度、回 热器入口压缩空气压力、回热器入口燃气压力、回热器出口燃气温度。

一方面，本发明实施例还提供一种燃气轮机的仿真装置，包括至少一个处 理器、以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，当所述程 序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本发明实施例提供的燃气轮机的 仿真方法的步骤。

一方面，本发明实施例提供的一种存储介质所述存储介质存储有计算机指 令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行本发明实施例提供 的燃气轮机的仿真方法的步骤。

在本发明实施例中，可以先获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参 数，其中各部件为预先设置的用于仿真燃气轮机对应部件的运行过程的模型， 各部件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数，并将获取的 输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的各模型中特性参数进行运 算，获得燃气轮机的运行过程的第一仿真结果，进而可以判断获得的仿真结果 与预期的结果是匹配，如果匹配，则可以确定各部件模型的特性参数为对应部 件中的实际参数，进而可以使用该实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转， 减少对燃气轮机实物实验的周期，降低实验成本，并提升试验的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例提供的一种燃气轮机的仿真方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种燃气轮机系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的压气机部件模型示意图；

图4为本发明实施例提供的涡轮部件模式示意图；

图5为本发明实施例提供燃烧室部件模型示意图；

图6为本发明实施例提供燃烧室部件模型内部示意图；

图7为本发明实施例提供转子模型示意图；

图8为本发明实施例提供回热器部件模型示意图；

图9为本发明实施例提供燃气轮机的仿真装置示意图；

图10为本发明实施例提供另一种燃气轮机的仿真装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例是本发明技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申 请文件中记载的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所 获得的所有其他实施例，都属于本发明技术方案保护的范围。

现有技术中，如上所述，微型燃气轮机的性能优化主要通过对燃气轮机实 体部件进行实验来获取优化数据，进而对微型燃气轮机实体部件进行调整，然 而，对微型燃气轮机实体部件进行实验来调整微型燃气轮机整体性能，不但实 验周期长，实验成本也高，还可能存在实验安全问题。

基于此，本发明实施例提供了一种燃气轮机的仿真方法，该方法可以先获 取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数，其中各部件为预先设置的用于 仿真燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件模型内设置有用于该部件模 型实现其特征运算的特性参数，并将获取的输入参数分别输入对应的各部件模 型，以结合对应的各模型中特性参数进行运算，获得燃气轮机的运行过程的第 一仿真结果，进而可以判断获得的仿真结果与预期的结果是匹配，如果匹配， 则可以确定各部件模型的特性参数为对应部件中的实际参数，进而可以使用该 实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转，减少对燃气轮机实物实验的周期， 降低实验成本，并提升试验的安全性。

请参考图1，为本发明实施例提供的一种燃气轮机的仿真方法，包括：

步骤101：获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数。

其中，各部件模型为预先设置的用于仿真燃气轮机对应部件的运行过程的 模型，各部件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数。

本发明实施例中的燃气轮机可以是微型燃气轮机也可以是其他类型的燃 气轮机，也可以是单轴燃气轮机和多轴燃气轮机，在此以单轴燃气轮机为例。

在具体的实践过程中，如图2所示，燃气轮机系统包括压气机、涡轮、转 子、燃烧室、回热器、负载、溴冷机等多个部件，本发明实施例中搭建燃气轮 机的模型主要是按照燃气轮机中气流的方向从前到后逐个部件进行搭建，最后 将各个部件模型间相关参数连接起来，最终形成一个燃气轮机整机的模型，即 分别为压气机、涡轮、转子、燃烧室、回热器这五个主要部件搭建压气机模型、 涡轮模型、转子模型、燃烧室模型、回热室模型，并将这五个模型间相关参数 连接起来。

其中，这五个仿真模型中还设置有用于实现特征运算的特性参数，例如， 压气机模型中设置有实现压气机模型特征运算的压气机的流量-转速-压比插值 表、效率-转速-流量插值表等，涡轮模型中设置有实现特征运算的流量-转速- 落压比插值表、效率-转速-燃气流量插值表等。

在本发明实施例中，可以采用MATLAB、Simulink或者其他可以用于仿真 的软件进行仿真建模，本发明实施例中以基于Simulink对燃气轮机的各个部件 进行仿真建模为例进行具体说明。

在本发明实施例中，获取的针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数有 多个，可以包括设定从外界输入的参数，还包括从某一模型输出后又输入该模 型之外的其他模型的参数。

步骤102：将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的 各部件模型中的特性参数进行运算，获得燃气轮机的运行过程的第一仿真结果。

在本发明实施例中，在获取输入参数后，可以将获取的输入参数分别输入 与输入参数对应的燃气轮机的部件模型中，获得输入参数的部件模型可以根据 部件中设置的特性参数对输入参数进行特征运算，进而可以得到仿真燃气轮机 运行过程的第一仿真结果，该仿真结果可以包括燃气轮机整机模型的输出参数， 如燃气轮机的效率、燃汽轮机的转速等。

步骤103：确定第一仿真结果与预期的结果是否匹配。

在本发明实施例中，获得的仿真结果是燃气轮机各部件模型结合燃气轮机 部件的实际特性参数进行特征运算得到的，所以获得的仿真结果可以真实反映 实际的燃气轮机整机或者各个部件的运转状态，进而，可以将获得的仿真结果 与实际的燃气轮机预期所要到达的运转结果，即预期的结果进行比较，以确定 实际的燃气轮机的运转情况。

当确定出第一仿真结果与预期的结果相匹配时，执行步骤104，当确定出 第一仿真结果与预期的结果不匹配时，则执行步骤105。

步骤104：确定各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数， 以便使用该实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转。

在本发明实施例中，当获得的第一仿真结果与预期的结果匹配时，则可以 确定各部件模型的特性参数为各部件模型对应的部件的实际特性参数，进而可 以直接使用实际的特性参数控制燃气轮机对应的部件运转，相较于对燃气轮机 实物进行实验来获得控制燃气轮机运转的各部件的特性参数而言，减少了对燃 气轮机实物实验的周期，且降低了实验成本。

步骤105：更改设定部件模型中的特性参数，并结合所述设定部件模型对 应的输入参数与更改后的特征参数，重新进行运算，获得燃气轮机的运行过程 的第二仿真结果。

在本发明实施例中，当获得的第一仿真结果与预期的结果不匹配时，可以 更改设定部件模型中的特性参数，进而可以将更改后的特性参数与设定部件模 型对应的输入参数相结合，重新进行特征运算，获得仿真燃气轮机的运行过程 的第二仿真结果。

进而，可以将获得的第二仿真结果与燃气轮机预期的结果进行比较，确定 第二仿真结果是否与预期的结果匹配，如果匹配，则确定更改后的特性参数为 该特性参数对应燃气轮机部件的实际特性参数，如果不匹配，则继续更改设定 部件模型中的特性参数，直至得到的仿真结果与预期的结果相匹配，所以相较 于实物实验中，需要对燃气轮机的各部件结构进行修改后再按进行实物实验而 言，使用燃气轮机仿真模型进行模拟仿真试验的实验周期更短，成本更低，安 全性也更高。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，设定部件模型可以是燃气 轮机部件中压气机部件对应的压气机模型，即可以更改压气机模型的特性参数， 其中，压气机模型的特性参数包括压气机质量流量-转速-压比插值表、效率- 转速-流量插值表、空气的温度-焓插值表、空气的温度-熵插值表、空气的熵- 温度插值表、空气的焓-温度插值表等。

所以，更改压气机模型的特性参数可以是更改压气机模型的流量-转速-压 比插值表，即更改压气机出口流量与压气机转速、压气机压比的对应关系，以 及更改压气机模型的效率-转速-流量插值表，即更改压气机压缩效率与压气机 转速、压气机出口流量的对应关系，进而可以结合压气机模型对应的输入参数 与更改后的压气机模型的特性参数，重新进行特征运算，得到燃气轮机运转过 程的第二仿真结果。

其中，压气机模型对应的输入参数包括压气机出口空气压力P_cout、压气机 进口空气压力P_cin、压气机进口空气温度T_cin以及压气机转速n。

在本发明实施例中，如图3所示，压气机模型包括特性计算模块和热力计 算模块两个运算模块，压气机模型进行运算时，可以先将压气机模型对应的输 入参数输入特性计算模块进行特性运算，可以基于公式(1)和公式(2)，利 用压气机流量-转速-压比插值表和效率-转速-流量插值表，求得压气机模型的 出口流量(图3中的G_cin)、压气机的绝热压缩效率值(图3中的EFC)以及 压气机压比(图3中的Pi)：

其中，G_c为不考虑热效应时的压气机出口空气流量，η_c为压气机的绝热压 缩效率值，为压气机压比，为换算转速。

进而，再将经压气机模型中特性计算模块运算得到的参数输入压气机模型 的热力计算模块进行运算。

在本发明实施例中，压气机模型中热力计算模块的计算过程主要采用变比 热法进行计算，具体计算过程包括：

S11：采用比熵函数法，根据压气机进口空气温度T_cin、压气机进口空气压 力P_cin和压气机出口空气压力P_cout，得出压气机进口的比熵与压气机进口的焓值， 根据进口比熵和空气的熵-温度插值表，得出压气机等熵压缩的出口温度。

S12：根据S11得出压气机等熵压缩的出口温度，根据空气的温度-焓插值 表得到压气机等熵压缩出口的比焓值；

S13：将S11得到的压气机等熵压缩出口的比焓值减去压气机进口的比焓 值，得到压气机等熵压缩的比焓增；

S14：将S13得到的等熵压缩的比焓增除以压气机压缩效率得到压气机实 际压缩过程的比焓增；

S15：将S14计算的比焓增加上压气机进口的比焓值，得到压气机实际压 缩过程出口的比焓值，根据实际出口比焓值和空气的焓-温度插值表，得到实 际压气机出口温度；

S16：将S15计算的压气机实际压缩过程出口的比焓值乘以压气机质量流 量，得到压气机所需的功率，其中，压气机所需的功率即为压气机的消耗功率 N_c。

在本发明实施例中，为了方便查看燃气轮机中的各部件对应模型的仿真子 结果，燃气轮机各部件对应的模型中都设置有输出子接口，用于输出各部件模 型对应的仿真子结果，进而可以通过输出子接口查看各部件对应模型的仿真子 结果，方便对各部件模型的运行状态进行观察。所以，压气机模型中设置有用 于输出压气机模型仿真子结果的输出子接口，其中，压气机模型的输出子接口 输出的仿真子结果包括压气机出口空气流量G_cout、压气机出口空气温度T_cout以及压气机消耗功率N_c，并可以通过如图3中设置的Display-Display8查看压 气机模型的仿真子结果。

另一种可选的实施方式，在本发明实施例中，设定部件模型还可以是燃气 轮机部件中涡轮部件对应的涡轮模型，即还可以更改涡轮模型的特性参数，其 中，涡轮模型的特性参数包括涡轮燃气流量-转速-落压比插值表、效率-转速- 燃气流量插值表、燃气的温度-焓插值表、燃气的温度-熵插值表、燃气的熵- 温度插值表、燃气的焓-温度插值表等。

所以，更改涡轮模型的特性参数，可以是更改涡轮燃气流量-转速-落压比 插值表，即更改涡轮出口流量与涡轮转速、涡轮压比的对应关系，以及更改涡 轮模型的效率-转速-燃气流量插值表，即更改涡轮压缩效率与涡轮转速、涡轮 出口流量的对应关系，进而可以结合涡轮模型对应的输入参数与更改后的涡轮 模型的特性参数，重新进行特征运算，得到燃气轮机运转过程的第二仿真结果。

其中，涡轮模型对用的输入参数包括涡轮出口燃气压力P_tout，涡轮入口燃 气压力P_tin，涡轮入口燃气温度T_tin，油气比f以及涡轮转速n。

在本发明实施例中，如图4所示，涡轮模型也包括特性计算模块和热力计 算模块两个运算模块。当涡轮模型进行运算时，可以先将涡轮模型对应的输入 参数中的涡轮出口燃气压力P_tout、涡轮入口燃气压力P_tin、涡轮入口燃气温度 T_tin以及涡轮转速n输入涡轮模型的特性计算模块进行特性计算，即基于公式 (3)和公式(4)进行特性计算。

其中，为涡轮折合流量，为涡轮折合转速，η_T表示涡轮效率， π_T为涡轮膨胀比(涡轮落压比)。

进一步的，通过特性计算模块的特性计算后，可以得到涡轮落压比π_T、涡 轮效率η_T以及涡轮入口燃气流量G_tin，进而将特性计算后得到这三个参数，以 及涡轮模型对应输入参数中的油气比f输入涡轮模型的热力计算模块中进行热 力计算，得到涡轮输出功率N_t，涡轮出口温度T_tout以及涡轮出口燃气流量G_tout。

涡轮机热力计算的过程包括：

S21：根据涡轮进口燃气的温度T_tin以及涡轮模型中的其他特性参数来结合 公式(5)和公式(6)来计算进口燃气的焓值以及对数压比：

h_gin＝f(T_tin) 公式(5)

lnπ_in＝f(T_tin) 公式(6)

其中，lnπ_in和lnπ_out表示涡轮进出口比熵函数(针对1kg工质)。

S22：根据涡轮进口燃气膨胀比，结合公式(7)来确定涡轮出口的对数膨 胀比：

lnπ_out＝lnπ_in-R_glnπ_T 公式(7)

其中，R_g表示燃气的气体常数，为摩尔气体常数R^*与燃气的摩尔质量Mg 的比值。

S23：根据公式(8)确定涡轮中燃气等熵绝热膨胀后燃气的焓值h_out：

h_out＝f(lnπ_out) 公式(8)

S24：根据涡轮的效率η_T以及公式(9)，确定涡轮出口燃气的实际焓值h_outs：

h_out＝h_in-(h_in-h_outs)η_T 公式(9)

S25：通过燃气热力性质关系，结合公式(10)确定涡轮出口燃气的温度 T_tout：

T_tout＝f(h_out) 公式(10)

S26：最后结合公式(11)计算出涡轮实际的输出功率N_t：

N_t＝G_tin(h_in-h_out) 公式(11)

在本发明实施例中，为了方便查看涡轮模型的运行状态，涡轮模型中设置 有用于输出涡轮模型仿真子结果的输出子接口，其中涡轮模型的输出子接口输 出的仿真子结果包括涡轮入口燃气流量G_tin、涡轮出口燃气流量G_tout，涡轮出 口燃气温度T_tout以及涡轮输出功N_t。

在本发明实施例中，除设定部件模型外，燃气轮机的部件模型中还包括燃 烧室部件对应的燃烧室模型，参见图5，燃烧室模型对应的输入参数包括燃烧 室出口燃气流量G_bout、燃烧室入口压缩空气流量G_bin、燃烧室入口压缩空气温 度T_in、燃料流量G_f，为方便查看燃烧室模型的运行情况，燃烧室模型中也设 置有输出子接口，用于输出燃烧室模型的仿真子结果，燃烧室模型输出的仿真 子结果包括燃烧室进口压缩空气压力P_bin、燃烧室出口燃气压力P_bout、燃烧室 出口燃气温度T_bout、油气比f。

具体的，燃烧室模型内部结构可以依据不同的功能分为四个计算区域，参 见图6，通过这四个计算区获得燃烧室模型的仿真子结果，这四个计算模块分 别是油气比计算模块、燃烧室出口燃气压力计算模块、燃烧室入口空气压力计 算模块、燃烧室出口燃气温度计算模块。燃烧室出口燃气压力计算模块用于实 现公式(12)的计算过程，以获得燃烧室出口燃气压力P_bout这一仿真子结果， 燃烧室入口空气压力计算模块用于实现公式(13)的计算过程，以获得燃烧室 入口空气压力P_bin这一仿真子结果，燃烧室出口燃气温度计算模块用于实现公 式(14)的计算过程，以获得燃烧室出口燃气温度T_bout。

P_bout＝(1-K_b)P_inP_bout＝(1-k)P_bin 公式(14)

其中，V为燃烧室的容积，η_B为燃烧室的燃烧效率，G_gout—燃烧室出口的 燃气流量，G_gin为燃烧室进口的燃气流量，G_f为进入燃烧室的燃料流量，h_fin为 进入燃烧室的燃料的比焓值，h_ain为燃烧室入口空气的比焓值，h_gout为燃烧室出 口燃气的比焓值，H_u为燃料燃烧的热值，C_pg为燃烧室内燃气的等压比热容，k为 燃气的比热比，P_bout为燃烧室出口燃气压力，P_bin为燃烧室进口压缩空气压力， K_b为燃烧室压力损失系数。

在本发明实施例中，燃气轮机的部件模型中还包括转子模型，参见图7，该转 子模型中可以利用压气机及其负载功率平衡原则求解转子的转速，即通过公式 (15)得到转速n。

其中，更改特性参数的部件模型。为转子转动惯量的倒数，N_l为压气机 与负载的总消耗功率。

在本发明实施例中，燃气轮机部件模型中还包括回热器部件对应的回热器 模型，参见图8，回热器模型对应的输入参数包括回热器入口压缩空气温度T_ain， 回热器出口压缩空气压力P_aout，回热器入口燃气温度T_gin、回热器出口燃气压 力P_gout、回热器入口压缩空气流量G_ain、回热器入口燃气流量G_gin、油气比f， 为方便查看回热器模型的运行情况，回热器模型中也设置有输出子接口，用于 输出回热器模型的仿真子结果，回热器模型输出的仿真子结果包括回热器出口 压缩空气温度T_aout、回热器入口压缩空气压力P_ain、回热器入口燃气压力P_gin、 回热器出口燃气温度T_gout。

具体的，为提高仿真运算的速度和稳定性，回热器模型进行特征运算时， 可以利用能量守恒(理想情况下)，即燃气通过回热器后放出的出热量等于空 气通过回热器后吸收的热量，进而可以根据回热器模型中设置的特性参数如油 气比-温度-燃气焓值插值表、空气的温度-焓值插值表、空气的焓值-温度插值 表、燃气焓值-油气比-燃气温度插值表等，结合公式(16)、公式(17)和公式 (18)即可得到回热器模型的仿真子结果。

Q_g＝Q_a 公式(16)

Q_g＝G_gin(h_in-h_out) 公式(17)

h＝F(f,T) 公式(18)

其中，Qa为涡轮出口燃气经过回热器后释放的热量，Qg为压缩空气经过 回热器后吸收的热量，G_gin为回热器入口燃气流量，h_in为回热器入口燃气的焓 值，h_out为回热器出口燃气的焓值，f为油气比，T为燃气温度，h为当前温度 和油气比条件下的燃气焓值。

所以，通过上述方法，在获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数 后，将获取的输入参数分别输入对应的燃气轮机部件模型中，以结合设置各部 件模型中的特性参数进行运算，从而获得燃料轮机运行过程的第一仿真结果， 进而可以将该第一仿真结果与预期的燃气轮机运行结果进行比较，判断两者是 否匹配，如果第一仿真结果与预期的结果匹配，则可以确定仿真用的燃气轮机 各部件的特性参数为可以应用于燃气轮机各部件实物的实际特性参数，可以使 用该实际特性参数来控制燃气轮机对应的部件运转；如果第一仿真结果与预期 的结果不匹配，则需要对仿真用的燃气轮机设定部件对应模型中设置的特性参 数进行更改，再用更改后的特性参数进行仿真试验，直到得到的仿真结果与预期的结果相匹配，即直到获得可以用于控制燃气轮机对应的部件运转的实际特 性参数，进而减少了实验周期和实验成本，并提升了实验的安全性。

基于同一发明构思，本发明实施例中提供了一种燃气轮机的仿真装置，该 装置的燃气轮机的仿真方法的具体实施可参见上述方法实施例部分的描述，重 复之处不再赘述，如图9所示，该装置包括：

获取模块90，用于获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部 件模型为预先设置的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部 件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数；

运算模块91，用于将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合 对应的各模型中特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真 结果；

确定模块92，用于确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若是，则确 定各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特 性参数控制燃气轮机对应的部件运转。

可选的，所述确定模块92还用于，若确定所述仿真结果与预期的结果不 匹配，则执行以下操作，直到获得的第二仿真结果与预期的结果匹配：

更改设定部件模型中的特性参数；

结合所述设定部件模型对应的输入参数与更改后的特性参数，重新进行运 算，获得所述燃气轮机的运行过程的第二仿真结果。

可选的，所述装置还包括更改模块93，所述更改模块93用于：

所述设定部件模型为所述燃气轮机的压气机部件对应的压气机模型，所述 更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改压气机出口流量与压气机转速、压气机压比的对应关系；以及

更改压气机压缩效率与压气机转速、压气机出口流量的对应关系。

可选的，所述压气机模型还设置用于进行压气机热力计算的特性参数，该 特性参数为预先按照变比热算法进行设置的。

可选的，所述压气机模型对应的输入参数包括：压气机出口空气压力、压 气机入口空气压力、压气机入口空气温度以及压气机转速；

所述压气机模型包括输出子接口，用于输出压气机模型对应的仿真子结果， 该仿真子结果包括以下一个或多个：压气机出口空气流量、压气机出口空气温 度以及压气机消耗功率。

可选的，所述设定部件模型为所述燃气轮机的涡轮部件对应的涡轮模型， 所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改涡轮出口流量与涡轮转速、涡轮压比的对应关系；以及

更改涡轮压缩效率与涡轮转速、涡轮出口流量的对应关系。

可选的，所述涡轮模型对应的输入参数包括:涡轮出口燃气压力、涡轮入 口燃气压力、涡轮入口燃气温度、油气比以及涡轮转速；

所述涡轮模型包括输出子接口，用于输出涡轮模型对应的仿真子结果，该 仿真子结果包括以下一个或多个：涡轮入口燃气流量、涡轮出口燃气流量、涡 轮出口燃气温度以及涡轮输出功率。

可选的，所述燃气轮机的部件模型中包括与燃烧室部件对应的燃烧室模型； 所述燃烧室模型的输入参数包括：燃烧室出口燃气流量、燃烧室入口压缩空气 流量、燃烧室入口压缩空气温度、燃料流量；

所述燃烧室模型包括输出子接口，用于输出与所述燃烧室模型对应的仿真 子结果；

该仿真子结果包括以下一个或多个：燃烧室入口压缩空气压力、燃烧室出 口燃气压力、燃烧室出口燃气温度、油气比。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与转子部件对应的转子模型；

所述转子模型包括输出子接口，用于输出与所述转子子模型对应的仿真子 结果，所述仿真子结果至少包括转子转速。

可选的，所述燃气轮机的部件模型还包括与回热器部件对应的回热器模型； 所述回热器模型的输入参数包括：回热器入口压缩空气温度、回热器出口压缩 空气压力、回热器入口燃气温度、回热器出口燃气压力、回热器入口压缩空气 流量、回热器入口燃气流量、油气比；

所述回热器模型包括输出子接口，用于输出与所述回热器模型对应的仿真 子结果，所述仿真子结果包括以下一个或多个：回热器出口压缩空气温度、回 热器入口压缩空气压力、回热器入口燃气压力、回热器出口燃气温度。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种燃气轮机的仿真装置， 如图10所示，包括至少一个处理器100、以及至少一个存储器101，其中，所 述存储器101存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器100执行时，使得 所述处理器101执行本发明实施例中提供的燃气轮机的仿真方法的步骤。

基于同一发明构思，本发明实施例中提供了一种计算机可读存储介质，所 述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行 时，使得计算机执行如上所述的一种燃气轮机的仿真方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和 光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入 式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一 个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中 的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种燃气轮机的仿真方法，其特征在于，包括：

获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部件模型为预先设置的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数；

将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的各部件模型中的特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真结果；

确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若匹配，则确定各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若确定所述仿真结果与预期的结果不匹配，则执行以下操作，直到获得的第二仿真结果与预期的结果匹配：

更改设定部件模型中的特性参数；

结合所述设定部件模型对应的输入参数与更改后的特性参数，重新进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第二仿真结果。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定部件模型为所述燃气轮机的压气机部件对应的压气机模型，所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改压气机出口流量与压气机转速、压气机压比的对应关系；以及

更改压气机压缩效率与压气机转速、压气机出口流量的对应关系。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压气机模型还设置用于进行压气机热力计算的特性参数，该特性参数为预先按照变比热算法进行设置的。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述压气机模型对应的输入参数包括：压气机出口空气压力、压气机入口空气压力、压气机入口空气温度以及压气机转速；

所述压气机模型包括输出子接口，用于输出压气机模型对应的仿真子结果，该仿真子结果包括以下一个或多个：压气机出口空气流量、压气机出口空气温度以及压气机消耗功率。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定部件模型为所述燃气轮机的涡轮部件对应的涡轮模型，所述更改设定部件模型中的特性参数，具体为：

更改涡轮出口流量与涡轮转速、涡轮压比的对应关系；以及

更改涡轮压缩效率与涡轮转速、涡轮出口流量的对应关系。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述涡轮模型对应的输入参数包括:涡轮出口燃气压力、涡轮入口燃气压力、涡轮入口燃气温度、油气比以及涡轮转速；

所述涡轮模型包括输出子接口，用于输出涡轮模型对应的仿真子结果，该仿真子结果包括以下一个或多个：涡轮入口燃气流量、涡轮出口燃气流量、涡轮出口燃气温度以及涡轮输出功率。

8.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机的部件模型中包括与燃烧室部件对应的燃烧室模型；所述燃烧室模型的输入参数包括：燃烧室出口燃气流量、燃烧室入口压缩空气流量、燃烧室入口压缩空气温度、燃料流量；

所述燃烧室模型包括输出子接口，用于输出与所述燃烧室模型对应的仿真子结果，该仿真子结果包括以下一个或多个：燃烧室入口压缩空气压力、燃烧室出口燃气压力、燃烧室出口燃气温度、油气比。

9.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机的部件模型还包括与转子部件对应的转子模型；

所述转子模型包括输出子接口，用于输出与所述转子子模型对应的仿真子结果，所述仿真子结果至少包括转子转速。

10.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机的部件模型还包括与回热器部件对应的回热器模型；所述回热器模型的输入参数包括：回热器入口压缩空气温度、回热器出口压缩空气压力、回热器入口燃气温度、回热器出口燃气压力、回热器入口压缩空气流量、回热器入口燃气流量、油气比；

所述回热器模型包括输出子接口，用于输出与所述回热器模型对应的仿真子结果，所述仿真子结果包括以下一个或多个：回热器出口压缩空气温度、回热器入口压缩空气压力、回热器入口燃气压力、回热器出口燃气温度。

11.一种燃气轮机的仿真装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取针对燃气轮机的各部件模型设置的输入参数；各部件模型为预先设置的用于仿真所述燃气轮机对应部件的运行过程的模型，各部件模型内设置有用于该部件模型实现其特征运算的特性参数；

运算模块，用于将获取的输入参数分别输入对应的各部件模型，以结合对应的各模型中特性参数进行运算，获得所述燃气轮机的运行过程的第一仿真结果；

确定模块，用于确定所述仿真结果与预期的结果是否匹配，若是，则确定各部件模型的特性参数为其对应部件中的实际特性参数，以便使用该实际特性参数控制燃气轮机对应的部件运转。

12.一种燃气轮机的仿真装置，其特征在于，包括至少一个处理器、以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-10中任一项所述方法的步骤。

13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-10中任一项所述方法的步骤。