俞哲鋒

（浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321000）

燃?xì)廨啓C(jī)具有功率密度高、啟動(dòng)快、污染小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前，許多研究者使用熱力學(xué)性能仿真模型模擬典型的燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)饣芈饭收?，并在相?yīng)的故障判據(jù)下獲得可測(cè)量的參數(shù)變化。然而，對(duì)于具有不同氣路結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)使用相同的故障標(biāo)準(zhǔn)，模擬的氣路參數(shù)變化特性沒(méi)有廣泛的適用性。本文以燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)垢性能退化模型為例，通過(guò)數(shù)值模擬獲得了性能退化后燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，從而合理地分析了燃?xì)廨啓C(jī)部件性能退化對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響。

1 燃?xì)廨啓C(jī)性能下降的原因及機(jī)理分析

使用燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)的環(huán)境條件是不同的。大氣溫度、大氣壓力、鹽霧和空氣質(zhì)量對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的可靠運(yùn)行、使用壽命、經(jīng)濟(jì)效益和性能有著重要影響。大量的研究表明，燃?xì)廨啓C(jī)性能下降的主要影響因素是空氣的純度。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣質(zhì)量對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的性能有很大的影響?？諝庵械幕覊m、無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)顆粒容易腐蝕和污染壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片。實(shí)驗(yàn)表明，直徑為20微米的顆粒會(huì)對(duì)葉片造成嚴(yán)重的腐蝕，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)的性能。另外，空氣中的雜質(zhì)、工業(yè)廢氣以及潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的油氣也會(huì)引起壓縮機(jī)葉片結(jié)垢，從而導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)輪橫截面積的變化。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，上述原因?qū)p少壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量，從而導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組效率降低。

2 某型燃?xì)廨啓C(jī)熱力學(xué)模型的構(gòu)建

高精度熱力模型的是研究燃?xì)廨啓C(jī)固定和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。本文的燃?xì)廨啓C(jī)熱力仿真方案旨在建立一個(gè)特定的燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型（如圖1）。

圖1 GSP下建立的燃?xì)廨啓C(jī)模型

該模型使用單元1和7來(lái)控制燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行能力，而單元3用于負(fù)載控制，此外，由于以下原因，模塊11被添加到模型中 低壓渦輪和電動(dòng)渦輪之間的過(guò)渡期和壓降，與此同時(shí)，該燃?xì)鉁u輪的排氣管也很復(fù)雜，高低壓壓縮機(jī)釋放渦輪 冷卻空氣，從而在模型中指定模塊2。該模型的一些參數(shù)是：總?cè)肟趬毫Φ幕謴?fù)系數(shù)為0.98，低壓縮機(jī)空氣冷卻系數(shù)為0.000562。低壓壓縮機(jī)的機(jī)械效率壓力為0.9975，高壓壓縮機(jī)的冷卻空氣比為0.19748，渦輪機(jī)的機(jī)械效率為0.9975。重油的熱值為12,700kJ/kg，相當(dāng)于高壓水輪機(jī)的回水系數(shù)為0.2，高壓水輪機(jī)的機(jī)械效率為09975。電力渦輪機(jī)返回設(shè)備：0.3；渦輪在能量下的機(jī)械效率：0.095；排氣裝置的總壓力恢復(fù)系數(shù)為0.97。

為了保證模型的準(zhǔn)確性，GSP相應(yīng)地處理了燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)引氣和渦輪冷卻。表1顯示了壓縮機(jī)模塊中引氣的相關(guān)參數(shù)。引氣識(shí)別號(hào)1和2對(duì)應(yīng)于低壓壓縮機(jī)，引氣識(shí)別號(hào)3至6對(duì)應(yīng)于高壓壓縮機(jī)。對(duì)于三個(gè)渦輪的冷卻狀況，此處僅介紹高壓增壓渦輪的冷卻參數(shù)設(shè)置(見(jiàn)表2)。為了確保模型的準(zhǔn)確性，GSP分別處理燃?xì)廨啓C(jī)排氣和渦輪冷卻，表1顯示了壓縮機(jī)單元的排氣參數(shù)。所選的空氣識(shí)別號(hào)1和2對(duì)應(yīng)于低壓壓縮機(jī)，A的所選空氣識(shí)別號(hào)為3-6，對(duì)應(yīng)于高壓壓縮機(jī)。要冷卻三個(gè)渦輪機(jī)時(shí)，每個(gè)渦輪機(jī)的情況類似，因此，此處只列出了高壓渦輪機(jī)的冷卻參數(shù)（請(qǐng)參見(jiàn)下表2）。

表1 壓力機(jī)引氣的參數(shù)設(shè)置

表2 高壓增壓渦輪的參數(shù)設(shè)置

高精度熱力學(xué)模型的構(gòu)建還需要知道燃?xì)廨啓C(jī)不同部件的精確特性值，對(duì)于壓縮機(jī)而言，特性曲線存在一個(gè)共同的問(wèn)題，當(dāng)燃?xì)饬髁枯^高時(shí)，它的一般特性曲線會(huì)變得突然陡峭。低速氣流的微小變化也會(huì)引起較大的壓力變化，傳統(tǒng)方法很容易引起較大的誤差，因此，引入Beta輔助線可以有效地解決這些問(wèn)題。換句話說(shuō)，給定的工作點(diǎn)取決于壓縮機(jī)的特性曲線，以速度相對(duì)較低，和輔助β曲線作為自變量，確定壓縮機(jī)特性曲線上的工作點(diǎn)。然后壓力系數(shù)的隨之確定，隨后是減少流量和等熵效率得以確定。壓縮機(jī)特性圖表示如下:

式中，θ=T0/288.14；δ=P0/101.326；

3 計(jì)算結(jié)果與討論

3．1 幾種不同的計(jì)算條件

燃?xì)廨啓C(jī)元件的幾何形狀也會(huì)隨著其性能的下降而變化，由于具有特定幾何尺寸的零件決定了零件的相應(yīng)特性，因此，幾何變化也會(huì)改變零件的特性。在上述燃?xì)廨啓C(jī)模型中，將性能惡化因素引入每個(gè)組件的特性中，安裝了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行性能惡化的模型，本研究以燃?xì)廨啓C(jī)為例航海（300k，10130Pa）在計(jì)算條件下（0.35～1.0）運(yùn)行，分析并計(jì)算了兩種情況：降低壓力只會(huì)降低壓縮機(jī)的效率。低壓壓縮機(jī)的流量同時(shí)減少。低壓壓氣機(jī)降低了6%，直到熵效率降低了3%；只有渦輪機(jī)效率降低了；高壓和低壓渦輪機(jī)的流量卻降低了4%。

3．2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算條件，計(jì)算元件性能的降低對(duì)圓盤轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的影響。對(duì)于船用燃?xì)廨啓C(jī)，用戶更加關(guān)注其出口容量和燃料消耗，這直接影響了船舶的機(jī)動(dòng)性和耐用性。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)不同部件的運(yùn)行性能下降時(shí)，低效的壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的運(yùn)行方式會(huì)有所不同。燃?xì)廨啓C(jī)和燃油消耗壓縮機(jī)性能下降對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率的影響是顯而易見(jiàn)的。將所有工況綜合起來(lái)，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低在5～7點(diǎn)。

3．3 仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

燃?xì)廨啓C(jī)性能的下降可分為三大類：回收性能下降，性能下降，清洗性能無(wú)法恢復(fù)并持續(xù)下降。長(zhǎng)期以來(lái)，海洋氣體一直在海洋環(huán)境中使用。惡劣的海洋環(huán)境，尤其是空氣中的鹽霧會(huì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。某類型的燃?xì)廨啓C(jī)（主要是壓縮機(jī)）的泄漏通道效率由于污染等原因而降低，這是性能下降的一種形式，通過(guò)清洗可以恢復(fù)。用水洗滌后，燃?xì)廨啓C(jī)的性能基本上是正常的。

4 結(jié)語(yǔ)

影響燃?xì)廨啓C(jī)有效使用的最重要因素之一是效率的下降，研究降低燃?xì)廨啓C(jī)效率的機(jī)制對(duì)于確保其高效安全運(yùn)行至關(guān)重要。本文使用模擬和模擬以及實(shí)驗(yàn)方法，研究重點(diǎn)是船用燃?xì)廨啓C(jī)，并研究了在性能降低的情況下修改性能參數(shù)的規(guī)律。結(jié)果表明，在部件性能下降的情況下，壓縮機(jī)性能的下降對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的功率產(chǎn)生了重大影響。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行性能的下降大大增加了燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗，提高了燃?xì)廨啓C(jī)的效率。此外，對(duì)于運(yùn)行在海洋環(huán)境中的燃?xì)廨啓C(jī)，水清洗是有效的。