(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210868380.5 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 东南大学溧阳研究院 地址 213300 江苏省常州市溧阳市昆仑街 道泓口路218号A幢428室 申请人 苏州清动碳 零信息科技有限公司 (72)发明人 孙立　李实　薛亚丽　周吉　 钱俊良　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王慧 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多领域组件建模的重型燃气轮机 建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多领域组件建模的 重型燃气轮机建模 方法， 包括步骤如下： S1， 确定 接口模块的参数； S2， 建立重型燃气轮机数字孪 生系统所需静态模型， 包括： 进口模块、 出口模 块、 压气机模块、 透平模块、 发电机模块； S3， 根据 质量守恒定律、 能量守恒定律和热力学定律将重 型燃气轮机动态惯性集总到部件中， 并建立重型 燃气轮机数字孪生系统所需动态模型； S4， 基于 仿真平台搭建重型燃气轮机数字孪生系统； S5， 通过阶跃响应分析重型燃气轮机动态特性； S6， 通过额定工况和实际运行数据， 校正重型燃气轮 机模型的静态和动态精度。 本发 明的模型运行效 率高， 降低了实机实验的成本和时间， 为重型燃 气轮机控制系统分析提供了模型基础。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 115169048 A 2022.10.11 CN 115169048 A 1.一种基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： S1， 将气体工质视为理想混合气体， 确定 接口模块的参数； S2， 建立重型燃气轮机数字孪生系统所需静态模型， 包括： 进口模块、 出口模块、 压气机 模块、 透平模块、 发电机模块； S3， 根据质量守恒定律、 能量守恒定律和热力学定律将重型燃气轮机动态惯性集总到 部件中， 并建立重型燃气轮机数字孪生系统所需动态模型， 其中， 将容积惯性集总到燃烧室 模块； 将热惯性 集总到管道模块； 将转动惯性 集总到转轴模块； S4， 基于仿真平台搭建重型燃气轮机数字 孪生系统； S5， 通过阶跃响应分析重型燃气轮机动态特性的正确性； S6， 通过额定 工况和实际运行 数据， 校正重型燃气轮机模型的静态和动态 精度。 2.根据权利要求1所述的基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 不同模块间的参数传递通过接口模块进 行， 接口模块的参数包括： 气 体质量 流量、 压力P、 温度T及组分X， 则理想混合气体的热力参数焓h、 熵s的函数关系如下： 根据各部件 模块中温度T计算变热容Cp： Cp＝0.103409‑0.284887‑3T+0.7816818‑6T2‑0.4970786‑9T3+0.1077024‑12T4。 3.根据权利要求1所述的基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特征在于， 所述步骤S 2中， 压气机模块中,选定以压气机折合转速 Nc和压比πc为变量来表示压气机折合 流量Gc和压气机等熵效率 ηc的函数关系， 通过二维表插值法拟合的压气机特性曲线图： 透平模块中,通过透平折合转速NT和膨胀比πT来计算透平折合流量GT和透平等熵效率 ηT： 发电机模块中， 发电机作为重型燃机的功率输出部件， 其转轴与透平相联接， 其功率输 出如下： PE＝ π·Γ·ωe 式中， ωe为转轴转速， Γ为发电机转轴扭矩。 4.根据权利要求1所述的基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特征在于， 所述步骤S 3中， 将系统的容积动态集总到燃烧室模块中， 根据反应方程式、 质量和能量守恒 定律， 建立燃烧室的集总参数动态模型； 质量平衡表达式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169048 A 2式中， M为气体质量， kg； t为时间， s； ωair为空气流量， kg/s； ωfuel为燃料流量， kg/s； ωout为排气流量， kg/s； 能量平衡表达式如下： 式中， E为气体能量， kJ； hair、 hfuel、 hout分别为进口空气、 燃气和出口排气的比焓， kJ/kg； η为燃烧效率； LHV为燃料的低位发热量， kJ/kg； δ 为金属壁传热系数， kJ/m2/℃； S为金属壁 面积， m2； To为排气温度， ℃； Tw为金属壁温， ℃； 其中， R为关于气体组分的气体常数； 管道模块中， 通过集中质量处理的方法， 根据气体动量平衡、 能量平衡、 质量平衡方程 来建立燃 机流道金属温度的热惯性 一阶微分方程， 各平衡表达式如下: 动量平衡表达式： 其中， L为管道长度， A为等效截面积， w为质量流量， Pout为管道出口压力， Pin为管道进口 压力， ΔP为摩擦压降； 能量平衡表达式： 其中， ρ 为气体密度， cv为气体定容比热容,Δ h为焓变， q为传热量； 质量平衡表达式： 其中， X为气体组分， M为管道内气体总质量； 转子模块中， 以一阶微分方程形式将压气机、 透平、 发电机的功率串联起 来： 式中， ω为角速度； t为时间； J为转动惯量； Pt、 Pc、 PE、 Pf分别为透平输出功率、 压气机耗 功率、 发电机负载功率以及机 械损失消耗功率。 5.根据权利要求1所述的基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 将空气进气组件连接压气 机模块、 燃气进气组件连接燃烧室模块， 接口模块 嵌入关键模块中作为进、 出 口模块， 各组件间通过接口模块定义的气体属 性作为传递量进 行串联。 6.根据权利要求1所述的基于多领域组件建模的重型燃气轮机建模方法， 其特征在于， 所述步骤S 5中， 分别对燃料量、 压气 机进口空气质量流量进 行10％的阶跃扰动， 分析各输出 量的动态变化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169048 A 3