基于simuworks的主汽轮机建模与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

舰船汽轮机是舰船蒸汽动力设备中对能量进行转换的核心设备，是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械^[1]。其工作过程十分复杂，主要包括，转动部分：由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器等组成；固定部分：由喷嘴时汽缸隔板、静叶片、汽封等组成；控制部分：由调节系统、保护装置和油系统 ^[2，3]。汽轮机结构复杂,涉及变量繁多是其存在的突出问题，而且舰船在航行时的机动性要求舰船汽轮机的工况应该能在很大的范围内变化。因此，对其动态特性的研究及相关操作人员的训练就变得异常困难。但随着计算机的问世，仿真技术应运而生。上世纪50年代末期，一方面数字计算机有了很大发展；另一方面这一时期的微分方程数值解的理论方面又有很大发展，加上一些计算及高级语言的问世，数字计算在仿真方面开始的得到广泛运用。20世纪80年代，数字仿真技术迅速发展，带动了仿真方法学并行仿真技术、仿真算法、仿真软件技术的发展，计算机仿真的应用领域不断拓宽^[4]。近年来，随着仿真技术的进步和计算机、图形图像技术迅速发展，例如国内外仿真界采用了图形化自动建模技术，如单相不可压缩流体网络技术与单相可压缩流体网络技术建模、电气系统图形建模、逻辑和控制系统图形建模等^[5，6]。这些使仿真软件开发支持系统的技术提高到新水平，仿真机模型软件开发技术有了新飞跃。利用仿真技术的经济性、安全性、快捷性等特点可以安全高效经济的研究汽轮机工作状况，极大地减少人力物力成本，降低研发风险。

通过对汽轮机建模与仿真：（1）可以发现汽轮机在结构设计上的优点与不足，进而加以完善与改进，使得汽轮机在结构的设计上更加合理；（2）可以对汽轮机的运行情况进行研究，了解汽轮机的动态特性、静态特性，了解汽轮机在不同工况下的运行特点、各个参数的变化规律，为汽轮机的运行性能方案分析、经济性能分析以及控制系统性能分析等提供科学依据；（3）可以对操作人员进行培训，采用这样的方式进行培训，不但可以很好的达到培训效果，同时也大大的减小了培训的成本^[7]。

2. 研究的基本内容与方案

1、课题研究内容及目标

分析汽轮机本体系统结构,对本体系统模型的建立划定范围：从锅炉过热器出口开始,沿蒸汽流动及做功的流程到乏汽进入凝汽器前结束。来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将漏入的空气抽出。凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、循环水泵和抽气器组成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽轮机保持较低的排汽压力，同时回收凝结水循环使用，以减少设备热损失。为了调节汽轮机的功率和转速，每台汽轮机有一套由调节装置组成的调节系统。为保证汽轮机安全运行，配有一套自动保护装置。汽轮机的各个轴承也需要油润滑和冷却，因而每台汽轮机都配有一套润滑油系统。总之整个汽轮机系统包括汽阀、高压缸、中压缸、低压缸及蒸汽管道及其辅助设备如除氧器凝结泵等^{[8,9,10，11,12]}，如图1所示（附件）。

在simumanager中打开模块资源组，在模块资源组中选定各个部分的模块，如利用热力系统通用模块库、控制系统模块库、电气系统模块库以及船用动力系统模块库的部分模块可减少工作量，提高效率。

3. 研究计划与安排

3.进度安排

1-2周，搜集查看资料，明确任务目标，理清思路，完成开题报告；

3-4周，分析主汽轮机系统结构，熟透工作原理；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈航, 郑群, 邓庆锋,等. 某大型舰船主汽轮机的建模与动态仿真[j]. 热能动力工程, 2012,27(3):282-286.

[2]中国动力工程学会．火力发电设备技术手册．北京：机械工业出版社，2000.3

[3]白玉. 汽轮机原理与构造[m]. 中国电力出版社, 2002.