摘 要

作为船舶主动力装置形式之一的汽轮机具备单机功率大、结构简单紧凑、检修、管理、保养工作量少的优点。在船舶动力装置中，汽轮机作为主动力推进系统曾被广泛应用。通过采用建模仿真技术，可以发现汽轮机设计上的不足与缺陷，了解汽轮机的动静态特性，掌握汽轮机的运行特点。

本文采用simuworks软件对汽轮机进行模拟仿真，通过选定汽轮机模块库中的模块，在图形化建模工具simubuilder中将各个模块连接为一整体系统，对各个模块进行参数设定，进行动态模拟仿真研究。期间熟悉simuworks建模仿真流程，查找主要部件的固有参数，对设备进行调试和验证，得出汽轮机在各个工况条件下的运行特性，了解蒸汽初、终参数变化对汽轮机工作的影响。

关键词：汽轮机；模拟仿真；simuworks；运行特性

Abstract

As one of the forms of marine main steam turbine with single power, simple structure, the advantages of the management, maintenance, and low maintenance. The steam turbine output power as the device has been widely used in ship power plant. Through the use of modeling and simulation techniques can be found deficiencies and defects turbine design and learn about static and dynamic characteristics of the turbine, grasp the operating characteristics of the turbine.

In this paper, the simuworks steam turbine simulation software was adopted. By selecting steam turbine modules resource group using simubuilder graphical modeling tool to made the actual device graphically represented, set the parameters for each module, and then link the system as a whole. During simuworks familiar with modeling and simulation processes, find the intrinsic parameters of the main components of the equipment debugging and verification then the dynamic simulation study results in the turbine operating characteristics of various conditions.

Key Words: steam turbine;simulating and modeling;simuworks; operational characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的与意义 1

1.2 课题研究内容与目标 1

1.3 采用技术方案 1

第2章 汽轮机系统组成及工作原理 3

2.1 工作原理简介 4

2.2 汽缸 4

2.2.1 缸体 4

2.2.2 喷嘴、隔板 5

2.2.3 转子与叶片 5

2.3 回热抽汽系统与设备 5

2.3.1 给水加热器 5

2.3.2 除氧器 6

2.4 凝结水系统 6

2.4.1 凝汽器 6

2.4.2 循环水泵 7

2.4.3 抽气器 7

2.4.4 凝结水泵 7

2.5 轴封蒸汽系统 7

2.6 减速齿轮箱与联轴器 7

2.7 盘车与换向装置 8

第3章 simuworks 9

3.1 simubuilder 9

3.2 simumanager 10

3.3 simuengine 10

第4章 汽轮机的数学模型 12

4.1 数学模型的建立 12

4.1.1 汽轮机本体 12

4.1.2 给水回热系统 13

4.1.3 循环冷却系统 16

4.2 系统图的搭建 18

4.3 系统仿真过程 21

4.4 各个模块的固有参数设定 24

第5章 总结 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

汽轮机在动力系统中占有个很大地位，在舰船动力领域发挥着很大的作用^[1]。汽轮机系统设备很多，相互之间联系紧密，工作环环相扣，牵一发而动全身，是一个庞大而精密的系统。并且汽轮机用在舰船上由于要使舰船具备良好的机动性，这就对汽轮机提出了很高的要求，汽轮机的出力必须能在很大的范围内变动。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。随着时代的发展，科技的不断进步，仿真技术得以出现并且得到了大规模应用^[2]，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，极大地降低研发风险并减少人力物力成本。对汽轮机建模与仿真具有以下优点：1、建模仿真技术的使用可以在没有实物的情况下对汽轮机的设计提供验证，及时发现设计错误，随之改进，完成设计目标；2、通过建模仿真可以模拟汽轮机的工作状态，了解汽轮机的各项性能，进行全工况的模拟研究，了解汽轮机的动态特性和静态特性，掌握汽轮机运行特点并对其分析以获取详细资料；3、通过建模仿真可以模拟汽轮机的运行状态，进而可以用来训练操作人员，这样极大地降低了训练成本，并且可以降低风险，达到一举两得的作用。

1.2 课题研究内容与目标

首先，了解汽轮机系统的整体构造和各个设备的作用与位置^[3][4]，由于汽轮机系统庞大而复杂，分支较多，需要对系统进行一定的简化，可将其分为回热抽汽系统、凝结水系统轴封蒸汽系统等。

其次，学习simuworks软件，熟悉建模仿真过程。选定合适的模块组件，根据原理图将系统图搭建起来；查询汽轮机系统主要部件的固有参数，学习在simuworks中调试运行；学会新建曲线，学会使用simumanager对参数进行设定与管理 ^[5][6]。

1.3 采用技术方案

首先对汽轮机系统的整体结构进行分析，了解其组成结构和工作原理。对汽轮机系统的主要部件在simuworks已有的汽轮机组模块库中进行选定^[7]，其余辅助设备可以在公共基础模块库选定，在simubuilder中对选定好的各个模块按照原理图连接成整个系统，动态运行前在simumanager中进行参数设定，通过simuengine的支持动态运行，改变参数在各工况条件下进行动态仿真研究^[8][9]，技术方案见图1.1。