燃气轮机燃油控制系统建模仿真及故障模拟研究
摘要
燃油系统是燃气轮机的重要组成部分，其性能优劣关系到整个燃机的性能表现。随
着燃气轮机性能指标的不断提高，对燃油系统控制功能与控制精度的要求也日益提高。
燃气轮机在负载变化时，为了防止发生超转、超温和喘振等不利情况，要求燃油系统能
够随着负载变化向燃烧室输送适量的燃油。为此需要对燃油系统的各组成部件进行精细
化建模与仿真分析，并采用合理的控制方案以实现良好的控制效果。燃油系统结构复杂，
传统情况下进行燃油系统的故障定位需要以大量试验为基础，耗费大量时间和资源，同
时精度不高，因此需要使用故障模拟方法，以缩短研发周期并降低研发成本。
本文以某型燃气轮机燃油系统为研究对象，对燃油供给装置中的叶片泵与柱塞泵，
燃油计量装置中的定压活门、定压差活门、计量活门以及叶片角度调节装置中的阀控非
对称液压缸位置控制机构等燃油系统关键部件进行建模，针对实际运行工况开展仿真分
析，得到相应的燃油系统运行特性，并以半物理仿真台架的试验结果为标准，对模型的
准确性进行验证与标定。基于模糊滑模原理设计燃油系统控制器，优化燃油系统的动态
响应，通过模糊控制削弱滑模控制造成的抖振现象。针对燃机燃油系统的燃油过滤器堵
塞、油泵泄漏、阀芯卡涩和压差活门内泄漏等常见典型故障进行了机理分析与仿真模拟，
探究不同形式故障对燃油系统性能的影响。
仿真模型通过压差活门调定计量活门进出口压差，通过控制计量活门阀芯位移精确
控制计量后燃油流量，实现了计量后燃油流量随燃机负载的跟随变化。基于优化后的控
制器，仿真模型对稳定信号和突变信号的响应时间均达到了小于0.2秒的设计要求，对
滑模控制抖振的削弱达到了40%，在保证精度的同时有效缩短了调节时间。基于仿真模
型进行故障模拟，复现了燃油系统各部件的典型故障，分析了不同形式故障对燃油系统
性能的影响，为故障定位和故障排除提供了便利。模型能够正确仿真实际燃机燃油系统
的工作特性与常见故障，对深入研究燃机燃油系统的工作特性和故障模拟提供了一定的
参考。
关键词：燃气轮机；燃油系统；仿真；模糊滑模；故障模拟
燃气轮机燃油控制系统建模仿真及故障模拟研究
Abstract
Thefuelsystemisanimportantcomponentofgasturbineengines,anditsperformance
affectstheoverallperformanceoftheengine.Withthecontinuousimprovementofgasturbine
performanceindicators,therequirementsforthecontrolfunctionandcontrolprecisionofthe
fuelsystemarealsoincreasing.Inordertopreventadversesituationssuchasover-rotation,
over-temperature,andsurgeduringloadchangesofgasturbines,itisrequiredthatthefuel
systemcandeliveranappropriateamountoffueltothecombustionchamberwiththeload
change.Therefore,itisnecessarytocarryoutdetailedmodelingandsimulationanalysisofthe
variouscomponentsofthefuelsystemandadoptareasonablecontrolschemetoachievegood
controleffects.Thestructureofthefuelsystemiscomplex.Intraditionalcases,faultlocation
ofthefuelsystemrequiresalargenumberofexp