专利名称：一种三通道燃气轮机液态燃料计量方法及装置的制作方法
一种三通道燃气轮机液态燃料计量方法及装置技术领域
本发明主要涉及一种液态燃料计量控制方法、装置，具体来说，涉及用于控制燃气轮机燃料回流及计量通路的方法及装置，尤其适用于地面燃气轮机、航空发动机以及其它对燃料计量可靠性要求高的动力装置中。
背景技术：
燃气轮机控制系统可靠性主要由控制单元和燃料计量装置可靠性决定的，近年来，多余度数字控制技术的应用及多通道全权限数字控制单元研制成功，大大提高了燃机控制系统的可靠性，而目前采用的单通道燃料计量装置则阻碍了燃气轮机控制系统可靠性的进一步提高，本发明就在此背景下提出的。
燃料计量装置利用压差回流活门具有保持燃料通过计量阀前后压差恒定特性来准确计算燃料流量，工作中如果压差回流活门出现故障，则计量前后燃料压差不具备恒定特性，从而影响燃料计算准确性；同样，若计量阀出现故障，同样燃机也丧失了为燃机提供燃料功能从而导致其熄火。三通道燃气轮机燃料装置增加了备份燃料计量、备份燃料压差回流、故障检测及换向机构，通过上述设计使计量具有主计量、备份计量及主备份同时计量三条可选通路，同样燃料回流也具有主压差回流、备份压差回流、主备份同时回流三条可选通路，采用上述通路结构形式大大提高了燃料计量装置及控制系统可靠性。发明内容
本发明为解决燃气轮机燃料计量装置可靠性低的问题，进而提出了一种主备份三通道燃料计量方法及装置，其发明技术方案包括线性计量方法、三通道计量装置及三通道计量控制方法。
根据本发明的一方面，提供了一种三通道燃气轮机液态燃料计量装置，包括增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI及燃气轮机控制单元VL其特征在于所述增压单元I、计量单元 IV、限压开启单元VI通过管道依次相连；
所述增压单元I包括通过管道依次连接的离心泵、齿轮泵；
所述压差回流单元II 一端与计量单元IV的出口连通，另一端包括压差回路进口管路和压差回路出口管路，压差回路进口管路与增压单元I的出口连通，压差回路出口管路与增压单元I中离心泵与齿轮泵间的管道连通；
所述压差故障检测及换向单元III，包括设置在所述压差回路进口管路上的压力传感器、设置在所述压差回路出口管路上的压力传感器、及压差回流活门换向阀，所述压差回流活门换向阀设置在所述压差回路进口管路上；
所述计量故障检测及换向单元V ,包括通路流量计、计量换向阀，所述通路流量计设置在计量单元IV的通路出口处，所述计量换向阀设置在计量单元IV的通路进口处。
优选的，所述压差回流单元II，包括主压差回流机构和备份压差回流机构，可实现主通路回流、或备份通路回流、或主备份通路同时回流。
进一步地，所述主压差回流机构包括主压差回流活门，其一端与计量单元IV的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路E通道和压差回路出口管路C通道，E通道与压差回流活门换向阀的一个出口连通，C通道与增压单元I中离心泵与齿轮泵之间的管道连通； 所述备份压差回流机构包括备份压差回流机构，其一端与计量单元IV的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路F通道和压差回路出口管路D通道，F通道与压差回流活门换向阀的另一个出口连通，D通道与增压单元I中离心泵与齿轮泵之间的管道连通。
优选的，所述计量单元IV包括A、B两通道，A、B两通道的进口分别与计量换向阀的出口相连，A、B两通道的靠近出口处分别设置有通路流量计，A通道上设置主计量机构，B通道上设置备份计量机构可实现主通路计量、或备份通路计量、或主备份通路同时计量。
进一步的，所述主计量机构包括主计量阀、主燃料计量伺服电机、及主燃料计量位移传感器；所述备份计量机构包括备份计量阀、备份燃料计量伺服电机及备份燃料计量传感器。
进一步的，主、备份燃料计量传感器将主、备份燃料计量位移检测信号反馈给燃气轮机控制单元νπ，燃气轮机控制单元νπ发出主、备份燃料计量伺服电机控制信号给主、备份燃料计量伺服电机。
优选的，所述的限压开启单元VI，可起到提高喷向燃烧室燃料压力作用；所述燃机控制单元VL与增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI通过控制线路连接，通过它实现各单元共同协调工作。
进一步的，所述通路流量计包括主通路流量计、备份通路流量计，所述燃机控制单元VD根据所述主通路流量计、备份通路流量计的测量值，来控制计量换向阀各通道的开闭， 继而实现主通道计量、备份通道计量或主备份通道同时计量。
优选的，所述燃机控制单元Vn根据设置在压差回路进口管路E通道、F通道上的压力传感器的测量值、压差回路出口管路上的压力传感器的测量值，来控制所述压差回流活门换向阀各通道的开闭，继而实现主压差回流、备份压差回流或主备份压差同时回流。
优选的，所述增压单元I还包括安全阀，所述安全阀与齿轮泵并列安装，起泄压作用。
根据本发明的另一方面，提供了一种三通道燃气轮机燃料计量控制方法，利用本发明的三通道燃气轮机燃料计量装置，其主要包括计量控制步骤、主备份计量切换控制步骤、主备份压差回流切换控制步骤，其特征在于
所述计量控制步骤，首先根据燃气轮机控制单元νπ计算期望流量，将计算所得期望流量与通路流量计实际测得值对比，通过改变燃料计量伺服电机旋转角度，增大流通面积，如实测流量与期望流量不一致，然后启动主备份计量切换控制步骤，改变或增加计量流通通路，实现计量流量与期望流量一致目标；
所述主备份计量切换控制步骤，根据计量故障检测反馈阀门状态，通过燃气轮机控制单元νπ指令启动主计量机构，或备份计量机构，或主备份计量机构共同计量燃料流
所述主备份压差回流控制步骤，根据压差回流故障检测反馈阀门状态，通过燃气轮机控制单元νπ指令启动主压差回流机构，或备份压差回流机构，或主备份压差回流机构共同回流燃料。
优选的，所述计量故障检测反馈阀门为设置在在主、备份燃料计量通路上的通路流量计。
优选的，所述压差回流故障检测反馈阀门为设置在主、备份压差回路进口管路上的压力传感器、设置在压差回路出口管路上的压力传感器。
优选的，本方法适用于不同热值的液体燃料，如航空煤油。
本发明中线性计量方法(包括主燃料计量阀和备份燃料计量阀)，其是一种计量体积流量与计量阀门型面开度面积成线性比例的计量装置，图2中由弹簧、回流型面及弹簧底座组成的压差回流机构，工作时可根据Pl与Ρ2压力差，通过弹簧自动调节压差回流活门型面，达到计量装置前后压差恒定，即AP=const，达到计量活门开度面积与线性位移成正12 AP比关系，即0 = ( j .
本发明中三通道燃料计量装置包括离心泵、齿轮泵、安全阀、压力传感器、燃料计量阀、流量计、伺服电机、换向阀、位移传感器(LVDT)、压差回流活门、限压活门及燃机控制单元等元件。所述离心泵安装于齿轮泵前起一级增压作用；所述安全阀与齿轮泵并列安装， 起泄压作用；所述压力传感器安装于压差回流活门前后，起检测回流压力作用；所述流量计安装于计量阀后，起测量燃料流量作用；所述燃料计量阀起计量燃料流量作用；所述伺服电机起改变计量阀开度面积作用；所述位移传感器(LVDT)起检测阀门开度大小作用；所述换向阀起不同通路切换作用。
本发明相对于现有技术的显著优点是利用压差回流活门具有保持燃料通过计量阀前后压差恒定特性来准确计算燃料流量，工作中如果压差回流活门出现故障，则计量前后燃料压差不具备恒定特性，从而影响燃料计算准确性；同样，若计量阀出现故障，同样燃机也丧失了为燃机提供燃料功能从而导致其熄火。三通道燃气轮机燃料装置增加了备份燃料计量、备份燃料压差回流、故障检测及换向机构，通过上述设计使计量具有主计量、备份计量及主备份同时计量三条可选通路，同样燃料回流也具有主压差回流、备份压差回流、主备份同时回流三条可选通路，采用上述通路结构形式大大提高了燃料计量装置及控制系统可靠性。
图I为三通道燃料计量装置原理图2为燃料计量装置计量工作原理图3为燃料计量装置控制方法流程图。
其中I是一级增压离心泵，2是二级增压齿轮泵，3是安全阀，4是压差回流活门换向阀，5是压差回流换向控制信号，6是计量阀换向控制信号，7是计量换向阀，8是主燃料计量位移传感器，9是主燃料计量位移检测信号，10是主燃料计量伺服电机控制信号，11是主燃料计量伺服电机，12是备份燃料计量伺服电机控制信号，13是备份燃料计量位移检测信号，14是备份燃料计量伺服电机，15是备份燃料计量位移传感器(LVDT)，16是主压差回流活门，17是备份压差回流活门，18是A通路流量计，19是B通路流量计，20是限压活门，21是E通路压力传感器，22是F通路压力传感器，23是回流通路压力传感器，24是主计量阀， 25是备份计量阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图I所示，本发明的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，包括增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI及燃气轮机控制单元VL所述增压单元I、计量单元IV、限压开启单元VI通过管道依次相连；所述增压单元I包括通过管道依次连接的离心泵I、齿轮泵2、安全阀3，安全阀3与齿轮泵2并列安装，起泄压作用。
压差回流单元II包括主、备份压差回流机构，可实现主通路回流、或备份通路回流、或主备份通路同时回流。主压差回流机构包括主压差回流活门16，一端与计量单元IV 的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路E通道和压差回路出口管路C通道，E通道与压差回流活门换向阀4的一个出口连通，C通道与增压单元I中离心泵I与齿轮泵2之间的管道连通；备份压差回流机构包括备份压差回流机构17，其一端与计量单元IV的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路F通道和压差回路出口管路D通道，F通道与压差回流活门换向阀4的另一个出口连通，D通道与增压单元I中离心泵I与齿轮泵2之间的管道连通。
压差故障检测及换向单元III，包括设置在所述压差回路进口管路E通道、F通道上的压力传感器21、22，设置在压差回路出口管路上的压力传感器23，及设置在压差回路进口管路上的压差回流活门换向阀4。
计量单元IV包括A、B两通道，A、B两通道的进口分别与计量换向阀7的出口相连， A、B两通道的靠近出口处分别设置有通路流量计18、19，A通道上设置主计量机构，B通道上设置备份计量机构可实现主通路计量、或备份通路计量、或主备份通路同时计量。主计量机构包括主计量阀24、主燃料计量伺服电机11、及主燃料计量位移传感器8 ;备份计量机构包括备份计量阀25、备份燃料计量伺服电机14及备份燃料计量位移传感器15。主、备份燃料计量位移传感器8、15将主、备份燃料计量位移检测信号9、13反馈给燃气轮机控制单元 VL燃气轮机控制单元VII发出主、备份燃料计量伺服电机控制信号10、12给主、备份燃料计量伺服电机11、14。
计量故障检测及换向单元V，包括分别设置Α、Β通道上的主、备份通路流量计18、 19，计量换向阀7，通路流量计18、19设置在计量单元IV的通路出口处，计量换向阀7设置在计量单元IV的通路进口处。
限压开启单元VI，可起到提高喷向燃烧室燃料压力作用。
燃机控制单元VL与增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、 计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI通过控制线路连接，通过它实现各单元共同协调工作。
燃机控制单元VII根据主通路流量计18、备份通路流量计19的测量值，来控制计量换向阀7各通道的开闭，继而实现主通道计量、备份通道计量或主备份通道同时计量。燃机控制单元Vn根据设置在回路进口管路E通道、F通道上的压力传感器21，22的测量值、回路出口管路上的压力传感器23的测量值，来控制所述压差回流活门换向阀4各通道的开闭， 继而实现主压差回流、备份压差回流或主备份压差同时回流。
本发明中燃料计量采用线性计量方法，其工作原理如图2所示。采用燃料计量阀进行燃料计量，其是一种计量体积流量与计量阀门型面开度面积成线性比例的计量装置， 由弹簧、回流型面及弹簧底座组成的压差回流机构，工作时可根据Pl与Ρ2压力差，通过弹簧自动调节压差回流活门型面，达到计量装置前后压差恒定，即AP=const，达到计量活门开度面积与线性位移成正比关系，即
权利要求
1.一种三通道燃气轮机液态燃料计量装置，包括增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI及燃气轮机控制单元VL其特征在于 所述增压单元I、计量单元IV、限压开启单元VI通过管道依次相连； 所述增压单元I包括通过管道依次连接的离心泵(I)、齿轮泵(2)； 所述压差回流单元II一端与计量单元IV的出口连通，另一端包括压差回路进口管路和压差回路出口管路，压差回路进口管路与增压单元I的出口连通，压差回路出口管路与增压单元I中离心泵(I)与齿轮泵(2)之间的管道连通； 所述压差故障检测及换向单元III，包括设置在所述压差回路进口管路上的压力传感器(21，22)、设置在所述压差回路出口管路上的压力传感器(23)、及压差回流活门换向阀(4)，所述压差回流活门换向阀(4)设置在所述压差回路进口管路上； 所述计量故障检测及换向单元V,包括通路流量计(18、19)、计量换向阀(7),所述通路流量计(18、19)设置在计量单元IV的通路出口处，所述计量换向阀(7)设置在计量单元IV的通路进口处。
2.根据权利要求I所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述压差回流单元II，包括主压差回流机构和备份压差回流机构，可实现主通路回流、或备份通路回流、或主备份通路同时回流。
3.根据权利要求2所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述主压差回流机构包括主压差回流活门(16)，其一端与计量单元IV的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路E通道和压差回路出口管路C通道，E通道与压差回流活门换向阀(4)的一个出口连通，C通道与增压单元I中离心泵(I)与齿轮泵(2)之间的管道连通； 所述备份压差回流机构包括备份压差回流机构(17)，其一端与计量单元IV的出口连通，其另一端包括压差回路进口管路F通道和压差回路出口管路D通道，F通道与压差回流活门换向阀(4)的另一个出口连通，D通道与增压单元I中离心泵(I)与齿轮泵(2)之间的管道连通。
4.根据权利要求I所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述计量单元IV包括A、B两通道，A、B两通道的进口各与计量换向阀(7)的出口相连，A通道上设置主计量机构，并在靠近出口处设置主通路流量计(18) ;B通道上设置备份计量机构，并在靠近出口处设置备份通路流量计(19)，可实现主通路计量、或备份通路计量、或主备份通路同时计量。
5.根据权利要求4所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述主计量机构包括主计量阀(24)、主燃料计量伺服电机(11)、及主燃料计量位移传感器(8);所述备份计量机构包括备份计量阀(25)、备份燃料计量伺服电机(14)及备份燃料计量位移传感器(15)。
6.根据权利要求5所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于主、备份燃料计量位移传感器(8、15)将主、备份燃料计量位移检测信号(9、13)反馈给燃气轮机控制单元VL燃气轮机控制单元VII发出主、备份燃料计量伺服电机控制信号(10、12)给主、备份燃料计量伺服电机(11、14)。
7.根据权利要求I所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述的限压开启单元VI，可起到提高喷向燃烧室燃料压力作用；所述燃机控制单元VL与增压单元I、压差回流单元II、压差故障检测及换向单元III、计量单元IV、计量故障检测及换向单元V、限压开启单元VI通过控制线路连接，通过它实现各单元共同协调工作。
8.根据权利要求7所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述通路流量计(18、19)包括主通路流量计(18)、备份通路流量计(19)，所述燃机控制单元VII根据所述主通路流量计(18)、备份通路流量计(19)的测量值，来控制计量换向阀(7)各通道的开闭，继而实现主通道计量、备份通道计量或主备份通道同时计量。
9.根据权利要求3所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述燃机控制单元VII根据设置在回路进口管路E通道、F通道上的压力传感器(21，22)的测量值、回路出口管路上的压力传感器(23)的测量值，来控制所述压差回流活门换向阀(4)各通道的开闭，继而实现主压差回流、备份压差回流或主备份压差同时回流。
10.根据权利要求I所述的三通道燃气轮机液态燃料计量装置，其特征在于所述增压单元I还包括安全阀(3)，所述安全阀(3)与齿轮泵(2)并列安装，起泄压作用。
全文摘要
本发明公开了一种三通道燃气轮机液态燃料计量方法及装置，尤其适用于地面燃气轮机、航空发动机以及其它对燃料计量可靠性要求高的动力装置中。其特征为装置增加了备份燃料计量、备份压差回流及故障检测换向等机构，燃气轮机工作时，燃机控制单元Ⅶ根据回流通路压力传感器测量值，通过换向阀启动主/备份/主备份压差回流通路工作，从而实现提高回流通路可靠性；燃机控制单元Ⅶ根据计量通路流量计测量值，通过换向阀启动燃料计量主/备份/主备份通路工作，从而实现提高计量通路可靠性。发明中装置采用主备份三通路结构形式及三通路工作状态相互切换功能提高了燃料计量的可靠性，具有广泛应用价值。
文档编号F02C9/32GK102926876SQ20121045182
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者谭春青, 曾德堂, 袁怡祥, 谢鹏福, 赵洪雷, 张永军, 高庆, 陈海生 申请人:中国科学院工程热物理研究所