微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，微型燃气轮机采用离心雾化燃油喷嘴，燃油经供油控制单元提供给离心雾化燃油喷嘴，并由离心雾化燃油喷嘴雾化后在燃烧室内点火燃烧；通过调节离心雾化燃油喷嘴的流量数和/或喷雾锥角以满足微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。本发明在不改变供油控制单元的技术参数的条件下，即可改变燃油喷嘴的流量压力特性，减少起动燃油流量、改善点火起动的油气比、提高喷嘴前的燃油压力、增强雾化性能、增强高原点火起动性能，从而满足微型燃气轮机在高海拔应用时的供油特性需求，拓宽了微型燃气轮机的运行领域范围。
【专利说明】微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机的燃烧与控制【技术领域】，特别地，涉及一种微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]微型燃气轮机(Microturbine或Micro-turbines)是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25~300kW，其主要由压缩机、燃烧室、透平以及一些发电机组、回热器组成。微型燃气轮机发电机组具有高效率、低噪声、重量轻、体积小、低污染、以及多台集成扩容等一系列优点，其在电力、动力等国民经济领域和国家安全等方面具有重要作用和战略意义，对于我国相关领域如能源、电力、航空、航天、船舶、车辆、军事等国民经济和国防建设中的高新技术发展有着重大意义。
[0003]微型燃气轮机在 依靠自身产生的动力实现运转之前，需通过起动电机作为外界动力源带动燃气轮机转动，为燃烧室提供满足起动要求的空气流量，进入燃烧室内空气与燃油混合，当燃烧室内燃油与空气之比(以下简称油气比)达到着火条件后，点火成功，混合油气剧烈燃烧，推动燃气轮机涡轮做功，带动燃气轮机不断加速，完成起动，最终燃气轮机完全依靠自身产生的能量运转，并向外界提供动力。因此，微型燃气轮机的起动过程在整个燃气轮机控制中是一个非常重要必不可少的环节，对于之后燃气轮机的平稳可靠运行及使用寿命有着极其重要的影响。
[0004]现有的微型燃气轮机一般的工作海拔高度在3000m以下，在系统配置及相关零部(组)件设计不变的情况下，在高海拔环境条件下工作，会直接导致安全性、可靠性、维护性和燃气轮机寿命等的下降。在海拔高度4000m~5000m的高原地区，空气密度要降低40%以上，点火及起动过程中，如供油规律不改变，燃烧室内的油气比将大幅度上升，燃油浓度大幅度增大，偏离最佳设计点火范围较远。采用离心雾化燃油喷嘴的地面微型燃气轮机，不采取相应的技术措施，直接在高原环境条件下使用，主要会产生以下几方面的问题:
[0005]I)、高原点火时油气比偏离设计值，油气比过大，发动机点火成功率降低，甚至点火起动失败；
[0006]2)、起动过程长时间超温，影响燃气轮机运行的安全可靠性和使用寿命；
[0007]3)、发动机每次起动超温保护系统都要进入保护状态，回油电磁阀动作，超温保护系统频繁工作会降低其可靠性和工作寿命；
[0008]4)、热冲击大、起动温升速度快、超温等，对燃气轮机的工作寿命产生不利影响；
[0009]5)、燃气轮机空载状态，由于燃油流量较平原状态大幅度降低，燃油控制系统的流量转速控制精度及稳定性降低，不利于发动机的安全稳定运行；
[0010]6)、燃气轮机空载及低负荷状态，燃油喷嘴的雾化性能下降，影响燃烧效率及其它?生倉泛;
[0011]7)、超过一定海拔高度以后，即使起动超温保护系统进入保护状态，由于回油保护能力的限制，涡轮前燃气温度仍长时间处在超温范围，对微型燃气轮机运行的安全性、可靠性和使用寿命产生不利影响，严重时甚至直接损坏发动机。
[0012]故该类型地面微型燃气轮机要适应海拔4000m以上环境条件下的可靠起动运行，就必需要采取创新性的相关技术措施，改变相应的设计运行参数。
[0013]其它类型如采用双通道离心燃油喷嘴、空气雾化喷嘴、甩油盘或炬焰式点火等的地面燃气轮机，适应性相对较强，只需适当通过人工或自动调整供油规律、减少供油量，就可适应在高海拔环境条件下的正常点火与起动运行。
[0014]现有起动供油一般都是通过燃气轮机燃油调节器进行调节。在海拔2800m左右工作，可通过适当降低起动供油的方式来解决高原点火油气比和起动温度高的问题。但工作地域海拔高度进一步升高时，相似工况起动供油量相对平原状态将大幅下降，高原海拔4000m?5000m对应的发动机进气流量和起动所需供油少于平原状态的约0.61?0.533倍，如果仅仅采用通常方法，采取单纯降低供油量的措施，燃油喷嘴进出口压差则会相应降至小于平原状态的约0.37?0.284倍，燃油雾化严重恶化，严重影响点火性能，甚至点不着火。
【发明内容】
[0015]本发明目的在于提供一种微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统，以解决现有的微型燃气轮机采用燃油调节器降低供油量以满足高海拔应用场景导致的点火性能受损甚至点火失败的技术问题。
[0016]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0017]根据本发明的一个方面，提供一种微型燃气轮机的起动供油控制方法，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，微型燃气轮机采用离心雾化燃油喷嘴，燃油经供油控制单元提供给离心雾化燃油喷嘴，并由离心雾化燃油喷嘴雾化后在燃烧室内点火燃烧；
[0018]通过调整离心雾化燃油喷嘴的流量数和/或喷雾锥角以满足微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。
[0019]进一步地，由平原应用场景切换至高原应用场景时，通过降低离心雾化燃油喷嘴的流量数，以满足微型燃气轮机在高原应用场景下的供油特性需求。
[0020]进一步地，通过降低离心雾化燃油喷嘴的喷雾锥角以改善燃油的雾化性能。
[0021]进一步地，燃油在燃烧室内点火成功后，通过调节供油控制单元以减少提供给离心雾化燃油喷嘴的供油量。
[0022]根据本发明的另一方面，提供一种微型燃气轮机的起动供油控制系统，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，该微型燃气轮机的起动供油控制系统包括:
[0023]供油控制单元，用于供给输出给燃烧室内进行点火燃烧的燃油；
[0024]离心雾化燃油喷嘴，与供油控制单元的输出端连接，用于将供油控制单元的输出的燃油经雾化后与燃烧室内的空气混合以点火起动微型燃气轮机；
[0025]离心雾化燃油喷嘴为多套，通过调整离心雾化燃油喷嘴的流量数和/或喷雾锥角以满足微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。
[0026]进一步地，供油控制单元包括:
[0027]供油前置装置，用于对燃油进行过滤和增压处理；
[0028]燃油调节器，与供油前置装置的输出端连接，用于调节燃油的流量大小；[0029]供油电磁阀，连接于燃油调节器的输出端与离心雾化燃油喷嘴的输入端，用于控制燃油是否输出给离心雾化燃油喷嘴；
[0030]起动回油节流支路，连接于供油前置装置的输出端与供油电磁阀的输入端之间，以与燃油调节器并联，用于在燃烧室内点火成功后，在设定转速范围内通过回油减少提供给离心雾化燃油喷嘴的供油量。
[0031]进一步地,起动回油节流支路包括:起动回油节流嘴及与起动回油节流嘴相连的起动回油电磁阀，起动回油电磁阀的控制端连接有控制其导通截止的控制模块。
[0032]进一步地，起动回油节流支路设置超温保护泄油阀，超温保护泄油阀用于在排气温度超过预设值时导通以减少提供给离心雾化燃油喷嘴的供油量。
[0033]进一步地，起动回油节流支路包括并联设置的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均连接于供油前置装置的输出端与供油电磁阀的输入端之间；
[0034]第一支路包括:起动回油节流嘴及与起动回油节流嘴相连的起动回油电磁阀，起动回油电磁阀的控制端连接有控制其导通截止的控制模块；
[0035]第二支路设置超温保护泄油阀，超温保护泄油阀用于在排气温度超过预设值时导通以减少提供给离心雾化燃油喷嘴的供油量。
[0036]本发明具有以下有益效果:
[0037]本发明微型燃气轮机的起动供油控制方法及系统，改变了传统的单纯通过燃油调节器来调节燃油的流量以满足微型燃气轮机在高海拔应用场景的供油特性需求的手段，通过更换离心雾化燃油喷嘴来调节离心雾化燃油喷嘴的流量数和/或喷雾锥角，使得不同流量数和/或喷雾锥角的离心雾化喷嘴与供油控制单元匹配耦合，在不改变供油控制单元的结构和技术参数的条件下，即可改变燃油喷嘴的流量压力特性，减少起动燃油流量、改善点火起动的油气比、提高喷嘴前的燃油压力、增强雾化性能、增强高原点火起动性能，避免起动过程超温，从而满足微型燃气轮机在高海拔应用时的供油与点火起动特性需求，拓宽了微型燃气轮机的运行领域范围，从而提高了微型燃气轮机的可靠起动和安全运行性能。
[0038]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0040]图1是本发明优选实施例一微型燃气轮机的起动供油控制系统的结构示意图；
[0041]图2是本发明优选实施例二微型燃气轮机的起动供油控制系统的结构示意图；
[0042]图3是本发明优选实施例三微型燃气轮机的起动供油控制系统的结构示意图。
[0043]附图标记说明:
[0044]100、供油控制单元；200、离心雾化燃油喷嘴；
[0045]110、供油前置装置；120、燃油调节器；130、供油电磁阀；
[0046]140、起动回油节流支路；141、起动回油节流嘴；
[0047]143、起动回油电磁阀；145、控制模块；
[0048]147、超温保护泄油阀。【具体实施方式】
[0049]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0050]本发明用于拓展微型燃气轮机的地域适用范围。地面微型燃气轮机一般工作海拔在3000米以下，如果将其直接应用于高原应用场景，会直接导致微型燃气轮机在安全性、可靠性、维护性和使用寿命等性能上的下降，且对点火能量的要求上升，点火可靠性降低，且由于高海拔导致的空气密度降低，若供油规律不变，燃烧室内的油气比将大幅上升，燃油浓度增大，导致偏离最佳设计点火范围，且起动过程油气比过高，容易导致燃烧温度过高。为了适应高海拔的应用场景的供油特性需求，现有的技术均是通过微型燃气轮机的燃油调节器来调节减少燃油的供油量以适应高原应用场景。但由于采用单纯的降低供油量的调节措施容易导致燃油喷嘴的进出口压差大幅降低，如在海拔高度为4000m~5000m的条件下，压差降至平原状态的0.370~0.284倍左右，燃油雾化将严重恶化，严重影响点火性能，甚至点不着火，故现有的调节方法存在难以克服的缺陷。
[0051]本发明的优选实施例提供一种微型燃气轮机的起动供油控制方法，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，参照图1，本实施例中，微型燃气轮机采用离心雾化燃油喷嘴200，燃油经供油控制单元100提供给离心雾化燃油喷嘴200，并由离心雾化燃油喷嘴200雾化后在燃烧室内点火燃烧。本实施例燃油喷嘴采用离心雾化燃油喷嘴200，本实施例离心雾化燃油喷嘴200配置有多套，多套离心雾化燃油喷嘴200的设计参数不同，通过调节离心雾化燃油喷嘴200的流量数和/或喷雾锥角以满足微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。
[0052]下面对本实施例通过调节离心雾化燃油喷嘴200的流量数和/或喷雾锥角以改变微型燃气轮机的起动供油特性的原理进行简单说明:
[0053]为了便于叙述清楚，在不考虑超温泄油和其它等因素的情形下，经简化后的燃油流量表达式为:
【权利要求】
1.一种微型燃气轮机的起动供油控制方法，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，其特征在于， 所述微型燃气轮机采用离心雾化燃油喷嘴(200)，燃油经供油控制单元(100)提供给所述离心雾化燃油喷嘴(200)，并由所述离心雾化燃油喷嘴(200)雾化后在燃烧室内点火燃烧； 通过调整所述离心雾化燃油喷嘴(200)的流量数和/或喷雾锥角以满足所述微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。
2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机的起动供油控制方法，其特征在于， 由平原应用场景切换至高原应用场景时，通过降低所述离心雾化燃油喷嘴(200)的流量数，以满足所述微型燃气轮机在高原应用场景下的供油特性需求。
3.根据权利要求2所述的微型燃气轮机的起动供油控制方法，其特征在于， 通过降低所述离心雾化燃油喷嘴(200)的喷雾锥角以改善燃油的雾化性能。
4.根据权利要求2或者3所述的微型燃气轮机的起动供油控制方法，其特征在于， 燃油在所述燃烧室内点火成功后，通过调节所述供油控制单元(100)以减少提供给所述离心雾化燃油喷嘴(200)的供油量。
5.一种微型燃气轮机的起动供油控制系统，用于微型燃气轮机起动过程中的供油控制，其特征在于，包 括: 供油控制单元(100)，用于供给输出给燃烧室内进行点火燃烧的燃油； 离心雾化燃油喷嘴(200)，与所述供油控制单元(100)的输出端连接，用于将所述供油控制单元(100)的输出的燃油经雾化后与燃烧室内的空气混合以点火起动所述微型燃气轮机； 所述离心雾化燃油喷嘴(200)为多套，通过调整所述离心雾化燃油喷嘴(200)的流量数和/或喷雾锥角以满足所述微型燃气轮机在平原应用场景和高原应用场景的供油特性需求。
6.根据权利要求5所述的微型燃气轮机的起动供油控制系统，其特征在于， 所述供油控制单元(100)包括: 供油前置装置(110)，用于对燃油进行过滤和增压处理； 燃油调节器(120)，与所述供油前置装置(110)的输出端连接，用于调节所述燃油的流量大小； 供油电磁阀(130)，连接于所述燃油调节器(120)的输出端与所述离心雾化燃油喷嘴(200)的输入端，用于控制所述燃油是否输出给所述离心雾化燃油喷嘴(200)； 起动回油节流支路(140)，连接于所述供油前置装置(110)的输出端与所述供油电磁阀(130)的输入端之间，以与所述燃油调节器(120)并联，用于在燃烧室内点火成功后，在设定转速范围内通过回油减少提供给所述离心雾化燃油喷嘴(200)的供油量。
7.根据权利要求6所述的微型燃气轮机的起动供油控制系统，其特征在于， 所述起动回油节流支路(140)包括:起动回油节流嘴(141)及与所述起动回油节流嘴(141)相连的起动回油电磁阀(143)，所述起动回油电磁阀(143)的控制端连接有控制其导通截止的控制模块(145)。
8.根据权利要求6所述的微型燃气轮机的起动供油控制系统，其特征在于，所述起动回油节流支路(140)设置超温保护泄油阀(147)，所述超温保护泄油阀(147)用于在排气温度超过预设值时导通以减少提供给所述离心雾化燃油喷嘴(200)的供油量。
9.根据权利要求6所述的微型燃气轮机的起动供油控制系统，其特征在于， 所述起动回油节流支路(140)包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路均连接于所述供油前置装置(110)的输出端与所述供油电磁阀(130)的输入端之间； 所述第一支路包括:起动回油节流嘴(141)及与所述起动回油节流嘴(141)相连的起动回油电磁阀(143)，所述起动回油电磁阀(143)的控制端连接有控制其导通截止的控制模块(145)； 所述第二支路设置超温保护泄油阀(147)，所述超温保护泄油阀(147)用于在排气温度超过预设值时导通以减少提供给所述离心雾化燃油喷嘴(200)的供油量。
【文档编号】F02C9/26GK103967622SQ201410221932
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】李皓然, 卢志峰, 李玮薇, 肖军辉, 周韧峰, 张红霞 申请人:中国航空动力机械研究所