一种实现燃气轮机起动过程中燃料实时控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明为解决现有燃气轮机起动过程中燃料开环控制容易导致超温或悬挂问题，公开了一种实现燃气轮机起动过程中燃料量实时闭环控制的方法及装置，适用于地面燃气轮机、航空发动机以及其它起动过程中对燃料控制要求高的动力装置中，在燃气轮机起动过程中增加了燃料质量流量计、压气机测速传感器、排气端温度传感器。燃气轮机点火成功后，燃气轮机控制器通过燃料质量流量计、速度传感器、温度传感器，实时检测和调整燃料量，从而实现燃气轮机起动过程中的燃料实时闭环控制。
【专利说明】-种实现燃气轮机起动过程中燃料实时控制方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及一种燃气轮机起动过程中燃料量控制装置及程序，具体来说，燃 气轮机起动过程中，基于压气机转速或基于排气温度控制燃料量的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 燃气轮机起动过程中对燃料控制精度要求较高，采用传统的开环控制方案难W保 证起动的时效与可靠性，另外，传统的起动控制中由于采用机械液压结构，采用闭环控制实 现难度较大，因此，起动过程仅采用开环控制，但随着电子控制技术的发展，起动过程采用 闭环控制已具备相应硬件及技术条件，同时，起动过程中开环控制易导致起动超温或悬挂 问题，降低了起动的可靠性，本发明就在此背景下提出的。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决燃气轮机起动过程中易出现超温或悬挂等现象，W及开环起动可靠 性低等问题，进而提出了一种基于压气机转速或祸轮排气温度的燃料控制方法及装置，其 技术方案包括燃料计量与控制单元和相应燃料控制逻辑。
[0004] 为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种实现燃气轮机起动过程 中燃料实时闭环控制的方法，所述燃气轮机包括燃料计量与控制单元A和燃气发生器单元 B，其特征在于；
[0005] --所述燃料计量与控制单元A包括通过燃料管路依次连接的燃料箱、过滤器、燃 料累、稳压阀、主燃料阀，其中，
[0006] 所述燃料累的出口和稳压阀的进口之间通过燃料管路连通，所述燃料累的进口和 稳压阀的进口之间还设有一带安全阀的燃料管路；所述主燃料阀通过并联的主燃料控制阀 和副燃料控制阀与燃气轮机的燃烧室的燃料进口连通；
[0007] 所述燃料计量与控制单元A还包括燃气轮机控制器、燃气轮机测速装置、变频器、 燃料质量流量计，其中，所述燃气轮测速装置、变频器和燃料质量流量计均与所述燃气轮机 控制器通信连接；所述变频器与所述燃料累的驱动马达电连接，为所述燃料累提供驱动电 力；所述燃料质量流量计设置在所述稳压阀和主燃料阀之间的燃料管路上或设置在所述燃 料箱和燃料累之间的燃料管路上；
[000引一所述燃气发生器单元B包括进气端、压气机、燃烧室、祸轮及排气端；所述排气 端上设置一与所述燃气轮机控制器通信连接的排气端温度传感器；所述燃烧室的燃料进口 还通过一燃料管路与所述主燃料阀的出口连通；
[0009] 其中，当所述燃气轮机处于起动过程时，按照基于压气机转速燃料控制逻辑和基 于排气温度燃料控制逻辑来控制燃料供应量：
[0010] SS1.基于压气机转速燃料控制逻辑；根据燃气轮机测速装置测得不同状态下压 气机的实际转速，与每一个状态要求的转速N。进行对比，当测量转速与转速N。之差的绝对 值不大于最大误差时，增大燃料供应量，当测量转速与转速N。差值的绝对值大于最大误差 时，切换到基于排气温度燃料控制逻辑；
[0011] SS2.基于排气温度燃料控制逻辑：通过温度传感器测量不同状态下祸轮排气温 度，与每一个状态所要求的温度T。进行对比，当测量温度与温度T。差值的绝对值小于最大 误差时，增大转速，当测量温度与温度T。之差的绝对值大于最大误差时，若出现喘振或悬 挂现象，则停止燃气轮机的起动，若未出现喘振或悬挂现象，则减小燃料供应量，将排气温 度与温度T。之差的绝对值稳定在最大误差之内后继续进行起动。
[0012] 优选地，燃气轮机每一状态下转速N。与温度T。通过燃气轮机数学模型仿真计算 得到，其流程为；由进气温度Ti，压气机压比JT。，压气机效率n。及空气的绝热指数丫。计 算出压气机出口温度
【权利要求】
1. 一种实现燃气轮机起动过程中燃料实时闭环控制的方法，所述燃气轮机包括燃料计 量与控制单元A和燃气发生器单元B，其特征在于： 所述燃料计量与控制单元A包括通过燃料管路依次连接的燃料箱（1)、过滤器（10)、燃 料泵（11)、稳压阀（13)、主燃料阀（14)，其中，所述燃料泵（11)的出口和稳压阀（13)的进 口之间通过燃料管路连通，所述燃料泵（11)的进口和稳压阀（13)的进口之间还设有一带 安全阀（12)的燃料管路；所述主燃料阀（14)通过并联的主燃料控制阀（6)和副燃料控制 阀（7)与燃气轮机的燃烧室（17)的燃料进口连通； 所述燃料计量与控制单元A还包括燃气轮机控制器（4)、燃气轮机测速装置（2)、变频 器（3)、燃料质量流量计（5)，其中，所述燃气轮机测速装置（2)、变频器（3)和燃料质量流量 计（5)均与所述燃气轮机控制器（4)通信连接；所述变频器（3)与所述燃料泵（11)的驱动 马达电连接，为所述燃料泵（11)提供驱动电力；所述燃料质量流量计（5)设置在所述稳压 阀（13)和主燃料阀（14)之间的燃料管路上或设置在所述燃料箱（1)和燃料泵（11)之间 的燃料管路上； -所述燃气发生器单元B包括进气端（15)、压气机（16)、燃烧室（17)、涡轮（18)及排 气端（8);所述排气端（8)上设置一与所述燃气轮机控制器（4)通信连接的排气端温度传 感器（9);所述燃烧室（17)的燃料进口还通过一燃料管路与所述主燃料阀（14)的出口连 通； 其中，当所述燃气轮机处于起动过程时，按照基于压气机转速燃料控制逻辑和基于排 气温度燃料控制逻辑来控制燃料供应量：
551. 基于压气机转速燃料控制逻辑：根据燃气轮机测速装置（2)测得不同状态下压气 机的实际转速，与每一个状态要求的转速NJ于对比，当测量转速与转速N￡之差的绝对值不 大于最大误差时，增大燃料供应量，当测量转速与转速t差值的绝对值大于最大误差时， 切换到基于排气温度燃料控制逻辑；
552. 基于排气温度燃料控制逻辑：通过温度传感器测量不同状态下涡轮排气温度，与 每一个状态所要求的温度1\进行对比，当测量温度与温度差值的绝对值小于最大误差 时，增大转速，当测量温度与温度1\之差的绝对值大于最大误差时，若出现喘振或悬挂现 象，则停止燃气轮机的起动，若未出现喘振或悬挂现象，则减小燃料供应量，将排气温度与 温度之差的绝对值稳定在最大误差之内后继续进行起动。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，燃气轮机每一状态下转速Ne与温度 通过燃气轮机数学模型仿真计算得到，其流程为： 由进气温度，压气机压比31。，压气机效率n。及空气的绝热指数Y3计算出压气机出
气和空气的定压比热，匕表示燃料热焓，n。。表示燃烧室的效率； 气体温度升高，内能增加，达到涡轮处，气体膨胀对外输出功，涡轮输出功率WT与压气 机消耗功率W。之差使燃气轮机转速增加AN，其中，
表示涡轮的效率。
3. 根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述压气机（16)、涡轮（18)间通过转 动传动轴连接。
4. 根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机控制器（4)通过所述燃 料质量流量计（5)调节燃烧室的实际燃料供应量。
5. 根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机控制器（4)通过燃气轮 机测速装置（2)、燃料质量流量计（5)、温度传感器（9)，实时检测和调整燃料量，从而实现 燃气轮机起动过程中的燃料实时闭环控制。
6. 根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法适用于地面燃气轮机、航空发 动机以及其它起动过程中对燃料控制要求高的动力装置。
7. -种利用上述任一项权利要求所述的方法来控制实现燃气轮机起动过程中燃料实 时闭环控制的装置，包括燃料计量与控制单元A和燃气发生器单元B，其特征在于： 一所述燃料计量与控制单元A包括通过燃料管路依次连接的燃料箱（1)、过滤器（10)、 燃料泵（11)、稳压阀（13)、主燃料阀（14)，其中， 所述燃料泵（11)的出口和稳压阀（13)的进口之间通过燃料管路连通，所述燃料泵 (11)的进口和稳压阀（13)的进口之间还设有一带安全阀（12)的燃料管路；所述主燃料阀 (14)通过并联的主燃料控制阀（6)和副燃料控制阀（7)与燃气轮机的燃烧室（17)的燃料 进口连通； 所述燃料计量与控制单元A还包括燃气轮机控制器（4)、燃气轮机测速装置（2)、变频 器（3)、燃料质量流量计（5)，其中，所述燃气轮测速装置（2)、变频器（3)和燃料质量流量计 (5)均与所述燃气轮机控制器（4)通信连接；所述变频器（3)与所述燃料泵（11)的驱动马 达电连接，为所述燃料泵（11)提供驱动电力；所述燃料质量流量计（5)设置在所述稳压阀 (13)和主燃料阀（14)之间的燃料管路上或设置在所述燃料箱（1)和燃料泵（11)之间的燃 料管路上； -所述燃气发生器单元B包括进气端（15)、压气机（16)、燃烧室（17)、涡轮（18)及排 气端（8);所述排气端（8)上设置一与所述燃气轮机控制器（4)通信连接的排气端温度传 感器（9);所述燃烧室（17)的燃料进口还通过一燃料管路与所述主燃料阀（14)的出口连 通。
【文档编号】F02C9/28GK104481704SQ201410751451
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】曾德堂, 谭春青, 高庆, 张华良, 刘锡阳, 董学智, 陈海生 申请人:中国科学院工程热物理研究所