涡轮发动机控制系统的制作方法

涡轮发动机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于依赖于针对液体燃料燃烧器的任何给定容量的燃料压力和环境温度来控制功率输出的涡轮发动机控制系统。
【背景技术】
[0002]双燃料工业燃气涡轮发动机能够用液体或气体燃料来操作它们的燃烧器系统。一些传统涡轮发动机在调试期间短周期在液体燃料上操作并且也可以被期望当相关联的气体厂不操作(例如关闭用于维护时)以低功率运行。这趋向于持续几个星期的周期。在申请人的产品的一个示例SGT400中，燃烧器的液体燃料几何形状被优化用于高负载操作、例如13MW需求。在低负载、例如2MW需求下，通常使用气体燃料。当气体燃料不可获得时可以使用液体燃料。然而，在这些相对低的负载下，燃烧器几何形状不是最优化的并且伴随着相对低的燃料压力，在燃烧装置单元中发生液体喷雾的雾化差。液体的差雾化导致可沉积在燃烧单元中的组成部件上的未燃烧的燃料。特别地，这些碳沉积可以积聚在燃烧器组成部件上并降低点火性能。这可以在极端情况下导致发动机的硬件损坏或差的运行。
[0003]当前公认的实践是，在液体燃料上以低负载运行将引起过度的碳沉积积聚在燃烧系统组成部件上，并且硬件的定期移除以清洁和检修是必要的。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是降低或消除燃烧系统中的碳沉积。本发明的另一目的是降低或消除拆除、清洁和检修燃烧器及其他燃烧系统组成部件的要求，特别是在以相对低的负载仅短周期液体燃料操作之后。本发明的另一目的是提供一种气体与液体燃料供给之间的改善的切换。本发明的又另一目的是降低从涡轮发动机的排放。这些目的可以通过依照权利要求的操作涡轮发动机的方法来解决。
[0005]根据本发明的一方面提供有一种操作涡轮发动机的方法。涡轮发动机包括入口、涡轮机、控制系统、液体燃料供给系统和模块化液体燃料燃烧器系统。模块化液体燃料燃烧器系统具有至少两个可互换的液体燃烧器和液体燃料歧管。控制系统依赖于所需求的输出功率来控制经由液体燃料歧管至燃烧器的燃料供给。至少两个可互换的液体燃料燃烧器具有不同的操作功率输出范围并且至少具有高功率输出液体燃料燃烧器和低功率输出液体燃料燃烧器。模块化液体燃料燃烧器系统可以具有可互换的主液体燃烧器和/或可互换的先导液体燃烧器。也就是说主和/或先导燃烧器中的每一个可与各个不同容量的燃烧器互换。主液体燃烧器或者先导液体燃烧器、或者两者可以被改变用于相同类型的不同容量的燃烧器。术语“可互换的”旨在意味着一个液体燃料燃烧器可以用不同操作功率输出范围的另一液体燃料燃烧器替换。因此主液体燃料燃烧器可以被交换为另一主液体燃料燃烧器，并且先导液体燃料燃烧器可以被交换为另一先导液体燃料燃烧器。术语“模块化”旨在意味着一个液体燃料燃烧器可以被去除并用另一液体燃料燃烧器、(主和/或先导液体燃料燃烧器)来替换，而不必更改燃烧装置的任何其他物理方面。
[0006]操作涡轮发动机的方法包括以下步骤:对于高功率输出，控制至高功率输出燃烧器的液体燃料供给具有涡轮机进入温度极限，对于低功率输出，控制至低功率输出燃烧器的液体燃料供给具有液体燃料歧管压力极限。在一个实施例中，操作涡轮发动机的方法包括以下步骤:对于高功率输出，控制至高功率输出燃烧器的液体燃料供给具有涡轮机进入温度极限，并且对于低功率输出，控制至低功率输出燃烧器的液体燃料供给具有液体燃料歧管压力极限。有利地，跨越涡轮发动机的操作范围，获得了液体燃料的令人满意的雾化，和/或雾化的液体燃料和空气的混合和/或定位足以防止在燃烧单元中的显著碳沉积。
[0007]对于高功率输出燃烧器(主和/或先导)，其输出可以在当达到涡轮机进入温度极限时由控制器来控制或限制为该极限或在该极限内，并且以便不超过涡轮机进入温度极限或者以便限制或设定在高于涡轮机进入温度极限的输出时操作的持续时间。因此当涡轮机进入温度极限被达到时或甚至之前，控制器将液体燃料供给的量控制到如下水平:使得涡轮机进入温度极限不被超过或者仅被超过有限或预定的持续时间。
[0008]方法可以包括在高功率输出液体燃料燃烧器与低功率输出燃烧器之间改变以获得预定的功率输出范围的步骤。
[0009]方法可以包括将高功率输出液体燃料燃烧器与低功率输出燃烧器之间存在改变输入至控制系统的步骤。在该步骤中，操作者可以将燃烧器的具体容量和/或燃烧器的类型(例如主或先导或者两者)输入至控制系统。
[0010]在高功率输出液体燃料燃烧器与低功率输出燃烧器之间改变的方法步骤可以包括以下步骤:作为给出用于最大可允许输出的下压的涡轮机进入温度极限的歧管压力的函数，修改涡轮机进入温度极限。控制系统给包括人工地下压或修改涡轮机进入温度极限以便防止超过燃料歧管压力极限的程序。这允许发动机获得最大可能的功率输出，因为对于给定燃料压力可获得的最大功率是入口空气温度的函数。
[0011]对于低功率输出燃烧器(主和/或先导)，其输出可以在当达到燃料歧管压力极限时由控制器来控制或限制为该极限或在该极限内并且以便不超过燃料歧管压力极限或者以便限制或设定在超过燃料歧管压力极限的输出时操作的持续时间。因此当燃料歧管压力极限被达到时或甚至之前，控制器将液体燃料供给的量控制到如下水平:使得燃料歧管压力极限不被超过或仅被超过有限或预定的持续时间。
[0012]方法可以包括当液体燃料歧管压力高时降低被修改的涡轮机进入温度极限的步骤。对于任何燃气涡轮发动机，液体燃料歧管压力将具有用于在其液体燃料歧管中的压力的最大设计极限，并且该标称最大设计极限可以是对于当被修改的涡轮机进入温度极限被降低时的预定极限。预定极限可以被设定或重置处于高于或低于标称最大设计极限的水平。
[0013]方法可以包括当液体燃料歧管压力低时增加被修改的TET极限的步骤。如果液体燃料歧管压力低或低于预定极限，那么增加被修改的TET极限，这进而命令燃料栗增加燃料压力。
[0014]方法可以包括依赖于涡轮机进入温度是否被超过或者燃料歧管压力极限是否达到来控制至燃烧器中的任一个或多个的燃料供给。控制器可以修改至燃烧器的液体燃料的流动以降低涡轮机进入温度和/或燃料歧管压力。
[0015]当涡轮发动机被连接至机械驱动或连接于电力分配电网的发电机时，操作燃气涡轮机的方法可以包括控制系统发出以下警告中的任一个或多个的步骤，涡轮发动机正接近涡轮机进入温度极限，其中在该温度极限处，没有进一步的负载可以是需求的负载，以及涡轮发动机在涡轮机进入温度极限上运行。
[0016]当涡轮发动机在孤岛模式中操作时，方法包括控制系统发出以下警告中的任一个或多个的步骤，涡轮发动机正接近涡轮机进入温度极限，其中在该温度极限处，没有进一步的负载可以是需求的负载，涡轮发动机已超过涡轮机进入温度极限并且所需求的功率必须被降低，以及涡轮发动机在涡轮机进入温度极限上运行。这将允许涡轮发动机的操作者降低来自现场的需求的负载。有利地，栗的在使用寿命内不会受到短时间周期处于高于标称最大栗压力的不利影响。
[0017]方法可以包括以下步骤:在高入口温度时基于涡轮机进入温度极限来控制至燃烧器的液体燃料供给，和在低入口温度时基于轴速度极限来控制至燃烧器的液体燃料供给。
[0018]至少两个可互换的液体燃料燃烧器可以具有重叠的操作功率输出范围。
[0019]至少两个可互换的液体燃料燃烧器可以是主液体燃烧器。至少两个可互换的液体燃料燃烧器可以是先导液体燃烧器。另外，至少两个可互换的液体燃料燃烧器可以是主和先导液体燃烧器两者。
[0020]主液体燃烧器中的任一个或多个可以具有