[发明专利]一种微型燃气轮机的起动控制装置以及起动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小型燃气轮机的起动控制装置以及起动控制方法，属于燃气 轮机起动控制技术领域。

背景技术

微小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 空气与燃料混合，当燃烧室内燃料与空气之比(以下简称空燃比)达到着火条件后， 点火成功，混合燃气剧烈燃烧，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。因此微小 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且必不可少的环节，对 于之后燃气轮机的平稳可靠运行有着极其重要的影响。传统的燃气轮机起动控制方法 采用开环控制方法，起动电机与燃油供给系统同时开启。在起动电机带动下，燃气轮 机转子开始转动，由于起动电机的扭矩速度特性限制，燃气轮机转速随时间沿抛物线 变化，随转速升高，其单位时间内的变化率逐渐减小。而其燃油供给系统则控制燃油 流量按固定斜率线性增加，斜率主要基于大气压力与大气温度计算得到。在理想状态 下，因为特定的大气条件，可以较为精确的计算得到燃油供给曲线的斜率，因此实现 满足着火所需的空燃比相对来说比较简单。但是当外界大气条件变化时，传统起动控 制，就必须通过压力与温度传感器精确测量大气压力与大气温度，以实现燃油流量的 精确计算。同时，对于燃气轮机转速测量的任何偏差，以及在该大气条件下，与转速 对应的实际空气流量的计算偏差，都将导致空燃比不满足点火要求，使得燃气轮机无 法正常起动。因此，在传统燃气轮机起动控制中，燃气轮机转速与燃油流量都是可变 控制参数，影响最终空燃比控制，相当于同时多个变量来实现对一个可变目标的匹配， 以至于这种开环控制方法在控制燃油空气比时，对于燃油流量的变化、燃气轮机运行 状态、传感器精度以及大气条件非常敏感。作为主要应用于航空航天，舰船、车辆等 领域的微小型燃气轮机，外界环境变化剧烈，传统的起动控制方法已经难以满足要求。 所以设计出一种新的起动控制装置以及更加可靠的起动控制方法，保证复杂环境下的 燃气轮机的可靠起动及其正常运转十分重要。

发明内容

本发明公开一种微小型燃气轮机起动控制装置以及起动控制方法。其起动控制装 置通过使用起动电机，拖动燃气轮机达到一个设定转速，并通过电子控制单元输出脉 宽调制信号(以下简称PWM)，控制起动电机，使燃气轮机稳定于该转速，使与燃 气轮机转速相关的燃气轮机进气量保持于一个稳定状态。之后通过电子控制单元输出 PWM信号开启燃油流量比例控制电磁阀，使燃油与进气混合，并开启点火器，当燃 油与进气混合达到起动所需着火比例时，点火器点燃混合气体，推动燃气轮机达到预 定转速，完成起动过程。整个起动控制装置与起动控制方法保持燃气轮机稳定于一个 设定转速，使得起动过程中燃烧室内空气流量处于一个稳定值，同时不再依据外界大 气温度与压力情况，计算燃油流量变化量，而是以一个固定变量增加进入燃烧室内的 燃油量，最终燃烧室内空燃比都将达到所需着火比例，使得燃气轮机起动过程受燃油 流量变化、燃气轮机状态变化以及大气条件变化影响较小，有效解决了苛刻环境下的 微小型燃气轮机起动困难以及不稳定等问题，确保燃气轮机可在任何条件下可靠完成 起动，保证了之后的燃气轮机稳定运转。

本发明公布的一种微小型燃气轮机起动控制装置，其主要由三个部分组成，包 括数据测量模块、数字控制单元以及起动执行模块。数据测量模块负责燃气轮机状态 参数的测量，包括测量燃气轮机转速的转速传感器以及测量燃气轮机排气温度的温度 传感器。转速传感器信号经过数字信号处理电路，整形处理后送入单片机；温度传感 器信号经过放大滤波处理后送入单片机。单片机依据采集到的燃气轮机状态数据，通 过执行器功率驱动电路控制执行起动模块内的起动电机、点火器、燃油保护电磁阀以 及燃油流量控制比例电磁阀，完成燃气轮机整个起动过程的控制，保证燃气轮机可靠、 稳定的进入慢车状态。