[发明专利]一种燃气轮机燃料与空气混合比的控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于燃气轮机的控制领域，主要涉及一种燃气轮机燃料与空气混合比的控制方法及装置，用于燃气轮机起动过程中控制燃气轮机点火前以及点火成功后燃烧室中的燃料与空气混合比。

背景技术

燃气轮机起动时燃烧室点火可靠性主要由燃料与空气混合比、空气流速等因素决定的，而目前燃气轮机燃烧室中燃料与空气混合控制装置及方法难以精确配比燃料与空气混合比，更无法根据不同的工况对燃烧室中燃料与空气混合比进行实时检测、调整和匹配，无法实现燃料与空气混合实时最优的目标，导致现有燃气轮机起动时燃烧室点火可靠性差，燃气轮机从起动到慢车过程也存在燃料与空气的配置当量不合理等问题，严重阻碍了燃气轮机的点火可靠性。

发明内容

本发明为解决现有燃气轮机起动时燃烧室点火可靠性差以及起动到慢车过程中燃料与空气混合比配置不合理、不能实时匹配燃料与空气的混合比等问题，提出了一种燃气轮机燃料与空气混合比的控制方法及装置，其技术方案包括燃料与空气混合比的控制方法、燃料与空气混合比的控制装置以及采用该方法和装置的燃气轮机。本发明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烧点燃可靠性要求高的动力装置中。

为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种燃气轮机燃料与空气混合比的控制方法，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包括通过燃油管路依次连接的油箱(1)、过滤器(10)、燃油泵(11)、稳压阀(13)、主燃油阀(14)，其中，所述燃油泵(11)的出口和稳压阀(13)的进口之间通过燃油管路连通，所述燃油泵(11)的进口和稳压阀(13)的进口之间还设有一带安全阀(12)的燃油管路；所述主燃油阀(14)通过并联的主燃油控制阀(8)和副燃油控制阀(9)与燃烧室的进油口连通；

所述燃料计量与控制单元A还包括燃气轮机控制器(5)、燃气轮机转速传感器(2)、变频器(3)、空气压力传感器(4)、空气温度传感器(6)、空气体积流量计(20)、燃料质量流量计(7)，其中，所述燃气轮机转速传感器(2)、变频器(3)、空气压力传感器(4)、空气温度传感器(6)、空气体积流量计(20)和燃料质量流量计(7)均与所述燃气轮机控制器(5)通信连接；所述空气压力传感器(4)、空气温度传感器(6)、空气体积流量计(20)设置在压气机出口和燃烧室进口之间的供气管路上，分别测量该供气管路中空气的压力、温度和体积流量；所述变频器(3)与所述燃油泵(11)的驱动马达电连接，为所述燃油泵(11)提供驱动电力；所述燃料质量流量计(7)设置在所述稳压阀(13)和主燃油阀(14)之间的燃油管路上或设置在所述油箱(1)和燃油泵(11)之间的燃油管路上；

--所述燃气发生器单元B包括压气机、燃烧室和涡轮；

其中，当所述燃气轮机处于点火前的准备阶段时，按照如下步骤控制燃料与空气的混合比：

SS1.根据燃气轮机转速传感器(2)测得燃气轮机的实际转速，与燃烧室点火要求的点火转速进行对比，当测量的实际转速小于点火转速，则增大燃气轮机转速，当测量的实际转速不小于点火转速时，则进入步骤2；

SS2.当燃气轮机的实际转速大于点火转速时，所述燃气轮机控制器(5)根据燃烧室进口空气的流量、压力及温度计算出对应的标况下气体质量流量，推算出使燃料与空气混合当量比等于1时所需的目标燃料供应量；

SS3.根据燃料质量流量计(7)测得实际燃料供应量，与所述目标燃料供应量进行对比，当所述实际燃料供应量小于目标燃料供应量时，则增大燃料供应量，当实际燃料供应量等于目标燃料供应量时，则启动点火程序。

进一步地，当所述燃气轮机起动点火后，按照如下步骤控制燃料与空气的混合比：

SS4.根据燃气轮机转速传感器(2)测得燃气轮机的实际转速，所述燃气轮机控制器(5)根据燃烧室进口空气的流量、压力及温度计算出对应的标况下气体质量流量，推算出使燃料与空气混合当量比等于1时所需的目标燃料供应量；

SS5.根据燃料质量流量计(7)测得实际燃料供应量，与所述目标燃料供应量进行对比，当所述实际燃料供应量小于目标燃料供应量时，则增大燃料供应量，当实际燃料供应量大于目标燃料供应量时，则降低燃料供应量，使得燃料与空气混合当量比实时保持为1。