[发明专利]一种防止燃气轮机起动过程冷热悬挂的装置与方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种燃气轮机或航空发动机根据转速或温度值控制燃料量的装置与优化控制方法，具体来说，提出一种防止燃气轮机或航空发动机点火成功后冷热悬挂的装置与优化控制方法，其起动过程中燃料量根据压气机转速或动力涡轮后排气温度闭环控制方法及相应装置。

背景技术

燃气轮机或航空发动机起动过程中，如果转子速度上升缓慢甚至停止，则会出现起动悬挂现象，导致发动机起动失败。起动悬挂分为热悬挂和冷悬挂，如果发动机在起动时，涡轮前燃气温度过高，导致压气机失速，结果产生转速不上升或上升缓慢而温度继续上升，严重时压气机会发生喘振，甚至烧坏涡轮叶片，这种现象称之为热悬挂。如果发动机在起动时，燃烧室供油不足，使得涡轮剩余扭矩太小甚至为零，同样会导致转速不上升或上升缓慢，此时涡轮后燃气温度虽然不高，但也会导致起动失败，这种现象称之为冷悬挂。无论是热悬挂还是冷悬挂，都会导致燃气涡轮发动机起动失败。其中超转或超温是导致起动悬挂的重要因素，在起动过程中如果压气机转速或动力涡轮后排气的温度其中一项控制不好就会出现起动悬挂现象，导致起动失败，如何有效避免燃气涡轮发动机在起动过程中出现冷、热悬挂故障，继而有效避免燃气涡轮发动机起动失败的问题，是燃气涡轮发动机起动控制中亟待解决的问题，本发明就在此背景下提出的。

发明内容

本发明为解决现有燃气轮机或航空发动机起动过程中容易出现冷热悬挂现象，导致燃气轮机或航空发动机起动失败问题，提出了一种燃气涡轮发动机起动过程中根据燃气轮机转速或动力涡轮后排气的温度控制燃料量的装置与优化控制方法，通过燃气轮机控制器中算法控制燃料量使得不同状态时的压气机转速和动力涡轮排气温度均在设定范围内，该装置与优化控制方法尤其适用于地面燃气轮机、航空发动机以及对起动性能可靠性要求高的动力装置。

根据本发明的一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种防止燃气轮机起动过程冷热悬挂的装置。

具体的技术方案为：

一种防止燃气轮机起动过程冷热悬挂的装置，包括燃气轮机单元A和测量控制单元B，所述燃气轮机单元A和测量控制单元B通信连接，其特征在于，

--所述燃气轮机单元A，包括起动电机、压气机、燃烧室、涡轮、动力涡轮、负载和回热器，所述起动电机、压气机、燃烧室、涡轮、动力涡轮和负载通过传动装置依次传动连接，所述压气机包括进气端和排气端，所述压气机产生的高压气体经其排气端通入所述回热器的冷侧，所述高压气体在所述回热器的冷侧被加热后通入所述燃烧室并与通入其中的燃料混合燃烧，所述燃烧室产生的高温高压燃气依次经所述涡轮、动力涡轮后通入所述回热器的热侧，用以进一步加热所述回热器冷侧的高压气体；

--所述测量控制单元B，包括控制器、燃料质量流量计、测速装置和温度传感器，所述控制器分别与所述燃料质量流量计、测速装置和温度传感器通信连接，所述燃料质量流量计设置于所述燃烧室的燃料供应管路上，所述测速装置设置于所述燃气轮机的传动轴处，优选地设置于所述压气机和涡轮之间的传动轴处，所述温度传感器设置于所述动力涡轮的排气管路上，所述控制器通过燃料质量流量计、测速装置以及温度传感器分别采集燃烧室的燃料质量流量、压气机的转速、动力涡轮后的排气温度等信息，根据压气机转速或动力涡轮后的排气温度控制燃料量质量流量。

进一步地，所述控制器包括基于转速的起动阶段燃料量闭环控制模式和基于动力涡轮后排气温度的起动阶段燃料量闭环控制模式。

进一步地，在燃气轮机起动点火成功之后，所述控制器进入基于转速的起动阶段燃料量闭环控制模式或进入基于动力涡轮后排气温度的起动阶段燃料量闭环控制模式。通过测速装置测量燃气轮机压气机转速，与该状态要求的设计转速进行对比，当测量转速与设定转速差值的绝对值不大于最大误差ε₁时，所述控制器发出计算燃料量、增大转速的控制指令，当测量转速与设定转速差值的绝对值大于最大误差ε₁时，持续时间t>t₁秒后，则停止燃气轮机的起动，其中，t₁为控制器预先设定的的系统延迟时间，用以判断测量转速N与设定转速N₀差值是否处于稳定状态，而非随机的波动。