[发明专利]控制燃气轮机燃料的方法及装置

说明书

本发明涉及一种控制燃气轮机燃料的方法及装置，更具体地说，涉涉及一种适合于在甩负载或FcB(首次减轻)时刻控制燃料的方法及装置。

在连接动力和负载的机械设备中或发电机与作为动力源的发动机的组合设备中，当保持一般的或正常的转数时，发电机的负载突然下降到零或降至某一个固定的负载的现象称为甩负载。在甩负载的情况下，就必须控制发动机减少向其提供能量。

例如，对于旋转机械，如蒸汽轮机，在甩负载的情况下，如果不降低蒸汽供量，产生的能量将变成转动动能使转数增加，但是，旋转机械具有一个由其材料的容许应力决定的转数的上限，因此，必须控制蒸汽供应阀关闭或开启在适当的开启度上，以防止转数超过上限。另一方面，在燃气轮机出现甩负载的情况时，就必须减少向燃气轮机供应燃料，其原因同上所述。这里应注意到燃气轮机一般是由压缩机，燃烧室及涡轮机组成的，燃料被注入进燃烧室以便连同被压缩机压缩到高压的空气一起燃烧。然后燃烧的气体在涡轮机内膨胀以产生或作功。相应地，由于无论在何时刻，都必须由压缩机产生压缩空气以维持燃气轮机的转数恒定，因此，即使在无负载状态下，也需要由涡轮机作一定的功，其量相应于压缩功，结果，即使涡轮机未加有负载，也必须注入规定量的燃料。此外，对于燃气轮机的燃烧室来说，当提供给燃烧室的燃烧的流速开始低于一定的极限时，燃烧便不能进行，造成所谓的“熄火”现象。这种熄火可以使含有空气的燃烧物质回流而造成非常危险的状态。因此，对于燃料流速控制阀控制装置来说，其必要的功能之一就是能从正常运行时燃料流速控制阀的开启状态迅速减小到对应于未加负载时的燃料流速的阀门开启状态，而不引起熄火现象及在甩负载时产生转数超限。

图3显示了传统的燃料流动控制系统的方框图的实例，在该系统中，输出W被与负载9连接并构成负载9的一部分的输出检测器6检测并通过比较器1与作为予期值或目标值设定的输出W^*比较然后，按照这样得到的输出偏差ΔW由算术单元2将其转换成予期的转数N^*。在燃气轮机中，对于当额定的输出是予期值时的情况，转换函数设定为104％，对于没有负载的情况，设定为100％，当输出偏差ΔW为止时，予期的转数N^*以一个予定的固定的速率增加，当ΔW为负时，N^*以予定的固定速率减小。

但是，当负载9不需要动力时，则设定为100％。

由构成燃气轮机8一部分的转数检测器7检测的转数N由比较器3与予期的转数N^*比较，由此，得到的输出ΔN由算术单元4转换成燃料流速控制阀的期望开启度θ₀。

算术单元5用来计算燃料流速控制阀12的所期望的开启度的最小值，以便将燃料流速控制阀的开启度设在能防止燃烧室14熄火的范围内。燃烧室14熄火的发生取决于燃烧室的特征，即，当燃料空气比变为等于或小于一定的确定值时，熄火才发生。由于从压缩机13排放并提供给燃烧室14的空气流率随大气温度及转数变化，由算术单元5根据由大气温度检测器11检测的大气温度T及转数N对燃料控制阀12的所期望的开启度的最小值进行修正。

压力控制阀17用来使燃料流速控制阀12的由压力检测器18检测入口压力P₂保持恒定。因此，决定燃气轮机的输出(功率)的燃料流速唯一地取决于燃料流速控制阀12的开启度。

根据算术单元5输出值θ₁的变化，改变燃料流率控制阀12的开启度以调节燃料流速，这样就可使输出值W接近设定的输出W^*。采用这种方法即执行了一个规定的反馈控制。

图4显示了上述传统的控制系统在突然甩负载或为负载9设定的输出值W^*从额定值变为0的情况下的运行状况。

下面对图4进行说明。假定甩负载在时间点T₁开始发生。设定输出值W^*从点A₁经过点A₂变成A₃。假定A和B是常量，由算术单元4根据下面公式进行计算；

      θ₀＝A×(N^*-N)+B

B值对应于线g和h，即，无负载条件。