[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

摘要

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，公开了一种防止燃气轮机起动过程冷热悬挂的装置与优化控制方法，可广泛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控制装置中，通过在燃气轮机系统中增加燃料质量流量计、测速装置及温度传感器。燃气轮机点火成功后，燃气轮机控制器通过转速传感器以及温度传感器实时监测压气机转速及动力涡轮后排气的温度，尽量避免起动过程中出现冷热悬挂故障。发明中所采用的燃料、转速和温度控制逻辑具有广泛应用价值。

主权项

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、动力涡轮和负载依次布置，其中，所述起动电机与压气机之间、压气机与涡轮之间、涡轮与动力涡轮之间、动力涡轮与负载之间通过传动装置传动连接，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，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，根据压气机转速或动力涡轮后的排气温度控制燃料质量流量；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；在燃气轮机起动点火成功之后，通过测速装置以及温度传感器实时监测燃气轮机压气机转速及动力涡轮后的排气温度，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；其中，所述基于转速的起动阶段燃料量闭环控制模式为：通过测速装置测量燃气轮机压气机转速N，与当前状态要求的设定转速N0进行对比，当燃气轮机压气机转速N与设定转速N0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m1，当燃气轮机压气机转速N与设定转速N0差值的绝对值大于最大误差ε1时，持续时间t>t1后，则停止燃气轮机的起动，其中，t1为控制器预先设定的系统延迟时间，用以判断燃气轮机压气机转速N与设定转速N0差值是否处于稳定状态，而非随机的波动；所述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为：通过所述温度传感器测量动力涡轮后的排气温度T，与当前状态要求的设定温度T0进行对比，若动力涡轮后的排气温度T与设定温度T0差值的绝对值不大于最大误差ε2时，所述控制器计算燃料量m2，若动力涡轮后的排气温度T与设定温度T0差值的绝对值大于最大误差ε2，持续时间t>t2后，则停止燃气轮机的起动,其中，t2为控制器预先设定的系统延迟时间，用以判断动力涡轮后的排气温度T与设定温度T0差值是否处于稳定状态，而非随机的波动。