CN102230425A - 燃气发电机组空燃比快速自动调节系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，包括触摸屏、文丘里管混合器、涡轮增压器、中冷器、节气门、发动机、转速传感器、发电机、进气歧管、混合气绝对压力/温度测量模块。所述文丘里管混合器一端分别顺次与燃气压差/绝对压力/温度测量模块、燃气快速控制阀、空燃比控制器、触摸屏相连接，文丘里管混合器的另一端顺次与涡轮增压器、中冷器、节气门、进气歧管、发动机、转速传感器、发电机相连接，所述燃气快速控制阀和燃气压差/绝对压力/温度测量模块顺次与空燃比控制器、触摸屏相连接，所述进气歧管顺次与空燃比控制器、触摸屏相连接，根据通过发动机的混合气实际质量流量与理论质量流量的差值快速自动调节调节发动机的空燃比。

Description

燃气发电机组空燃比快速自动调节系统
技术领域：
本发明涉及燃气发电机组空燃比自动调节方法及设备，特别涉及可以适应燃气压力和浓度变化的一种燃气发电机组空燃比快速自动调节系统。
技术背景
目前燃气发电机组使用的空燃比控制方法，主要为手动控制或根据发动机缸温进行控制，为发动机的控制发挥了作用，但其存在着如下的缺点或不足：①自动化水平低，相当一部分控制系统还是手动控制；②空燃比控制精度差，发电机组运行效率低；③系统不能根据燃气压力和浓度进行自动调节，对燃气的压力稳定性要求高，发电机组起动困难，稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，采用空燃比控制器、燃气快速控制阀、燃气压差/绝对压力/温度测量模块、混合气绝对压力/温度测量模块及转速传感器的组合结构，根据采集的燃气绝对压力、燃气快速控制阀前后压差、燃气快速控制阀的开度、燃气温度、有功功率、转速、发动机进气管中的绝对压力、温度等参数，经系统自动分析计算后给出控制信号，控制燃气快速控制阀的开度，使燃气发电机组的空燃比在各种运行工况下都得以精确的自动调节，有效地克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足。
本发明所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，包括触摸屏（1）、空燃比控制器（2）、燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）、燃气快速控制阀（4）、文丘里管混合器（5）、涡轮增压器（6）、中冷器（7）、节气门（8）、发动机（9）、转速传感器（10）、发电机（11）、进气歧管（12）、混合气绝对压力/温度测量模块（13），其特征在于所述文丘里管混合器（5）一端分别顺次与燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）、燃气快速控制阀（4）、空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，文丘里管混合器（5）的另一端顺次与涡轮增压器（6）、中冷器（7）、节气门（8）、进气歧管（12）、发动机（9）、转速传感器（10）、发电机（11）相连接，所述燃气快速控制阀（4）和燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）顺次与空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，所述进气歧管（12）顺次与空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，根据通过发动机的混合气实际质量流量与理论质量流量的差值快速自动调节调节发动机的空燃比。
其中，所述燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）分别与燃气快速控制阀（4）的前后相连接。所述混合气绝对压力/温度测量模块（13），测量发电机组进气歧管（12）上混合气的绝对压力和温度。所述燃气快速控制阀（4）接收空燃比控制器（2）的信号对燃气流量进行调节。所述燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）测量燃气快速控制阀（4）前燃气绝对压力、燃气温度及燃气快速控制阀（4）前后的压差。所述转速传感器（10）测量发电机组的实时转速。所述触摸屏（1）为一体化嵌入式人机界面触摸屏，该触摸屏通过CAN总线与空燃比控制器（2）进行通讯，可实时显示空燃比控制器（2）的状态和参数设置。所述空燃比控制器（2）根据采集的压力、压差、温度、转速、功率信号，经过分析计算后控制燃气快速控制阀（4）的开度，进行空燃比自动调节。所述发动机混合气的实际质量流量由安装于进气歧管（12）上的混合气绝对压力/温度测量模块（13）、安装于发动机（9）和发电机（11）上的转速传感器（10），根据发动机进气歧管（12）中的绝对压力、温度及发动机的转速计算得出。所述发动机混合气的理论质量流量由空燃比控制器（2）根据发电机组的转速及输出功率确定。
本发明与现有技术相比较具有如下优点：
1、空燃比控制策略合理，可适应不同热值的气体；
2、自动化程度高，在燃气压力、浓度变化时可以通过自动调整保证燃气发电机组起动容易、稳定运行；
3、可实现空燃比精确控制，提高发电机组运行经济性，有效降低尾气排放；
4、具有发动机缸温高自动快速关闭燃气的功能，可防止发电机组防止发电机组发生烧活塞等重大事故。
5、快速燃气控制阀的执行机构的结构简单无减速装置、动作速度快，全程最快动作时间小于50ms，维持电流小于0.1A，电压DC24V。
6、对燃气的气源压力及燃气调压阀的要求低，调压阀后的压力在－0.5KPa至＋1.0KPa都可以满足要求。
7、系统中不使用氧传感器、燃气浓度传感器等易损部件，可靠性高，寿命长。
8、空燃比控制系统主要部件完全自主设计开发，设计制作成本低，具有明显的经济优势；
9、空燃比控制器控制程序可以根据现场特殊情况进行优化，适应不同的工况。
附图说明
图1为本发明的一种实施例结构示意图；
图2为按图1所示的结构空燃比控制电气连接示意图。 
具体实施方式
参阅图1-图2，一种燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，包括触摸屏1、空燃比控制器2、燃气压差/绝对压力/温度测量模块3、燃气快速控制阀4、文丘里管混合器5、涡轮增压器6、中冷器7、节气门8、发动机9、转速传感器10、发电机11、进气歧管12、混合气绝对压力/温度测量模块13。文丘里管混合器5一端分别顺次与燃气压差/绝对压力/温度测量模块3、燃气快速控制阀4、空燃比控制器2、触摸屏1相连接，文丘里管混合器5的另一端顺次与涡轮增压器6、中冷器7、节气门8、进气歧管12、发动机9、转速传感器10、发电机11相连接。燃气快速控制阀4和燃气压差/绝对压力/温度测量模块3顺次与空燃比控制器2、触摸屏1相连接。进气歧管12顺次与空燃比控制器2、触摸屏1相连接，根据通过发动机的混合气实际质量流量与理论质量流量的差值快速自动调节调节发动机的空燃比。
燃气压差/绝对压力/温度测量模块3分别与燃气快速控制阀4的前后相连接。混合气绝对压力/温度测量模块13，测量发电机组进气歧管12上混合气的绝对压力和温度。燃气快速控制阀4是快速电动执行机构及非接触式角度传感器的燃气碟门，接收空燃比控制器2的信号对燃气流量进行调节。燃气压差/绝对压力/温度测量模块3测量燃气快速控制阀4前燃气绝对压力、燃气温度及燃气快速控制阀4前后的压差。所述转速传感器10测量发电机组的实时转速。触摸屏1为一体化嵌入式人机界面触摸屏，该触摸屏通过CAN总线与空燃比控制器2进行通讯，可实时显示空燃比控制器2的状态和参数设置。空燃比控制器2根据采集的压力、压差、温度、转速、功率信号，经过分析计算后控制燃气快速控制阀4的开度，进行空燃比自动调节。发动机混合气的实际质量流量由安装于进气歧管12上的混合气绝对压力/温度测量模块13、安装于发动机9和发电机11上的转速传感器10根据发动机进气歧管12中的绝对压力、温度及发动机的转速计算得出。所述发动机混合气的理论质量流量由空燃比控制器2根据发电机组的转速及输出功率确定。
运行时，混合气压力/温度测量模块13、磁电式转速传感器10，通过发动机进气歧管12中的绝对压力、温度及发动机的转速计算得出发动机混合器的实际质量流量。所述混合气压力/温度测量模块13、转速传感器10，根据发动机进气歧管中的绝对压力、燃气快速控制阀4的开度、燃气温度及发动机的转速计算得出发动机混合器的实际质量流量，保证全量程流量计量准确、压力损失小。根据发电机组的转速及输出功率确定发动机混合气的理论质量流量，由混合气实际质量流量与理论质量流量的差值调节空燃比的设定值，空燃比的设定值可以由发动机的功率缸温曲线修正，功率缸温曲线通过试验数据确定。根据混合气的实际质量流量与空燃比的设定值计算得出燃气的需求质量流量，再由燃气的实际质量流量与需求质量流量的差值对快速燃气控制阀4的开度进行调节。
作为发动机燃料的燃气经初步调压至－0.5KPa至1.0KPa之间，－0.5KPa至1.0KPa的燃气送至燃气快速控制阀4对燃气的流量进行控制；由控制阀4送出的燃气在混合器5中与空滤器来的空气进行混合，形成空气与燃气的混合气；混合气经涡轮增压器6加压、中冷器7冷却后，经节气门8进入发动机的进气歧管；节气门8用于调节混合气进入发动机的量以达到调节发动机转速或输出功率的目的；混合气绝对压力/温度测量模块13、磁电式转速传感器10，根据发动机进气歧管12中的绝对压力、温度及发电机11的转速可以计算得出进入发动机9的混合气实际质量流量；空燃比控制器2根据发电机组的转速及输出功率确定发动机混合气的理论质量流量，由混合气实际质量流量与理论质量流量的差值调节空燃比的设定值，使混合气的实际质量流量与理论质量流量接近，空燃比的设定值可以由发动机的平均运行缸温修正；空燃比控制器2还根据混合气的实际质量流量与空燃比的设定值计算得出燃气的需求质量流量，再由燃气的实际质量流量与需求质量流量的差值对快速燃气控制阀的开度进行调节，使燃气的实际质量流量与需求质量流量相接近，达到对空燃比快速精确的控制；触摸屏1用于设置空燃比控制器2的初始工作参数及显示其运行状态和参数，也用于发动机其它运行参数的显示。
燃气压差/压力/温度采集模块采集燃气快速控制阀前后的压差和阀前的燃气绝对压力和温度，采集的信号送至空燃比控制器2；混合气绝对压力/温度测量模块13，采集混合气绝对压力和温度，把采集的信号传送至空燃比控制器2；转速传感器10安装在发动机飞轮上，实时测量发动机转速，并把转速信号传送至空燃比控制器2。空燃比控制器2根据采集的信号经分析计算后输出控制信号控制燃气快速控制阀的开度。触摸屏1与空燃比控制器2通过CAN总线进行通讯，实时显示燃气压力、压差、燃气开度、温度、转速等参数，也可以通过触摸屏对空燃比控制器进行参数设置。

Claims (10)

1.一种燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，包括触摸屏（1）、空燃比控制器（2）、燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）、燃气快速控制阀（4）、文丘里管混合器（5）、涡轮增压器（6）、中冷器（7）、节气门（8）、发动机（9）、转速传感器（10）、发电机（11）、进气歧管（12）、混合气绝对压力/温度测量模块（13），其特征在于所述文丘里管混合器（5）一端分别顺次与燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）、燃气快速控制阀（4）、空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，文丘里管混合器（5）的另一端顺次与涡轮增压器（6）、中冷器（7）、节气门（8）、进气歧管（12）、发动机（9）、转速传感器（10）、发电机（11）相连接，所述燃气快速控制阀（4）和燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）顺次与空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，所述进气歧管（12）顺次与空燃比控制器（2）、触摸屏（1）相连接，根据通过发动机的混合气实际质量流量与理论质量流量的差值快速自动调节调节发动机的空燃比。
2.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）分别与燃气快速控制阀（4）的前后相连接。
3.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述混合气绝对压力/温度测量模块（13），测量发电机组进气歧管（12）上混合气的绝对压力和温度。
4.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述燃气快速控制阀（4）接收空燃比控制器（2）的信号对燃气流量进行调节。
5.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述燃气压差/绝对压力/温度测量模块（3）测量燃气快速控制阀（4）前燃气绝对压力、燃气温度及燃气快速控制阀（4）前后的压差。
6.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述转速传感器（10）测量发电机组的实时转速。
7.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述触摸屏（1）为一体化嵌入式人机界面触摸屏，该触摸屏通过CAN总线与空燃比控制器（2）进行通讯，可实时显示空燃比控制器（2）的状态和参数设置。
8.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述空燃比控制器（2）根据采集的压力、压差、温度、转速、功率信号，经过分析计算后控制燃气快速控制阀（4）的开度，进行空燃比自动调节。
9.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述发动机混合气的实际质量流量由安装于进气歧管（12）上的混合气绝对压力/温度测量模块（13）、安装于发动机（9）和发电机（11）上的转速传感器（10）根据发动机进气歧管（12）中的绝对压力、温度及发动机的转速计算得出。
10.根据权利要求1所述的燃气发电机组空燃比快速自动调节系统，其特征在于所述发动机混合气的理论质量流量由空燃比控制器（2）根据发电机组的转速及输出功率确定。
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