CN105545490A - 一种闭环式燃气轮机液压启动方法及燃气轮机液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭环式燃气轮机液压启动方法及燃气轮机液压系统。所述闭环式燃气轮机液压启动方法包括：步骤1：由电动机驱动变量液压泵；步骤2：将变量液压马达的出油口直接与油源连接；步骤3：计算变量液压泵出口所需要压力；步骤4：确定变量液压马达的转换转速，并使变量液压马达在达到转换转速前维持最大排量；步骤5：以闭环控制方法调节变量液压泵的排量；步骤6：在达到转换转速后，使变量液压泵的排量维持在转换转速时的排量不变，并通过闭环控制方法使其排量随转速降低；步骤7：达到脱开转速时关闭电动机。本发明提出了一种具体的，可实际应用的恒扭矩恒功率的燃气轮机液压启动方法。

Description

一种闭环式燃气轮机液压启动方法及燃气轮机液压系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种闭环式燃气轮机液压启动方法及燃气轮机液压系统。

背景技术

燃气轮机是一种应用广泛的动力装置，需配置起动系统实现燃气轮机从静止状态到运行状态的转换。燃气轮机起动系统有多种实现形式，如电起动系统、空气涡轮起动系统、燃气涡轮起动系统、液压起动系统等。其中，液压起动系统技术成熟、成本低廉、控制方便，应用比较广泛。

燃气轮机为了获得较好的起动性能，理论上通常要求起动前期的低转速阶段，起动系统以恒定的最大扭矩运行，从而降低起动时间；理论上通常要求起动后期的高转速阶段，起动系统以恒定的最大功率运行，从而提高起动系统效率。

还没有现有技术针对该理论要求进行成功的设计。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种闭环式燃气轮机液压启动方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种闭环式燃气轮机液压启动方法，所述闭环式燃气轮机液压启动方法包括：

步骤1：由电动机驱动变量液压泵，从而向变量液压马达提供高压液压油，并由压力传感器反馈变量液压泵的出口压力；

步骤2：将变量液压马达的出油口直接与油源连接，并使变量液压马达的进油口以及出油口的压差与变量液压泵的出口压力之差小于预定阈值；

步骤3：通过公式计算变量液压泵出口所需要压力；

步骤4：根据公式确定变量液压马达的转换转速，并使变量液压马达在达到转换转速前维持最大排量；

步骤5：以闭环控制方法调节变量液压泵的排量，使其排量随转速逐渐增加，从而使变量液压泵的出口压力与所述步骤3计算出的变量液压泵出口所需要压力相同；

步骤6：在达到转换转速后，使变量液压泵的排量维持在转换转速时的排量不变，并通过闭环控制方法调节变量液压马达的排量，使其排量随转速降低，从而使变量液压泵的出口压力与所述步骤3中的变量液压泵出口所需要压力相同；

步骤7：达到脱开转速时关闭电动机。

优选地，所述闭环式燃气轮机液压启动方法进一步包括：

在步骤1至步骤7的过程中，采用安全阀进行限压的过程，所述安全阀的打开压力设置为高于所述步骤3中的变量液压泵出口所需要压力。

优选地，所述预定阈值为-500N至500N。

优选地，所述步骤3中的计算变量液压泵出口所需要压力的公式具体为： $P^{\′}=\frac{T_{max}}{{\mathrm{\η}}_m\·v_{max}},$ 其中，

T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；η_m、液压马达机械效率；v_max、液压马达最大排量；P′、需要的液压泵出口压力。

优选地，所述步骤4中的确定变量液压马达(4)的转换转速的公式具体为：

$n_{change}=\frac{W_{\max }}{T_{max}};$ 其中，

W_max、要求的液压马达最大输出功率；T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；n_change、液压马达转换转速。

优选地，所述步骤5中的闭环控制方法包括PID控制方法。

优选地，所述燃气轮机液压启动方法进一步包括：在步骤1至步骤7的过程中，通过压力传感器检测压力。

本发明还提供了一种燃气轮机液压系统，所述燃气轮机液压系统用于如上所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，所述燃气轮机液压系统包括：

电动机；变量液压泵，所述变量液压泵与电动机连接，所述变量液压泵具有进油口以及出油口；油源，所述油源的出油口与所述变量液压泵的进油口连接；变量液压马达，所述变量液压马达的输出轴与燃气轮机附件机匣连接，所述变量液压马达具有进油口以及出油口，所述变量液压马达的进油口与所述变量液压泵的出油口通过管路连接，所述变量液压马达的出油口与所述油源的进油口通过管路连接；安全阀，所述安全阀具有进油口以及出油口，所述安全阀的进油口与所述变量液压马达的进油口与所述容积液压泵的出油口所连接的管路连通，所述安全阀的出油口与所述变量液压马达的出油口与所述油源的进油口锁连接的管路连通；其中，所述电动机用于驱动变量液压泵工作；所述变量液压泵用于自所述油源泵油，从而将油供至变量液压马达；所述安全阀用于调节所述变量液压泵的出油口与所述变量液压马达的进油口所连接的管路中的油的流量；所述变量液压马达用于驱动所述燃气轮机附件机匣。

本发明提出了一种具体的，可实际应用的恒扭矩恒功率的的燃气轮机液压启动方法。该方法能够实现如下功能：

1、通常要求起动前期的低转速阶段，液压起动系统以恒定的最大扭矩运行，从而降低起动时间，此阶段系统的输出功率逐渐增加；

2、通常要求起动后期的高转速阶段，液压起动系统以恒定的最大功率运行，从而提高起动系统效率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的闭环式燃气轮机液压启动方法的流程示意图。

图2是根据本发明第一实施例的燃气轮机液压系统的系统示意图。

图3是如图1所示的闭环式燃气轮机液压启动方法中的步骤5所用方法的示意图。

图4是如图1所示的闭环式燃气轮机液压启动方法中的步骤6所用方法的示意图。

附图标记：

1	电动机	4	变量液压马达
				2	变量液压泵	5	油源
3	安全阀	6	压力传感器

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是根据本发明第一实施例的闭环式燃气轮机液压启动方法的流程示意图。图2是根据本发明第一实施例的燃气轮机液压系统的系统示意图。图3是如图1所示的闭环式燃气轮机液压启动方法中的步骤5所用方法的示意图。图4是如图1所示的闭环式燃气轮机液压启动方法中的步骤6所用方法的示意图。

如图1所示的闭环式燃气轮机液压启动方法包括：

步骤1：由电动机1驱动变量液压泵2，从而向变量液压马达4提供高压液压油，并由压力传感器6反馈变量液压泵2的出口压力；

步骤2：将变量液压马达4的出油口直接与油源5连接，并使变量液压马达4的进油口以及出油口的压差与变量液压泵2的出口压力之差小于预定阈值；

步骤3：通过公式计算变量液压泵2出口所需要压力；

步骤4：根据公式确定变量液压马达4的转换转速，并使变量液压马达4在达到转换转速前维持最大排量；

步骤5：以闭环控制方法调节变量液压泵2的排量，使其排量随转速逐渐增加，从而使变量液压泵2的出口压力与所述步骤3计算出的变量液压泵2出口所需要压力相同；

步骤6：在达到转换转速后，使变量液压泵2的排量维持在转换转速时的排量不变，并通过闭环控制方法调节变量液压马达4的排量，使其排量随转速降低，从而使变量液压泵2的出口压力与所述步骤3中的变量液压泵2出口所需要压力相同；

步骤7：达到脱开转速时关闭电动机1。

在本实施例中，将变量液压马达4的出口直接通入油源5，则变量液压马达4进出口压差近似等于变量液压泵2出口压力。变量液压马达4输出扭矩关系式：

T＝η_m·ΔP·v≈η_m·P·v……………………………………(1)

T、液压马达输出扭矩；η_m、液压马达机械效率；v、液压马达排量；ΔP、液压马达进出口压差；P、液压泵出口压力。

由上可知，在变量液压马达4机械效率和排量不变的前提下，只要保证变量液压马达4出口压力为恒定值，变量液压马达4输出扭矩即可恒定。因此，在转换转速以前，变量液压马达4维持某一排量不变，即可输出恒定的扭矩。工程上，通常令变量液压马达4维持在最大排量，由要求的最大扭矩按式(1)需要的变量液压泵2出口压力：

$P^{\′}=\frac{T_{max}}{{\mathrm{\η}}_m\·v_{max}}\mathrm{...}\left(2\right)$

T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；η_m、液压马达机械效率；v_max、液压马达最大排量；P′、需要的液压泵出口压力。

因此，有利的是，在本实施例中，步骤3中的计算变量液压泵2出口所需要压力的公式具体为：

$P^{\′}=\frac{T_{max}}{{\mathrm{\η}}_m\·v_{max}};$ 其中，

T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；η_m、液压马达机械效率；v_max、液压马达最大排量；P′、需要的液压泵出口压力。

参见图3，在本实施例中，步骤5：以闭环控制方法调节变量液压泵2的排量，使其排量随转速逐渐增加。该步骤5可以采用图3所示的闭环控制方法进行控制，例如，通过PID算法进行排量控制，从而使变量液压泵2的出口压力与所述步骤3计算出的变量液压泵2出口所需要压力相同。

由变量液压马达4输出功率关系式：

W＝n·η_m·ΔP·v…………………………………(3)

W、液压马达输出功率；η_m、液压马达机械效率；v、液压马达排量；ΔP、液压马达进出口压差；n、液压马达转速。

由上可知，起动过程中，随着变量液压马达4转速的上升，其输出功率逐渐增加。定义变量液压马达4输出功率达到要求的最大功率时，对应的转速为转换转速。其计算公式为：

$n_{change}=\frac{W_{\max }}{T_{\max }}\mathrm{...}\left(4\right)$

W_max、要求的液压马达最大输出功率；T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；n_change、液压马达转换转速。

显然，当变量液压马达4转速达到转换转速后，若排量仍保持其最大排量不变，则随着转速的继续上升，其输出功率也将持续上升，无法实现转换转速以后恒功率的需求。因此，在达到并高于转换转速以后，必须调节变量液压马达4的排量，使之逐渐降低，从而保证起动系统输出恒定的最大功率。在此阶段，变量液压泵2的排量应维持在转换转速点的排量不变直至起动过程结束。变量液压泵2在转换转速点的排量由闭环控制算法自动计算得到。

考虑调节变量液压马达4排量的原则。从变量液压马达4输入输出功率平衡的角度考虑，可得：

W＝η_m·η_v·P·Q…………………………………(5)

W、液压马达输出功率；η_m、液压马达机械效率；η_v、液压马达容积效率；P、液压泵出口压力；Q、液压泵输出流量。

其中，变量液压马达4的机械效率和容积效率近似为常数，因变量液压泵2的排量维持在转换转速点不变故其输出流量亦不变。因此，只要保证变量液压泵2的出口压力不变，即可保证变量液压马达4输出功率恒定，该压力的具体数值可由下式确定：

$P^{\′}=\frac{W_{\max }}{{\mathrm{\η}}_m\·{\mathrm{\η}}_v\·Q^{\′}}...\left(6\right)$

P′、需要的液压泵出口压力；W_max、要求的液压马达最大输出功率；η_m、液压马达机械效率；η_v、液压马达容积效率；Q′、达到转换转速后的液压泵输出流量。

式(6)与式(2)等价，故仍由式(2)确定变量液压泵2的出口压力。

有上述可知，调节变量液压马达4排量的原则是保证变量液压泵2出口压力为式(2)计算出的需要值，在本实施例中，步骤7中的具体方法为按图4所示原理进行闭环控制。即根据变量液压泵2需要压力与实际压力之差，按PID算法调节变量液压马达4的排量，使其排量随转速逐渐降低，从而使变量液压泵2出口压力与式(2)计算出的需要值一致。

有利的是，在本实施例中，在步骤1至步骤7的过程中，采用安全阀进行限压的过程，所述安全阀的打开压力设置为高于所述步骤3中的变量液压泵2出口所需要压力。这样，能够防止系统由于压力过高出现故障。

有利的是，在本实施例中，步骤2中的预定阈值为-500N至500N。可以理解的是，理想状态下，该差值为0。

有利的是，在本实施例中，在步骤1至步骤7的过程中，通过压力传感器检测压力。

本发明还提供了一种燃气轮机液压系统，所述燃气轮机液压系统用于如上所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，所述燃气轮机液压系统包括：

电动机1；

变量液压泵2，所述变量液压泵2与电动机1连接，变量液压泵2具有进油口以及出油口；

油源5，油源5的出油口与变量液压泵2的进油口连接；

变量液压马达4，变量液压马达4的输出轴与燃气轮机附件机匣连接，变量液压马达4具有进油口以及出油口，变量液压马达4的进油口与所述变量液压泵2的出油口通过管路连接，所述变量液压马达的出油口与所述油源的进油口通过管路连接；

安全阀3，安全阀3具有进油口以及出油口，安全阀3的进油口与变量液压马达的进油口与容积液压泵的出油口所连接的管路连通，安全阀3的出油口与变量液压马达的出油口与油源的进油口锁连接的管路连通；其中，

电动机1用于驱动变量液压泵2工作；变量液压泵2用于自油源5泵油，从而将油供至变量液压马达4；安全阀3用于调节变量液压泵2的出油口与变量液压马达4的进油口所连接的管路中的油的流量；变量液压马达4用于驱动所述燃气轮机附件机匣。

本发明提出了一种具体的，可实际应用的恒扭矩恒功率的的燃气轮机液压启动方法。该方法能够实现如下功能：

1、通常要求起动前期的低转速阶段，液压起动系统以恒定的最大扭矩运行，从而降低起动时间，此阶段系统的输出功率逐渐增加；

2、通常要求起动后期的高转速阶段，液压起动系统以恒定的最大功率运行，从而提高起动系统效率。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种闭环式燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述闭环式燃气轮机液压启动方法包括：

步骤1：由电动机(1)驱动变量液压泵(2)，从而向变量液压马达(4)提供高压液压油，并由压力传感器(6)反馈变量液压泵(2)的出口压力；

步骤2：将变量液压马达(4)的出油口直接与油源(5)连接，并使变量液压马达(4)的进油口以及出油口的压差与变量液压泵(2)的出口压力之差小于预定阈值；

步骤3：通过公式计算变量液压泵(2)出口所需要压力；

步骤4：根据公式确定变量液压马达(4)的转换转速，并使变量液压马达(4)在达到转换转速前维持最大排量；

步骤5：以闭环控制方法调节变量液压泵(2)的排量，使其排量随转速逐渐增加，从而使变量液压泵(2)的出口压力与所述步骤3计算出的变量液压泵(2)出口所需要压力相同；

步骤6：在达到转换转速后，使变量液压泵(2)的排量维持在转换转速时的排量不变，并通过闭环控制方法调节变量液压马达(4)的排量，使其排量随转速降低，从而使变量液压泵(2)的出口压力与所述步骤3中的变量液压泵(2)出口所需要压力相同；

步骤7：达到脱开转速时关闭电动机(1)。

2.如权利要求1所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述闭环式燃气轮机液压启动方法进一步包括：

在步骤1至步骤7的过程中，采用安全阀进行限压的过程，所述安全阀的打开压力设置为高于所述步骤3中的变量液压泵(2)出口所需要压力。

3.如权利要求1所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述预定阈值为-500N至500N。

4.如权利要求1所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述步骤3中的计算变量液压泵(2)出口所需要压力的公式具体为：

$P^{\′}=\frac{T_{max}}{{\mathrm{\η}}_m\·v_{max}},$ 其中，

T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；η_m、液压马达机械效率；v_max、液压马达最大排量；P′、需要的液压泵出口压力。

5.如权利要求1所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述步骤4中的确定变量液压马达(4)的转换转速的公式具体为：

$n_{change}=\frac{W_{\max }}{T_{max}};$ 其中，

W_max、要求的液压马达最大输出功率；T_max、要求的液压马达最大输出扭矩；n_change、液压马达转换转速。

6.如权利要求1所述的燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述步骤5中的闭环控制方法包括PID控制方法。

7.如权利要求1所述的燃气轮机液压启动方法，其特征在于，所述燃气轮机液压启动方法进一步包括：在步骤1至步骤7的过程中，通过压力传感器检测压力。

8.一种燃气轮机液压系统，其特征在于，所述燃气轮机液压系统用于如权利要求1至7中任意一项所述的闭环式燃气轮机液压启动方法，所述燃气轮机液压系统包括：

电动机(1)；

变量液压泵(2)，所述变量液压泵(2)与电动机(1)连接，所述变量液压泵(2)具有进油口以及出油口；

油源(5)，所述油源(5)的出油口与所述变量液压泵(2)的进油口连接；

变量液压马达(4)，所述变量液压马达(4)的输出轴与燃气轮机附件机匣连接，所述变量液压马达(4)具有进油口以及出油口，所述变量液压马达(4)的进油口与所述变量液压泵(2)的出油口通过管路连接，所述变量液压马达的出油口与所述油源的进油口通过管路连接；

安全阀(3)，所述安全阀(3)具有进油口以及出油口，所述安全阀(3)的进油口与所述变量液压马达的进油口与所述容积液压泵的出油口所连接的管路连通，所述安全阀(3)的出油口与所述变量液压马达的出油口与所述油源的进油口锁连接的管路连通；其中，

所述电动机(1)用于驱动变量液压泵(2)工作；所述变量液压泵(2)用于自所述油源(5)泵油，从而将油供至变量液压马达(4)；所述安全阀(3)用于调节所述变量液压泵(2)的出油口与所述变量液压马达(4)的进油口所连接的管路中的油的流量；所述变量液压马达(4)用于驱动所述燃气轮机附件机匣。