CN109083748A - 变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，包括通过台架实验确定动力涡轮的导叶角度VGV与燃气轮机的高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系；判断燃气轮机是否进入大功率模式；根据制定的大功率控制方法，在判断进入大功率模式后开始执行；仿真模拟执行大功率控制方法，验证大功率控制方法的有效性。本公开能够有效避免燃气轮机因某一个参数达到最大限制值而无法继续增加工况，使燃气轮机的最大输出功率得到了有效提高。
Description
技术领域
本公开涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法。
背景技术
变几何燃气轮机具有良好的机动性及变工况特性，如何优化控制规律，通过调整流道的几何形状使其性能在不同工况下保持最优具有重要意义。
三轴式燃气轮机的最大输出功率往往受到高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃烧室出口温度T4三者的限制。当燃气轮机在标准大气环境下工作时，根据设计目标NH、NL、T4往往可同时达到最大限制值，此时燃气轮机输出功率最大。然而，当大气环境发生变化或发动机部件性能蜕化，压气机及涡轮部件的匹配关系随之改变，这可能就会导致燃气轮机因NH、NL、T4三个参数中某一个参数率先达到最大允许值而无法继续提高输出功率。此时，如何通过调节动力涡轮导叶角度、制定合适的控制策略在燃气轮机不超温不超转的前提下提高燃气轮机最大输出功率就显得尤为重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，包括：步骤S1：通过台架实验确定动力涡轮的导叶角度VGV与燃气轮机的高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系；步骤S2：判断燃气轮机是否进入大功率模式；步骤S3：在步骤S2进入大功率模式后，根据步骤S1中导叶角度VGV与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间相互关系，分别通过对燃油流量和/或导叶进行控制，使燃气轮机维持大功率输出。
在本公开的一些实施例中，还包括：步骤S4：仿真模拟步骤S3，验证变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法的有效性。
在本公开的一些实施例中，步骤S1中，在测量燃油流量不变的情况下，导叶角度VGV增大，高压轴相对转速NH和低压轴相对转速NL增大，燃气发生器出口总温T6减小。
在本公开的一些实施例中，步骤S2中包括：子步骤S21：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均未达到最大限制值，则燃气轮机未进入大功率模式；燃油流量为闭环控制，通过油门杆角度调节；导叶角度VGV为开环控制；子步骤S22：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均达到最大限制值，则启动步骤S3。
在本公开的一些实施例中，步骤S3中对燃油流量进行控制，燃油流量与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6三个参数中裕度最小的参数形成闭环控制，燃油流量的控制目标为参数高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL和燃气发生器出口总温T6的最大允许值。
在本公开的一些实施例中，步骤S3中对导叶进行控制，高压轴相对转速NH达到最大允许值，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。
在本公开的一些实施例中，步骤S3中对导叶进行控制，低压轴相对转速NL达到最大允许值，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。
在本公开的一些实施例中，步骤S3中对导叶进行控制，燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV与低压轴相对转速NL形成闭环控制，控制目标为低压轴相对转速NL达到最大允许值，导叶角度VGV增大。
在本公开的一些实施例中，步骤S4中，燃气轮机进入大功率模式后的输出功率大于进入大功率模式前的输出功率；工况稳定时，高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6中的任两个参数同时达到最大限制值；仿真模拟结果满足上述，大功率控制方法的有效性得到验证。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)根据燃机轮机台架实验确定的涡轮导叶角度与高压轴相对转速、低压轴相对转速和燃烧室出口温度的相互影响关系，能够保证据此制定的控制方法的有效性。
(2)通过进行仿真模拟，能够验证大功率控制策略的有效性。
(3)本公开能够有效避免燃气轮机因某一个参数达到最大限制值而无法继续增加工况，使燃气轮机的最大输出功率得到了有效提高。
附图说明
图1为本公开实施例变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法的流程框图。
图2为图1所示的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法应用于某一燃气轮机中对其最大输出功率的提升效果示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法包括，通过台架实验确定动力涡轮的导叶角度VGV与燃气轮机的高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系；判断燃气轮机是否进入大功率模式；根据制定的大功率控制方法，在判断进入大功率模式后开始执行；仿真模拟执行大功率控制方法，验证大功率控制方法的有效性。本公开能够有效避免燃气轮机因某一个参数达到最大限制值而无法继续增加工况，使燃气轮机的最大输出功率得到了有效提高。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法。其中变几何三轴式燃气轮机包括燃气发生器和动力涡轮，燃气发生器包括高压压气机、高压涡轮、低压压气机和低压涡轮；动力涡轮向外输出功率，动力涡轮的进口导叶角度可调。图1为本公开实施例变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法的流程框图。如图1所示，
步骤S1：通过台架实验确定动力涡轮的导叶角度VGV与燃气轮机的高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系。由于燃烧室出口温度T4过高难以直接测量，此处由燃气发生器出口总温T6替代。步骤S1的台架实验中，在测量燃油流量不变的情况下，增大导叶角度VGV，高压轴相对转速NH和低压轴相对转速NL增大，燃气发生器出口总温T6减小，得到导叶角度VGV与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系。
步骤S2：判断燃气轮机是否进入大功率模式；
步骤S2中包括：
子步骤S21：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均未达到最大限制值，则燃气轮机未进入大功率模式；燃油流量为闭环控制，通过油门杆角度调节；导叶角度VGV为开环控制；
子步骤S22：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均达到最大限制值，则启动步骤S3。
步骤S3：在步骤S2进入大功率模式后，根据步骤S1中导叶角度VGV与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间相互关系，分别通过对燃油流量和/或导叶的控制，使燃气轮机维持大功率输出。
步骤S3中对燃油流量进行控制时，燃油流量与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6三个参数中裕度最小的参数形成闭环控制，燃油流量的控制目标为各个参数的最大允许值。
步骤S3中对导叶进行控制时，高压轴相对转速NH达到最大允许值时，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。低压轴相对转速NL达到最大允许值时，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。燃气发生器出口总温T6达到最大允许值时，导叶角度VGV与低压轴相对转速NL形成闭环控制，控制目标为低压轴相对转速NL达到最大允许值，导叶角度VGV增大。
步骤S4：仿真模拟步骤S3执行的大功率控制方法，验证大功率控制方法的有效性。
仿真模拟结果满足下述要求时，大功率控制方法的有效性得到验证；
(1)燃气轮机进入大功率模式后的输出功率大于进入大功率模式前的输出功率；
(2)工况稳定时，高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6中的任两个参数同时达到最大限制值。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供一种本公开能够有效避免燃气轮机因某一个参数达到最大限制值而无法继续增加工况，使燃气轮机的最大输出功率得到了有效提高。
还需要说明的是，实施例中除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，包括：
步骤S1：通过台架实验确定动力涡轮的导叶角度VGV与燃气轮机的高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间的相互关系；
步骤S2：判断燃气轮机是否进入大功率模式；
步骤S3：在步骤S2进入大功率模式后，根据步骤S1中导叶角度VGV与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6间相互关系，分别通过对燃油流量和/或导叶进行控制，使燃气轮机维持大功率输出。
2.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，还包括：
步骤S4：仿真模拟步骤S3，验证变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法的有效性。
3.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S1中，在测量燃油流量不变的情况下，导叶角度VGV增大，高压轴相对转速NH和低压轴相对转速NL增大，燃气发生器出口总温T6减小。
4.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S2中包括：
子步骤S21：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均未达到最大限制值，则燃气轮机未进入大功率模式；燃油流量为闭环控制，通过油门杆角度调节；导叶角度VGV为开环控制；
子步骤S22：若高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6均达到最大限制值，则启动步骤S3。
5.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S3中对燃油流量进行控制，燃油流量与高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6三个参数中裕度最小的参数形成闭环控制，燃油流量的控制目标为参数高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL和燃气发生器出口总温T6的最大允许值。
6.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S3中对导叶进行控制，高压轴相对转速NH达到最大允许值，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。
7.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S3中对导叶进行控制，低压轴相对转速NL达到最大允许值，导叶角度VGV与燃气发生器出口总温T6形成闭环控制，控制目标为燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV减小。
8.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S3中对导叶进行控制，燃气发生器出口总温T6达到最大允许值，导叶角度VGV与低压轴相对转速NL形成闭环控制，控制目标为低压轴相对转速NL达到最大允许值，导叶角度VGV增大。
9.根据权利要求1所述的变几何三轴式燃气轮机大功率控制方法，所述步骤S4中，
燃气轮机进入大功率模式后的输出功率大于进入大功率模式前的输出功率；
工况稳定时，高压轴相对转速NH、低压轴相对转速NL、燃气发生器出口总温T6中的任两个参数同时达到最大限制值；
仿真模拟结果满足上述，大功率控制方法的有效性得到验证。
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