CN111594321A - 燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃气轮机技术领域，尤其是涉及一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法，燃气轮机防喘退喘流量调节系统包括调节阀，其进气端连通于燃气轮机的压气机的出口端，其出口端连通于燃气轮机的排气装置，形成排气路径。当压气机出现喘振时，快速打开调节阀，与多级放气阀协同工作，同时机组跳机，快速释放燃机内部压力，遏制喘振的发展，缩短喘振的持续时间，减少对燃气轮机的破坏。此外，当燃气轮机压气机、燃烧室、涡轮三大部件的设计流量不匹配，导致熄火跳机无法启动时，调节阀还可调节进入燃烧室和涡轮的空气量，调节空燃比，优化各部件的流量匹配，提高燃气轮机启动调试试验的成功率。

Description

燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法

技术领域

本申请涉及燃气轮机技术领域，尤其是涉及一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法。

背景技术

燃气轮机被称为高端装备制造业皇冠上的明珠，整机试验调试难度高、周期长。燃气轮机整机试验调试中最大的两个风险为压气机喘振和燃烧室熄火。目前，针对燃气轮机喘振的问题多采用压气机中间级放气解决，具体地，压气机中间级放气是通过在特定的工况抽取压气机特定级的空气，以改变压气机级间的速度场，来有效远离喘振边界，避免事故发生，但仅依靠压气机中间级放气有时无法消除喘振，仍存在较大的风险。在新开发的燃气轮机整机试验过程中，燃气轮机三大部件压气机、燃烧室、涡轮之间流量不匹配存在较大风险，空燃比超过燃烧室熄火限制线，导致燃气轮机熄火跳机，此时再重新设计加工更换压气机、燃烧室、涡轮通流部件，时间长达数年之久，会严重耽误新机开发及试验进度。

发明内容

本申请的目的在于提供一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法，在一定程度上解决了现有技术中存在的仅依靠压气机中间级放气有时无法消除喘振，仍存在较大的风险的技术问题，同时在一定程度上解决了燃气轮机三大部件流量无法匹配导致燃烧室存在熄火的风险的技术问题。

本申请提供了一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统，应用于燃气轮机，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统包括调节阀，所述调节阀的进气端连通于所述燃气轮机的压气机的出口端，所述调节阀的出口端连通于所述燃气轮机的排气装置，以形成排气路径。

在上述技术方案中，进一步地，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括设置于所述排气路径的排污阀、压力测量装置、温度测量装置以及流量测量装置；其中，沿着所述排气路径的排气方向，所述压力测量装置、所述温度测量装置以及所述流量测量装置均设置于所述放气阀的后方。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括形成有探针的喘振监测装置，所述压气机形成有扩压段，所述喘振监测装置的探针伸入至所述压气机的扩压段。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述排气路径的管路的直径D1＝f₁(Q_max,P₁,T₁,P₂)；

其中，f₁为D₁的函数，Q_max为空负荷时在设定转速下所需的最大放气量，P₁为压气机的排气压力，T₁为压气机的排气温度，P₂为排气装置的背压。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述最大放气量Q_max＝α₁(Q₁-Q₂)；

其中，α₁为小于1的系数，Q₁为压气机的进气流量，Q₂为压气机的级间排气量。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括总控装置，所述喘振监测装置设置有转换模块，所述总控装置分别与所述调节阀、所述压力测量装置、所述温度测量装置、所述流量测量装置以及所述喘振监测装置的转换模块通信连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括设置于所述压气机与所述排气装置之间的多个级间放气阀，且多个所述级间放气阀并联设置。

本申请还提供了一种燃气轮机防喘退喘流量调节方法，包括上述任一技术方案所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，因而，具有该装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

在上述技术方案中，进一步地，在所述燃气轮机升转速以达到额定转速的阶段，所述燃气轮机防喘退喘流量调节方法包括如下步骤：

步骤100、多个级间放气阀按照预设规律运行，所述调节阀处于关闭状态，若发生喘振，则将多个级间放气阀以及所述调节阀均打开，且任一所述级间放气阀的开度均达到百分之一百，同时所述燃气轮机跳机；

步骤200、重新设定多个所述级间放气阀的运行规律，重新启动所述燃气轮机，多个所述级间放气阀按照新的预设规律运行，所述调节阀处于关闭状态，若所述燃气轮机仍喘振，则将多个所述级间放气阀以及所述调节阀均打开，且任一所述级间放气阀的开度均达到百分之一百，同时所述燃气轮机跳机；

步骤300、重复步骤200，若仍发生喘振，则在保证多个所述级间放气阀按照同一预设规律运行的状态下，重新设定所述调节阀以及多个所述级间放气阀的开度，直至消除喘振；

当所述燃气轮机的转速接近额定转速时，级间放气阀关闭，此时空燃比将上升，若出现熄火跳机，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机、燃烧室以及涡轮之间的流量匹配。

在上述任一技术方案中，进一步地，在所述燃气轮机的转速达到额定转速后的升负荷阶段，所述燃气轮机防喘退喘流量调节方法包括如下步骤：

多个所述级间放气阀关闭，若出现喘振，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度进行排气操作；

若出现熄火跳机，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机、燃烧室以及涡轮之间的流量匹配。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的燃气轮机防喘退喘流量调节系统包括分别连通于燃气轮机的压气机的出口端以及燃气轮机的排气装置的调节阀，不同于以往仅依靠压气机级间的放气阀放气，在压气机的下游和燃烧室的上游之间增设一路放气的调节阀，通过改变调节阀的开度，可以整体移动燃气轮机的工作线，将调节阀的开度调大，工作线会整体下移，使其喘振的裕度变大。因而当压气机出现喘振时，快速打开调节阀，与多级放气阀协同工作，同时机组跳机，快速释放燃机内部压力，遏制喘振的发展，缩短喘振的持续时间，减少对燃气轮机的破坏，除此之外，当燃气轮机的压气机、燃烧室、涡轮三大部件设计流量不匹配，导致熄火跳机无法启动时，该调节阀还可调节进入燃烧室和涡轮的空气量，调节空燃比，优化各部件的流量匹配，提高燃气轮机启动调试试验的成功率。

本申请提供的燃气轮机防喘退喘流量调节方法，应用在燃气轮机防喘退喘流量调节系统的工作中，能够有效消除压气机喘振、燃烧室熄火现象的发生，尤其将上述控制方法应用在试验中，直到燃气轮机顺利升至全速空负荷，且没有喘振发生，并记录下此时燃气轮机能够正常启动的级间放气阀和调节阀的控制规律，为燃气轮机在实际工作中稳定、安全地工作奠定基础，当然，上述方法也可直接应用在实际工作中的燃气轮机，即直接利用上述方法对实际工作中的燃气轮机进行调试。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的燃气轮机防喘退喘流量调节系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的燃气轮机的工作曲线；

图3为本申请实施例提供的燃气轮机的熄火限制线。

附图标记：

1-排污阀，2-压力测量装置，3-温度测量装置，4-流量测量装置，5-调节阀，6-级间放气阀，7-探针，8-转换模块，9-控制装置，10-进气装置，11-压气机，111-扩压段，12-燃烧室，13-涡轮，14-排气装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1和图2描述根据本申请一些实施例所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法。

实施例一

参见图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统，具体地，本燃气轮机防喘退喘流量调节系统可应用在试验当中的燃气轮机，确定出级间放气阀6以及调节阀5的开度以及运行规律，将上述级间放气阀6以及调节阀5根据试验结果设定出开度和运行规律，以应用在实际工作中的燃气轮机，当然，本燃气轮机防喘退喘流量调节系统也可直接应用在工作中的燃气轮机；

燃气轮机包括顺次相连接的进气装置10、压气机11、燃烧室12、涡轮13以及排气装置14；

燃气轮机防喘退喘流量调节系统包括调节阀5，调节阀5的进气端连通于燃气轮机的压气机11的出口端，调节阀5的出口端连通于燃气轮机的排气装置14，以形成排气路径。

不同于以往仅依靠压气机级间的放气阀放气，在压气机11的下游和燃烧室12的上游之间增设一路放气的调节阀5，通过改变调节阀5的开度，可以整体移动燃气轮机的工作线，将调节阀5的开度调大，工作线会整体下移，使其喘振的裕度变大。

因而当压气机11出现喘振时，快速打开调节阀5，与多级放气阀协同工作，同时机组跳机，快速释放燃机内部压力，遏制喘振的发展，缩短喘振的持续时间，减少对燃气轮机的破坏，除此之外，当燃气轮机的压气机11、燃烧室12、涡轮13三大部件的设计流量不匹配，导致熄火跳机无法启动时，该调节阀5还可调节进入燃烧室12和涡轮13的空气量，调节空燃比，优化各部件的流量匹配，提高燃气轮机启动调试试验的成功率(参见图3所示)。

在该实施例中，优选地，如图1所示，燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括设置于排气路径的排污阀1，且排污阀1设置于调节阀5与压气机11的出口端之间。

根据以上描述的结构可知，当本燃气轮机不工作时，利用排污阀1实现低点排污，以排除上述排气路径中的杂质，以保护调节阀5以及如下所述的压力测量装置2、温度测量装置3以及流量测量装置4。

在该实施例中，优选地，如图1所示，燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括总控装置以及设置于排气路径的压力测量装置2、温度测量装置3和流量测量装置4；

其中，沿着排气路径的排气方向，压力测量装置2、温度测量装置3以及流量测量装置4均设置于放气阀的后方，且上述的压力测量装置2、温度测量装置3以及流量测量装置4分别与所述的总控装置通信连接。

具体地，沿着排气路径的排气方向，压力测量装置2、温度测量装置3以及流量测量装置4顺次排布，当然，不仅限于此排布方式，还可根据实际需要设置即可。

根据以上描述的结构可知，压力测量装置2用于测量此时排气路径中的气体工质的压力，温度测量装置3用于测量排气路径中的气体工质的温度，流量测量装置4用于测量排气路径中气体工质的流量，即利用压力测量装置2、温度测量装置3以及流量测量装置4可以实时监测燃气轮机运行中排气路径的管路的参数，并将测量信号传入控制装置9，计算压气机11的性能，为燃机整机性能匹配，为下一次重新启动燃机设置调节阀5的开度提供输入条件，此外，上述检测到的参数亦可与数值计算仿真结果进行对比，校验设计方案。

其中，可选地，压力测量装置2为压力机，温度测量装置3为温度计，流量测量装置4为流量计。

在该实施例中，优选地，如图1所示，燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括喘振监测装置，喘振监测装置包括相连接的探针7以及转换模块8，喘振监测装置的探针7伸入至压气机11的扩压段111，喘振监测装置的转换模块8与总控装置通信连接。

根据以上描述的结构可知，喘振监测装置的探针7位于压气机11的扩压段111的中部，并将检测到数据转换为总控制装置9可读的数据，即喘振监测装置用于检测压气机11是否发生喘振。

其中，可选地，探针7为脉动总压探针。

在该实施例中，优选地，排气路径的管路的直径D1＝f₁(Q_max,P₁,T₁,P₂)；

其中，f₁为D₁的函数，Q_max为最大的放气量，P₁为压气机11的排气压力，T₁为压气机11的排气温度，P₂为排气装置14的背压。

最大放气量Q_max＝α₁(Q₁-Q₂)，其中，α₁为小于1的系数，Q₁为压气机11的进气流量，Q₂为压气机11的级间排气量。

根据上述公式能够计算出排气路径的管路的最优尺寸，对于防喘、退喘具有重大的意义。

实施例二

本申请的实施例还提供一种燃气轮机防喘退喘流量调节方法，包括上述任一实施例所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，因而，具有该装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

在该实施例中，优选地，在燃气轮机升转速以达到额定转速的阶段，燃气轮机防喘退喘流量调节方法包括如下步骤：

步骤100、多个级间放气阀6按照预设规律运行，调节阀5处于关闭状态，若发生喘振，则将多个级间放气阀6以及调节阀5均打开(此处具体是喘振监测装置的探针7检测到喘振发生，将检测结果传输给喘振监测装置的转换模块8，转换模块8将数据转换后传输给控制装置9读取，控制装置9在控制多个级间放气阀6以及调节阀5打开)，且任一级间放气阀6的开度均达到百分之一百，同时燃气轮机跳机；

步骤200、重新设定多个级间放气阀6的运行规律，重新启动燃气轮机，多个级间放气阀6按照新的预设规律运行，调节阀5处于关闭状态，若燃气轮机仍喘振，则将多个级间放气阀6以及调节阀5均打开，且任一级间放气阀6的开度均达到百分之一百，同时燃气轮机跳机；

步骤300、重复步骤200，若仍发生喘振，则在保证多个级间放气阀6按照同一预设规律运行的状态下，重新设定调节阀5以及多个级间放气阀6的开度，直至消除喘振；

参见图3所示，当燃气轮机的转速接近额定转速，级间放气阀6关闭，此时空燃比将上升，若出现熄火跳机，则打开所述调节阀5，并根据需要改变所述调节阀5的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机11、燃烧室12以及涡轮13的流量匹配。

(注意，基于压气机喘振与燃烧室熄火两个目标变量的影响，通过试验调试给出一个能够实现燃气轮机顺利升转速至额定转速的调节阀5的开度。)根据上述控制方法，能够有效消除喘振和熄火现象的发生，尤其将上述控制方法应用在试验中，直到燃气轮机顺利升至全速空负荷，且没有喘振和熄火发生，并记录下此时燃气轮机能够正常启动的级间放气阀6和调节阀5的控制规律，为燃气轮机在实际工作中稳定、安全地工作奠定基础，当然，上述方法也可直接应用在实际工作中的燃气轮机，即直接利用上述方法对实际工作中的燃气轮机进行调试。

在该实施例中，优选地，在燃气轮机的转速达到额定转速后升负荷阶段，燃气轮机防喘退喘方法包括如下步骤：

多个级间放气阀6关闭，若出现喘振，则打开调节阀5并根据需要改变调节阀5的开度进行排气操作；

参见图3所示，若出现熄火跳机，则打开所述调节阀5并根据需要改变所述调节阀5的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机11、燃烧室12以及涡轮13各部件之间的流量匹配。(注意，基于压气机喘振与燃烧室熄火两个目标变量的影响，通过试验调试给出一个能够实现燃气轮机顺利升负荷至满负荷的调节阀5的开度。)在燃气轮机升至全负荷的过程中，如果燃气轮机各部件例如压气机11、燃烧室12、涡轮13之间流量不匹配，空燃比会升高，导致燃气轮机熄火跳机，此时再重新加工更换新部件，会耽误试验进度，因而可将原本关闭的调节阀5设定为初始开度，重新启动燃气轮机；如果在调节阀5的初始开度下，燃气轮机仍然发生熄火现象，则待燃气轮机停机后重新设置调节阀5的开度，将其开大，再重新启动燃气轮机，以上过程反复进行，直到燃气轮机顺利升至全负荷。

此外，记录下调节阀5的控制规律，并输入控制装置9，试验结束后，可根据试验测量数据对燃气轮机的各部件重新设计修改，待燃气轮机优化升级后，重新进行试验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃气轮机防喘退喘流量调节系统，应用于燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统包括调节阀，所述调节阀的进气端连通于所述燃气轮机的压气机的出口端，所述调节阀的出口端连通于所述燃气轮机的排气装置，以形成排气路径。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括设置于所述排气路径的排污阀、压力测量装置、温度测量装置以及流量测量装置；其中，沿着所述排气路径的排气方向，所述压力测量装置、所述温度测量装置以及所述流量测量装置均设置于所述排污阀的后方。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括形成有探针的喘振监测装置，所述压气机形成有扩压段，所述喘振监测装置的探针伸入至所述压气机的扩压段。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述排气路径的管路的直径D1＝f₁(Q_max,P₁,T₁,P₂)；

其中，f₁为D₁的函数，Q_max为空负荷时在设定转速下所需的最大放气量，P₁为压气机的排气压力，T₁为压气机的排气温度，P₂为排气系统的背压。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述最大放气量Q_max＝α₁(Q₁-Q₂)；

其中，α₁为小于1的系数，Q₁为压气机的进气流量，Q₂为压气机的级间排气量。

6.根据权利要求3所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括总控装置，所述喘振监测装置设置有转换模块，所述总控装置分别与所述调节阀、所述压力测量装置、所述温度测量装置、所述流量测量装置以及所述喘振监测装置的转换模块通信连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统，其特征在于，所述燃气轮机防喘退喘流量调节系统还包括设置于所述压气机与所述排气装置之间的多个级间放气阀，且多个所述级间放气阀并联设置。

8.一种燃气轮机防喘退喘流量调节方法，其特征在于，应用于如权利要求7所述的燃气轮机防喘退喘流量调节系统。

9.根据权利要求8所述的燃气轮机防喘退喘流量调节方法，其特征在于，在所述燃气轮机升转速以达到额定转速的阶段，所述燃气轮机防喘退喘流量调节方法包括如下步骤：

步骤100、多个级间放气阀按照预设规律运行，所述调节阀处于关闭状态，若发生喘振，则将多个级间放气阀以及所述调节阀均打开，且任一所述级间放气阀的开度均达到百分之一百，同时所述燃气轮机跳机；

步骤200、重新设定多个所述级间放气阀的运行规律，重新启动所述燃气轮机，多个所述级间放气阀按照新的预设规律运行，所述调节阀处于关闭状态，若所述燃气轮机仍喘振，则将多个所述级间放气阀以及所述调节阀均打开，且任一所述级间放气阀的开度均达到百分之一百，同时所述燃气轮机跳机；

步骤300、重复步骤200，若仍发生喘振，则在保证多个所述级间放气阀按照同一预设规律运行的状态下，重新设定所述调节阀以及多个所述级间放气阀的开度，直至消除喘振；

当所述燃气轮机的转速接近所述额定转速时，所述级间放气阀关闭，此时空燃比将上升，若出现熄火跳机，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机、燃烧室以及涡轮之间的流量匹配。

10.根据权利要求8所述的燃气轮机防喘退喘流量调节方法，其特征在于，在所述燃气轮机的转速达到额定转速后的升负荷阶段，所述燃气轮机防喘退喘流量调节方法包括如下步骤：

多个所述级间放气阀关闭，若出现喘振，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度进行放气操作；

若出现熄火跳机，则打开所述调节阀并根据需要改变所述调节阀的开度调节空燃比，优化所述燃气轮机的压气机、燃烧室以及涡轮之间的流量匹配。

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