CN112483248A - 一种应用在燃气轮机上的压气机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在燃气轮机上的压气机，该装置包括：压气轮机、外壳、火焰筒、喷嘴和点火装置，喷嘴上设置有调节阀，用以调节燃料喷出量；压气轮机上设置有第一进气阀和第二进气阀，超声波检测装置发出超声波，用以检测火焰筒内壁的积碳厚度；中控单元分别与调节阀、第一进气阀、第二进气阀和超声波检测装置连接，中控单元根据超声波检测装置的检测结果调节调节阀、第一进气阀和第二进气阀；当超声波检测装置检测到火焰筒内壁的积碳厚度不在预设厚度范围内时，则调节第一进气阀和第二进气阀控制进入火焰筒内的空气量以及调节调节阀控制燃料喷出量，以使得空气量和燃料喷出量的达到最佳燃烧配比，以提高燃烧室的燃烧效率。

Description

一种应用在燃气轮机上的压气机

技术领域

本发明涉及能源利用领域，尤其涉及一种应用在燃气轮机上的压气机。

背景技术

燃烧室的主要作用是将来自压气轮机的高压空气与燃料喷嘴喷入的燃料混合并经过等压燃烧，把蕴储在燃料中的化学能转化为热能，形成高温燃气送入涡轮，推动涡轮机做功。

燃烧室由外壳、火焰筒、喷嘴、涡流器、点火装置等组成。由压气轮机扩散段出来的高压空气分成两股:一股(约占1/4-2/5)进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股(占3/4-3/5)从火焰筒与外壳间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。

但是现有的燃烧室内对于油气混合气的燃烧效率较低，无法对燃料进行充分的利用，导致燃料的利用效率低。

发明内容

为此，本发明提供一种应用在燃气轮机上的压气机，可以。

为实现上述目的，本发明提供一种应用在燃气轮机上的压气机，包括：压气轮机主体，压气轮机主体用以将空气压入燃烧室内，所述压气轮机主体上设置有第一进气阀和第二进气阀，第一进气阀用于调节所述压气轮机主体进入火焰筒内的空气量，第二进气阀用于调节进入从火焰筒与外壳间流过的空气量；

所述火焰筒上设置有喷嘴和点火装置，所述喷嘴用于将燃料喷入所述火焰筒，所述点火装置用以点燃所述燃料，所述外壳设置在所述火焰筒的外部，与所述火焰筒形成空气通道，所述空气通道接收所述压气轮机主体压入的空气；

所述喷嘴上设置有调节阀，用以调节燃料喷出量；

所述火焰筒外还设置有超声波检测装置，所述超声波检测装置发出超声波，用以检测火焰筒内壁的积碳厚度；

所述调节阀、所述第一进气阀、第二进气阀和所述超声波检测装置均与中控单元连接，所述中控单元根据所述超声波检测装置的检测结果调节所述调节阀、所述第一进气阀和第二进气阀；

所述火焰筒的外壁上还设置有温度检测装置，用以对所述火焰筒的外壁的实时温度进行检测，当需要对第一进气阀进行增大时，所述中控单元根据所述温度检测装置的实时温度进行判断，若当前实时温度高于预设标准温度，则降低所述第一进气阀的增大幅度，使得尽可能多的空气通过第二进气阀进入，从而降低所述火焰筒外壁的温度，当外壁温度达到正常范围内后，将所述第一进气阀增大至预设幅度；并根据所述第一进气阀的空气量控制调节阀控制燃料喷出量，以使得所述空气量和所述燃料喷出量的达到最佳燃烧配比。

进一步地，当所述超声波检测装置检测到所述火焰筒内壁的积碳厚度不在预设厚度范围内时，则调节所述第一进气阀和第二进气阀控制进入所述火焰筒内的空气量以及并且同时调节所述调节阀控制燃料喷出量；将所述火焰筒进行平面投影，形成投影平面，所述中控单元对所述投影平面的积碳厚度进行测定分析，所述中控单元内设置有平面积碳厚度标准矩阵H(H1,H2,H3),其中，H1表示主燃区对应的积碳厚度，H2表示掺混区对应的积碳厚度，H3表示筒尾的积碳厚度，主燃区位于火焰筒的筒首，掺混区位于火焰筒的中部，燃料和空气在主燃区燃烧后，掺混区用以将燃烧后的高温燃气与空气混合，经过火焰筒的筒尾排出；若所述中控单元分析对应区域的积碳厚度不符合所述平面积碳厚度标准矩阵H(H1,H2,H3)的参数要求，则根据检测结果进行性能分析，并根据所述的分析结果调节所述第一进气阀、第二进气阀和所述调节阀。

进一步地，所述中控单元内还设置有第一进气阀调节矩阵Q1(Q11,Q12,Q13)、调节阀调节矩阵Q2(Q21,Q22,Q23)和第二进气阀调节矩阵Q3(Q31,Q32,Q33),其中Q11表示第一进气阀的第一开合度,Q12表示第一进气阀的第二开合度,Q13表示第一进气阀的第三开合度；Q21表示调节阀的第一开合度,Q22表示调节阀的第二开合度,Q23表示调节阀的第三开合度；Q31表示第二进气阀的第一开合度,Q32表示第二进气阀的第二开合度,Q33表示第二进气阀的第三开合度，若主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第一开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第一开合度，并且控制调节阀至调节阀的第一开合度；若掺混区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第二开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第二开合度，并且控制调节阀至调节阀的第二开合度；若筒尾区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第三开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第三开合度，并且控制调节阀至调节阀的第三开合度。

进一步地，所述超声波检测装置检测获取在t1时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht11,Ht12,Ht13),其中Ht11表示在t1时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht12表示在t1时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht13表示在t1时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述超声波检测装置检测获取在t2时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht21,Ht22,Ht23),其中Ht21表示在t2时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht22表示在t2时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht23表示在t2时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述超声波检测装置检测获取在t3时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht31,Ht32,Ht33),其中Ht31表示在t3时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht32表示在t3时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht33表示在t3时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述主燃区的积碳增长速度为(Ht21-Ht11)/(t2-t1)；所述掺混区的积碳增长速度为(Ht22-Ht12)/(t2-t1)；所述筒尾的积碳增长速度为(Ht23-Ht13)/(t2-t1)。

进一步地，所述中控单元内设置有积碳增长标准速度V0，若(Ht21-Ht11)/(t2-t1)表示V1,其表示主燃区的积碳增长速度，若是主燃区的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对主燃区的燃烧效率进行提高，定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内；若是掺混区的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是掺混区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对掺混区的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内；若是筒尾的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是筒尾的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对筒尾的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内。

进一步地，所述中控单元内设置有积碳厚度标准矩阵S(S1,S2,S3,S4),其中S1表示第一厚度，S2表示第二厚度,S3第三厚度,S4表示第四厚度，且S1>S2>S3>S4，所述超声波检测装置根据筒壁内的实时积碳厚度求和之后得到实时平均厚度Si；

若实时平均厚度Si>第一厚度S1，则判定所述实时平均厚度过高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节所述第一进气阀、第二进气阀和调节阀，降低空气量和燃料喷出量，所述第一进气阀和所述第二进气阀共同作用实现降低空气量；

其中，若第一厚度S1>实时平均厚度Si>第二厚度S2，则判定所述实时平均厚度高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，提高空气量，保持燃料喷出量；

若第二厚度S2>实时平均厚度Si>第三厚度S3，则判定所述实时平均厚度中等，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时保持空气量，保持燃料喷出量；

若第三厚度S3>实时平均厚度Si>第四厚度S4，则判定所述实时平均厚度低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，保持空气量和提高燃料喷出量；

若实时平均厚度Si<第四厚度S4，则判定所述实时平均厚度过低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，提高空气量和燃料喷出量。

进一步地，所述实时平均厚度是根据所述主燃区、所述掺混区和所述筒尾的积碳厚度计算得出的，所述实时平均厚度为Si＝(H1+H2+H3)/3。

进一步地，所述喷嘴上设置有喷孔调节装置，所述中控单元与所述喷孔调节装置连接，用以对所述喷嘴上的喷孔直径进行调节，当需要增加燃料喷出量时，则增大所述喷孔直径；当需要降低所述燃料喷出量时，则降低喷孔直径。

进一步地，所述喷嘴上设置有多个喷孔，当前所述喷孔直径为d，若需要增加所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为1.1×d；当需要降低所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为0.9×d。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过对火焰筒的外壁温度进行实时检测，若是在其温度不符合预设反应范围时，则会对积碳厚度产生影响，此时需要调节第二进气阀，使得火焰筒外壁的温度达到预设范围，然后再将第一进气阀调节增大至预设幅度，本发明实施例通过设置中间幅度的过程，保证了第二进气阀的进气量，使得火焰筒的反应温度适合，然后再调节与喷出的燃料进行混合的空气量，从而为二者的燃烧提供较佳的反应温度，使得燃烧效率更高，降低积碳厚度，提高燃烧室的燃烧效率，在保证了火焰筒的反应温度之后再调节火焰筒内空气与燃料的配比，使得二者混合之后进行反应的温度适中且处于最佳燃烧配比状态，进一步提高燃烧效率。

尤其，通过对火焰筒内的区域进行投影划分区域，并确定各个区域内的积碳厚度的实时变化，并根据各个区域内的积碳厚度变化判定燃烧室的工作状态，实现对燃烧室工作状态的调节，进而提高燃烧室的燃烧效率。

尤其，通过根据火焰筒筒壁上积碳的实时平均厚度与中控单元内设置的积碳厚度标准矩阵S(S1,S2,S3,S4)中的厚度进行比较，并分别根据比较的结果对空气量和燃料喷出量进行调节，利用中控单元调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀实现对空气量和燃料喷出量的精确调节，进而提高燃烧效率。

尤其，中控单元内设置有第一进气阀调节矩阵，第二进气阀调节矩阵和调节阀的调节矩阵，在火焰筒的反应温度适合的前提下，根据积碳厚度的形成速度按照对应的调矩阵进行调节，使得火焰筒筒壁上的积碳厚度降低，增加燃烧室的有效利用空间，提高燃烧效率。

尤其，通过对第一进气阀、第二进气阀和调节阀的开合度根据不同区域的积碳厚度做定量控制，实现对积碳厚度的有效调节控制，提高燃料的利用率，降低积碳厚度，提高燃烧室的燃烧效率。

尤其，在对燃料喷出量进行调节时，当需要降低所述燃料喷出量时，则降低喷孔直径，通过调节喷孔直径使得喷入火焰筒内的燃料密度改变了，在单位时间内燃料喷入量也会有所改变，配合进入空气量的多少，实现最佳燃烧配比，优化燃烧效率，降低火焰筒内积碳厚度，增加燃烧空间的体积，提高燃烧效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的应用在燃气轮机上的压气机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的应用在燃气轮机上的压气机内的区域划分示意图；

图3为本发明实施例中的燃烧室内任意时刻积碳厚度在超声波检测装置获取到的投影示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图3所示，本发明实施例提供的提高燃烧效率方法的燃烧室包括入气孔、燃料入口、燃烧空间及排气孔。入气孔与传输气管的开口连接，用以接收该混合雾气。燃料入口用以接收燃料。在本例中，燃料是靠燃料连通管来接收的，燃料的流动是靠重力或压力则不限定。燃烧空间是燃烧发生的场所，燃料与混合雾气经初步混合后即在此处进行燃烧。当然，这里所谓的燃烧，其程度较剧烈者可能以爆炸形式呈现。排气孔可将燃烧后的废气排出燃烧室。实际上，燃烧室的形式可能是个锅炉、引擎等需要燃烧燃料运作的装置。

继续参阅图1所示，所述排气孔处设置有排气阀门，在所述排气阀门的前端设置有气体检测装置，用以对排除的废气种类进行检测，在所述燃烧空间所在的火焰筒40外设置有超声波检测装置10，所述超声波检测装置10发出超声波，用以检测火焰筒40筒壁的积碳100的积碳厚度，所述燃料入口设置有喷嘴30，所述喷嘴30上设置有调节阀31，用以调节燃料喷出量，所述压气轮机主体设置有第一进气阀和第二进气阀，所述第一进气阀用以对进入火焰筒40内的空气量进行控制。所述第二进气阀用以对进入从火焰筒40与外壳50间流过的空气气流速度进行控制，从而控制火焰筒40的筒壁温度。还包括有中控单元，所述中控单元分别与超声波检测装置10、第一进气阀、第二进气阀和调节阀31连接，所述中控单元接收到所述超声波检测装置10检测到的筒壁的实时积碳厚度，并根据所述实时积碳厚度调节所述第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，进而调节火焰筒40内的空气量和燃料喷出量，使得空气量和燃料喷出量处于燃烧的最佳配比，使得燃料与空气充分混合燃烧在点火装置20的作用下充分燃烧，提高燃料的利用效率，降低积碳堆积速率，扩大燃烧室的可利用空间，提高燃烧效率。

具体而言，所述中控单元内设置有积碳厚度标准矩阵S(S1,S2,S3,S4),其中S1表示第一厚度，S2表示第二厚度,S3第三厚度,S4表示第四厚度，且S1>S2>S3>S4，所述超声波检测装置10根据筒壁内各处的实时厚度求和之后得到实时平均厚度Si，若实时平均厚度Si>第一厚度S1，则判定所述实时平均厚度过高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，降低空气量和燃料喷出量。

具体而言，若S1>实时平均厚度Si>S2，则判定所述实时平均厚度略高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，提高空气量，保持燃料喷出量。

具体而言，若S2>实时平均厚度Si>S3，则判定所述实时平均厚度中等，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时保持空气量，保持燃料喷出量。

具体而言，若S3>实时平均厚度Si>S4，则判定所述实时平均厚度略低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，保持空气量和提高燃料喷出量。

具体而言，若实时平均厚度Si<第四厚度S4，则判定所述实时平均厚度过低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，提高空气量和燃料喷出量。

具体而言，在燃料与空气进行混合后经过点火装置20进行点火，使得燃料与空气中的氧气结合进行燃烧，而无法进行燃烧的气体由废气口排出，燃烧后的高温气体用以推动涡轮进行工作，而若是空气量较多，则燃料可以获取到更多的氧气，燃烧更为充分，若是空气量较少，燃料由喷嘴30喷出后，无法接触到氧气，则无法进行燃烧，而没有燃烧的燃料液滴则分散在火焰筒40的筒壁上，无法充分燃烧。

本发明实施例并没有考虑点火时间的精确性，在实际应用过程中，点火时间的选择也会影响火焰筒40筒壁的积碳厚度，本发明实施例暂且认定点火时间正常，对于积碳厚度的影响可以忽略不计。

在实际应用中，空气的进入是通过压气轮机主体进行压入的，压气轮机主体上设置有第一进气阀，对进入火焰筒40内的空气量进行调节，空气量与燃料的量存在一个线性关系，即为了充分燃烧，燃料越多，需要的空气越多，空气过多或燃料过多均会影响积碳的厚度，具体而言，就是压气轮机主体的空气总量是一定的，压气轮机主体内的空气一部分进入火焰筒40内，与燃料进行混合燃烧，另一部分注入火焰筒40的外壁，对火焰筒40的温度进行降温，以及最后与火焰筒40内的高温燃气进行混合，达到涡轮使用的温度，当火焰筒40内的空气增加时，火焰筒40外用于降温的空气则减少，可以使得火焰筒40的温度维持得较好，反应更为充分，减少积碳的增加，而若是火焰筒40内的空气减少时，火焰筒40外用于降温的空气则增多，使得火焰筒40的温度降低，若是火焰筒40的温度太低，筒壁沾上燃料的油滴后，燃料就无法充分燃烧，而导致积碳厚度增加。

在实际应用中，进入到火焰筒40内的空气量和燃料量应该是出于一个最佳燃烧配比，燃料主要与空气中的氧气进行结合，最佳燃烧配比是燃料与氧气的最佳燃烧配比，由于空气中氧气的含量是确定的，因此燃料与空气的用量也是具备最佳燃烧配比的，但是随着使用时间的增长，两者进入火焰筒40的速度含量会发生细微的变化，从而影响了燃烧效率，此时则需要对第一进气阀、第二进气阀和调节阀31进行适应性调节，以使得燃烧效率维持在较高的范围内。

具体而言，本发明实施例通过根据火焰筒40筒壁上积碳的实时平均厚度与中控单元内设置的积碳厚度标准矩阵S(S1,S2,S3,S4)中的厚度进行比较，并分别根据比较的结果对空气量和燃料喷出量进行调节，利用中控单元调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31实现对空气量和燃料喷出量的精确调节，进而提高燃烧效率，降低火焰筒40筒壁上的积碳厚度，积碳增加速度，增加燃烧室的有效利用空间，提高燃烧效率。

具体而言，火焰筒40为不规则筒状，在实际应用中，利用超声波检查装置进行检测时，对火焰筒40进行平面投影，形成多个投影平面，并分别对多个投影平面的积碳厚度进行测定分析，所述中控单元内设置有平面积碳厚度标准矩阵H(H1,H2,H3),其中，H1表示主燃区对应的积碳厚度，H2表示掺混区对应的积碳厚度，H3表示筒尾的积碳厚度，主燃区位于火焰筒40的筒首，掺混区位于火焰筒40的中部，燃料和空气在主燃区燃烧后，掺混区用以将燃烧后的高温燃气与空气混合，经过火焰筒40的筒尾排出。

具体而言，超声波检测装置检测获取在t1时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht11,Ht12,Ht13),其中Ht11表示在t1时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht12表示在t1时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht13表示在t1时刻的筒尾的实际积碳厚度；

具体而言，超声波检测装置检测获取在t2时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht21,Ht22,Ht23),其中Ht21表示在t2时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht22表示在t2时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht23表示在t2时刻的筒尾的实际积碳厚度；

具体而言，超声波检测装置检测获取在t3时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht31,Ht32,Ht33),其中Ht31表示在t3时刻的主燃区的实际积碳厚度，Ht32表示在t3时刻的掺混区的实际积碳厚度,Ht33表示在t3时刻的筒尾的实际积碳厚度；

具体而言，中控单元分别将三个时刻的实际积碳厚度与平面积碳厚度标准矩阵H(H1,H2,H3)进行比较，若是主燃区的积碳厚度不满足标准，过厚，则表示点火时间过晚；若掺混区的积碳厚度不满足标准，过厚，则表示冷却空气较多，使得更多的燃油颗粒附着于掺混区，导致该区域积碳厚度过厚；若筒尾的积碳厚度不满足标准，过厚，则表示喷入的气体强度过大，还没有在主燃区内充分燃烧就被空气带走至火焰筒40筒尾，进而增加筒尾的积碳厚度。

具体而言，本发明实施例提供的压气轮机主体应用在燃气轮机上的压气机，通过对火焰筒40内的区域进行投影划分区域，并确定各个区域内的积碳厚度的实时变化，并根据各个区域内的积碳厚度变化判定燃烧室的工作状态，实现对燃烧室工作状态的调节，进而提高燃烧室的燃烧效率。

具体而言，通过比较t1时刻和t2时刻的差值，获取积碳的增加速度，根据积碳厚度的增加速度判定燃烧室的性能是否正常，并根据增加速度进行调整对应的第一进气阀、第二进气阀或调节阀31，使得燃烧室的性能处于最佳状态，进而提高燃烧室的燃烧效率。

具体而言，若(Ht21-Ht11)/(t2-t1)表示V1,其表示主燃区1的积碳增长速度，所述中控单元内设置有积碳增长标准速度V0，若是主燃区的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对主燃区的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，使得积碳速度降至预设范围内；若是掺混区2的积碳增长速度V2小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是掺混区的积碳增长速度V2大于积碳增长的标准速度V0，则需要对掺混区的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，使得积碳速度降至预设范围内；若是筒尾3的积碳增长速度V3小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是筒尾的积碳增长速度V3大于积碳增长的标准速度V0，则需要对筒尾的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀31，使得积碳速度降至预设范围内,V2和V3的计算方法可以参照主燃区的积碳增长速度V1，当然还可以选择其他时段如t2和t3，或t1和t3进行计算，在此不做限制。

具体而言，所述中控单元内还设置有第一进气阀调节矩阵Q1(Q11,Q12,Q13),调节阀31调节矩阵Q2(Q21,Q22,Q23)和第二进气阀调节矩阵Q3(Q31,Q32,Q33),其中Q11表示第一进气阀的第一开合度,Q12表示第一进气阀的第二开合度,Q13表示第一进气阀的第三开合度；Q21表示调节阀31的第一开合度,Q22表示调节阀31的第二开合度,Q23表示调节阀31的第三开合度，Q31表示第二进气阀的第一开合度,Q32表示第二进气阀的第二开合度,Q33表示第二进气阀的第三开合度，若主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第一开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第一开合度，并且控制调节阀31至调节阀31的第一开合度；若掺混区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第二开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第二开合度，并且控制调节阀31至调节阀31的第二开合度；若筒尾区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第三开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第三开合度，并且控制调节阀31至调节阀31的第三开合度。

本发明实施例提供的提高燃烧效率的方法，通过对第一进气阀、第二进气阀和调节阀31的开合度根据不同区域的积碳厚度做定量控制，实现对积碳厚度的有效调节控制，提高燃料的利用率，降低积碳厚度，提高燃烧室的燃烧效率。

具体而言，本发明实施例中的实时平均厚度Si＝(H1+H2+H3)/3,在任意时刻，火焰筒40内各处的积碳厚度是实时变化的，而降火焰筒40内进行划分区域，使得火焰筒40内的空间形成三个功能区域，且三个区域内的积碳厚度是随着控制条件的变化而变化的，根据实际情况降低积碳厚度，实现对燃烧效率的精准控制，有助于仅一步提高燃烧室的燃烧效率，且经过划分之后，实时平均厚度由三个区域内的实时积碳厚度来获取，便于进行数据统计，进行大数据运算。

具体而言，所述燃烧室还包括有外壳50，所述外壳50设置在所述火焰筒40的外部，与所述火焰筒40形成空气通道，所述空气通道接收所述压气轮机主体压入的空气，所述压气轮机主体上还设置有第二进气阀，所述第二进气阀用以对进入从火焰筒40与外壳50间流过的空气气流速度进行控制，从而控制火焰筒40的筒壁温度。

具体而言，在燃烧室工作过程中，压气轮机主体内的空气分成两股进入，其中一股进入火焰筒40内与喷出的燃料进行混合被点燃，还有另外一部分进入壳体和所述火焰筒40形成的空气通道，该部分空气可以冷却火焰筒40外壁的温度，降低火焰筒40的工作温度，而空气通道内的空气量则影响着火焰筒40的工作温度，也可以影响燃烧室的燃烧效率，当空气经过火焰筒40后与从由火焰筒40喷出的高温燃气进行混合，进一步降低高温燃气的温度，使得进入涡轮的气体温度适中。

通过第二进气阀的开合程度控制进入火焰筒40和外壳50之间的空气气流的速度，从而控制火焰筒40的筒壁温度，进一步提高火焰筒40内的燃烧效率，若是火焰筒40的温度过高，则将第二进气阀的开合程度增加，增加空气气流的速度，使得单位时间内进入火焰筒40和外壳50之间的空气量增加，降低火焰筒40的实时温度，进而提高燃烧效率；若是火焰筒40的温度过低，则将第二进气阀的开合度降低，降低空气气流的六度，使得单位时间内进入火焰筒40和外壳50之间的空气量降低，使得火焰筒40的实时温度升高，降低燃料喷入后在筒壁的吸附量，降低积碳厚度，增加燃烧室的燃烧空间，从而提高燃烧效率。

具体而言，所述喷嘴30上设置有喷孔调节装置，所述中控单元与所述喷孔调节装置连接，用以对所述喷嘴30上的喷孔直径进行调节，当需要增加燃料喷出量时，则增大所述喷孔直径；当需要降低所述燃料喷出量时，则降低喷孔直径。

本发明实施例通过对喷嘴30上的喷孔直径进行调节，使得喷入火焰筒40内的燃料密集程度有所改变，进而改变燃料喷出量，当积碳厚度不符合标准时，若是需要增加燃料喷出量，则增大喷孔直径，具体可以通过控制喷孔遮挡片的位置来实现，还可以采用其他方式来实现，本发明实施例在此不做限制，当需要降低所述燃料喷出量时，则降低喷孔直径，具体可以通过增加遮挡片对喷孔的遮挡面积来实现降低喷孔直径。通过调节喷孔直径使得喷入火焰筒40内的燃料密度改变了，在单位时间内燃料喷入量也会有所改变，配合进入空气量的多少，实现最佳燃烧配比，优化燃烧效率，降低火焰筒40内积碳厚度，增加燃烧空间的体积，提高燃烧效率。

具体而言，所述喷嘴30上设置有多个喷孔，当前所述喷孔直径为d，若需要增加所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为1.1×d；当需要降低所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为0.9×d。

本发明实施例通过将喷孔直径进行微调，缓慢改变喷入燃料的密度，避免突然加大或突然降低对火焰筒40的冲击，并且喷入燃料的密度过大，会影响点火装置20的性能，即喷入燃料过多，空气无法与燃料进行充分混合，点火装置20不易点燃混合气体，进而错过最佳点火时间，影响燃烧效率。而采用微调的方式，不但可以调节燃料的喷出量，对于点火装置20的性能也不会产生影响，便于精准点火，提高燃烧室的燃烧效率，且节约燃料。

在实际应用中，对于进入火焰筒40内的空气量调节的方法可以有多种，本发明实施例通过调节第一进气阀和第二进气阀来对空气量进行调节，具体而言，所述火焰筒40的外壁上还设置有温度检测装置，用以对所述火焰筒40的外壁的实时温度进行检测，当需要对第一进气阀进行增大时，所述中控单元根据所述温度检测装置的实时温度进行判断，若当前实时温度高于标准温度，则降低所述第一进气阀的增大幅度，使得尽可能多的空气通过第二进气阀进入，从而降低所述火焰筒40外壁的温度，当外壁温度达到正常范围内后，将所述第一进气阀增大至预设幅度。

本发明实施例通过对火焰筒40的外壁温度进行实时检测，若是在其温度不符合预设反应范围时，则会对积碳厚度产生影响，此时需要调节第二进气阀，使得火焰筒40外壁的温度达到预设范围，然后再将第一进气阀调节增大至预设幅度，本发明实施例通过设置中间幅度的过程，保证了第二进气阀的进气量，使得火焰筒40的反应温度适合，然后再调节与喷出的燃料进行混合的空气量，从而为二者的燃烧提供较佳的反应温度，使得燃烧效率更高，降低积碳厚度，提高燃烧室的燃烧效率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，包括：压气轮机主体，压气轮机主体用以将空气压入燃烧室内，所述压气轮机主体上设置有第一进气阀和第二进气阀，第一进气阀用于调节所述压气轮机主体进入火焰筒内的空气量，第二进气阀用于调节进入从火焰筒与外壳间流过的空气量；

所述火焰筒上设置有喷嘴和点火装置，所述喷嘴用于将燃料喷入所述火焰筒，所述点火装置用以点燃所述燃料，所述外壳设置在所述火焰筒的外部，与所述火焰筒形成空气通道，所述空气通道接收所述压气轮机主体压入的空气；

所述喷嘴上设置有调节阀，用以调节燃料喷出量；

所述火焰筒外还设置有超声波检测装置，所述超声波检测装置发出超声波，用以检测火焰筒内壁的积碳厚度；

所述调节阀、所述第一进气阀、第二进气阀和所述超声波检测装置均与中控单元连接，所述中控单元根据所述超声波检测装置的检测结果调节所述调节阀、所述第一进气阀和第二进气阀；

所述火焰筒的外壁上还设置有温度检测装置，用以对所述火焰筒的外壁的实时温度进行检测，当需要对第一进气阀进行增大时，所述中控单元根据所述温度检测装置的实时温度进行判断，若当前实时温度高于预设标准温度，则降低所述第一进气阀的增大幅度，使得尽可能多的空气通过第二进气阀进入，从而降低所述火焰筒外壁的温度，当外壁温度达到正常范围内后，将所述第一进气阀增大至预设幅度；并根据所述第一进气阀的空气量控制调节阀控制燃料喷出量，以使得所述空气量和所述燃料喷出量的达到最佳燃烧配比。

2.根据权利要求1所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，当所述超声波检测装置检测到所述火焰筒内壁的积碳厚度不在预设厚度范围内时，则调节所述第一进气阀和第二进气阀控制进入所述火焰筒内的空气量以及并且同时调节所述调节阀控制燃料喷出量；将所述火焰筒进行平面投影，形成投影平面，所述中控单元对所述投影平面的积碳厚度进行测定分析，所述中控单元内设置有平面积碳厚度标准矩阵H(H1，H2，H3)，其中，H1表示主燃区对应的积碳厚度，H2表示掺混区对应的积碳厚度，H3表示筒尾的积碳厚度，主燃区位于火焰筒的筒首，掺混区位于火焰筒的中部，燃料和空气在主燃区燃烧后，掺混区用以将燃烧后的高温燃气与空气混合，经过火焰筒的筒尾排出；若所述中控单元分析对应区域的积碳厚度不符合所述平面积碳厚度标准矩阵H(H1，H2，H3)的参数要求，则根据检测结果进行性能分析，并根据所述的分析结果调节所述第一进气阀、第二进气阀和所述调节阀。

3.根据权利要求2所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述中控单元内还设置有第一进气阀调节矩阵Q1(Q11，Q12，Q13)、调节阀调节矩阵Q2(Q21，Q22，Q23)和第二进气阀调节矩阵Q3(Q31，Q32，Q33)，其中Q11表示第一进气阀的第一开合度，Q12表示第一进气阀的第二开合度，Q13表示第一进气阀的第三开合度；Q21表示调节阀的第一开合度，Q22表示调节阀的第二开合度，Q23表示调节阀的第三开合度；Q31表示第二进气阀的第一开合度，Q32表示第二进气阀的第二开合度，Q33表示第二进气阀的第三开合度，若主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第一开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第一开合度，并且控制调节阀至调节阀的第一开合度；若掺混区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第二开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第二开合度，并且控制调节阀至调节阀的第二开合度；若筒尾区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则中控单元控制第一进气阀调节至第一进气阀的第三开合度，控制第二进气阀至第二进气阀的第三开合度，并且控制调节阀至调节阀的第三开合度。

4.根据权利要求3所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述超声波检测装置检测获取在t1时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht11，Ht12，Ht13)，其中Ht11表示在t1时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht12表示在t1时刻的掺混区的实际积碳厚度，Ht13表示在t1时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述超声波检测装置检测获取在t2时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht21，Ht22，Ht23)，其中Ht21表示在t2时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht22表示在t2时刻的掺混区的实际积碳厚度，Ht23表示在t2时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述超声波检测装置检测获取在t3时刻的积碳厚度矩阵HT(Ht31，Ht32，Ht33)，其中Ht31表示在t3时刻的助燃区的实际积碳厚度，Ht32表示在t3时刻的掺混区的实际积碳厚度，Ht33表示在t3时刻的筒尾的实际积碳厚度；所述主燃区的积碳增长速度为(Ht21－Ht11)/(t2－t1)；所述掺混区的积碳增长速度为(Ht22－Ht12)/(t2－t1)；所述筒尾的积碳增长速度为(Ht23－Ht13)/(t2－t1)。

5.根据权利要求4所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述中控单元内设置有积碳增长标准速度V0，若(Ht21－Ht11)/(t2－t1)表示V1，其表示主燃区的积碳增长速度，若是主燃区的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是主燃区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对主燃区的燃烧效率进行提高，定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内；若是掺混区的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是掺混区的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对掺混区的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内；若是筒尾的积碳增长速度小于等于积碳增长的标准速度V0，则维持当前的燃烧室的工作状态，若是筒尾的积碳增长速度大于积碳增长的标准速度V0，则需要对筒尾的燃烧效率进行提高，具体可以定量调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，使得积碳速度降至预设范围内。

6.根据权利要求1所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述中控单元内设置有积碳厚度标准矩阵S(S1，S2，S3，S4)，其中S1表示第一厚度，S2表示第二厚度，S3第三厚度，S4表示第四厚度，且S1＞S2＞S3＞S4，所述超声波检测装置根据筒壁内的实时积碳厚度求和之后得到实时平均厚度Si；

若实时平均厚度Si＞第一厚度S1，则判定所述实时平均厚度过高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节所述第一进气阀、第二进气阀和调节阀，降低空气量和燃料喷出量，所述第一进气阀和所述第二进气阀共同作用实现降低空气量；

其中，若第一厚度S1＞实时平均厚度Si＞第二厚度S2，则判定所述实时平均厚度高，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，提高空气量，保持燃料喷出量；

若第二厚度S2＞实时平均厚度Si＞第三厚度S3，则判定所述实时平均厚度中等，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时保持空气量，保持燃料喷出量；

若第三厚度S3＞实时平均厚度Si＞第四厚度S4，则判定所述实时平均厚度低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，保持空气量和提高燃料喷出量；

若实时平均厚度Si＜第四厚度S4，则判定所述实时平均厚度过低，需要对空气量和燃料喷出量进行控制，使得燃料的燃烧更为充分，此时同时调节第一进气阀、第二进气阀和调节阀，提高空气量和燃料喷出量。

7.根据权利要求2所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述实时平均厚度是根据所述主燃区、所述掺混区和所述筒尾的积碳厚度计算得出的，所述实时平均厚度为Si＝(H1+H2+H3)/3。

8.根据权利要求1所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述喷嘴上设置有喷孔调节装置，所述中控单元与所述喷孔调节装置连接，用以对所述喷嘴上的喷孔直径进行调节，当需要增加燃料喷出量时，则增大所述喷孔直径；当需要降低所述燃料喷出量时，则降低喷孔直径。

9.根据权利要求8所述的应用在燃气轮机上的压气机，其特征在于，所述喷嘴上设置有多个喷孔，当前所述喷孔直径为d，若需要增加所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为1.1×d；当需要降低所述燃料喷出量时，则将所述喷孔直径调节为0.9×d。

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