CN112983653A - 一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其包括：本发明设置一中控处理器与超声波检测器、温度检测器、转速检测器、流量检测设备相连接并实时完成数据交换，同时，所述中控处理器根据所述超声波检测器检测的积炭厚度以及压气机内轴向流量的变化、实时调节调节阀的开合程度和导叶的开合角度，以提高燃气轮机燃烧室内的燃烧效果，同时避免燃气轮机叶轮旋转速率过快导致燃气轮机叶轮出现高温变形或燃气轮机叶轮旋转过慢导致效率较低，使得燃气轮机处在一个稳定的运行状态，提高燃气轮机的工作效率和可靠性。

Description

一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统

技术领域

本发明领域，具体为一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统。

背景技术

燃气轮机在空气和燃气的主要流程中，只有压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气涡轮(Turbine)这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环，压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功，从涡轮中排出的废气排至大气自然放热，燃气轮机应用广泛，但是现有的燃气轮机还存在以下问题：

1、传统燃气轮机没有根据燃气轮机运作状态实时自动调节燃气轮机的燃料输入量，燃料温度，以及进气量。

2、传统燃气轮机中未将燃烧室内积炭厚度纳入控制参数。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，为此本发明提供一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，包括：

燃气轮机，其燃烧室内设置有温度检测器，以检测所述燃烧室的温度变化，所述燃烧室内还设置有进料口，所述进料口上设置有调节阀，用以控制燃料进入燃烧室的量，所述燃烧室外围设置有超声波检测器，以检测所述燃烧室内壁的积炭厚度；所述燃气轮机的压气机内设置一转速检测器，用以检测压气机叶轮转速，所述压气机进气口设置有导叶，以调节压气机进气量，所述压气机内设置流量检测设备，以检测在所述压气机内轴向截面的不同位置的流量变化；

中控处理器，其与所述超声波检测器、温度检测器、转速检测器、流量检测设备相连接并实时完成数据交换，同时，所述中控处理器根据所述超声波检测器检测的积炭厚度以及压气机内轴向流量的变化、实时调节调节阀的开合程度和导叶的开合角度，其过程包括：

S1、燃气轮机点火启动成功进入自转状态后，所述中控处理器启动，检测压气机叶轮转速n与空气流速是否符合预设标准，检测时，包括检测压气机内空气流速大小是否符合标准以及压气机内三维轴向空气流通是否出现偏差，若符合标准则直接进行步骤S3；

S2、若S1中的检测不符合标准，其中：

若压气机内空气流速大小出现偏差时，则所述中控处理器继续检测燃烧室内温度是否出现异常，并控制调节阀开合程度同时相应调节导叶开合角度；

若压气机内三维轴向空气流通出现偏差，则所述中控处理器根据偏差情况调整导叶开合角度，同时相应调节调节阀开合程度；

S3、所述中控处理器检测燃烧室内温度时，若燃烧温度不正常，则检测燃烧室内积炭厚度是否符合预设标准，若燃烧室内积炭厚度符合预设标准，则根据燃烧室当前温度和压气机叶轮转速调节调节阀开合程度以及注入燃料的温度，若燃烧室内积炭厚度不符合预设标准，则根据所述燃烧室内积炭厚度调整调节阀开合程度，同时调节导叶开合角度；

S4、预设检测周期，每经过一个检测周期重复S1、S2和S3。

进一步地，所述中控处理器根据所述流量检测设备获取的压气机内空气流量数据，以压气机轴向平面为基准平面建立流量坐标系q(x,y)，以表示压气机空气流量截面大小，同时，将所述流量坐标系q(x,y)所表示的区域以轴心为原点划分为四个扇形区域，并检测四个区域内的流量，所述中控处理器每隔预设时间记录各个区域的流量波动值，形成第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)，i＝1,2,3,4，其中，Si1表示第i区域实时流量，Si2表示预设时间段内第i区域流量波动值，所述流量波动值为两次检测的流量差值，所述中控处理器内预设对比参数s1、s2、S3，s2>s3>s1，其根据所述第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)内的第i区域实时流量数据，将当前流量进行排序,按顺序记录为S01<S02<S03<S04,计算SO4-S02以及S03-S01，进行S1时，所述中控处理器根据计算结果判定压气机内三维轴向空气流通是否出现偏差，并相应减少导叶开合角度，确定导叶开合角度减少范围，其过程包括：

若，S04-S01<s1，则所述中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常；

若，s1<SO4-S02<s2，则继续判定S03-S01是否小于对比参数s3，若，S03-S01<s3，则判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，若S03-S01>s3，则所述中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，需减少导叶开合角度；

若SO4-S02>s2,则所诉中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，需减小所述导叶角度。

进一步地，所述中控处理器其内部预设有导叶开合控制矩阵E(E1,E2,E3)以及调节阀控制矩阵F(F1,F2,F3)，其中，E1表示导叶第一减少参数，E2表示导叶第二减少参数，E3表示导叶第三减少参数，F1表示调节阀减少流量第一参数，F2表示调节阀减少流量第二参数，F3表示调节阀减少流量第三参数；所述中控处理器确定压气机三维轴向空气流通异常后减少导叶开合角度时，所述中控处理器计算各个区域在预设时间段内流量波动值平均值SP：

其中：S12表示第一区域流量波动值，S22表示第二区域流量波动值，S32表示第三区域流量波动值，S42表示第四区域流量波动值，t表示预设时间段；所述中控处理器根据流量波动值平均值SP确定导叶开合角度减少范围，其内部预设对比参数sp1和sp2其中：

当SP<sp1时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第一减少参数E1,同时，控制调节阀流量减少F1；

当sp1≤SP<sp2时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第二减少参数E2,同时，控制调节阀流量减少F3；

当SP≥SP2时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第三减少参数E3，同时，控制调节阀流量减少F3。

进一步地，所述中控处理器其内部预设有流量检测矩阵Li(Li1，Li2)，i＝1,2...n,其中：Li1表示流速范围，Li2表示叶轮转速范围，进行S1，所述中控处理器检测压气机内空气流速是否符合标准时，根据所述转速检测器检测的叶轮当前转速与所述流量检测矩阵Li(Li1，Li2)内的叶轮转速范围Li2对比，选取叶轮当前转速所属于的叶轮转速范围Li2，并选取对应的流速范围Li1作为对比参数，同时，所述中控模块获取压气机内当前平均流量，并与流速范围Li1进行对比，判定所述压气机内当前平均流量是否从属与流速范围Li1，若不属于则判定压气机内空气流速不符合标准。

进一步地，所述中控处理器内预设温度标准范围HS0，所述中控处理器检测当前燃烧室内温度HS不属于所述预设温度标准范围HS0时，所述中控处理器判定当前燃烧室内温度HS异常，并开始判定燃烧室内积炭厚度是否正常，当S2中需要检测燃烧室温度时，所述中控处理器控制所述超声波检测装置实时检测燃烧室筒壁内各处的实时积炭厚度，并计算平均积炭厚度，同时根据燃气轮机运转时间计算当前积炭速率V，所述中控处理器内预设积炭速率对比参数V0，当前积炭速率V大于积炭对比参数V0时，所述中控处理器判定当前积炭速率异常，并根据当前积炭速率调整导叶开合角度和调节阀开合程度。

进一步地，所述中控处理器内部预设有温度对比矩阵D(D1,D2,D3)其中，D1表示第一单位流量，D2表示第二单位流量，D3表示第三单位流量，D3>D2>D1，所述中控处理器内还设置燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2),i＝1，2...n，其中，Ri1表示温度范围，Ri2表示燃料温度，所述中控处理器内部设置有温度对比参数d1、d2、d3，d4，所述中控处理器根据所述温度对比矩阵D(D1,D2,D3)内的数据和燃烧室内温度HS调整调节阀开合角度和燃料的温度

当d1<HS时，所述控制系统控制所述调节阀增加第一单位流量D1,

当d1<HS<d2时，所述控制系统控制所述调节阀增加第二单位流量D2,

当d2<HS<d3时，所述控制系统控制所述调节阀增加第三单位流量D3,

当d3<HS<d4时，所述控制系统控制所述调节阀减少第一单位流量D1,

当d4<HS时，所述控制系统控制所述调节阀减少第一单位流量D2；

同时，所述中控模块根据前燃烧室内温度HS，检索所述燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2)，控制冷却装置调整燃料注入温度，其中，当所述当前燃烧室内温度HS属于任意的温度范围Ri1，则所述中控处理器控制所述冷却装置调整燃料温度为Ri2。

进一步地，所述中控单元内还设置有调节阀控制矩阵K(K1,K2,K3)其中，K1表示第一流量K1，K2表示第二流量K2，K3表示第三流量K3，K3>K2>K1,S3中，所述所述中控处理器根据所述燃烧室内积炭厚度调整调节阀开合程度，同时调节导叶开合角度时，控制所述转速检测装置检测所述叶轮的转速n，根据所述叶轮的转速选择积炭厚度对比参数，判定所述积炭厚度是否符合预设标准，根据积炭厚度调整所述调节阀的开合程度。

进一步地，所述中控单元内设置有第i等级参数选择矩阵Ni(Ni0，Ni1,Ni2,Ni3)，i＝1,2,..n其中：Ni0表示第i等级叶轮转速范围，Ni1表示第i等级第一对比参数，Ni2表示第i等级第二对比参数，Ni4表示第i等级第三对比参数，Ni3>Ni2>Ni1,所述中控处理器根据所述叶轮的转速选择积炭对比参数时：

当所述叶轮的转速n属于第1等级叶轮转速范围N10时，中控处理器选取第1等级参数选择矩阵N1(N10，N11,N12,N13)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第2等级叶轮转速范围N20时，中控处理器选取第2等级参数选择矩阵N2(N20，N21,N22,N23)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第n等级叶轮转速范围Nn0时，中控处理器选取第n等级参数选择矩阵Nn(Nn0，Nn1,Nn2,Nn3)内的属于作为积炭厚度对比参数；

选取所述积炭厚度对比参数后，所述中控处理器根据所述平均厚度Si以及所述积炭对比参数确定所述调节阀开合程度时，其过程包括：

当Hi≤Ni1时，所述中控处理器判定积炭厚度正常，控制所述调节阀维持原开合程度；

当Ni1<Hi≤Ni2时，所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第一流量K1；

当Ni2<Hi≤Ni3时，所述中控处理器所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第二流量K2；

当Ni3<Hi时，所述中控处理器所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第三流量K3。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于，本发明设置一中控处理器与超声波检测器、温度检测器、转速检测器、流量检测设备相连接并实时完成数据交换，同时，所述中控处理器根据所述超声波检测器检测的积炭厚度以及压气机内轴向流量的变化、实时调节调节阀的开合程度和导叶的开合角度，以提高燃气轮机燃烧室内的燃烧效果，同时避免燃气轮机叶轮旋转速率过快导致燃气轮机叶轮出现高温变形或燃气轮机叶轮旋转过慢导致效率较低，使得燃气轮机处在一个稳定的运行状态，提高燃气轮机的工作效率和可靠性。

尤其，本发明所述中控处理器其内部预设有流量检测矩阵Li(Li1，Li2)，i＝1,2...n,其中：Li1表示流速范围，Li2表示叶轮转速范围，检测压气机内空气流速是否符合标准，优先检测压气机内气流和转速，提供的流量检测矩阵Li(Li1，Li2)表示了流量和转速的关系，以此关系判定燃气轮机运转是否出现异常，快速，准确。

尤其，本发明所述中控处理器根据所述流量检测设备获取的压气机内空气流量数据，以压气机轴向平面为基准平面建立流量坐标系q(x,y)，本发明还实时检测压气机内三周轴向的气流流量，判定气流是否出现紊乱，实际上，压气机叶轮过载运行局部受热不均常会出现上述情况，本发明检测对轴向气流实施检测，同时根据检测结果，根据不同流量区域内的流量变化情况做出不同的调节，相应的减少压气机进气量，避免叶轮超速运转，有效避免振喘的发生，提高燃气轮机的可靠性同时在调节进气量的同时调节调节阀流量，控制燃料的进入量，保证较佳的燃烧比例，提高燃气轮机的燃烧效率。

尤其，本发明在检测到流量出现异常后还对燃烧室内燃烧程度进行检测，所述中控处理器内预设温度标准范围HS0，预设有温度对比矩阵D(D1,D2,D3)不符合预设标准时述中控处理器对燃料投入量实时调节，保证燃料不过多也不过少，同时调整燃料进入的温度，实现对燃烧情况的精确控制，保证燃烧室内燃烧的最佳配比，提高燃气轮机工作效率和可靠性，避免燃气轮机动力不足的情况出现。

尤其，本发明在检测温度后还对燃烧室内的积炭厚度进行检测，以积炭厚度再此判定燃气轮机的运行状态，同时根据积炭速进一步调整燃气轮机进气量和投入的燃料量，同时，使得燃气轮机一直保持稳定的运行效果下还部分的提高了燃气轮机的工作效率，实际上，燃料和空气进入量稳定是一个动态的过程，因此需要实时控制，在改变燃料投入量的同时也需要改变进气量，保证燃气轮机平稳运行。

尤其，本发明设置检测周期，能够对燃气轮机的运行状态实施持续的检测，保证燃气轮机在长时间运转下也能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统结构简图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

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，并非旨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。

参阅图1所示，其为本发明实施例所提供的一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，本实施例的一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统包括：

燃气轮机，其包括压气机3、燃烧室6、燃气涡轮，所述燃烧室6内设置有温度检测器5，以检测所述燃烧室6的温度变化，所述燃烧室上设置有进料口，所述进料口上设置有调节阀8，以控制燃料的进入量，所述燃烧室6外围设置超声波检测器4，以检测所述燃气轮机的燃烧室6内壁的积炭厚度，所述压气机3内设置一转速检测器，用以检测压气机3的叶轮转速，所述压气机3的进气口设置有导叶10，以调节压气机3进气量，所述压气机3内设置流量检测设备2，以检测在所述压气机内轴向截面的不同位置的流量变化；

中控处理器1，其与所述超声波检测器4、温度检测器9、转速检测器、流量检测设备2相连接并实时完成数据交换，同时，所述中控处理器1根据所述超声波检测器4检测的积炭厚度以及压气机3内轴向流量的变化、实时调节调节阀8的开合程度和导叶10的开合角度，通过调节阀8的开合程度控制燃料的进入量，其过程包括：

S1、燃气轮机点火启动成功进入自转状态后，所述中控处理器1启动，检测压气机3的叶轮转速n与空气流速是否符合预设标准，检测时，包括检测压气机内空气流速大小是否符合标准以及压气机3内三维轴向空气流通是否出现偏差，若符合标准则直接进行步骤S3；

S2、若S1中的检测不符合标准，其中：

若压气机3内空气流速大小出现偏差时，则所述中控处理器继续检测燃烧室内温度是否出现异常，并控制调节阀开合程度同时相应调节导叶开合角度；

若压气机3内三维轴向空气流通出现偏差，则所述中控处理器根据偏差情况调整导叶开合角度，同时相应调节调节阀开合程度；

S3、所述中控处理器2检测燃烧室内温度时，若燃烧温度不正常，则检测燃烧室6内积炭厚度是否符合预设标准，若燃烧室6内积炭厚度符合预设标准，则根据燃烧室6当前温度和压气机叶轮转速调节调节阀开合程度以及注入燃料的温度，若燃烧室6内积炭厚度不符合预设标准，则根据所述燃烧室6内积炭厚度调整调节阀开合程度，同时调节导叶10开合角度；

S4、预设检测周期，每经过一个检测周期重复S1、S2和S3。

具体而言，所述燃气轮机构造包括压气机3、燃烧室4、以及涡轮7，所述燃烧室4外设置有一燃料供给系统9，所述燃料供给系统9内设置有余热回收装置和冷却装置，所述余热回收装置用以回收所述涡轮中排出的余热，并加热待加入燃气，所述冷却装置用以冷却已加热燃气，以使燃气温度达到预设标准。

具体而言，所述中控处理器1根据所述流量检测设备获取的压气机3内空气流量数据，以压气机3轴向平面为基准平面建立流量坐标系q(x,y)，以表示压气机3空气流量截面大小，同时，将所述流量坐标系q(x,y)所表示的区域以轴心为原点划分为四个扇形区域，并检测四个区域内的流量，所述中控处理器1每隔预设时间记录各个区域的流量波动值，形成第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)，i＝1,2,3,4，其中，Si1表示第i区域实时流量，Si2表示预设时间段内第i区域流量波动值，所述流量波动值为两次检测的流量差值，所述中控处理器1内预设对比参数s1、s2、S3，s2>s3>s1，其根据所述第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)内的第i区域实时流量数据，将当前流量进行排序,按顺序记录为S01<S02<S03<S04,计算SO4-S02以及S03-S01，进行S1时，所述中控处理器1根据计算结果判定压气机3内三维轴向空气流通是否出现偏差，并相应减少导叶10开合角度，确定导叶10开合角度减少范围，其过程包括：

若，S04-S01<s1，则所述中控处理器1判定所述压气机3内三维轴向空气流通正常；

若，s1<SO4-S02<s2，则继续判定S03-S01是否小于对比参数s3，若，S03-S01<s3，则判定所述压气机3内三维轴向空气流通正常，若S03-S01>s3，则所述中控处理器1判定所述压气机3内三维轴向空气流通正常，需减少导叶10开合角度；

若SO4-S02>s2,则所诉中控处理器1判定所述压气机3内三维轴向空气流通正常，需减小所述导叶10角度。

具体而言，所述中控处理器1其内部预设有导叶10开合控制矩阵E(E1,E2,E3)以及调节阀8控制矩阵F(F1,F2,F3)，其中，E1表示导叶10第一减少参数，E2表示导叶10第二减少参数，E3表示导叶10第三减少参数，F1表示调节阀8减少流量第一参数，F2表示调节阀8减少流量第二参数，F3表示调节阀8减少流量第三参数；所述中控处理器1确定压气机3三维轴向空气流通异常后减少导叶10开合角度时，所述中控处理器1计算各个区域在预设时间段内流量波动值平均值SP：

其中：S12表示第一区域流量波动值，S22表示第二区域流量波动值，S32表示第三区域流量波动值，S42表示第四区域流量波动值，t表示预设时间段；所述中控处理器1根据流量波动值平均值SP确定导叶10开合角度减少范围，其内部预设对比参数sp1和sp2其中：

当SP<sp1时，所述中控处理器1将导叶10开合角度减少导叶10第一减少参数E1,同时，控制调节阀8流量减少F1；

当sp1≤SP<sp2时，所述中控处理器1将导叶10开合角度减少导叶10第二减少参数E2,同时，控制调节阀8流量减少F3；

当SP≥SP2时，所述中控处理器1将导叶10开合角度减少导叶10第三减少参数E3，同时，控制调节阀8流量减少F3。

实时检测压气机3内三周轴向的气流流量，判定气流是否出现紊乱，实际上，压气机3叶轮过载运行局部受热不均常会出现上述情况，本发明检测对轴向气流实施检测，同时根据检测结果，根据不同流量区域内的流量变化情况做出不同的调节，相应的减少压气机3进气量，避免叶轮超速运转，有效避免振喘的发生，提高燃气轮机的可靠性同时在调节进气量的同时调节调节阀8流量，控制燃料的进入量，保证较佳的燃烧比例，提高燃气轮机的燃烧效率。

具体而言，所述中控处理器1其内部预设有流量检测矩阵Li(Li1，Li2)，i＝1,2...n,其中：Li1表示流速范围，Li2表示叶轮转速范围，进行S1，所述中控处理器1检测压气机3内空气流速是否符合标准时，根据所述转速检测器检测的叶轮当前转速与所述流量检测矩阵Li(Li1，Li2)内的叶轮转速范围Li2对比，选取叶轮当前转速所属于的叶轮转速范围Li2，并选取对应的流速范围Li1作为对比参数，同时，所述中控模块获取压气机3内当前平均流量，并与流速范围Li1进行对比，判定所述压气机3内当前平均流量是否从属与流速范围Li1，若不属于则判定压气机3内空气流速不符合标准。

具体而言，所述中控处理器1内预设温度标准范围HS0，所述中控处理器1检测当前燃烧室内温度HS不属于所述预设温度标准范围HS0时，所述中控处理器1判定当前燃烧室内温度HS异常，并开始判定燃烧室内积炭厚度是否正常，当S2中需要检测燃烧室温度时，所述中控处理器1控制所述超声波检测装置实时检测燃烧室筒壁内各处的实时积炭厚度，并计算平均积炭厚度，同时根据燃气轮机运转时间计算当前积炭速率V，所述中控处理器1内预设积炭速率对比参数V0，当前积炭速率V大于积炭对比参数V0时，所述中控处理器1判定当前积炭速率异常，并根据当前积炭速率调整导叶10开合角度和调节阀8开合程度。

具体而言，所述中控处理器1内部预设有温度对比矩阵D(D1,D2,D3)其中，D1表示第一单位流量，D2表示第二单位流量，D3表示第三单位流量，D3>D2>D1，所述中控处理器1内还设置燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2),i＝1，2...n，其中，Ri1表示温度范围，Ri2表示燃料温度，所述中控处理器1内部设置有温度对比参数d1、d2、d3，d4，所述中控处理器1根据所述温度对比矩阵D(D1,D2,D3)内的数据和燃烧室内温度HS调整调节阀8开合角度和燃料的温度

当d1<HS时，所述控制系统控制所述调节阀8增加第一单位流量D1,

当d1<HS<d2时，所述控制系统控制所述调节阀8增加第二单位流量D2,

当d2<HS<d3时，所述控制系统控制所述调节阀8增加第三单位流量D3,

当d3<HS<d4时，所述控制系统控制所述调节阀8减少第一单位流量D1,

当d4<HS时，所述控制系统控制所述调节阀8减少第一单位流量D2；

同时，所述中控模块根据前燃烧室内温度HS，检索所述燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2)，控制冷却装置调整燃料注入温度，其中，当所述当前燃烧室内温度HS属于任意的温度范围Ri1，则所述中控处理器1控制所述冷却装置调整燃料温度为Ri2。

具体而言，所述中控单元内还设置有调节阀8控制矩阵K(K1,K2,K3)其中，K1表示第一流量K1，K2表示第二流量K2，K3表示第三流量K3，K3>K2>K1,S3中，所述所述中控处理器1根据所述燃烧室内积炭厚度调整调节阀8开合程度，同时调节导叶10开合角度时，控制所述转速检测装置检测所述叶轮的转速n，根据所述叶轮的转速选择积炭厚度对比参数，判定所述积炭厚度是否符合预设标准，根据积炭厚度调整所述调节阀8的开合程度。

具体而言，所述中控单元内设置有第i等级参数选择矩阵Ni(Ni0，Ni1,Ni2,Ni3)，i＝1,2,..n其中：Ni0表示第i等级叶轮转速范围，Ni1表示第i等级第一对比参数，Ni2表示第i等级第二对比参数，Ni4表示第i等级第三对比参数，Ni3>Ni2>Ni1,所述中控处理器1根据所述叶轮的转速选择积炭对比参数时：

当所述叶轮的转速n属于第1等级叶轮转速范围N10时，中控处理器1选取第1等级参数选择矩阵N1(N10，N11,N12,N13)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第2等级叶轮转速范围N20时，中控处理器1选取第2等级参数选择矩阵N2(N20，N21,N22,N23)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第n等级叶轮转速范围Nn0时，中控处理器1选取第n等级参数选择矩阵Nn(Nn0，Nn1,Nn2,Nn3)内的属于作为积炭厚度对比参数；

选取所述积炭厚度对比参数后，所述中控处理器1根据所述平均厚度Si以及所述积炭对比参数确定所述调节阀8开合程度时，其过程包括：

当Hi≤Ni1时，所述中控处理器1判定积炭厚度正常，控制所述调节阀8维持原开合程度；

当Ni1<Hi≤Ni2时，所述中控处理器1判定积炭厚度异常，控制所述调节阀8流量增加第一流量K1；

当Ni2<Hi≤Ni3时，所述中控处理器1所述中控处理器1判定积炭厚度异常，控制所述调节阀8流量增加第二流量K2；

当Ni3<Hi时，所述中控处理器1所述中控处理器1判定积炭厚度异常，控制所述调节阀8流量增加第三流量K3。

具体而言，本发明实施例的中控处理器可以是一外接计算机，也可以是一PLC电路板，其只需能完成数据处理，数据发送功能即可。

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作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。

Claims (8)

1.一种基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，包括：

燃气轮机，其燃烧室内设置有温度检测器，以检测所述燃烧室的温度变化，所述燃烧室内还设置有进料口，所述进料口上设置有调节阀，用以控制燃料进入燃烧室的量，所述燃烧室外围设置有超声波检测器，以检测所述燃烧室内壁的积炭厚度；所述燃气轮机的压气机内设置一转速检测器，用以检测压气机叶轮转速，所述压气机进气口设置有导叶，以调节压气机进气量，所述压气机内设置流量检测设备，以检测在所述压气机内轴向截面的不同位置的流量变化；

中控处理器，其与所述超声波检测器、温度检测器、转速检测器、流量检测设备相连接并实时完成数据交换，同时，所述中控处理器根据所述超声波检测器检测的积炭厚度以及压气机内轴向流量的变化、实时调节调节阀的开合程度和导叶的开合角度，其过程包括：

S1、燃气轮机点火启动成功进入自转状态后，所述中控处理器启动，检测压气机叶轮转速n与空气流速是否符合预设标准，检测时，包括检测压气机内空气流速大小是否符合标准以及压气机内三维轴向空气流通是否出现偏差，若符合标准则直接进行步骤S3；

S2、若S1中的检测不符合标准，其中：

若压气机内空气流速大小出现偏差时，则所述中控处理器继续检测燃烧室内温度是否出现异常，并控制调节阀开合程度同时相应调节导叶开合角度；

若压气机内三维轴向空气流通出现偏差，则所述中控处理器根据偏差情况调整导叶开合角度，同时相应调节调节阀开合程度；

S3、所述中控处理器检测燃烧室内温度时，若燃烧温度不正常，则检测燃烧室内积炭厚度是否符合预设标准，若燃烧室内积炭厚度符合预设标准，则根据燃烧室当前温度和压气机叶轮转速调节调节阀开合程度以及注入燃料的温度，若燃烧室内积炭厚度不符合预设标准，则根据所述燃烧室内积炭厚度调整调节阀开合程度，同时调节导叶开合角度；

S4、预设检测周期，每经过一个检测周期重复S1、S2和S3。

2.根据权利要求1所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控处理器根据所述流量检测设备获取的压气机内空气流量数据，以压气机轴向平面为基准平面建立流量坐标系q(x,y)，以表示压气机空气流量截面大小，同时，将所述流量坐标系q(x,y)所表示的区域以轴心为原点划分为四个扇形区域，并检测四个区域内的流量，所述中控处理器每隔预设时间记录各个区域的流量波动值，形成第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)，i＝1,2,3,4，其中，Si1表示第i区域实时流量，Si2表示预设时间段内第i区域流量波动值，所述流量波动值为两次检测的流量差值，所述中控处理器内预设对比参数s1、s2、S3，s2>s3>s1，其根据所述第i区域流量记录矩阵Si(Si1,Si2)内的第i区域实时流量数据，将当前流量进行排序,按顺序记录为S01<S02<S03<S04,计算SO4-S02以及S03-S01，进行S1时，所述中控处理器根据计算结果判定压气机内三维轴向空气流通是否出现偏差，并相应减少导叶开合角度，确定导叶开合角度减少范围，其过程包括：

若，S04-S01<s1，则所述中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常；

若，s1<SO4-S02<s2，则继续判定S03-S01是否小于对比参数s3，若，S03-S01<s3，则判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，若S03-S01>s3，则所述中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，需减少导叶开合角度；

若SO4-S02>s2,则所诉中控处理器判定所述压气机内三维轴向空气流通正常，需减小所述导叶角度。

3.根据权利要求2所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控处理器其内部预设有导叶开合控制矩阵E(E1,E2,E3)以及调节阀控制矩阵F(F1,F2,F3)，其中，E1表示导叶第一减少参数，E2表示导叶第二减少参数，E3表示导叶第三减少参数，F1表示调节阀减少流量第一参数，F2表示调节阀减少流量第二参数，F3表示调节阀减少流量第三参数；所述中控处理器确定压气机三维轴向空气流通异常后减少导叶开合角度时，所述中控处理器计算各个区域在预设时间段内流量波动值平均值SP：

其中：S12表示第一区域流量波动值，S22表示第二区域流量波动值，S32表示第三区域流量波动值，S42表示第四区域流量波动值，t表示预设时间段；所述中控处理器根据流量波动值平均值SP确定导叶开合角度减少范围，其内部预设对比参数sp1和sp2其中：

当SP<sp1时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第一减少参数E1,同时，控制调节阀流量减少F1；

当sp1≤SP<sp2时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第二减少参数E2,同时，控制调节阀流量减少F3；

当SP≥SP2时，所述中控处理器将导叶开合角度减少导叶第三减少参数E3，同时，控制调节阀流量减少F3。

4.根据权利要求1所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控处理器其内部预设有流量检测矩阵Li(Li1，Li2)，i＝1,2...n,其中：Li1表示流速范围，Li2表示叶轮转速范围，进行S1，所述中控处理器检测压气机内空气流速是否符合标准时，根据所述转速检测器检测的叶轮当前转速与所述流量检测矩阵Li(Li1，Li2)内的叶轮转速范围Li2对比，选取叶轮当前转速所属于的叶轮转速范围Li2，并选取对应的流速范围Li1作为对比参数，同时，所述中控模块获取压气机内当前平均流量，并与流速范围Li1进行对比，判定所述压气机内当前平均流量是否从属与流速范围Li1，若不属于则判定压气机内空气流速不符合标准。

5.根据权利要求1所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控处理器内预设温度标准范围HS0，所述中控处理器检测当前燃烧室内温度HS不属于所述预设温度标准范围HS0时，所述中控处理器判定当前燃烧室内温度HS异常，并开始判定燃烧室内积炭厚度是否正常，当S2中需要检测燃烧室温度时，所述中控处理器控制所述超声波检测装置实时检测燃烧室筒壁内各处的实时积炭厚度，并计算平均积炭厚度，同时根据燃气轮机运转时间计算当前积炭速率V，所述中控处理器内预设积炭速率对比参数V0，当前积炭速率V大于积炭对比参数V0时，所述中控处理器判定当前积炭速率异常，并根据当前积炭速率调整导叶开合角度和调节阀开合程度。

6.根据权利要求5所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控处理器内部预设有温度对比矩阵D(D1,D2,D3)其中，D1表示第一单位流量，D2表示第二单位流量，D3表示第三单位流量，D3>D2>D1，所述中控处理器内还设置燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2),i＝1，2...n，其中，Ri1表示温度范围，Ri2表示燃料温度，所述中控处理器内部设置有温度对比参数d1、d2、d3，d4，所述中控处理器根据所述温度对比矩阵D(D1,D2,D3)内的数据和燃烧室内温度HS调整调节阀开合角度和燃料的温度

当d1<HS时，所述控制系统控制所述调节阀增加第一单位流量D1,

当d1<HS<d2时，所述控制系统控制所述调节阀增加第二单位流量D2,

当d2<HS<d3时，所述控制系统控制所述调节阀增加第三单位流量D3,

当d3<HS<d4时，所述控制系统控制所述调节阀减少第一单位流量D1,

当d4<HS时，所述控制系统控制所述调节阀减少第一单位流量D2；

同时，所述中控模块根据前燃烧室内温度HS，检索所述燃料控制矩阵Ri(Ri1，Ri2)，控制冷却装置调整燃料注入温度，其中，当所述当前燃烧室内温度HS属于任意的温度范围Ri1，则所述中控处理器控制所述冷却装置调整燃料温度为Ri2。

7.根据权利要求6所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控单元内还设置有调节阀控制矩阵K(K1,K2,K3)其中，K1表示第一流量K1，K2表示第二流量K2，K3表示第三流量K3，K3>K2>K1,S3中，所述所述中控处理器根据所述燃烧室内积炭厚度调整调节阀开合程度，同时调节导叶开合角度时，控制所述转速检测装置检测所述叶轮的转速n，根据所述叶轮的转速选择积炭厚度对比参数，判定所述积炭厚度是否符合预设标准，根据积炭厚度调整所述调节阀的开合程度。

8.根据权利要求7所述的基于三维轴流的燃气轮机气动控制系统，其特征在于，所述中控单元内设置有第i等级参数选择矩阵Ni(Ni0，Ni1,Ni2,Ni3)，i＝1,2,..n其中：Ni0表示第i等级叶轮转速范围，Ni1表示第i等级第一对比参数，Ni2表示第i等级第二对比参数，Ni4表示第i等级第三对比参数，Ni3>Ni2>Ni1,所述中控处理器根据所述叶轮的转速选择积炭对比参数时：

当所述叶轮的转速n属于第1等级叶轮转速范围N10时，中控处理器选取第1等级参数选择矩阵N1(N10，N11,N12,N13)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第2等级叶轮转速范围N20时，中控处理器选取第2等级参数选择矩阵N2(N20，N21,N22,N23)内的属于作为积炭厚度对比参数；

当所述叶轮的转速n属于第n等级叶轮转速范围Nn0时，中控处理器选取第n等级参数选择矩阵Nn(Nn0，Nn1,Nn2,Nn3)内的属于作为积炭厚度对比参数；

选取所述积炭厚度对比参数后，所述中控处理器根据所述平均厚度Si以及所述积炭对比参数确定所述调节阀开合程度时，其过程包括：

当Hi≤Ni1时，所述中控处理器判定积炭厚度正常，控制所述调节阀维持原开合程度；

当Ni1<Hi≤Ni2时，所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第一流量K1；

当Ni2<Hi≤Ni3时，所述中控处理器所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第二流量K2；

当Ni3<Hi时，所述中控处理器所述中控处理器判定积炭厚度异常，控制所述调节阀流量增加第三流量K3。

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