CN211082058U - 一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能有效防止燃气轮机发生热悬挂的方法和调节系统。方法包括如下步骤：S1、燃气轮机点火启动；S2、实时采集压气机的当前转速N；实时采集压气机的进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并且计算出压气机当前压比

S3、根据压气机的当前转速N或/和压气机当前压比π判断燃气轮机是否发生热悬挂前兆，若是则控制调节压气机的进口可调导叶的开度，直至完成启动。调节系统包括压气机和控制器，压气机包括进气端、进口可调导叶、排气端和传动轴，进气端设有进气压力传感器，进口可调导叶上设有导叶开度传感器，排气端设有排气压力传感器，传动轴上设有转速传感器。

Description

一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统。

背景技术

多种原因会导致燃气轮机频繁启停，例如定期维护保养、电网调峰和意外灾害等。燃气轮机的启动性能对电站而言意义重大，因为它不仅直接关系到燃气轮机本身的完整性，而且关系到整个电站运行的经济性。因此，确保燃气轮机安全快速启动，是电厂业主非常关心的问题。

如果燃气轮机在启动时，压气机因为老化、积垢等原因导致性能下降，无法正常建立起压力，使得透平做功不足，不能满足压气机耗功需求，因此转速不能按照正常的速率上升，出现热悬挂前兆，若未能及时退出热悬挂前兆，可能会因启动超时而引发跳机；或者由于压气机性能持续恶化，使得转速不再上升，发生热悬挂；若此时还不采取措施使燃机退出热悬挂状态，燃料量持续增加使得压气机出口温度持续上升，将导致深度热悬挂，进而引发压气机喘振，造成严重故障。由以上分析可知，燃气轮机启动过程中，不论是出现热悬挂前兆，还是发生热悬挂现象，都会导致燃气轮机启动失败，同时，转子转速上升缓慢、压气机出口压力过低是热悬挂即将发生的重要表象。

目前，部分电站机组具备协同监控燃气轮机系统中燃料量、转速和温度的装置，通过调节燃料量防止热悬挂发生。燃料合理调控固然非常重要，但燃气轮机启动过程中压气机建立压比的能力才是关键。因为在固定的压气机启动模式中，压气机性能可能会不满足燃气轮机共同工作要求，此时，无论燃料量如何调节都无法挽回启动失败的结果。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能有效防止燃气轮机发生热悬挂的方法。

为实现上述目的，本实用新型提供一种防止燃气轮机发生热悬挂的方法，包括如下步骤：

S1、燃气轮机点火启动；

S2、实时采集压气机的当前转速N；实时采集压气机的进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并且计算出压气机当前压比

S3、根据压气机的当前转速N或/和压气机当前压比π判断燃气轮机是否发生热悬挂前兆，若是则调节压气机的进口可调导叶的开度，直至完成启动。

进一步地，所述步骤S3包括如下步骤：

将压气机的当前转速N与预设当前状态所对应的压气机转速N₀进行对比，若N＜N₀，且

为设定的最小转速偏差值，则燃气轮机发生热悬挂前兆，调节压气机的进口可调导叶的开度增大；若N＜N₀，且

则进口可调导叶的开度不变。

进一步地，所述步骤S3中，若

持续一定时间t，且当t＞t₁时，t₁为设定的系统延时时间，则进口可调导叶的开度不变。

进一步地，所述进口可调导叶的最大开度为A，A为常数；所述步骤S3中，若N＜N₀，且

则调节进口可调导叶的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

热悬挂前兆被消除。

进一步地，所述步骤S3包括如下步骤：

将压气机当前压比π与预设当前状态所对应的压气机压比π₀进行对比，若π＜π₀，且

为设定的最小压比偏差值，则燃气轮机发生热悬挂前兆，调节压气机的进口可调导叶的开度增大；若π＜π₀，且

则进口可调导叶的开度不变。

进一步地，所述步骤S3中，若

持续一定时间t，且当t＞t₂时，t₂为设定的系统延时时间，则进口可调导叶的开度不变。

进一步地，所述进口可调导叶的最大开度为A，A为常数；所述步骤S3中，若π＜π₀，且

则调节进口可调导叶的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

热悬挂前兆被消除。

如上所述，本实用新型涉及的方法，具有以下有益效果：

本实用新型中方法，在根据压气机的当前转速判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆、或根据压气机当前压比判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆，或根据压气机的当前转速和压气机当前压比判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆时，通过控制调节压气机的进口可调导叶的开度，来促进压气机的压比升高，压比升高后会促使透平机出力的提升，从而能促进压气机的转速及压比正常上升，并有效消除燃气轮机发生的热悬挂前兆，进而能有效防止燃气轮机发生热悬挂。

本实用新型要解决的另一个技术问题在于提供一种能有效防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统。

为实现上述目的，本实用新型提供一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，包括压气机和控制器，所述控制器与压气机通信连接，所述压气机包括进气端、进口可调导叶、排气端和传动轴，所述进气端设有进气压力传感器，所述进口可调导叶上设有导叶开度传感器，所述排气端设有排气压力传感器，所述传动轴上设有转速传感器，所述进气压力传感器、导叶开度传感器、排气压力传感器、转速传感器均与控制器通信连接。

进一步地，所述控制器包括压力收集模块，所述压力收集模块与进气压力传感器和排气压力传感器通信连接。

进一步地，所述控制器包括转速收集模块，所述转速收集模块与转速传感器通信连接。

进一步地，所述控制器包括开度收集模块，所述开度收集模块与导叶开度传感器通信连接。

如上所述，本实用新型涉及的防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，具有以下有益效果：

本实用新型中防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统的工作原理为：燃气轮机点火启动；转速传感器实时采集压气机的当前转速、并反馈给控制器；进气压力传感器采集压气机的进气端当前压力、并反馈给控制器，排气压力传感器采集压气机的排气端当前压力、并分别反馈给控制器，控制器根据进气端当前压力和排气端当前压力计算出压气机当前压比；控制器根据压气机的当前转速、或根据压气机当前压比、或根据压气机的当前转速和压气机当前压比，判断燃气轮机是否发生热悬挂前兆，若是则控制器控制压气机的进口可调导叶的开度增大，从而促进压气机的压比升高，压比升高后会促使透平机出力的提升，进而能促进压气机的转速及压比正常上升，并有效消除燃气轮机发生的热悬挂前兆，且能有效防止燃气轮机发生热悬挂。

附图说明

图1为本实用新型中防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统的结构示意图。

图2为本实用新型基于压气机转速的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制逻辑流程图。

图3为本实用新型基于压气机压比的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制逻辑流程图。

元件标号说明

1 压气机 131 排气压力传感器

11 进口可调导叶 14 传动轴

111 导叶开度传感器 141 转速传感器

12 进气端 15 压气机本体

121 进气压力传感器 2 控制器

13 排气端 21 压力收集模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

在启动过程中，压气机1为了防止喘振，同时降低启动功率，进口可调导叶11通常保持全关或过关状态，但实际上进口可调导叶11的全关或过关状态对于启动时的喘振预防是留有一定余量的。当出现热悬挂前兆时或燃机因热悬挂导致启动失败后准备重新再启动时，如果将进口可调导叶11的安装角适当减小，即“打开”进口可调导叶11，能够使压气机压比升高，进而透平出力提高，转速能够正常上升。因此，本实用新型提供一种主要采用进口可调导叶的调节系统和方法，防止燃气轮机启动过程中发生热悬挂，确保燃气轮机正常启动。

如图1至图3所示，本实用新型提供一种防止燃气轮机发生热悬挂的方法，包括如下步骤：

S1、燃气轮机点火启动；

S2、实时采集压气机1的当前转速N；实时采集压气机1的进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并且计算出压气机当前压比

S3、根据压气机1的当前转速N或/和压气机当前压比π判断燃气轮机是否发生热悬挂前兆，若是则控制调节压气机1的进口可调导叶11的开度，直至完成启动。

本实用新型中方法，在根据压气机1的当前转速N判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆、或根据压气机当前压比π判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆，或根据压气机1的当前转速N和压气机当前压比π判断出燃气轮机发生了热悬挂前兆时，通过控制调节压气机1的进口可调导叶11的开度，来促进压气机1的压比升高，压比升高后会促使透平机出力的提升，从而能促进压气机1的转速及压比正常上升，并有效消除燃气轮机发生的热悬挂前兆，进而能有效防止燃气轮机发生热悬挂。

同时，如图1所示，本实用新型提供一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，包括压气机1和控制器2，控制器2与压气机1通信连接，压气机1包括进气端12、进口可调导叶11、排气端13和传动轴14，进气端12设有进气压力传感器121，进口可调导叶11上设有导叶开度传感器111，排气端13设有排气压力传感器131，传动轴14上设有转速传感器141，进气压力传感器121、导叶开度传感器111、排气压力传感器131、转速传感器141均与控制器2通信连接。本实用新型中防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统的工作原理为：燃气轮机点火启动；转速传感器141实时采集压气机1的当前转速、并反馈给控制器2；进气压力传感器121采集压气机1的进气端当前压力、并反馈给控制器2，排气压力传感器131采集压气机1的排气端当前压力、并分别反馈给控制器2，控制器2根据进气端当前压力和排气端当前压力计算出压气机当前压比；控制器2根据压气机1的当前转速、或根据压气机当前压比、或根据压气机1的当前转速和压气机当前压比，判断燃气轮机是否发生热悬挂前兆，若是则控制器2控制压气机1的进口可调导叶11的开度增大，从而促进压气机1的压比升高，压比升高后会促使透平机出力的提升，进而能促进压气机1的转速及压比正常上升，并有效消除燃气轮机发生的热悬挂前兆，且能有效防止燃气轮机发生热悬挂。

实施例一

如图1和2所示，本实施例的步骤S3包括如下步骤：

将压气机1的当前转速N与预设当前状态所对应的压气机转速N₀进行对比，若N＜N₀，且

为设定的最小转速偏差值，则燃气轮机发生热悬挂前兆，调节压气机1的进口可调导叶11的开度增大；若N＜N₀，且

则进口可调导叶11的开度不变。

本实施例的步骤S3中，若

持续一定时间t，且当t＞t₁时，t₁为设定的系统延时时间，则进口可调导叶11的开度不变。

如图1和图2所示，本实施例中进口可调导叶11的最大开度为A，A为常数；上述步骤S3中，若N＜N₀，且

则调节进口可调导叶11的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

热悬挂前兆被消除。

本实施例中上述调节系统用于实现上述防止燃气轮机发生热悬挂的方法，即本实施例利用上述调节系统实现上述防止燃气轮机发生热悬挂的方法。在其它实施例中，调节系统还可通过其它工作方法实现消除燃气轮机发生热悬挂前兆，并防止燃气轮机发生热悬挂。

如图1所示，本实施例中控制器2包括压力收集模块21，压力收集模块21与进气压力传感器121和排气压力传感器131通信连接。上述步骤S2中，进气压力传感器121采集压气机1的进气端当前压力P₁、并将P₁反馈给压力收集模块21，排气压力传感器131采集压气机1的排气端当前压力P₂、并将P₂反馈给压力收集模块21，控制器2通过压力收集模块21获得进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并计算出压气机当前压比

本实施例中控制器2包括转速收集模块，转速收集模块与转速传感器141通信连接。上述步骤S2中，转速传感器141实时采集压气机1的当前转速N、并将N反馈给转速收集模块，控制器2通过转速收集模块获得压气机1的当前转速N。

本实施例中控制器2包括开度收集模块，开度收集模块与导叶开度传感器111通信连接。上述步骤S2中，导叶开度传感器111实时采集进口可调导叶11的当前开度、并反馈给开度收集模块，控制器2通过开度收集模块获得进口可调导叶11的当前开度。

本实施例的上述步骤S3中，控制器2将压气机1的当前转速N与预设当前状态所对应的压气机转速N₀进行对比，若N＜N₀，且

则燃气轮机发生热悬挂前兆，控制器2调节压气机1的进口可调导叶11的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

此时，热悬挂前兆被消除，即燃气轮机退出热悬挂前兆状态；若N＜N₀，且

持续一定时间t，且当t＞t₁时，t₁为设定的系统延时时间，则控制器2控制进口可调导叶11的开度不变，即控制器2退出调节进口可调导叶11的开度增大的控制模式。

本实施例中调节系统和方法具体也可称作利用进口可调导叶防止燃气轮机在启动过程中发生热悬挂的调节系统和方法，其根据压气机1在启动过程中的性能规律，通过调节进口可调导叶11的开度，改变压气机1的状态，最终实现防止燃气轮机在启动过程中发生热悬挂的技术效果。

本实施例中控制器2与进口可调导叶11通信连接，控制器2能控制进口可调导叶11的开度增大或减小。

本实施例中压气机1也称作压气机单元。且压气机1包括压气机本体15和传动装置，传动装置包括上述传动轴14。本实施例中进口可调导叶11的开度标识H的范围是a％到b％之间，其中-20≤a≤0，100≤b≤120，其中开度标识H数值变小则表示压气机1的进口可调导叶11关小，开度标识H数值变大则表示压气机1的进口可调导叶11开大。

本实施例中控制器2包括基于压气机转速的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式。本实施例的上述步骤S1至S3也称作基于压气机转速的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式。在燃气轮机启动点火成功后，控制器2进入基于压气机转速的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式，从而执行上述步骤S2和S3。上述t₁为控制器2预先设定的系统延迟时间，用以判断压气机1的当前转速N与预设当前状态所对应的压气机转速N₀差值是否处于稳定状态，而非随机的波动。

本实施例中方法在增大进口可调导叶11的开度后，闭环控制模式下再判断压气机1的当前转速N与预设当前状态所对应的压气机转速N₀之间的偏差。若测量值与设定值的差值仍大于最小偏差，则判定为燃气轮机仍处于热悬挂前兆状态，则控制器2进入基于压气机转速的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式，以0.1％的跨度继续增大压气机1的进口可调导叶11的开度，直至测量值与设定值的差值小于最小偏差，即退出热悬挂前兆状态。

实施例二

如图1和图3所示，本实施例的步骤S3包括如下步骤：

将压气机当前压比π与预设当前状态所对应的压气机压比π₀进行对比，若π＜π₀，且

为设定的最小压比偏差值，则燃气轮机发生热悬挂前兆，调节压气机1的进口可调导叶11的开度增大；若π＜π₀，且

则进口可调导叶11的开度不变。

本实施例的步骤S3中，若

持续一定时间t，且当t＞t₂时，t₂为设定的系统延时时间，则进口可调导叶11的开度不变。

如图3所示，本实施例中进口可调导叶11的最大开度为A，A为常数；所述步骤S3中，若π＜π₀，且

则调节进口可调导叶11的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

热悬挂前兆被消除，即燃气轮机退出热悬挂前兆状态。

本实施例中上述调节系统用于实现上述防止燃气轮机发生热悬挂的方法，即本实施例利用上述调节系统实现上述防止燃气轮机发生热悬挂的方法。在其它实施例中，调节系统还可通过其它工作方法实现消除燃气轮机发生热悬挂前兆，并防止燃气轮机发生热悬挂。

如图1所示，本实施例中控制器2包括压力收集模块21，压力收集模块21与进气压力传感器121和排气压力传感器131通信连接。上述步骤S2中，进气压力传感器121采集压气机1的进气端当前压力P₁、并将P₁反馈给压力收集模块21，排气压力传感器131采集压气机1的排气端当前压力P₂、并将P₂反馈给压力收集模块21，控制器2通过压力收集模块21获得进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并计算出压气机当前压比

本实施例中控制器2包括转速收集模块，转速收集模块与转速传感器141通信连接。上述步骤S2中，转速传感器141实时采集压气机1的当前转速N、并将N反馈给转速收集模块，控制器2通过转速收集模块获得压气机1的当前转速N。

本实施例中控制器2包括开度收集模块，开度收集模块与导叶开度传感器111通信连接。上述步骤S2中，导叶开度传感器111实时采集进口可调导叶11的当前开度、并反馈给开度收集模块，控制器2通过开度收集模块获得进口可调导叶11的当前开度。

本实施例的上述步骤S3中，控制器2将压气机当前压比π与预设当前状态所对应的压气机压比π₀进行对比，若π＜π₀，且

则燃气轮机发生热悬挂前兆，控制器2调节进口可调导叶11的开度增大I，且I＝A×0.1％，并循环执行步骤S2和S3，直至

此时，热悬挂前兆被消除，即燃气轮机退出热悬挂前兆状态；若π＜π₀，且

持续一定时间t，当t＞t₂时，则控制器2控制进口可调导叶11的开度不变，即控制器2退出调节进口可调导叶11的开度增大的控制模式。

本实施例中调节系统和方法具体也可称作利用进口可调导叶防止燃气轮机在启动过程中发生热悬挂的调节系统和方法，其根据压气机1在启动过程中的性能规律，通过调节进口可调导叶11的开度，改变压气机1的状态，最终实现防止燃气轮机在启动过程中发生热悬挂的技术效果。

本实施例中控制器2与进口可调导叶11通信连接，控制器2能控制进口可调导叶11的开度增大或减小。

本实施例中压气机1也称作压气机单元。且压气机1包括压气机本体15和传动装置，传动装置包括上述传动轴14。本实施例中进口可调导叶11的开度标识H的范围是a％到b％之间，其中-20≤a≤0，100≤b≤120，其中开度标识H数值变小则表示压气机1的进口可调导叶11关小，开度标识H数值变大则表示压气机1的进口可调导叶11开大。

本实施例中控制器2包括基于压气机压比的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式。本实施例的上述步骤S1至S3也称作基于压气机压比的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式。在燃气轮机启动点火成功后，控制器2进入基于压气机压比的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式，从而执行上述步骤S2和S3。上述t₂为控制器2预先设定的系统延迟时间，用以判断压气机当前压比π与预设当前状态所对应的压气机压比π₀差值是否处于稳定状态，而非随机的波动。

本实施例中方法在增大进口可调导叶11的开度后，闭环控制模式下再判断压气机当前压比π与预设当前状态所对应的压气机压比π₀之间的偏差。若测量值与设定值的差值仍大于最小偏差，则判定为燃气轮机仍处于热悬挂前兆状态，则控制器2进入基于压气机压比的启动阶段进口可调导叶开度闭环控制模式，以0.1％的跨度继续增大压气机1的进口可调导叶11的开度，直至测量值与设定值的差值小于最小偏差，即退出热悬挂前兆状态。

本实用新型在燃气轮机启动过程中，通过实时监测压气机1的当前转速N、压气机1的进气端当前压力P₁和排气端当前压力P₂，并结合正常启动过程中相关参数的变化规律判断热悬挂即将发生，通过开大压气机1的进口可调导叶11的开度，防止热悬挂发生，使燃机成功启动，为电厂挽回经济损失，也避免了启动失败引发跳机对燃机带来的寿命损伤。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，包括压气机(1)和控制器(2)，所述控制器(2)与压气机(1)通信连接，其特征在于，所述压气机(1)包括进气端(12)、进口可调导叶(11)、排气端(13)和传动轴(14)，所述进气端(12)设有进气压力传感器(121)，所述进口可调导叶(11)上设有导叶开度传感器(111)，所述排气端(13)设有排气压力传感器(131)，所述传动轴(14)上设有转速传感器(141)，所述进气压力传感器(121)、导叶开度传感器(111)、排气压力传感器(131)、转速传感器(141)均与控制器(2)通信连接。

2.根据权利要求1所述防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，其特征在于，所述控制器(2)包括压力收集模块(21)，所述压力收集模块(21)与进气压力传感器(121)和排气压力传感器(131)通信连接。

3.根据权利要求1所述防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，其特征在于，所述控制器(2)包括转速收集模块，所述转速收集模块与转速传感器(141)通信连接。

4.根据权利要求1所述防止燃气轮机发生热悬挂的调节系统，其特征在于，所述控制器(2)包括开度收集模块，所述开度收集模块与导叶开度传感器(111)通信连接。

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