專利名稱：用于控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
典型的實施例通常涉及一種用于控制燃?xì)鉁u輪中負(fù)荷變化的方法，尤其是控制負(fù)荷減小的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪的使用對于電能的生產(chǎn)是已知的，其通常由多相壓縮機(jī)
(compressor),燃燒室(combustor)和渦輪或膨脹器組成，從外部吸入的空氣在多相壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮，在燃燒室中使添加至壓縮空氣中的氣體燃料發(fā)生燃燒，并且在渦輪或膨脹器中將來自燃燒室中的燃?xì)膺M(jìn)行膨脹。因此渦輪能夠產(chǎn)生機(jī)械能，其可用于驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器或用于為發(fā)電機(jī)例如， 一個或多個交流發(fā)電才幾充電。
因而用于產(chǎn)生電能的燃?xì)鉁u輪必須能夠面對突然的電源斷開，其可能是由于例如電源中可能出現(xiàn)的特殊的情況或低效率。在這種情形下，必須把渦輪帶到一種異常但穩(wěn)定的功能狀態(tài)，其中達(dá)到額定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(rotationregime),但交流發(fā)電機(jī)并不提供功率(一種被稱為"全速無負(fù)荷，，的狀態(tài))，直至在外部電源中重新建立起電壓，以重新起動服務(wù)，即重新與電源相連。
在這種與電源斷開的狀態(tài)期間，必須盡可能快地激活一種被稱為"甩負(fù)荷(load-rejection)"的程序，以便立即將渦輪的功率和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)減少至足夠低的值，從而至少一個交流發(fā)電機(jī)可使與其連接的機(jī)器或設(shè)備的輔助設(shè)施自動充電(self-charge)。甩負(fù)荷程序?qū)τ陔p軸類型的燃?xì)鉁u輪是特別關(guān)鍵的，因為渦輪本身的機(jī)械慣性是極低的，并且用于防止達(dá)到過度旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的校正作用必須快速且有效
發(fā)明內(nèi)容
典型實施例的一個目的是提供一種用于控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法，其容許渦輪成功地處理在其操作循環(huán)期間可能發(fā)生的總的或部分的甩負(fù)荷程序。
典型實施例的另 一 目的是提供一種控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法，其能夠防止渦輪在斷開供給的條件下或在突然減低負(fù)荷的情況下達(dá)到高的轉(zhuǎn)數(shù)，從而避免了燃燒故障或燃燒問題。
如此處所述，通過提供一種用于控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法可實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方面的這些目的。
根據(jù)一個典型實施例，該方法包括如果觀測到的所述渦輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中的增加高于預(yù)定的最大值并且總的負(fù)荷減少，那么就將進(jìn)入所述燃燒室中的氣體燃料的流量減少至預(yù)定的最小值，如果所述渦輪在正常功能模式或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時，就激活所述燃燒器的選擇性的進(jìn)料工序，修改所述多個可調(diào)整的定子葉片的角度，以降低所述壓縮機(jī)的速度，并打開所述一個或多個防喘振閥門和所述一個或多個外側(cè)
排泄部(overboardbleed),以減少所述燃燒室入口處的氣體流量。


從以下解釋性的而非限制性的描述中，參照附帶的示意圖將更加明晰根據(jù)典型實施例的控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的特征和優(yōu)勢，其中
圖l是燃?xì)鉁u輪的示意圖， 一種根據(jù)典型實施例的用于控制負(fù)荷變化的方法可應(yīng)用于該燃?xì)鉁u輪；
圖2是圖1燃?xì)鉁u輪的燃燒室的一個典型實施例的示意性的橫截面圖3是燃燒室內(nèi)部的氣體燃料進(jìn)料噴射器的示意性的截面圖；而圖4示意性地顯示了用于控制和處理燃?xì)鉁u輪的功能所需要的不同構(gòu)件，并系統(tǒng)化了這種效果。
具體實施例方式
參看圖1,其顯示了一種普通燃?xì)鉁u輪的示意圖。在這個示例中，燃?xì)鉁u輪具有雙軸類型，并包括壓縮機(jī)IO，其能夠壓縮通過入口管道
12而引入壓縮機(jī)10中的空氣。然后將壓縮空氣傳送至燃燒室14中，以便與來自進(jìn)料管道16的氣體燃料進(jìn)行混合。燃燒提高了燃?xì)饬鞯臏囟?、速率和體積，并從而提高了包含在燃?xì)饬髦械哪芰?。這種燃燒的燃?xì)饬魍ㄟ^管道18定向至渦輪20，其將燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)換成做功能量，其可用于激活機(jī)器的操作，例如通過軸24而連接在渦輪20上的發(fā)電機(jī)22。渦輪20還通過軸26供應(yīng)激活壓縮機(jī)10所需要的能量，而排氣則由渦輪20通過出口管道28而排出。
圖2示意性地顯示了典型的燃燒室14的橫截面。在這個示例中，燃燒室14具有多管狀類型。其裝備有多個環(huán)繞燃燒室14的軸線而設(shè)置的燃燒器30,32,34,36和38。
各個燃燒器30-38與至少第一歧管40和至少第二燃料加合歧管42相連接，并且裝備有至少一個引燃噴射器44和一個或多個主要噴射器46，其用于燃燒器本身內(nèi)部的氣體燃料的加合作用(圖3)。與第一加合歧管40相應(yīng)定位，并且尤其居中定位的引燃噴射器44，其由能夠在擴(kuò)散焰模式下起作用的燃燒噴嘴組成，并因此在渦輪的點火相位被激活。另一方面，主要噴射器46通常設(shè)置在引燃噴射器44周圍，與第二加合歧管42相對應(yīng)，其能夠制備空氣/燃料混合物，以容許渦輪在預(yù)混焰模式正常作用。
圖4示意性地顯示了介入機(jī)器功能控制的構(gòu)件，即多個位于壓縮機(jī)10入口處的可調(diào)整的定子葉片48(技術(shù)上稱為"入口導(dǎo)向葉片"或IGV)、 一個或多個防喘振閥門50(或ASV)以及一個或多個位于壓縮機(jī)10出口處的外側(cè)排泄部52(或OBB)。這些構(gòu)件容許在起動/負(fù)荷升高期間以及在擴(kuò)散焰模式和預(yù)混焰模式之間過渡時從壓縮機(jī)10中提取空氣。
可調(diào)整的定子葉片48容許通過合適地旋轉(zhuǎn)而改變壓縮機(jī)10的速度條件，以便修改朝著后續(xù)固定的定子葉片的通道面積，并從而確定空氣流速上的變化。倣通常在發(fā)動機(jī)的起動和關(guān)閉相位期間使用的防
喘振閥門50,其有助于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)10的速率、空氣燃料比和渦輪20入口處的流量。最后，外側(cè)排泄部52通常有助于在擴(kuò)散焰模式和預(yù)混焰模式之間過渡期間調(diào)節(jié)空氣燃料比，以及渦輪20入口處的流量。
如果突然斷開供給，并從而發(fā)生突然的總負(fù)荷減低，那么渦輪20的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)將增加，并因此將不得不激活渦輪20本身的保護(hù)程序。因此在渦輪20達(dá)到某一預(yù)定的轉(zhuǎn)速值之后立即激活甩負(fù)荷程序。該程序包括激活一系列校正作用，包括調(diào)節(jié)燃料流量和各種機(jī)器構(gòu)件。
更具體地說，該程序首先設(shè)想將進(jìn)入燃燒室14中的氣體燃料流量減少至預(yù)定的最小值。如果渦輪20在正常功能或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么接下來如以下更詳細(xì)所述，就激活燃燒器30-38的選擇性的進(jìn)料工序。另一方面，如果渦輪20在擴(kuò)散焰功能模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就不激活這后一相位。
此外，可調(diào)整的定子葉片48的角度進(jìn)行調(diào)整，并使外側(cè)排泄部52和防喘振閥門50完全打開，以減少燃燒室IO入口處的氣體流量。
最后，使渦輪20的功能模式從預(yù)混焰模式變換至擴(kuò)散焰模式可能性或反向變換的可能性無效。
在燃燒器30-38的選擇性的進(jìn)料工序期間，高的預(yù)定量的燃料首先供給第一燃燒器30，優(yōu)選盡可能最大量地供給第一燃燒器30。如果對渦輪20部分的整個燃料需求超過可能供給第一燃燒器30的燃料最大數(shù)量時，那么將高的預(yù)定量的燃料供給第二燃燒器32，直至已經(jīng)達(dá)到可供給第二燃燒器32的最大數(shù)量的燃料。如果對渦輪20部分的整個燃料需求再次超過可能供給第一燃燒器30和第二燃燒器32的燃料最大數(shù)量時，那么燃料將供給第三燃燒器34。
一旦渦輪20的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)已經(jīng)恢復(fù)到預(yù)定的最大值之下，那么正常速率下管理功能的控制邏輯將取代甩負(fù)荷的控制邏輯。更具體說
l)燃料流量將繼續(xù)受到由渦輪20的電子控制系統(tǒng)所要求的燃料
7需求進(jìn)行控制；
2) 燃料供給將繼續(xù)只通過第一燃燒器30。如果機(jī)器在擴(kuò)散焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么將不會激活該作用；
3) 可調(diào)整的定子葉片48、防喘振閥門50和外側(cè)排泄部52將根據(jù)正常功能模式所使用的標(biāo)準(zhǔn)邏輯而恢復(fù)起作用。
值或操作值之后，在燃燒室14內(nèi)部執(zhí)行溫度控制。如果控制成功，并且渦輪20在正常功能模式或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就激活至擴(kuò)散焰功能模式的轉(zhuǎn)換，從而完成甩負(fù)荷程序。
在甩負(fù)荷程序結(jié)束時，渦輪因此將處于空轉(zhuǎn)功能模式或"全速無負(fù)荷"狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，燃燒室以擴(kuò)散焰模式運(yùn)轉(zhuǎn)。
在突然發(fā)生部分負(fù)荷減低的情況下，通過僅僅部分地應(yīng)用上述邏輯即可避免燃燒室10中的火焰損失和燃燒室IO本身的動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。具體地說，只在燃燒室10中應(yīng)用了氣體流量的局部化和燃料流量的重新分布，而沒有修改可調(diào)整的定子葉片48的位置，也沒有修改防喘振閥門50和外側(cè)排泄部52的打開/關(guān)閉位置。
因而可看出根據(jù)典型實施例的用于控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法，其實現(xiàn)了上面指出的目的。實驗測試已經(jīng)事實上證實了應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明方面所述方法的燃?xì)鉁u輪，其已經(jīng)成功地控制了一系列甩負(fù)荷程序，包括總的和部分甩負(fù)荷程序，而沒有對機(jī)器造成任何燃燒問題或故障。
因而想象這種用于控制典型實施例的燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法，其可在任何情況下進(jìn)行許多修改和變化，所有這些都包含在本發(fā)明的概念中。
因此本發(fā)明的保護(hù)范圍由從屬權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制燃?xì)鉁u輪中負(fù)荷減小的方法，該類型的燃?xì)鉁u輪包括至少一個壓縮機(jī)、至少一個燃燒室以及至少一個渦輪，所述壓縮機(jī)能夠壓縮通過入口管道而引入其中的空氣，在所述至少一個燃燒室中，所述壓縮空氣與來自進(jìn)料管道的氣體燃料進(jìn)行混合和燃燒，所述至少一個渦輪能夠?qū)碜运鋈紵坏娜紵龤怏w的能量轉(zhuǎn)換成做功能量，其可用于促動一個或多個運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，其中所述燃燒室裝備有多個燃燒器，并且所述壓縮機(jī)裝備有多個可調(diào)整的定子葉片、一個或多個防喘振閥門和一個或多個外側(cè)排泄部，所述方法包括如果在所述渦輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中觀測到的增加高于預(yù)定的最大值且負(fù)荷總體減少，那么就將進(jìn)入所述燃燒室中的氣體燃料流量減少至預(yù)定的最小值；如果所述渦輪在正常功能模式或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就激活所述燃燒器的選擇性的進(jìn)料工序；改變所述多個可調(diào)整的定子葉片的角度，以便減少所述壓縮機(jī)的速率；和打開所述一個或多個防喘振閥門和所述一個或多個外側(cè)排泄部，以便減少所述燃燒室入口處的氣體流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括通過所述 渦輪的電子控制系統(tǒng)使所述渦輪的功能模式從預(yù)混焰模式向擴(kuò)散焰 模式的轉(zhuǎn)變失效，反之亦然。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述燃 燒器的所述選擇性的進(jìn)料工序期間將高的預(yù)定量的氣體燃料供給第 一燃燒器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括如果對于 所述渦輪部分的氣體燃料的整個需求超過了供給所述第一燃燒器的 氣體燃料的可能的最大數(shù)量時，那么就將高的預(yù)定量的氣體燃料供給第二燃燒器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括如果對于所述渦輪部分的氣體燃料的整個需求超過了供給所述第一燃燒器和 所述第二燃燒器的氣體燃料的可能的最大數(shù)量時，那么就將高的預(yù)定 量的氣體燃料供給第三燃燒器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 一旦所述渴輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)已經(jīng)恢復(fù)至所述預(yù)定的最大值以下時，利用所述渦輪的電子控制系統(tǒng)管理所述氣體燃料的流量；如果所述渦輪在正常功能模式或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么只將氣體燃料供給第一燃燒器；和根據(jù)在所述渦輪的正常功能模式或預(yù)混焰模式中所使用的標(biāo)準(zhǔn)邏輯，促動所述多個可調(diào)整的定子葉片、所述一個或多個防喘振閥門以及所述一個或多個外側(cè)排泄部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括如果所述 渦輪在擴(kuò)散焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就維持對所述第一燃燒器、第二燃燒 器和至少第三燃燒器的所述高的預(yù)定量的氣體燃料供給。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括 在所述渦輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)已經(jīng)基本下降至其額定值或操作值之后，在所述燃燒室內(nèi)部實行溫度控制；和如果所述溫度控制是成功的，并且如果所述渦輪在正常功能模式 或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時，那么就激活所述渦輪的功能模式從預(yù)混焰模 式向擴(kuò)散焰模式的轉(zhuǎn)變。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于控制燃?xì)鉁u輪中的負(fù)荷變化的方法。該方法包括如果觀測到的所述渦輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中的增加高于預(yù)定的最大值且負(fù)荷總體減少，那么就將進(jìn)入燃燒室中的氣體燃料的流量減少至預(yù)定的最小值，如果渦輪在正常功能模式或預(yù)混焰模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時，就激活燃燒器的選擇性的進(jìn)料工序，修改可調(diào)整的定子葉片的角度，以降低壓縮機(jī)的速率，并打開一個或多個防喘振閥門和一個或多個外側(cè)排泄孔，以減少燃燒室入口處的氣體流量。
文檔編號F02C9/48GK101463766SQ20081018866
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者A·巴爾達(dá)薩雷, A·魯索, G·通諾, J·F·斯圖爾特, M·烏利維, M·帕奇, M·德爾科爾, 邱亞天 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司