专利名称：用于控制燃气涡轮中的负荷变化的方法
技术领域：
典型的实施例通常涉及一种用于控制燃气涡轮中负荷变化的方法，尤其是控制负荷减小的方法。
背景技术：
燃气涡轮的使用对于电能的生产是已知的，其通常由多相压缩机
(compressor),燃烧室(combustor)和涡轮或膨胀器组成，从外部吸入的空气在多相压缩机中进行压缩，在燃烧室中使添加至压缩空气中的气体燃料发生燃烧，并且在涡轮或膨胀器中将来自燃烧室中的燃气进行膨胀。因此涡轮能够产生机械能，其可用于驱动运转的机器或用于为发电机例如， 一个或多个交流发电才几充电。
因而用于产生电能的燃气涡轮必须能够面对突然的电源断开，其可能是由于例如电源中可能出现的特殊的情况或低效率。在这种情形下，必须把涡轮带到一种异常但稳定的功能状态，其中达到额定的旋转状态(rotationregime),但交流发电机并不提供功率(一种被称为"全速无负荷，，的状态)，直至在外部电源中重新建立起电压，以重新起动服务，即重新与电源相连。
在这种与电源断开的状态期间，必须尽可能快地激活一种被称为"甩负荷(load-rejection)"的程序，以便立即将涡轮的功率和旋转状态减少至足够低的值，从而至少一个交流发电机可使与其连接的机器或设备的辅助设施自动充电(self-charge)。甩负荷程序对于双轴类型的燃气涡轮是特别关键的，因为涡轮本身的机械惯性是极低的，并且用于防止达到过度旋转状态的校正作用必须快速且有效
发明内容
典型实施例的一个目的是提供一种用于控制燃气涡轮中的负荷变化的方法，其容许涡轮成功地处理在其操作循环期间可能发生的总的或部分的甩负荷程序。
典型实施例的另 一 目的是提供一种控制燃气涡轮中的负荷变化的方法，其能够防止涡轮在断开供给的条件下或在突然减低负荷的情况下达到高的转数，从而避免了燃烧故障或燃烧问题。
如此处所述，通过提供一种用于控制燃气涡轮中的负荷变化的方法可实现根据本发明方面的这些目的。
根据一个典型实施例，该方法包括如果观测到的所述涡轮的旋转状态中的增加高于预定的最大值并且总的负荷减少，那么就将进入所述燃烧室中的气体燃料的流量减少至预定的最小值，如果所述涡轮在正常功能模式或预混焰模式下运转时，就激活所述燃烧器的选择性的进料工序，修改所述多个可调整的定子叶片的角度，以降低所述压缩机的速度，并打开所述一个或多个防喘振阀门和所述一个或多个外侧
排泄部(overboardbleed),以减少所述燃烧室入口处的气体流量。
从以下解释性的而非限制性的描述中，参照附带的示意图将更加明晰根据典型实施例的控制燃气涡轮中的负荷变化的特征和优势，其中
图l是燃气涡轮的示意图， 一种根据典型实施例的用于控制负荷变化的方法可应用于该燃气涡轮；
图2是图1燃气涡轮的燃烧室的一个典型实施例的示意性的横截面图3是燃烧室内部的气体燃料进料喷射器的示意性的截面图；而图4示意性地显示了用于控制和处理燃气涡轮的功能所需要的不同构件，并系统化了这种效果。
具体实施例方式
参看图1,其显示了一种普通燃气涡轮的示意图。在这个示例中，燃气涡轮具有双轴类型，并包括压缩机IO，其能够压缩通过入口管道
12而引入压缩机10中的空气。然后将压缩空气传送至燃烧室14中，以便与来自进料管道16的气体燃料进行混合。燃烧提高了燃气流的温度、速率和体积，并从而提高了包含在燃气流中的能量。这种燃烧的燃气流通过管道18定向至涡轮20，其将燃气能量转换成做功能量，其可用于激活机器的操作，例如通过轴24而连接在涡轮20上的发电机22。涡轮20还通过轴26供应激活压缩机10所需要的能量，而排气则由涡轮20通过出口管道28而排出。
图2示意性地显示了典型的燃烧室14的横截面。在这个示例中，燃烧室14具有多管状类型。其装备有多个环绕燃烧室14的轴线而设置的燃烧器30,32,34,36和38。
各个燃烧器30-38与至少第一歧管40和至少第二燃料加合歧管42相连接，并且装备有至少一个引燃喷射器44和一个或多个主要喷射器46，其用于燃烧器本身内部的气体燃料的加合作用(图3)。与第一加合歧管40相应定位，并且尤其居中定位的引燃喷射器44，其由能够在扩散焰模式下起作用的燃烧喷嘴组成，并因此在涡轮的点火相位被激活。另一方面，主要喷射器46通常设置在引燃喷射器44周围，与第二加合歧管42相对应，其能够制备空气/燃料混合物，以容许涡轮在预混焰模式正常作用。
图4示意性地显示了介入机器功能控制的构件，即多个位于压缩机10入口处的可调整的定子叶片48(技术上称为"入口导向叶片"或IGV)、 一个或多个防喘振阀门50(或ASV)以及一个或多个位于压缩机10出口处的外侧排泄部52(或OBB)。这些构件容许在起动/负荷升高期间以及在扩散焰模式和预混焰模式之间过渡时从压缩机10中提取空气。
可调整的定子叶片48容许通过合适地旋转而改变压缩机10的速度条件，以便修改朝着后续固定的定子叶片的通道面积，并从而确定空气流速上的变化。倣通常在发动机的起动和关闭相位期间使用的防
喘振阀门50,其有助于调节压缩机10的速率、空气燃料比和涡轮20入口处的流量。最后，外侧排泄部52通常有助于在扩散焰模式和预混焰模式之间过渡期间调节空气燃料比，以及涡轮20入口处的流量。
如果突然断开供给，并从而发生突然的总负荷减低，那么涡轮20的旋转状态将增加，并因此将不得不激活涡轮20本身的保护程序。因此在涡轮20达到某一预定的转速值之后立即激活甩负荷程序。该程序包括激活一系列校正作用，包括调节燃料流量和各种机器构件。
更具体地说，该程序首先设想将进入燃烧室14中的气体燃料流量减少至预定的最小值。如果涡轮20在正常功能或预混焰模式下运转，那么接下来如以下更详细所述，就激活燃烧器30-38的选择性的进料工序。另一方面，如果涡轮20在扩散焰功能模式下运转，那么就不激活这后一相位。
此外，可调整的定子叶片48的角度进行调整，并使外侧排泄部52和防喘振阀门50完全打开，以减少燃烧室IO入口处的气体流量。
最后，使涡轮20的功能模式从预混焰模式变换至扩散焰模式可能性或反向变换的可能性无效。
在燃烧器30-38的选择性的进料工序期间，高的预定量的燃料首先供给第一燃烧器30，优选尽可能最大量地供给第一燃烧器30。如果对涡轮20部分的整个燃料需求超过可能供给第一燃烧器30的燃料最大数量时，那么将高的预定量的燃料供给第二燃烧器32，直至已经达到可供给第二燃烧器32的最大数量的燃料。如果对涡轮20部分的整个燃料需求再次超过可能供给第一燃烧器30和第二燃烧器32的燃料最大数量时，那么燃料将供给第三燃烧器34。
一旦涡轮20的旋转状态已经恢复到预定的最大值之下，那么正常速率下管理功能的控制逻辑将取代甩负荷的控制逻辑。更具体说
l)燃料流量将继续受到由涡轮20的电子控制系统所要求的燃料
7需求进行控制；
2) 燃料供给将继续只通过第一燃烧器30。如果机器在扩散焰模式下运转，那么将不会激活该作用；
3) 可调整的定子叶片48、防喘振阀门50和外侧排泄部52将根据正常功能模式所使用的标准逻辑而恢复起作用。
值或操作值之后，在燃烧室14内部执行温度控制。如果控制成功，并且涡轮20在正常功能模式或预混焰模式下运转，那么就激活至扩散焰功能模式的转换，从而完成甩负荷程序。
在甩负荷程序结束时，涡轮因此将处于空转功能模式或"全速无负荷"状态，在这种状态下，燃烧室以扩散焰模式运转。
在突然发生部分负荷减低的情况下，通过仅仅部分地应用上述逻辑即可避免燃烧室10中的火焰损失和燃烧室IO本身的动态不稳定现象。具体地说，只在燃烧室10中应用了气体流量的局部化和燃料流量的重新分布，而没有修改可调整的定子叶片48的位置，也没有修改防喘振阀门50和外侧排泄部52的打开/关闭位置。
因而可看出根据典型实施例的用于控制燃气涡轮中的负荷变化的方法，其实现了上面指出的目的。实验测试已经事实上证实了应用了根据本发明方面所述方法的燃气涡轮，其已经成功地控制了一系列甩负荷程序，包括总的和部分甩负荷程序，而没有对机器造成任何燃烧问题或故障。
因而想象这种用于控制典型实施例的燃气涡轮中的负荷变化的方法，其可在任何情况下进行许多修改和变化，所有这些都包含在本发明的概念中。
因此本发明的保护范围由从属权利要求来限定。
权利要求
1. 一种用于控制燃气涡轮中负荷减小的方法，该类型的燃气涡轮包括至少一个压缩机、至少一个燃烧室以及至少一个涡轮，所述压缩机能够压缩通过入口管道而引入其中的空气，在所述至少一个燃烧室中，所述压缩空气与来自进料管道的气体燃料进行混合和燃烧，所述至少一个涡轮能够将来自所述燃烧腔的燃烧气体的能量转换成做功能量，其可用于促动一个或多个运转的机器，其中所述燃烧室装备有多个燃烧器，并且所述压缩机装备有多个可调整的定子叶片、一个或多个防喘振阀门和一个或多个外侧排泄部，所述方法包括如果在所述涡轮的旋转状态中观测到的增加高于预定的最大值且负荷总体减少，那么就将进入所述燃烧室中的气体燃料流量减少至预定的最小值；如果所述涡轮在正常功能模式或预混焰模式下运转，那么就激活所述燃烧器的选择性的进料工序；改变所述多个可调整的定子叶片的角度，以便减少所述压缩机的速率；和打开所述一个或多个防喘振阀门和所述一个或多个外侧排泄部，以便减少所述燃烧室入口处的气体流量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过所述 涡轮的电子控制系统使所述涡轮的功能模式从预混焰模式向扩散焰 模式的转变失效，反之亦然。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述燃 烧器的所述选择性的进料工序期间将高的预定量的气体燃料供给第 一燃烧器。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括如果对于 所述涡轮部分的气体燃料的整个需求超过了供给所述第一燃烧器的 气体燃料的可能的最大数量时，那么就将高的预定量的气体燃料供给第二燃烧器。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括如果对于所述涡轮部分的气体燃料的整个需求超过了供给所述第一燃烧器和 所述第二燃烧器的气体燃料的可能的最大数量时，那么就将高的预定 量的气体燃料供给第三燃烧器。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括 一旦所述渴轮的旋转状态已经恢复至所述预定的最大值以下时，利用所述涡轮的电子控制系统管理所述气体燃料的流量；如果所述涡轮在正常功能模式或预混焰模式下运转，那么只将气体燃料供给第一燃烧器；和根据在所述涡轮的正常功能模式或预混焰模式中所使用的标准逻辑，促动所述多个可调整的定子叶片、所述一个或多个防喘振阀门以及所述一个或多个外侧排泄部。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括如果所述 涡轮在扩散焰模式下运转，那么就维持对所述第一燃烧器、第二燃烧 器和至少第三燃烧器的所述高的预定量的气体燃料供给。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括 在所述涡轮的旋转状态已经基本下降至其额定值或操作值之后，在所述燃烧室内部实行温度控制；和如果所述温度控制是成功的，并且如果所述涡轮在正常功能模式 或预混焰模式下运转时，那么就激活所述涡轮的功能模式从预混焰模 式向扩散焰模式的转变。
全文摘要
本发明描述了一种用于控制燃气涡轮中的负荷变化的方法。该方法包括如果观测到的所述涡轮的旋转状态中的增加高于预定的最大值且负荷总体减少，那么就将进入燃烧室中的气体燃料的流量减少至预定的最小值，如果涡轮在正常功能模式或预混焰模式下运转时，就激活燃烧器的选择性的进料工序，修改可调整的定子叶片的角度，以降低压缩机的速率，并打开一个或多个防喘振阀门和一个或多个外侧排泄孔，以减少燃烧室入口处的气体流量。
文档编号F02C9/48GK101463766SQ20081018866
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月20日
发明者A·巴尔达萨雷, A·鲁索, G·通诺, J·F·斯图尔特, M·乌利维, M·帕奇, M·德尔科尔, 邱亚天 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司