[發(fā)明專利]用于燃氣渦輪的燃料控制系統(tǒng)和前饋控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910246061.5
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101737169A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設計）人: N·R·芬克貝納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C9/26
• 分類號: F02C9/26;F02C7/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊松齡

技術領域

本發(fā)明涉及燃料控制系統(tǒng)，尤其涉及用于燃氣渦輪的燃料控制系 統(tǒng)。

背景技術

工業(yè)燃氣渦輪和發(fā)電燃氣渦輪均包括燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)向燃 燒器提供燃料，例如氣體燃料和/或液體燃料。在燃氣渦輪中，燃料控 制系統(tǒng)調(diào)節(jié)向燃燒器中的燃料噴嘴提供的燃料的量。燃料控制系統(tǒng)通 常包括可編程邏輯電路，例如計算機或微控制器，該可編程邏輯電路 確定向燃料噴嘴提供的合適的燃料流速率或燃料流壓力。這些邏輯電 路可監(jiān)視燃料流速和壓力以及燃氣渦輪中的燃燒系統(tǒng)的其它參數(shù)。這 些邏輯電路動態(tài)地調(diào)整燃料控制閥，以保持向燃料噴嘴提供的所需的 燃料流或壓力。

燃料控制系統(tǒng)意圖在燃氣渦輪的整個運行范圍內(nèi)保持向燃燒器 提供的穩(wěn)定的燃料流。已知監(jiān)視燃料噴嘴處的燃料壓力并應用燃料壓 力作為反饋以調(diào)節(jié)向燃燒器提供的燃料流量。例如美國專利申請公開 2007/0157619中所描述的常規(guī)的燃料控制器具有比例積分(PI)控制算 法，該算法具有PI控制增益，該增益被應用于燃料壓力反饋信號，以 向燃燒系統(tǒng)中的燃料噴嘴保持恒定的燃料壓力。

燃料壓力和燃料流的不期望的波動以及燃料流的其它不期望的 條件可能影響包括PI控制算法的常規(guī)的燃料控制器。燃料壓力和燃料 流中的波動可能干擾燃燒系統(tǒng)的運行。長期以來感到需要消除或至少 減少向工業(yè)燃氣渦輪中的燃燒系統(tǒng)提供的燃料流的不期望的壓力波 動。

發(fā)明內(nèi)容

針對燃氣渦輪中的燃燒系統(tǒng)，發(fā)明了燃料控制器，該燃氣渦輪具 有燃燒系統(tǒng)、燃料供給、緊接燃燒系統(tǒng)的壓力控制閥以及緊接壓力控 制閥的第一壓力傳感器，燃料控制器的一個實施例包括：比例積分(PI) 邏輯單元和存儲在控制器的電子存儲器中的多個控制增益，比例積分 邏輯單元產(chǎn)生用于壓力控制閥的控制指令，并接收代表壓力控制閥處 的所需的燃料壓力的輸入信號以及來自第一壓力傳感器的代表壓力 控制閥處的實際燃料壓力的輸入信號，其中，各個控制增益可應用于 燃氣渦輪的預定的運行條件，并且，控制器基于燃氣渦輪的實際運行 條件而確定PI邏輯單元將應用哪個控制增益組。

發(fā)明了一種燃氣渦輪，其在一個實施例中包括：壓縮機、渦輪、 燃燒系統(tǒng)和燃料供給；燃料導管，從燃料供給延伸至燃燒系統(tǒng)；燃料 供給壓力傳感器，緊接燃料供給，并感測緊接燃料供給的燃料壓力； 燃料壓力控制閥，調(diào)節(jié)緊接燃燒系統(tǒng)的燃料導管的下游部分中的燃料 壓力；燃燒系統(tǒng)燃料壓力傳感器，感測燃料導管的下游部分中的燃料 壓力；燃料控制器，包括產(chǎn)生用于壓力控制閥的控制指令的單元，該 單元接收代表壓力控制閥處的所需的燃料壓力的輸入信號以及來自 第一壓力傳感器的代表壓力控制閥處的實際燃料壓力的輸入信號，以 及多個控制增益，存儲在控制器的電子存儲器中，其中，各個控制增 益可應用于燃氣渦輪的預定的運行條件，并且，控制器基于燃氣渦輪 的實際運行條件而選擇由PI邏輯單元將應用哪個控制增益。

發(fā)明了一種方法，以控制從燃料供給流向燃氣渦輪的燃燒系統(tǒng)的 氣體燃料的壓力，該方法的一個實施例包括：從多個控制增益中選擇 一個控制增益，其中，該選擇取決于燃氣渦輪的當前運行狀態(tài)；感測 緊接燃燒系統(tǒng)的燃料流的壓力；確定所感測的壓力和所需的燃料壓力 之間的壓力差；將所選擇的控制增益應用于壓力差，以產(chǎn)生校正，并 應用校正以調(diào)整壓力閥，該壓力閥調(diào)節(jié)緊接燃燒系統(tǒng)的氣體燃料的壓 力。

該方法還可包括基于變化的燃氣渦輪運行條件而從多個控制增 益中選擇另一個控制增益；將所選擇的另一個控制增益應用于壓力差 以產(chǎn)生校正，并應用校正以調(diào)整閥。此外，該方法可包括將所選擇的 至少一個控制增益應用于壓力差，以產(chǎn)生比例誤差數(shù)據(jù)值，該比例誤 差數(shù)據(jù)值與所感測的壓力和所需的燃料壓力之間的差成比例。另外， 該方法可周期性地確定壓力差和比例誤差數(shù)據(jù)值；在時間上對比例誤 差數(shù)據(jù)值進行積分，并將積分結果與比例誤差數(shù)據(jù)值和時間常數(shù)的乘 積求和，其中，時間常數(shù)選自多個時間常數(shù)，并且，所選擇的時間常 數(shù)是基于燃氣渦輪的運行條件而進行選擇的。

附圖說明

圖1是具有燃燒系統(tǒng)的燃氣渦輪的示意圖，該燃燒系統(tǒng)具備多個 燃燒器，其中，各燃燒器包括燃燒室和燃料噴嘴。

圖2是用于圖1中所示的燃燒系統(tǒng)的燃料控制閥的示意圖。

圖3是當被應用來保持向燃料噴嘴提供的氣體燃料流中的恒定壓 力時的燃料控制系統(tǒng)的示意圖。