專利名稱:控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法及裝置,更具體地說,涉涉及一種適合于在甩負(fù)載或FcB(首次減輕)時(shí)刻控制燃料的方法及裝置。
在連接動(dòng)力和負(fù)載的機(jī)械設(shè)備中或發(fā)電機(jī)與作為動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)的組合設(shè)備中,當(dāng)保持一般的或正常的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),發(fā)電機(jī)的負(fù)載突然下降到零或降至某一個(gè)固定的負(fù)載的現(xiàn)象稱為甩負(fù)載。在甩負(fù)載的情況下,就必須控制發(fā)動(dòng)機(jī)減少向其提供能量。
例如,對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械,如蒸汽輪機(jī),在甩負(fù)載的情況下,如果不降低蒸汽供量,產(chǎn)生的能量將變成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能使轉(zhuǎn)數(shù)增加,但是,旋轉(zhuǎn)機(jī)械具有一個(gè)由其材料的容許應(yīng)力決定的轉(zhuǎn)數(shù)的上限,因此,必須控制蒸汽供應(yīng)閥關(guān)閉或開啟在適當(dāng)?shù)拈_啟度上,以防止轉(zhuǎn)數(shù)超過上限。另一方面,在燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)甩負(fù)載的情況時(shí),就必須減少向燃?xì)廨啓C(jī)供應(yīng)燃料,其原因同上所述。這里應(yīng)注意到燃?xì)廨啓C(jī)一般是由壓縮機(jī),燃燒室及渦輪機(jī)組成的,燃料被注入進(jìn)燃燒室以便連同被壓縮機(jī)壓縮到高壓的空氣一起燃燒。然后燃燒的氣體在渦輪機(jī)內(nèi)膨脹以產(chǎn)生或作功。相應(yīng)地,由于無論在何時(shí)刻,都必須由壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣以維持燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)恒定,因此,即使在無負(fù)載狀態(tài)下,也需要由渦輪機(jī)作一定的功,其量相應(yīng)于壓縮功,結(jié)果,即使渦輪機(jī)未加有負(fù)載,也必須注入規(guī)定量的燃料。此外,對于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室來說,當(dāng)提供給燃燒室的燃燒的流速開始低于一定的極限時(shí),燃燒便不能進(jìn)行,造成所謂的“熄火”現(xiàn)象。這種熄火可以使含有空氣的燃燒物質(zhì)回流而造成非常危險(xiǎn)的狀態(tài)。因此,對于燃料流速控制閥控制裝置來說,其必要的功能之一就是能從正常運(yùn)行時(shí)燃料流速控制閥的開啟狀態(tài)迅速減小到對應(yīng)于未加負(fù)載時(shí)的燃料流速的閥門開啟狀態(tài),而不引起熄火現(xiàn)象及在甩負(fù)載時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)數(shù)超限。
圖3顯示了傳統(tǒng)的燃料流動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖的實(shí)例,在該系統(tǒng)中,輸出W被與負(fù)載9連接并構(gòu)成負(fù)載9的一部分的輸出檢測器6檢測并通過比較器1與作為予期值或目標(biāo)值設(shè)定的輸出W*比較然后,按照這樣得到的輸出偏差ΔW由算術(shù)單元2將其轉(zhuǎn)換成予期的轉(zhuǎn)數(shù)N*。在燃?xì)廨啓C(jī)中,對于當(dāng)額定的輸出是予期值時(shí)的情況,轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)定為104%,對于沒有負(fù)載的情況,設(shè)定為100%,當(dāng)輸出偏差ΔW為止時(shí),予期的轉(zhuǎn)數(shù)N*以一個(gè)予定的固定的速率增加,當(dāng)ΔW為負(fù)時(shí),N*以予定的固定速率減小。
但是,當(dāng)負(fù)載9不需要?jiǎng)恿r(shí),則設(shè)定為100%。
由構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)8一部分的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器7檢測的轉(zhuǎn)數(shù)N由比較器3與予期的轉(zhuǎn)數(shù)N*比較,由此,得到的輸出ΔN由算術(shù)單元4轉(zhuǎn)換成燃料流速控制閥的期望開啟度θ0。
算術(shù)單元5用來計(jì)算燃料流速控制閥12的所期望的開啟度的最小值,以便將燃料流速控制閥的開啟度設(shè)在能防止燃燒室14熄火的范圍內(nèi)。燃燒室14熄火的發(fā)生取決于燃燒室的特征,即,當(dāng)燃料空氣比變?yōu)榈扔诨蛐∮谝欢ǖ拇_定值時(shí),熄火才發(fā)生。由于從壓縮機(jī)13排放并提供給燃燒室14的空氣流率隨大氣溫度及轉(zhuǎn)數(shù)變化,由算術(shù)單元5根據(jù)由大氣溫度檢測器11檢測的大氣溫度T及轉(zhuǎn)數(shù)N對燃料控制閥12的所期望的開啟度的最小值進(jìn)行修正。
壓力控制閥17用來使燃料流速控制閥12的由壓力檢測器18檢測入口壓力P2保持恒定。因此,決定燃?xì)廨啓C(jī)的輸出(功率)的燃料流速唯一地取決于燃料流速控制閥12的開啟度。
根據(jù)算術(shù)單元5輸出值θ1的變化,改變?nèi)剂狭髀士刂崎y12的開啟度以調(diào)節(jié)燃料流速,這樣就可使輸出值W接近設(shè)定的輸出W*。采用這種方法即執(zhí)行了一個(gè)規(guī)定的反饋控制。
圖4顯示了上述傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在突然甩負(fù)載或?yàn)樨?fù)載9設(shè)定的輸出值W*從額定值變?yōu)?的情況下的運(yùn)行狀況。
下面對圖4進(jìn)行說明。假定甩負(fù)載在時(shí)間點(diǎn)T1開始發(fā)生。設(shè)定輸出值W*從點(diǎn)A1經(jīng)過點(diǎn)A2變成A3。假定A和B是常量,由算術(shù)單元4根據(jù)下面公式進(jìn)行計(jì)算;
θ0=A×(N*-N)+BB值對應(yīng)于線g和h,即,無負(fù)載條件。
一個(gè)對應(yīng)于線e的予期的最小閥門開啟度值設(shè)置于算術(shù)單元5中。于是,予期的燃料流速控制閥開啟度θ1從點(diǎn)B1經(jīng)過點(diǎn)B2變?yōu)锽3然后,經(jīng)過B4漸近地接近線g。燃料流速控制閥12對應(yīng)予期的開啟啟度的變化從點(diǎn)C1經(jīng)過點(diǎn)P達(dá)到點(diǎn)C3、然后達(dá)到線h。燃?xì)廨啓C(jī)的輸出(功率)W沿著等同于線c的線變化。在T1期間,燃?xì)廨啓C(jī)的輸出值在T1時(shí)刻甩負(fù)載后并不小于0,轉(zhuǎn)數(shù)N暫時(shí)從點(diǎn)D1上開到點(diǎn)D2,但是,由于燃料流速控制閥12落到線d然后落到線q,轉(zhuǎn)數(shù)變?yōu)橄陆怠?br>
按此方法,輸出值W響應(yīng)設(shè)定的輸出值W*的變化。
但是,根據(jù)這種控制方法,閥門的最小開啟比予期的或目標(biāo)開啟度值的最小設(shè)定值小,結(jié)果造成提供給燃燒室的燃料流速總是低于予期的燃料流速。為解決這個(gè)問題,可考慮先固定一個(gè)限值,即必須限定在線f而實(shí)際是限定在向上修正一個(gè)對應(yīng)于線d與b之間的差Δc的差值ΔB得到的線e。但是,這種方法產(chǎn)生的問題是在甩負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)會進(jìn)一步上開從而不能視為一種解決方法。
本發(fā)明就是針對上述問題研制的,本發(fā)明的目的在于提供一種控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃料的方法及裝置,它們能在甩負(fù)載時(shí)不使燃料流速控制閥的開啟度小于予定的限度而防止燃燒室的熄火,同時(shí)能減小轉(zhuǎn)數(shù)的上開。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的,本發(fā)明提供了控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的一種方法,該方法通過控制燃料供應(yīng)控制閥以與負(fù)載的大小成比例地控制向燃燒室供應(yīng)的燃料的量,該方法包括的步驟為,當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載改變而要改變?nèi)剂瞎?yīng)量使其與變化后的負(fù)載相適應(yīng)時(shí),在開始控制時(shí),燃料供應(yīng)控制閥的操作以高速進(jìn)行,當(dāng)變化的負(fù)載所必需的燃料供應(yīng)量接近達(dá)到時(shí),以比所述高速低的速度操作燃料供應(yīng)控制閥。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法,當(dāng)接近變化的負(fù)載所需的燃料供應(yīng)量時(shí),即,予期的開啟度目標(biāo)值,控制閥的開啟與關(guān)閉速度被降低。從而,可以降低控制閥的失控以及能可靠地防止燃燒室出現(xiàn)熄火且不使轉(zhuǎn)速的上開超過一定限度。
根據(jù)本發(fā)明,上述的目的利用一個(gè)控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃料的裝置得以實(shí)現(xiàn),該裝置包括一個(gè)燃料控制閥門,用于控制供給燃燒室的燃料量;閥門開啟程度指令裝置,用于根據(jù)氣輪機(jī)的負(fù)載的大小向所述的燃料控制閥發(fā)出開啟程度指令,燃燒是根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載情況進(jìn)行的,所述的閥門開啟程度指令裝置具有一個(gè)修正指令裝置,用于在開啟及關(guān)閉操作的初始階段以高速操作所述的燃料控制閥,當(dāng)接近予期的開啟值時(shí),以低于所述的高速的較低速度操作所述的燃料控制閥。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例說明燃料控制方法的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的方框圖;
圖2是燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)得到的特性曲線圖;
圖3是說明傳統(tǒng)燃料控制方法的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的方框圖;
圖4是顯示當(dāng)傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)得到的特性曲線圖;
圖5和圖6顯示的是按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例對于燃料流速控制閥的予期開啟度值的修正值。
下面參照圖1對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。輸出值W由屬于負(fù)載9的輸出檢測器檢測并由比較器1與一個(gè)作為予期的或目標(biāo)值設(shè)定的輸出值W*比較,然后由算術(shù)單元2按照這樣得到的輸出偏差ΔW,轉(zhuǎn)換成予期的轉(zhuǎn)數(shù)N*。對于燃?xì)廨啓C(jī)來說,在燃?xì)廨啓C(jī)的額定輸出是予期值情況下轉(zhuǎn)換函數(shù)通常設(shè)計(jì)為設(shè)定在104%,在無負(fù)載時(shí)則為100%,而當(dāng)輸出偏差ΔW為正時(shí),轉(zhuǎn)數(shù)N*以一個(gè)予定的固定速率增加,當(dāng)ΔW為負(fù)時(shí),N*以一個(gè)尤定的固定速率減少。但是,在負(fù)載9無需動(dòng)力的情況下則設(shè)為100%。由屬于燃?xì)廨啓C(jī)8的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器檢測的轉(zhuǎn)數(shù)N由比較器3與予期的轉(zhuǎn)數(shù)N*比較,這樣得到的輸出ΔN由算術(shù)單元4轉(zhuǎn)換成燃料流速控制閥的予期開啟度θ0。
算術(shù)單元5用來計(jì)算燃料流速控制閥12的予期開啟度的最小值,這里,所設(shè)定的是對應(yīng)于燃燒室14滅火或熄火的燃料流速的燃料流速控制閥的開啟度。燃燒室14的滅火或熄火的發(fā)生取決于燃燒室的特征,也就是說,當(dāng)燃料空氣比變?yōu)榈扔诨蛐∮诮o定值熄火才發(fā)生。另一方面,從壓縮機(jī)13排放的并提供給燃燒室14的空氣的流速隨大氣的溫度和轉(zhuǎn)數(shù)而變化。因此,由算術(shù)單元5計(jì)算的燃料流速控制閥門12的開啟度的最小值要根據(jù)由大氣溫度檢測器檢測的大氣溫度及轉(zhuǎn)數(shù)N進(jìn)行修正。在算術(shù)單元10中,一系列的反饋控制以這樣的方式進(jìn)行,從包括由燃料流速控制閥開啟度檢測器15檢測到的閥門開啟度θ在內(nèi)的參數(shù)中用后面將要說明的一種方法確定一個(gè)隨時(shí)間變化的修正因數(shù)Δθ1由加法器16將這一因數(shù)加到燃料流速控制閥門12的予期開啟度θ1上,最后,得到作為燃料流速控制閥的開啟度的予期值θ2。這樣,使得輸出值能夠接近根據(jù)θ2設(shè)定的輸出值W*。圖2顯示了在甩負(fù)載情況下,即,負(fù)載9所需的設(shè)定的輸出值W*從額定值迅速變?yōu)?的情況下的運(yùn)行特性。在該圖中,本發(fā)明最佳實(shí)施例的控制方法的運(yùn)行特性與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)作了比較。此外,圖5顯示了修正值Δθ1的一個(gè)實(shí)例。在該圖中,假設(shè)θ(T1)代表在T1時(shí)刻燃料流速控制閥門的開啟度θ,則修正值Δθ1可表示為Δθ1=f(θ(T1),time)。(time為時(shí)間)即這一修正值Δθ1用于產(chǎn)生降低閥門開啟速度的修正。在使用修正值Δθ1的情況下,就可以使燃料流速控制閥的開啟度值漸近地,平穩(wěn)地接近對應(yīng)于燃料流速控制閥所予期的最小開啟度值的線b,而不會產(chǎn)生象傳統(tǒng)控制方法中由點(diǎn)P所示的失控。另外,還可以用燃?xì)廨啓C(jī)在T1時(shí)刻的輸出W作為參數(shù)來表示修正值Δθ1。在這種情況下,修正值Δθ1用下面公式表示。
Δθ1=f(W(T1),time)(time為時(shí)間)此外,利用計(jì)算機(jī),對燃?xì)廨啓C(jī)8和其它裝置及控制裝置的模型進(jìn)行模擬分析,可容易地確定修正值。在修正值Δθ1被表示成為Δθ1=f(W(T1),time)的情況下,假定,Δθ1=b×W(T1)-a×(T-T1)其中“a”和“b”為常數(shù)。在確定“a”和“b”值時(shí)將可進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬使上述公式的第一項(xiàng)的最大值不超過燃料控制閥門在T1時(shí)刻的閥門開啟度,而且修正是在T2之前的最后時(shí)刻變?yōu)?,在甩負(fù)載后,在T2的轉(zhuǎn)數(shù)為最大值,需要盡可能地降低燃料的供給量。這也同樣適用于用其它多項(xiàng)表達(dá)式或函數(shù)來表示Δθ1的情況,在這種情況下,結(jié)果的準(zhǔn)確性可由燃料控制閥的開啟度避免了失控這一事實(shí)或燃料空氣比避免了失控這一事實(shí)來加以鑒別。
本發(fā)明的上述實(shí)施例既可用模擬電子線路也可用數(shù)字計(jì)算機(jī)加以實(shí)施。圖6顯示了利用數(shù)字計(jì)算機(jī)情況下修正值Δθ1的例子。在該例中,在每個(gè)取樣時(shí)間ΔT產(chǎn)生一個(gè)輸出,使修正值可表示為Δθ=f〔θ(T1)time〕,與圖5所示的修正值相似,但它所取的是階梯性的值。
如上所述,按照本發(fā)明,為了使燃料供應(yīng)量在突然出現(xiàn)甩負(fù)載時(shí)迅速變?yōu)榈拓?fù)載所需燃料量,直到所需的低負(fù)載燃料供應(yīng)量達(dá)到一半以前燃料控制閥以高速關(guān)閉,此后,按照修正值以比前述低的速度關(guān)閉。因此,當(dāng)接近變化后的負(fù)載所需的燃料供應(yīng)量時(shí),即接近予期的目標(biāo)開啟度值時(shí),控制閥的開啟和關(guān)閉速度被降低。結(jié)果,降低了控制閥的失控,并能有效地避免燃燒室熄火,而并不引起燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)上升超過一定限值。
權(quán)利要求
1.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法,該方法根據(jù)負(fù)載的大小控制燃料控制閥門以控制供應(yīng)給燃燒室的燃燒量,在使燃料供應(yīng)量迅速適應(yīng)于負(fù)載突然降低時(shí)所需的低負(fù)載燃料供應(yīng)量的情況下,所述方法包括的步驟為直到所述需要的低負(fù)載燃料供應(yīng)量達(dá)到一半時(shí),以高速關(guān)閉所述的燃料控制閥;隨后,以比所述高速低的速度關(guān)閉所述的燃料控制閥。
2.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法,在該方法中,根據(jù)負(fù)載的大小去控制燃料控制閥以控制供應(yīng)給燃燒室的燃料量,在燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載改變時(shí),改變?nèi)剂瞎?yīng)量使其與變化后的負(fù)載所需燃料量相適應(yīng)的情況中所述方法包括的步驟為當(dāng)接近對應(yīng)于變化后的負(fù)載所需的燃料供應(yīng)量的開啟度時(shí),降低所述的燃料供應(yīng)控制閥門的開啟和關(guān)閉的速度。
3.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法,其中,根據(jù)負(fù)載大小,控制燃料控制閥門以控制供應(yīng)給燃燒室的燃料量,在燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載改變時(shí),改變?nèi)剂瞎?yīng)量使其與負(fù)載的改變相適應(yīng)的情況中,所述方法包括的步驟為在開始控制時(shí),以高速操作所述的燃料供應(yīng)控制閥;以及在變化后的負(fù)載所需的燃料供應(yīng)量接近達(dá)到的一個(gè)時(shí)間間隔中,以比所述高速低的速度操作所述的燃料供應(yīng)控制閥門。
4.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的方法,該燃?xì)廨啓C(jī)包括一個(gè)燃料控制閥門和適用于向所述的燃料控制閥門發(fā)出開啟指令的控制單元以使所述控制單元根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載的大小控制供給燃燒室的燃料量控制所述燃料控制閥門,在負(fù)載突然降低時(shí),使燃料供應(yīng)量立即達(dá)到對應(yīng)于所需的低負(fù)載燃料供應(yīng)量值的情況中,所述方法包括的步驟為操作所述的控制單元發(fā)布一個(gè)燃料控制制閥開啟度命令從立即關(guān)閉所述燃料供應(yīng)給閥直到所述的所需的低負(fù)載燃料供應(yīng)量達(dá)到一半時(shí),然后,以發(fā)出以較低速度關(guān)閉所述燃料供應(yīng)閥門的指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中由所述控制單元發(fā)出的低速指令是階梯性指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中由所述的控制單元發(fā)出的低速指令被設(shè)定為從負(fù)載突然下降開始時(shí)到燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)上升到最大值時(shí)為止是連續(xù)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中由所述的控制單元發(fā)出的低速指令當(dāng)向所需的低負(fù)載燃料供應(yīng)量接近時(shí),是逐漸降低速度的。
8.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的裝置,具有在甩負(fù)載時(shí)用一個(gè)算術(shù)單元構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流速控制系統(tǒng)的燃料控制功能,所述裝置包括;一個(gè)燃料控制閥,用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流速;一個(gè)壓力控制閥,用于控制所述的燃料控制閥的入口壓力;一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)檢測裝置,用于檢測燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)產(chǎn)生一個(gè)信號;一個(gè)算術(shù)單元,用于將對燃?xì)廨啓C(jī)的輸出請求轉(zhuǎn)換成予期的轉(zhuǎn)數(shù)信號;一個(gè)算術(shù)單元,用于根據(jù)檢測的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)信號與所述的予期的轉(zhuǎn)數(shù)信號之間的偏差為所述的燃料控制閥門設(shè)定予期的開啟度值;一個(gè)限制器算術(shù)單元,用于根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和大氣溫度為閥門設(shè)定所述的開啟度值的最小值;以及一個(gè)修正算術(shù)單元,用于為閥門設(shè)定所述予期開啟度值的最小值的修正值;其中,所述的修正值從電負(fù)載開始時(shí)到燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)為止,被設(shè)定為連續(xù)的,所述的修正算術(shù)單元根據(jù)測定的所述燃料流速控制閥的開啟度信號及負(fù)載信號之一設(shè)定修正值。
9.一種控制燃?xì)廨啓C(jī)燃料的裝置,包括一個(gè)燃料控制閥,用于控制供給燃燒室的燃料量;及一個(gè)閥門開啟度指令裝置,用于根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載的大小向所述的燃料控制閥發(fā)出開啟度指令;其中,燃燒按燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載進(jìn)行,所述的閥門開啟度指令裝置具有一個(gè)修正指令裝置,用于在燃料控制閥門的開啟和關(guān)閉的初始階段以高速操作該閥門,而當(dāng)接近予期的開啟度值時(shí),則以比所述高速低的速度進(jìn)行操作。
全文摘要
當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載改變時(shí),改變?nèi)剂瞎?yīng)量使其與改變后的負(fù)載相適度,燃料供應(yīng)控制閥在開始時(shí)以高速操作,當(dāng)燃料供應(yīng)量接近改變后的負(fù)載所需的量時(shí),以比所述高速低的速度進(jìn)行操作。因此防止了燃燒室熄火,而又不引起燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)超過一定的上限。
文檔編號F02C9/32GK1055038SQ9110162
公開日1991年10月2日 申請日期1991年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月19日
發(fā)明者漆谷春雄, 佐藤知, 熊田和彥, 笹田哲男, 高橋浩二, 志村明, 桐上清一, 佐藤勛, 兼田英明 申請人:株式會社日立制作所