雙軸燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具備氣體發(fā)生器和動(dòng)力渦輪的雙軸燃?xì)廨啓C(jī)，涉及一種具備壓縮空氣經(jīng)由燃?xì)廨啓C(jī)外部再次流入燃燒器的結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)，特別涉及適合于啟動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定燃燒控制的燃?xì)廨啓C(jī)的燃料控制。
【背景技術(shù)】
[0002]雙軸燃?xì)廨啓C(jī)具備:氣體發(fā)生器，其具有壓縮機(jī)、具備多個(gè)燃料系統(tǒng)的燃燒器以及與該壓縮機(jī)同軸連接的高壓渦輪；動(dòng)力渦輪(低壓渦輪)，其與負(fù)載(例如發(fā)電機(jī))連接，該雙軸燃?xì)廨啓C(jī)將氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)軸和動(dòng)力渦輪的旋轉(zhuǎn)軸分離。在該燃?xì)廨啓C(jī)中，能夠獨(dú)立地控制高壓渦輪和低壓渦輪各自的轉(zhuǎn)速。
[0003]在專利第4972533號(hào)中公開了一種單軸燃?xì)廨啓C(jī)，作為在燃?xì)廨啓C(jī)外設(shè)置的外部設(shè)備具備增濕裝置和再生熱交換器，還具備多個(gè)燃料系統(tǒng)，在該單軸燃?xì)廨啓C(jī)中具備將壓縮空氣提供給增濕裝置的抽氣流路和將空氣從再生熱交換器提供給燃燒器的注入流路。并且，公開了一種方法，即在燃燒用空氣的溫度根據(jù)再生熱交換器的溫度狀態(tài)而發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)發(fā)電量和燃燒空氣溫度的關(guān)系切換燃料系統(tǒng)(有選擇地增減多個(gè)燃料系統(tǒng)中點(diǎn)火的燃料系統(tǒng)的數(shù)量)，從而能夠兼顧燃?xì)廨啓C(jī)的可操作性和燃料穩(wěn)定性。
[0004]另外，在專利第4464226號(hào)中公開了一種控制方法，其在具備單軸燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)施的燃燒空氣溫度發(fā)生了變動(dòng)的情況下，其中該單軸燃?xì)廨啓C(jī)具有作為外部設(shè)備的增濕塔和再生熱交換器，根據(jù)燃燒空氣溫度修正輸出輔助控制因子，由此能夠穩(wěn)定且高速地啟動(dòng)設(shè)施。
[0005]考慮啟動(dòng)作為負(fù)載連接了發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)，設(shè)為額定轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件的情況。首先，在將壓縮機(jī)、渦輪以及發(fā)電機(jī)進(jìn)行同軸連接的單軸燃?xì)廨啓C(jī)中，在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件之前的階段不進(jìn)行燃料系統(tǒng)的切換(也稱“燃燒模式的切換”)。并且，在額定轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件下，通過(guò)投入的燃料的能源使渦輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)其輸出驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。此時(shí)在無(wú)負(fù)載條件下幾乎不需要發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。
[0006]與此相對(duì)在將上述的雙軸燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)為額定轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件的情況下，幾乎不需要用于使動(dòng)力渦輪旋轉(zhuǎn)的能量，所以燃料流量比單軸燃?xì)廨啓C(jī)少。此時(shí)，氣體發(fā)生器通過(guò)比單軸燃?xì)廨啓C(jī)少的渦輪輸出驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)從而轉(zhuǎn)速下降，因此進(jìn)行控制以便減小壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉(IGV)的開度從而減小吸入空氣量，由此使燃料空氣比(混合氣體的燃料質(zhì)量除以空氣質(zhì)量得到的值)變大，維持轉(zhuǎn)速。并且，在將栗等旋轉(zhuǎn)設(shè)備(被驅(qū)動(dòng)設(shè)備)與雙軸燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力渦輪連接來(lái)作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)器使用的情況下，根據(jù)該被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的負(fù)載，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)完成時(shí)的轉(zhuǎn)速和燃料空氣比變得比驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)更大。
[0007]這樣在雙軸燃?xì)廨啓C(jī)中，具有啟動(dòng)完成時(shí)的燃料空氣比與單軸燃?xì)廨啓C(jī)相比增大的傾向，并且即使在發(fā)電開始前的部分轉(zhuǎn)速條件(即達(dá)到額定轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件之前的階段)中，為了最佳地保持具備有多個(gè)燃料系統(tǒng)的燃燒器的燃燒狀態(tài)，有時(shí)會(huì)需要執(zhí)行“燃燒模式的切換”。
[0008]特別是在雙軸燃?xì)廨啓C(jī)中存在在暫時(shí)將通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮后的空氣(燃燒空氣)抽氣到燃?xì)廨啓C(jī)外后使其返回到燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的燃燒器的結(jié)構(gòu)(例如，在燃?xì)廨啓C(jī)外通過(guò)旁通管連接壓縮機(jī)和燃燒器的結(jié)構(gòu)、在經(jīng)由增濕塔和再生熱交換器等外部設(shè)備后導(dǎo)入燃燒器的結(jié)構(gòu))時(shí)，由于在經(jīng)過(guò)該結(jié)構(gòu)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱交換空氣溫度下降，導(dǎo)入到燃燒器的混合氣體的燃燒空氣比進(jìn)一步上升，所以為了在部分轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件下也維持低NOx穩(wěn)定燃燒，執(zhí)行“燃燒模式切換”的必要性進(jìn)一步提高。
[0009]關(guān)于這點(diǎn)，上述的專利第4972533號(hào)和專利第4464226號(hào)都是關(guān)于單軸燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)，根本不需要在部分轉(zhuǎn)速負(fù)載條件下實(shí)施燃燒模式的切換。并且，在專利第4972533號(hào)技術(shù)中，即使要在發(fā)電開始前的部分轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行燃燒模式的切換，因?yàn)樵谠摷夹g(shù)中根據(jù)發(fā)電量和燃燒空氣溫度來(lái)進(jìn)行切換控制，所以在發(fā)電開始前無(wú)法應(yīng)用。
[0010]專利文獻(xiàn)1:專利第4972533號(hào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:專利第4464226號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種雙軸燃?xì)廨啓C(jī)，即使在啟動(dòng)完成前(特別是部分轉(zhuǎn)速無(wú)負(fù)載條件的情況)由于將燃燒空氣(壓縮空氣)暫時(shí)抽氣到燃?xì)廨啓C(jī)外，燃燒空氣溫度發(fā)生變化，也能夠維持低NOx且穩(wěn)定的燃燒。
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的雙軸燃?xì)廨啓C(jī)具備:壓縮機(jī)，其在空氣吸入部具備入口導(dǎo)葉；燃燒器，其具有能夠獨(dú)立進(jìn)行燃料供給的多個(gè)燃料系統(tǒng)，從該多個(gè)燃料系統(tǒng)使燃料與通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮后的空氣燃燒來(lái)生成燃燒氣體；高壓渦輪，其與上述壓縮機(jī)同軸連接，通過(guò)來(lái)自上述燃燒器的燃燒氣體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)上述壓縮機(jī)；低壓渦輪，其具有與該高壓渦輪獨(dú)立的軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)來(lái)自該高壓渦輪的排氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；抽氣流路，其將上述壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮后的空氣向燃?xì)廨啓C(jī)外抽氣；注入流路，其使被抽氣到該抽氣流路中的空氣返回上述燃燒器；以及控制裝置，其根據(jù)上述壓縮機(jī)的空氣流量、提供給上述燃燒器的燃料流量以及上述注入流路中的空氣溫度，控制分別向上述多個(gè)燃料系統(tǒng)提供的燃料流量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，即使在啟動(dòng)完成前在雙軸燃?xì)廨啓C(jī)中由于將壓縮空氣暫時(shí)抽氣到燃?xì)廨啓C(jī)外，該空氣溫度發(fā)生變化時(shí)，也能夠切換燃料系統(tǒng)，由此能夠維持低NOx且穩(wěn)定的燃
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【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的雙軸燃?xì)廨啓C(jī)的整體概要結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是表示氣體發(fā)生器轉(zhuǎn)速(高壓渦輪轉(zhuǎn)速)和壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度之間的關(guān)系的圖。
[0017]圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式的燃料噴嘴5和空氣孔6的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。
[0018]圖4是從燃燒器下游側(cè)觀察本發(fā)明的實(shí)施方式的空氣孔板7的圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的控制器400的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖6是函數(shù)發(fā)生器411的修正值403的計(jì)算方法的一例，表示注入空氣溫度301和修正值403之間的關(guān)系的圖。
[0021]圖7是基于空氣溫度的燃燒控制指令402的修正方法的一例，是表示燃料流量指令401、燃燒控制指令402以及修正燃燒控制指令404與時(shí)間之間的關(guān)系的圖。
[0022]圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的控制器400A的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的控制器400B的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖10是用于根據(jù)氣體發(fā)生器的轉(zhuǎn)速計(jì)算啟動(dòng)完成信號(hào)405的關(guān)系圖。
[0025]圖11是用于根據(jù)從燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)開始的時(shí)間計(jì)算啟動(dòng)完成信號(hào)405的關(guān)系圖。
[0026]圖12是用于根據(jù)空氣溫度T計(jì)算預(yù)熱完成信號(hào)301a的關(guān)系圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0028]1:壓縮機(jī)、2:燃燒器、3:高壓渦輪、4:氣體發(fā)生器、5:燃料噴嘴、6:空氣孔、7:空氣孔板、8:燃燒室、9:燃燒筒、10:燃燒器外筒、11、燃燒器罩、12:燃燒筒導(dǎo)流襯套、15:壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉、21:氣體發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)軸、22:動(dòng)力渦輪的旋轉(zhuǎn)軸、23:動(dòng)力渦輪(低壓渦輪)、24:發(fā)電機(jī)、25:外部設(shè)備、26:抽氣流路、27:注入流路、41?44:燃料供給法蘭(F1?F4)、100:燃?xì)廨啓C(jī)吸入空氣(大氣壓)、101:壓縮空氣(抽氣空氣)、102:壓縮空氣(注入空氣)、103:冷卻空氣、104:燃燒用空氣、105:燃燒氣體、106:氣體發(fā)生器排氣、107:動(dòng)力渦輪排氣、108:渦輪排氣、200:燃料、201:F1燃料、202:F2燃料、203:F3燃料、204:F4燃料、211?214:燃料流量調(diào)節(jié)閥(F1?F4)、231?234:燃料頭(F1?F4)、301:注入空氣溫度檢測(cè)器、302:壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度檢測(cè)器、305:氣體發(fā)生器轉(zhuǎn)速檢測(cè)器、306:動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速檢測(cè)器、400:控制器、401:燃料流量指令、402:燃燒控制指令、403:空氣溫度修正值、404:空氣溫度修正后的燃燒控制指令、410:運(yùn)算器(燃料控制指令計(jì)算器)、411:函數(shù)發(fā)生器、412:乘法器、413:運(yùn)算器(燃料流量調(diào)節(jié)閥開度指令計(jì)算器)、414:高值選擇器、415:函數(shù)發(fā)生器、416:高值選擇器。
【具體實(shí)施方式】
[0029]<第一實(shí)施方式>
[0030]以下使用【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0031]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙軸燃?xì)廨啓C(jī)的整體概要結(jié)構(gòu)圖。
[0032]如該圖1所示，雙軸燃?xì)廨啓C(jī)主要具備:氣體發(fā)生器4、動(dòng)力渦輪23、抽氣流路26、外部設(shè)備25、注入流路27、控制器400。
[0033]其中，氣體發(fā)生器4主要由壓縮機(jī)1、燃燒器2以及高壓渦輪3構(gòu)成，壓縮機(jī)1在空氣吸入部具有入口導(dǎo)葉(IGV)15，壓縮空氣100來(lái)生成高壓的壓縮空氣101 ;燃燒器2使從壓縮機(jī)1經(jīng)由外部設(shè)備25導(dǎo)入的壓縮空氣102和燃料201?204進(jìn)行燃燒來(lái)生成燃燒氣體105 ;高壓渦輪3通過(guò)燃燒器2生成的燃燒氣體105被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)1和高壓渦輪3通過(guò)氣體發(fā)生器的相同的旋轉(zhuǎn)軸21連接，通過(guò)高壓渦輪3驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)1。
[0034]抽氣流路26是用于對(duì)壓縮機(jī)1壓縮后的壓縮空氣101進(jìn)行抽氣將其導(dǎo)入設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)外的外部設(shè)