CN108005795A - 一种压气机进口导叶角度实时控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为解决现有燃气轮机或航空发动机压气机进口导叶角度控制精度不高及实时性差等问题，提供了一种压气机进口导叶角度实时控制装置及方法。该装置通过在燃气轮机或航空发动机控制系统中增加角位移传感器、导叶调节机构，在压气机进口导叶装置工作时，通过角位移传感器实时测量导叶角度值，将导叶角度实时反馈给燃气轮机控制器，燃气轮机控制器通过控制程序，实时调节压气机进口导叶角度大小，从而改变进口空气流量，保证压气机的工作裕度，防止喘振发生。该装置及方法具有广泛的应用价值。

Description

一种压气机进口导叶角度实时控制装置及方法

技术领域

本发明属于压气机领域，主要涉及一种燃气轮机或航空发动机压气机进口导叶角度的高精度实时控制装置及方法，通过该方法实现燃气轮机进口空气流量实时控制。具体来说，提出了一种压气机进口导叶角度实时控制装置及方法。其主要利用导叶调节系统，角度位移传感器及控制系统来实现压气机进口导叶角度实时控制，从而实现压气机进口空气流量实时调节。

背景技术

燃气轮机或者航空发动机利用压气机进口导叶可调的方式来实现控制压气机进口流量的目的，但是目前压气机进口可调导叶角度控制是通过机械液压调节方式来实现，这种方式存在调节精度低及实时性差等问题。

发明内容

本发明为解决燃气轮机或航空发动机运行过程中由于可调导叶角度控制精度不高、空气流量控制不及时，导致燃气轮机或航空发动机发生喘振的问题，为了提高压气机进口导叶调节的实时性，更好地起到防喘作用，本发明提出了一种通过角位移传感器实时控制压气机进口导叶可调的装置和方法，该装置及方法主要适用于燃气轮机或航空发动机等动力装置进口导叶的实时调节中，在燃气轮机或航空发动机控制系统中增加角位移传感器、导叶调节机构及相应程序。在压气机进口导叶装置工作时，通过角位移传感器实时测量导叶角度值，将导叶角度实时反馈给控制器，控制器通过控制程序，调节压气机进口角度大小，从而改变进口空气流量，保证压气机的工作裕度，防止喘振发生。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种压气机进口导叶角度实时控制装置，包括设置在压气机进口处的可调导叶机构、作动筒控制单元和燃气轮机控制器，其特征在于，

所述可调导叶机构附近设置角位移传感器，所述角位移传感器与燃气轮机控制器通信连接；

所述作动筒控制单元包括油箱、供油泵、电磁换向阀和作动筒，所述油箱通过管路依次与所述柱塞泵、电磁换向阀和作动筒连通，所述作动筒的输出端与所述可调导叶机构连接，所述供油泵、电磁换向阀均与所述燃气轮机控制器通信连接；

所述角位移传感器用以实时测量压气机进口导叶角度，所述燃气轮机控制器通过实时比较测量的压气机进口导叶角度和设计工况下的理论压气机进口导叶角度值，判定实际工况下运行的压气机进口导叶角度是否满足设计要求，如果不满足则通过所述电磁换向阀和作动筒调节所述可调导叶机构，直至所述角位移传感器测量出来的压气机进口导叶角度与理论压气机进口导叶角度值相等。

进一步地，所述燃气轮机控制器根据实时比较测量的压气机进口导叶角度，判断此角度是否在喘振裕度以内，若在喘振裕度以内，则调节所述导叶调节机构停止工作，将压气机进口可调导叶的角度值确定在该值不变，若不在喘振裕度以内，则通过所述电磁换向阀和作动筒调节所述可调导叶机构，直至压气机进口可调导叶角度值在喘振裕度以内。

优选地，所述作动筒控制单元中，所述油箱依次通过粗油滤、手动开关阀与所述供油泵的进油口连通，所述供油泵的出油口依次通过高压精油滤、单向阀、压力调节阀与所述电磁换向阀的进油口连通。

进一步地，所述电磁换向阀的进油管路上设置压力传感器，所述压力传感器与所述燃气轮机控制器通信连接。

进一步地，所述供油泵的出油管路上设置溢流阀和压力传感器，所述溢流阀的溢流口与所述油箱连通，所述溢流阀和压力传感器均与所述燃气轮机控制器通信连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种利用本发明的上述压气机进口导叶角度实时控制装置进行压气机进口导叶角度实时控制的方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

SS1.燃气轮机或者航空发动机下达开始命令之后，起动机起动及燃气轮机控制器工作，使燃气轮机或者航空发动机处于工作状态；

SS2.开始给燃气轮机或者航空发动机的燃烧室供油，并通过进油流量大小计算出设计点工况下的压气机进口导叶角度值；

SS3.通过电磁换向阀和作动筒调节进口导叶角度，随着燃气轮机或者航空发动机的转速不断上升，通过角位移传感器实时测量压气机进口导叶角度；

SS4.通过角位移传感器测量的压气机进口导叶角度和流量计算出来的理论上的进口导叶角度的对比，判定实际工况下运行的压气机进口导叶角度是否满足设计要求，不满足则继续通过电磁换向阀和作动筒调节压气机进口导叶角度，直至角位移传感器测量出来的压气机进口导叶角度与设定的压气机进口导叶角度值相等，则满足了整个燃气轮机或者航空发动机工作状态下的压气机进气流量的需求。

进一步地，为防止所述燃气轮机或者航空发动机发生喘振，所述控制方法还包括以下步骤：

SS5.根据角位移传感器测得的压气机进口导叶角度值判断此角度是否在喘振裕度以内，若在喘振裕度以内，则导叶调节机构停止工作，将压气机进口导叶角度值确定在该值不变，若不在喘振裕度以内，则导叶调节机构工作，改变压气机进口可调导叶的角度值，直至压气机进口导叶角度值在喘振裕度以内，则完成防喘的目标，导叶调节机构停止工作。

同现有技术相比，本发明的压气机进口可调导叶角度实时控制装置及方法，具有显著的技术效果：通过在燃气轮机或航空发动机控制系统中增加角位移传感器、导叶调节机构及相应控制程序，在压气机进口导叶装置工作时，通过角位移传感器实时测量导叶角度值，将导叶角度实时反馈给控制器，控制器通过控制程序，调节压气机进口角度大小，从而改变进口空气流量，保证压气机的工作裕度，防止喘振发生。

附图说明

图1为本发明的压气机进口导叶角度实时控制装置；

图2压气机进口导叶角度实时控制流程图；

图3压气机进口导叶角度防喘控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的压气机进口导叶角度实时控制装置，包括作动筒控制单元、压气机可调导叶控制单元及燃气轮机或航空发动机主要部件单元。

作动筒控制单元，其作用主要是将控制系统中的电信号转变成油压信号，包括油箱18、粗油滤26、手动开关阀25、柱塞泵24、高压精油滤20、单向阀19、压力调节阀17、电磁换向阀16、作动筒14，油箱18通过管路依次与粗油滤26、手动开关阀25、柱塞泵24、高压精油滤20、单向阀19、压力调节阀17、电磁换向阀16、作动筒14连通，作动筒14的输出端与压气机3进口处的可调导叶机构4连接，电磁换向阀16的进油管路上设置压力传感器15，压力传感器15、电磁换向阀16均与燃气轮机控制器11通信连接。

具体地，油箱18连接有粗油滤26、液位计27和溢流阀23，其主要作用是为整个系统提供液压油。粗油滤26一端接着油箱18，一端接着手动开关阀25，其主要作用是滤去燃油杂质。手动开关阀25一端接着粗油滤26，一端接着柱塞泵24，其作用是手动控制整个单元的工作状态。柱塞泵24一端连着手动开关阀25，一端连着高压精油滤20，其作用是为整个单元提供动力，并通过燃气轮机控制器11来控制电机，从而控制柱塞泵24为整个系统提供的油压大小。高压精油滤20一端连着柱塞泵24，一端连着单向阀19，其作用是完成通过柱塞泵24之后的高压油过滤。单向阀19一端连着高压精油滤20，一端连着压力调节阀17，其作用是单向流通，防止液压油回流。压力调节阀17一端连着单向阀19，一端连着电磁换向阀16，其作用是调节液压油压力。电磁换向阀16一端连着压力调节阀17，一端连着作动筒14，其作用是改变油压方向，控制作动筒14的进油方向。作动筒14一端连着电磁换向阀16，一端连着可调导叶机构4，其作用是调节进口导叶角度，控制可调导叶角度的变化。在该作动筒单元中，电磁换向阀16、两处压力传感器15与21及柱塞泵24的电机都是连接到燃气轮机控制器11上，向上传输或者接受电信号。而油箱18连接的液位计27，其一端连着油箱18，一端连着燃气轮机控制器11，其作用是实时测量油箱的液位高度值。油箱连接的溢流阀23，一端连着油箱18，一端连着压力表22，其作用是解决柱塞泵24后油压过高问题。压力表22一端连着溢流阀，一端连着压力传感器21，其作用是显示出高压精油滤20之前的油压值。压力传感器21一端连着压力表，一端连着燃气轮机控制器11，其作用是测量高压精油滤20之前油压值。液压油在进入电磁换向阀16前，连接有压力传感器15，测量电磁换向阀16前的压力，并将压力值传输给燃气轮机控制器11。燃气轮机控制器11进一步与上位机12、状态监控显示装置13通信连接。

压气机可调导叶控制单元，其作用是实现压气机可调导叶角度实时控制，包括可调导叶机构4和角位移传感器10，其中可调导叶机构4在压气机3上并连着作动筒14及角位移传感器10，其作用是调整导叶角度值。角位移传感器10一端连着可调导叶机构4，一端连着燃气轮机控制器11，其作用是实时测量可调导叶角度值，并将结果反馈给燃气轮机控制器11。燃气轮机控制器11在这个单元中一端连着角位移传感器10，一端连着电磁换向阀16，其作用是对接收到的可调导叶角度值进行处理判断，并将处理后的结果电信号传递给电磁换向阀16。电磁换向阀16一端连着燃气轮机控制器11，一端连着作动筒14，其作用将燃气轮机控制器11传来的电信号转换成油压信号，传给作动筒14，继而传给可调导叶机构4。

燃气轮机主要部件单元，其作用是完成化学能与动能的转换，实现功率的输出。可调导叶机构4一端连着起动机1，一端连着压气机3，其作用是通过控制导叶角度的大小，改变进口空气流量。压气机3一端连着可调导叶机构4，一端连着燃烧室5，其作用是将空气进行压缩，提高进入燃烧室的空气压力。燃烧室5一端连着压气机3，一端连着涡轮7，其作用是燃料燃烧，将化学能转化为热能。涡轮7连着燃烧室与压气机，其作用是将燃烧室出来的高温高压燃气中的部分能量转化为动能，推动压气机运转。动力涡轮8连着负载9，其作用是将燃烧室出来的高温高压气体转化成机械能对负载做功。燃气轮机控制器11连着角位移传感器10和测速装置6，其作用是根据燃气轮机的转速对整个燃气轮机的工作状态进行调控。

如图2所示，利用本发明的压气机进口导叶角度实时控制装置，实时控制压气机进口导叶角度的流程为：

Step1:燃气轮机或者航空发动机下达开始命令之后，起动机起动及燃机控制器工作，使燃气轮机或者航空发动机处于工作状态；

Step2:开始给燃烧室供油，并通过进口流量大小计算出设计点工况下的导叶角度值；

Step3:通过电磁换向阀和作动筒调节进口导叶角度，随着燃气轮机或者航空发动机的转速不断上升，通过角位移传感器实时测量压气机进口导叶角度。

Step4:通过角位移传感器测量的进口导叶角度和流量计算出来的理论上的进口导叶角度的对比，判定实际工况下运行的导叶角度是否满足设计要求，不满足则继续通过电磁换向阀和作动筒调节进口导叶角度，直至角位移传感器测量出来的进口导叶角度与设定的进口导叶角度值相等，则满足了整个燃气轮机或者航空发动机工作状态下的压气机进气流量的需求。

如图3所示，利用本发明的压气机进口导叶角度实时控制装置，利用角位移传感器起防喘作用的控制流程为：

Step1:燃气轮机的辅助系统要供电，使得控制系统能够正常工作；

Step2:角位移传感器正常工作之后，测得压气机可调导叶的角度，根据测得的可调导叶的角度值判断此角度是否在喘振裕度以内，若在喘振裕度以内，则导叶调节机构停止工作，将压气机进口可调导叶的角度值确定在该值不变，若不在喘振裕度以内，则导叶调节机构工作，改变压气机进口可调导叶的角度值；

Step3:利用角位移传感器重新测量导叶角度，根据测得的导叶角度值判断其是否在喘振裕度以内，重复此流程，直至压气机进口可调导叶角度值在喘振裕度以内，则完成防喘的目标，导向调节机构停止工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种压气机进口导叶角度实时控制装置，包括设置在压气机进口处的可调导叶机构、作动筒控制单元和燃气轮机控制器，其特征在于，

所述可调导叶机构附近设置角位移传感器，所述角位移传感器与燃气轮机控制器通信连接；

所述作动筒控制单元包括油箱、供油泵、电磁换向阀和作动筒，所述油箱通过管路依次与所述柱塞泵、电磁换向阀和作动筒连通，所述作动筒的输出端与所述可调导叶机构连接，所述供油泵、电磁换向阀均与所述燃气轮机控制器通信连接；

所述角位移传感器用以实时测量压气机进口导叶角度，所述燃气轮机控制器通过实时比较测量的压气机进口导叶角度和设计工况下的理论压气机进口导叶角度值，判定实际工况下运行的压气机进口导叶角度是否满足设计要求，如果不满足则通过所述电磁换向阀和作动筒调节所述可调导叶机构，直至所述角位移传感器测量出来的压气机进口导叶角度与理论压气机进口导叶角度值相等。

2.根据上述权利要求所述的压气机进口导叶角度实时控制装置，其特征在于，所述燃气轮机控制器根据实时比较测量的压气机进口导叶角度，判断此角度是否在喘振裕度以内，若在喘振裕度以内，则调节所述导叶调节机构停止工作，将压气机进口可调导叶的角度值确定在该值不变，若不在喘振裕度以内，则通过所述电磁换向阀和作动筒调节所述可调导叶机构，直至压气机进口可调导叶角度值在喘振裕度以内。

3.根据上述权利要求所述的压气机进口导叶角度实时控制装置，其特征在于，所述作动筒控制单元中，所述油箱依次通过粗油滤、手动开关阀与所述供油泵的进油口连通，所述供油泵的出油口依次通过高压精油滤、单向阀、压力调节阀与所述电磁换向阀的进油口连通。

4.根据上述权利要求所述的压气机进口导叶角度实时控制装置，其特征在于，所述电磁换向阀的进油管路上设置压力传感器，所述压力传感器与所述燃气轮机控制器通信连接。

5.根据上述权利要求所述的压气机进口导叶角度实时控制装置，其特征在于，所述供油泵的出油管路上设置溢流阀和压力传感器，所述溢流阀的溢流口与所述油箱连通，所述溢流阀和压力传感器均与所述燃气轮机控制器通信连接。

6.一种利用上述权利要求所述的压气机进口导叶角度实时控制装置进行压气机进口导叶角度实时控制的方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

SS1.燃气轮机或者航空发动机下达开始命令之后，起动机起动及燃气轮机控制器工作，使燃气轮机或者航空发动机处于工作状态；

SS2.开始给燃气轮机或者航空发动机的燃烧室供油，并通过进油流量大小计算出设计点工况下的压气机进口导叶角度值；

SS3.通过电磁换向阀和作动筒调节进口导叶角度，随着燃气轮机或者航空发动机的转速不断上升，通过角位移传感器实时测量压气机进口导叶角度；

SS4.通过角位移传感器测量的压气机进口导叶角度和流量计算出来的理论上的进口导叶角度的对比，判定实际工况下运行的压气机进口导叶角度是否满足设计要求，不满足则继续通过电磁换向阀和作动筒调节压气机进口导叶角度，直至角位移传感器测量出来的压气机进口导叶角度与设定的压气机进口导叶角度值相等，则满足了整个燃气轮机或者航空发动机工作状态下的压气机进气流量的需求。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为防止所述燃气轮机或者航空发动机发生喘振，所述控制方法还包括以下步骤：

SS5.根据角位移传感器测得的压气机进口导叶角度值判断此角度是否在喘振裕度以内，若在喘振裕度以内，则导叶调节机构停止工作，将压气机进口导叶角度值确定在该值不变，若不在喘振裕度以内，则导叶调节机构工作，改变压气机进口可调导叶的角度值，直至压气机进口导叶角度值在喘振裕度以内，则完成防喘的目标，导叶调节机构停止工作。