一种微型燃气轮机燃油系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微型燃气轮机燃油系统及其控制方法，采用双油路供油方式分别为起动燃油喷嘴和主燃油喷嘴供油，可大幅提高燃烧稳定性、燃烧效率及燃烧室出口温度分布均匀性。采用机载燃油泵、加速调节装置及起动电磁阀等可大幅提高燃油系统的结构简单性，采用转速和高度补偿装置等可大幅提高燃油系统的环境适应性，采用起动清洁活门等可大幅提高起动燃油喷嘴及燃油系统的使用寿命。本发明专利技术提供的燃气轮机燃油系统对燃气轮机燃油系统的结构简单化、轻量化、易维修及高可靠性意义重大。

A micro gas turbine fuel system and its control method

The invention discloses a micro gas turbine fuel system and its control method, which adopts dual oil supply modes to supply fuel for starting fuel nozzles and main fuel nozzles respectively, which can greatly improve combustion stability, combustion efficiency and distribution uniformity of combustion chamber outlet temperature. The airborne fuel pump, acceleration regulator and starting electromagnetic valve has the advantages of simple structure of the fuel system can be greatly improved, the speed and altitude compensation device can greatly improve the environmental adaptability of the fuel system, starting valve can improve the clean start fuel nozzle and the service life of a fuel system. The gas turbine fuel system provided by this invention is of great significance to the structure simplification, light weight, easy maintenance and high reliability of the gas turbine fuel system.

【技术实现步骤摘要】
一种微型燃气轮机燃油系统及其控制方法
本专利技术涉及燃气轮机燃油系统领域，特别地，涉及一种微型燃气轮机燃油系统及其控制方法。
技术介绍
微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，其主要由压气机、燃烧室、涡轮、减速器及燃油系统、滑油系统等组成。微型燃气轮机发电机组具有高效率、低噪声、低污染、小重量、小体积及多台集成扩容等一系列优点。燃气轮机燃油系统属于燃气轮机重要系统组成，其按规律提供燃气轮机所需燃油，保证燃气轮机在工作范围内正常起动并在任何工况下维持燃气轮机恒速运转，并向外界提供动力。现有燃油系统主要由燃油泵、燃油滤、燃油调节装置、燃油电磁阀及燃油喷嘴等组成，普遍采用单油路给燃气轮机供油，无法满足燃气轮机各工况的燃油供给及雾化需求，常常导致燃烧室燃烧火焰不稳定、燃烧效率低及燃烧室出口温度分布不均等问题，甚至导致点火失败或熄火，部分采用双油路供油的燃油系统也是由两个完全独立的单油路组成，其结构复杂，设备繁多，可靠性差，不能满足现今燃气轮机燃油系统轻量化、易维修及高可靠性的设计要求。因此，专利技术一种简单可靠、结构紧凑的燃油系统对燃气轮机的性能提高及稳定运行意义重大。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术旨在提供一种微型燃气轮机燃油系统及其控制方法，采用双油路供油方式分别为起动燃油喷嘴和主燃油喷嘴供油，可大幅提高燃烧稳定性、燃烧效率及燃烧室出口温度分布均匀性；采用机载燃油泵、加速调节装置及起动电磁阀等可大幅提高燃油系统的结构紧凑性，采用转速和高度补偿装置等可大幅提高燃油系统的环境适应性，采用起动清洁活门等可大幅提高起动燃油喷嘴及燃油系统的使用寿命。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种微型燃气轮机燃油系统，包括燃油泵组件、燃油调节装置、力矩马达、调速控制盒、起动电磁阀、燃油截止阀、起动清洁活门、起动燃油喷嘴、主燃油喷嘴，其特征在于，--所述燃油泵组件包括燃油泵和燃油滤，所述燃油滤设置在燃油泵的燃油出口处；--所述燃油调节装置包括压力安全阀、调速控制阀、加速调节装置、压差调节阀、转速和高度补偿器，其中，所述压力安全阀设置在所述燃油泵的出口旁路上，用以将部分燃油从旁路返回到所述燃油泵的燃油进口，从而维持燃油泵的燃油出口压力为一定值；所述调速控制阀设置在所述燃油滤的下游，其阀芯的外露端通过一杠杆机构与所述力矩马达机械连接，用以执行所述力矩马达的开度指令，所述力矩马达的开度指令由所述调速控制盒发出；所述加速调节装置设置在所述调速控制阀的下游，所述加速调节装置为一三通式燃油分配装置，包括一进油口、一向下主油路和一向右主油路，所述进油口与所述调速控制阀的出油口连通，所述向下主油路又分为向下分支路和向右分支路，所述向右主油路与所述起动电磁阀的常开端口连通，所述向下主油路的向右分支路与所述起动电磁阀的公共端口连通，向下分支路与所述压差调节阀的进油口连通；所述压差调节阀的进油口与所述加速调节装置的向下分支路连通，出油口与所述燃油截止阀的进口连通，所述压差调节阀包括阀体和阀芯连杆，进油口设置在阀体的右侧，阀体的左侧设置弹簧并引入所述燃油泵后的供油压力，所述阀芯连杆的右侧顶部伸出阀体与所述转速和高度补偿器的膜片连接，所述阀芯连杆的左侧底部承受所述燃油泵的供油压力和弹簧力，所述阀芯连杆的右侧顶部承受所述加速调节装置的进油压力和所述转速和高度补偿器的膜片的推力，所述阀芯连杆在左右侧压差作用下可左右移动，从而控制所述压差调节阀的进油口的开度；所述转速和高度补偿器包括壳体以及设置在壳体中的膜片，所述膜片的上端右侧设置弹簧并引入压气机后压力，所述膜片的下端右侧设置波纹管，所述波纹管与环境大气连通，所述膜片的上端右侧承受压气机后压力和弹簧力，所述膜片的下端右侧承受波纹管压力(即环境大气压力)，所述膜片的上端左侧与所述压差调节阀的阀芯连杆连接；--所述燃油截止阀的进口与所述压差调节阀的出油口连通，出口与所述主燃油喷嘴连通；--所述起动电磁阀为三通式电磁阀，包括常闭端口、所述常开端口和所述公共端口，所述常开端口与所述加速调节装置中的向右主油路连通，所述常闭端口与所述起动清洁活门的燃油进口连通，所述公共端口与所述加速调节装置中的向右分支路连通；--所述起动清洁活门包括阀体和阀芯，阀体的左端设燃油进口，右端设有压气机后压力进口，阀体的周壁上设有与所述起动燃油喷嘴连通的通口，阀芯左侧承受所述起动电磁阀后的进油压力，阀芯右侧设置弹簧，阀芯右侧承受压气机后压力和弹簧力，在两侧压差作用下，阀芯可在阀体内左右滑动。优选地，所述燃油泵的燃油进口管路上设置有增压装置。优选地，所述燃油泵为容积式齿轮泵，安装在燃气轮机减速器机匣的前端，并由燃气轮机减速器带转。优选地，所述燃油调节装置的壳体上设有燃油机械限位块，用以限制所述杠杆机构的摆动范围，继而限制所述调速控制阀的开度范围。进一步地，当燃气轮机突然减载，所述燃油机械限位块的最小燃油位置需保持一定的流量维持燃烧，所述燃油机械限位块的最大燃油位置需使燃气轮机能够应付突然加载，又能防止燃气轮机喘振。优选地，所述加速调节装置的向下主油路中设有手动调节螺母，用以调节向下分支路和向右分支路的供油比例。优选地，所述燃油截至阀为两路式燃油截止阀，是一个常闭阀，当其通电时，阀门打开，燃油流入所述主燃油喷嘴，若给所述燃油截止阀断电会导致燃气轮机正常停车。优选地，当所述起动电磁阀处于断电状态时，常开端口打开，常闭端口关闭，所述加速调节装置的燃油完全通入位于其下游的所述压差调节阀。优选地，当所述起动电磁阀处于通电状态时，常开端口关闭，常闭端口打开，燃油经过所述加速调节装置后，向右主油路被关闭，向下分支路与所述压差调节阀连通，向右分支路经所述公共端口和常闭端口通往所述起动清洁活门的燃油进口。优选地，所述起动清洁活门中，当阀芯处于右端时，左侧的燃油进口和通往所述起动燃油喷嘴之间的通道接通，右侧的压气机后压力进口和通往起动燃油喷嘴之间的通道关闭；当阀芯处于左端时，右侧的压气机后压力进口和通往所述起动燃油喷嘴之间的通道接通，左侧的燃油进口和通往起动燃油喷嘴之间的通道关闭。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种本专利技术的上述微型燃气轮机燃油系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：SS1.在燃气轮机起动的初始阶段，起动电机带动燃气轮机加速运转，燃油泵转速相应增加，此时燃油泵开始增加供油；SS2.当燃气轮机的转速上升到额定转速的4％附近时，起动电磁阀通电，点火器开始打火，燃油从起动燃油喷嘴进入燃烧室雾化并被点燃；SS3.当燃气轮机的转速上升到额定转速的10％附近时，燃油截止阀通电，主燃油经主燃油喷嘴进入燃烧室，此时调速控制阀在调速控制盒的指令下依靠力矩马达打开，调整开度；SS4.当燃气轮机的转速上升到额定转速的78％附近时，点火器停止打火，起动电机断电并脱开；SS5.当燃气轮机的转速上升到额定转速的96％附近时，起动电磁阀断电，压差调节阀的燃油流通口开度增大，通往主燃油喷嘴的燃油量增大，从而提高燃气轮机的加速速率；SS6.当燃气轮机成功加速到额定转速的100％转速，调速控制盒会降低力矩马达的电压，将调速控制阀置于空载油量位置，该位置会一直保持直到加载；SS7.当燃气轮机加载时，调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型燃气轮机燃油系统，包括燃油泵组件、燃油调节装置、力矩马达、调速控制盒、起动电磁阀、燃油截止阀、起动清洁活门、起动燃油喷嘴、主燃油喷嘴，其特征在于，‑‑所述燃油泵组件包括燃油泵和燃油滤，所述燃油滤设置在燃油泵的燃油出口处；‑‑所述燃油调节装置包括压力安全阀、调速控制阀、加速调节装置、压差调节阀、转速和高度补偿器，其中，所述压力安全阀设置在所述燃油泵的出口旁路上，用以将部分燃油从旁路返回到所述燃油泵的燃油进口，从而维持燃油泵的燃油出口压力为一定值；所述调速控制阀设置在所述燃油滤的下游，其阀芯的外露端通过一杠杆机构与所述力矩马达机械连接，用以执行所述力矩马达的开度指令，所述力矩马达的开度指令由所述调速控制盒发出；所述加速调节装置设置在所述调速控制阀的下游，所述加速调节装置为一三通式燃油分配装置，包括一进油口、一向下主油路和一向右主油路，所述进油口与所述调速控制阀的出油口连通，所述向下主油路又分为向下分支路和向右分支路，所述向右主油路与所述起动电磁阀的常开端口连通，所述向下主油路的向右分支路与所述起动电磁阀的公共端口连通，向下分支路与所述压差调节阀的进油口连通；所述压差调节阀的进油口与所述加速调节装置的向下分支路连通，出油口与所述燃油截止阀的进口连通，所述压差调节阀包括阀体和阀芯连杆，进油口设置在阀体的右侧，阀体的左侧设置弹簧并引入所述燃油泵后的供油压力，所述阀芯连杆的右侧顶部伸出阀体与所述转速和高度补偿器的膜片连接，所述阀芯连杆的左侧底部承受所述燃油泵的供油压力和弹簧力，所述阀芯连杆的右侧顶部承受所述加速调节装置的进油压力和所述转速和高度补偿器的膜片的推力，所述阀芯连杆在左右侧压差作用下可左右移动，从而控制所述压差调节阀的进油口的开度；所述转速和高度补偿器包括壳体以及设置在壳体中的膜片，所述膜片的上端右侧设置弹簧并引入压气机后压力，所述膜片的下端右侧设置波纹管，所述波纹管与环境大气连通，所述膜片的上端右侧承受压气机后压力和弹簧力，所述膜片的下端右侧承受波纹管压力(即环境大气压力)，所述膜片的上端左侧与所述压差调节阀的阀芯连杆连接；‑‑所述燃油截止阀的进口与所述压差调节阀的出油口连通，出口与所述主燃油喷嘴连通；‑‑所述起动电磁阀为三通式电磁阀，包括常闭端口、所述常开端口和所述公共端口，所述常开端口与所述加速调节装置中的向右主油路连通，所述常闭端口与所述起动清洁活门的燃油进口连通，所述公共端口与所述加速调节装置中的向右分支路连通；‑‑所述起动清洁活门包括阀体和阀芯，阀体的左端设燃油进口，右端设有压气机后压力进口，阀体的周壁上设有与所述起动燃油喷嘴连通的通口，阀芯左侧承受所述起动电磁阀后的进油压力，阀芯右侧设置弹簧，阀芯右侧承受压气机后压力和弹簧力，在两侧压差作用下，阀芯可在阀体内左右滑动。...

【技术特征摘要】
1.一种微型燃气轮机燃油系统，包括燃油泵组件、燃油调节装置、力矩马达、调速控制盒、起动电磁阀、燃油截止阀、起动清洁活门、起动燃油喷嘴、主燃油喷嘴，其特征在于，--所述燃油泵组件包括燃油泵和燃油滤，所述燃油滤设置在燃油泵的燃油出口处；--所述燃油调节装置包括压力安全阀、调速控制阀、加速调节装置、压差调节阀、转速和高度补偿器，其中，所述压力安全阀设置在所述燃油泵的出口旁路上，用以将部分燃油从旁路返回到所述燃油泵的燃油进口，从而维持燃油泵的燃油出口压力为一定值；所述调速控制阀设置在所述燃油滤的下游，其阀芯的外露端通过一杠杆机构与所述力矩马达机械连接，用以执行所述力矩马达的开度指令，所述力矩马达的开度指令由所述调速控制盒发出；所述加速调节装置设置在所述调速控制阀的下游，所述加速调节装置为一三通式燃油分配装置，包括一进油口、一向下主油路和一向右主油路，所述进油口与所述调速控制阀的出油口连通，所述向下主油路又分为向下分支路和向右分支路，所述向右主油路与所述起动电磁阀的常开端口连通，所述向下主油路的向右分支路与所述起动电磁阀的公共端口连通，向下分支路与所述压差调节阀的进油口连通；所述压差调节阀的进油口与所述加速调节装置的向下分支路连通，出油口与所述燃油截止阀的进口连通，所述压差调节阀包括阀体和阀芯连杆，进油口设置在阀体的右侧，阀体的左侧设置弹簧并引入所述燃油泵后的供油压力，所述阀芯连杆的右侧顶部伸出阀体与所述转速和高度补偿器的膜片连接，所述阀芯连杆的左侧底部承受所述燃油泵的供油压力和弹簧力，所述阀芯连杆的右侧顶部承受所述加速调节装置的进油压力和所述转速和高度补偿器的膜片的推力，所述阀芯连杆在左右侧压差作用下可左右移动，从而控制所述压差调节阀的进油口的开度；所述转速和高度补偿器包括壳体以及设置在壳体中的膜片，所述膜片的上端右侧设置弹簧并引入压气机后压力，所述膜片的下端右侧设置波纹管，所述波纹管与环境大气连通，所述膜片的上端右侧承受压气机后压力和弹簧力，所述膜片的下端右侧承受波纹管压力(即环境大气压力)，所述膜片的上端左侧与所述压差调节阀的阀芯连杆连接；--所述燃油截止阀的进口与所述压差调节阀的出油口连通，出口与所述主燃油喷嘴连通；--所述起动电磁阀为三通式电磁阀，包括常闭端口、所述常开端口和所述公共端口，所述常开端口与所述加速调节装置中的向右主油路连通，所述常闭端口与所述起动清洁活门的燃油进口连通，所述公共端口与所述加速调节装...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽鹏，高文影，
申请(专利权)人：中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34