控制燃气涡轮发动机的方法技术

一种控制燃气涡轮发动机(10)的方法，该燃气涡轮发动机按轴向流动顺序具有压气机(14)、燃烧装置(16)、压气机‑涡轮(18)和排气装置(30)，以及优选位于涡轮(18)和排气装置(30)之间的动力涡轮(19)，动力涡轮(9)被连接至用于驱动负载(26)的轴(28)。该燃气轮机能够至少在高输出功率范围65R、中高输出功率范围67R、中低输出功率范围70R、70R'和低输出功率范围72R内操作。该方法包括以下步骤：在中高输出功率范围67R期间，从压气机(14)的下游部分(36)向压气机(14)的上游部分(38)泄放气体，从而维持燃烧装置的第一预定温度T1，在中低输出功率范围70R、70R'期间，从压气机(14)的下游部分(36)向压气机(14)的上游部分(38)泄放气体，并且从压气机(14)的下游部分(36)向排气装置(30)泄放气体，从而维持所述燃烧装置的第二预定温度T2。

Method of controlling gas turbine engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制燃气涡轮发动机的方法
本专利技术涉及一种控制燃气轮机的方法和一种燃气涡轮发动机，并且特别地但非排他性地，涉及一种控制燃气轮机的方法，包括在不同需求负载下操作压气机排气以维持更恒定的燃烧温度，以用于减少排放，以及一种具有多个泄放系统的燃气涡轮发动机。
技术介绍
双轴或两轴燃气轮机中可以存在单独的气体发生器单元和驱动负载的自由功率涡轮，对于这种燃气轮机，通过限制穿过燃烧装置的空气流或质量流来控制低功率范围和贫燃燃烧系统的排放，以维持可接受的燃料/空气比并进而维持高燃烧温度。高且稳定的燃烧温度会产生诸如COX、NOX、SOX以及未燃尽的烃的较低排放。以前，使用从压气机输送至燃气轮机的排气装置的泄放对于法定范围的操作负载是足够的，但这带来了在低热效率方面的损失。当燃气轮机在低至全负载功率的较低百分比下操作时，例如在某些情况下低至全负载功率的30％操作时，现代趋势要求燃烧更清洁，并且热效率损失更小，从而降低燃料消耗。
技术实现思路
本专利技术寻求解决降低燃气涡轮发动机排放的问题，尤其是当在操作功率输出的整个范围内运行时的燃气涡轮发动机排放的问题。本专利技术解决的另一个问题是维持燃烧装置的恒定温度，以使排放最小化。另一个要解决的问题是提高燃烧稳定性，并且因此提高燃气涡轮发动机的可操作性。另一个要解决的问题是减小对燃气涡轮的热效率的影响或使影响最小化(特别是在低于高功率输出时)。因此，提供了一种控制燃气涡轮发动机的方法，该燃气涡轮发动机具有成按轴向流动顺序的压气机、燃烧装置、压气机-涡轮和排气装置。燃气涡轮能够至少在高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围内操作。该方法包括以下步骤：在中高输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体，从而维持燃烧装置的第一预定温度，在中低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体，从而维持燃烧装置的第二预定温度。输出功率范围可以是相对于彼此而言的，使得按照功率输出的降序排序，这些范围是：高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围。因此，对于任何一个燃气涡轮发动机，输出功率范围不重叠或者可以是连续的。在低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最大值，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以处于最大值。在高输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最小值或为0，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以处于最小值或为0。在中低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最大值。中高输出功率范围具有最大点和最小点，并且从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以包括：使所泄放气体的量从最大点处的最大量改变为最小点处的最大量。中低输出功率范围具有最大点和最小点，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以包括：使所泄放气体的量从最大点处的最小量改变为最小点处的最大量。第一预定温度和第二预定温度中的每一个可以包括标称温度以及上限和下限，优选地，上限和下限与标称温度的差异分别为+5℃和-5℃。改变所泄放气体的量可以包括在燃烧装置的温度达到下限的情况下增加所泄放气体的量和/或在燃烧装置的温度达到上限的情况下减少所泄放气体的量。第一预定温度和第二预定温度之差可以在5至20℃的范围内，更优选约为10℃。该方法可以包括检测到从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体已经达到最大值，并且开始从压气机的下游部分向排气装置泄放气体。替代地，该方法可以包括检测到从压气机的下游部分向压气机的上游部分的泄放气体已经达到预定点，并且开始从压气机的下游部分向排气装置泄放气体，该预定点为最大值的90％以上，或更优选地最大值的95％以上。高输出功率范围可以在最大输出功率的100％至50％之间，优选地，高输出功率范围可以在最大输出功率的100％至75％之间。中高输出功率范围可以在最大输出功率的85％至40％之间，优选地，中高输出功率范围可以在最大输出功率的75％至50％之间。中低输出功率范围可以在最大输出功率的85％至30％之间，优选地，中低输出功率范围可以在最大输出功率的60％至30％之间，更优选地，中低输出功率范围可以在最大输出功率的50％至35％之间。低输出功率范围可以在最大输出功率的0％和60％之间，优选地，低输出功率范围可以在最大输出功率的0％和40％之间，并且更优选地，低输出功率范围可以在0％和30％之间。在本专利技术的另一方面，提供了一种能够至少在高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围操作的燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括按轴向流动顺序的压气机、燃烧装置、压气机-涡轮和排气装置，温度传感器被安装在燃气涡轮发动机上并且被布置为感测或计算燃烧装置的温度。发动机具有第一压气机泄放系统，第一压气机泄放系统包括第一管道以及管道上的第一阀，第一管道连接压气机的下游部分和上游部分。发动机具有第二压气机泄放系统，第二压气机泄放系统包括第二管道以及管道上的第二阀，第二管道用于连接压气机的下游部分和排气装置。发动机还包括被连接至温度传感器、第一阀和第二阀的发动机控制单元，发动机控制单元被编程为根据燃烧装置的温度控制第一阀和第二阀，使得在中高输出功率范围期间，第一阀被至少部分地打开，使得维持燃烧装置的第一预定温度，并且在中低输出功率范围期间，第二阀被至少部分地打开并且第一阀被完全打开，从而维持燃烧装置的第二预定温度。燃气涡轮发动机还可以包括位于涡轮和排气装置之间的动力涡轮，动力涡轮被连接至用于驱动负载的轴。上游部分是压气机的入口或燃气涡轮发动机的入口，下游部分至少是压气机的出口。第一压气机泄放系统和第二压气机泄放系统具有位于压气机的出口处的共用第一泄放出口或第一泄放出口的共用阵列。第一压气机泄放系统和第二压气机泄放系统具有位于压气机的入口和出口之间的共用第二泄放出口或第一泄放出口的共用阵列。附图说明通过参考下面结合附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述属性及其它特征和优势及其实现方式将变得更加明显，并且将更好地理解本专利技术本身。在附图中：图1是根据本专利技术的燃气涡轮发动机的示意性布局，并且示出压气机到排气装置泄放系统和压气机再循环泄放系统，图2是根据本专利技术的燃气涡轮发动机的压气机的示意性布局和放大图，图3是根据本专利技术的操作燃气轮机的方法的图形表示，该图形表示示出了燃气涡轮发动机的沿x轴的输出功率与沿y轴的燃烧装置温度之间的一般关系，特别地，该图形表示针对的是燃气涡轮发动机的要求负载在高输出功率与低输出功率之间改变时的情况。具体实施方式图1以截面图示出燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压气机14、燃烧装置16和涡轮18，这些部件大体以流动顺序而被布置且大体围绕纵向轴线或旋转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，/n所述燃气涡轮发动机(10)具有按轴向流动顺序的一个压气机(14)、一个燃烧装置(16)、一个压气机-涡轮(18)和一个排气装置(30)，所述燃气涡轮能够至少在以下范围内操作：/n-一个高输出功率范围(65R)，/n-一个中高输出功率范围(67R)，/n-一个中低输出功率范围(70R、70R')以及/n-一个低输出功率范围(72R)，/n所述方法包括以下步骤：/n-在所述中高输出功率范围(67R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第一预定温度(T1)，/n-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第二预定温度(T2)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171030 EP 17199213.41.一种控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，
所述燃气涡轮发动机(10)具有按轴向流动顺序的一个压气机(14)、一个燃烧装置(16)、一个压气机-涡轮(18)和一个排气装置(30)，所述燃气涡轮能够至少在以下范围内操作：
-一个高输出功率范围(65R)，
-一个中高输出功率范围(67R)，
-一个中低输出功率范围(70R、70R')以及
-一个低输出功率范围(72R)，
所述方法包括以下步骤：
-在所述中高输出功率范围(67R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第一预定温度(T1)，
-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第二预定温度(T2)。


2.根据权利要求2所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-在所述低输出功率范围(72R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最大值，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体处于最大值。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-在所述高输出功率范围(65R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最小值或为0，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体处于最小值或为0。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最大值。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-所述中高输出功率范围(67R)具有一个最大点(66)和一个最小点(68)，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述压气机(14)的所述上游部分(38)泄放所述气体包括：使所泄放气体的量从所述最大点(66)处的一个最大量改变为所述最小点(68)处的一个最大量。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-所述中低输出功率范围(70R、70R')具有一个最大点(68、69)和一个最小点(71、71')，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体包括：使所泄放气体的量从所述最大点(68)处的一个最小量改变为所述最小点(71、71')处的一个最大量。


7.根据权利要求5至6中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-所述第一预定温度(T1)和所述第二预定温度(T2)中的每一个包括标称温度以及上限和下限，优选地，所述上限和下限与所述标称温度的差异分别为+5℃和-5℃，并且
-改变所泄放气体的量包括
-在所述燃烧装置的所述温度达到所述下限的情况下增加所泄放气体的量，和/或
-在所述燃烧装置的所述温度达到所述上限的情况下减少所泄放气体的量。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，
-所述第一预定温度(T1)和所述第二预定温度(T2)之差在5至20℃的范围内，并且更优选约为10℃。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布拉特，D·斯基珀，M·史密斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE