一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法，属于燃气轮机燃烧领域，本发明专利技术包括一套机械结构和一套控制算法，当燃烧室入口工况发生变化时，燃烧室出口温度分布偏离设计状态，控制终端根据提前标定的燃烧室进口压力与旋流器偏转角度的对应关系计算出当前工况下旋流器所需的偏转角度，并将其转换为液压系统的调节信号，利用液压原理控制相应伸缩支杆的伸缩，由伸缩支杆的伸缩量控制旋流器的偏转角度。旋流器偏转角度的改变会改变火焰筒主燃区的流场结构与燃烧特性，从而调节燃烧室的出口温度分布，改善涡轮的工作环境，减轻涡轮导向器叶片的开裂和烧蚀现象，提高涡轮的使用寿命和燃气轮机的工作可靠性。的使用寿命和燃气轮机的工作可靠性。的使用寿命和燃气轮机的工作可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法


[0001]本专利技术属于燃气轮机燃烧领域，涉及一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法。

技术介绍

[0002]随着燃气轮机向着高温升、高压比方向发展，燃烧室出口温度不断提高，而受材料耐热性和抗疲劳强度的限制，燃气轮机在实际使用中常出现涡轮导向器叶片的开裂和烧蚀。上述现象主要是燃烧室出口温度分布品质较差、出现局部热点和高温热斑导致的，因此燃烧室出口温度分布直接关系到涡轮的工作环境，其设计和调试是燃烧室设计的难点之一。
[0003]影响燃烧室出口温度分布的因素包括：火焰筒流量分配的设计、喷嘴雾化特性、掺混孔设计、旋流器设计等。其中旋流器直接影响燃烧室头部流场结构和燃烧特性，是影响燃烧室出口温度分布的重要结构之一，其迎风面与来流的相对角度对燃烧室出口温度分布有很大影响，而现有的燃气轮机燃烧室中，旋流器均固定在火焰筒上，其迎风面垂直于来流方向，当燃气轮机运行工况发生较大变化时，燃烧室出口温度分布品质较差，导致在涡轮某一个半径上反复持续出现较高温度，最终导致涡轮导向器叶片被烧蚀，对涡轮寿命和燃气轮机工作可靠性等产生较大影响。

技术实现思路

[0004]针对上述的燃烧室进口工况变化带来的燃烧室出口温度分布品质下降所导致的涡轮导向器叶片的开裂和烧蚀现象，本专利技术提出了一种燃烧室出口温度分布智能燃烧控制系统与工作方法，通过改变旋流器迎风面与来流之间的相对角度来智能调节燃烧室的出口温度分布，从而改善涡轮的工作环境，降低涡轮冷却的设计难度，提高涡轮的使用寿命和燃气轮机的工作可靠性。
[0005]本专利技术是这样实现的：一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法 ，包括扩压器和燃烧室机匣，所述的燃烧室机匣内部设有火焰筒；沿来流方向，所述的火焰筒前端依次设有帽罩和旋流器；所述的旋流器与火焰筒非一个整体，通过在旋流器两侧分别设置与其焊接为一体的第一偏转导向片和第二偏转导向片实现旋流器与火焰筒间接连接。
[0006]所述的第一偏转导向片和第二偏转导向片的顶端带弧度；所述的火焰筒上设置第一凸台和第二凸台，第一凸台和第二凸台内开槽，槽的底部均带弧形轨道，第一凸台和第二凸台的弧形轨道与第一偏转导向片和第二偏转导向片顶端弧度相匹配，第一偏转导向片和第二偏转导向片能够在第一凸台和第二凸台的槽内沿弧形轨道运动、偏转。
[0007]在火焰筒前端、沿火焰筒轴线方向分别设置第一伸缩支杆组，即第一伸缩支杆和第二伸缩支杆，和第二伸缩支杆组，即第三伸缩支杆和第四伸缩支杆；利用第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组以相反方向伸缩分别带动第一偏转导向片和第二偏转导向片沿第一凸
台和第二凸台内槽的弧形轨道运动，从而控制旋流器的偏转，第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组的伸缩量决定旋流器的偏转角度。旋流器的偏转能改变火焰筒主燃区的流场结构和燃烧特性，智能调节燃烧室的出口温度分布，改善涡轮的工作环境，减轻涡轮导向器叶片的开裂和烧蚀，提高涡轮的使用寿命和燃气轮机的工作可靠性。
[0008]本专利技术的一种出口温度分布智能燃烧控制系统的工作方法具体为：首先，标记燃烧室在不同工况，即不同进口压力、不同进口温度下所需的出口温度分布，获得旋流器在所有工况下所对应的偏转角度，在控制终端建立一套燃烧室进口压力与旋流器偏转角度的控制算法；当工况变化时，燃烧室出口温度分布偏离设计状态，控制终端根据提前标定的燃烧室进口压力与旋流器偏转角度的对应关系计算出当前工况下旋流器所需偏转的角度，并将其转换为液压系统的调节信号传递给相应的机械装置，利用液压系统分别控制第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组以相反方向伸缩，从而控制旋流器偏转，改变火焰筒主燃区的流场结构和燃烧特性，使燃烧室出口温度分布保持在设计状态，从而通过控制旋流器的偏转来达到智能控制燃烧室出口温度分布的目的。
[0009]进一步，所述的第一伸缩支杆组与第一液压总路相连，第二伸缩支杆组与第二液压总路相连，利用液压原理控制伸缩支杆的伸缩。
[0010]进一步，所述的旋流器分别通过第一偏转导向片和第二偏转导向片与第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组形成铰连接；具体地，在第一偏转导向片上开孔，第一偏转支杆穿过该孔与第一偏转导向片连接；在第二偏转导向片上开孔，第二偏转支杆穿过该孔与第二偏转导向片连接；再将第一伸缩支杆组与第一偏转支杆连接，第二伸缩支杆组与第二偏转支杆连接，从而形成旋流器与第一、第二伸缩支杆组间的铰连接。
[0011]进一步，通过第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组的伸缩分别推动第一偏转支杆和第二偏转支杆沿火焰筒轴向方向平动，进而分别带动第一偏转导向片和第二偏转导向片沿火焰筒上增设的凸台内槽的弧形轨道运动。通过第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组以相反方向伸缩分别推动第一偏转支杆和第二偏转支杆以相反方向沿火焰筒轴向方向进行平动，进而分别带动第一偏转导向片和第二偏转导向片以相反方向沿火焰筒上增设的凸台内槽的弧形轨道运动，最终实现旋流器沿火焰筒轴向方向的偏转，两支杆组的伸缩量决定旋流器的偏转角度。
[0012]进一步，所述的第一凸台和第二凸台内部还各留有一个空腔，为第一偏转支杆和第二偏转支杆在凸台内沿火焰筒轴向方向的平动提供空间。
[0013]进一步，旋流器偏转时，与其相连的第一偏转支杆和第二偏转支杆间的相对距离增加，因此将第一偏转导向片和第二偏转导向片设计为可伸缩结构，保证第一偏转支杆和第二偏转支杆只沿火焰筒轴向方向进行平动。
[0014]本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：本专利技术的出口温度分布智能燃烧控制系统与方法通过调节旋流器迎风面与来流之间的相对角度来改变火焰筒主燃区的流场结构和燃烧特性，智能调节燃烧室的出口温度分布，实现燃烧室出口温度分布的可控性，从而在变工况条件下改善涡轮的工作环境，减轻涡轮导向器叶片的开裂和烧蚀，降低涡轮冷却的设计难度，提高涡轮寿命和燃气轮机的工作可靠性。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的出口温度分布智能燃烧控制系统未启用时的状态示意图；图2是本专利技术的出口温度分布智能燃烧控制系统启用时的状态示意图；图3是液压系统、伸缩支杆与旋流器的连接示意图；图4是偏转导向片在旋流器偏转时的伸缩示意图；图5是本专利技术的出口温度分布智能燃烧控制系统的控制系统示意图；其中，1
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扩压器，2
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帽罩，3
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第一液压总路，4
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第一伸缩支杆，5
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第二伸缩支杆，6
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第一凸台，7
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第一偏转导向片，8
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燃烧室机匣，9
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火焰筒，10
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第二偏转导向片，11
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第二凸台，12
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第三伸缩支杆，13
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第四伸缩支杆，15
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旋流器，16
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第一偏转支杆，17
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第二偏转支杆。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种出口温度分布智能燃烧控制系统及工作方法 ，其特征在于，所述的系统包括扩压器（1）和燃烧室机匣（8），所述的燃烧室机匣（8）内部设有火焰筒（9）；沿来流方向，所述的火焰筒（9）前端依次设有帽罩（2）和旋流器（15）；所述的旋流器（15）与火焰筒（9）非一个整体，通过在旋流器（15）两侧分别设置与其焊接为一体的第一偏转导向片（7）和第二偏转导向片（10）实现旋流器（15）与火焰筒（9）间接连接；所述的第一偏转导向片（7）和第二偏转导向片（10）的顶端带弧度；所述的火焰筒（9）上设置第一凸台（6）和第二凸台（11），第一凸台（6）和第二凸台（11）内开槽，槽的底部均带弧形轨道，第一凸台（6）和第二凸台（11）的弧形轨道与第一偏转导向片（7）和第二偏转导向片（10）顶端弧度相匹配，第一偏转导向片（7）和第二偏转导向片（10）能够在第一凸台（6）和第二凸台（11）的槽内沿弧形轨道运动、偏转；在火焰筒（9）前端、沿火焰筒（9）轴线方向分别设置第一伸缩支杆组，即第一伸缩支杆（4）和第二伸缩支杆（5）；第二伸缩支杆组，即第三伸缩支杆（12）和第四伸缩支杆（13）；通过第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组以相反方向伸缩分别带动第一偏转导向片（7）和第二偏转导向片（10）沿第一凸台（6）和第二凸台（11）内槽的弧形轨道运动，从而控制旋流器（15）的偏转，第一伸缩支杆组和第二伸缩支杆组的伸缩量决定旋流器（15）的偏转角度；所述的控制系统的工作方法为：标记燃烧室在不同工况，即不同进口压力、不同进口温度下所需的出口温度分布，获得旋流器（15）在所有工况下所对应的偏转角度，在控制终端建立一套燃烧室进口压力与旋流器（15）偏转角度的控制算法；当工况变化时，燃烧室出口温度分布偏离设计状态，控制终端根据提前标定的燃烧室进口压力与旋流器（15）偏转角度的对应关系计算出当前工况下旋流器（15）所需偏转的角度，并将其转换为液压系统的调节信号传递给相应的机械装置，利用液压系统分别控制第一伸缩支杆组和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈娅馨，王一搏，刘云鹏，颜应文，李伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：