转子增压燃气轮机换气控制系统

技术领域 本发明涉及一种换气控制系统，特别是转子增压燃气轮机换气控制系统。

背景技术 在申请号为202011068701.0的转子增压型燃气轮机中，虽然转子增压燃气轮机通过在转子壳上所设的换气进口与换气出口，实现了转子燃烧室内的新鲜压缩空气与中温作功燃气的替换，让转子增压型燃气轮机能稳定运转，但在燃气轮机发生功率及转速变化时，可能会出现转子燃烧室内的新鲜压缩空气不能与中温作功燃气进行充分的替换，影响燃气轮机的正常运转。

发明内容 本发明的目的是提供一种转子增压燃气轮机换气控制系统，在转子增压燃气轮机发生功率及转速变化时，不仅能让转子燃烧室内的新鲜压缩空气与中温作功燃气能正常的替换，而且也方便了对转子增压燃气轮机功率的调控。

在本发明的转子增压燃气轮机换气控制系统中，所述的转子增压燃气轮机包括压气机和通过机轴相连接的涡轮，在压气机与涡轮之间的转子壳内设有转子，在转子上的圆周方向及轴向方向密集的排列有形状相同、间隔距离相等的若干排凹坑式的燃烧室，在转子壳上所划分的若干配气角度区内，与燃烧室相对应，依次设有处在同一角度范围内的换气进口与换气出口，在换气进口与换气出口之后设有相应的各燃气出气口，从压气机出气端接出的输气管路在分成带有主喷油器的输气管和旁通管两股管路后，输气管再分别经输气岐管与各换气进口连通，旁通管再分别经各旁通岐管与换气进口之前的预先换气进口连通，换气出口经出气岐管和出气输气管通向涡轮，各燃气出气口也分别经相应的输气管通向涡轮，在旁通管上设有中间冷却器，从输气管路分流出的小股压缩空气进入旁通管，经旁通管上的中间冷却器冷却后再分别经旁通岐管进入各预先换气进口，在换气出口所占的总换气角度范围内，换气出口被设置成了由主要的换气出口和后侧的一或两个低温出气口所构成，从低温出气口接出的副出气管与从换气出口接出的出气岐管汇成一股后再与出气输气管相连通，在副出气管上装有低温传感器，各低温传感器经传感信号线与计算机控制器相连，在出气输气管上设有排气温度传感，该传感器经排气温度信号线也与计算机控制器相连，所设的出气输气管也分成了两股，一股直接通向涡轮，另一股作为泄气管通向涡轮之后的低压力排气道，在泄气管上设有常闭放气阀，该常闭放气阀经连接杆与执行电机控制相连，执行电机经电源线被计算机控制器控制，当转子上的燃烧室转到与换气进口及换气出口相沟通位置进行换气时，因燃烧室会先与预先换气进口和换气出口连通，让从旁通管来的被中间冷却器冷却了的部分无油低温压缩空气先充入燃烧室，在燃烧室转过预先换气进口后又与换气进口相沟通，让从换气进口进入的含油压缩空气充入燃烧室，用前面相隔的无油低温压缩空气把燃烧室内的中温作功燃气从换气出口向外挤出，当燃烧室将要转过换气进口时，大部分含油压缩空气也充入了燃烧室内，而这时最先充进燃烧室的无油低温压缩空气也因燃烧室转到低温出气口位置，让部分无油低温压缩空气从低温出气口向外排出，并让副出气管上所设的低温传感器也感知到了无油低温压缩空气已经沿低温出气口向外流出的低温信号，当燃烧室内的换气速度变慢，让中温作功燃气也从低温出气口向外排出时，低温出气口副出气管上所设的低温传感器便会监测到高温度的中温作功燃气，表明中温作功燃气后面的无油低温压缩空气还未流到低温出气口，这时计算机控制器便会在与从出气输气管排出的中温作功燃气温度相比较基础上，让执行电机带动常闭放气阀相应开启放气，使燃烧室内的换气速度加快，让无油低温压缩空气能流过低温出气口，当无油低温压缩空气在换气过程结束后能正常的部分流过低温出气口向外排出时，低温传感器便会向计算机控制器发出正常的低温信号，让常闭放气阀停在被控制的相应开度或关闭位置。

为能调节进入输气管和旁通管的压缩空气量，从压气机出气端接出的输气管路在分成带有主喷油器的输气管和旁通管两股管路后，在输气管与旁通管两管路叉开的位置设有分流挡板，该分流挡板经摇臂和控制杆被与计算机控制器相连的调节电机控制，当需要让进入输气管的压缩空气更多一些时，分流挡板会被带动向旁通管侧相应偏转，当需要让进入旁通管的压缩空气更多一些时，分流挡板会被带动向输气管侧相应偏转。

为改善在换气进燃烧室内的换气过程，在换气进口之前所设的预先换气进口的前边相对于燃烧室的转动方向其内侧是向后倾斜的，在燃烧室与预先换气进口相沟通时，能让燃烧室的前端外角处先与预先换气进口相沟通。

另外，在换气出口之后所设置的一或两个低温出气口上，与最后的后侧边相连的内侧边的后侧是向外倾斜的。

为配合换气过程，对燃烧室的侧边形状也进行了优化，在与换气出口侧相对应的燃烧室的前侧边上，在前侧边与外侧边之间形成一个斜角边，在燃烧室将要转离后侧的副出气管时，有助于燃烧室内的无油低温压缩空气相汇集后从副出气管排出。

在转子增压燃气轮机的常闭放气阀被执行电机控制的传动机构中，所设的泄气管处在转子增压燃气轮机的两侧，每侧泄气管上所设的常闭放气阀经其上的摇臂和连接杆都与该侧控制轴上的控制臂相连，两侧的控制轴再经端部的从动臂和连杆与中间的执行电机上的驱动臂相连。

在转子增压燃气轮机的常闭放气阀被执行电机控制的第二种传动机构中，所设的泄气管处在转子增压燃气轮机的两侧，每侧泄气管上所设的常闭放气阀上的摇臂都与该侧的控制长杆相连，两侧的控制长杆端部再与被执行电机控制的控制转轴的两侧从动臂相连。

为防止燃烧室中的换气速度过快而让含油压缩空气从换气出口和低温出气口向外排出，在与换气出口和低温出气口相连的出气输气管上装有燃油颗粒传感器，在出气输气管上靠近涡轮侧设有节流阀，当燃烧室中的换气速度过快，有含油压缩空气从换气出口和低温出气口向外排出并流过燃油颗粒传感器时，所设的燃油颗粒传感器便会发出信号，让计算机控制器控制节流阀调小流过出气输气管的气流速度，让燃烧室中的换气速度回到正常状态。

实际中，通过在换气出口后侧的副出气管上设置低温传感器来监测无油低温压缩空气是否流到低温出气口，判断出中温作功燃气是否已被排出燃烧室，从而方便的通过换气控制系统让转子增压燃气轮机作出控制响应，以适应燃气轮机的不同功率及转速变化。

附图说明 下面结合附图对本发明的转子增压燃气轮机换气控制系统进行细的说明。

图1是本发明的转子增压燃气轮机换气控制系统的总体结构图。

图2是转子增压燃气轮机换气控制系统的立体示意图。

图3是转子增压燃气轮机的转子壳上的换气进口与换气出口的形状布置图。

图4是转子增压燃气轮机的常闭放气阀被执行电机控制的传动机构布置图。

图5是转子增压燃气轮机的常闭放气阀被执行电机控制的第二种传动机构布置图。

具体实施方式 本发明的转子增压燃气轮机换气控制系统是在转子增压燃气轮机基础上所增设的控制系统，转子增压燃气轮机如图1所示，包括压气机8和通过机轴10相连接的涡轮9。在压气机8与涡轮9之间的转子壳23内设有转子48，该转子直接设在机轴10上，在转子48上的圆周方向及轴向方向密集的排列有形状相同、间隔距离相等的若干排凹坑式的燃烧室49。在转子壳23上所划分的若干配气角度区内(未画)，与燃烧室49相对应，依次设有处在同一角度范围内的换气进口24与换气出口28，在换气进口与换气出口之后还设有相应的各燃气出气口(未画)。与换气进口和换气出口相连接的管路布置如图2所示，图中描绘了转子48上最后一排的燃烧室49，及与相应的换气进口24和换气出口28相连通的管路立体布置状态。从压气机出气端接出的输气管路11在分成带有主喷油器13的输气管12和旁通管15两股管路后，输气管12再分别经输气岐管14与各换气进口24连通(图2中只示出了最后一排的换气进口24和换气出口28)，旁通管15再分别经各旁通岐管18与换气进口24之前的预先换气进口25连通，而换气出口28则经出气岐管30和出气输气管31通向了涡轮9。在换气进口和换气出口之后未画出的各燃气出气口也是分别经相应的输气管通向涡轮9，让燃烧室49中所形成的作功燃气能从各燃气出气口依次喷出，再经相应的输气管推动涡轮9作功并向外输出动力。

在燃烧室49与换气进口24和换气出口28相连通进行换气后，为了能感知燃烧室49内的换气状态，从输气管路11上分出旁通管15后，在旁通管15上设有中间冷却器16，从输气管路11分流出的小股压缩空气在进入旁通管15，经旁通管上的中间冷却器16冷却后再分别经旁通岐管18进入各预先换气进口25，让进入旁通管的小股压缩空气能被充分冷却。对于换气出口的布置，如图3所示，在换气出口所占的总换气角度范围内，换气出口被设置成了由主要的换气出口28和后侧的一或两个低温出气口40所构成，在图3中，为方便显示各不同气口与管路的连接布局，把换气出口28与出气岐管30，预先换气进口25与旁通岐管18等都采用了向两侧的扭转布置。如图3中所示，在换气出口28之后设置了两个低温出气口40，在小型燃气轮机中，也可设置一个低温出气口40。从低温出气口40接出的副出气管44与从换气出口28接出的出气岐管30汇成一股后再与出气输气管31相连通。在副出气管44上装有低温传感器45，各低温传感器经传感信号线46与计算机控制器54相连(参看图1)。在出气输气管31上设有排气温度传感32，该传感器经排气温度信号线33也与计算机控制器54相连。为能调节出气输气管31的排气流速，所设的出气输气管31也分成了两股，一股直接通向涡轮9，另一股作为泄气管34通向涡轮9之后的低压力排气道55，并且在泄气管34上设有常闭放气阀35，该常闭放气阀经连接杆36与执行电机37控制相连，执行电机经电源线38被计算机控制器54控制。

当转子48上的燃烧室49转到与换气进口及换气出口相沟通位置进行换气时，如图3所示，当转子48按箭头66方向转动时，因燃烧室49会先与预先换气进口25和换气出口28连通，如图3中的燃烧室位置①所示，让从旁通管15来的被中间冷却器16充分冷却了的部分无油低温压缩空气先充入燃烧室49。在燃烧室转过预先换气进口25后又与换气进口24相沟通时(参看图3中的燃烧室位置②)，开始让从换气进口24进入的含油压缩空气61充入燃烧室，因燃烧室中已先经预先换气进口25充入了少量无油的压缩空气，后面进入燃烧室中的含油压缩空气61便用前面相隔的无油低温压缩空气62把燃烧室49内的中温作功燃气63从换气出口28向外挤出，避免了含油压缩空气61在燃烧室被中温作功燃气63提前点燃。当燃烧室将要转过换气进口24时(参看图3中的燃烧室位置③)，大部分含油压缩空气也充入了燃烧室49内，而这时最先充进燃烧室的无油低温压缩空气也因燃烧室转到低温出气口40位置，让部分无油低温压缩空气从低温出气口40向外排出，并让副出气管44上所设的低温传感器45也感知到了无油低温压缩空气已经沿低温出气口40向外流出的低温信号，表明燃烧室内在进行正常的换气。

当燃气轮机因功率及转速变化使燃烧室49内的换气速度变慢，让中温作功燃气也从低温出气口40向外排出时，与低温出气口相连的副出气管44上所设的低温传感器45便会监测到高温度的中温作功燃气，表明中温作功燃气后面的无油低温压缩空气还未流到低温出气口40，这时计算机控制器54便会在与从出气输气管31排出的中温作功燃气温度相比较基础上，让执行电机37带动常闭放气阀35相应开启放气(参看图1)，相应让出气输气管31内的中温作功燃气能快速向涡轮9之后的低压力排气道55泄出，使燃烧室49内的换气速度加快，让无油低温压缩空气能流过低温出气口40。当无油低温压缩空气在换气过程结束后能正常的部分流过低温出气口40向外排出时，低温传感器45便会向计算机控制器54发出正常的低温信号，让常闭放气阀35停在被控制的相应开度或关闭位置，让转子增压燃气轮机实现了对换气过程的监测及调节控制。

为了能更有效的调节燃烧室内的换气过程，从压气机出气端接出的输气管路11在分成带有主喷油器的输气管12和旁通管15两股管路后，在输气管12与旁通管15两管路叉开的位置还设有分流挡板19，该分流挡板经摇臂20和控制杆21被与计算机控制器54相连的调节电机22控制。当需要让进入输气管12的压缩空气更多一些时，分流挡板19会被带动向旁通管15侧相应偏转，当需要让进入旁通管15的压缩空气更多一些时，分流挡板19会被带动向输气管12侧相应偏转。当然，由于换气进口24与预先换气进口25的角度位置已经被固定设置，分流挡板19向两侧的输气管12与旁通管15所调节的流量也不是很大。

在燃烧室先与预先换气进口25相沟通时而进行换气过程时，为让进入燃烧室49的无油低温压缩空气能不冲乱燃烧室内剩余的中温作功燃气，在燃烧室按图3中箭头66方向旋转时，在换气进口24之前所设的预先换气进口25的前边26相对于燃烧室49的转动方向其内侧是向后倾斜的，这样，在燃烧室49与预先换气进口25相沟通时，如图3中燃烧室的位置①所示状态，能让燃烧室的前端外角处先与预先换气进口相沟通，让无油低温压缩空气能从最先沟通的燃烧室49的前端外角处最先充进燃烧室，以较低的气体互相掺混程度把中温作功燃气向换气出口28方向挤出。

在燃烧室中的中温作功燃气被基本挤出燃烧室后，为防止从换气进口24进入燃烧室的含油压缩空气61从换气出口28之后的低温出气口40向外排出，如图3所示，在换气出口28之后所设置的两个低温出气口40上(或设置一个低温出气口)，与最后的后侧边41相连的内侧边42的后侧是向外倾斜的。另外，燃烧室的侧边形状也相应配合，如图3所示在与换气出口28侧相对应的燃烧室49的前侧边50上，在前侧边50与外侧边51之间形成一个斜角边52，这样，在燃烧室49转到如图3中所示的燃烧室位置③处后，在燃烧室将要转离后侧的副出气管44时，有助于让燃烧室内的无油低温压缩空气相汇集后再从副出气管44排出，以减少剩余在燃烧室内的无油低温压缩空气量。

在转子增压燃气轮机中，调节燃烧室换气过程的泄气管数量是与所设的配气角度区数量是相同的，本发明的转子增压燃气轮机因设置了四个配气角度区，而有四条相应的泄气管，为方便控制每条泄气管上的常闭放气阀，可采用如图4所示的常闭放气阀的传动机构布置结构，在这种机构中，转子增压燃气轮机所设的泄气管34处在燃气轮机的两侧，每侧泄气管34上所设的常闭放气阀35经其上的摇臂67和连接杆36都与该侧控制轴72上的控制臂71相连，两侧的控制轴72再经端部的从动臂73和连杆74与中间的执行电机37上的驱动臂75相连，用一个执行电机控制四个常闭放气阀35。

除图4中的常闭放气阀的传动机构布置结构以外，还可采用如图5所示的第二种常闭放气阀的传动机构布置结构，在第二种常闭放气阀的传动机构中，所设的泄气管34处在转子增压燃气轮机的两侧，各泄气管的末端也通向了低压力排气道的壳体76，每侧泄气管34上所设的常闭放气阀35上的摇臂67都与该侧的控制长杆68相连，两侧的控制长杆端部再与被执行电机37控制的控制转轴60的两侧从动臂70相连，从而用一个执行电机控制了四个常闭放气阀35，图5所示的第二种常闭放气阀的传动机构在结构上更相对简单一些。

实际中，当燃烧室中的换气速度过快时，必然会有含油压缩空气从换气出口28和之后的低温出气口40向外排出，为防止发生这种情况，也可以如图2所示，在与换气出口和低温出气口相连的出气输气管31上安装燃油颗粒传感器78，也要在出气输气管31上靠近涡轮9侧再设置节流阀79，这样，当燃烧室49中的换气速度过快，有含油压缩空气从换气出口28和低温出气口40向外排出并流过燃油颗粒传感器78时，所设的燃油颗粒传感器便会发出信号，让计算机控制器54控制节流阀79调小流过出气输气管31的气流速度，让燃烧室中的换气速度回到正常状态，从而避免了含油压缩空气排入出气输气管31。所设的节流阀79不必具有特别大的阀板面积，在把节流阀关闭到最大截流面积状态时，只是相应调小了流过输气管31的气体流量，让燃烧室中的中压换气速度稍慢，使含油压缩空气不流出燃烧室即可，不会阻止大部分作功后的中压燃气流出燃烧室，并经输气管31冲向涡轮9。