燃气轮机控制系统 gas turbine control system


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ranqilunji kongzhi xitong
燃气轮机控制系统(卷名：机械工程)
gas turbine control system

　　燃气轮机的控制系统包括调节系统、操纵系统和保安系统。控制系统的功能是把机器的工况控制在安全允许的范围内，以满足负荷方面的要求和机器本身经济性和使用寿命方面的要求。各系统的内容和复杂程度随机器的用途和容量大小而异。机械液压式控制系统曾在燃气轮机中占统治地位，但它难于组成高度自动化的复杂系统。后来出现的电子液压式系统功能强，能完成综合运算、逻辑判断等任务，可以组成高度自动化的复杂系统，并能利用计算机和实现遥控，已广泛用于燃气轮机控制系统。
　　调节系统 　它控制正常运行工况，主要满足负荷方面的要求，在有些情况下还能满足经济性方面的要求。这些要求是靠调节器自动改变燃料消耗率Gf(千克／秒)，有时还转动压气机或透平的可调静叶，以控制转速n、燃气初温t3等，使其按预定的调节规律变化来达到的。
　　根据实测转速n与其给定值n之间的差值来改变Gf，以保证符合n=n这一调节规律的转速调节器，在燃气轮机中得到广泛的应用。如果最终Gf的改变量正比于这一差值，便不能达到 n精确地等于n，这种调节称为有差调节。如要只要存在差值就不断改变Gf，则有可能最终消除这个差值，使 n精确地等于n，这种调节称为无差调节。
　　带动同步发电机的燃气轮机的基本调节规律是输出轴转速n=n的有差调节。其稳态转速随功率下降而增高(见汽轮机控制系统)。若使正比于转速的信号加上正比于功率的信号等于某一给定值作为调节规律（称为功频调节），也可得到与转速有差调节同样的稳态结果。单轴燃气轮机-发电机（图1a）使用图2a、b中的调节系统;分轴燃气轮机-发电机（图1b）使用图2c的调节系统。这些调节系统都有如下功能：①单独发电情况下，负荷变化时能保持输出轴转速在给定值附近，并可通过改变给定值来改变转速；②并网发电情况下，负荷变化时能保持电网频率在额定值附近，并自动按各并网机器的调节系统特性来分配负荷变化的份额。当改变某机的给定值时，就能改变该机在电网中分坦负荷的份额，并调整电网频率。



　　单轴燃气轮机-电传动机车(图1c)的调节规律是
　　　　　　　　　　 n＝n(嗞)
　　　　　　　　　　 Gf＝Gf(n，嗞)式中 嗞为操纵手柄的位置。其调节系统如图，无差调节器改变发动机励磁HB（作为一个可调量），有差调节器改变Gf。其功能是：①在列车运行条件如路面坡度、风力等改变时，保持由 嗞给定的燃气轮机工况；②随嗞的变动，使转速n和功率P 按某种给定的关系（可选择使部分负荷效率最佳的关系）变化。
　　操纵系统 　一般包括加速、起动和程序 3个控制系统。
　　① 加速控制系统:控制从较低转速转变到较高转速的加速过程。多数情况下加速是伴随着加载(增加功率)的。加速过程越快、参数偏离稳态工况越大，就可能发生在稳态工况时所没有的问题，如压气机喘振、透平超温等。舰船、车辆等机动性负荷要求尽可能快的加速。由图3(n0表示压气机转速，下角标"0"表示额定值)可知，以一定的裕量沿喘振边界和沿最大燃气初温 (t3)线过渡，加速最快。在这个最快加速线上，工况参数与时间τ之间，以及两个工况参数之间具有某种确定的关系，如Gf与τ、Gf与n0、t3与n0、Gf与p2（压气机出口压力）、t3 与p2等之间的关系。这些关系可用作加速控制规律。



　　② 起动控制系统：起动过程也是一种加速过程(见燃气轮机变工况性能)。其控制规律的形成原则上与加速过程相同。为了避免喘振，起动时常需要转动压气机可调静叶，或让压气机放气，或两者并用。
　　③ 程序控制系统:控制机器(包括辅助设备在内)的全面起停。常用压气机转速或时间作为程序的顺序变量。这种系统包括指令、逻辑等部件。
　　保安系统 　对转速、转子轴向位移、振动和润滑油参数等值进行超限保护，与汽轮机控制系统相似。t3、压气机喘振和燃烧室熄火是燃气轮机特有的保安项目。重要的保安项目如转速、燃气初温等的超限值可分为报警、限制和紧急停机等数档。

备注：数据仅供参考，不作为投资依据。