燃氣輪機輔機控制系統的設計研究

王 帆 禹永博

沈陽燃氣有限公司

燃氣輪機輔機控制系統的設計研究

王 帆 禹永博

沈陽燃氣有限公司

在燃氣輪機的控制系統設計中，輔機控制系統與主機控制系統是同等重要的，都會對燃氣輪機的使用性能造成很大影響，還會對其使用壽命帶來一定影響。為此我們必須要重視起燃氣輪機的輔機控制系統設計與實現。目前先進的燃氣輪機技術一直被國外保密，沈陽鼓風機集團為了拓展市場或者說為了國家工業國防先進化，也試圖引進消化吸收一部分先進的燃氣輪機技術。而燃氣輪機確實復雜，所以先做好燃氣輪機的輔機設計制造，是引進燃氣輪機的第一步輔機的控制系統設計當然是最主要的工作之一。

燃氣輪機；控制系統；設計要點

燃氣輪機是一種復雜性相對較高的機械設備，在生產的過程中它是一種技術指向型的產品，燃氣輪機在實際的應用中存在著非常大的優勢，其產生的污染量小，操作的過程中不需要高昂的資金投入，同時占地也非常小，所以在當今的生產當中也越來越受到人們的重視。燃氣輪機實際上是多理論科學和多理論工程發展水平的一種集中的反應，它也是當前一種非常先進的技術，燃氣輪機行業在當今的發展中扮演著越來越關鍵的角色，同時，因為燃氣輪機的先進性，其也成為衡量一個國家科技實例的重要因素。

1 燃氣輪機的輔機結構

空氣入口增壓室主要有兩個部分，一個是集氣室，一個是空氣的入口箱，在設計的過程中是將一個表面平整光滑的空氣流傳動到軸向壓縮機的進氣導片當中。空氣進氣增壓室主要有渦輪機底板支撐來保證其正常的運行，同時還要通過一個彈性非常好的墊片將其進入到進氣箱當中。

一般來說，管路系統有其不同的用途，而且因為系統用途的不同，而使得其可以將系統劃分為三類，第一類為燃料氣體系統，第二類為冷卻排放與密封系統，第三類為油路系統。

通風系統主要是有效的避免溫度過高。在防護罩的內部安裝了燃氣渦輪機，這樣做主要是為了可以有效的對渦輪機進行隔離，同時還要讓空氣環流經過發動機產生熱量的部分，在運行的過程中或者是停止運行的過程中可以對相關的零部件進行及時的冷卻，這樣才能更好的保證部件的溫度可以保持在合理的范圍之內。

啟動系統：對于這一系統來說，包含的范圍較廣，除了啟動電機之外還有燃機。在燃機運行之前，主要是依靠啟動系統來帶動燃機進行運行，當達到一定的轉速的同時就依靠自身的透明部分來帶動燃機的運行，最后實現兩種設備的脫離情況。

清洗系統：這一系統包括清洗箱柜，在進行清洗的過程中既可以實現在線清理、也可以實現離線清理。

2 控制系統的設計

由美國 GE 公司生產的 9FA 燃機控制系統具備燃料、排放量控制功能，此外，還具有程序控制的功能，能夠在燃機啟動或者停機期間，對燃料進行相應的控制，避免出現燃料浪費的情況。另外，當發生不當操作時，該機械能夠立即起到保護措施，上述是 9FA 燃氣輪機輔機控制系統所具備的執行功能，這些功能都是依據集成方式來實現，燃氣輪機輔機控制系統：

2.1 潤滑油泵控制

一是自動操作，首先激活渦輪序列，當潤滑油液位并不高時，同時 HP 軸正在以最低的速度進行運行，則此時需要將泵停止。以后，主機械潤滑油完全可以滿足自身的油壓需求。當機組處于正常停機狀態，或者出現了聯鎖條件，同時 HP 軸最低速度不存在時，但是泵卻一直處于運行狀態，待到單位冷卻結束，此時則說明潤滑油泵已經處于啟動狀態。如果沒有發生異常情況，對潤滑油泵排出口的位置進行檢測，會發現壓力檢測值比較低，啟動命令執行之后，上述條件依然處于閉鎖狀態，即便由頭壓力恢復到原來的狀態，也需要操作人員手動才能夠完全的使油泵電機停止運行。

2.2 啟動裝置控制

蒸汽輪機以及棘輪嚙合裝置等都是燃氣輪機比較常見的啟動裝置。在燃氣輪機還未正式啟動之前，負載機主要是由盤車機構來進行盤車，而燃氣輪機也是如此，之后棘輪嚙合裝置會在蒸汽輪機的作用下一直達到點火轉速，當其上升到一定速度時，暖機會結束，當燃氣輪機速度與蒸汽輪機的速度相比，前者高于后者時，棘輪嚙合裝置會完全的脫離，此時因為出現了甩負荷的情況，所以出現了脫扣停車。蒸汽輪機的前軸以及后軸都需要使用潤滑油，同時調速器氣缸也需要使用此物，之后利用電磁閥來使氣缸產生動作，這樣調速器就可以進行暖機或者脫扣等兩個階段的轉速，如果超速脫扣發生動作，飛錘就會對杠桿產生非常強大的沖擊力，此時調閘閥會被迫關閉，從而不能進汽。

2.3 轉速和加速度控制

轉速控制系統的主要功能就是對燃氣輪發電機的各項參數進行有效的控制，尤其是轉速以及負荷，當其已經處于轉速控制狀態時，有關界面會顯示出相對應的模式。轉速以及轉速基準之差，會影響到FSRN輸出值，因此來完成燃料控制閥的大小的控制工作。操作人員進行“有差控制”操作時，需要對全速空載狀態下的 FSR 進行有效的設置，以此來滿足發電機所要求的燃料量。

所謂加速度控制，實際上就是指轉速信號目前呈現出來的數值與上一次取樣數值，兩者之間的比較，而其兩者之間的差值就是度量，也就是加速度控制的對象。當加速度超過基準時，則需要有關人員降低FSRACC，也就是減少FSR輸出，換句話說就是減少燃料。在燃氣輪機啟動的過程中，加速度基準是其轉速函數，當14HS吸合，則表明加速度已經完成，此時基準即為常數，一般情況下，1%轉速/秒，如果機組已經實現了100%TNH，并且在加載的情況下，將發電機的斷路器打開，機組的轉速也就是加速度控制。

綜上所述，燃氣輪機作為一種熱力發動機，屬于一種重型生產設備，在電力、船舶、工業等多個行業領域中發揮著非常重要的作用。近些年，隨著自動化技術水平的不斷提升，燃氣輪機的自動化控制水平也在不斷的提高，本研究就是在現有燃氣輪機控制系統的研究基礎上，對其輔機控制系統的設計和實現進行了研究分析。

[1] 王曉暄，張春有，李愛平. 微型燃氣輪機轉速控制系統的設計[J].控制工程，2005，01：73-76.

[2] 游錦標. 密煉機下輔機控制系統的設計與實現[J]. 橡塑技術與裝備，2004，11：47-49.