燃?xì)廨啓C(jī)防結(jié)冰系統(tǒng)的控制方案優(yōu)化思考

李宗成

摘要：為了解決在一些惡劣的極端天氣當(dāng)中，燃?xì)廨啓C(jī)防結(jié)冰系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，本文首先介紹了燃?xì)廨啓C(jī)的防結(jié)冰系統(tǒng)，以及使用的ACPFM系統(tǒng)的具體工作原理，之后對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)，使其保障燃?xì)廨啓C(jī)可以平穩(wěn)的運(yùn)行下去，不受到燃?xì)廨啓C(jī)的影響。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);防結(jié)冰系統(tǒng);自動(dòng)投入邏輯;燃燒特性

前言：在燃?xì)廨啓C(jī)的使用過程中，由于存在一些極端的天氣情況，使得現(xiàn)階段的燃?xì)廨啓C(jī)的防結(jié)冰系統(tǒng)有著一定程度的缺陷，因此需要針對(duì)防結(jié)冰系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行控制方案的優(yōu)化處理，使其能夠應(yīng)對(duì)極端天氣，提升燃?xì)廨啓C(jī)的質(zhì)量性。

1 、燃?xì)廨啓C(jī)以及ACPFM系統(tǒng)

1.1 ACFM系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行過程中，依靠著旋轉(zhuǎn)葉輪式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其空氣能夠經(jīng)過軸流壓氣機(jī)壓縮成一種高壓的空氣，之后再與燃燒器以及燃料進(jìn)行混合，通過燃燒的方式產(chǎn)生高溫和高壓的燃?xì)猓螽a(chǎn)生的燃?xì)鈺?huì)進(jìn)行透平膨脹作功，進(jìn)而可以有效地推動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使其輸出功率[1]。

天然氣燃料易燃，但是一旦同空氣之間不具備良好的配比，就會(huì)導(dǎo)致在燃燒過程中的不均衡，使其發(fā)生燃燒振動(dòng)。而在燃燒器的燃燒位置，經(jīng)過燃燒而產(chǎn)生的熱量會(huì)以聲光的模式得以釋放，因此一旦這時(shí)外界出現(xiàn)一定程度的變化，就會(huì)導(dǎo)致在發(fā)生的聲光當(dāng)中有著較大的熱量發(fā)出，進(jìn)而導(dǎo)致壓力出現(xiàn)波動(dòng)，在這個(gè)過程中，一旦燃燒波動(dòng)超出了設(shè)定的范圍，就會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)中的部件由于高溫而發(fā)生損傷[2]。同時(shí)火焰筒以及尾筒都在這個(gè)高危地帶，一旦由于持續(xù)高溫的出現(xiàn)，就會(huì)對(duì)這些部件造成嚴(yán)重的損傷，甚至?xí)胁考槠拿撀洌蛊渌槠ㄟ^氣流進(jìn)入到其他部位，造成故障的擴(kuò)大。

因此為了盡可能地降低燃燒所發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象，需要始終讓燃燒器保持最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此三菱公司自主研發(fā)了燃燒振動(dòng)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)上是由燃燒振動(dòng)檢測傳感器以及ACPFM共同組成，該系統(tǒng)可以很好地對(duì)燃燒器的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢測，進(jìn)而在對(duì)檢測出的數(shù)據(jù)自動(dòng)的分析，達(dá)到對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定性的檢測功能，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)防性的調(diào)整，以此提升燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定、安全性。燃?xì)馄髟谑褂眠^程中，主要是通過調(diào)整燃料的流量以及進(jìn)入空氣的流量，來對(duì)燃?xì)馄啓C(jī)當(dāng)中的燃燒狀態(tài)進(jìn)行控制，而擴(kuò)散燃燒以及預(yù)混合燃燒的燃料配比上，主要是利用制版燃料控制信號(hào)進(jìn)行有效控制，讓所有進(jìn)入到燃燒器當(dāng)中的空氣，都需要通過燃燒器旁的路閥來進(jìn)行有效控制[3]。

1.2 ACPFM系統(tǒng)工作原理

在燃?xì)廨啓C(jī)工作的過程中，其內(nèi)部的燃燒室在狹小的空間內(nèi)有著較高的溫度，為此在這個(gè)空間內(nèi)，一點(diǎn)小小的壓力波動(dòng)變化都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重影響到燃燒室的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至對(duì)燃燒室造成一定程度的破壞，為此需要對(duì)壓力波動(dòng)有著嚴(yán)格地把控，同時(shí)還需要提升對(duì)壓力波動(dòng)的測量精度。在燃?xì)廨啓C(jī)中其他數(shù)據(jù)的測量當(dāng)中，進(jìn)行了FFT變化之后還需要將其轉(zhuǎn)變成各種不同頻段的壓力波動(dòng)值，從而實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)視。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要在每一個(gè)燃燒器上進(jìn)行壓力波動(dòng)傳感器的設(shè)置，從而實(shí)時(shí)把控燃燒室內(nèi)的壓力波動(dòng)情況。

AFPFM系統(tǒng)當(dāng)中，還能夠依據(jù)CPFM的波動(dòng)情況對(duì)燃燒室的穩(wěn)定性和安全性造成的影響進(jìn)行分析，其中分別設(shè)置了預(yù)報(bào)警、報(bào)警以及跳閘限值結(jié)構(gòu)，以此保障ACPFM系統(tǒng)可以針對(duì)每一個(gè)燃燒器當(dāng)中的九個(gè)全部頻段所產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并在之后依據(jù)分析出的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行技術(shù)的調(diào)整，以此促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)正常平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

1.3影響到燃燒振動(dòng)的因素

在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒過程中，其具有的重要燃燒成分當(dāng)中，具有的甲烷含量比重多高就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量越低，并且其甲烷的含量變化，也能直接影響到火焰產(chǎn)生的位置，但是可以利用旁路閥的開度來進(jìn)行位置的修正。其中，F(xiàn)3燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以讓甲烷的含量在5%的含量誤差之間。

燃料溫度以及進(jìn)氣溫度的影響方面，由于控制相同的負(fù)荷當(dāng)中，燃燒的溫度并不確定，為此需要依據(jù)進(jìn)氣溫度的實(shí)際變化來對(duì)其進(jìn)行溫度的修正，以此保障燃燒狀態(tài)當(dāng)中的溫度不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的波動(dòng)。下圖1為燃料溫度和進(jìn)氣溫度與燃燒振動(dòng)的關(guān)系。

圖1 燃料溫度（左）和進(jìn)氣溫度（右）與燃燒振動(dòng)的關(guān)系

2、 惡劣條件下防結(jié)冰系統(tǒng)引起的CPFM振動(dòng)原因和優(yōu)化策略

2.1 防結(jié)冰系統(tǒng)

在燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)中，其具備的防結(jié)冰系統(tǒng)是為了應(yīng)對(duì)在一些極端的天氣環(huán)境當(dāng)中，需要通過壓氣機(jī)出口被壓縮的高溫空氣送到壓氣機(jī)的入口處，這樣便可以有效地提升壓氣機(jī)入口的空氣溫度，進(jìn)而讓壓氣機(jī)在入口處的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉能夠順利地進(jìn)行高功率運(yùn)行，避免由于低溫的環(huán)境導(dǎo)致可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的停止工作。在燃?xì)廨啓C(jī)的防結(jié)冰系統(tǒng)安排上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含空氣供給閥、防結(jié)冰空氣平衡閥、防結(jié)冰管路排污閥以及防結(jié)冰空氣溫度調(diào)整閥。

2.2 故障成因

在一些極端天氣當(dāng)中，由于天氣十分寒冷，同時(shí)空氣濕度大，燃?xì)廨啓C(jī)又處于高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中，使其在H1頻段出現(xiàn)了壓力值的波動(dòng)，其中ACPFM系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)的調(diào)整，而是隨著和PLCSO不斷增加，使得向著HH2報(bào)警區(qū)域靠近，過了臨界線之后導(dǎo)致防結(jié)冰系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)投入使用，將防結(jié)冰閥啟動(dòng)，不斷控制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣進(jìn)入量，也就是提升BYCSO的含量增加。但是由于該過程中，燃控比過度變化不正常，導(dǎo)致H1頻段觸發(fā)了報(bào)警系統(tǒng)。

此前由于長時(shí)間在H1頻段當(dāng)中的燃燒器壓力一直處于波動(dòng)較高的狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致ACPFM的調(diào)節(jié)也過大，之后再將防結(jié)冰閥打開之后。進(jìn)而進(jìn)一步減少了進(jìn)空氣流量，從而導(dǎo)致了燃燒器的壓力波動(dòng)區(qū)域報(bào)警。雖然系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行了緊急回調(diào)處理，但是依然無法對(duì)HH2頻段的壓力進(jìn)行波動(dòng)的控制，因此最終發(fā)生了保護(hù)動(dòng)作。

2.3 防結(jié)冰系統(tǒng)控制方面優(yōu)化策略

2.3.1 低頻振動(dòng)

在低頻振動(dòng)的模式下，有著易熄火的危害，但是不會(huì)對(duì)燃燒器造成嚴(yán)重?fù)p傷，但是能夠引發(fā)透平4級(jí)凍液以及平齊通道內(nèi)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)。因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，采用的方法是通過提升火焰位置的燃控比，從而提升PILOT的含量，同時(shí)在開旁路閥出降低內(nèi)筒的空氣量。