一種燃氣輪機液壓起動方式

王 京

中國航發燃氣輪機有限公司 遼寧 沈陽 110000

1 引言

燃氣輪機的結構和循環過程,決定了它不能像汽車發動機那樣自主的點火起動。因為壓氣機沒有旋轉,流入的空氣沒有壓力,就不能使燃氣向后流動,也就無法使渦輪轉動起來,直接點火會燒毀燃燒室和渦輪導向葉片,所以無法在靜止的發動機中直接噴油或噴氣點火。

根據這個起動特點,就必須在點火燃燒前先由其他能源來帶動發動機旋轉。在以前的小功率燃氣輪機上,帶動發動機到達一定轉速所需的功率小,就采用了電起動或燃氣渦輪起動機來帶動發動機旋轉。但是隨著偏大功率燃氣輪機的出現,電動機已無法提供如此大的能量帶動發動機達到點火轉速,因此需要更大的能源來帶動發動機。這時,采用液壓起動的方式,用壓力油驅動發動機轉動代替電起動成為了現在很多偏大功率燃氣輪機的起動方式。

本文列舉了一種航改輕型燃氣輪機液壓起動方式并對其特點進行了分析。

2 構成和控制原理

典型的液壓起動系統主要包括電比例變量柱塞泵組、高壓自動變量馬達、調壓溢流閥、回油過濾器、壓力變送器及連接管路等。電機驅動電比例變量柱塞泵從油箱內吸油,打出壓力油,流經單向閥進入液壓管路上的溢流閥、壓力變送器,驅動液壓馬達轉動,通過齒輪帶動燃氣輪機轉速提升,以完成起動過程。溢流閥起到限定系統壓力和保護系統的作用,壓力變送器用于動態監測系統供油壓力,并將信號輸出到控制系統。液壓馬達出口的回油通過回油過濾器,回流到油箱形成一個回路。

電控比例變量泵控制原理 高壓自動變量馬達控制原理

以某型航改輕型燃氣輪機的液壓起動過程為例,起動過程一般分為兩個階段,即點火前和點火后,如下圖所示:

某型航改輕型燃氣輪機起動過程

點火前:

電機起動后,帶動液壓泵轉動,泵排量從最小值向設定的目標排量增長。當液壓泵的排量達到目標開度值時,馬達轉速也到達此狀態下的最大值,保持泵排量不變,馬達轉速也不變,即燃氣輪機轉速不變,達到清吹狀態,如上圖左側所示。即馬達轉速從0～1500 r/min之間時,液壓馬達保持恒扭矩輸出;

點火后:

燃氣輪機降速點火成功后,轉子將由液壓馬達和自身燃燒后的高溫高壓燃氣共同驅動,因此馬達轉速達到1500 r/min時,液壓泵排量達到設定的目標開度(即排量最大值),無法在保證馬達轉速上升的同時保持恒扭矩輸出。此外,點火后燃氣輪機自身做功增加也不再需要那么大的扭矩進行驅動,故液壓馬達在轉速1500～3260r/min之間,液壓泵保持目標開度不變,采用恒功率輸出方式,輸出扭矩減小;

當系統壓力降到馬達預先設定的壓力21MPa時,馬達開始自動調節,通過減小馬達排量來保持輸出壓力不變,當馬達轉速達到3260r/min時,馬達以最小排量工作,如上圖右側所示;此時,燃氣輪機完全由高溫高壓燃氣驅動,液壓馬達脫開,完成起動過程。

結合下圖中的某型航改輕型燃氣輪機實際起動曲線,當液壓泵排量第一次保持目標開度不變時,燃氣輪機保持清吹轉速,之后進行降速點火。當液壓泵排量第二次保持目標開度不變時,燃氣輪機轉速持續上升,液壓系統供油壓力由峰值開始下降到21MPa,說明此時壓力達到馬達設定值開始高壓自動變量調節,與理論情況完全符合;

某航改輕型燃氣輪機實際起動曲線

3 總結

燃氣輪機液壓起動方式是一種結構簡單、故障率低、節約成本、成功率高的起動方式。此外,本文介紹的電控比例變量泵與高壓自動變量馬達相組合的起動方式,在兼顧以上優點的同時,馬達起調壓力的設定和泵最大目標排量的設定比較簡單,大大降低了現場調試的難度。馬達的調節過程為自動進行,無需電動控制,也解決了燃氣輪機燃用天然氣時的防爆問題,因此在工業燃氣輪機領域得到了越來越多的應用。