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燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V摘要:本文介绍了燃气轮机与其控制系统的开展历程,以与燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理与主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。
关键词:燃气轮机;控制系统SPEEDTRONIC Mark VGas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, acpanied by some exemplifying system.Keywords: Gas Turbine; control system1.燃气轮机控制系统的开展燃气轮机开场成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送与电网调峰。
早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定与手动程控等功能。
其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油与振动超标等保护均由独立的装置来实现。
随着控制技术的飞快开展，燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以与用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。
继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。
这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。
该套系统,也就是后来被定名为SPEEDTRONIC MARK I的控制系统,以电子装置取代了早期的燃料调节器。
MARK I系统采用固态系列元件模拟式控制系统，大约50块印刷电路板，继电器型顺序控制和输出逻辑。
燃气轮机控制系统的设计及性能分析燃气轮机控制系统是指控制燃气轮机运行的一套电气系统，主要由控制器、传感器和执行器等组成。
它的设计和性能直接影响着燃气轮机的可靠性、安全性和经济性。
本文旨在探讨燃气轮机控制系统的设计及性能分析，帮助读者更好地了解和运用这一领域的知识。
一、燃气轮机控制系统的设计1. 控制目标与策略燃气轮机控制的目标主要是控制其转速和负载，在保证燃气轮机安全可靠的情况下，最大限度地提高其效率。
控制策略包括速度控制和负荷控制两种方式，其中速度控制是通过调节燃气轮机的燃气流量来控制转速，负荷控制是通过调节冷却水流量或蒸汽流量来控制负荷。
控制策略的选取应根据具体情况和需要进行综合考虑。
2. 控制器的选型与布置燃气轮机控制器是实现以上控制策略的核心部件，其选型应有以下几个方面的考虑：性能要求、可靠性、扩展性、易用性和经济性。
控制器的布置应考虑控制面板、控制站和控制中心的统一管理，采用现代化的网络化控制手段，提供远程控制和状态监测功能。
3. 传感器的选择与安装燃气轮机控制系统需要大量的传感器来测量各种物理量，如转速、温度、压力、流量等参数，以便进行更准确的控制。
传感器的选择应考虑测量范围、准确度、可靠性、安全性和适应性等因素，而传感器的安装应考虑其位置、数量和要求，保证传感器读取的数据准确无误。
4. 执行器的选用与安装燃气轮机控制系统需要执行器来执行控制器发出的命令，如电动机、风门和水阀等。
执行器的选用应考虑其可靠性、速度、精度和功率等因素，而执行器的安装应考虑其位置、数量和要求，其操作应简单、耐用、安全可靠。
二、燃气轮机控制系统的性能分析1. 燃气轮机的效率分析燃气轮机的效率是指其输出功率与输入热量之间的比值，影响燃气轮机的经济性和环保性。
燃气轮机的效率可以通过计算发电机的电能输出和燃气使用量来确定。
燃气轮机的热效率越高，其使用效益和环保效益就越好。
2. 燃气轮机的灵敏度分析燃气轮机的灵敏度是指控制器对于输入信号的变化所产生的反应速度和精度。
·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。
而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。
燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。
我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。
东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。
文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。
关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。
第一节燃气轮机的主控系统主控系统是指燃气轮机的连续调节系统，单轴燃气轮机控制系统设置了几种自动改变燃气轮机燃料消耗率的主控制系统(见表11—1)和每个系统对应的输出指令——FSR（FUEL STROKE REFERENCE燃料行程基准）．此外还设置了手动控制燃料行程基准。
上述6个FSR量进入最小值选择门，选出6个FSR中的最小值作为输出，以此作为该时刻实际执行用的FSR控制信号。
因而虽然任何时刻6个系统各自都有输出，但只有一个控制系统的输出进入实际燃料控制系统(见图11一1)。
一、启动控制系统启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程序完成这一过程中燃料Gf (在Mark-V系统中通过启动控制系统输出FSRSU)。
燃气轮机启动过程中燃料需要量变化范围相当大。
其最大值受压气机喘振(有时还受透平超温)所限．最小值则受熄火极限或零功率所限。
这个上下限随着燃气轮机转速大小而变，在脱扣转速时这个上下限之间的范围最窄。
沿上限控制燃料量可使启动最快，但燃气轮机温度变化剧烈，会产生较大的热应力，导致材料的热疲劳而缩短使用寿命。
启动控制过程是开环的，根据程序系统来的一组逻辑信号来分段输出预先设置的FSRSU，整个启动控制的过程用图11-2曲线表示。
图11-3则给出了FSRSU的控制算法。
当燃气轮机被启动机带到点火转速(约20％n0 L14HM=1)并满足点火条件L83SUFI=1时，受其控制的伪触点闭合，控制常数FSKSU-F1（典型值为22 .0％FSR）和压气机气流温度系数CQTC(通常为0. 9—1．25)相乘通过NOT MAX最终赋给FSRSU,以建立点火FSR值。
为了点燃火焰并提供燃烧室之间的联焰，在火花塞打火时，点火FSR相对较大。
当下列条件之一满足时，就算作点火成功：①至少两个火焰检测器检测到火焰并超过2s; ②所有4个火焰检测器均检测到火焰。
如果点火成功，控制系统给出L83SUWU=1, L83SU-F1=0。
9FA燃气轮机控制系统分析燃气轮机控制系统是指对燃气轮机进行监测、调节和控制的系统，主要用于实现燃气轮机的稳定运行和优化控制。
本文将对9FA燃气轮机控制系统进行分析，包括其组成结构、工作原理以及优缺点。
9FA燃气轮机控制系统由传感器、执行元件、数据处理单元和人机界面组成。
其中，传感器用于对燃气轮机输出的各种参数进行测量和监测，如转速、温度、压力等；执行元件负责根据数据处理单元的控制命令，控制和调节燃气轮机的各个部件，包括燃烧器、空气系统、燃气系统等；数据处理单元是整个系统的核心，负责采集、处理和分析传感器采集到的数据，并根据设定的控制策略生成控制命令；人机界面用于人机交互，包括显示系统运行状态和参数、设置控制策略等。
9FA燃气轮机控制系统的工作原理主要包括数据采集、数据处理和控制反馈三个过程。
首先，传感器测量和采集燃气轮机各个部件的运行参数，并将数据送至数据处理单元。
数据处理单元对采集到的数据进行处理和分析，根据预先设定的控制策略生成控制命令，并发送给执行元件。
执行元件根据控制命令对燃气轮机的各个部件进行调节和控制，以实现燃气轮机的稳定运行。
同时，执行元件还会将控制结果反馈给数据处理单元，用于系统监测和优化控制。
人机界面可以对系统进行监测和调节，实现对系统的实时监控和远程控制。
9FA燃气轮机控制系统具有以下优点：首先，系统能够实现对燃气轮机运行参数的精确监测和测量，保证了系统的可靠性和安全性；其次，数据处理单元能够根据采集到的数据进行实时分析和处理，并自动调节和优化控制策略，提高了系统的效率和性能；再次，人机界面友好、易操作，可以实现对系统的集中监控和远程控制，方便操作员对系统进行管理和调节。
然而，9FA燃气轮机控制系统也存在一些局限性。
首先，系统的复杂性和高成本使得对系统运行和维护要求较高，需要经过专门的培训和技术支持；其次，系统对环境条件要求较高，温度、湿度等因素可能会对系统的正常运行产生影响；再次，由于燃气轮机的运行参数具有较大的波动性，系统控制策略的确定和优化比较复杂，需要结合实际情况进行调整。
燃气轮机设计与控制燃气轮机是一种高效的发电设备，也被广泛应用于工业生产和军事领域。
本文将从机构组成、运行原理、控制技术和设计优化等方面探讨燃气轮机的相关知识。
一、机构组成一台燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和发电机组成。
其中，压气机和涡轮有多个级别，每个级别都采用特定的转子和定子，细节之处可能存在差异。
压气机负责将空气压缩，燃烧室中喷入燃料点燃后产生高温高压气体，这些气体通过涡轮推动涡轮转动，最终驱动发电机发电。
二、运行原理燃气轮机运行的基本原理是利用燃料燃烧产生高温高压气体来驱动轮转，从而达到产生动力的目的。
具体来说，压缩机将大量空气压缩至高压状态，经过燃烧室燃料燃烧后气体温度急剧升高，气压也相应升高。
高温高压气体进入涡轮，通过涡轮的叶片推动涡轮转动，因此涡轮可以继续推动机械设备发挥功效，例如发电、推动船只等。
三、控制技术燃气轮机控制技术是应用于燃气轮机上的控制系统，主要用于控制燃气轮机的运行稳定性、发电效率等，从而提升机器的整体性能。
燃气轮机的成熟控制技术主要包括以下方面：1.自适应控制：指控制器不断对燃气轮机进行测量和分析，实现自我调整和优化运行的目的。
2.模型预测控制：用于预测燃气轮机未来的运行状况，采取相应措施对不良情况进行过滤，减少运行风险。
3.智能控制：通过人工智能技术使燃气轮机优化运行，收集数据并进行分析，从而实现自我调节和动态控制。
四、设计优化针对燃气轮机的设计优化主要目标是提高机器的性能、效率和稳定性。
在这里，我们主要介绍以下几个方面：1.压气机设计优化：为了提高燃气轮机压缩比和效率，需要对压气机的叶片数量、形状和尺寸进行设计优化。
2.燃烧室设计优化：需要考虑燃料喷嘴、空气进口和出口形状等问题，以提高燃烧效率和稳定性。
3.涡轮设计优化：这包括采用优化形状和数量的涡轮叶片、减小转子和静子之间的间隙等，以降低能量损失和提高效率。
也可以采用更高效的材料和加工技术等改良方式，来提高机器的性能和效率。
燃气轮机控制系统的控制方法浅述
燃气控制系统控制是控制燃气轮机燃烧过程和输出功率。
燃气轮机的燃烧过程涉及到多种变量，其中最主要的包括：燃料比，空气供应量，进气温度，燃料水平，火焰位置，压缩比等。
为了能够控制好这些参数，燃气控制系统需要控制包括燃料调节阀，压缩比调节阀，进气流量控制器，涡轮增压器及方向控制阀在内的多个控制部件。
机械控制系统控制主要是控制燃气轮机机械部件，包括涡轮机械，冷却系统及辅助系统等。
其中涡轮机械包括轴承控制，涡轮叶片控制，涡轮控制件等。
涡轮叶片控制的主要是叶片固定和调节叶片，其中安装叶片一般采用全自动的设备完成，调节叶片则通过定期调整叶片的调节杆完成以改变叶片倾斜角和叶片偏离角来改变涡轮机械性能。
调整时，一般可采用自动操纵阀的控制方式，也可采用步进伺服电机的控制方式来实现调节。
燃气轮机闭环控制系统及启动简介1，燃气轮机闭环控制系统燃汽轮机的闭环控制系统的功能主要包括：启动/升速控制、转速/负荷控制、IGV温度控制及透平排汽温度控制。
图1中虚框部分为燃机闭环控制简图，图中仅列8个关键控制器，实际闭环控制系统中有将近30个控制器。
图1 燃机闭环控制简图从图1可以看出燃机包含两个被控对象：①燃料阀：包括预混阀及值班阀的升程控制，用来调节燃料供给量。
②进口导叶（IGV）：压气机第一级动叶前有一列可以转动的静叶，称为进口导流叶片（inlet guide vane ，简称IGV），用来控制进入压气机第一级动叶前的气流方向。
主要有两方面的作用：1）在燃机启动、停机过程中防止压气机发生喘振；2）当燃机处于部分负荷运行时，IGV开度会随着目标负荷的增减而开大或关小，以保持透平排气温度恒定（一方面保持燃机高效率，另一方面可防止超温以保护透平叶片）。
2，燃气轮机闭环控制系统启动简介1.燃机首先启动图1中的启动/升速控制器，按内部设定速率控制燃料阀开度来提升燃机转速；2.启动/升速控制器输出朝120%（60HZ）逐步增大，而转速控制器的输出是保持燃机控制在50.25HZ，在某个时刻通过小选模块，燃机由启动/升速控制无扰切换至转速控制，转速控制器接管燃机；3.转速控制器保持燃机在50.25Hz，等待同期并网。
同期并网完成之后且实际负荷大于额定负荷的10％时转速目标值切至额定转速50Hz（燃机甩负荷时的目标转速）。
同时，并网后的燃机由转速控制方式切换至负荷控制方式，负荷控制器开始接管燃机；4.负荷控制器作用期间，燃机会按运行人员要求通过控制燃料阀开度来达到目标负荷；5.当燃机负荷升至140MW左右（此时刻透平排汽温度达到额定值，约575℃），燃机进入IGV PART LOAD，IGV温度控制器开始动作。
随着燃机继续加负荷，IGV温度控制器通过增加空气流量来保持透平排汽温度的恒定，此时IGV温度控制器和负荷控制器共同接管燃机；6.继续升负荷，IGV温度控制器始终与负荷控制器同步作用，直到IGV达到全开后，燃机由负荷控制器切换至透平排气温度控制器，通过限制燃料阀门开度来保持透平排汽温度恒定，以防止燃机超温。
