[发明专利]用于控制通向三通止回阀的液体燃料流的方法及涡轮发电控制系统

说明书

本发明提供一种利用具有前馈燃料流控制的反转三通阀模型的方法，用于控制涡轮发电系统中的液体燃料流，以在向涡轮燃烧器喷嘴输送液体燃料的三通止回阀的被动模式与主动模式操作之间的燃料模式转换期间实现无扰动驱动瓦特(dwatt)功率输出。该方法利用用于三通止回阀的基于对于三通止回阀的阀位置替代的反转流体流动模型，以推导可能出现在三通止回阀的模式转换期间的燃料尖峰/dwatt振荡的计算的评估，并且产生用于调节涡轮燃料供给循环系统内的燃料路径旁通阀的前馈控制，所述燃料路径旁通阀在阀操作在被动模式与主动模式操作之间的转换期间向三通阀提供液体燃料。

技术领域

本发明大致涉及用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统。

背景技术

燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩空气通过压缩机输送至燃料在其中与空气混合并且燃烧的燃烧器。热燃烧气体使涡轮转动，涡轮驱动压缩机并且由燃气涡轮发动机产生功。燃烧器由一般在压缩机与涡轮之间环形阵列布置的燃烧室形成。通向燃烧器的燃料流过管道和阀，阀计量至燃烧室的燃料。阀用于控制燃料流量并且确保燃料相等地流向每个燃烧室。

工业燃气轮机通常能够可替代地基于液体燃料和例如为天然气的气体燃料运行。这些燃气涡轮机具有用于液体和气体燃料两者的燃料供给系统。燃气涡轮机一般不同时燃烧气体和液体燃料两者。相反地，当燃气涡轮机燃烧液体燃料，关闭气体燃料供给。相反地，当燃气涡轮机燃烧气体燃料，关闭液体燃料供给。当燃料供给从液体燃料切换至气体燃料时，在燃气涡轮机的操作期间发生燃料传送，反之亦然。

燃烧液体和气体燃料的燃气涡轮机需要液体燃料吹扫系统以清洁液体燃料的燃烧器中的燃料喷嘴。当燃气涡轮机基于气体燃料操作时，一般断开液体燃料供给系统。当断开液体燃料系统时，吹扫系统操作以从燃烧器的喷嘴吹净任何剩余液体燃料并且向喷嘴提供连续的冷却气流。

图1是具有液体和气体燃料系统的示例性燃气涡轮机的简化示意图。图1示意性地示出具有液体燃料系统102和液体燃料吹扫系统104的燃气涡轮机发电系统100。燃气涡轮机还能够基于比如为天然气的气体运行，并且包括气体燃料系统106。燃气涡轮机的其他主要部件包括主压缩机108、燃烧器110、涡轮112和系统控制器114。燃气涡轮机112的功率输出是旋转涡轮轴116，旋转涡轮轴116可以联接至产生电力的发电机130。

在所示出的示例性工业燃气涡轮机中，燃烧器可以是环形阵列的燃烧器，即，其中每一个均具有液体燃料喷嘴120和气体燃料喷嘴122的燃烧室118。燃烧器可能可替代地为环形腔室。在喷嘴的稍微下游的点处在燃烧室内触发燃烧。来自压缩机108的空气围绕以及穿过燃烧室118流动以提供用于燃烧的氧气。此外，喷水喷嘴124布置在燃烧器110内以向热燃烧气体增加过量质量流以及冷却燃烧室118。用于液体燃料系统吹扫的空气可以由压缩机108提供，通过吹扫空气压缩机(未示出)升压并且由系统的其他元件(未示出)控制。当燃气涡轮机发电系统100基于天然气(或其他气体燃料)操作时，液体燃料吹扫系统104通过液体燃料102系统的液体燃料喷嘴120将压缩空气吹入燃烧室118内，以吹扫液体燃料并且向液体燃料喷嘴120提供连续的冷却空气流。

图2是具有现有液体燃料系统的燃气涡轮发动机的简图。液体燃料从液体燃料源205提供至液体燃料系统200。液体燃料系统200包括穿过低压过滤器210、燃料泵215、旁通控制阀220和截止阀225通向分流器230的流动路径。卸压阀235、旁通控制阀220和截止阀225用来使液体燃料再循环至低压过滤器210的上游侧并且调节流向分流器230的流量和通向三通止回阀(three-way check valve)245的燃料供给。分流器230将液体燃料流分成导向一个或多个三通止回阀245的多个液体燃料流动路径，三通止回阀245向涡轮的单独的燃烧室270供给燃料。