一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置及方法，用以解决现有燃气轮机或航空发动机工作过程贫油预混引起燃烧不稳定现象，从而导致燃烧污染排放高的问题，其中基于预混当量比燃油控制模式是通过贫油预混和控制燃油与空气当量比大小，实现燃油充分燃烧和降低燃烧火焰温度，从而达到降低NOx排放量；基于声压相位延迟的燃油控制模式是根据测量声音压力振动情况，通过相位延迟算法，控制燃油加注时刻来抑制燃烧的热声不稳定现象；基于LMS的燃油控制模式，是通过测定燃烧低周热释放循环区域温度，并通过LMS算法，控制燃油注入量来消除低周热释放循环区热振荡问题，从而降低燃烧的不稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃气轮机主动燃烧控制领域，主要涉及一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置及方法，用于解决现有燃气轮机或航空发动机工作过程中由于贫油预混当量比不合理，燃油混合不均引发的燃烧不稳定现象，以及污染排放偏高问题。
技术介绍
现有燃气轮机或航空发动机由于燃气轮机或航空发动机工作过程中由于贫油预混当量比不合理，燃油混合不均引起燃烧不稳定现象，燃烧不稳定导致燃烧污染排放物高问题，从而引起环境污染等现象，且目前的燃气轮机控制装置不能有效抑制燃烧热声不稳定和排放高等问题。本专利技术就在此背景下提出的。
技术实现思路
针对现有燃气轮机或航空发动机工作过程中由于贫油预混当量比不合理、燃油混合不均引起燃烧不稳定、污染排放偏高、不能有效抑制燃烧热声不稳定等问题，进而提出了一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置及方法，在燃烧筒的不同回路设置不同的控制模式，包括基于预混当量比的燃油控制模式、基于声压相位延迟的燃油控制模式和基于LMS的燃油控制模式。其中，其中基于预混当量比的燃油控制模式是通过贫油预混和控制燃油与空气当量比大小，实现燃油充分燃烧和降低燃烧火焰温度，从而达到降低NOx排放量；基于声压相位延迟的燃油控制模式是根据测量声音压力振动情况，通过声压相位延迟，控制燃油加注时刻来抑制燃烧的热声不稳定现象；基于LMS的燃油控制模式是通过测定燃烧筒燃烧低周热释放循环区域温度，并通过LMS算法，控制燃油注入量来消除低周热释放循环区热振荡问题，从而降低燃烧的不稳定性。该三回路控制方式在逻辑上有先后关系，首先调节基于预混当量比的燃油控制模式；燃油量稳定后，调节基于声压相位延迟的燃油控制模式；在声压脉动消除后，调节基于LMS的燃油控制模式，消除低周热释放循环区热振荡。本专利技术的低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置及方法尤其适用于地面燃气轮机和航空发动机，可广泛应用于抑制地面燃气轮机或航空发动机燃烧不稳定控制中。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置，用于对燃气轮机燃油进行主动燃烧控制，包括基于预混当量比燃油控制单元、基于声压相位延迟的燃油控制单元和基于LMS的燃油控制单元，其特征在于：--所述基于预混当量比燃油控制单元，包括基于燃油流量信号运算放大器、基于预混当量比算法燃气轮机控制器、基于燃油流量信号放大器、基于燃油流量信号滤波器、基于空气流量信号放大器、基于空气流量信号滤波器、燃油质量流量计、预混燃油计量阀、空气质量流量计，其中，所述空气质量流量计设置于燃烧室喷嘴的供气管道中，并与所述基于空气流量信号滤波器的输入端连接，用于测量空气质量流量；所述基于空气流量信号滤波器通过基于空气流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于空气流量信号滤波器连用于滤去所述空气质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于空气流量信号放大器用于放大所述空气质量流量计输出信号；所述燃油质量流量计设置于燃烧室喷嘴的供油管道中，并与所述基于燃油流量信号滤波器的输入端连接，用于测定燃油质量流量；所述基于燃油流量信号滤波器通过基于燃油流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于燃油流量信号滤波器用于滤去所述燃油质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于燃油流量信号放大器用于放大所述燃油质量流量计输出信号；所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输出端与基于燃油流量信号运算放大器连接，用于运用预混当量比算法输出燃油量控制信号；所述基于燃油流量信号运算放大器的输出端与设置在所述燃烧室喷嘴的预混燃油计量阀连接，所述基于燃油流量信号运算放大器用于放大所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器对所述预混燃油计量阀控制信号，所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器通过控制预混燃油计量阀的位移和开度来控制供应至燃烧筒喷嘴的燃油量；--所述基于相位延迟算法燃油控制单元，包括依次连接的基于声压相位信号运算放大器、基于相位延迟算法燃气轮机控制器、基于声压相位信号放大器和基于声压相位信号滤波器，所述基于声压相位信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒前端的声压相位传感器连接，所述基于声压相位信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒前端的二回路燃油加注计量阀连接，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器通过改变所述二回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制燃油的加注时刻，所述声压相位传感器用于测量燃烧筒前端的声压相位，所述声压相位信号滤波器用于滤去其他频带的波段，所述基于声压相位信号放大器用于放大所述声压相位信号滤波器输出信号，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器用于运用相位延迟算法输出加注燃油量控制信号，所述运算放大器用于放大所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器对所述二回路燃油加注计量阀的控制信号；--所述基于LMS算法燃油控制单元，包括依次连接的基于温度信号运算放大器、基于LMS算法燃气轮机控制器、基于温度信号放大器、基于温度信号滤波器，其中，所述基于温度信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒后端的温度传感器连接，所述基于温度信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒后端的三回路燃油加注计量阀连接，所述LMS算法燃气轮机控制器通过控制三回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制注入燃烧筒后端的燃油量，所述温度传感器用于测定燃烧筒后端的低周热释放区温度，所述基于温度信号滤波器用于滤去其他频带的波段，所述基于温度信号放大器用于放大所述温度传感器输出信号，所述基于LMS算法燃气轮机控制器用于运用LMS算法输出燃油注入量控制信号，所述基于温度信号运算放大器用于放大所述基于LMS算法燃气轮机控制器对所述三回路燃油加注计量阀控制信号。优选地，所述温度信号运算放大器、运声压相位信号运算放大器、基于燃油流量信号运算放大器均与一供电系统连接，所述供电系统用于为各部件供电。优选地，所述燃气轮机燃油适用于不同热值的燃油，包括重油和航空煤油等。优选地，所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器通过变送器调节实际燃油量。优选地，本专利技术的低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置，包括基于当量比的燃油控制模式、基于声压相位延迟的燃油控制模式和基于LMS的燃油控制模式等三种控制模式，对于位于燃烧室喷嘴的供油回路采用基于当量比的燃油控制模式，对于位于燃烧筒前端的燃油回路采用基于声压相位延迟的燃油控制模式，对于位于燃烧筒后端的燃油回路采用基于LMS的燃油控制模式。进一步地，所述基于当量比的燃油控制模式为：首先，根据所述空气质量流量计测定空气质量流量，推算出燃油与空气混合当量比等于1时所需的目标燃油供应量；其次，根据所述燃油质量流量计测定实际燃油供应量，与所述目标燃油供应量进行对比，当所述实际燃油供应量与目标燃油供应量的差值在某一阈值范围内，燃油供应量保持不变，当所述实际燃油供应量小于目标燃油供应量时，则增大燃油供应量，当所述实际燃油供应量大于目标燃油供应量时，则减小燃油供应量。进一步地，实际燃油与空气混合当量比为调整实际燃油供应量，使燃料与空气混合当量比等于1。其中，mfuel表示燃油的实际质量流量；mair表示空气的实际质量流量；f表示燃油空气理论完全燃烧的质量流量比。进一步地，所述燃气轮机燃料为航空煤油，实际燃油与空气混合当量比为调整实际航空煤油供应量，使航空煤油与空气混合当量比等于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置，用于对燃气轮机燃油进行主动燃烧控制，包括基于预混当量比的燃油控制单元、基于相位延迟的燃油控制单元和基于LMS的燃油控制单元，其特征在于，‑‑所述基于预混当量比的燃油控制单元，包括基于燃油流量信号运算放大器、基于预混当量比算法燃气轮机控制器、基于燃油流量信号放大器、基于燃油流量信号滤波器、基于空气流量信号放大器、基于空气流量信号滤波器、燃油质量流量计、预混燃油计量阀、空气质量流量计，其中，所述空气质量流量计设置于燃烧室喷嘴的的供气管道中，并与所述基于空气流量信号滤波器的输入端连接，用于测量空气质量流量；所述基于空气流量信号滤波器通过基于空气流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于空气流量信号滤波器连用于滤去所述空气质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于空气流量信号放大器用于放大所述空气质量流量计输出信号；所述燃油质量流量计设置于燃烧室喷嘴的供油管道中，并与所述基于燃油流量信号滤波器的输入端连接，用于测定燃油质量流量；所述基于燃油流量信号滤波器通过基于燃油流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于燃油流量信号滤波器用于滤去所述燃油质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于燃油流量信号放大器用于放大所述燃油质量流量计输出信号；所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输出端与基于燃油流量信号运算放大器连接，用于运用预混当量比算法输出燃油量控制信号；所述基于燃油流量信号运算放大器的输出端与设置在所述燃烧室喷嘴的预混燃油计量阀连接，所述基于燃油流量信号运算放大器用于放大所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器对所述预混燃油计量阀控制信号，所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器通过控制预混燃油计量阀的位移和开度来控制供应至燃烧筒喷嘴的燃油量；‑‑所述基于相位延迟的燃油控制单元，包括依次连接的基于声压相位信号运算放大器、基于相位延迟算法燃气轮机控制器、基于声压相位信号放大器和基于声压相位信号滤波器，所述基于声压相位信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒前端的声压相位传感器连接，所述基于声压相位信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒前端的二回路燃油加注计量阀连接，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器通过改变所述二回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制燃油的加注时刻，所述声压相位传感器用于测量燃烧筒前端的声压相位，所述声压相位信号滤波器用于滤去其他频带的波段，所述基于声压相位信号放大器用于放大所述声压相位信号滤波器输出信号，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器用于运用相位延迟算法输出加注燃油量控制信号，所述运算放大器用于放大所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器对所述二回路燃油加注计量阀的控制信号；‑‑所述基于LMS的燃油控制单元，包括依次连接的基于温度信号运算放大器、基于LMS算法燃气轮机控制器、基于温度信号放大器、基于温度信号滤波器，其中，所述基于温度信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒后端的温度传感器连接，所述基于温度信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒后端的三回路燃油加注计量阀连接，所述LMS算法燃气轮机控制器通过控制三回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制注入燃烧筒后端的燃油量，所述温度传感器用于测定燃烧筒后端的低周热释放区温度，所述基于温度信号滤波器用于滤去其他频带的波段，所述基于温度信号放大器用于放大所述温度传感器输出信号，所述基于LMS算法燃气轮机控制器用于运用LMS算法输出燃油注入量控制信号，所述基于温度信号运算放大器用于放大所述基于LMS算法燃气轮机控制器对所述三回路燃油加注计量阀控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种低排放三回路贫油预混主动燃烧控制装置，用于对燃气轮机燃油进行主动燃烧控制，包括基于预混当量比的燃油控制单元、基于相位延迟的燃油控制单元和基于LMS的燃油控制单元，其特征在于，--所述基于预混当量比的燃油控制单元，包括基于燃油流量信号运算放大器、基于预混当量比算法燃气轮机控制器、基于燃油流量信号放大器、基于燃油流量信号滤波器、基于空气流量信号放大器、基于空气流量信号滤波器、燃油质量流量计、预混燃油计量阀、空气质量流量计，其中，所述空气质量流量计设置于燃烧室喷嘴的的供气管道中，并与所述基于空气流量信号滤波器的输入端连接，用于测量空气质量流量；所述基于空气流量信号滤波器通过基于空气流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于空气流量信号滤波器连用于滤去所述空气质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于空气流量信号放大器用于放大所述空气质量流量计输出信号；所述燃油质量流量计设置于燃烧室喷嘴的供油管道中，并与所述基于燃油流量信号滤波器的输入端连接，用于测定燃油质量流量；所述基于燃油流量信号滤波器通过基于燃油流量信号放大器与基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输入端连接，所述基于燃油流量信号滤波器用于滤去所述燃油质量流量计输出信号的其他频带波段，所述基于燃油流量信号放大器用于放大所述燃油质量流量计输出信号；所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器的输出端与基于燃油流量信号运算放大器连接，用于运用预混当量比算法输出燃油量控制信号；所述基于燃油流量信号运算放大器的输出端与设置在所述燃烧室喷嘴的预混燃油计量阀连接，所述基于燃油流量信号运算放大器用于放大所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器对所述预混燃油计量阀控制信号，所述基于预混当量比算法燃气轮机控制器通过控制预混燃油计量阀的位移和开度来控制供应至燃烧筒喷嘴的燃油量；--所述基于相位延迟的燃油控制单元，包括依次连接的基于声压相位信号运算放大器、基于相位延迟算法燃气轮机控制器、基于声压相位信号放大器和基于声压相位信号滤波器，所述基于声压相位信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒前端的声压相位传感器连接，所述基于声压相位信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒前端的二回路燃油加注计量阀连接，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器通过改变所述二回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制燃油的加注时刻，所述声压相位传感器用于测量燃烧筒前端的声压相位，所述声压相位信号滤波器用于滤去其他频带的波段，所述基于声压相位信号放大器用于放大所述声压相位信号滤波器输出信号，所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器用于运用相位延迟算法输出加注燃油量控制信号，所述运算放大器用于放大所述基于相位延迟算法燃气轮机控制器对所述二回路燃油加注计量阀的控制信号；--所述基于LMS的燃油控制单元，包括依次连接的基于温度信号运算放大器、基于LMS算法燃气轮机控制器、基于温度信号放大器、基于温度信号滤波器，其中，所述基于温度信号滤波器的输入端与设置在燃烧筒后端的温度传感器连接，所述基于温度信号运算放大器的输出端与设置在燃烧筒后端的三回路燃油加注计量阀连接，所述LMS算法燃气轮机控制器通过控制三回路燃油加注计量阀的位移和开度来控制注入燃烧筒后端的燃油量，所述温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德堂，谭春青，董学智，张超炜，许剑，袁怡祥，高庆，刘锡阳，曹文宇，尹钊，王少林，谢鹏福，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11