[发明专利]燃气轮机系统及其控制方法

说明书

一种燃气轮机系统包括燃气轮机、燃油系统、控制系统以及用来启动该燃气轮机的启发电机。燃油系统与所述燃烧室连接，以向燃烧室供应燃油。控制系统包括电机控制回路，该燃气轮机系统通过电机控制回路来控制启发电机。其中，电机控制回路包括电机驱动电路，电机驱动电路在启发电机以电动机模式运行时控制启发电机的运行。该燃气轮机系统能够平稳安全地启动，并稳定地运行。还公开了对该燃气轮机的运行方法。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机系统，特别地，其中的燃气轮机可为微型燃气轮机，该微型燃气轮机更特别地可用作发烟机。本发明还涉及一种对该燃气轮机系统进行控制的方法。

背景技术

燃气轮机是一种内燃式动力机械装置。燃气轮机的运行原理是，将燃料燃烧产物作为工质，使其连续地流入燃气轮机的叶轮，带动叶轮转动，从而将燃料的化学能转化为机械能。

目前常用的燃气轮机按照结构形式，可分为重型燃气轮机、轻型燃气轮机以及微型燃气轮机等，而这些类型的燃气轮机可应用于多种场合，例如作为航空发动机、船舶发动机、或者应用在发电机组中，等等。其中，微型燃气轮机可用作航空发动机等，或者也可用作发烟机，以应用于军事领域。

常规的燃气轮机的结构原理如图1中的示意图所示。其中，燃气轮机100的主要部分包括压气机10、涡轮20和燃烧室30，压气机10的压气叶轮和涡轮20的涡轮叶轮之间由轴40相连接。在运行过程中，首先由外部的动力源来启动压气机10，由此压气机10从周围的大气中吸入空气，并将其压缩。压缩后的空气被输送到燃烧室30中。这样，压缩空气与喷入燃烧室中的燃料发生燃烧反应，生成高温燃气。高温燃气流入涡轮20中，并膨胀做功，推动涡轮叶轮转动，涡轮叶轮则通过轴40带动压气叶轮一同转动。燃烧后的高温燃气在带动压气机的同时，还有多余的能量作为燃气轮机的输出机械功。该机械功可用来发电、作为飞行器或船舶的推进力等。

燃气轮机的优点在于，可容易地进行多台燃气轮机的集成扩容，可适应多种燃料，燃料消耗率低，运行过程中噪音低、排放低、振动小、维修率低，并且可对燃气轮机进行远程遥控和诊断，等等。

对燃气轮机、尤其是微型燃气轮机启动的优化和保证其长时间稳定运行是本领域中关注的问题。具体来说，特别是微型燃气轮机的转速范围大，启动时的加速以及停机时的减速时间都比较短，因此需要能够有效地控制机组稳定运行，且在启动和运行过程中防止燃气轮机喘振或共振，这是燃气轮机、特别是对于微型燃气轮机亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为解决以上现有技术所存在的问题而做出的。本发明的目的是提供一种包括燃气轮机及其控制装置的燃气轮机系统，该燃气轮机系统能够稳定地启动，且在运转过程中平稳运行。

本发明的燃气轮机系统包括：燃气轮机，该燃气轮机包括压气机、涡轮和位于压气机与涡轮之间的燃烧室，压气机的压气叶轮和涡轮的涡轮叶轮通过主轴连接在一起，其中，燃烧室中设置有点火器，在涡轮的下游连接有尾喷管；

燃油系统，燃油系统与燃烧室连接，以向燃烧室供应燃油；

其中，该燃气轮机系统还包括：

启发电机，启发电机的输出轴与主轴相连接，并能够以电动机模式运行，在启动燃气轮机时带动主轴转动；以及

电机控制回路，启发电机经电机控制回路与电源连接，其中，电机控制回路包括电机驱动电路，电机驱动电路在启发电机以电动机模式运行时控制启发电机的运行；

电子控制单元，电子控制单元控制电机控制回路，进而控制启发电机的运行。

通过对启发电机的控制，特别是由电机驱动电路对电动机模式下运行的启发电机的控制，可以确保启发电机安全稳定地启动燃气轮机。在该过程中，防止燃气轮机的喘振和/或共振的发生。换言之，本发明的燃气轮机系统增强了其中的燃气轮机的运转、尤其是其启动运转的平稳性和安全性，进而可保护其中的零部件。