清华燃机8 燃料系统(气液燃料)

1、 燃料系统燃料系统的构成（1）、由气体、液体及双燃料系统（或合成气燃料）系统等部分组成。它与控制、燃烧、跳闸油等系统密切关联。（2）、燃料系统在机组中的控制逻辑关系或相对位置，见下图所示。1机组控制系统图23机组控制系统图燃料系统在机组控制逻辑中位置4一、概述v燃气轮机的三种燃料系统，即： 1）气体燃料；2）液体燃料；3）双燃料。v不同燃料系统的区别 1、不同燃料系统的部件构成不同； 2、各系统组成部件构成其自身的特殊性； 3、燃料流量、压力、温度控制各具特点；5不同燃料系统的区别（续）轻油燃料系统中，用控制燃油旁路回油量方法实现流量控制；燃油喷油嘴加装了雾化空气系统，以满足充分、高效、清洁燃

2、烧的要求；采用速度比例阀和燃料控制阀串联方式，实现对气体燃料量的动态控制，实现稳定运行；双燃料系统中，需要两种燃料比例分配装置；重油或榨油燃料系统中，需加装预处理装置。6可见，不同的燃料系统，运行区别较大！燃料系统的运行描述燃机从启动、暖机、加速、同期、加减负荷、转速和温度的控制逻辑中，获得燃料信号，由控制软件分析判断并发出控制信号，改变燃料量，燃料量随机组工况而变化，实施控制。如：当排气温度超过给定值，温控系统必然采取相应减少燃料量措施，如果超温很多，温度保护系统将切断燃料供应。相反亦然。对上述各系统的控制，由FSR信号送给燃料系统作为基准，与燃机排气温度作比较。7FSR气体燃料冲程基准二、

3、气体燃料系统（一）气体燃料系统的组成气体燃料测量装置。测量气体燃料流量用的系统，位于燃料气输送管线上，见图9-20。 测量管，孔板流量计； 孔板前压力由变送器信号96FG-1送积算仪。 P=0-28(kg/cm2)，对应输出420 mA 为保证精度设有两个压差变送器： 96FF-1(低量程），96FF-2 (高量程）； 温度传感器FT-GI-1,-2,-3参与流量积算； 积算仪安装在透平控制盘上。 一种新型的测量仪表：智能探针式流量计简介8智能探针式流量计简介主要部件：探针、压差、压力变送器、温度传感器、积算仪及联接阀门等。优点：测量精度高（1）；性能稳定； 测量范围宽（05000吨/时）；

4、适应性强，适合多种结构型式的管道； 可对各种气体或液体测量（如天然气、蒸汽、油 品等均可测量）。 智能程度高，可当地或远程显示； 使用寿命长、基本上不需要维护。 由于其精度高，可作为校验仪表使用等。采用焊接或螺栓联接。9燃料气测量原理图温度传感器10孔板流量计测量气体燃料的测量原理11孔板流量计测气体量电电液液伺伺服服阀阀工工作作原原理理线性可变差动变压器线性可变差动变压器Linearity variety differential transformer (for short, LVDT) LVDT 功能：反馈位置信号。（原理如下图）位置反馈信号图位置反馈信号图15外围天然气增压站控制VSR

5、前压力气体燃料系统16失电排失电排放气体放气体气体燃料控制阀17气体燃料旁通阀189E气体燃料系统图19燃料系统的组成本系统与跳闸油、液压供给、控制系统关联；参照系统图921，按照燃料气行踪分析： 过滤器，去除燃料气中的杂质，保护阀门； 排污阀定期排污； 气体速度比例截止阀VSR； (Gas stop ratio valve（ VSR)） 气体燃料控制阀VGC； (Gas control valve （VGC)） 气体燃料分配母管； 十个燃烧室喷嘴；21部件之间的控制逻辑关系伺服阀90SR控制速比阀(VSR)，气体燃料切断阀VH5，油动机和速比阀的位置反馈用的线性可变差动变压器(LVDT)及9

6、6SR-1,-2调控； (Stop ratio valve-control servovalve 96SR-1,-2)伺服阀65GC控制燃料控制阀(VGC)，油动机和燃料控制阀位置反馈用的线性可变差动变压器(LVDT)及96GC-1,-2调控； (Gas control valve LVDTs 96GC-1,-2)两个伺服阀非常娇贵，在其液压油进油管上装有油滤FH7,油滤前后有差压指示器；22部件之间的控制逻辑关系（续1）速比阀前的压力表和压力开关63FG-3, 当p17.23.35(kg/cm2) , 压力开关触点断开，经通讯器C,CRT上报警；VSR和VGC之间有一个压力表和三只压力变换器

7、96FG-2A,2B,-2C, 它们将021 (kg/cm2)压力信号转换成05V电压，送给R、S、T,当这个信号所表示的压力：Pp*（ p*临界压比，亚临界流动），过阀（此处控制阀）的气体质量流量:Q=f(F,P1,P2,t)，式中：t 为燃料气的温度。l：当 p2/p1p* 时（取超临界流动）则，过阀门气体质量流量: Q=f(F,P1,t)燃料控制选取超临界流动设计，因此，有：QF,P1,t25燃料气控制机理分析q 如果燃料供给过程中，仅控制阀门开度（F），是不能够精确的控制气体燃料质量流量，因为当阀门前燃料温度、压力等变化时，气体燃料质量流量则不同。流量的改变将影响机组负荷波动。q 因此

8、还要对气体燃料P1、t 加以控制，由于t变化很小，所以通过控制压力p1来实现对流量的准确控制，因此，本系统在控制阀的上游加装了速比阀VSR。利用它实现对控制阀前压力p1的控制。2627（三）气体燃料控制阀的控制 伺服阀有电流时，自动调整气体燃料控制阀开度；伺服阀无电流时，调整过程结束，控制阀开度不变（图925）； 进入伺服阀的线圈电流由伺服放大器产生并输出，放大器输入节点有两个信号： （1） FSROUT,由启动、加速、同期等几个系统所要求的FSR信号中选出最小的(FSR)，经处理后形成的气体燃料冲程基准信号。它代表着控制系统中起主要控制的参量所要求的控制阀开度。28（三）气体燃料控制阀控制（

9、续） 控制阀的位置反馈信号，是由两个位置反馈信号96GC-1、-2，经高选电路得到的最大信号。如它们在伺服放大器的输入节点上相加不为零，就有电流通过伺服阀，不停的调整控制阀的开度；上述调节，逐步完成控制系统所要求的FSR和控制阀开度（F）之间的对应关系。此后，还要调整FSR与供入机组的气体质量之间的关系。这必须通过调整燃料控制阀前的压力p1 来实现。29（三）气体燃料控制阀控制（续1） 首先，FSR信号只有在主保护继电器L4带电，跳闸油系统中气体燃料支路的两位两通电磁阀20FG-1带电下，才能够打开系统，VSR信号使燃料进入到VGC阀前。这一过程可从系统图中看到。30气体燃料控制阀的控制简图（

10、调控P1压力值）3132P1（四）速度比例截止阀的控制 速度比例截止阀的两个功能。 在停机指令下作为截止阀用 在跳闸油作用下，切换继动阀VH5，接通或断开油动机的液压油路，起到切断油路保护机组作用； 运行时作为压力调节阀用 前面讨论了气体燃料控制阀按照控制系统要求的FSR，建立FSR与控制阀开度对应关系，还需要控制阀前压力P1。33 速度比例截止阀的调节运行 假定机组并网运行 设：负荷与P1一定，机组和控制系统处于平衡工况。若增加负荷，控制系统给出新FSR，控制阀门开大，增加流量，使P1下降。如把P1提到原值，则实现了FSR、控制阀、燃料量三者对应关系，完成调节。 在调节过程中，加大速比阀开度

11、，使P1恢复到原有压力水平，这是根据机组转速TNH与P1两个信号实现调节的。34速度比例截止阀控制回路控制速比阀的两个回路： 压力控制回路； 位置控制回路。 关于对VSR的位置控制回路前面已述。机组控制系统对VSR的压力控制采用对转速TNH和P1两个信号进行调控计算。运算后的结果作为速比阀的基准信号送到位置控制回路放大器(10)输入点，作加法运算。如果两个信号有偏差，位置回路放大器有输出，对伺服阀调节。否则, 不需要调节，过程结束。35速比阀的基准信号产生在压力回路的调节中，建立转速信号TNH与P1函数关系，横坐标为转速TNH ，纵坐标为压力P1 。如机组满足该关系，则压力回路放大器输出（即速

12、比阀基准信号）没有改变。否则，将会有输出，基准信号改变，执行调节动作。参看下面压力标定图说明。36速比阀压力标定图37速速比比阀阀控控制制简简图图38本图类似燃料控制阀控制图39速比阀控制简图本图类似燃料控制阀控制图速比阀的基准信号产生（续）分析： 由于假定机组处于平衡状态，即上图中的A点。在并网运行中，转速不变，打开VGC，以增负荷， 会使P1下降。工况点变到B点。不满足设定关系。 因此位置回路控制阀动作打开速比阀VSR，当VSR开到一定程度时， P1恢复到原值，满足给定的转速与压力函数关系。机组与控制系统达到运行平衡工况。完成并结束这一轮调节过程。40 假定机组单机运行假定由于燃料气源压力

13、变化，使P1增加，燃料量增加，在功率不变下，转速增加。见图927中D工况点，这时将导致控制系统减小FSR，关小控制阀，燃料减少，使转速下降A点。压力控制回路的放大器输出变化，通过位置控制回路将速比阀关小，降低了P1压力，使其满足给定的函数（转速与压力）平衡关系。41（五）有关的报警信息速度比例阀的三种故障： 接到控制允许命令前，速比阀已打开； 失去了速比阀位置反馈； 没有速比阀伺服阀线圈的电流信号；控制阀也有类似以上三种故障：P1压力故障： 速比阀与控制阀之间的P1压力为0，可能是压力传感器出问题。42气体燃料系统要点提示1、气体燃料系统有那些特点？2、气体燃料系统的组成器件有哪些？它们各自用

14、途？3、讲述气体燃料控制阀和速比阀之间的控制逻辑关系？4、当负荷、转速变化时，气体燃料系统如何实现燃料 量控制的，要举例说明？5、本系统主要的报警信号有哪些？43 液体燃料系统44 液体燃料系统组成 部件的组成及功能(1)低压油滤（SF1） 可滤掉105微米颗粒杂质，首次运行600小时后，应清洗一次；(2)压力开关（63FL-2） 监测进口油压，当压力低时， （63FL-2）发信号遮断机组，防燃油泵气蚀；45 部件的组成与功能（续1）(3)燃油关断阀（VS1） 在点火转速n点（1522）%n0 ，跳闸油驱动油缸将VS1打开，燃油进入燃油泵。 VS1打开时，与它联动的位置开关（33FL-1）接点

15、闭合，电磁阀（20CF）带电，辅助齿轮箱与燃油泵间的离合器联结，燃油泵工作。 有停机信号，关断阀（VS1） 0.5秒内关断，压力开关（63FL-2）节点打开，（20CF）失电，离合器脱开；46 部件的组成与功能（续2） 燃油泵（PF1） 定排量螺杆泵，转速越高排油量越大。因此，控制燃油量算法中包含转速参数。（燃油泵磨损后会减小排油量）； 旁路阀组件（VC3） 包括：旁路阀(2)、驱动油缸(8)、调压阀VR4。在伺服阀控制下， VC3按照控制系统设定的要求，调节旁路阀，从而实现控制燃油量目的。 调压阀VR4，稳定油泵出口压力，保护燃油泵及保证燃油雾化质量；47 部件的组成与功能（续3） 燃油分配

16、器（FD1） 燃油经母管，进入十个齿轮泵，在其中被精确分成十等分，送入相应的燃烧室。每个主动齿轮都是同 轴同转速，高的加工精度使燃油量精确。 三个转速探头77DF-1,-2,-3 输出的信号是控制系 统中的燃料量的反馈信号； 选择阀和压力表组件 在燃油分配器出口处。前十个监视10个燃油喷嘴 的燃油压力，第12个监视高压油滤（FS2）压差。48 部件的组成与功能（续4） 喷嘴前的逆止阀 控制燃油防倒流。停机时逆止阀干脆地切断燃油； 启动失败卸油阀（VA17） 在5号燃烧室的最低处。当转速达到一定值时，由压气机排气AD-2引来的排气关闭。 注意：关断VA17时的转速、时间顺序。 压差表监视高、低压

17、油滤（SF1，SF2）的压差。49液体燃料系统图50液体燃料系统图151燃油增压/主控系统图52燃燃油油分分配配器器图图53齿轮油泵图54 燃料系统的控制利用旁路阀对燃油控制的理由 因燃油泵的出油量与机组转速有关，控制燃油量是依据两个量来实现： 燃料冲程FSR 转速n 由于用FSR信号控制，对应一个伺服阀开度，当转速变化时，燃油排油量相应变化，仅用一个FSR，不能实现控制燃油目的； （注：要区别气体燃料与液体燃料控制。）55 燃油旁路阀控制2. 由前面分析可知 在一个FSR下，对应着一个燃油旁路阀的开度。在燃油泵转速变化时，泵的排油量也在变化，如果旁路油量不改变，会加大供入燃烧室的燃油量。也就

18、是说供入燃烧室的燃油量就会随着机组转速的变化而变化。 即：转速越高，排油量越大。这样，不满足使用及控制要求。必须通过旁路调节油量。56 燃油旁路阀的控制及过程 采用FSRnFQROUT的乘积，作为进入机组燃油的基准信号。 基准信号和分配器的流量反馈信号FQ1在伺服放大器输入节点上作加法运算后，会有以下几种工作状况： FQ1FQROUT 则不需要调节（无电流） FQ1 FQROUT 开打旁路油量（有反向电流）油滤-保证油品质，保护伺服阀正常工作。57旁路阀控制简图5859液体燃料的报警信息分配器探头检测到逆向的燃油流量；当燃油关断阀关闭时，检测到有燃油量；当燃油关断阀关闭时，有伺服电流信号；当燃

19、油关断阀关闭时，旁路阀没有完全打开。60双燃料系统61系统功能 在控制指令下可以切换燃料系统； 切换时让即将用的燃料充满管路； 实现混合燃料运行； 燃用气体燃料时，对液体燃料喷嘴轻吹。62燃料分配在双燃料系统中，控制系统给出的燃料冲程基准信号是FSR，它在燃料分配器中被分解成为如下两部分： 液体燃料冲程基准信号FSR1 气体燃料冲程基准信号FSR2。它们之间的表达关系为： FSR1FSR2FSR63燃料分配软件原理图6465输入信号 ：输入信号有：（1）最大限制，这是100%FSR1信号，是中间选择器输出的上限信号。 （2）最小限制，这是0%FSR1信号，是中间选择器输出的下限信号。（3）RA

20、MP，这是一个斜坡（即变化率）信号，典型值是3.3%FSR/S。 （4）FXK2，起始跳变常数，典型值是0.5%FSR。 66输入信号续 ：（5）FXK3，起始跳变常数，典型值是0.5%FSR。（6）FSR，控制系统所要求的燃料冲程基准信号。 （7）L83FL，选择液体燃料或液体燃料升的逻辑信号，由运行人员在控制盘上进行操作后，经程序系统检查判断，规定的各种条件满足后，此逻辑信号为“1”，相应的常开接点闭合。（8）L83FG，选择气体燃料或气体燃料升的逻辑信号，由运行人员在控制盘上进行操作后，经程序系统检查判断，规定的各种条件满足后，此逻辑信号为“1”，相应的常开接点闭合。（9）L83FZ，允

21、许进行燃料切换的逻辑信号。当允许进行燃料切换的各个条件都满足时，此逻辑信号为“1”，相应的常开接点闭合。 67逻辑信号与输出信号逻辑信号为“1”或为“0”，要通过逻辑运算来决定，逻辑运算反映了所要满足的各个条件之间的逻辑关系。逻辑信号为“1”时，相应的常开接点闭合而常闭接点打开；逻辑信号为“0”时，相应的常开接点打开而常闭接点闭合。输出信号有：（1）L84TL，代表全部使用液体燃料运行的逻辑信号。（2）L84TG，代表全部使用气体燃料运行的逻辑信号。（3）FSR1，液体燃料冲程基准信号。（4）FSR2，气体燃料冲程基准信号。 68中间选择器（1）中间选择器，它的三个输入信号是最大限制、最小限制

22、和加法节点的信号。它的输出是三个输入信号之中的中间值。实际上，它的输出范围是十六进制数0000H7FFFH，是对应0%100%的一个百分数。 69Z-1说明（2）Z-1与中间选择器的加法节点、中间选择器的输出反馈一起构成数字积分器。当斜坡信号进入加法节点的“-”位置，积分器向下积分，中间选择器的输出减小，最小减到0%（0000H）；当斜坡信号进入加法节点的“+”位置，积分器向上积分，中间选择器的输出增大，最大增到零100%（7FFFH） 70两个比较器两个比较器（3 3）右上角有两个比较器。上面的比较）右上角有两个比较器。上面的比较器把中间选择器的输出信号与最大限制器把中间选择器的输出信号与最

23、大限制作比较，二者相等时，比较器输出信号作比较，二者相等时，比较器输出信号为为“1 1”，表示全部燃用液体燃料；下面，表示全部燃用液体燃料；下面的比较器把中间选择器的输出信号与最的比较器把中间选择器的输出信号与最小限制作比较，二者相等时，比较器输小限制作比较，二者相等时，比较器输出信号为出信号为“1 1”，表示全部燃用气体燃料。，表示全部燃用气体燃料。 71乘法器说明（4 4）右下角的乘法器将中间比较器的输出信）右下角的乘法器将中间比较器的输出信号与号与FSRFSR作乘法运算，其输出是作乘法运算，其输出是FSR%FSR%，它与它与FXK2FXK2经高选择后成为液体燃料基准信号经高选择后成为液体

24、燃料基准信号FSR1FSR1；右下角的加法器作的运算是右下角的加法器作的运算是FSR-FSR1FSR-FSR1，即即FSR2=FSR-FSR1FSR2=FSR-FSR1，经高选择后成为液体燃料基经高选择后成为液体燃料基准信号准信号FSR2FSR2。722. 燃料切换图73742. 燃料切换说明从液体燃料切换到气体燃料，q30秒内，逻辑信号L83FZ保持为0，信号不进入中间选择器。FSR1不变，保持。而FSR2则由于高选中了FXK3,信号稍大于零，使气体燃料阀稍打开一点，清吹两阀之间的管路。q30秒后， L83FZ变为1，斜坡信号投入，使中间选择器的输出按照一定的速度下降，从而使液体燃料信号FSR1下降。FSR2上升。752. 燃料切换说明当中间选择器输出信号到零时，FSR10而FSR2FSR,此时切