一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法与流程

1.本技术涉及船用燃气轮机领域，尤其是一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法。


背景技术：

2.燃气轮机在运行过程中，由于气流参数与叶片几何参数的不协调，可能出现旋转失速、喘振等流动非稳定现象，而喘振一旦发生，机组将出现剧烈振动，导致叶片断裂、零部件损坏等，将对燃气轮机产生重大危害。
3.因此目前燃气轮机大多设置有防喘装置，常见的防喘装置主要包括低压放气阀和可转导叶，低压放气阀和可转导叶根据燃气轮机的工况而动作，以避免燃气轮机发生喘振，从而提高燃气轮机的运行稳定性和安全性。但是在燃气轮机的运行过程中，当燃气轮机的工况发生反复变化时，防喘装置会持续动作，这就容易导致防喘装置本身出现运行异常，防喘装置一旦出现异常时无法正常发挥作用，导致燃气轮机仍然会受到喘振的影响。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，本技术的技术方案如下：
5.一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，该异常运行控制方法包括在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率或降低功率的过程中：
6.当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的低压放气阀工作异常时，控制船用燃气轮机在低压放气阀的工作区间内、按照低于目标功率变化速率的功率变化速率继续升高功率或降低功率；
7.和/或；
8.当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的可转导叶工作异常时，控制船用燃气轮机停止继续升高功率或降低功率，直至可转导叶恢复正常工作。
9.其进一步的技术方案为，低压放气阀在船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第一压力至第二压力的压力范围内时开启，在其余情况下关闭；控制调节船用燃气轮机的功率变化速率的方法包括：
10.当船用燃机轮机的功率升高至第一压力对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第一压力对应的功率升高至第二压力对应的功率；
11.当船用燃机轮机的功率降低至第二压力对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第二压力对应的功率降低至第一压力对应的功率。
12.其进一步的技术方案为，异常运行控制方法还包括：
13.当船用燃机轮机的功率升高至第二压力对应的功率时，不管是否检测到低压放气
阀关闭，控制船用燃气轮机恢复至按照目标功率变化速率继续升高功率。
14.其进一步的技术方案为，在控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第二压力对应的功率降低至第一压力对应的功率时，从低压放气阀开启到空车状态的时长不少于预定时长。
15.其进一步的技术方案为，可转导叶的开启角度在船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第三压力至第四压力的压力范围内时、在最小开启角度至最大开启角度的角度范围内旋转；异常运行控制方法包括：
16.当船用燃机轮机的功率升高至第四压力对应的功率而未检测到可转导叶旋转至最大开启角度时，控制船用燃气轮机停止继续升高功率，直至可转导叶旋转至最大开启角度时恢复继续升高功率；
17.当船用燃机轮机的功率降低至第三压力对应的功率而未检测到可转导叶旋转至最小开启角度时，控制船用燃气轮机停止继续降低功率，直至可转导叶旋转至最小开启角度时恢复继续降低功率。
18.其进一步的技术方案为，异常运行控制方法还包括：
19.当船用燃机轮机的功率升高至第三压力对应的功率，且检测到可转导叶保持最小开启角度而未开始旋转增大开启角度时，控制船用燃气轮机继续按照目标功率从第三压力对应的功率升高至第四压力对应的功率。
20.其进一步的技术方案为，异常运行控制方法还包括：
21.当船用燃机轮机的功率降低至第四压力对应的功率，且检测到可转导叶保持最大开启角度而未开始旋转减小开启角度时，控制船用燃气轮机继续按照目标功率从第三压力对应的功率降低至第三压力对应的功率。
22.本技术的有益技术效果是：
23.本技术公开了一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，该异常运行控制方法可以在防喘装置出现异常时，在功率需求输出的特殊情况下，保证船用燃气轮机功率输出，对船用燃气轮机的可靠高效运行有重要意义。
附图说明
24.图1是本技术一个实施例中的异常运行控制方法的方法流程图。
25.图2是本技术一个实施例中在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率过程中对低压放气阀的异常运行控制方法的流程图。
26.图3是本技术一个实施例中在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率降低功率过程中对低压放气阀的异常运行控制方法的流程图。
27.图4是本技术一个实施例中在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率过程中对可转导叶的异常运行控制方法的流程图。
28.图5是本技术一个实施例中在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率降低功率过程中对可转导叶的异常运行控制方法的流程图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。
30.本技术公开了一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，该异常运行控制方法适用于包含防喘装置的船用燃气轮机，防喘装置包括低压放气阀和/或可转导叶。在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率或降低功率的过程中，当确定低压放气阀工作正常且可转导叶工作正常时，按照目标功率变化速率控制船用燃气轮机升高功率或降低功率以调整工况。
31.当确定低压放气阀工作异常或者可转导叶工作异常时，按照本技术的异常运行控制方法进行控制，包括，请参考图1所示的流程图：
32.1、当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的低压放气阀工作异常时，控制船用燃气轮机在低压放气阀的工作区间内、按照低于目标功率变化速率的功率变化速率继续升高功率或降低功率。
33.低压放气阀在正常工作时，在船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第一压力至第二压力的压力范围内时开启，在其余情况下关闭，当检测到低压放气阀未按照这种方式启闭时，确定低压放气阀存在工作异常。低压放气阀常见的异常情况包括：(1)在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，未在高压压气机后压力处于第一压力对应的功率处正常开启。(2)在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，未在高压压气机后压力处于第二压力对应的功率处正常关闭。(3)在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，未在高压压气机后压力处于第二压力对应的功率处正常开启。(4)在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，未在高压压气机后压力处于第一压力对应的功率处正常关闭。控制船用燃气轮机在低压放气阀的工作区间内、按照低于目标功率变化速率的功率变化速率继续升高功率或降低功率，包括：
34.(a)请参考图2，在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，当船用燃机轮机的功率升高至第一压力对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第一压力对应的功率升高至第二压力对应的功率。
35.而当船用燃机轮机的功率升高至第二压力对应的功率时，不管是否检测到低压放气阀关闭，控制船用燃气轮机恢复至按照目标功率变化速率继续升高功率。也即即便低压放气阀未在高压压气机后压力处于第二压力对应的功率处正常关闭，也允许船用燃机轮机继续按照目标功率变化速率正常升高功率，以保证高功率的运行，保证船用燃机轮机的输出。
36.(b)请参考图3，在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，当船用燃机轮机的功率降低至第二压力对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第二压力对应的功率降低至第一压力对应的功率。
37.在控制船用燃气轮机按照低于目标功率变化速率的功率变化速率从第二压力对应的功率降低至第一压力对应的功率时，必须以非常慢的功率变化速率来降低功率，使得从低压放气阀开启到空车状态的时长不少于预定时长，比如常见的预定时长为120s。
38.2、当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的可转导叶工作异常时，控制船用燃气轮机停止继续升高功率或降低功率，直至可转导叶恢复正常工作。
39.可转导叶在正常工作时，其开启角度在船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第三压力至第四压力的压力范围内时、在最小开启角度至最大开启角度的角度范围内旋转。当船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第三压力时，可转导叶处于最小开启角度。当船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第四压力时，可转导叶处于最大开启角度。当检测到
可转导叶未按照该要求工作时，确定可转导叶工作异常。可转导叶常见的异常情况包括：(1)在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，可转导叶未在高压压气机后压力达到第三压力对应的功率时开始旋转增大开启角度。(2)在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，可转导叶未在高压压气机后压力达到第四压力对应的功率时保持处于增大开启角度。(3)在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，可转导叶未在高压压气机后压力降低达到第四压力对应的功率时开始旋转减小开启角度。(4)在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，可转导叶未在高压压气机后压力降低达到第三压力对应的功率时保持处于最小开启角度。则控制船用燃气轮机停止继续升高功率或降低功率，直至可转导叶恢复正常工作，包括：
40.(a)请参考图4，在控制船用燃气轮机升高功率的过程中，当船用燃机轮机的功率升高至第三压力对应的功率，且检测到可转导叶保持最小开启角度而未开始旋转增大开启角度时，此时仍然控制船用燃气轮机继续按照目标功率从第三压力对应的功率升高至第四压力对应的功率。
41.而当船用燃机轮机的功率升高至第四压力对应的功率而未检测到可转导叶旋转至最大开启角度时，控制船用燃气轮机停止继续升高功率，直至可转导叶旋转至最大开启角度时恢复继续升高功率。
42.(b)请参考图5，在控制船用燃气轮机降低功率的过程中，当船用燃机轮机的功率降低至第四压力对应的功率，且检测到可转导叶保持最大开启角度而未开始旋转减小开启角度时，此时仍然控制船用燃气轮机继续按照目标功率从第三压力对应的功率降低至第三压力对应的功率。
43.而当船用燃机轮机的功率降低至第三压力对应的功率而未检测到可转导叶旋转至最小开启角度时，控制船用燃气轮机停止继续降低功率，直至可转导叶旋转至最小开启角度时恢复继续降低功率。若要停机，船用燃机轮机必须在此功率冷却600s并按“紧急停机”按钮停止船用燃机轮机工作。
44.在一个实例中，某型号的船用燃机轮机的防喘装置包括低压放气阀和可转导叶，低压放气阀在高压压气机后压力处于0.4mpa-1.0mpa的压力区间内时开启，在其余压力范围内关闭。可转导叶在高压压气机后压力不超过1.1mpa时保持最小开启角度，在高压压气机后压力达到1.6mpa时保持最大开启角度，在高压压气机后压力处于1.1mpa-1.6mpa的压力区间内时旋转。
45.(a)在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率的过程中，当升高达到0.4mpa对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，降低功率变化速率，以较缓慢地速度升高功率直至功率达到1.0mpa对应的功率(约为15mw)后，恢复至按照目标功率变化速率继续升高功率并运行。
46.当达到1.1mpa对应的功率而未检测到可转导叶旋转增大开启角度时，为了降低误差，此处可以在功率区间内进行检测判断，比如在1.1mpa～1.2mpa对应的功率区间内检测可转导叶是否旋转增大开启角度。控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率继续升高功率，直至功率达到1.6mpa对应的功率。当检测到可转导叶为最大开启角度时，则控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率继续升高功率。当检测到可转导叶未达到最大开启角度时，则控制船用燃气轮机停止继续升高功率，只有在可转导叶旋转至最大开启角度时，才能控制船用燃气轮机继续升高功率。
47.(b)在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率降低功率的过程中，当降低达到1.6mpa对应的功率而未检测到可转导叶旋转减小开启角度时，同样的为了降低误差，此处可以在功率区间内进行检测判断，比如在1.6mpa～1.55mpa对应的功率区间内检测可转导叶是否旋转减小开启角度。控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率继续降低功率，直至功率降低达到1.1mpa对应的功率。当检测到此时可转导叶为最小开启角度时，则控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率继续降低功率。当检测到可转导叶此时未达到最小开启角度时，则控制船用燃气轮机停止继续降低功率，只有在可转导叶旋转至最小开启角度时，才能控制船用燃气轮机继续降低功率。
48.当功率降低达到1.0mpa对应的功率而未检测到低压放气阀开启时，降低功率变化速率，以十分缓慢地速度继续降低功率。
49.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，其特征在于，所述异常运行控制方法包括在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率或降低功率的过程中：当检测到所述船用燃气轮机的防喘装置中的低压放气阀工作异常时，控制所述船用燃气轮机在所述低压放气阀的工作区间内、按照低于所述目标功率变化速率的功率变化速率继续升高功率或降低功率；和/或；当检测到所述船用燃气轮机的防喘装置中的可转导叶工作异常时，控制所述船用燃气轮机停止继续升高功率或降低功率，直至所述可转导叶恢复正常工作。2.根据权利要求1所述的异常运行控制方法，其特征在于，所述低压放气阀在所述船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第一压力至第二压力的压力范围内时开启，在其余情况下关闭；控制调节所述船用燃气轮机的功率变化速率的方法包括：当所述船用燃机轮机的功率升高至所述第一压力对应的功率而未检测到所述低压放气阀开启时，控制所述船用燃气轮机按照低于所述目标功率变化速率的功率变化速率从所述第一压力对应的功率升高至所述第二压力对应的功率；当所述船用燃机轮机的功率降低至所述第二压力对应的功率而未检测到所述低压放气阀开启时，控制所述船用燃气轮机按照低于所述目标功率变化速率的功率变化速率从所述第二压力对应的功率降低至所述第一压力对应的功率。3.根据权利要求2所述的异常运行控制方法，其特征在于，所述异常运行控制方法还包括：当所述船用燃机轮机的功率升高至所述第二压力对应的功率时，不管是否检测到所述低压放气阀关闭，控制所述船用燃气轮机恢复至按照所述目标功率变化速率继续升高功率。4.根据权利要求2所述的异常运行控制方法，其特征在于，在控制所述船用燃气轮机按照低于所述目标功率变化速率的功率变化速率从所述第二压力对应的功率降低至所述第一压力对应的功率时，从所述低压放气阀开启到空车状态的时长不少于预定时长。5.根据权利要求1所述的异常运行控制方法，其特征在于，所述可转导叶的开启角度在所述船用燃机轮机的高压压气机后压力处于第三压力至第四压力的压力范围内时、在最小开启角度至最大开启角度的角度范围内旋转；所述异常运行控制方法包括：当所述船用燃机轮机的功率升高至所述第四压力对应的功率而未检测到所述可转导叶旋转至所述最大开启角度时，控制所述船用燃气轮机停止继续升高功率，直至所述可转导叶旋转至所述最大开启角度时恢复继续升高功率；当所述船用燃机轮机的功率降低至所述第三压力对应的功率而未检测到所述可转导叶旋转至所述最小开启角度时，控制所述船用燃气轮机停止继续降低功率，直至所述可转导叶旋转至所述最小开启角度时恢复继续降低功率。6.根据权利要求5所述的异常运行控制方法，其特征在于，所述异常运行控制方法还包括：当所述船用燃机轮机的功率升高至所述第三压力对应的功率，且检测到所述可转导叶保持所述最小开启角度而未开始旋转增大开启角度时，控制所述船用燃气轮机继续按照所述目标功率从所述第三压力对应的功率升高至所述第四压力对应的功率。
7.根据权利要求5所述的异常运行控制方法，其特征在于，所述异常运行控制方法还包括：当所述船用燃机轮机的功率降低至所述第四压力对应的功率，且检测到所述可转导叶保持所述最大开启角度而未开始旋转减小开启角度时，控制所述船用燃气轮机继续按照所述目标功率从所述第三压力对应的功率降低至所述第三压力对应的功率。

技术总结
本申请公开了一种船用燃气轮机的防喘装置的异常运行控制方法，涉及船用燃气轮机领域，该方法在控制船用燃气轮机按照目标功率变化速率升高功率或降低功率的过程中：当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的低压放气阀工作异常时，控制船用燃气轮机在低压放气阀的工作区间内、按照低于目标功率变化速率的功率变化速率继续升高功率或降低功率；和/或；当检测到船用燃气轮机的防喘装置中的可转导叶工作异常时，控制船用燃气轮机停止继续升高功率或降低功率，直至可转导叶恢复正常工作。该异常运行控制方法可以在防喘装置出现异常时，在功率需求输出的特殊情况下，保证船用燃气轮机功率输出，对船用燃气轮机的可靠高效运行有重要意义。义。义。


技术研发人员：魏昌淼 曹春荣 邹振宇 陈越
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所无锡分部
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/6/14