起动过程是微型燃气轮机的一个主要控制过程。一般的要求是起动过程时间足够短,而且涡轮机入口温度及机组各部件的温度变化,在材料热应力允许的条件下,同时还要考虑压缩机的喘振等因素。因此,不同的机组都有适合于自身的起动方式——起动曲线。
起动过程控制是微型燃气轮机系统最重要的控制内容之一,它直接关系到系统是否能够成功起动。微型燃气轮机的起动首先由蓄电池给发电机供电,此时发电机用作起动电动机带动冷机升速;经过暖机过程以后,当涡轮机输出功率能够提供压缩机耗功时,发电机不再有起动机的作用,只输出电能,相当于起动机的脱扣。
涡轮机入口温度的起动是一个动态过程,当确定了起动过程线以后,机组起动过程参数的变化规律就确定了,因而选择合理的起动方式(即起动过程线)作为起动控制的目标是十分重要的。起动过程线的选择需考虑两方面因素:
1)不能超过喘振线。起动过程线越贴近喘振线起动过程越快,因此微型燃气轮机常可选择贴近喘振线的起动过程线,只是需要留一定的安全裕量。沿这样的起动过程线起动,起动时间短,可以在几十秒之内。但起动过程中涡轮机进口温度很高,并且有剧烈的变化,会减少热部件的寿命。
2)热应力的限制。如果温度变化太快会造成很大的热应力,对部件的结构强度和寿命带来不良影响。(www.daowen.com)
通常采用涡轮机入口温度、转速双目标参数控制的起动方式。起动曲线如图2-28所示。利用该曲线,对微型燃气轮机的起动过程进行了仿真,得到图2-29中的转速、发电功率和燃料量的起动过程曲线。
从图2-29可以看出,采用这种起动方式,在初始由起动机约6s加速到暖机转速19200r/min,暖机时间为20s左右;然后继续加速,加速速率较高,此时涡轮机入口温度为控制参数,使其符合图2-28所示的起动曲线。从图2-29b可以看出,大约在67s实现“脱扣”,起动机转为发电机方式,至满负荷附近,进入转速、涡轮机入口温度联合控制状态,直至系统进入稳态,整个起动过程耗时约2s。
图2-28 微型燃气轮机起动曲线
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