CN106907245A - 燃料供应系统及控制燃气涡轮发动机中的超速事件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在燃气涡轮发动机(12)中使用的燃料供应系统(100)。燃料供应系统(100)包括燃料歧管(102)，以及与燃料歧管(102)流动连通联接并且定位在所述燃料歧管(102)上游的关闭阀(108)。关闭阀(108)构造成在燃气涡轮发动机(12)在超速状态下操作时促动到闭合位置中。系统还包括与燃料歧管(102)流动连通联接的泄压阀(112)，其中泄压阀(112)构造成在关闭阀(108)处于闭合位置时，和在燃料歧管(102)内的压力大于第一预定阈值时，从燃料歧管(102)内释放燃料。

Description

燃料供应系统及控制燃气涡轮发动机中的超速事件的方法
技术领域
本公开大体上涉及发电系统，并且更具体地涉及控制燃气涡轮发动机中的超速事件的系统及方法。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括以串流关系联接在一起的至少一个压缩机、燃烧器和高压涡轮。更具体而言，压缩机和高压涡轮通过轴联接以形成高压转子组件。进入涡轮发动机的空气与燃料混合并且点燃以形成高能气体流。高能气体流流动穿过高压涡轮以可旋转地驱动高压涡轮，使得轴可旋转地驱动压缩机。在从高压涡轮排放之后，气体流在其流动穿过定位在高压涡轮后方的低压涡轮时继续膨胀。低压涡轮包括联接于传动轴和风扇的转子组件。低压涡轮通过传动轴可旋转地驱动风扇。在一些实施例中，从涡轮排放的气体流导送穿过余热回收蒸汽发生器。就此而言，产生热蒸汽，并且蒸汽导送穿过蒸汽涡轮组件用于进一步产生功率。
至少一些已知的燃气涡轮发动机可易受由于超速事件而产生的损坏。例如，超速事件可在联接于燃气涡轮发动机的发电机与外部电负载断开时发生。发电机上的负载的突然失去可引起燃气涡轮发动机的速度急剧地增大。至少一些已知的燃气涡轮发动机包括用于在检测到超速事件时使燃气涡轮发动机停机的系统，如切断供应至燃烧器的燃料流的燃料关闭阀。尽管燃料关闭阀在使燃气涡轮发动机停机方面有效，但大体上合乎需要的是进一步减少燃气涡轮发动机在超速状态下操作的时间的量。
发明内容
在一方面，提供了一种用于在燃气涡轮发动机中使用的燃料供应系统。燃料供应系统包括燃料歧管，以及与燃料歧管流动连通联接并且定位在所述燃料歧管上游的关闭阀。关闭阀构造成在燃气涡轮发动机在超速状态下操作时促动到闭合位置中。系统还包括与燃料歧管流动连通联接的泄压阀，其中泄压阀构造成在关闭阀处于闭合位置时，和在燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，从燃料歧管内释放燃料。
在另一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括燃烧器、构造成将燃料供应至燃烧器的燃料歧管，以及与燃料歧管流动连通联接并且定位在燃料歧管上游的关闭阀。关闭阀构造成在燃气涡轮发动机在超速状态下操作时促动到闭合位置中。系统还包括与燃料歧管流动连通联接的泄压阀，其中泄压阀构造成在关闭阀处于闭合位置时，和在燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，从燃料歧管内释放燃料。
在又一方面，提供了一种控制燃气涡轮发动机中的超速事件的方法。该方法包括将燃料流从燃料源供应至燃料歧管，确定燃气涡轮发动机的操作状态，以及在燃气涡轮发动机在超速状态下操作时停止至燃料歧管的燃料流。燃料流由定位在燃料源与燃料歧管之间的关闭阀停止。该方法还包括在关闭阀处于闭合位置时，和在燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，在关闭阀下游释放燃料。
技术方案1. 一种用于在燃气涡轮发动机中使用的燃料供应系统，所述燃料供应系统包括：
燃料歧管；
关闭阀，其与所述燃料歧管流动连通联接并且定位在所述燃料歧管上游，其中所述关闭阀构造成在所述燃气涡轮发动机在超速状态下操作时促动到闭合位置中；以及
泄压阀，其与所述燃料歧管流动连通联接，其中所述泄压阀构造成在所述关闭阀处于所述闭合位置时，和在所述燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，从所述燃料歧管内释放燃料。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
在所述燃料歧管与所述泄压阀之间延伸的主排放管线；以及
并联联接在所述主排放管线与所述泄压阀之间的感测管线。
技术方案3. 根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述泄压阀包括与所述主排放管线流动连通联接的第一入口，以及与所述感测管线流动连通联接的第二入口。
技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述泄压阀构造成在所述第二入口处的压力大于第二预定阈值时促动到开启位置中，以允许所述主排放管线中的燃料流导送穿过所述泄压阀，所述第二入口处的所述压力与所述燃料歧管内的所述压力对应。
技术方案5. 根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括沿所述感测管线联接的至少一个感测阀，其中所述至少一个感测阀构造成在所述关闭阀处于所述闭合位置时促动到开启位置中，使得所述感测管线中的燃料流朝所述泄压阀导送。
技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括沿所述感测管线联接在所述至少一个感测阀与所述泄压阀之间的测试阀。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述泄压阀构造成将所述燃料从所述燃料歧管内释放至大气。
技术方案8. 一种燃气涡轮发动机，包括：
燃烧器；
燃料歧管，其构造成将燃料供应至所述燃烧器；
关闭阀，其与所述燃料歧管流动连通联接并且定位在所述燃料歧管上游，其中所述关闭阀构造成在所述燃气涡轮发动机在超速状态下操作时促动到闭合位置中，使得所述燃料不再供应至所述燃烧器；以及
泄压阀，其与所述燃料歧管流动连通联接，其中所述泄压阀构造成在所述关闭阀处于所述闭合位置时，和在所述燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，从所述燃料歧管内释放燃料。
技术方案9. 根据技术方案8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：
在所述燃料歧管与所述泄压阀之间延伸的主排放管线；以及
并联联接在所述主排放管线与所述泄压阀之间的感测管线。
技术方案10. 根据技术方案9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述泄压阀包括与所述主排放管线流动连通联接的第一入口，以及与所述感测管线流动连通联接的第二入口。
技术方案11. 根据技术方案10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述泄压阀构造成在所述第二入口处的压力大于第二预定阈值时促动到开启位置中，以允许所述主排放管线中的燃料流导送穿过所述泄压阀，所述第二入口处的所述压力与所述燃料歧管内的所述压力对应。
技术方案12. 根据技术方案9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括沿所述感测管线联接的至少一个感测阀，其中所述至少一个感测阀构造成在所述关闭阀处于所述闭合位置时促动到开启位置中，使得所述感测管线中的燃料流朝所述泄压阀导送。
技术方案13. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个感测阀包括沿所述感测管线并联联接的第一感测阀和第二感测阀。
技术方案14. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括沿所述感测管线联接在所述至少一个感测阀与所述泄压阀之间的测试阀。
技术方案15. 根据技术方案8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述泄压阀构造成将所述燃料从所述燃料歧管内释放至大气。
技术方案16. 一种控制燃气涡轮发动机中的超速事件的方法，所述方法包括：
将燃料流从燃料源供应至燃料歧管；
确定所述燃气涡轮发动机的操作状态；
在所述燃气涡轮发动机在超速状态下操作时停止至所述燃料歧管的所述燃料流，其中所述燃料流由定位在所述燃料源与所述燃料歧管之间的关闭阀停止；以及
在所述关闭阀处于所述闭合位置时，和在所述燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，在所述关闭阀下游释放所述燃料。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，释放所述燃料包括：
沿主排放管线将所述燃料的第一部分从所述燃料歧管朝泄压阀导送；以及
沿感测管线将所述燃料的第二部分从所述燃料歧管朝所述泄压阀导送。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述泄压阀的第一入口处接收所述燃料的所述第一部分；以及
在所述泄压阀的第二入口处接收所述燃料的所述第二部分，其中所述泄压阀构造成在所述第二入口处的压力大于第二预定阈值时，促动到开启位置中以允许所述主排放管线中的所述燃料导送穿过所述泄压阀，所述第二入口处的所述压力与所述燃料歧管内的所述压力对应。
技术方案19. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，导送第二部分包括朝沿所述感测管线联接的至少一个感测阀导送所述燃料的所述第二部分，其中所述至少一个感测阀构造成在所述关闭阀处于所述闭合位置时促动到开启位置中，使得所述感测管线中的燃料流朝所述泄压阀导送。
技术方案20. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，释放所述燃料包括将所述燃料释放至大气。
附图说明
图1为示例性发电系统的示意图；
图2为可与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的示例性燃料供应系统的示意图；
图3为示出控制燃气涡轮发动机中的超速事件的示例性方法的流程图。
部件列表
10 发电系统
12 燃气涡轮发动机
14 低压压缩机
16 高压压缩机
18 燃烧器组件
20 高压涡轮
22 低压涡轮
24 动力涡轮
26 进入空气
28 中心线
30 排出气体
32 余热回收蒸汽发生器(HRSG)
100 燃料供应系统
102 燃料歧管
104 燃料源
106 供应管线
108 关闭阀
110 泄压阀系统
112 泄压阀
114 第一入口
116 第二入口
118 出口
120 主排放管线
122 感测管线
124 第一感测阀
126 第二感测阀
128 测试阀。
具体实施方式
本公开的实施例涉及控制燃气涡轮发动机中的超速事件的发电系统及方法。更具体而言，本公开的实施例包括燃料供应系统，其具有泄压阀系统，用于在燃料可到达燃气涡轮发动机中的燃烧器之前从燃料歧管释放燃料。更具体而言，泄压阀与关闭阀组合使用，并且联接在关闭阀下游，该关闭阀将燃料选择性地供应至燃料歧管。当关闭阀处于闭合位置时，泄压阀促动成在关闭阀下游释放捕集的燃料。就此而言，燃料在其可在甩负载事件期间进一步有助于燃气涡轮发动机中的速度过调之前释放。
如本文中使用的，用语"轴向"和"轴向地"是指大致平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，用语"径向"和"径向地"是指大致垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，如本文中使用的，用语"周向"和"周向地"是指绕着涡轮发动机的中心线弓形地延伸的方向和定向。
图1为示例性发电系统10的示意图。在示例性实施例中，发电系统10包括燃气涡轮发动机12，其包括低压压缩机14、高压压缩机16和定位在高压压缩机16下游的燃烧器组件18。燃气涡轮发动机12还包括定位在燃烧器组件18下游的高压涡轮20、定位在高压涡轮20下游的低压涡轮22，以及定位在低压涡轮22下游的动力涡轮24。
在操作中，进入空气流26导送穿过低压压缩机14，并且压缩空气流从低压压缩机14导送至高压压缩机16。压缩空气从高压压缩机16排放，并且朝燃烧器组件18导送，其中空气与燃料混合并且燃烧以形成朝高压涡轮20排放的燃烧气体流。从燃烧器组件18排放的燃烧气体流绕着燃气涡轮发动机12的中心线28驱动高压涡轮20，并且燃烧气体流导送穿过涡轮20和22，并且接着以排出气体流30的形式从燃气涡轮发动机12排放。余热回收蒸汽发生器(HRSG)32与燃气涡轮发动机12流动连通联接。具体而言，HRSG116接收从燃气涡轮发动机12排放的排出气体30，用于产生蒸汽用于由发电系统10进一步使用。
图2为可与燃气涡轮发动机12(图1中所示)一起使用的示例性燃料供应系统100的示意图。在示例性实施例中，燃料供应系统100包括燃料歧管102，其经由供应管线106接收来自燃料源104的燃料，并且将燃料供应至燃烧器组件18。关闭阀108与燃料歧管102流动连通联接，并且定位在燃料歧管102上游。更具体而言，关闭阀108沿供应管线106联接。在操作中，关闭阀108能够基于燃气涡轮发动机12的操作状态选择性地促动。例如，当燃气涡轮发动机12正常操作时，关闭阀108促动到开启位置中以允许燃料通过供应管线106从燃料源104供应至燃料歧管102。作为备选，当燃气涡轮发动机12在超速状态下操作时，关闭阀108促动到闭合位置中以停止至燃料歧管102的燃料流。然而，燃料保持在关闭阀108下游捕集在燃料供应系统100内，这可引起燃气涡轮发动机12在超速状态下继续操作，即使在关闭阀108处于闭合位置时。
在示例性实施例中，泄压阀系统110与燃料歧管102流动连通联接。更具体而言，泄压阀系统110包括与燃料歧管102流动连通联接的泄压阀112。在关闭阀108处于闭合位置时，并且在燃料歧管102内的压力大于预定阈值时，泄压阀112从燃料歧管102内释放燃料。泄压阀112包括第一入口114、第二入口116和出口118。第一入口114与在燃料歧管102与泄压阀112之间延伸的主排放管线120流动连通。此外，第二入口116与感测管线122流动连通联接，感测管线122在主排放管线120与泄压阀112之间并联联接。主排放管线120将燃料的第一部分从燃料歧管102朝泄压阀112导送，而感测管线122将燃料的第二部分从燃料歧管102朝泄压阀112导送。就此而言，主排放管线120便于将燃料的大部分从燃料歧管102导送穿过其，并且导送穿过感测管线122的燃料便于促动泄压阀112，如将在下面更详细描述的。
更具体而言，当第二入口116处的压力大于预定阈值时，泄压阀112促动到开启位置中，以允许主排放管线120中的燃料流导送穿过泄压阀112。例如，第二入口116处的压力大体上与燃料歧管102内的压力对应。就此而言，导送穿过感测管线122的燃料的相对小的第二部分使得泄压阀112能够以更准确且有效的方式促动。
在一个实施例中，至少一个感测阀沿感测管线122联接。更具体而言，第一感测阀124和第二感测阀126沿感测管线122并联联接，以提供沿感测管线122的冗余感测系统。在操作中，当确定燃气涡轮发动机12在超速状态下操作时，第一感测阀124和第二感测阀126促动到开启位置中。就此而言，来自燃料歧管102的燃料的第二部分朝泄压阀112导送，并且泄压阀112在第二入口116处的压力大于预定阈值时开启。泄压阀112以及第一感测阀124和第二感测阀126在第二入口116处的压力下降到低于预定阈值时闭合，这指示了燃料歧管102内的燃料被成功地释放，并且缓解超速状态。在一个实施例中，燃料歧管102内的燃料释放至大气。作为备选，燃料歧管102内的燃料朝燃气涡轮发动机12的入口导送，以便于减少甲烷排放。
在示例性实施例中，测试阀128沿感测管线122联接在至少一个感测阀与泄压阀112之间。在正常操作期间，测试阀128处于开启位置，以允许燃料的第二部分朝泄压阀112导送。然而，在测试操作期间(例如，在燃气涡轮发动机12的启动期间)，测试阀128处于闭合位置，使得可检验定位在燃料歧管102与测试阀128之间的构件的操作能力。
图3为示出控制燃气涡轮发动机中的超速事件的示例性方法200的流程图。在示例性实施例中，方法200包括将燃料流从燃料源供应202至燃料歧管，确定204燃气涡轮发动机的操作状态，以及在燃气涡轮发动机在超速状态下操作时停止206至燃料歧管的燃料流。燃料流由定位在燃料源与燃料歧管之间的关闭阀停止。方法200还包括在关闭阀处于闭合位置时，和在燃料歧管内的压力大于第一预定阈值时，在关闭阀下游释放208燃料。
在一个实施例中，方法200包括将燃料的第一部分从燃料歧管沿主排放管线朝泄压阀导送，以及将燃料的第二部分从燃料歧管沿感测管线朝泄压阀导送。方法200还包括在泄压阀的第一入口处接收燃料的第一部分，以及在泄压阀的第二入口处接收燃料的第二部分。泄压阀构造成在第二入口处的压力大于第二预定阈值时，促动到开启位置中以允许主排放管线中的燃料导送穿过泄压阀，第二入口处的压力与燃料歧管内的压力对应。此外，导送第二部分包括朝沿感测管线联接的至少一个感测阀导送燃料的第二部分，其中至少一个感测阀构造成在关闭阀处于闭合位置时促动到开启位置中，使得感测管线中的燃料流朝泄压阀导送。
本文中描述的系统和方法的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)释放捕集在关闭阀下游的燃料歧管中的燃料；(b)减小在甩负载事件期间损坏涡轮发动机的可能性；以及(c)改进在甩负载事件期间燃气涡轮发动机的停机响应时间。
发电系统和相关的构件的示例性实施例在上面详细描述。系统不限于本文中描述的特定实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可独立于本文中描述的其它构件和/或步骤且与它们分开使用。例如，本文中描述的构件的构造还可与其它过程组合使用，并且不限于仅利用如本文中所述的发电系统和相关方法来实践。相反，示例性实施例可结合其中响应于事件来约束燃料流为合乎需要的许多应用实施和使用。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些附图中示出并且在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的实施例的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求权利。
该书面的描述使用实例以公开各种实施(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践各种实施(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于在燃气涡轮发动机(12)中使用的燃料供应系统(100)，所述燃料供应系统(100)包括：
燃料歧管(102)；
关闭阀(108)，其与所述燃料歧管(102)流动连通联接并且定位在所述燃料歧管(102)上游，其中所述关闭阀(108)构造成在所述燃气涡轮发动机(12)在超速状态下操作时促动到闭合位置中；以及
泄压阀(112)，其与所述燃料歧管(102)流动连通联接，其中所述泄压阀(112)构造成在所述关闭阀(108)处于所述闭合位置时，和在所述燃料歧管(102)内的压力大于第一预定阈值时，从所述燃料歧管(102)内释放燃料。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
在所述燃料歧管(102)与所述泄压阀(112)之间延伸的主排放管线(120)；以及
并联联接在所述主排放管线(120)与所述泄压阀(112)之间的感测管线(122)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述泄压阀(112)包括与所述主排放管线(120)流动连通联接的第一入口(114)，以及与所述感测管线(122)流动连通联接的第二入口(116)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述泄压阀(112)构造成在所述第二入口(116)处的压力大于第二预定阈值时促动到开启位置中，以允许所述主排放管线(120)中的燃料流导送穿过所述泄压阀，所述第二入口(116)处的所述压力与所述燃料歧管(102)内的所述压力对应。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括沿所述感测管线(122)联接的至少一个感测阀(124,126)，其中所述至少一个感测阀(124,126)构造成在所述关闭阀(108)处于所述闭合位置时促动到开启位置中，使得所述感测管线(122)中的燃料流朝所述泄压阀(112)导送。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括沿所述感测管线(122)联接在所述至少一个感测阀(124,126)与所述泄压阀(112)之间的测试阀(128)。
7.一种燃气涡轮发动机(12)，包括：
燃烧器(18)；
燃料歧管(102)，其构造成将燃料供应至所述燃烧器(18)；
关闭阀(108)，其与所述燃料歧管(102)流动连通联接并且定位在所述燃料歧管(102)上游，其中所述关闭阀(108)构造成在所述燃气涡轮发动机(12)在超速状态下操作时促动到闭合位置中，使得所述燃料不再供应至所述燃烧器(18)；以及
泄压阀(112)，其与所述燃料歧管(102)流动连通联接，其中所述泄压阀(112)构造成在所述关闭阀(108)处于所述闭合位置时，和在所述燃料歧管(102)内的压力大于第一预定阈值时，从所述燃料歧管(102)内释放燃料。
8. 根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机(12)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机(12)还包括：
在所述燃料歧管(102)与所述泄压阀(112)之间延伸的主排放管线(120)；以及
并联联接在所述主排放管线(120)与所述泄压阀(112)之间的感测管线(122)。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(12)，其特征在于，所述泄压阀(112)包括与所述主排放管线(120)流动连通联接的第一入口(114)，以及与所述感测管线(122)流动连通联接的第二入口(116)，其中所述泄压阀(112)构造成在所述第二入口(116)处的压力大于第二预定阈值时促动到开启位置中，以允许所述主排放管线(120)中的燃料流导送穿过所述泄压阀(112)，所述第二入口(116)处的所述压力与所述燃料歧管(102)内的所述压力对应。
10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(12)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机(12)还包括沿所述感测管线(122)联接的至少一个感测阀(124,126)，其中所述至少一个感测阀(124,126)构造成在所述关闭阀(108)处于所述闭合位置时促动到开启位置中，使得所述感测管线(122)中的燃料流朝所述泄压阀(112)导送，其中所述至少一个感测阀(124,126)包括沿所述感测管线(122)并联联接的第一感测阀(124)和第二感测阀(126)。
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