重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术探究

重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术探究

谈希望王嘉

（南京汽轮电机（集团）有限责任公司江苏南京210000）

摘要：重型燃气轮机作为能源转换的主要设备，是提高环境友好型、加强系统清洁控制的重要系统。国内重型燃气轮机发展速度较慢，受控制系统的核心技术发展限制，对应气轮机相关系统的优化升级十分关键。本文就重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术进行了探究，希望能对我国燃气行业有所贡献。

关键词：重型燃气轮机；控制发展；关键技术

引言

控制系统是决定重型燃气轮机性能和安全的关键功能系统，也是我国一直努力突破的重型燃气轮机设计的关键技术之一。燃气轮机发起于上个世纪三十年代，经过一个世纪的发展，其已经成为重要的发电方式，并日渐向着更高技术迈进。就我国的重型燃气轮机发展现状来说，其依然与国际先进技术具有一定差距，研究其发展现状，对其发展趋势的探索是我国重型燃气轮机发展的重要依托。

1重型燃气轮机的发展现状

1.1国内燃气轮机产业发展与研发现状

国家对于燃气轮机电站的建设需求越来越大，这就让燃气轮机在本地建设过程中所占据的比例不断增加，加上对于成本支出的合理控制，对于E级和F级重型燃气轮机制造技术予以深入引进，都让我国的燃气轮机产业得以更大程度的发展。但是，在机种引进方面，依然与先进技术具有一定差距。在我国的制造企业中，对于燃气轮机的核心技术还没有完全掌握，也不具备相关的产品自主研发和设计能力，从总体上来说，不能与国外企业相抗衡。

1.2国内燃气轮机试验设施建设现状

我国在进行燃气轮机组实验开展过程中，自主研发的力量依然呈现不足，诸如在进行设计参数应用方面，既需要通过重要的实验验证工作开展，从而对参数的应用性给予确定。与此同时，我们也必须认识到，对于实验设备的投入可以说是燃气轮机实验开展的重大投入部分，其不仅在具有较强的设计难度，更在其运行维护方面需要一定的投入，即使在设备的建设和运营等方面所花费的费用也价值不菲。但是，我国在自主研发方面已经加大相应的投入，并逐渐取得显著成果。

2我国重型燃气轮机的发展趋势

2.1加大燃气轮机的基础研究

在燃气轮机技术中，其所包括的范围比较广，内容比较繁琐复杂，从基础和应用基础研究角度出发，可以将其分为多种学科，依照相应的研究需要进行重点学科的研究与探索分析，比如，就燃气轮机基础学科的研究需要，需要对热端部件维修核心技术予以深入研究，需要就其设计方法予以分析探索，建立相应的设计准则，并通过实验方式对其相关数据予以测量确定，做好高温与耐热涂层材料及加工工艺的拓展，从而让热端部件的疲劳程度降低，促使其使用寿命得以延长。

2.2加快建设国家燃气轮机基础设施

依托于我国当前的研究情况，对国家燃气轮机的研究主要包括三个方面，第一，就燃气轮机的部件基础予以研究，结合相应的实验促进其深度开展。尤其对于部件的机理进行渗透，对其关键技术予以探索。第二，对于与燃气轮机等学科相交叉的学科予以基础研究及实验开展，通过相关学科建设促进燃气轮机基础研究，促进学科建设的全面发展。第三，对燃气轮机燃烧室、压气机、透平的部件及性能实验设施，展开持续建设工作，将部件性能实验验证平台，提供给重型燃气轮机产品的自主研发与设计工作。

2.3构建具有竞争力的重型燃气轮机产业体系

重型燃气轮机在我国能源电力工业的发展过程中具有重要意义，对于我国重型燃气轮机自主研发能力比较薄弱的状况，及核心技术比较落后的局面，都应当进行迅速改观；在对国外成功经验进行吸收借鉴的同时，将我国社会主义市场经济下的制度优势予以充分发挥，促进以企业为主体，产学研用结合的自主创新技术体系的形成，在形成自主创新技术体系的基础上，完成对重型燃气轮机产业体系的建设工作，诸如系统的全套能力提升，后续加工制造的优化，售后服务质量的提升等等都是所要努力的方向。

3重型燃气轮机的关键技术

3.1主动间隙控制技术

该技术是借助对叶尖间隙的有效控制实现燃气轮机能耗量的减低，可提高设备可靠性、使用寿命，同时可降低污染排放过多的状况。从气轮机运行工艺流程的角度分析，启动环节中，燃气轮机从静止到空载状况下，对应转速增加、离心变形增加，而此时透平刚内部的热容还未达到温度最高，电热变形响应不足。对应轮盘和透平缸无法同时变形的状况，将会引起叶尖间隙瞬间变小。燃气轮机全速运转后，对应透平缸内部将会因受热而导致间隙增加。负荷变化引起工况变化状况下，将会导致间隙发生变化，一般在转速尚未达到范围之外状况下，对应叶尖间隙将会明显下降。该状况导致叶尖间隙的设计难度增加。为了解决上述问题，一般采用主动热控制手段进行改进。

3.2延寿控制技术

重型燃气轮机的系统控制中，一般对考虑性能最优的设计模式，对应使用寿命的考虑略有不足。延寿控制设计中，需要保证燃气轮机运行稳定的基础之上，将内部核心部件，如热端部件进行优化目标进行控制，提高系统动态、静态指标的合理化，避免使用寿命过低、安全稳定性差的状况。如：系统在超载、转速增加的状况下，对应透平进口温度将会有所提高，降低过渡状况下峰值的影响，可延长核心部件的使用寿命。该方法属于闭环控制、短期控制的方法，在航空领域的燃气轮机上已经实现了应用。

3.3自适应技术

受工作环境等外界因素变化的影响，重型燃气轮机的部件可能发生结构变质、性能退化的状况，如：腐蚀、锈蚀或风化等带来的损伤。此时控制系统仍按最佳额定工况进行操作。整体不匹配状况导致运行时间、寿命、核心部件的性能等均会大打折扣。为此，借助自适应技术进行调整是十分必要的方法。可实现对控制系统的有效控制，提高控制系统的适应能力，可合理调节，实现与衰减模型相匹配的作业方法，避免性能退化等导致的伤害。提高燃气轮机传感设备的精确性、合理性、稳定性。

4结语

我国重型燃气轮机发展明显滞后、燃机控制系统的研究更是基础薄弱，开展我国重型燃气轮机的控制技术和控制系统研究迫在眉睫。重型燃气轮机中，控制系统的发展十分关键，提高其性能有效控制、降低成本耗费状况，已经成为发展的必然趋势。对重型燃机的发展状况和关键技术进行分析，提出优化对象和改进目标，可以为相关技术人员提供更加合理的理论指导，促进行业长期稳定发展。

参考文献

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