通過步進式調(diào)整穩(wěn)定燃氣輪機發(fā)動機的制作方法
【專利說明】通過步進式調(diào)整穩(wěn)定燃氣輪機發(fā)動機
[0001]本申請是于2010年5月25日提交的已進入中國國家階段的PCT專利申請(中國國家申請?zhí)枮?01080031274.7，國際申請?zhí)枮镻CT/US2010/036069，發(fā)明名稱“通過步進式調(diào)整穩(wěn)定燃氣輪機發(fā)動機”)的分案申請。
[0002]對相關(guān)申請的交叉引用
此申請要求2009年5月26日提交的美國臨時申請N0.61/181253和2010年5月24日提交的美國非臨時申請12/786189的優(yōu)先權(quán)，通過全文引用將兩者均合并在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般涉及自動調(diào)整燃氣輪機發(fā)動機。更具體地，識別一種過程和系統(tǒng)，用于提供控制系統(tǒng)以通過步進地(incrementally)調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)一個或多個燃料流分流(fuelflow split)或者步進地調(diào)節(jié)氣體燃料溫度來自動調(diào)整燃氣輪機發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0004]燃氣輪機發(fā)動機操作以產(chǎn)生機械功或推力。具體地，陸基(land-based)燃氣輪機發(fā)動機典型地具有為了生成電力的目的而耦接到其的發(fā)電機。燃氣輪機發(fā)動機的軸耦接至發(fā)電機。軸的機械能量用于驅(qū)動發(fā)電機至少向電力網(wǎng)(power grid)供電。發(fā)電機通過主斷路器而與電力網(wǎng)的一個或多個元件通信。當(dāng)閉合主斷路器時，當(dāng)存在對電力的需要時，電流可以從發(fā)電機流向電力網(wǎng)。來自發(fā)電機的電流的流動(drawing)使得負載被施加至燃氣輪機。此負載本質(zhì)上是施加至發(fā)電機的、燃氣輪機必須克服以維持發(fā)電機的電輸出的阻抗。
[0005]控制系統(tǒng)越來越多地用于調(diào)整燃氣輪機發(fā)動機的操作。在操作中，控制系統(tǒng)接收傳遞燃氣輪機發(fā)動機的當(dāng)前操作條件(包括壓力、溫度、燃料流動速率和發(fā)動機頻率)的多個指示。作為響應(yīng)，控制系統(tǒng)對燃氣輪機發(fā)動機的輸入進行調(diào)節(jié)，從而根據(jù)被編碼到控制系統(tǒng)的存儲器中的查找表，基于多個指示而改變?nèi)細廨啓C發(fā)動機的性能。隨著時間經(jīng)過，此性能可能由于燃氣輪機發(fā)動機的機械老化(degradat1n)或諸如環(huán)境溫度或燃料成分的操作條件的改變而落在優(yōu)選操作范圍之外。例如，燃氣輪機發(fā)動機可以超出管制的排放限度而開始操作。這樣，需要多個手動調(diào)整來更新控制系統(tǒng)。手動調(diào)整是勞動密集的，并可能造成商業(yè)相關(guān)的低效，諸如燃氣輪機發(fā)動機的延長的停機時間、和調(diào)整過程中的操作者錯誤。另夕卜，因為存在手動調(diào)整可能不可用(例如，高動力學(xué)事件(high dynamics event))、但執(zhí)行調(diào)整操作將有利于防范對硬件的潛在損害的特定時間窗，所以在那些時間窗期間進行自動調(diào)整將捕捉到通常手動調(diào)整錯過的那些益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種監(jiān)視燃氣輪機發(fā)動機的操作條件并對超過預(yù)定上限的條件進行響應(yīng)的新方法。首先，可以監(jiān)視各種發(fā)動機操作條件。作為示例，這些操作條件可以包括(但不限于)排放和燃燒室動力學(xué)模式(諸如，貧油熄滅(LB0)、冷調(diào)(CT)、熱調(diào)(HT)和嘯叫)。當(dāng)監(jiān)視的操作條件超過一個或多個預(yù)定上限時，改變發(fā)動機參數(shù)以調(diào)節(jié)此條件以使其在所述上限內(nèi)，從而調(diào)整燃氣輪機發(fā)動機。
[0007]更具體地，可以在燃氣輪機發(fā)動機的每個燃燒室中(例如，利用壓力傳感器)檢測壓力波動(也稱為燃燒動力學(xué))。接下來，可以對壓力信號施加傅立葉變換以將壓力信號轉(zhuǎn)換為幅度相對頻率的格式?？梢詫r幀內(nèi)在預(yù)定頻帶的最大幅度與預(yù)定壓力上限或警報級別限度相比較。伴隨著比較，當(dāng)確知壓力上限被最大幅度所超過時，采取適當(dāng)?shù)男Ｕ齽幼鳌Ｔ谝恍嵗?，手動地?zhí)行適當(dāng)動作。在另一實例中，由控制系統(tǒng)實施適當(dāng)動作。例如，控制系統(tǒng)可以發(fā)起更改燃燒室的燃料回路內(nèi)的一個或多個燃料流分流的過程。在示例性實施例中，將一個燃料流分流一次更改預(yù)定義步進量。如這里所述，用語“預(yù)定義步進量”不意味著被解釋為限制，而是可以包含對燃料流分流的寬范圍的調(diào)節(jié)。在一個實例中，預(yù)定義步進量是始終如一地(consistently)施加至一個或多個燃料流分流的統(tǒng)一的(uniform)調(diào)節(jié)量。在另一實例中，預(yù)定義量是對于特定燃料流分流在燃料流分流上或在各個調(diào)節(jié)上而更改的調(diào)節(jié)變化量。通過以此方式更改燃料流分流，改變?nèi)紵覂?nèi)的燃料-空氣混合，因此影響燃燒特征(signature )。當(dāng)影響燃燒特征時，壓力波動被更改。
[0008]此更改的燃燒動力學(xué)幅度一旦被穩(wěn)定，則再次與預(yù)定上限相比較以驗證經(jīng)調(diào)節(jié)的燃料流分流是否已經(jīng)將幅度移動到可接受范圍內(nèi)。如果幅度保持在預(yù)定上限之上，則燃料流分流再次被調(diào)節(jié)預(yù)定義步進量，并且按照需要遞歸地重復(fù)該過程。有利地，以相同預(yù)定步進量始終如一地且統(tǒng)一地對燃料流分流進行改變，從而節(jié)省每當(dāng)超過預(yù)定上限時計算步進量的定制值的處理時間。
[0009]因此，在自動調(diào)整的過程的示例性實施例中，提供了一種用于監(jiān)視并控制燃氣輪機發(fā)動機的控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)通常管理大多數(shù)過程，牽涉自動調(diào)整燃燒室，并可以稱為自動調(diào)整控制器。首先，該過程包括對于多個條件而監(jiān)視燃燒室的燃燒動力學(xué)和排放。當(dāng)確定一個或多個條件超過預(yù)定上限時，將對于燃料回路的燃料流分流調(diào)節(jié)預(yù)定量?？刂葡到y(tǒng)或自動調(diào)整控制器繼續(xù)監(jiān)視燃燒動力學(xué)并將燃料流分流動態(tài)地調(diào)節(jié)預(yù)定量，直到燃燒動力學(xué)落在預(yù)定上限之下為止。
[0010]此外，在自動調(diào)整過程的替代實施例中，監(jiān)視燃氣輪機發(fā)動機，并基于從監(jiān)視中重獲的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)。通常，自動調(diào)節(jié)牽涉向上或向下步進燃料流分流，以便將燃燒動力學(xué)和排放維持在優(yōu)選操作范圍內(nèi)、或在限度之上/之下。特別地，替代過程首先包括在監(jiān)視步驟期間檢測燃燒室中的壓力信號。接在監(jiān)視步驟之后或與其同時地，對所檢測的壓力信號施加算法。在一個實例中，施加算法牽涉對壓力信號執(zhí)行傅立葉變換以將壓力信號轉(zhuǎn)換為基于頻率的數(shù)據(jù)或頻譜。對于不同的已知條件將基于頻率的數(shù)據(jù)的幅度與預(yù)定上限(幅度)相比較。如果確定基于頻率的數(shù)據(jù)的幅度超過其相應(yīng)的預(yù)定上限，則進行燃料流分流中的步進式調(diào)節(jié)。在一個實例中，步進式調(diào)節(jié)是以固定和預(yù)定量執(zhí)行的燃料流分流的改變。此步進式調(diào)節(jié)可以根據(jù)所檢查的頻帶和/或所調(diào)節(jié)的燃料回路的類型而增加或減少燃料流分流。此替代過程遞歸地重復(fù)，直到基于頻率的數(shù)據(jù)指示燃氣輪機發(fā)動機在建議范圍內(nèi)操作為止。
[0011]在一個實例中，如果已經(jīng)遞歸地重復(fù)了替代過程許多次以使得特定燃料回路的燃料流分流已經(jīng)達到最大容許值，則可以將影響第二燃料回路的第二燃料流分流調(diào)節(jié)預(yù)定義固定量。如果所測量的基于頻率的數(shù)據(jù)指示燃氣輪機發(fā)動機正操作在建議范圍內(nèi)，則結(jié)束替代過程。否則，將第二燃料流分流遞歸地調(diào)節(jié)相同預(yù)定義固定量，直到基于頻率的數(shù)據(jù)的幅度移動到可接受水平、或者達到第二燃料流分流的最大容許值為止。在實施例中，預(yù)定義固定量可以基于正監(jiān)視哪個燃料流分流、已經(jīng)施加至特定燃料流分流的調(diào)節(jié)的步進次數(shù)、或影響燃料流分流的調(diào)節(jié)的其它條件或參數(shù)而變化。
[0012]在另一實例中，如果已經(jīng)遞歸地重復(fù)了替代過程許多次以使得特定燃料回路的燃料流分流已經(jīng)達到最大容許值，則停止燃料流分流的步進式調(diào)節(jié)。當(dāng)步進式調(diào)節(jié)停止時，可以調(diào)用燃氣溫度的調(diào)節(jié)，以使得燃氣輪機發(fā)動機的操作在特定性能范圍內(nèi)。如果對燃氣溫度的調(diào)節(jié)無法適當(dāng)?shù)卣{(diào)整燃氣輪機發(fā)動機，則將警報指示傳遞給操作者。此警報指示可以傳遞至控制臺、尋呼機、移動設(shè)備、或者適合于接收電子消息并將通知中繼給操作者的另一技術(shù)。將對操作者給出步進燃料氣體溫度或步進發(fā)動機點火溫度的選項。如果選擇此選項，則自動調(diào)整控制器將步進地調(diào)節(jié)這些參數(shù)中的任何一個，并重復(fù)此過程直到該單元符合(in compliance)或者達到最大限度為止。如果此過程不成功，則警報指示可以警告操作者自動調(diào)整已經(jīng)無法使得燃氣輪機發(fā)動機的操作在建議范圍內(nèi)、以及在完成調(diào)整之前推薦對燃燒室或控制系統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)。
[0013]本發(fā)明的另外的優(yōu)點和特征部分將在接著的描述中闡明，部分將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員在研宄下文時變得顯然、或者可以從本發(fā)明的實踐中獲知?，F(xiàn)在將通過特別參考附圖來描述當(dāng)前發(fā)明。
【附圖說明】
[0014]下面參考附圖詳細描述本發(fā)明，其中:
圖1是適用于本發(fā)明實施例的示例性調(diào)整環(huán)境的框圖；
圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明實施例的對于燃料豐富的條件而推薦的燃料流分流調(diào)節(jié)的示例性圖表；
圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明實施例的對于配備有兩個注入端口的燃燒室而推薦的燃料流分流調(diào)節(jié)的示例性圖表；
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的、用于采用自動調(diào)整控制器以實施包括從燃燒室收集測量并基于所述測量警告燃料流分流的調(diào)整過程的整體方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]這里專門描述本發(fā)明的主題以滿足法定需求。然而，描述本身并非意在限制此專利的范圍。而是，發(fā)明人已經(jīng)預(yù)期到所主張的主題也可以以其它方式實現(xiàn)，以結(jié)合其它當(dāng)前或未來的技術(shù)而包括類似于此文檔中描述的不同的組件