专利名称：用于控制与涡轮机相关联的燃料供应的系统和方法
技术领域：
本发明大体涉及配备有燃料气体压缩机的燃料供应系统；并且更具体而言，涉及用于提高操作性地结合的涡轮机和燃料气体压缩机(在下文中为“单元”)的整体效率的系统和方法。
背景技术：
消耗气体燃料(在下文中为“燃料”)的涡轮机产生有用的功，例如动カ。燃料气体压缩机(在下文中为“压缩机”)将燃料压缩到期望范围，然后燃料被供应给涡轮 机。在単元的运行状况改变吋，需要的燃料量也改变。这可导致压缩机在偏离设计的状况下运行。压缩机具有包括防喘振阀的再循环线路等。这个线路通过使来自压缩机排出ロ的额外的燃料流再循环到压缩机入ロ来使压缩机保持在设计状况内运行。这个功能会提高压缩机所消耗的能量的量，而不增加涡轮机所产生的有用功。因此，単元的整体效率降低。因此，提出了一种用于減少对使额外的燃料再循环的需要的系统和方法。该系统和方法具有降低压缩机在偏离设计的状况下运行时所消耗的能量的量的目标。
发明内容
本发明的一个实施例可提供ー种用于控制通过燃料供应系统(155)流到操作性地结合的涡轮机(160)和燃料气体压缩机单元(100)的燃料的系统，该系统可包括压缩机(100)，其包括至少ー个级；与该至少ー个级相关联的再循环线路(125，135)，其中，再循环线路(125，135)配备有防喘振阀(130，140);以及允许燃料通过压缩机(100)而流体地连通的流径(143);以及在流径(143)内的、控制压缩机级的入口(145)处的燃料的状况的节流阀(170);其中，节流阀(170)减少对经由再循环线路(125，135)使额外的燃料再循环通过压缩机(100)的需要；其中，节流阀(170)协助使压缩机(100)在设计状况内运行。节流阀(170)可位于压缩机(100)的第一级(105)的上游且位于流径(143)中。压缩机(100)将典型地将燃料排到涡轮机(160)。压缩机(100)可具有至少两个级(105，110)和连接各个级的级间区域(120)，其中，流径(143)允许燃料通过各个级(105，110)而流体地连通。这里，节流阀(170)可位于级间区域(120)内且位于流径(143)中。本发明的一个备选实施例提供了ー种用于控制通过燃料供应系统(155)流到操作性地结合的涡轮机(160)和燃料气体压缩机单元(100)的燃料的方法，该方法可包括以下步骤提供压缩机(10)，压缩机(10)包括至少ー个级；与该至少ー个级相关联的再循环线路(125，135)，其中，再循环线路(125，135)配备有防喘振阀(130，140);以及允许燃料通过压缩机(100)而流体地连通的流径(143);以及调控流径(143)内的节流阀(170)，节流阀(170)控制该至少ー个压缩机级的入口(145)处的燃料的状况；其中，节流阀(170)减小对经由再循环线路(125，135)使额外的燃料再循环通过压缩机(100)的需要；其中，节流阀(170)协助使压缩机(100)在设计状况内运行。
该方法可进ー步提供一种来自接收压缩机(100)的燃料的涡轮机(160)。该方法可进ー步包括以下步骤启用节流阀(215);将节流阀控制到期望范围(220,225,235);以及关闭防喘振阀(230)。这里，该方法还包括以下步骤基于运行状况的变化来确定节流阀是否在期望范围内(225)。该方法可操作性地确保节流阀控制回路(loop)速度(220)比其它的保护和压力控制回路更慢。
图I是示出了根据本发明的一个实施例的压缩机的示意图。图2是示出了根据本发明的一个实施例的、用于控制图I的压缩机的方法的实例的流程图。
部件列表100燃料气体压缩机105 第一级110 第二级115 轴120级间区域125、135再循环线路130、140 防喘振阀143 流径145 入口150 排出 ロ155燃料气体供应160涡轮机170节流阀200 方法
具体实施例方式本发明具有使用较慢动作的阀来对通过压缩机的燃料流进行节流控制的技术效果。本发明的实施例減少对使已被压缩但涡轮机目前不需要的燃料再循环的需要。这可提高単元的净动カ输出和整体效率。优选实施例的以下详细描述參照了附图，附图示出了本发明的具体实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不偏离本发明的范围。在本文中可使用某些术语，仅仅是为了方便读者，并且不应理解为对本发明的范围的限制。例如，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“水平”、“竖直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等等的词语仅描述图中显示的构造。事实上，本发明的实施例的元件或多个元件可以任何方向定向，而且该术语因此应当理解为包含这样的变型，除非另有規定。在本文中公开了详细的实例实施例。但是，本文公开的具体结构和功能细节仅表示描述实例实施例的目的。但是，实例实施例可体现为许多备选形式，而不应理解为限于仅在本文中阐述的实施例。因此，虽然实例实施例能够有各种改良和备选形式，但是它们的实施例在图中是以实例的方式示出的，并且将在本文中进行详细描述。但是，应当理解，不意图将实例实施例限于公开的特定形式，而是相反，实例实施例将覆盖落在实例实施例的范围内的所有改良、等效方案和备选方案。将理解，虽然可在本文中使用用语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些用语的限制。这些用语仅用来使元件彼此区別。例如，第一元件可称为第二元件，而且类似地，第二元件可称为第一元件，而不偏离实例实施例的范围。如本文所用，用语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部組合。本文所用的术语仅是为了描述特定实施例，而不意图限制实例实施例。如本文所 用，単数形式“ー个”、“ー种”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有说明。将进ー步理解，当在本文中使用时，用语“包括”和/或“包含”规定了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或増加ー个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。本发明可应用于各种压缩机。这可包括(但不限干)轴向流类型或离心类型的那些。虽然以下论述涉及图I中示出的压缩机，但是本发明的实施例可应用于具有不同构造的压缩机。例如(但不限干)，本发明可应用于具有与图I中示出的不同数量的级的压缩机。这些压缩机可用于各种各样的应用中。这可包括对消耗气体燃料的涡轮机(例如(但不限干)重型燃气轮机、航改涡轮等)的燃料输送。现在參照附图，其中各种标号在若干幅图中表示相同元件，图I是示出了根据本发明的一个实施例的压缩机100的示意图。在本发明的一个实施例中，压缩机100可接收来自燃料气体供应155的燃料。然后燃料被压缩，离开压缩机100，并且被涡轮机160接收。压缩机100的一个实施例可包括第一级105、第二级110 ;以及轴115，第一级105和第二级110在轴115上旋转。级间区域120允许燃料从第ー级105连通到第二级110。再循环线路125、135分别与第一级105和第二级110相关联。各个再循环线路125、135分别包括防喘振阀130、140。通过压缩机100而连通的燃料的流径143可为如下。压缩机100的入口 145接收来自燃料气体供应155的燃料。在被第一级105压缩之后，燃料可流过级间区域120，并且进入第二级110。在被第二级110压缩之后，燃料可通过排出ロ 150离开压缩机100。接着，燃料可被涡轮机160接收。本发明的实施例在流径143内结合了节流阀170。节流阀170用来调节通过流径143的燃料流。可通过在涡轮机160上的运行状况改变时调控阀170来实现这一点。阀170的目标在于，对于给定的压カ输出，如需要的那样主动地減少通过压缩机100的燃料流。可改变的涡轮机160的运行状况可包括(但不限于)负载、环境温度、在压缩机100的入口 145处的燃料温度、燃料的组成，或在压缩机100的入口 145处的燃料压力。例如(但不限干)，如果涡轮机160上的负载减小，则所需要的燃料也可減少。因而，压缩机100需要减少输出流，同时保持较恒定的压力。这里，防喘振阀130、140可打开，以使燃料流再循环。然后，节流阀170可开始关闭，从而限制通过流径143的流。在节流阀170限制燃料流时，防喘振阀130、140可关闭，以保持燃料的出口压力，从而结束再循环过程。节流阀170的一个实施例可具有以下形式蝶形阀、球阀、闸门阀等。节流阀170构造成基本比防喘振阀125、135和与涡轮机160相关联的控制阀(未示出)等调控得更慢。这可减小可由涡轮机160所经历的流量/压カ波动。本发明关于节流阀170在流径143中可位于何处提供了柔性。在本发明的ー个实施例中，节流阀170可位于第一级170的上游。在本发明的一个备选实施例中，节流阀170可位于级间区域120内。如将理解的那样，本发明可体现为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式，或者结合了软件和硬件方面的实施例，它们在本文中全部都一般地称为“电路”、“模块”或“系統”。此外，本发明可采取在计算机可用的存储介质上的计算机程序产品的形式，计算机可用的存储介质具有嵌入在介质中的计算机可用的程序代码。 可利用任何适当的计算机可读介质。计算机可用或计算机可读的介质可为例如(但不限干)电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播介质。计算机可读介质的更多具体实例(非穷举性列表)将包括下者具有一根或多根线材的电连接件、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式只读致密盘存储器(CD-ROM)、光学存储装置、传输媒体(例如支持互联网或内部网的那些)或磁存储装置。注意，计算机可用或计算机可读的介质甚至可为纸张或程序印刷在其上的另ー种适当的介质，因为可通过例如对纸张或其它介质进行光学扫描而以电子的方式获取该程序，然后对程序进行编译、解析，或者在必要时以其它适当的方式对其进行处理，以及然后将该程序存储在计算机内存中。在本文的语境中，计算机可用或计算机可读的介质可为可包含、存储、传输、传播或传送程序的任何介质，以便由指令执行系统、设备或装置使用或者与它们结合起来使用。用于执行本发明的操作的计算机程序代码可用面向对象的编程语言编写，例如Java 7、Smalltalk语言或C++等。但是，用于执行本发明的操作的计算机程序代码还可用传统的过程编程语言编写，例如“ C”编程语言或类似的语言。程序代码可完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上(作为单机软件包)、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机上执行。在后一种情况下，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)来连接到用户的计算机上，或者可连接到外部计算机上(例如，使用互联网服务提供商而通过互联网)。以下參照根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明。将理解，流程图和/或框图的各个框以及流程图和/或框图中的框的组合可由计算机程序指令实现。可将这些计算机程序指令提供给公用计算机、专用计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器而产生机器，使得通过计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器来执行的指令产生用于实现流程图和/或框图的框或多个框中规定的功能/动作的手段。这些计算机程序指令也可存储在计算机可读存储器中，计算机可读存储器可指引计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现流程图和/或框图的框或多个框中规定的功能/动作的指令的制造品。计算机程序指令也可加载到计算机或其它可编程的数据处理设备上，以使待在计算机或其它可编程的设备上执行的一系列操作步骤产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的框中规定的功能/动作的步骤。本发明可包括具有控制节流阀170的技术效果的控制系统等。本发明可构造成自动地确定节流阀170的基准行程。备选地，控制系统可构造成要求用户动作来启动运行。控制系统的ー个实施例可如独立的系统那样起工作。备选地，可将控制系统作为模块等结合在较宽泛的系统内，例如(但不限干)涡轮机控制系统。现在參照图2，图2是示出了根据本发明的一个实施例的、用于控制结合有图I的 节流阀170的压缩机100的方法200的实例的流程图。在步骤205中，方法200可确认涡轮机在正确的模式中。这里，涡轮机通常以准备好产生有用功的方式运行。在步骤210中，方法200可确定是否满足节流阀许可条件(permissive)。该许可条件可被认为是涡轮机的运行状况，例如(但不限干)以气体燃料运行且输出动力的涡轮机。如果满足节流许可条件，则方法200可前进到步骤215，否则，方法200可回到步骤205。在步骤215中，方法200可启用节流阀的操作。这里，与控制系统相关联的图形用户界面可指示节流阀的操作被启用。在本发明的一个实施例中，当涡轮机不是用气体燃料运行时，节流阀可被禁用和完全打开。在步骤220中，方法200可将节流阀打开到期望范围。该期望范围可与燃料的期望排出压カ一致。本发明的实施例可在期望范围的选择上提供柔性。例如(但不限干)，期望范围可为从19巴至大约22巴的表压范围。备选地，期望范围可为在用于防喘振阀的操作的设定点之下的值。例如(但不限干)，期望范围可为比防喘振阀的设定点低大约O. 25巴至大约2巴的范围。如所论述的那样，节流阀可在许可条件得到满足和保持时运行。如果前述运行状况改变，则节流阀可因此而调节。在本发明的一个实施例中，节流阀的操作范围可受到限制，以降低下游流量波动的可能。在本发明的一个实施例中，节流阀的范围可取决于所使用的具体的阀的线性可控范围。节流阀控制的另ー个特征在于用以降低流径中的不稳定性的可能的较慢的回路速度。在本发明的一个实施例中，节流阀的控制回路速度可比燃料流径中的其它保护和压カ控制回路更慢，例如(但不限干)防喘振阀控制。在本发明的一个备选实施例中，节流阀的运动可受到偏置，以确保节流阀的运动基本比防喘振阀的运动更慢。在步骤225中，方法200可确定节流阀的位置是否在期望范围中。如果节流阀在期望范围内，则方法200可前进到步骤230和235 ;否则，方法200可回到步骤220。在步骤230中，方法200可确认节流阀在期望范围内。这可确保压缩机运行状况在设计范围内，而不需要通过防喘振线路的再循环。在步骤235中，方法200可确定单元的前述状况是否已经改变。这里，控制系统可接收来自涡轮机控制系统等的关于前述运行状况的信息。例如(但不限干)，如果涡轮机负载已经改变，则方法200可回到步骤205 ;否则，方法200可回到步骤225，以进行运行监測。
图中的流程图和步骤图示出了根据本发明的多种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可行实现的架构、功能性和操作。就此而言，流程图或步骤图中的各个步骤可表示代码模块、代码片段或代码的一部分，代码包括用于实现规定的逻辑功能(ー个或多个)的一个或多个可执行指令。还应当注意，在ー些备选实现中，步骤中提到的功能可不按图中提到顺序出现。例如，连续显示的两个步骤实际上可基本同时执行，或者步骤有时可按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。还将注意，框图和/或流程图的各个步骤以及框图和/或流程图中的步骤的组合可由基于专用硬件的系统实现，该系统执行专用硬件和计算机指令的规定功能或动作或组合。虽然在本文中示出和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，打算实现同一目的的任何布置均可代替所显示的特定实施例，而且本发明在其它环境中有其它应用。本申请意图覆盖本发明的任何修改或变型。所附权利要求无论如何不意图将本发明的范围限于本文描述的具体实施例。本领域普通技术人员将理解，可进ー步选择性地应用以上关于若干实施例所描述的许多各不相同的特征和构造来形成本发明的其它可行实施例。本领域技术人员将进一歩理解，没有提供或详细论述本发明的所有可行重复，但是由所附被若干权利要求或以别的 方式所包含所有组合和可行实施例意图为本申请的一部分。另外，根据本发明的若干实施例的以上描述，本领域技术人员将认识到改进、改变和改良。在本领域的技术内的这样的改进、改变和改良也意图由所附权利要求覆盖。另外，应当显而易见的是，前述仅涉及本申请的所描述的实施例，并且可在本文中作出许多改变和改良，而不偏离由所附权利要求及其等效方案所限定的本申请的精神和范围。
权利要求
1.ー种用于控制通过燃料供应系统(155)流到操作性地结合的涡轮机(160)和燃料气体压缩机単元(100)的燃料的系统，所述系统包括 压缩机(100)，其包括至少ー个级；与所述至少ー个级相关联的再循环线路(125，.135)，其中，所述再循环线路(125，135)配备有防喘振阀(130，140);以及允许燃料通过所述压缩机(100)而流体地连通的流径(143);以及 在所述流径(143)内的、控制所述压缩机级的入口(145)处的燃料的状况的节流阀(170);其中，所述节流阀(170)减少经由所述再循环线路(125，135)使额外的燃料再循环通过所述压缩机(100)的需要；其中，所述节流阀(170)协助使所述压缩机(100)在设计状况内运行。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述节流阀(170)位于所述压缩机(100)的第一级(105)的上游且位于所述流径(143)中。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述压缩机(100)将燃料排到涡轮机(160)。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述压缩机(100)包括至少两个级(105，.110)和连接各个级的级间区域(120)，其中，所述流径(143)允许燃料通过各个级(105，.110)而流体地连通。
5.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述节流阀(170)位于所述级间区域(120)内且位于所述流径(143)中。
6.ー种控制通过燃料供应系统(155)流到操作性地结合的涡轮机(160)和燃料气体压缩机单元(100)的燃料的方法，所述方法包括 提供压缩机(10)，所述压缩机(10)包括至少ー个级；与所述至少一个级相关联的再循环线路(125，135)，其中，所述再循环线路(125，135)配备有防喘振阀(130，140);以及允许燃料通过所述压缩机(100)而流体地连通的流径(143);以及 调控所述流径(143)内的节流阀(170)，所述节流阀(170)控制所述至少ー个压缩机级的入口(145)处的燃料的状況； 其中，所述节流阀(170)减少经由所述再循环线路(125，135)使额外的燃料再循环通过所述压缩机(100)的需要；其中，所述节流阀(170)协助使所述压缩机(100)在设计状况内运行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在干，所述方法进ー步包括提供接收来自所述压缩机(100)的燃料的涡轮机(160)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括以下步骤 a.启用所述节流阀(215)； b.将所述节流阀控制到期望范围(220，225，235);以及 c.关闭所述防喘振阀(230)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进ー步包括以下步骤基于运行状况的变化来确定所述节流阀是否在所述期望范围内(225)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，节流阀控制回路速度(220)比其它的保护和压カ控制回路更慢。
全文摘要
本发明涉及用于控制与涡轮机相关联的燃料供应的系统和方法。本发明的实施例结合了较慢动作的阀(170)，以对通过压缩机(100)的燃料流进行节流控制。本发明的实施例设法减少对使涡轮机(160)不需要的压缩燃料再循环的需要。这可提高涡轮机-燃料气体压缩机系统的净动力输出和效率。
文档编号F02C7/22GK102691578SQ20121008272
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月18日
发明者E·卡拉卡, F·T·科德伦, M·J·马里亚尼, R·J·勒文二世 申请人:通用电气公司