多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法
【专利说明】多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法
[0001]本申请为2008年6月26日提交的发明专利申请“多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法”(申请号:200810127369.3，申请人:通用电气公司)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃烧动态控制，更具体地，本发明涉及多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法。
【背景技术】
[0003]旋转机械(诸如燃气涡轮发动机)中的燃烧系统的设计和运行比较复杂。为了运行这种发动机，常规的燃烧动态调谐算法可利用与各种发动机部件相关的一个或多个传感器来获取发动机的性能和运行特性。例如，General Electric型号为GE-10的单分管型燃烧室可利用来自多个燃烧动力传感器的输出，以使用常规的动态调谐算法对燃烧室进行调谐。在另一个实例中，环管型燃烧室可包括以环状构造布置的多个分管，并且可利用来自多个燃烧动态传感器(一个传感器用于一个分管)的输入，以使用另一种常规的动态调谐算法对燃烧室进行调谐。考虑到分管与分管之间的差异，后一种动态调谐算法可检查各传感器是否处于预定的范围内，然后将传感器设定到中间特性值，或者备选地，将所有传感器的输出取平均，以确定需要执行的动态信号。
[0004]在某些情况下，与燃烧室(诸如单分管型燃烧室或环管型燃烧室)相关的一个或多个传感器可能提供不足或错误的数据或测量值。例如，传感器可能在燃烧室运行过程中失效，来自传感器的数据可能停止或者另外地被视为错误的或不足的。如果超过一个的传感器提供不足或错误的数据或测量值，则这种数据或测量值可输入到常规的动态调谐算法中，并且导致燃烧室的效率下降。在另外的情况下，调谐不良或效率下降可导致燃烧室产生过大的振动或对燃烧室造成破坏。
[0005]因此，需要多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例可满足上述一些或全部需要。本发明的实施例大体涉及多分管型燃烧室使用燃烧动态调谐算法的系统和方法。根据本发明的一个实施例，可利用发动机模型对包括多个分管的发动机实施用于控制燃气涡轮发动机的方法。该方法可包括获取与发动机的多个分管相关的运行频率信息。另外，该方法可包括确定至少两个分管的运行频率信息之间的差异。此外，该方法可包括至少部分地基于该差异来确定中值(median value)。此外，该方法可包括确定中值是否超出至少一个运行阈值。该方法还可包括，如果超出至少一个运行阈值，则执行至少一种发动机控制动作来改变至少一个运行频率。
[0007]根据本发明的另一个实施例，可实现用于控制燃气涡轮发动机的系统。该系统可包括适于获取与相应分管相关的运行频率信息的多个传感器。该系统还可包括控制器，该控制器适于至少部分地基于运行频率信息来确定至少两个分管的运行频率信息之间的差异。此外，控制器可适于至少部分地基于该差异来确定中值。另外，该控制器可适于，如果超出至少一个运行阈值，则执行至少一种发动机控制动作来改变至少一个运行频率。
[0008]根据本发明的另一个实施例，可实现用于控制带有多个分管的燃气涡轮发动机的基于模型的控制系统。该系统可包括适于获取与相应分管相关的运行频率信息的多个传感器。另外，该系统可包括适于从多个传感器接收信息的模型。该模型可适于确定至少两个分管的运行频率信息之间的差异。此外，该模型可适于至少部分地基于该差异来确定中值。另外，该模型可适于至少部分地基于中值来确定输出。此外，该模型可适于确定中值是否超出至少一个运行阈值。另外，该模型可适于确定适合于改变至少一个运行频率的输出。此夕卜，该系统可包括控制器，该控制器适于至少部分地基于来自发动机模型的输出来确定发动机控制动作，并且还适于输出控制命令以执行发动机控制动作。
[0009]根据以下结合附图所做的描述，本发明的其它实施例以及实施例的其它方面将变得显而易见。
【附图说明】
[0010]上文概括地描述了本发明，以下将参照未必按比例绘制的附图，其中:
图1是表示燃气涡轮发动机实例的布置的示意图，该燃气涡轮发动机可通过本发明的实施例进行控制。
[0011]图2是显示根据本发明实施例的发动机控制系统的部件的框图。
[0012]图3是显示根据本发明的一个实施例的在执行期间的燃烧动态调谐模型的框图。
[0013]图4-5显示根据本发明实施例的基本燃烧动态调谐工艺和燃气涡轮发动机的实例流程图。
[0014]图6-9显示根据本发明实施例的主动(active)燃烧动态调谐工艺和燃气涡轮发动机的实例流程图。
[0015]图10显示根据本发明实施例的燃烧动态调谐工艺和燃气涡轮发动机的运行频率数据实例。
[0016]附图标记:
100燃气涡轮发动机
102分管
104分管
106分管
108分管
110分管
112分管
200控制系统
210设备或发动机
220状态估计器
230模型
240基于模型的预测控制模块或控制模块 250优化器260模型
Y运行频率数据
U发动机命令输入
300模型
302模型方框
304模型方框
306模型部分导出方框
308模型部分导出方框
310过滤方框
312均热(heat soak)方框
314性能参数
316来自模型方框302的性能输出
318来自模型方框304的性能输出
320异相变量
322乘法器
324预测的发动机传热
326乘法器
330来自模型部分导出方框306的输出
332来自模型部分导出方框306的输出
334来自模型部分导出方框308的输出
336来自发动机的性能参数
338协方差输出
342金属温度
400工艺
402方框402
404判断方框404
406“是”分支
408方框408
410“否”分支
412判断方框412
414“是”分支
416“否”分支
418判断方框418
420“是”分支
422判断方框422
424“是”分支
426“否”分支
428方框428
430“否”分支432方框432
500工艺502判断方框502
504“是”分支
506方框506
508方框508
510方框510
512“否”分支
514方框514
516方框516
600工艺
602方框602
604“是”分支
606方框606
608方框608
610方框610
612“否”分支614分支方框B616判断方框616
618“是”分支
620方框620
622“否”分支
624方框624
700工艺702判断方框702
704“是”分支
706方框706
708“否”分支710判断方框710
712“是”分支
714方框714
716方框716
718方框718
720方框720
722“否”分支
724方框724
800工艺802判断方框802
804“是”分支806方框806
808方框808
810方框810
812方框812814分支方框C
816“否”分支818分支方框B820判断方框820
822“是”分支
824方框824
826“否”分支
828方框828
900工艺
902分支方框902904判断方框904
906“是”分支
908方框908
910方框910912判断方框912
914“否”分支
916方框916
918方框918
920“是”分支
922方框922
924方框924926判断方框926
928“是”分支
930方框930
932方框932
934“否”分支
936方框936938分支方框B
940“否”分支
942方框942
944方框944946判断方框946
948“否”分支950分支方框B
952“是”分支 954方框954
956方框956
1000运行频率数据
1002X 轴
1004y 轴
1006移动黄色阈值
1008运行数据超出移动黄色阈值的点
1010运行数据超出移动黄色阈值的点
1012运行数据超出移动黄色阈值的点。
【具体实施方式】
[0017]以下本文将参照附图对本发明进行更全面的描述，在附图中显示了本发明的示范性实施例。然而，本发明可按多种不同的形式实施，并且本发明不能理解为受限于本文所阐述的示范性实施例，相反，这些实施例的提供使得本发明向本领域的技术人员传达本发明的范围。在整个说明书中相同的符号表示相同的元件。
[0018]以下参照根据本发明实施例的方法和系统的框图和示意图对本发明的实施例进行描述。可以理解，框图的各个方框以及图中方框的组合可通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可载入一个或多个通用计算机、专用计算机或其它用于形成机器的可编程数据处理装置，使得在计算机或其它可编程数据处理装置中执行的指令产生用于执行方框或多个方框中所指定的功能的装置。这种计算机程序指令还可以存储于计算机可读存储器中，该存储器可引导计算机或其它可编程数据处理装置以特定的方式运行，使得存储于计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置在内的制品，该指令装置执行方框或多个方框中所指定的功能。
[0019]在本发明的实施例中，发动机或发动机子系统的任何物理系统、控制系统或特性可模型化，其包括但不限于发动机本身、燃气通道和燃气通道动态特性；促动器、效应器或修改或改变任何发动机运转状态的其它控制装