用于在部分速度操作期间控制燃气涡轮的可操作性的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文中公开的主题涉及燃气涡轮操作，并且更具体地，涉及部分速度燃气涡轮操作的自动控制，其用以改进火焰稳定性和燃烧效率，以便影响排气温度传播、燃烧动力和排放物，同时不超过其它边界，像排气温度极限和加速速率极限。
【背景技术】
[0002]由于单元起动之前的环境条件和涡轮状态，故燃气涡轮的部分速度操作是高度瞬态的并且经受大变化。此外，部分速度空气和燃料流的不确定性使理解部分速度操作特别有挑战性。实际上，当扩散操作非常稳健并且不需要详细理解部分速度流时，预混合操作对这些变化特别敏感。
【发明内容】
[0003]根据本发明的一个方面，一种在部分速度操作期间控制燃气涡轮的可操作性的方法被提供，并且包括识别燃气涡轮的燃烧系统在部分速度下操作，燃烧系统包括燃料源、燃料回路，以及分别可操作地插置在燃料源和燃料回路之间的阀，限定基于第一和第二参数的第一和第二边界，以及根据限定的第一和第二边界自动地控制阀中的各个以控制至燃料回路中的各个的燃料流。
[0004]根据本发明的另一个方面，一种在部分速度操作期间控制燃气涡轮的可操作性的方法被提供，并且包括识别燃气涡轮的燃烧系统在部分速度下操作，燃烧系统包括燃料源、燃料回路，以及分别可操作地插置在燃料源和燃料回路之间的阀，限定基于燃料喷嘴当量比和燃烧器强度参数的贫燃熄火和富燃熄火(LBO和RBO)边界，以及根据限定的LBO和RBO边界自动地控制阀中的各个以控制至燃料回路中的各个的燃料流。
[0005]根据本发明的又一个方面，一种用于在部分速度操作期间控制燃气涡轮的可操作性的系统被提供，并且包括:燃烧系统，其能够在部分速度下操作以从燃烧产生工作流体，燃烧系统包括燃料源、燃料回路，以及分别可操作地插置在燃料源和燃料回路之间的阀；和控制器。控制器包括与基于燃烧系统的第一和第二参数的燃烧系统的第一和第二边界有关的编码数据，以及处理器，该处理器构造成根据限定的第一和第二边界自动地控制阀中的各个以控制至燃料回路中的各个的燃料流。
[0006]优选地，所述第一边界与所述燃烧系统的富燃熄火(RBO)限界相关联，而所述第二边界与所述燃烧系统的贫燃熄火(LBO)限界相关联。
[0007]优选地，所述第一和第二边界基于所述第一和第二参数以及附加项目。
[0008]这些和其它的优点和特征将从结合附图进行的以下描述变得更加显而易见。
【附图说明】
[0009]被认作是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求中特别指出和清楚地要求权利。本发明的前述和其它特征和优点从结合附图进行的以下详细描述为显而易见的，在该附图中:
[0010]图1为根据实施例的燃气涡轮发动机的示意图；
[0011]图2为图1的燃气涡轮发动机的燃烧器和燃料回路的放大图；
[0012]图3为图1的燃气涡轮发动机的控制器的示意图；
[0013]图4为示出根据实施例的控制燃气涡轮在部分速度操作期间的可操作性的方法的流程图；
[0014]图5为示出根据另外的实施例的控制燃气涡轮在部分速度操作期间的可操作性的详细方法的流程图；
[0015]图6为由图4的方法采用的操作边界的图示；
[0016]图7为图5的方法的执行的结果的图示；以及
[0017]图8为燃气涡轮发动机的成功和失败起动的图示。
[0018]详细描述经由实例参照【附图说明】本发明的实施例以及优点和特征。
[0019]部件列表
[0020]燃气涡轮发动机10
[0021]压缩机11
[0022]燃烧器12
[0023]内部120
[0024]涡轮区段13
[0025]燃料回路14
[0026]第一燃料(PMl)回路141
[0027]第二燃料(PM2)回路142
[0028]燃料源15
[0029]阀16
[0030]过渡件17
[0031]转子18
[0032]发电机19
[0033]传感器20
[0034]温度传感器201
[0035]位置传感器202
[0036]压力传感器203
[0037]流量测量传感器204
[0038]系统30
[0039]燃烧系统31
[0040]控制器32
[0041]计算机可读介质320
[0042]编码数据321
[0043]处理器322
[0044]逻辑3221
[0045]附加的逻辑3222
[0046]伺服单元323
[0047]在部分速度条件下操作操作40
[0048]限定第一和第二操作边界操作41
[0049]自动控制阀中的各个操作42
[0050]计算空气流和燃烧强度参数操作400[0051 ]计算LBO和RBO极限操作401
[0052]设定当量比目标操作402
[0053]将目标设定成小于A/D极限操作403
[0054]计算燃料流操作404
[0055]计算燃料分流比操作405
[0056]偏差406。
【具体实施方式】
[0057]以下提供的描述涉及燃气涡轮发动机的部分速度自动控制策略，其中，燃气涡轮控制系统自动地控制至燃气涡轮发动机的燃料回路中的各个的燃料流，以改进火焰稳定性和燃烧效率，以便影响排气温度传播、燃烧动力和排放物，同时不超过其它边界，像排气温度极限和加速速率极限。
[0058]参照图1和图2，燃气涡轮发动机10被提供并且包括压缩机11、燃烧器12和涡轮区段13。压缩机11压缩入口空气，并且经由燃料回路14将压缩的入口空气输出至燃烧器12。虽然在图1和图2中示出两个燃料回路14，但是将理解，一个燃料回路14或多于两个燃料回路14可设在燃气涡轮发动机10中。燃料回路14均经由阀16接收来自燃料源15的燃料，阀16增大或减小每个燃料回路14接收的燃料的量。在燃料回路14内，接收的燃料和压缩的入口空气混合并且作为可燃材料喷射到燃烧器12的内部120中。可燃材料在内部120内燃烧，并且产生高温和高压的工作流体，其经由流体地插置在燃烧器12和涡轮区段13之间的过渡件17指引到涡轮区段13中。燃料回路14中的一些可设置成将可燃材料喷射到过渡件17的内部中(作为可设有燃气涡轮发动机10的延迟贫喷射(LLI)系统的一部分)。在涡轮区段13内，高温和高压的工作流体膨胀成产生机械能，其驱动延伸穿过涡轮区段13、压缩机11和发电机19的转子18的旋转。转子18的旋转驱动压缩机11的操作，并且可用于在发电机19中产生电。
[0059]根据实施例并且如图2所示，燃料回路14可包括第一燃料回路(PMl回路)141和第二燃料回路(PM2回路)142。PMl回路141供给燃烧器12中的中心燃料喷嘴，或者在筒环形阵列中，燃烧器12筒中的每一个中的中心燃料喷嘴。PM2回路142供给燃烧器12中的五个外部燃料喷嘴中的两个，或者在筒环形阵列的情况下，在燃烧器12筒中的每一个中的五个外部燃料喷嘴中的两个。
[0060]燃气涡轮发动机10可进一步包括遍及压缩机11、燃烧器12和涡轮区段13设置的多个传感器20。传感器20可包括温度传感器201，诸如设置在燃烧器12的排气流中以检测排气温度的热电偶，和设置在涡轮区段13中的轮空间腔中以检测轮空间腔中的温度的热电偶。传感器20还可包括设置成提供阀16的阀冲程的反馈的位置传感器202、设置在压缩机11的入口(例如，喇叭口形状的入口)中以测量压缩机进气流的流量和压力的压力传感器203，以及/或者设置在燃料回路14中以检测至少燃料回路14中接收的燃料的静态和动态压力和测量燃料流率的流量测量传感器204。总之，在燃气涡轮发动机10的整个操作中，传感器20的读数提供了循环条件(诸如压力、温度、空气流和燃料流量)的图像。
[0061]图1和图2的燃气涡轮发动机10能够在多种模式下和在加载(即，满载或FL)或未加载(即，无负载或NL)条件下以多种速度操作。特别地，燃气涡轮发动机10可在达到全速条件之前在若干分钟内从零速度条件起动并且通过部分速度条件加速。图1和图2的燃气涡轮发动机10的可操作性可经受与燃烧系统31相关联的操作边界(见图3)，燃烧系统31包括燃烧器12、燃料回路14、燃料源15和阀16。
[0062]例如，关于上述的PMl回路141和PM2回路142的构造，可存在用于控制燃料喷嘴的当量比的三个或更多个操作边界。这些包括关于用于PMl回路141的燃料喷嘴当量比的贫燃熄火(LBO)边界、关于用于PMl回路141的燃料喷嘴当量比的富燃熄火(RBO)边界，以及关于用于PM2回路142的燃料喷嘴当量比的第三边界。该第三边界被称为附接/分离(A/D)边界，在该附接/分离(A/D)边界附近，PM2回路142火焰将通过附接燃料喷嘴末端和与其分离，从而生成高的燃烧动态和不稳定性来展示瞬时行为。可选地，用于PMl回路141的RBO边界可与基于燃烧顶端金属温度或排出物的极限组合。此外，如果仅考虑PM2电路142的A/D边界，则A/D边界可与基于联焰管温