度和燃烧动态的极限组合。
[0063]在与部分速度条件相关联的操作期间，可操作性的主要考虑是完全或部分熄火、过热、过大的燃烧动态幅度、低燃烧效率以及过大的加速。一个或更多个燃烧器12筒中的火焰的完全或部分熄火可导致高的排气温度扩散，并且可使燃气涡轮发动机10跳闸。此类熄火的原因中的一个涉及使燃料喷嘴穿过它们的相应边界的燃料和/或空气流的变化(例如，PMl回路141燃料喷嘴当量比超过其LBO或RBO边界，或者PM2回路142燃料喷嘴当量比穿过附接/分离边界)。当PM2回路142燃料喷嘴当量比变得太高时，过热发生，燃烧动态幅度在某些频率范围可超过燃烧器12的某些部分的可接受极限，低燃烧效率可生成高水平的CO和UHC，这在排放规定变得更严格时可变成问题，并且在燃气涡轮发动机10过渡到加速控制之前的低速范围下，如果命令过多的燃料，则加速可超过其极限。就是说，当燃气涡轮发动机10处于加速控制时，遵循加速计划所需的燃料量可推动排气温度达到其极限。
[0064]参照图3，系统30提供用于控制图1的燃气涡轮发动机10在与部分速度条件相关联的操作期间的可操作性。如图2所示，系统30包括燃烧系统31和控制器32，燃烧系统31能够在部分速度下操作以从燃烧产生工作流体。控制器32包括编码数据321存储在其上的计算机可读介质320、处理器322以及与燃料回路14中的各个和阀16中的各个相关联且可操作地联接于其的伺服单元323。编码数据321可涉及燃烧系统30的第一和第二操作边界(例如，关于用于PMl回路141的燃料喷嘴当量比的贫燃熄火(LBO)边界和关于用于PMl回路141的燃料喷嘴当量比的富燃熄火(RBO)边界)，它们基于燃烧系统30的第一和第二参数。处理器322构造成获取编码数据321和操纵伺服单元323，以便自动地控制阀16中的各个。
[0065]控制允许处理器322根据燃烧系统30的限定的第一和第二操作边界控制至燃料回路14中的各个的燃料流。控制还允许处理器322朝PMl回路141当量比和PM2回路142当量比中的一个或两者施加相应偏差。偏差允许调整成考虑例如空气流计算中的机器对机器的变化。
[0066]参照图4-8，处理器322可构造成识别燃气涡轮发动机10的燃烧系统30在部分速度条件下操作(操作40)。在此类情况下，处理器322获取编码数据321并且从编码数据321基于第一和第二参数限定至少第一和第二操作边界，诸如PMl回路141 (见图6)和PM2回路142当量比边界(操作41)，并且可基于第一和第二参数以及其它参数(例如，关于用于PM2回路142的燃料喷嘴当量比的第三边界)限定附加的操作边界。第一和第二操作边界形成部分速度模型，其用于生成用于燃气涡轮发动机10的操作控制的循环条件的实时预测。
[0067]在部分速度模型由第一和第二操作边界形成并且能够用于生成循环条件的实时预测的情况下，处理器322经由第一和第二传递函数使第一和第二边界与燃料回路14中的燃料流分别相关，并且操纵伺服单元323来自动地控制阀16中的各个，以根据限定的第一和第二操作边界以及第一和第二传递函数控制至燃料回路14中的各个的燃料流(操作42)。至燃料回路14中的各个的燃料流的得到的控制容许处理器322维持，并且如果必要的话改进与第一和第二操作边界相关联的限界。
[0068]更详细地并且参照图5，处理器322可计算压缩机和燃烧器的空气流以及燃烧强度参数(操作400)。在该点处，处理器322计算用于PMl回路141的LBO和RBO极限(操作401)，并且可根据闭环控制策略将PMl回路141当量比目标设定至LBO和RBO极限之间的中心(操作402)。接着，处理器322将PMl电路142当量比目标设定至预定值或限定为小于A/D极限的值(操作403)，并且计算设定目标所需的PMl回路141和PM2回路142燃料流(操作404)。在该点处，处理器322计算满足所计算的燃料流的燃料分流比(操作405)。操作402和403中的一个或两者可进一步包括通过处理器322将偏差施加于当量比目标(406)，以便允许调整成考虑例如空气流计算中的机器对机器的变化。
[0069]就是说，参照图6和图7，得到的控制允许处理器322控制燃气涡轮发动机10的操作，使得不接近第一或者第二操作边界或在其后部，这导致了成功起动的增加的可能性，如图8所示。
[0070]如上所述，并且根据实施例，第一操作边界可与燃烧系统30的富燃熄火(RBO)限界相关联，而第二操作边界可与燃烧系统30的贫燃熄火(LBO)限界相关联。根据另外的实施例，并且如图4所示，第一和第二参数可包括燃料喷嘴当量比，其通过将局部燃料空气比分别除以化学计量燃料空气比和燃烧器强度参数来获得。第一和第二操作边界的可选或附加的实例可与排气温度扩散、燃烧动态、燃烧效率、用于燃料喷嘴、盖、联焰管、衬套、空筒、液体燃料筒等的金属温度极限、排气温度和/或加速速率或总加速时间相关联。在每种情况下，第一和第二参数可为燃烧系统30的特征，其与这些可选或附加的实例相关联或者另外限定这些可选或附加的实例。
[0071]根据附加的实施例，处理器322可构造成控制燃烧系统30的燃烧效率，以便维持可操作性限界和改进排放性能。处理器322还可包括逻辑3221 (见图2)以基于由设置在涡轮区段13的轮空间中的传感器20感测的轮空间温度，改变燃烧系统30的预热时间。预热时间在点火和联焰之后发生，对于冷起动(其中，平均轮空间温度低于例如大约150华氏度)，处理器322将控制燃烧系统30预热达2-2.5分钟。对于热起动(平均轮空间温度大于例如大约450华氏度)，处理器322将控制燃烧系统30预热达1_4分钟。对于在例如大约150-450华氏度之间的平均轮空间温度，处理器322将控制预热时间以具有从大约2或2.5-4分钟的线性插值。可变的预热时间将改进冷起动的燃烧效率和排放性能，但对于热起动将不引起超过排气温度极限的风险。
[0072]根据又一些实施例，处理器322可包括用于闭环加速控制的附加逻辑3222(见图2)，其将允许处理器322控制燃气涡轮发动机10和燃烧系统30连贯地加速。此类连贯加速将改进转子寿命，并且将降低对压缩机11和涡轮区段13的损坏的风险。特别地，处理器322可控制至燃料回路14的燃料流，以便遍及至少启动维持特定的加速速率。
[0073]虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解，本发明不限于此类公开的实施例。相反，可修改本发明，以并入迄今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的多种实施例，但将理解，本发明的方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
【主权项】
1.一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，所述系统包括: 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，所述燃烧系统包括燃料源、燃料回路，以及分别可操作地插置在所述燃料源和所述燃料回路之间的阀；和 控制器，其包括与基于所述燃烧系统的第一和第二参数的所述燃烧系统的第一和第二边界有关的编码数据，以及处理器， 所述处理器构造成根据限定的第一和第二边界自动地控制所述阀中的各个以控制至所述燃料回路中的各个的燃料流。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一和第二参数分别包括燃料喷嘴当量比和燃烧器强度参数。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴当量比包括局部燃料空气比除以化学计量的燃料空气比。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步构造成使所述第一和第二边界分别经由第一和第二传递函数与所述燃料流相关。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步构造成自动地控制所述阀中的各个以控制至所述燃料回路中的各个的燃料流，以便维持燃烧效率。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步构造成基于轮空间温度改变预热时间。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步构造成控制所述燃烧系统以维持预定的加速速率。
【专利摘要】本公开涉及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。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，该方法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。
【IPC分类】F02C9/26
【公开号】CN204691908
【申请号】CN201420872334
【发明人】C·M·侯, S·E·路易斯, P·G·蔡尔德斯, D·利奇
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年11月4日
【公告号】DE102014115478A1, US20150121887