專利名稱：顯示實時渦輪機(jī)修正輸出和耗熱率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)總的涉及渦輪機(jī)(turbine)控制領(lǐng)域，更詳細(xì)地說，涉及顯示渦輪機(jī)性能的顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)具有用于監(jiān)視和控制其操作的控制系統(tǒng)(“控制器”)。這些控制器產(chǎn)生有關(guān)渦輪機(jī)性能的數(shù)據(jù)。控制器能夠顯示這些數(shù)據(jù)，因此操作人員就能監(jiān)視渦輪機(jī)的操作。
渦輪機(jī)修正輸出和修正耗熱率是指示渦輪機(jī)熱動力正常的有用性能參數(shù)。然而，常規(guī)控制器不能顯示渦輪機(jī)的修正耗熱率和輸出。對涉及渦輪機(jī)的修正耗熱率和輸出的數(shù)據(jù)是持久的需要。也需要能夠?qū)崟r顯示的數(shù)據(jù)和歷史顯示的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個實施例中，本發(fā)明是用于實時產(chǎn)生和顯示渦輪機(jī)性能參數(shù)的方法，該方法包括監(jiān)視渦輪機(jī)的性能并收集有關(guān)渦輪機(jī)性能的實時數(shù)據(jù)；根據(jù)所收集的實時數(shù)據(jù)確定渦輪機(jī)的修正輸出值；電存儲渦輪機(jī)的修正輸出值及對應(yīng)時間，并顯示當(dāng)前的修正的渦輪機(jī)輸出值及對應(yīng)時間。
在第二個實施例中，本發(fā)明是用于實時產(chǎn)生和顯示渦輪機(jī)的性能參數(shù)的方法，該方法包括監(jiān)視渦輪機(jī)性能并收集有關(guān)渦輪機(jī)性能的實時數(shù)據(jù)；根據(jù)所收集的實時數(shù)據(jù)確定修正的渦輪機(jī)耗熱率；電存儲修正的渦輪機(jī)耗熱率及對應(yīng)時間，并顯示當(dāng)前修正的渦輪機(jī)耗熱率及其對應(yīng)時間。


圖1是具有燃料控制系統(tǒng)和控制器顯示的燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖；圖2是示出不同燃?xì)廨啓C(jī)性能參數(shù)的實時值和歷史值的示例屏幕顯示；圖3是示例流程圖。
具體實施例方式
圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)10，其包括壓縮機(jī)12、燃燒室14、通過軸17連接到該壓縮機(jī)上的渦輪機(jī)16、燃料控制器18和燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)20。燃?xì)廨啓C(jī)通過軸22驅(qū)動發(fā)電機(jī)19，從而產(chǎn)生電能。控制系統(tǒng)20通過傳感器監(jiān)視燃?xì)廨啓C(jī)的操作，該傳感器檢測例如渦輪機(jī)的功率輸出、壓縮機(jī)和渦輪的旋轉(zhuǎn)速度、渦輪入口和排氣溫度、流向燃燒室的燃料、壓縮機(jī)壓力和其他運行狀況。
(多個)控制系統(tǒng)20、18可以是常規(guī)General Electric SpeedTronicTMMark VGas Turbine Control System。The SpeedTronic控制器監(jiān)視各種傳感器和其它與燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)的儀器。除了控制某些渦輪功能外，例如燃料流率，The SpeedTronic控制器還根據(jù)它的渦輪傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)并把這些數(shù)據(jù)提供給渦輪機(jī)操作人員。通過使用能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)圖表和其它數(shù)據(jù)顯示方式的軟件，可以顯示所述數(shù)據(jù)，例如General Electric CimplicityTMHMI軟件產(chǎn)品。然而，這種常規(guī)控制器和控制顯示的顯示特征并不能提供用于修正的渦輪機(jī)輸出或修正的渦輪機(jī)耗熱率的顯示。
SpeedTronicTM控制系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)，其包括微處理器，該微處理器使用傳感器輸入和操作人員的指令來執(zhí)行程序，從而控制燃?xì)廨啓C(jī)的操作?？刂葡到y(tǒng)包括邏輯單元，諸如采樣和保持(hold)，求和及求差單元，其可以用軟件實施或通過硬連線邏輯電路實施?？刂葡到y(tǒng)處理器產(chǎn)生的命令促使燃?xì)廨啓C(jī)上的激勵器例如調(diào)節(jié)給燃燒室提供燃料的燃料控制系統(tǒng)，給壓縮機(jī)設(shè)置進(jìn)口導(dǎo)葉，并調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)上的其它控制設(shè)置。
控制器20包括計算機(jī)處理器和數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)存儲器把傳感器讀數(shù)轉(zhuǎn)換為使用處理器執(zhí)行的各種算法的數(shù)據(jù)。由算法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠指示燃?xì)廨啓C(jī)的各種運行情況。數(shù)據(jù)可以被顯示在多個操作顯示器(operator display)22上，例如計算機(jī)工作站，其能夠與操作顯示器電連接。顯示器和/或控制器使用軟件能產(chǎn)生數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)打印輸出，諸如應(yīng)用General Electric CimplicityTM數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制軟件。
圖2示例出顯示器24的顯示屏30，其示出來自運行的燃?xì)廨啓C(jī)的當(dāng)前和以前的性能測試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示屏30包括圖表32，其示出了性能參數(shù)作為時間函數(shù)的各種線圖34。線圖34示出燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)的當(dāng)前值及那些參數(shù)的近期歷史值。圖表的水平軸示出了當(dāng)前的時間周期36和在當(dāng)前時間之前的一段時間38。軟功能鍵40允許瀏覽顯示器的操作人員選擇將要被顯示的參數(shù)和顯示時間周期的持續(xù)時間。
線圖34可以提供對于修正的渦輪機(jī)輸出功率(“功率輸出曲線(margin)”)和修正的渦輪機(jī)耗熱率(“耗熱率曲線(margin)”)42的當(dāng)前值和近期歷史值。功率輸出和耗熱率的這些值可以作為這些參數(shù)的正常運行值的最大值的44％被顯示。
功率輸出曲線和耗熱率曲線的值是在下文提出的算法的基礎(chǔ)上確定的，并從用于監(jiān)視燃?xì)廨啓C(jī)運行的傳感器的實時信號獲得。修正的渦輪機(jī)耗熱率和修正的渦輪機(jī)輸出功率的實時值對于燃?xì)廨啓C(jī)的操作人員來說是有用的，因為他們提供有關(guān)渦輪機(jī)性能的信息。特別是，修正的實時渦輪機(jī)功率輸出曲線表明了能夠產(chǎn)生的有用的附加功率，這特別有利于管理發(fā)電站的功率輸出。同樣地，修正的渦輪機(jī)耗熱率曲線提供有用的信息，從而決定燃?xì)廨啓C(jī)的效率。
從下面的算法可明顯看出，考慮外界環(huán)境的壓力和溫度，耗熱率和渦輪機(jī)輸出功率被修正。通過對于外界環(huán)境條件進(jìn)行修正，當(dāng)前修正的渦輪機(jī)輸出功率和修正的耗熱率的值可以與歷史值比較，而不需為外界環(huán)境條件的變化進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。
修正的渦輪機(jī)輸出功率和修正的耗熱率的當(dāng)前值和歷史值的顯示允許操作人員容易地鑒別在耗熱率或輸出功率中的突發(fā)性變化，并監(jiān)視耗熱率和輸出功率的趨勢。可以通過使用顯示器的用戶控制進(jìn)行操作，選擇用于顯示修正的輸出功率和修正的耗熱率的最近歷史值的時間周期。關(guān)于修正的渦輪機(jī)電源出口的歷史信息可以與當(dāng)前修正的渦輪機(jī)輸出曲線和耗熱率曲線并置，如已在線圖42中做的那樣。
修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(MW_corr)可以如下(等式1)根據(jù)可得的參數(shù)值被計算出MW_corr＝DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)(等式1)其中，MW_corr是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(MW)；DWATT是測量的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(MW)；f(AFPAP)是測量的空氣壓力(汞柱壓力(in Hg))的函數(shù)并提供外界環(huán)境壓力的修正；f(AFPCS)是測量的入口壓力損失(水柱壓力(in H2O))的函數(shù)；f(AFPEP)是測量的排氣壓力損失(水柱壓力)的函數(shù)；f(CMHUM)是計算得到的壓縮機(jī)入口濕度(lb/lb)的函數(shù)；f(CTIMX)是測量的壓縮機(jī)入口溫度(度(deg.))的函數(shù)；f(DPF)是計算得到的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的函數(shù)；f(TNH)是測量的渦輪旋轉(zhuǎn)速度(RPM)的函數(shù)；f(WQJ)是測量的水或蒸汽注射流量(磅/秒(lbs/sec))的函數(shù)；f(AUX)是假定的輔助功率損失(千瓦(KW))的函數(shù)。
上述參數(shù)的實際函數(shù)可以根據(jù)特定應(yīng)用和渦輪機(jī)而變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，例如在控制系統(tǒng)具有若干年經(jīng)驗的燃?xì)廨啓C(jī)工程師，將完全有能力推導(dǎo)(developing)出用于特定渦輪機(jī)應(yīng)用(application)的等式的實際函數(shù)。進(jìn)一步，任何一個應(yīng)用(application)可以不采用上面列出的所有函數(shù)。例如，關(guān)于水或蒸汽注射的函數(shù)可以不被包含在不具有水或蒸汽注射的渦輪機(jī)應(yīng)用中。
修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出曲線(margin)(MW_corr)可以根據(jù)等式2確定，該等式如下(等式2)MW_mar＝((MW_corr/MW_ref)-1)*100其中，MW_mar是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出曲線(％)；MW_corr是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(兆瓦)；和MW_ref是參考燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(兆瓦)。
參考功率輸出將通常是由渦輪機(jī)制造者通常指定的得到保證的功率輸出值。
修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率(HR_corr)是可以按如下等式3從可得的參數(shù)值中計算得到HR_corr＝FQ*LHV*CF/DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)(等式3)其中，HR_corr是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率(BTU/KWh)；FQ是測量的燃?xì)廨啓C(jī)燃料流量(磅/秒)；LHV是假定的燃料低熱值(BTU/lb)；CF是單元轉(zhuǎn)換因數(shù)；DWATT是測量的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(兆瓦)；f(AFPAP)是測量的空氣壓力(汞柱壓力)的函數(shù)；f(AFPCS)是測量的入口壓力損失(水柱壓力)的函數(shù)；f(AFPEP)是測量的排氣壓力損失(水柱壓力)的函數(shù)；f(CMHUM)是計算得到的壓縮機(jī)入口濕度的函數(shù)(磅/磅)；f(CTIMX)是測量的壓縮機(jī)入口溫度(度)的函數(shù)；f(DPF)是計算得到的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的函數(shù)；f(TNH)是測量的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度(RPM)的函數(shù)；f(WQJ)是測量的水或蒸汽注射流量(磅/秒)的函數(shù)；f(AUX)是假定的輔助功率損失(千瓦)的函數(shù)。
上述參數(shù)的實際函數(shù)將根據(jù)特定應(yīng)用而變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該完全有能力推導(dǎo)出上面列出的每個函數(shù)的算法。而且，并非所有這些函數(shù)都將應(yīng)用于所有情況(例如，可以不安裝水或蒸汽注射系統(tǒng))。修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率曲線(HR_mar)可以由下面的等式4確定(等式4)HR_mar＝(1-(HR_corr/HR_ref))*100其中HR_mar是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率曲線(％)；HR_corr是修正的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率(BTU/kWh)；和HR_ref是參考燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)耗熱率(BTU/kWh)。
參考耗熱率可以通常被認(rèn)為是由渦輪制造者建立的得到保證的耗熱率值。上述參數(shù)的實際函數(shù)將隨特定應(yīng)用而變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該完全有能力推導(dǎo)出上面列出的每個函數(shù)的算法。而且，并非所有這些函數(shù)都將應(yīng)用于所有情況(例如，可以不安裝水或蒸汽注射系統(tǒng))。
圖3是確定和顯示修正的功率輸出和耗熱率值的步驟流程圖。在步驟50，用傳感器監(jiān)視渦輪機(jī)性能并使用控制器18收集從傳感器得到的數(shù)據(jù)。在步驟52，傳感器的數(shù)據(jù)需要用于計算燃?xì)廨啓C(jī)的功率輸出和耗熱率，其被存儲于控制器的存儲器中。另外，諸如溫度和壓力的外界環(huán)境條件在步驟54中被測量。
在步驟56中，利用存儲的數(shù)據(jù)，控制器應(yīng)用算法(參見等式1和2)來確定當(dāng)前修正的功率輸出曲線。在步驟58中，對應(yīng)于計算得到的功率輸出曲線的時間與功率輸出線關(guān)聯(lián)并被存儲。在步驟60，功率輸出曲線和對應(yīng)的時間被顯示在顯示屏24上。在步驟62，同樣，控制器應(yīng)用算法(參見等式3和4)來確定當(dāng)前修正的耗熱率曲線值并與對應(yīng)的時間關(guān)聯(lián)。通過控制器，功率輸出和耗熱率曲線的值被時間標(biāo)記、存儲(64)和顯示(66)。在步驟68，隨著時間推移，修正的功率輸出和耗熱率曲線的最近存儲值作為歷史值被顯示在顯示屏上。
盡管本發(fā)明已經(jīng)敘述了有關(guān)目前最為實用和優(yōu)選的實施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明將不受所披露的實施例的限制，相反，在附屬權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明將包含各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種實時產(chǎn)生和顯示渦輪機(jī)性能參數(shù)的方法，包括a.監(jiān)視(50)渦輪機(jī)性能并收集(52)有關(guān)渦輪機(jī)性能的實時數(shù)據(jù)；b.根據(jù)收集的實時數(shù)據(jù)確定修正的渦輪機(jī)輸出值(56)；c.電存儲(58)修正的渦輪機(jī)輸出值和對應(yīng)的時間；d.顯示(60)當(dāng)前修正的渦輪機(jī)輸出值和對應(yīng)的時間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，修正的渦輪機(jī)輸出值由下述的算法確定MW_con＝DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)其中MW_corr是修正的渦輪機(jī)功率輸出(兆瓦)；DWATT是測量的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)功率輸出(兆瓦)；f(AFPAP)是測量的空氣壓力的函數(shù)；f(AFPCS)是測量的入口壓力損失的函數(shù)；f(AFPEP)是測量的排氣壓力損失的函數(shù)；f(CMHUM)是計算得到的壓縮機(jī)入口濕度的函數(shù)；f(CTIMX)是測量的壓縮機(jī)入口溫度的函數(shù)；f(DPF)是計算得到的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的函數(shù)；f(TNH)是測量的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)；f(WQJ)是測量的水或蒸汽注射流量的函數(shù)；f(AUX)是假定的輔助電源損失的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括顯示有關(guān)與修正的渦輪機(jī)輸出值(68)并置的修正的渦輪機(jī)功率出口的歷史信息。
4.一種用于實時產(chǎn)生和顯示渦輪機(jī)性能參數(shù)的方法，包括a.監(jiān)視(50)渦輪機(jī)性能并收集有關(guān)渦輪性能的實時數(shù)據(jù)；b.根據(jù)收集的實時數(shù)據(jù)確定修正的渦輪機(jī)耗熱率值(62)；c.電存儲(64)修正的渦輪機(jī)耗熱率值和對應(yīng)的時間；d.顯示(66)當(dāng)前修正的渦輪機(jī)耗熱率值和對應(yīng)的時間。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，修正的渦輪機(jī)耗熱率值由下述算法確定HR_con＝FQ*LHV*CF/DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)其中HR_corr是修正的渦輪機(jī)耗熱率；FQ是到渦輪的燃燒室的燃料流量；LHV是燃料熱值；CF是單元轉(zhuǎn)換因數(shù)；DWATT是測量的渦輪機(jī)功率輸出；f(AFPAP)是測量的空氣壓力的函數(shù)；f(AFPCS)是測量的入口壓力損失的函數(shù)；f(AFPEP)是測量的渦輪機(jī)排氣壓力損失的函數(shù)；f(CMHUM)是表示渦輪機(jī)壓縮機(jī)入口濕度的函數(shù)；f(CTIMX)是測量的壓縮機(jī)入口溫度的函數(shù)；f(TNH)是測量的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)；f(WQJ)是測量的水或蒸汽注射流量的函數(shù)；f(AUX)是假定的輔助功率損失的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括顯示有關(guān)與修正的渦輪機(jī)輸出值(68)并置的修正的渦輪機(jī)功率出口的歷史信息。
全文摘要
一種用于實時產(chǎn)生和顯示渦輪機(jī)(10)的性能參數(shù)的方法，包括監(jiān)視(50)渦輪機(jī)性能并收集有關(guān)渦輪機(jī)性能的實時數(shù)據(jù)；根據(jù)收集的實時數(shù)據(jù)確定(56，62)修正的渦輪機(jī)輸出值和修正的耗熱率值；電存儲(58，64)修正的渦輪機(jī)輸出值和耗熱率值以及對應(yīng)的時間；顯示(60，66)當(dāng)前修正的渦輪機(jī)輸出值，耗熱率和對應(yīng)的時間。
文檔編號F02C7/00GK1512048SQ20031011969
公開日2004年7月14日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月12日
發(fā)明者S·J·戴維斯, S J 戴維斯 申請人:通用電氣公司