專利名稱：用于起動渦輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及2008年12月10日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請12/331824[GE檔 案號 230465-2]。本發(fā)明大體涉及渦輪機(jī)的運(yùn)行，并且更具體而言，涉及減少渦輪機(jī)的起動時(shí)間的方法。
背景技術(shù)：
“快速起動”可認(rèn)為是這樣一種運(yùn)行模式這種運(yùn)行模式要求渦輪機(jī)在操作員 啟動渦輪機(jī)的起動之后的某個(gè)時(shí)間內(nèi)輸出負(fù)載，其能夠進(jìn)行遵守排放規(guī)定(emission complaint)的運(yùn)行。波動的能量需求是確定渦輪機(jī)在何時(shí)運(yùn)行的主要因素。渦輪機(jī)通常 是空閑的，直到足夠的需求要求運(yùn)行為止。當(dāng)需求要求運(yùn)行時(shí)，渦輪機(jī)在輸出所需能量(電 力、機(jī)械扭矩、蒸汽等)之前執(zhí)行起動過程。峰值或簡單循環(huán)設(shè)備可執(zhí)行快速起動，然后在較長的時(shí)段上由高效的發(fā)生模式代 替。此外，本申請的受讓人通用電氣公司具有聯(lián)合循環(huán)(CC)動力設(shè)備(CCPP)的資產(chǎn)，例 如但不限于在名稱為“Method andApparatus for Starting Up Combined Cycle Power SyStemS(用于起動聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的方法和設(shè)備)，，的US27113562A1中公開的那些。 另外，名稱為“Damper (阻尼器)”的US04207864、名稱為“MartupAttemperator (起動調(diào) 溫器)”的 US04208882、名稱為 “Apparatus andMethod for Controlling Steam Turbine Operating Conditions DuringStarting and Loading(用于在起動和加載期間控制蒸汽輪 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備和方法)”的US04598551。此外，名稱為“Meam Turbine SplitForward Flow(蒸汽輪機(jī)分流前向流)”的US05361585、名稱為“Methodof Effecting Start-up of a Cold Steam Turbine System in a CombinedCycle Plant (實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)設(shè)備中的冷式蒸 汽輪機(jī)系統(tǒng)的起動的方法)”的US0M12936、名稱為“System for Controlling Clearance BetweenBlade Tips and a Surrounding Casing in Rotating Machinery (用于控制方寵轉(zhuǎn) 機(jī)器中的葉尖和周圍的殼體之間的間隙的系統(tǒng))”的US06626635。對這些共同轉(zhuǎn)讓的專利 和專利申請的引用可提供對快速起動技術(shù)和本文的主題的范圍的進(jìn)一步的理解。一些已知的渦輪機(jī)的起動過程典型地包括以不同的運(yùn)行速度進(jìn)行的多種模式。這 些模式包括但不限于吹掃、點(diǎn)火、加熱，以及主運(yùn)行速度的加速。這個(gè)起動過程需求從吹掃 速度到點(diǎn)火速度的下降(coast down)時(shí)段。此下降時(shí)段典型地需要幾分鐘來完成?？焖?起動技術(shù)要求渦輪機(jī)迅速起動和產(chǎn)生功率。因此，需要一種起動燃?xì)廨啓C(jī)的改進(jìn)的方法。該方法應(yīng)當(dāng)減少起動時(shí)間。此方法 還應(yīng)當(dāng)減少或消除與下降和加熱時(shí)段相關(guān)聯(lián)的時(shí)間。此方法還應(yīng)當(dāng)減少使渦輪機(jī)加速到主 運(yùn)行速度(例如但不限于全速無負(fù)載(FSNL))的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，(提供了)一種起動渦輪機(jī)的方法，該方法包括提供包括壓縮機(jī)區(qū)段、燃料系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)的渦輪機(jī)；選擇渦輪機(jī)的吹掃速度；以及使渦輪機(jī)
加速到吹掃速度；其中，選擇吹掃速度的步驟允許減少渦輪機(jī)的起動時(shí)間。 本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例提供了一種起動渦輪機(jī)的方法，該方法包括提供包括
壓縮機(jī)區(qū)段、燃料系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)的渦輪機(jī)；選擇渦輪機(jī)的吹掃速度；使渦輪機(jī)加速到吹
掃速度；確定吹掃循環(huán)是否完成；以及選擇渦輪機(jī)的加速過程的加速速率；其中，選擇吹掃
速度的步驟允許減少渦輪機(jī)的起動時(shí)間，從而提高渦輪機(jī)滿足快速起動運(yùn)行的要求的可能性。


圖1是示出了起動渦輪機(jī)的已知方法在其中運(yùn)行的環(huán)境的示意圖。
圖2是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可在其中運(yùn)行的環(huán)境的示意圖。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用來起動渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)的算法的方框圖。
圖4A和4B (統(tǒng)稱為圖4)是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的起動渦輪機(jī)的方法的流程匿U
100渦輪機(jī)
110壓縮機(jī)區(qū)段
115入口導(dǎo)葉(IGV)
120燃燒系統(tǒng)
125燃料供應(yīng)系統(tǒng)
127燃料回路
130渦輪區(qū)段
150渦輪控制系統(tǒng)
155渦輪控制系統(tǒng)
160運(yùn)行數(shù)據(jù)
300方框圖
310燃料/空氣比方框
315燃料/空氣比輸出
320燃料命令方框
325燃料命令輸出
330空氣命令方框
335空氣命令輸出
400方法
具體實(shí)施例方式
如所論述的那樣，“快速起動”可認(rèn)為是動力設(shè)備機(jī)器的運(yùn)行模式。此模式一般要 求動力設(shè)備機(jī)器在啟動該動力設(shè)備機(jī)器的起動之后的某個(gè)時(shí)間內(nèi)輸出負(fù)載，同時(shí)以遵守排 放規(guī)定的方式運(yùn)行。如本文所用，用語快速起動意圖包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這樣的 模式及其等效物。
4
本發(fā)明具有減少與起動渦輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的起動時(shí)間的技術(shù)效果。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例提供了一種起動渦輪機(jī)(諸如但不限于設(shè)置成在快速起動模式中運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī))的方 法。燃?xì)廨啓C(jī)可包括但不限于重型燃?xì)廨啓C(jī)、航改燃?xì)廨啓C(jī)等。本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施 例提供了用于起動渦輪機(jī)的新原理。雖然關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)來描述本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā) 明的應(yīng)用不限于燃?xì)廨啓C(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于本文未描述的、可燃燒吸入空氣與至 少一種燃料的其它工業(yè)機(jī)器。在本文中公開了詳細(xì)的示例性實(shí)施例。但是，本文公開的具體的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié) 為了描述示例性實(shí)施例而僅是代表性的。但是，示例性實(shí)施例可實(shí)施為許多備選形式，并且 不應(yīng)理解為僅限于本文闡述的實(shí)施例。因此，雖然示例性實(shí)施例能夠有許多修改和備選形式，但是在圖中是以實(shí)例的方 式來說明其實(shí)施例的，并且本文會對其進(jìn)行詳細(xì)描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，不意圖將示例性實(shí) 施例限于所公開的具體形式，而是相反，示例性實(shí)施例將覆蓋落在示例性實(shí)施例的范圍內(nèi) 的所有修改、等效物和備選方案。將理解，雖然用語第一、第二等可在本文中用來描述各種元件，但是，這些元件不 應(yīng)受這些用語的限制。這些用語僅用來使元件彼此區(qū)分開。例如第一元件可稱為第二元件， 類似地，第二元件可稱為第一元件，而不偏離示例性實(shí)施例的范圍。如本文所用，用語“和/ 或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目的任何和全部組合。本文使用的術(shù)語僅是出于描述具體實(shí)施例的目的，并且不意在限制示例性實(shí)施 例。如本文所用，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”意在還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明 確作出其它表示。將進(jìn)一步理解，在本文中使用時(shí)，用語“包括”、“包括有”、“包含”和/或 “包含有”規(guī)定了所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但是不排除存在 或附加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組。還應(yīng)當(dāng)注意到，在一些備選實(shí)現(xiàn)中，所提到的功能/動作可不按圖中提到的順序 出現(xiàn)。例如，取決于所涉及的功能/操作，兩幅連續(xù)的圖可基本同時(shí)執(zhí)行，或者有時(shí)可按相 反的順序執(zhí)行?，F(xiàn)在參照附圖，其中，各標(biāo)號貫穿若干幅圖表示相似的部件。圖1是示出了起動渦 輪機(jī)的已知方法在其內(nèi)運(yùn)行的環(huán)境的示意圖。在圖1中，燃?xì)廨啓C(jī)形式的渦輪機(jī)100包括 壓縮機(jī)區(qū)段Iio ；燃燒系統(tǒng)120 ；燃料供應(yīng)系統(tǒng)125 ；渦輪區(qū)段130 ；以及渦輪控制系統(tǒng)150。 燃燒系統(tǒng)120可接收來自燃料系統(tǒng)125的燃料回路127的燃料。燃料系統(tǒng)125的實(shí)施例可 包括多個(gè)燃料回路127。這里，多個(gè)燃料回路可包括下者中的至少一個(gè)氣體燃料回路；液 體燃料回路；或IGCC回路，其構(gòu)造成以便輸送混合的或合成的氣體燃料。本發(fā)明的實(shí)施例 可應(yīng)用于具有包括單個(gè)或多個(gè)燃料回路127的燃料系統(tǒng)125的燃?xì)廨啓C(jī)100。大體上，壓縮機(jī)區(qū)段110包括多個(gè)入口導(dǎo)葉(IGV) 115和結(jié)構(gòu)設(shè)置成以便壓縮吸入 空氣(由圖1中的大箭頭所示)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)的葉片和固定的導(dǎo)葉。在燃燒系統(tǒng)120內(nèi)，壓 縮空氣和燃料被混合、點(diǎn)燃，并且產(chǎn)生工作流體。工作流體大體上從燃燒系統(tǒng)120向下游前進(jìn)到渦輪區(qū)段130。渦輪區(qū)段130包括 將工作流體轉(zhuǎn)換成可用來驅(qū)動負(fù)載的機(jī)械扭矩的多個(gè)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件和固定的構(gòu)件(它們均 未顯不)ο在運(yùn)行方面，起動燃?xì)廨啓C(jī)100的已知方法執(zhí)行以下步驟?？刂葡到y(tǒng)150使燃?xì)?br> 5輪機(jī)100加速到預(yù)定義的吹掃速度。然后，控制系統(tǒng)保持該吹掃速度，直到預(yù)定義的時(shí)標(biāo)完 成為止。這個(gè)時(shí)標(biāo)的長度是之前就確定好的、工廠設(shè)定的等等。這個(gè)時(shí)標(biāo)起作用來確保足 夠的空氣流通過排氣系統(tǒng)(未示出)，在這之后，吹掃過程完成。在吹掃完成之后，控制系統(tǒng)150使燃?xì)廨啓C(jī)100減速到預(yù)定義的點(diǎn)火速度。在此 點(diǎn)火速度處，燃燒系統(tǒng)120的閥位置被調(diào)節(jié)到預(yù)定義位置，以在開環(huán)燃料流原理的控制下 進(jìn)行燃料流的點(diǎn)火。在點(diǎn)火和預(yù)定義的加熱時(shí)標(biāo)終止之后，控制系統(tǒng)150使用開環(huán)燃料和 空氣計(jì)劃來使燃?xì)廨啓C(jī)100加速到主運(yùn)行速度，例如但不限于FSNL。這些計(jì)劃是固定的，并 且典型地不會考慮燃?xì)廨啓C(jī)100性能或入口條件的變化，從而導(dǎo)致起動時(shí)間的大的差異。如將理解的那樣，本發(fā)明可實(shí)施為方法，系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可 采取完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或者結(jié)合了軟件 和硬件方面的實(shí)施例(全部在本文中一般地稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”)的形式。另 外，本發(fā)明可采取計(jì)算機(jī)可用的存儲介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，其具有實(shí)施在該介 質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可用的程序代碼。如本文所用，用語“軟件”和“固件”是可互換的，并且包 括存儲在存儲器(包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器和非易失性 RAM(NVRAM)存儲器)中以由處理器執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序。以上存儲器類型僅是示例性 的，并且因此不對可用來存儲計(jì)算機(jī)程序的存儲器的類型進(jìn)行限制。可使用任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可為例如但不 限于電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更 具體的實(shí)例(非窮盡性列舉)可包括以下具有一條或者多條線的電連接、便攜式計(jì)算機(jī) 磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦可編程只讀存儲器(EPR0M或 閃存)、光纖、便攜式緊致盤只讀存儲器(CD-ROM)、光學(xué)存儲裝置、諸如支持互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián) 網(wǎng)的那些的傳輸介質(zhì)，或者磁存儲裝置。注意，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可為程序 打印在其上的紙張或另一種適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，因?yàn)榭赏ㄟ^例如紙張或其它介質(zhì)的光學(xué)掃描來以 電子的方式捕捉該程序，然后對該程序進(jìn)行編譯、解析，或者另外以適當(dāng)?shù)姆绞教幚碓摮绦?(如有必要)，且然后將該程序存儲在計(jì)算機(jī)存儲器中。在本文檔的上下文中，計(jì)算機(jī)可用 或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可為可包含、存儲、通訊、傳播或傳輸程序以由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝 置使用或與它們結(jié)合起來使用的任何介質(zhì)。如本文所用，用語處理器指的是中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集 電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路，以及能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它 電路或處理器?？捎妹嫦?qū)ο蟮木幊陶Z言(例如JaVa7、Smalltalk或C++等)來編寫用于執(zhí)行本 發(fā)明的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼。但是，也可用傳統(tǒng)的過程編程語言(例如“C”編程語言或 類似的語言)來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼。程序代碼可完全在用戶的 計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、作為單獨(dú)的軟件包部分地在用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，部分地在用戶的計(jì)算機(jī) 上且部分地在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。在后一種情形中，遠(yuǎn)程計(jì) 算機(jī)可通過局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)連接到用戶的計(jì)算機(jī)上，或者可在計(jì)算機(jī)的外部 進(jìn)行連接(例如使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商而通過互聯(lián)網(wǎng))。以下參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖 說明和/或方框圖來對本發(fā)明進(jìn)行描述。將理解，流程圖說明和/或方框圖的各個(gè)方框以及流程圖說明和/或方框圖中的方框的組合可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)?？蓪⑦@些計(jì)算機(jī)程 序指令提供給公用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器，以產(chǎn)生機(jī) 器，從而使得通過計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器來執(zhí)行的指令產(chǎn)生了用于 實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖方框或不止一個(gè)方框中指定的功能/行為的方式。這些計(jì)算機(jī)程序指令還可存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲器中。這些指令可引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或 其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定的方式起作用，從而使得存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的 指令產(chǎn)生了這樣的制造物該制造物包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖方框或不止一個(gè)方框中 指定的功能/行為的指令方式。計(jì)算機(jī)程序指令還可加載到計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處 理設(shè)備上。這些指令可促使在計(jì)算機(jī)或其它可編程的設(shè)備上執(zhí)行一系列的操作步驟，以產(chǎn) 生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程。因此，在計(jì)算機(jī)或其它可編程的設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)流 程圖和/或方框圖方框中指定的功能/行為的步驟。本發(fā)明的實(shí)施例采用閉環(huán)控制原理，該原理在整個(gè)起動過程中主動確定燃?xì)廨啓C(jī) 100的空氣燃料比。此閉環(huán)控制原理可提供以下好處。在燃?xì)廨啓C(jī)100以吹掃速度運(yùn)行的 同時(shí)執(zhí)行點(diǎn)火過程；消除了前述下降時(shí)段。減少或消除了加熱時(shí)標(biāo)。使燃?xì)廨啓C(jī)100的加 速速率增大，直到主運(yùn)行速度。這些好處可減少燃?xì)廨啓C(jī)100的總體起動時(shí)間。此外，通過 在起動過程期間主動地控制空氣燃料比，燃?xì)廨啓C(jī)100可按幾乎最佳的和可重復(fù)的計(jì)劃來 運(yùn)行。這些好處可減少熱瞬變，可能會延長部件壽命；減少起動時(shí)間的變化，并且可能增加 燃燒器余量。再次參照附圖，圖2是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可在其內(nèi)運(yùn)行的環(huán)境的示意 圖。關(guān)于圖1所論述的燃?xì)廨啓C(jī)100的構(gòu)件中的大部分在圖2中都是相同的。圖2的論述 集中在應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)100的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例上。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可提供修正的 控制系統(tǒng)155。控制系統(tǒng)155可配置有將本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)100的算法。此算 法可實(shí)時(shí)地確定空氣燃料比。這里，控制系統(tǒng)155可接收對應(yīng)于壓縮機(jī)110所吸入的空氣和 燃料供應(yīng)系統(tǒng)125所輸送的燃料的運(yùn)行數(shù)據(jù)160。此運(yùn)行數(shù)據(jù)160還可對應(yīng)于壓縮機(jī)110 和燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的運(yùn)行特性。在接收運(yùn)行數(shù)據(jù)之后，控制系統(tǒng)可確定起動過程的點(diǎn)火模式和加速模式的空氣燃 料比。接下來，控制系統(tǒng)155可調(diào)節(jié)IGVl 15和/或燃料系統(tǒng)125的閥，從而分配實(shí)現(xiàn)或保 持特定的起動模式的最佳空氣燃料比所需的空氣和/或燃料。圖3和4對此過程進(jìn)行了更 詳細(xì)的論述。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用來起動燃?xì)廨啓C(jī)100的控制系統(tǒng) 155的算法的方框圖300。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)主要算法310、320、330可實(shí)時(shí)地 確定在起動過程的各種模式處的空氣燃料比。接下來，算法310、320、330可確定待發(fā)送到 IGV115和燃料系統(tǒng)125的控制器的所需燃料和空氣命令，從而允許優(yōu)化空氣燃料比。方框310示出了可確定空氣燃料比的算法。如所論述的那樣，此算法可接收與下 者有關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)160 壓縮機(jī)110所吸入的空氣的物理性質(zhì)、壓縮機(jī)110的物理特性、燃 料的物理性質(zhì)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的物理特性，以及燃?xì)廨啓C(jī)100的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)?？諝獾?物理性質(zhì)可包括但不限于溫度、壓力、濕度和其它環(huán)境條件。壓縮機(jī)110的物理特性可提 供關(guān)于壓縮機(jī)的清潔性和結(jié)垢的數(shù)據(jù)。這些物理特性可包括但不限于流率、壓力、壓差等。燃料的物理性質(zhì)可包括但不限于燃料的熱值、比重、溫度、沃泊(Wobbie)指數(shù)等。燃料供應(yīng) 系統(tǒng)125的物理特性可與燃料供應(yīng)系統(tǒng)160的構(gòu)件的精度有關(guān)。此數(shù)據(jù)可包括但不限于閥 基準(zhǔn)和反饋壓力、流率等之間的差異。燃?xì)廨啓C(jī)100的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)可包括但不限于渦輪 機(jī)的速度和加速度。在接收數(shù)據(jù)160之后，方框310的算法可采用查詢表、基于物理的模型 等來確定空氣燃料比，如箭頭315所示。燃料命令方框320起作用來確定針對燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的閥的燃料命令325。方 框320可使算法與查詢表、基于物理的模型等結(jié)合起來，以在接收空氣燃料比315的數(shù)據(jù)之 后確定位置命令325。空氣命令方框330起作用來確定針對IGVl 15的閥的空氣命令335。方框320可使 算法與查詢表、基于物理的模型等結(jié)合起來，以在接收空氣燃料比315的數(shù)據(jù)之后確定位 置命令3邪。圖4A、4B(統(tǒng)稱為圖4)是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的起動渦輪機(jī)的方法 400的流程圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可提供圖形用戶界面(GUI)，允許操作員操縱經(jīng) 過方法400所執(zhí)行的步驟。在方法400的步驟405中，可起動渦輪機(jī)。這里，渦輪機(jī)的操作員可能已接收了關(guān) 于功率的請求。在步驟410中，方法400可通過⑶I來提示操作員選擇吹掃速度。本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施例可計(jì)算以給定的吹掃速度完成吹掃循環(huán)所需的時(shí)間。這里，方法400可基于下者來 計(jì)算所需的吹掃時(shí)間期望的吹掃速度，當(dāng)前環(huán)境條件以及排氣系統(tǒng)的大小。如所論述的那 樣，選擇更高的吹掃速度可大大減少渦輪機(jī)的起動時(shí)間。在步驟415中，方法400可使渦輪機(jī)加速到步驟410中選定的吹掃速度，從而起動 吹掃循環(huán)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，方法400可與用來起動渦輪機(jī)的起動系統(tǒng)結(jié)合。這 里，起動系統(tǒng)直接或間接地使渦輪機(jī)加速到選定的吹掃速度。在步驟420中，方法400可確定吹掃循環(huán)是否完成。如所論述的那樣，方法400可 計(jì)算吹掃循環(huán)的時(shí)間。在計(jì)算了這個(gè)時(shí)間之后，方法400可確定是否已經(jīng)經(jīng)過足夠的時(shí)間 來完成吹掃循環(huán)。如果吹掃循環(huán)完成，則方法400可前進(jìn)到步驟425，否則方法400可回到 步驟415。在步驟425中，方法400可確定點(diǎn)火過程的空氣燃料比。如所描述的那樣，本發(fā)明 的實(shí)施例可使用算法來計(jì)算點(diǎn)火過程所需的空氣燃料比。例如但非限制，算法可執(zhí)行以下 步驟。接收關(guān)于壓縮機(jī)區(qū)段所吸入的空氣的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于壓縮機(jī)區(qū)段的物理 條件的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于被燃料系統(tǒng)輸送到燃燒系統(tǒng)的燃料的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于燃 料系統(tǒng)的條件的數(shù)據(jù)。然后，該算法確定點(diǎn)火過程的空氣燃料比。方法400的實(shí)施例可計(jì) 算以選定的吹掃速度點(diǎn)火所需的空氣燃料比。方法400可補(bǔ)償當(dāng)前環(huán)境條件和設(shè)備條件； 并且可允許以任何速度進(jìn)行點(diǎn)火過程。在步驟430中，方法400可完成點(diǎn)火過程。這里，例如但非限制，⑶I可提供燃燒 系統(tǒng)在燃?xì)廨啓C(jī)中的各個(gè)燃燒罐中具有火焰的指示。如所論述的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例可 不需要加熱循環(huán)。這可減少渦輪機(jī)的總體起動時(shí)間。在步驟440中，方法400可確定加速模式的空氣燃料比。如所描述的那樣，本發(fā)明 的實(shí)施例可使用算法來計(jì)算加速模式所需的空氣燃料比。例如但非限制，該算法可執(zhí)行以下步驟。接收關(guān)于壓縮機(jī)區(qū)段所吸入的空氣的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于壓縮機(jī)區(qū)段的物 理?xiàng)l件的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于被燃料系統(tǒng)輸送到燃燒系統(tǒng)的燃料的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)。接收關(guān)于 燃料系統(tǒng)的條件的數(shù)據(jù)。然后，該算法確定加速模式所需的空氣燃料比。在步驟445中，方法400可使用前述算法來不斷地確定當(dāng)渦輪機(jī)加速時(shí)所需的空 氣燃料比。這里，方法400結(jié)合閉環(huán)控制原理來動態(tài)地補(bǔ)償環(huán)境條件、入口條件等的變化 (如之前所論述的那樣)。在步驟450中，方法400可繼續(xù)主動地確定需要的空氣燃料比，直到渦輪機(jī)達(dá)到主 運(yùn)行速度-例如但不限于FSNL-為止。對于步驟445中，方法400結(jié)合閉環(huán)控制原理來動 態(tài)地補(bǔ)償環(huán)境條件、入口條件等的變化(如之前所論述的那樣)。如所論述的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例可顯著減少起動渦輪機(jī)所需的時(shí)間。本發(fā)明的 實(shí)施例可顯著地減少起動時(shí)間，因?yàn)榇祾?、點(diǎn)火和加速由于實(shí)時(shí)計(jì)算渦輪系統(tǒng)空氣燃料比 的原因而全部可以以更高的速度實(shí)現(xiàn)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，可進(jìn)一步選擇性地應(yīng)用以上關(guān)于若干個(gè)示 例性實(shí)施例所描述的許多不同的特征和構(gòu)造來形成本發(fā)明的其它可行的實(shí)施例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將進(jìn)一步理解，沒有詳細(xì)提供或論述本發(fā)明的所有可行的反復(fù)，但是由所附的若干 個(gè)權(quán)利要求或者以其它方式包含的所有組合和可行的實(shí)施例均意在成為本申請的一部分。 另外，根據(jù)本發(fā)明的若干個(gè)示例性實(shí)施例的以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到改進(jìn)、變化和 修改。在本領(lǐng)域技術(shù)中的這種改進(jìn)、變化和修改也意在由所附的權(quán)利要求書覆蓋。另外，應(yīng) 當(dāng)顯而易見的是，前述內(nèi)容僅與本申請的所描述的實(shí)施例有關(guān)，而且可在本文中作出許多 改變和修改，而不偏離由所附的權(quán)利要求書及其等效物限定的本申請的精神和范圍。
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權(quán)利要求
1.一種起動渦輪機(jī)(100)的方法000)，所述方法(400)包括提供包括壓縮機(jī)區(qū)段(110)、燃料系統(tǒng)(125)和燃燒系統(tǒng)(120)的渦輪機(jī)(100)；選擇用于所述渦輪機(jī)(100)的吹掃速度010)；以及使所述渦輪機(jī)(100)加速到所述吹掃速度G15)；其中，選擇所述吹掃速度的步驟(410)允許減少所述渦輪機(jī)(100)的起動時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括確定吹 掃循環(huán)是否完成的步驟G20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括確定用 于所述燃燒系統(tǒng)(120)的點(diǎn)火過程的空氣燃料比的步驟025)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法000)，其特征在于，確定所述點(diǎn)火過程的空氣燃料比的 步驟(42 包括以下步驟接收關(guān)于所述壓縮機(jī)區(qū)段(110)所吸入的空氣的環(huán)境條件的數(shù)據(jù)；接收關(guān)于所述壓縮機(jī)區(qū)段(110)的物理?xiàng)l件的數(shù)據(jù)；接收關(guān)于被所述燃料系統(tǒng)(125)輸送到所述燃燒系統(tǒng)的至少一種燃料的物理性質(zhì)的 數(shù)據(jù)；接收關(guān)于所述燃料系統(tǒng)(125)的條件的數(shù)據(jù)；以及確定用于所述燃燒系統(tǒng)的點(diǎn)火過程的空氣燃料比(425)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括控制所 述燃料系統(tǒng)(125)的燃料流以實(shí)現(xiàn)用于所述點(diǎn)火過程的空氣燃料比的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括確定所 述點(diǎn)火過程是否完成的步驟G30)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括選擇用 于所述渦輪機(jī)(100)的加速過程的加速速率的步驟(435)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括確定用 于所述渦輪機(jī)(100)的所述加速速率的空氣燃料比的步驟040)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法000)，其特征在于，確定用于所述渦輪機(jī)(100)的加速 過程的空氣燃料比的步驟(440)包括以下步驟接收關(guān)于所述壓縮機(jī)區(qū)段(110)所吸入的空氣的環(huán)境條件的數(shù)據(jù)；接收關(guān)于所述壓縮機(jī)區(qū)段(110)的物理?xiàng)l件的數(shù)據(jù)；接收關(guān)于被所述燃料系統(tǒng)(125)輸送到所述燃燒系統(tǒng)(120)的至少一種燃料的物理性 質(zhì)的數(shù)據(jù)；接收關(guān)于所述燃料系統(tǒng)(125)的條件的數(shù)據(jù)；以及確定用于所述渦輪機(jī)(100)的加速過程的空氣燃料比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進(jìn)一步包括控制 所述燃料系統(tǒng)(125)的燃料流來實(shí)現(xiàn)用于所述加速過程的空氣燃料比以保持所述加速速 率的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于起動渦輪機(jī)的方法。本發(fā)明的實(shí)施例采用了一種閉環(huán)控制原理(400)，其在整個(gè)起動過程中主動確定渦輪機(jī)(100)的空氣燃料比。此閉環(huán)控制原理(400)提供了許多好處。此原理(400)在渦輪機(jī)(100)以吹掃速度運(yùn)行時(shí)執(zhí)行點(diǎn)火過程，并且消除了相關(guān)聯(lián)的下降時(shí)段。減少或消除了加熱時(shí)標(biāo)。該原理(400)還可提高渦輪機(jī)(100)的加速速率，直到主運(yùn)行速度。這些好處可減少渦輪機(jī)(100)的總體起動時(shí)間。另外，通過在起動過程期間主動控制空氣燃料比，渦輪機(jī)(100)可按幾乎最佳且可重復(fù)的計(jì)劃運(yùn)行。這些好處可減少熱瞬變，從而可能會延長部件壽命；減少起動時(shí)間的差異，并且可能增加燃燒器余量。
文檔編號F02C9/48GK102108902SQ20101061999
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者J·R·勞, M·B·格蘭特 申請人:通用電氣公司