專利名稱：用于控制方法和渦輪的基于廢氣溫度的閾值的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中所公開的主題的實(shí)施例大體上涉及方法和系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于控制燃?xì)鉂?rùn)輪的機(jī)構(gòu)和技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如在發(fā)電廠或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的渦輪機(jī)械基于新發(fā)現(xiàn)和更好的材料而不斷發(fā)展。此外，這些機(jī)械的制造商正面臨越來(lái)越大的將機(jī)械生產(chǎn)或改進(jìn)成“更環(huán)保”，即減小在操作時(shí)所產(chǎn)生的污染量的壓力。因此，正在進(jìn)行用于降低渦輪機(jī)械的廢氣排放的研究，尤其是考慮到使用更寬范圍的氣體燃料的需要。滿足這些要求變得越來(lái)越困難，特別是在考慮到這些裝置的寬的操作范圍時(shí)。在這些條件下，為了開發(fā)成功的應(yīng)用，準(zhǔn)確的渦輪機(jī)械廢氣溫度控制變成有關(guān)的 因素。一種用于降低由渦輪機(jī)械所產(chǎn)生的污染的途徑基于廢氣溫度對(duì)壓縮機(jī)壓力比率的范例。就這一點(diǎn)而言，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2008/0243352描述了現(xiàn)有控制系統(tǒng)可以執(zhí)行調(diào)度算法，該算法調(diào)整燃料流量、入口導(dǎo)葉(IGV)和其它控制輸入，以提供安全且有效的燃?xì)鉁u輪操作。燃?xì)鉁u輪控制系統(tǒng)可接收作為輸入的操作參數(shù)和設(shè)置，這些參數(shù)和設(shè)置與調(diào)度算法結(jié)合來(lái)確定渦輪控制設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)所期望的操作。測(cè)量的操作參數(shù)可包括壓縮機(jī)入口壓力和溫度、壓縮機(jī)出口壓力和溫度、渦輪廢氣溫度和發(fā)電機(jī)功率輸出。所期望的操作設(shè)置可包括發(fā)電機(jī)功率輸出和排氣能量?；陔x線現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室數(shù)據(jù)而限定調(diào)度(例如，廢氣溫度對(duì)壓縮機(jī)壓力比率、燃料分流對(duì)燃燒基準(zhǔn)溫度、進(jìn)氣加熱(IBH)對(duì)IGV、壓縮機(jī)操作極限線對(duì)修正速度和入口導(dǎo)葉等)，以保護(hù)渦輪超過(guò)已知的操作邊界(例如，排放物、動(dòng)態(tài)性、貧燃料熄火、壓縮機(jī)喘振、壓縮機(jī)結(jié)冰、壓縮機(jī)清理、航空力學(xué)等)。調(diào)度的輸出然后確定對(duì)控制系統(tǒng)輸入的適當(dāng)調(diào)整。由控制系統(tǒng)管理的典型控制輸入可包括燃料流量、燃燒器燃料分布(其可稱為“燃料分流”)、壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉位置、以及進(jìn)氣加熱流量。與美國(guó)專利申請(qǐng)公開2008/0243352的圖I相類似的圖I示出了燃?xì)鉁u輪10的示例，其具有壓縮機(jī)12、燃燒器14、聯(lián)接到壓縮機(jī)12的渦輪16、以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(控制器)18。至壓縮機(jī)12的入口管道20可將外界空氣供給到壓縮機(jī)12。入口管道20可具有管道、過(guò)濾器、濾網(wǎng)和噪聲抑制裝置，其有助于流過(guò)入口 20并進(jìn)入壓縮機(jī)12的入口導(dǎo)葉21中的外界空氣的壓力損失。用于渦輪的廢氣管道22將燃燒氣體從渦輪10的出口引導(dǎo)通過(guò)例如排放控制和噪聲抑制裝置。由于額外部件且由于灰塵和污垢堵塞入口 20和廢氣管道22，入口壓力損失和背壓的量可以隨時(shí)間推移而變化。渦輪10可驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)24。如在美國(guó)專利申請(qǐng)公開2008/0243352中描述的，燃?xì)鉁u輪10的操作可通過(guò)若干傳感器26來(lái)監(jiān)測(cè)，這些傳感器設(shè)計(jì)成測(cè)量渦輪10、發(fā)電機(jī)和外界環(huán)境的不同的性能相關(guān)的變量。例如，幾組冗余溫度傳感器26可監(jiān)測(cè)燃?xì)鉁u輪10周圍的外界溫度、壓縮機(jī)排放溫度、渦輪廢氣溫度、以及通過(guò)燃?xì)鉁u輪10的氣體流的其它溫度測(cè)量結(jié)果。類似地，幾組冗余壓力傳感器26可監(jiān)測(cè)外界壓力、以及在壓縮機(jī)入口和出口、渦輪排氣口、在其它位置處的通過(guò)燃?xì)鉁u輪10的氣體流中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力水平。例如干濕球溫度計(jì)的幾組冗余濕度傳感器26可測(cè)量在壓縮機(jī)12的入口管道中的外界濕度。幾組冗余傳感器26也可包括流量傳感器、速度傳感器、火焰檢測(cè)器傳感器、閥門位置傳感器、導(dǎo)葉角度傳感器等，這些傳感器感測(cè)與燃?xì)鉁u輪10的操作有關(guān)的各種參數(shù)。如本文所用，“參數(shù)”是指可用來(lái)限定渦輪的操作條件的項(xiàng)，例如但不限于，在渦輪中限定位置處的溫度、壓力和氣體流量。美國(guó)專利申請(qǐng)公開2008/0243352A中還描述了燃料控制系統(tǒng)28，該系統(tǒng)調(diào)節(jié)從燃料供應(yīng)流至燃燒器14的燃料、在流入一次燃料噴嘴和二次燃料噴嘴的燃料之間的一個(gè)或多個(gè)分流、以及與流入燃燒室的二次空氣混合的燃料的量。燃料控制系統(tǒng)28也可以為燃燒器選擇燃料類型。燃料控制系統(tǒng)28可以是單獨(dú)的單元或者可以是主控制器18的構(gòu)件?？刂破?8可以是具有至少一個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該處理器執(zhí)行程序和運(yùn)算以使用傳感器輸入和來(lái)自操作人的指令來(lái)控制燃?xì)鉁u輪的操作。由控制器18執(zhí)行的程序和運(yùn)算可包括，除其它之外，感測(cè)操作參數(shù)或?qū)Σ僮鲄?shù)建模、對(duì)操作邊界建模、應(yīng)用操作邊界模型、應(yīng)用調(diào)度算法、以及將邊界控制邏輯應(yīng)用到邊界上的閉環(huán)等。由控制器18生成的命令可導(dǎo)致在 燃?xì)鉁u輪上的促動(dòng)器執(zhí)行例如以下操作調(diào)整在燃料供應(yīng)與燃燒器之間的閥(促動(dòng)器27)，該閥調(diào)節(jié)流至燃燒器的流量、燃料分流和燃料類型；調(diào)整在壓縮機(jī)上的入口導(dǎo)葉21 (促動(dòng)器29);調(diào)整進(jìn)氣加熱量；以及啟動(dòng)對(duì)燃?xì)鉁u輪的其它控制設(shè)置。其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 2002/0106001和2004/0076218描述了一種方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)用于在工作流體中的水蒸汽含量從設(shè)計(jì)值顯著變化時(shí)調(diào)整潤(rùn)輪控制算法，以提供對(duì)燃?xì)鉂?rùn)輪的燃燒溫度(firing temperature)和燃燒基準(zhǔn)溫度的準(zhǔn)確計(jì)算。這些參考文獻(xiàn)公開了使用渦輪廢氣溫度和渦輪壓力比率用于控制燃燒溫度。然而，傳統(tǒng)方法和系統(tǒng)在它們控制燃?xì)鉁u輪的能力方面是有限的，因此期望提供獲得更準(zhǔn)確的燃燒溫度控制、和/或更準(zhǔn)確的燃燒參數(shù)控制、和/或更準(zhǔn)確的廢氣排放控制的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，存在一種用于控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和至少一個(gè)渦輪的燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的方法。該方法包括確定在渦輪的排氣口處的廢氣壓力的步驟；測(cè)量在壓縮機(jī)處的壓縮機(jī)壓力排放的步驟；基于廢氣壓力和壓縮機(jī)壓力排放確定渦輪壓力比率的步驟；根據(jù)渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線的步驟，其中一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值曲線包括這樣的點(diǎn)，即，在該點(diǎn)處渦輪的操作在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變；以及控制燃?xì)鉁u輪以在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變的步驟。根據(jù)又一示例性實(shí)施例，存在一種具有用于控制燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的控制器的燃?xì)鉁u輪。該燃?xì)鉁u輪包括壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮流體；燃燒器，其連接到壓縮機(jī)且被構(gòu)造成接收來(lái)自壓縮機(jī)的壓縮流體和燃料；渦輪，其具有與壓縮機(jī)共用的軸且構(gòu)造成在接收來(lái)自燃燒器的燃燒燃料時(shí)旋轉(zhuǎn)；和處理器，其構(gòu)造成控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣和在燃燒器處的燃料。處理器被構(gòu)造成確定在渦輪的排氣口處的廢氣壓力；接收壓縮機(jī)的壓縮機(jī)壓力排放；基于廢氣壓力和壓縮機(jī)壓力排放來(lái)確定渦輪壓力比率；根據(jù)渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線；以及控制燃?xì)鉁u輪以在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變。根據(jù)又一示例性實(shí)施例，存在一種包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中指令在被執(zhí)行時(shí)實(shí)施用于控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和至少一個(gè)渦輪的燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的方法。該方法包括確定在渦輪的排氣口處的廢氣壓力；測(cè)量在壓縮機(jī)處的壓縮機(jī)壓力排放；基于廢氣壓力和壓縮機(jī)壓力排放確定渦輪壓力比率；根據(jù)渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線，其中，一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值曲線包括這樣的點(diǎn)，在該點(diǎn)處，燃?xì)鉁u輪的操作在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變；以及控制燃?xì)鉁u輪以在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變。


并入該說(shuō)明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且與該描述一起解釋本發(fā)明。在附圖中
圖I是常規(guī)燃?xì)鉁u輪的示意圖； 圖2是在所公開的主題的實(shí)施例中考慮的燃?xì)鉁u輪的示意 圖3是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的渦輪的廢氣溫度對(duì)壓力比率的變化的曲線 圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的在燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)與最佳操作點(diǎn)之間的關(guān)系的示意圖； 圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的廢氣溫度對(duì)渦輪壓力比率的平面的示意 圖6是根據(jù)示例性實(shí)施例的在圖5的平面中的基準(zhǔn)廢氣溫度曲線的示意圖； 圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的示出用于計(jì)算用于渦輪的廢氣溫度設(shè)定點(diǎn)的步驟的流程
圖8至圖10是根據(jù)示例性實(shí)施例的示出燃?xì)鉁u輪的各種操作模式的示意 圖11是根據(jù)示例性實(shí)施例的示出用于計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值曲線的步驟的流程 圖12是根據(jù)示例性實(shí)施例的示出用于計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值曲線的方法的步驟的流程圖；以及
圖13是用于控制燃?xì)鉁u輪的控制器的示意圖。
具體實(shí)施例方式示例性實(shí)施例的以下描述參考了附圖。不同圖中的相同附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同或類似的元件。以下詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。而是，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，關(guān)于單一軸燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)和結(jié)構(gòu)討論了以下實(shí)施例。然而，接下來(lái)將討論的實(shí)施例不限于這些系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于其它系統(tǒng)，例如多軸燃?xì)鉁u輪。在說(shuō)明書全文中，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的引用意味著結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在所公開的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在說(shuō)明書全文中，在不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”不必指的是相同實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式組合。如上文關(guān)于圖I所討論的，渦輪10的各種參數(shù)可以被測(cè)量和/或計(jì)算以用于確定所需待監(jiān)測(cè)量。這樣的量為渦輪的燃燒溫度。通過(guò)將渦輪的燃燒溫度維持在最佳范圍內(nèi)，渦輪的操作被視為平穩(wěn)并且受控的。當(dāng)渦輪的燃燒溫度離開最佳范圍時(shí)，控制器18被構(gòu)造成改變例如壓縮機(jī)的空氣流率和因此的壓縮機(jī)壓力比率，用于調(diào)整燃燒溫度。可以確定燃燒溫度離開最佳范圍的事件為例如燃?xì)鉁u輪的負(fù)荷變化或氣體燃料組成變化。然而,接下來(lái)將討論的新穎實(shí)施例不依賴用于控制燃?xì)鉁u輪的傳統(tǒng)范例,而是依賴新穎范例，例如，基于渦輪壓力比率控制渦輪廢氣溫度。該新穎范例提供了對(duì)燃?xì)鉁u輪的狀態(tài)的更準(zhǔn)確估計(jì)，并且也對(duì)于在燃?xì)鉁u輪的功能中所發(fā)生的變化(如負(fù)荷變化)更敏感。根據(jù)示例性實(shí)施例，根據(jù)渦輪壓力比率確定廢氣溫度，并且監(jiān)測(cè)廢氣溫度和將其保持在一定邊界內(nèi)用于確保燃?xì)鉁u輪的有效操作，例如，適應(yīng)基本負(fù)荷、低負(fù)荷、高負(fù)荷等。接下來(lái)關(guān)于圖2討論關(guān)于確定廢氣溫度和渦輪壓力比率的更多細(xì)節(jié)。圖2示出了具有壓縮機(jī)32的燃?xì)鉁u輪30，壓縮機(jī)32被構(gòu)造成通過(guò)入口管道36接收流體(如空氣)。傳感器34可布置在入口管道36處用于測(cè)量壓力、溫度、濕度等中的至少一個(gè)。流體被壓縮機(jī)32壓縮，并且壓縮流體經(jīng)由路徑42發(fā)送到燃燒器40以與由供給管道44供應(yīng)的燃料(如天然氣)混合。更多傳感器34可布置在燃燒器40內(nèi)或周圍用于測(cè) 量壓縮流體和/或燃料的特性。在燃燒器40中的燃燒發(fā)生，并且這種燃燒將壓縮流體和燃料的混合物的溫度升高至燃燒溫度。燃料經(jīng)由供給管道44提供至一次噴燃器(burner)和二次噴燃器，如隨后所公開的。閥45a和45b用來(lái)將燃料提供至一次噴燃器和二次噴燃器?？刂茊卧?0也被構(gòu)造成調(diào)整閥45a和45b以將期望的百分比的燃料提供至一次閥和二次閥。具有高能量的燃燒氣體流經(jīng)由管道52供應(yīng)至渦輪50，渦輪50可利用軸56機(jī)械連接到發(fā)電機(jī)54。發(fā)電機(jī)54可產(chǎn)生電能。渦輪50還經(jīng)由軸58機(jī)械連接到壓縮機(jī)30，從而將所需驅(qū)動(dòng)功率供應(yīng)至壓縮機(jī)30。排放氣體通過(guò)出口管道60從渦輪50排出。入口管道52和出口管道60兩者均可由傳感器34監(jiān)測(cè)。來(lái)自傳感器34的數(shù)據(jù)被提供至控制單元70。控制單元70可經(jīng)由輸入端口 72接收額外數(shù)據(jù)?；谟煽刂茊卧?0計(jì)算的過(guò)程，各種命令經(jīng)由輸出端口 74被提供至燃?xì)鉁u輪30的不同部分，例如，用于使葉片旋轉(zhuǎn)、改變軸的旋轉(zhuǎn)速度等的命令。隨后討論控制單元70的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)示例性實(shí)施例，所提出的燃?xì)鉁u輪的新控制基于在出口 60處測(cè)量/確定的渦輪廢氣溫度(ttx)對(duì)渦輪壓力比率(tpr)，渦輪壓力比率作為在壓縮機(jī)32的排放壓力與渦輪50的廢氣壓力之間的比率被測(cè)量/確定。參照?qǐng)D2，壓縮機(jī)32的排放壓力在點(diǎn)80處測(cè)量，并且渦輪50的廢氣壓力在點(diǎn)60處測(cè)量。然而，根據(jù)示例性實(shí)施例，廢氣壓力可以在燃燒器40內(nèi)、在渦輪50的入口處或在渦輪50內(nèi)進(jìn)行測(cè)量/估計(jì)。隨后將更詳細(xì)地討論這些壓力。應(yīng)當(dāng)指出，接下來(lái)討論的用于確定ttx的細(xì)節(jié)是出于示例性目的，而不是為了限制所公開的主題。圖3示出了(ttx, tpr)平面。在該平面中的每個(gè)點(diǎn)可視為屬于如圖4中所示的集合A。集合A被限定為包括用于基于燃燒模型的燃?xì)鉁u輪30的操作點(diǎn)。集合A包括點(diǎn)的子集B。這些點(diǎn)如接下來(lái)所討論的那樣被確定，并且被限定為用于燃?xì)鉁u輪30的最佳操作點(diǎn)。平面(ttx，tpr)中的那些點(diǎn)，即，對(duì)應(yīng)于恒定燃燒溫度、恒定速度、恒定IGV角度、恒定空氣比濕和恒定抽氣條件的集合A中的點(diǎn)可以用曲線90表示，該曲線可具有向上的凹形。渦輪壓力比率tpr可隨壓縮機(jī)入口溫度而變化。在逼近可以是在tpr = tprQ處具有密接(oscillatory)直線92的拋物線的曲線90時(shí)引入的誤差較小，并且對(duì)于靠近tprQ的tpr值來(lái)說(shuō)可以忽略。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以使用其它逼近函數(shù)。隨著壓縮機(jī)入口溫度、壓縮機(jī)速度和IGV角度的逐漸改變，曲線90逐漸變化，例如，在其一次導(dǎo)函數(shù)中沒(méi)有任何不連續(xù)的情況下。因此，可通過(guò)密接直線92的線性插值來(lái)逼近可基于ttx計(jì)算的恒定燃燒溫度軌跡(locus)?；谝陨嫌懻摰募螧中的點(diǎn)，應(yīng)用隨后將討論的函數(shù)f來(lái)確定屬于集合C的點(diǎn)。集合C的點(diǎn)為按照控制邏輯的用于燃?xì)鉁u輪操作的設(shè)定點(diǎn)。換言之，如隨后所討論的那樣計(jì)算屬于集合C的點(diǎn)，并且燃?xì)鉁u輪30的操作者控制一些參數(shù)用于將燃?xì)鉁u輪保持在集合C內(nèi)。圖4示出此概念。根據(jù)示例性實(shí)施例，函數(shù)f可定義為f = g h 1，其中g(shù)、h和I為數(shù)學(xué)函數(shù)或算子。例如，g可以是利用合適燃料特性的線性插值，h可以是IGV的角度和燃?xì)鉁u輪速度的雙線性插值，并且I可以是在給定P Τ((1-γ)/ Υ)=常數(shù)的情況下的多變(polytoopic)修正。設(shè)定域B，上域C完全通過(guò)函數(shù)f限定。B中的局部擾動(dòng)在C中產(chǎn)生局部擾動(dòng)。根據(jù)應(yīng) 用，可以使用更多或更少的函數(shù)或不同的函數(shù)來(lái)限定函數(shù)f。換言之，除了以上討論的函數(shù)g、h和1，可以使用其它函數(shù)或不同數(shù)量的函數(shù)?，F(xiàn)在討論期望被保持用于燃?xì)鉁u輪30的有效操作的設(shè)定ttx溫度的確定。假設(shè)燃?xì)鉂?rùn)輪可以在以下范圍內(nèi)操作對(duì)于外界溫度tamb,考慮tambg ( tamb ( tambi的范圍，對(duì)于IGV角度igv,考慮igVji ( igv ( Igvj的范圍，并且對(duì)于燃?xì)鉂?rùn)輪速度tnh,考慮tnhH ( tnh ( tnhk的范圍。還假定燃?xì)鉁u輪被控制在最佳燃燒溫度處。基于以上范圍，燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)可在圖5所示(ttx，tpr)空間內(nèi)通過(guò)用以下點(diǎn)所限定的曲線來(lái)表示。對(duì)于貧燃料并且對(duì)于最低外界溫度，存在四個(gè)點(diǎn)Al至A4 ;對(duì)于貧燃料并且對(duì)于最高外界溫度，存在四個(gè)點(diǎn)BI至B4 ;對(duì)于富燃料并且對(duì)于最低外界溫度，存在四個(gè)點(diǎn)Cl至C4 ;對(duì)于富燃料并且對(duì)于最高外界溫度，存在四個(gè)點(diǎn)Dl至D4。點(diǎn)的數(shù)量可以根據(jù)插值函數(shù)的性質(zhì)而改變。貧燃料和富燃料限定如下。用于工業(yè)應(yīng)用的燃?xì)鉁u輪使用包括90%以上CH4的天然氣。天然氣被視為富氣燃料。將天然氣與例如氮?dú)狻⒍趸己蜌鍤獾亩栊詺怏w摻混，產(chǎn)生更貧的氣體燃料，即較低LHV值(LHV為氣體的低熱值，并且描述了通過(guò)燃燒氣體可從單位質(zhì)量氣體中獲得的能量的量)。富燃料可通過(guò)將天然氣與例如乙烷、丙烷和/或丁烷的更重的烴摻混而獲得。對(duì)于以上討論的點(diǎn)集合中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，使用兩次雙線性插值(以上討論的函數(shù)g)來(lái)計(jì)算中心點(diǎn)(么5、85、05和05)。雙線性插值是線性插值的擴(kuò)展，用于在規(guī)則網(wǎng)格上內(nèi)插兩個(gè)變量的函數(shù)。雙線性插值首先在一個(gè)方向上進(jìn)行線性插值，并且然后在另一方向上再次進(jìn)行插值。點(diǎn)A5至B5限定了用于貧氣的溫度控制曲線100，并且點(diǎn)C5和D5限定了用于富氣的溫度控制曲線102。如以上討論地，可以使用除雙線性插值以外的其它函數(shù)?；贚HVaetualgas、LHVrich gas和LHVlean gas，通過(guò)使用對(duì)應(yīng)于在兩個(gè)控制曲線100和102上的實(shí)際壓力比率的兩個(gè)縱坐標(biāo)的線性插值(以上討論的函數(shù)h，或在其它應(yīng)用中的其它函數(shù))來(lái)確定ttxsrt_t。如果為所考慮參數(shù)的其它條件和/或值計(jì)算更多點(diǎn)，則可確定更多ttxsrt pointo繪制這些點(diǎn)對(duì)對(duì)應(yīng)tpr比率得到在圖6中所示的基準(zhǔn)廢氣溫度曲線104?？勺⒁獾交鶞?zhǔn)廢氣溫度曲線104位于兩個(gè)控制曲線100與102之間。根據(jù)示例性實(shí)施例(未示出)，曲線104平行于曲線100和102。用于計(jì)算ttxsrt point的步驟可以表示在圖7所示的框圖中。根據(jù)該圖，數(shù)據(jù)選擇器單元Iio接收作為輸入的外界溫度tamb、葉片的旋轉(zhuǎn)角度IGV、軸的旋轉(zhuǎn)速度tnh和富氣矩陣數(shù)據(jù)。富氣矩陣數(shù)據(jù)的示例為
權(quán)利要求
1.一種用于控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和至少一個(gè)渦輪的燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的方法，所述方法包括 確定在所述渦輪的排氣口處的廢氣壓力； 測(cè)量在所述壓縮機(jī)處的壓縮機(jī)壓力排放； 基于所述廢氣壓力和所述壓縮機(jī)壓力排放確定渦輪壓力比率； 根據(jù)所述渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線，其中，所述一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線包括這樣的點(diǎn)，即，在所述點(diǎn)處，所述燃?xì)鉁u輪的操作在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變；以及 控制所述燃?xì)鉁u輪以在所述一次模式與所述貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變， 其中，所述一次模式被定義為將多于一半的燃料提供給一次噴燃器，并且將剩余燃料或不將燃料提供給所述燃燒器的二次噴燃器，并且在所述燃燒器的一次區(qū)域點(diǎn)燃所述提供的燃料，所述一次區(qū)域與所述二次區(qū)域相鄰，并且 所述貧-貧模式被定義為將燃料提供給所述一次噴燃器和所述二次噴燃器兩者，并在所述一次區(qū)域和所述二次區(qū)域兩者中燃燒所述提供的燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括 調(diào)整布置在所述壓縮機(jī)的入口處的入口導(dǎo)葉的角度并控制燃料閥以選擇所述燃?xì)鉁u輪的操作模式，所述燃料閥將所述燃料提供給所述一次噴燃器和所述二次噴燃器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，還包括 監(jiān)測(cè)在廢氣溫度對(duì)渦輪壓力比率平面中的所述燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的軌跡；以及在所述操作點(diǎn)與所述一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線相交時(shí)選擇所述一次模式和所述貧-貧模式中的一個(gè)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述確定廢氣壓力的步驟包括 計(jì)算由于在所述渦輪的煙道中流動(dòng)的物質(zhì)而導(dǎo)致的廢氣壓降； 計(jì)算由于煙囪效應(yīng)而導(dǎo)致的壓力恢復(fù)，其中，所述煙囪效應(yīng)是由于在所述渦輪的排氣口與到大氣的煙道排放處之間的高度差所導(dǎo)致；和 將由于所述物質(zhì)流動(dòng)而導(dǎo)致的廢氣壓降和所述壓力恢復(fù)相加以獲得所述廢氣壓力。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述廢氣壓力依賴于P haust，該值為處于實(shí)際廢氣溫度和實(shí)際外界壓力下的所述廢氣的密度；Praihaust μ，該值為處于基準(zhǔn)廢氣溫度和基準(zhǔn)外界壓力下的所述廢氣的密度；P air，該值為處于實(shí)際壓力和溫度下的外界空氣的密度；P air m，該值為處于基準(zhǔn)壓力和溫度下的所述外界空氣的密度；Ah，該值為在所述燃?xì)鉁u輪排氣口與到大氣的所述煙道排放處之間的高度差；V，該值為在所述煙道內(nèi)部的廢氣速度該值為所述基準(zhǔn)廢氣溫度；ttxart，該值為所述實(shí)際廢氣溫度；pambMf，該值為所述基準(zhǔn)外界壓力；pambac;t，該值為所述實(shí)際外界壓力；pinletac;t，該值為在所述壓縮機(jī)入口處的實(shí)際空氣壓力；pinletMf，該值為在所述壓縮機(jī)入口處的基準(zhǔn)空氣壓力；tamb，該值為外界溫度；tinletac;t，該值為在所述壓縮機(jī)入口處的實(shí)際空氣溫度；tinletref,該值為在所述壓縮機(jī)入口處的基準(zhǔn)空氣溫度；tnhac;t，該值為所述壓縮機(jī)實(shí)際速度；tnhMf,該值為壓縮機(jī)基準(zhǔn)速度；igvac:t，該值為實(shí)際igv角度；igvMf，該值為基準(zhǔn)igv角度；Wairaet，該值為在所述壓縮機(jī)入口處的實(shí)際空氣質(zhì)量流率；Wair,ef，該值為在所述壓縮機(jī)入口處的基準(zhǔn)空氣質(zhì)量流率；WeXhaustaet，該值為實(shí)際廢氣質(zhì)量流率；Wfuelaet，該值為燃料質(zhì)量流量；IBHfrartim，該值為從所述壓縮機(jī)排放處抽出的空氣的分?jǐn)?shù)；faMti。Mf，該值為基準(zhǔn)燃料空氣質(zhì)量比率；LHVMf，該值為基準(zhǔn)氣體燃料的LHV ；LHVact,該值為實(shí)際氣體燃料的LHV ;sh，該值為空氣比濕；ha，其為濕空氣；wv，其為水蒸汽；da，其為干空氣；SGXX，該值為ha、wv或da的比重；P xx,該值為ha、wv或da的密度；mxx,該值為ha、wv或da的質(zhì)量；以及Vxx,該值為ha、wv或da的體積。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述確定所述渦輪壓力比率的步驟包括將所述壓縮機(jī)壓力排放或所述渦輪的入口壓力除以所述廢氣壓力以獲得所述渦輪壓力比率。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線的步驟包括 在由所述廢氣溫度和所述渦輪壓力比率限定的平面中為所述燃?xì)鉁u輪標(biāo)識(shí)多個(gè)閾值占. 對(duì)所述標(biāo)識(shí)的多個(gè)點(diǎn)應(yīng)用多次雙線性插值；并且 作為所述多次雙線性插值的結(jié)果確定用于貧氣的點(diǎn)的第一集合和用于富氣的點(diǎn)的第-口 O
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 在恒定的渦輪壓力比率下對(duì)在所述第一集合和所述第二集合中的點(diǎn)應(yīng)用線性插值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括 對(duì)所述線性插值的結(jié)果應(yīng)用多變修正以計(jì)算所述一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線。
10.一種具有控制器的燃?xì)鉁u輪，所述控制器用于控制所述燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)，所述燃?xì)鉁u輪包括 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)被構(gòu)造成壓縮流體； 燃燒器，所述燃燒器連接到所述壓縮機(jī)且被構(gòu)造成接收來(lái)自所述壓縮機(jī)的壓縮流體以及燃料； 渦輪，所述渦輪具有與所述壓縮機(jī)的公共軸且被構(gòu)造成在接收來(lái)自所述燃燒器的燃燒燃料時(shí)旋轉(zhuǎn)；和 處理器，所述處理器被構(gòu)造成控制所述壓縮機(jī)的進(jìn)氣和在所述燃燒器處的所述燃料，所述處理器被構(gòu)造成 確定在所述渦輪的排氣口處的廢氣壓力， 接收所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)壓力排放， 基于所述廢氣壓力和所述壓縮機(jī)壓力排放確定渦輪壓力比率， 根據(jù)所述渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線，其中，所述一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線包括這樣的點(diǎn)，即，在所述點(diǎn)處，所述燃?xì)鉁u輪的操作在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變，以及 控制所述燃?xì)鉁u輪以在所述一次模式與所述貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變， 其中，所述一次模式被定義為將多于一半的燃料提供給一次噴燃器，將剩余燃料或不將燃料提供給所述燃燒器的二次噴燃器，并且還在所述燃燒器的一次區(qū)域點(diǎn)燃所述提供的燃料，所述一次區(qū)域與所述二次區(qū)域相鄰，并且 所述貧-貧模式被定義為將燃料提供給所述一次噴燃器和所述二次噴燃器兩者，并 在所述一次區(qū)域和所述二次區(qū)域兩者中燃燒所述提供的燃料。
全文摘要
公開了一種燃?xì)鉁u輪、計(jì)算機(jī)軟件和用于控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和至少一個(gè)渦輪的燃?xì)鉁u輪的操作點(diǎn)的方法。該方法包括確定在渦輪的排氣口處的廢氣壓力的步驟；測(cè)量在壓縮機(jī)處的壓縮機(jī)壓力排放的步驟；基于廢氣壓力和壓縮機(jī)壓力排放確定渦輪壓力比率的步驟；根據(jù)渦輪壓力比率計(jì)算一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值基準(zhǔn)曲線的步驟，其中一次至貧-貧模式轉(zhuǎn)換閾值曲線包括這樣的點(diǎn)，在該點(diǎn)處，燃?xì)鉁u輪的操作在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變；以及控制燃?xì)鉁u輪以在一次模式與貧-貧模式之間轉(zhuǎn)變的步驟。
文檔編號(hào)F02C9/00GK102713207SQ201080062633
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
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