用于控制第一機器和第二機器之間的聯(lián)接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明一般涉及控制第一機器和第二機器之間的聯(lián)接，并且更具體地，涉及控制聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中的燃氣渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸與蒸汽渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)接。
【背景技術(shù)】
[0002]聯(lián)合循環(huán)渦輪發(fā)電機(CCTG)利用燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機來驅(qū)動發(fā)電機。在一種類型的典型CCTG中，來自燃氣渦輪機的排氣產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽被用于為蒸汽渦輪機提供動力。在一些CCTG中，離合器裝置被用于將與蒸汽渦輪機相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)接至與燃氣渦輪機相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸，其中，組合軸被用來提供功輸出到發(fā)電機，用于產(chǎn)生電功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于控制第一機器和第二機器之間的聯(lián)接的方法，第一機器包括第一旋轉(zhuǎn)軸，其具有由第一軸標記限定的相關(guān)聯(lián)的第一位置相角，并且第二機器包括第二旋轉(zhuǎn)軸，其具有由第二軸標記限定的相關(guān)聯(lián)的第二位置相角。該方法包括監(jiān)測第一軸的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)角，并且通過使第二軸的旋轉(zhuǎn)速度相對于第一軸的監(jiān)測到的旋轉(zhuǎn)速度達到預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度來控制第二軸的旋轉(zhuǎn)。第二軸的加速度被控制，使得在第二軸達到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度時，第二軸標記相對于第一軸標記處于預(yù)定角度內(nèi)，在那時，聯(lián)接被致動以將第一軸和第二軸機械聯(lián)接在一起，使得第二軸標記相對于第一軸標記處于預(yù)定的角度內(nèi)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠內(nèi)燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機之間的聯(lián)接的方法。燃氣渦輪機包括具有由第一軸標記限定的相關(guān)聯(lián)的第一位置相角的第一旋轉(zhuǎn)軸，并且蒸汽渦輪機包括具有由第二軸標記限定的相關(guān)聯(lián)的第二位置相角的第二旋轉(zhuǎn)軸。該方法包括監(jiān)測第一軸的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)角，并且通過相對于第一軸的監(jiān)測到的旋轉(zhuǎn)速度增加第二軸的旋轉(zhuǎn)速度到預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度，使得在第二軸達到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度時，第二軸標記相對于第一軸標記處于預(yù)定角度，來控制第二軸的旋轉(zhuǎn)。在控制第二軸的旋轉(zhuǎn)的步驟期間，第一軸以基本恒定的速度旋轉(zhuǎn)。在第二軸達到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度時，致動聯(lián)接以機械聯(lián)接第一軸和第二軸，使得第二軸標記相對于第一軸標記處于預(yù)定角度。
【附圖說明】
[0005]雖然本說明書結(jié)束于具體指出并清楚地要求保護本發(fā)明的權(quán)利要求，但相信，從下面的描述中，結(jié)合所附附圖，本發(fā)明將被更好地理解，其中相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中:
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聯(lián)合循環(huán)渦輪發(fā)電機的示意圖，其包括用于控制在圖1中被示出為燃氣渦輪發(fā)動機的第一機器，到在圖1中被示出為蒸汽渦輪發(fā)動機的第二機器的接合的控制系統(tǒng)；
[0007]圖2是一個示意圖，其示出了圖1的聯(lián)合循環(huán)渦輪發(fā)電機的選擇組件；
[0008]圖3是一個流程圖，示出了用于控制圖1的燃氣渦輪機軸至圖1的蒸汽渦輪機軸的接合的方法；
[0009]圖4A-4D是示意圖，其示出了圖1的燃氣渦輪機軸與圖1的蒸汽渦輪機軸之間的各種可能接合角度；以及
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個方面用于控制燃氣渦輪機軸到蒸汽渦輪機軸的接合的控制系統(tǒng)的部件的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]在優(yōu)選實施例的以下詳細描述中，參考了形成其一部分，并且通過圖示的方式而不是通過可以實踐本發(fā)明的限制具體優(yōu)選實施例示出的附圖。但是應(yīng)該理解的是，其他實施例也可以被利用，并且可以進行改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，用于控制第一機器和第二機器之間的聯(lián)接的方法被公開。第一機器可以是包括第一軸的燃氣渦輪機，并且第二機器可以是包括第二軸的蒸汽渦輪機。燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機是聯(lián)合循環(huán)渦輪發(fā)電機的組件，其中蒸汽渦輪機可由來自燃氣渦輪機的排氣驅(qū)動，例如利用傳統(tǒng)的蒸汽回收系統(tǒng)。各機器的第一和第二軸被聯(lián)接在一起，使得當被聯(lián)接在一起時，軸的振動向量彼此配合，以實現(xiàn)具有期望振動響應(yīng)的組合軸，如將在本文中所描述的。例如，當被聯(lián)接在一起時，第一和第二軸的振動向量可相互抵消，以實現(xiàn)基本上平衡的組合軸。
[0013]現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機廠，并且更具體地，聯(lián)合循環(huán)渦輪發(fā)電機(以下稱“CCTG”)10，被示意性地示出。CCTG 10包括具有燃氣渦輪機12的第一機器和具有蒸汽渦輪機14的第二機器，其中燃氣渦輪機12和蒸汽渦輪機14相配合以提供功輸出到CCTG 10的發(fā)電機16，用于產(chǎn)生電功率。燃氣渦輪機12可包括常規(guī)的壓縮、燃燒和渦輪段，并且蒸汽渦輪機14可包括常規(guī)的冷凝器、鍋爐和渦輪段。這些段中的每段的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的并且在此不作具體討論。
[0014]燃氣渦輪機12還包括第一旋轉(zhuǎn)軸，在此也稱為輸入軸18，并且蒸汽渦輪機14包括第二旋轉(zhuǎn)軸，在此也稱為輸出軸20。同步自換檔離合器裝置(下文稱“離合器”)22被提供以按照本發(fā)明的教導將輸入軸18和輸出軸20聯(lián)接在一起，如將在本文中所描述的。
[0015]當被聯(lián)接在一起時，輸入軸18和輸出軸20可在本文中被稱為組合軸24。如圖1所示，組合軸24被聯(lián)接到發(fā)電機16并且驅(qū)動發(fā)電機16，用于以對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的方式產(chǎn)生電功率。
[0016]現(xiàn)在參照圖2，輸入軸18和輸出軸20分別具有由各自的第一和第二軸標記26，28限定的位置相角PAhPA^應(yīng)當注意的是，雖然每個軸18，20的位置相角PAMPAS可如圖2所示直接與相應(yīng)的軸標記26，28周向?qū)?，事情并非如此。所需要的是，相對于相?yīng)軸標記26，28的位置，每個位置相角PAi，PA2的位置是已知的，即使得各軸18，20的位置相角的位置PAi，PA2的位置可基于各自的軸標記26，28的位置進行預(yù)測。
[0017]軸標記26，28可以是形成在相應(yīng)軸18，20上的凹口或齒或任何其它適當?shù)臉擞洝Ｔ贑CTG 10運行期間，第一和第二軸標記26，28由各自的第一和第二每轉(zhuǎn)一次(once perrevolut1n)傳感器30，32感測。傳感器30，32在軸18，20的每個旋轉(zhuǎn)感測相應(yīng)的軸標記26，28的通過，以確定各自軸18，20的位置相角PA^PAs。傳感器可以包括轉(zhuǎn)速和相位(KEYPHASOR)傳感器(KEYPHASOR是BENTLY NEVADA(本特利內(nèi)華達)有限公司的注冊商標)或能檢測各自軸18，20的位置相角PAi，PA2的任何其他合適類型的傳感器。
[0018]CCTG 10還包括第一和第二速度傳感器34，36，用于監(jiān)測相應(yīng)的輸入軸18和輸出軸20的旋轉(zhuǎn)速度。速度傳感器34，36例如可包括頻率轉(zhuǎn)換器，其相應(yīng)地在一個時間周期內(nèi)計數(shù)輪齒，雖然其他旋轉(zhuǎn)速度指示傳感器也可以被使用，諸如轉(zhuǎn)速計。速度傳感器34，36提供表示輸入和輸出軸18，20的旋轉(zhuǎn)速度的信號給控制系統(tǒng)38 (參見圖1和圖2 )，該控制系統(tǒng)基于如在Joseph David Hurley等的美國專利號6140803中所公開的方式的信號決定旋轉(zhuǎn)速度與輸入和輸出軸18，20的速度變化率，所述美國專利于2000年10月31日公布，標題為“
[0019]APPARATUS AND METHOD FOR SYNCHRONIZING A SYNCHRONOUS CONDENSER WITH APOWER GENERAT1N SYSTEM”，其全部公開內(nèi)容在此通過引用被并入本文。值得注意的是，第一和第二每轉(zhuǎn)一次傳感器30，32還能夠確定軸18，20的旋轉(zhuǎn)速度，并因此能夠作為第一和第二速度傳感器34，36，即本發(fā)明并不意在限于使用單獨的每轉(zhuǎn)一次傳感器30，32和速度傳感器34，36。
[0020]離合器22例如可包括常規(guī)SSS離合器裝置，其具有與每一個相應(yīng)的輸入和輸出軸18，20相關(guān)聯(lián)的多個輪齒，其中用于每個軸18，20的輪齒數(shù)量預(yù)測可能的角接合位置的數(shù)量，在該位置輸入軸18可被聯(lián)接到輸出軸20。離合器22可替代地包括任何適當類型的離合器或可比裝置。如本文所述，離合器22在預(yù)定條件下接合軸18，20以將軸18，20聯(lián)接在一起而形成組合軸24。應(yīng)注意的是，在軸聯(lián)接程序之前，離合器22的各輪齒可以預(yù)先與其中一個軸18，20接合，使得離合器22僅需要接合軸18，20中另一個來實現(xiàn)軸聯(lián)接，或者在軸聯(lián)接程序期間離合器22的各個輪齒可以接合兩個軸18，20，以實現(xiàn)軸聯(lián)接。
[0021]參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的操作CCTG 10的方法100被示出。在步驟102中，燃氣渦輪機12達到預(yù)定的運行速度，由此輸入軸18的旋轉(zhuǎn)被實現(xiàn)。預(yù)定的運行速度可以是燃氣渦輪機12的正常運行速度或某些其它預(yù)定速度。燃氣渦輪機12然后通過發(fā)電機16典型地同步到電力網(wǎng)(未示出)。燃氣渦輪機12的速度隨后通過電力網(wǎng)頻率被大致保持恒定，而不管燃氣渦輪機12的功率輸出。
[0022]在步驟104中，來自燃氣渦輪機12的排氣被用來向蒸汽發(fā)生器(未示出)提供動力，以供應(yīng)蒸汽到蒸汽渦輪機14，從而實現(xiàn)輸出軸20的旋轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)38控制閥系統(tǒng)40 (參見圖1和圖2)來通過蒸汽渦輪機14上的閥門控制分配給蒸汽渦輪機14的蒸汽流的量，以便控制輸出軸20的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，例如旋轉(zhuǎn)速度和加速度。
[0023]在步驟106中，輸入和輸出軸18，20的旋轉(zhuǎn)速度，例如使用第一和第二速度傳感器34，36或任何其他合適的速度傳感器，來進行監(jiān)測，并且輸入和輸出軸18，20的旋轉(zhuǎn)角度使用第一和第二傳感器30，32來進行監(jiān)測。軸18，20的旋轉(zhuǎn)速度被用來確定軸18，20的加速度，如美國專利號6140803所描述的，其已通過引用方式并入本文。軸18，20的旋轉(zhuǎn)角度與各軸標記26，28的感測到的位置相結(jié)合被用于預(yù)測各軸18，20的位置相角PAi，PA2。
[0024]在步驟108中，輸出軸20的旋轉(zhuǎn)由控制系統(tǒng)38控制，使得輸入和輸出軸18，20通過離合器22被機械地聯(lián)接在一起，其中第二軸標記28相對于第一軸標記26處于預(yù)定的角度內(nèi)，例如，使得相應(yīng)軸18，20的位置相角ΡΑι，ΡΑ2相對于彼此處于預(yù)定的角度內(nèi)。
[0025]具體地說，在步驟110中，輸出軸20的旋轉(zhuǎn)速度相對于輸入軸18的監(jiān)測到的旋轉(zhuǎn)速度達到預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度。預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選非常接近輸入軸的速度。在步驟110期間，輸出軸20的加速度在步驟112被控制，使得第二軸標記28在精確的時間達到相對于第一軸標記26的預(yù)定的角度內(nèi)，使得輸出軸20達到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度。值得注意的是，在步驟108-112期間，輸入軸18優(yōu)選以基本恒定的速度旋轉(zhuǎn)，該恒定的速度可以對應(yīng)于燃氣渦輪機12的正常運行速度。
[0026]在輸