CN101555835B - 用于控制燃气涡轮发动机的负载点的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制燃气涡轮发动机(20)的负载点的控制系统及方法。控制系统(32)包括接收与来自燃气涡轮发动机(20)的排气相关联的温度信号和压力信号的控制器(72)。控制器(72)还构造成用以产生燃料控制信号。控制器(72)还构造成用以产生促动器控制信号，由此使得流动限制部件(28)从第一工作位置移动到第二工作位置来限制流动通道，由此使得排气具有处于期望的下调温度范围内的温度水平，排气中的压力水平低于阈值压力水平，以及燃气涡轮发动机(20)的负载点朝向目标负载点调整。

Description

用于控制燃气涡轮发动机的负载点的控制方法及系统
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于控制燃气涡轮发动机的负载点的控制系统和方法。
背景技术
环境法规要求发电行业不断降低其排放物水平。最常受管制的排放物为氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。NOx的排放物通常与高温燃烧过程较为相关，而CO则可能与温度较高的燃烧过程(分解)或不完全燃烧相关，当燃烧温度过低或燃烧过程中没有足够的氧化剂(例如，空气中的氧气)时就会发生不完全燃烧。一种降低燃气涡轮发动机燃烧排放物的现用方法称为DLN(干燥的低NOx)燃烧。该技术依靠预先混合燃料和空气以形成可燃混合物，随后将该可燃混合物引入燃气涡轮机燃烧器的反应区中并在其内燃烧。由于火焰温度比非预混燃烧系统(燃料和空气在燃烧反应区中混合)在同样的燃气涡轮发动机工作条件下的火焰温度低，故实现了低排放。在标称工作条件(燃气涡轮发动机的基本负载)下，DLN燃烧器经设计可实现相对较低的NOx排放且通常不用顾虑CO。当燃气涡轮发动机的负载从基本负载开始减小时，燃烧温度就会降低。在该过程中，来自DLN燃烧器的NOx排放减小，但低于一定温度水平时则CO或会超过容许水平。因此，DLN燃烧器不可能在燃气涡轮发动机的所有负载条件下都以预混模式工作。在低负载的情况下，可引发引燃火焰，或可使用非预混模式(扩散燃烧)。在这些条件下的工作引起比预混模式工作更高的排放，并且可能受到较短时段(在短时段期间的瞬变)的限制。本文所述的示范性实施例提出了一种方法用以扩大DLN燃烧器可以预混模式工作的负载点的范围。
用于燃气涡轮发动机的负载点限定为由燃气涡轮发动机所产生的标称输出百分比。燃气涡轮燃烧器的下调(turndown)限定为燃气涡轮发动机的燃烧器部分可以稳定的方式在其内工作而没有不期望的压力脉动并满足排放要求的温度范围。燃气涡轮发动机的下调限定为仍可满足排放要求的燃气涡轮发动机的下阈值负载点。燃气涡轮发动机的下调受燃烧系统以及受燃气涡轮机排气管的上阈值温度的限制。由于违反了根据排放、动力特性以及排气温度所表示的一些工作限度，故不容许在较低负载点(即低于下调)处工作。
为了提高总效率，可构造燃气涡轮机动力装置并使其以联合循环来工作。这意味着，来自燃气涡轮发动机的温度相对较高的排气穿过热回收蒸汽发生器(HRSG)以产生驱动蒸汽涡轮机的蒸汽。通常，将两个燃气涡轮机连接到蒸汽涡轮机上。联合循环工作要求离开燃气涡轮发动机的排气处于特定的温度范围内。即，排气温度不可太高，以避免降低燃气涡轮机排气管和HRSG器件的特性。此外，温度不应降低到一定温度值以下，以避免称为强制冷却的状态，此时蒸汽涡轮机转子及外壳中的热瞬变可降低涡轮转子特性。上文所述的两个温度限值分别称为上阈值等温线和下阈值等温线。
为了响应动力需求的季节性变化和频繁的日常变化，燃气涡轮发动机常常经受负载方面的较大变化。对于可能的最低下调，实现了最大限度的工作灵活性，而这又如上文所述地受到可用技术(燃烧和材料)的限制。解决点能量(spot energy)和燃料价格的获利能力模型可能由于充分的下调而需要机组停机。该策略需要频繁的重启，这限制了机组响应突然的能量需求的能力，并且还降低了燃气涡轮机器件的使用寿命。
发明内容
提供了一种用于控制根据示范性实施例的燃气涡轮发动机的负载点的控制系统。燃气涡轮发动机具有与具有流动通道的管路流体地相连通的涡轮部分。该管路构造成用以接收来自涡轮部分的排气。控制系统包括流动限制部件，其联接到管路上并被构造成用以在第一工作位置与第二工作位置之间移动，以便当流动限制部件移动到第一工作位置时流动限制部件并不限制管路中的流动通道的部分，而当流动限制部件移动到第二工作位置时则流动限制部件会限制流动通道。控制系统还包括联接到流动限制部件上的促动器，其被构造成用以响应促动器控制信号来移动流动限制部件。控制系统还包括燃料输送装置，其被构造成用以响应燃料控制信号而将燃料输送给燃气涡轮机的燃烧器部分。控制系统还包括温度传感器，其被构造成用以产生指示管路中排气温度水平的温度信号。控制系统还包括压力传感器，用以产生指示管路中排气压力水平的压力信号。控制系统还包括控制器，其可操作地联接到促动器、燃料输送装置、温度传感器以及压力传感器上。控制器构造成用以接收温度信号和压力信号。控制器还构造成用以产生燃料控制信号。控制器还构造成用以产生促动器控制信号，使得流动限制部件从第一工作位置移动到第二工作位置用以限制流动通道，由此使得排气的温度水平在期望的下调温度范围之内，排气中的压力水平低于阈值压力水平，以及燃气涡轮发动机的负载点朝向目标负载点调整。
提供了一种用于控制根据另一个示范性实施例的燃气涡轮发动机的负载点的方法。燃气涡轮发动机具有涡轮部分，其联接到具有流动通道的管路上。该流动通道构造成用以接收来自涡轮部分的排气。该方法包括利用温度传感器来产生由控制器接收的指示管路中排气温度水平的温度信号。该方法还包括利用压力传感器来产生由控制器接收的指示管路中排气压力水平的压力信号。该方法还包括利用控制器来产生燃料控制信号，以促使燃料输送系统将燃料输送到燃气涡轮机中。该方法还包括利用控制器来产生促动器控制信号，以促使促动器将流动限制部件从第一工作位置移动到第二工作位置来限制流动通道，由此使得排气的温度水平在期望的下调温度范围内，排气的压力水平低于阈值压力水平，以及燃气涡轮发动机的负载点朝向目标负载点调整。
提供了一种根据另一个示范性实施例的发电系统。该发电系统包括燃气涡轮发动机，其具有与具有流动通道的管路流体地相连通的涡轮部分。该管路构造成用以接收来自涡轮部分的排气。发电系统还包括由涡轮部分可操作地驱动并产生电力的发电机。发电系统还包括流动限制部件，其联接到管路上并被构造成用以在第一工作位置与第二工作位置之间移动，以便当流动限制部件移动到第一工作位置时流动限制部件并不限制管路中的流动通道的部分，而当流动限制部件移动到第二工作位置时则流动限制部件会限制流动通道。发电系统还包括联接到流动限制部件上的促动器，其被构造成用以响应促动器控制信号来移动流动限制部件。发电系统还包括燃料输送装置，其被构造成用以响应燃料控制信号而将燃料输送给燃气涡轮机的燃烧器部分。发电系统还包括温度传感器，其被构造成用以产生指示管路中排气温度水平的温度信号。发电系统还包括压力传感器，用以产生指示管路中排气压力水平的压力信号。发电系统还包括控制器，其可操作地联接到促动器、燃料输送装置、温度传感器以及压力传感器上。控制器构造成用以接收温度信号和压力信号，控制器还构造成用以产生燃料控制信号。控制器还构造成用以产生促动器控制信号，由此使得流动限制部件从第一工作位置移动到第二工作位置来限制流动通道，由此使得排气具有处于期望的下调温度范围内的温度水平，排气中的压力水平低于阈值压力水平，以及燃气涡轮发动机的负载点朝向目标负载点调整。
附图说明
图1为根据示范性实施例的发电系统的简图；
图2为具有根据另一个示范性实施例的控制系统的图1中的发电系统的简图；
图3为燃气涡轮机热力循环的简图；
图4为用于控制根据另一个示范性实施例的燃气涡轮发动机的负载点的方法的流程图；
图5为具有根据另一个示范性实施例的控制系统的另一个发电系统的简图；
图6为在图5的发电系统中所使用的流动限制部件的简图；
图7为在图5的发电系统中所使用的流动限制部件的另一个简图；
图8为具有根据另一个示范性实施例的控制系统的另一个发电系统的简图；
图9为另一个示范性流动限制部件的简图；以及
图10为图9中的流动限制部件的截面简图。零件清单
10发电系统
20涡轮发动机
21燃料输送装置
22排气扩压器
24管道
26排气器
28流动限制部件
30流动限制部件
32控制系统
35输出轴
36发电机
40压缩机部分
42燃烧器部分
44涡轮部分
60促动器
62位置传感器
64压力传感器
66温度传感器
68促动器
70位置传感器
72控制器
116曲线
120热力循环
122热力循环
123热力循环
124热力循环
125热力循环
126热力循环
146曲线
150热力循环
152热力循环
1691-下调
1701-期望的下调
1711-新-下调
250发电系统
252涡轮发动机
254燃料输送装置
256排气扩压器部分
258流动限制部件
260控制系统
262涡轮部分
270支柱
272挡板部件
290促动器
292位置传感器
294压力传感器
296温度传感器
298控制器
350发电系统
352涡轮发动机
354燃料输送装置
356排气扩压器部分
358流动限制部件
360控制系统
370涡轮部分
390促动器
398控制器
450流动限制部件
452扩压器部分
454环状部分
460促动器
具体实施方式
参看图3，其示意性地示出了燃气涡轮机的热力循环。出于图示目的，假定由点120-122-124-126限定的热力循环表示燃气涡轮发动机在下调情况下的工作循环。由于以预混模式工作的DLN燃烧器所产生的CO超过容许水平，或者达到蒸汽涡轮机强制冷却状态，故不可进一步降低负载点。因此，不容许在负载较低(例如，沿点120-122-123-125所限定的热力循环)的情况下工作。这些工作限制表现了配备有以预混模式运行的DLN燃烧器的燃气涡轮发动机的现有技术水平的特征。
现在将描述避免上述限制的方法。假定要求燃气涡轮发动机20沿120-122-123-125工作以便满足一定的效率目标。应当注意的是，图3中所示的曲线116为燃气涡轮发动机热力循环的边界。曲线116表示燃气涡轮机排气管中的排气压力，也称为燃气涡轮机背压。离开涡轮的气体的热力学状态理论上将随着负载点变化而沿该曲线116移动。下文所述的控制系统32的优点在于，控制系统32被构造成用以将曲线116移动至曲线146。曲线146具有与曲线116相似的特点，但由位于涡轮部分出口处增加的背压所限定。现在，在涡轮部分出口处的热力学状态将移至曲线146。当这开始发生时，燃气涡轮发动机20就不可再产生“1-期望-下调”(由图3中的区段170示出)，并且控制系统32控制燃气涡轮发动机20以实现期望的负载点。在一些情形中，在产生增大的背压之后，控制系统32可增大提供给燃烧系统的燃料流量，以补偿由增大的背压所引起的在热力循环中产生的能量不平衡。此举将会使热力循环变成路径120-122-150-152。应当注意到的是，沿循环120-122-150-152的工作通常其特征在于较高燃烧温度和较高的排气温度。较高的燃烧温度和较高的排气温度将会确保上升温度裕度用以减小强制冷却状态的可能性，以及确保上升温度裕度用于消除对于DLN预混燃烧器的CO限度。控制系统32将会在施加到涡轮部分上的背压量与提供给燃烧器部分的燃料流量之间迭代，直到燃气涡轮发动机产生等于“1-期望-下调”的功“1-新-下调”(由图3中的区段171示出)。应当注意到的是，控制系统32将包括典型的程序，以确保燃气涡轮发动机20的期望工作，以及由排放要求及上阈值等温线和下阈值等温线(上文所述)所规定的限制。此外，“1-新-下调”相对于图3中由区段169表示的下调-“1-下调”减小。本文所述的控制系统32及方法的优点在于以较低的下调来实现期望的负载点，而不改变燃气涡轮发动机构件的设计，同时保持或增大CO限度或强制冷却状态限度的裕度。
参看图1和图2，示出了用于产生电力的发电系统10。发电系统10包括燃气涡轮发动机20、燃料输送装置21、排气扩压器部分22、管道24、排气器26、流动限制部件28，30、控制系统32，以及发电机36。控制系统32的优点在于该系统32可控制流动限制部件28，30的工作位置，以增大燃气涡轮发动机20的背压，进而容许燃气涡轮发动机20的负载点大致朝向目标负载点减小，同时使排气的温度保持在期望的下调温度范围之内以及保持排气中的压力水平低于阈值压力水平。例如，目标负载点可处于最大功率的20％至40％的范围内。应当注意到的是，在备选实施例中，流动限制部件28，30中仅有一个可用来增大燃气涡轮发动机20的背压。
参看图1和图2，燃气涡轮发动机20连接到输出轴35上，输出轴35进一步可操作地联接到发电机36上。燃气涡轮发动机20具有压缩机部分40、燃烧器部分42以及涡轮部分44。压缩机部分40构造成用以压缩流入的空气。燃烧器部分42构造成用以接收来自压缩机部分40的压缩空气以及用以燃烧压缩空气与燃料的混合物，这产生高温高压的排气。涡轮部分44构造成用以接收来自燃烧器部分42的排气并且响应排气的膨胀而进行旋转。涡轮部分44通过输出轴35可操作地连接到发电机36上，用于将转动动力提供给发电机36并产生电力。涡轮部分44还构造成用以将排气传送到排气扩压器部分22。
燃料输送装置21构造成用以将燃料提供给燃气涡轮发动机20的燃烧器部分42。在工作期间，燃料输送装置21构造成用以响应来自控制器72的燃料控制信号而将燃料提供给燃烧器部分42。当燃气涡轮发动机20的负载点将要降低时，控制器72可产生燃料控制信号，其促使燃料输送装置21增大输送到燃烧器42中的燃料量，以满足工作要求。
排气扩压器部分22构造成用以将排气从涡轮部分44传送到管道24中。排气扩压器部分22可操作地联接在涡轮部分44与管道24之间。
流动限制部件28构造成用以控制管道24中流动通道的面积。在一个示范性实施例中，流动限制部件28例如为挡板，其可操作地设置在管道24中用以控制管道24中流动通道的面积。控制器72可产生由促动器68所接收的第一促动器控制信号，以促使促动器68将流动限制部件28移动到第一工作位置，在该处管道24内的流动通道不受限制。当这发生时，涡轮部分44上的排气背压减小。控制器72还可产生由促动器68所接收的第二促动器控制信号，用以促使促动器68将流动限制部件28移动到第二工作位置，在该处管道24内的流动通道受到限制。当这发生时，涡轮部分44上的排气背压增大。
所提供的排气器26用以接收来自管道24中的排气，并将排气由此排出。流动限制部件30构造成用以控制排气器26中流动通道的面积。在一个示范性实施例中，流动限制部件30例如为挡板，其可操作地设置在排气器26中用以控制排气器26中流动通道的面积。控制器72可产生由促动器60所接收的第一促动器控制信号，用以促使促动器60将流动限制部件30移动到第一工作位置，在该处排气器26内的流动通道不受限制。当这发生时，涡轮部分44上的排气背压减小。控制器72可产生由促动器60所接收的第二促动器控制信号，用以促使促动器60将流动限制部件30移动到第二工作位置，在该处排气器26内的流动通道受到限制。当这发生时，涡轮部分44上的排气背压增大。
所提供的发电机36用以产生电力。发电机36通过输出轴35可操作地联接到涡轮部分44上。当涡轮部分44使输出轴35旋转时，输出轴35驱动发电机36以产生电力。
所提供的控制系统32用以控制燃气涡轮发动机20的运行。具体而言，所提供的控制系统32用以控制燃气涡轮发动机20的负载点，如下文中将更为详细地描述。控制系统32包括促动器60、位置传感器62、压力传感器64、温度传感器66、促动器68、位置传感器70，以及控制器72。
所提供的位置传感器62用以产生指示流动限制部件30的工作位置的位置信号。控制器72接收来自位置传感器62的位置信号，并且基于其来确定流动限制部件30的工作位置。
所提供的压力传感器64用以产生指示管道24中排气压力水平的压力信号。控制器72接收来自压力传感器64的压力信号，并且基于其来确定压力水平。
所提供的温度传感器66用以产生指示管道24中排气温度水平的温度信号。控制器72接收来自温度传感器66的温度信号，并且基于其来确定温度水平。
所提供的位置传感器70用以产生指示流动限制部件28的工作位置的位置信号。控制器72接收来自位置传感器70的位置信号，并且基于其来确定流动限制部件28的工作位置。
所提供的控制器72用以控制燃气涡轮发动机20的工作。具体而言，所提供的控制器72用以通过控制流动限制部件28，30的工作位置以及由燃料输送装置21输送到燃气涡轮发动机20中的燃料量来控制燃气涡轮发动机20的负载点。控制器72可操作地联接到促动器60、位置传感器62、压力传感器64、温度传感器66、促动器68、位置传感器70，以及燃料输送装置21上。
参看图4，现在将阐述用于控制燃气涡轮发动机20的负载点的方法的流程图。
在步骤200，控制器72作出关于所要求的负载点(Wi)是否小于下调负载点(WTD)的判断。如果步骤200的值等于“是”，则该方法行进至步骤202。否则，该方法行进至步骤216并继续正常运行。
在步骤202，控制器72产生促动器控制信号以分别促使促动器68，60调整流动限制部件28，30的工作位置，用以增大涡轮部分44中的排气背压。
在步骤204，控制器72接收来自压力传感器64的压力信号，并确定涡轮部分44中排气的压力水平(Pe)。此外，控制器72接收来自温度传感器66的温度信号，并确定涡轮部分44中排气的温度水平(Te)。
在步骤206，控制器72作出关于(i)压力水平(Pe)是否处于期望的压力范围内以及(ii)温度水平(Te)是否处于期望的温度范围内的判断。如果步骤206的值等于“是”，则该方法行进至步骤208。否则，该方法回到步骤202。
在步骤208，控制器72作出关于实际负载点(W)是否等于所要求的负载点(Wi)的判断。如果步骤208的值等于“是”，则该方法退出。否则，该方法行进至步骤210。
在步骤210，控制器72作出关于实际负载点(W)是否大于所要求的负载点(Wi)的判断。如果步骤210的值等于“是”，则该方法行进至步骤214。否则，该方法行进至步骤212。
在步骤212，控制器72产生控制信号以促使燃料输送装置21增大输送给涡轮部分44的燃料量。在步骤212之后，该方法回到步骤204。
再次参看步骤210，当步骤210的值等于“是”时，该方法行进至步骤214。在步骤214，控制器72作出关于是否已达到与燃气涡轮发动机20相关联的工作控制限值的判断。如果步骤214的值等于“是”，则该方法退出。否则，该方法回到步骤202。
参看图5，发电系统250包括燃气涡轮发动机252、燃料输送装置254、排气扩压器部分256、流动限制部件258，以及控制系统260。控制系统260的优点在于该系统260可控制流动限制部件258的工作位置，以增大涡轮部分262的背压，进而容许燃气涡轮发动机252的负载点大致减小，同时使排气的温度保持在期望的下调温度范围之内和保持排气中的压力水平低于阈值压力水平。燃气涡轮发动机252包括涡轮部分262、输出轴(未示出)，以及发电机(未示出)。
燃料输送装置254构造成用以将燃料提供给燃气涡轮发动机252。在工作期间，燃料输送装置254构造成用以响应来自控制器298的燃料控制信号而将燃料提供给燃气涡轮发动机252。当燃气涡轮发动机252的负载点将要降低时，控制器298可产生燃料控制信号，其促使燃料输送装置254增大输送到燃气涡轮发动机252中的燃料量。
排气扩压器部分256构造成用以将排气从涡轮部分262传送到管道(未示出)中。排气扩压器部分256可操作地联接在涡轮部分262与管道之间。
参看图5至图7，流动限制部件258构造成用以控制排气扩压器部分256中流动通道的面积。在一个示范性实施例中，流动限制部件258包括可操作地联接到挡板部件272上的支柱270。支柱270固定地联接到排气扩压器部分256的一部分上。挡板部件272可旋转地联接到支柱270上。促动器290可操作地联接到挡板部件272上，以便响应来自控制器298的控制信号来移动挡板部件272。具体而言，促动器290可使挡板部件272在第一工作位置(如图6所示)与第二工作位置(如图7所示)之间移动，在第一工作位置中排气扩压器部分256的流动通道不受限制，而在第二工作位置中排气扩压器部分256的流动通道受到限制。当促动器290将挡板部件272从第一工作位置移动到第二工作位置时，涡轮部分262中的排气背压增大。
所提供的控制系统260用以控制燃气涡轮发动机252的工作。具体而言，所提供的控制系统260用以控制燃气涡轮发动机252的负载点。控制系统260包括促动器290、位置传感器292、压力传感器294、温度传感器296以及控制器298。
所提供的位置传感器292用以产生指示流动限制部件258的工作位置的位置信号。控制器298接收来自位置传感器292的位置信号，并且基于其来确定流动限制部件258的工作位置。
所提供的压力传感器294用以产生指示排气扩压器部分256中排气的压力水平的压力信号。控制器298接收来自压力传感器294的压力信号，并且基于其来确定压力水平。
所提供的温度传感器296用以产生指示排气扩压器部分256中排气的温度水平的温度信号。控制器298接收来自温度传感器296的温度信号，并且基于其来确定温度水平。
所提供的控制器298用以控制燃气涡轮发动机252的工作。具体而言，所提供的控制器298通过以大致与图4的流程图中所述相似的方式控制流动限制部件258的工作位置以及由燃料输送装置254输送给燃气涡轮发动机252的燃料量，用以控制燃气涡轮发动机252的负载点。控制器298可操作地联接到促动器290、位置传感器292、压力传感器294，温度传感器296，以及燃料输送装置254上。
参看图8，发电系统350包括燃气涡轮发动机352、燃料输送装置354、排气扩压器部分356、流动限制部件358，以及控制系统360。控制系统360的优点在于该系统360可控制流动限制部件358的工作位置，以增大燃气涡轮发动机352的背压，进而容许燃气涡轮发动机352的负载点大致朝向目标负载点降低，同时使排气中的温度保持在期望的下调温度范围之内和保持排气中的压力水平低于阈值压力水平。燃气涡轮发动机352包括涡轮部分370、输出轴(未示出)以及发电机(未示出)。
发电系统350与发电系统250之间的主要差别在于其中使用的流动限制部件的类型。具体而言，流动限制部件358为在第一工作位置与第二工作位置之间进行线性移动的板件。促动器390可操作地联接到流动限制部件358上，用于响应来自控制器398的控制信号而移动流动限制部件358。具体而言，促动器390可使流动限制部件358在第一工作位置与第二工作位置(如图8所示)之间移动，在第一工作位置中排气扩压器部分356的流动通道不受限制，而在第二工作位置中排气扩压器部分356的流动通道受到限制。当促动器390将流动限制部件358从第一工作位置移动到第二工作位置时，涡轮部分370中的排气背压增大。
现在将阐述其它类型的流动限制部件，其可作为备选而用于发电系统10，250和350中，以替代流动限制部件28，30，258和358。参看图9，示出了用于在排气中产生增大的背压的流动限制部件450。该流动限制部件450包括扩压器部分452和环状部分454。促动器460可操作地联接到环状部分454上。当促动器460使环状部分454在第一方向(例如，在图9中向右)上移动时，扩压器部分452中流动通道的有效面积减小，这增大了由流动限制部件450所接收的排气的背压量。当促动器460使环状部分454在第二方向(例如，在图9中向左)上移动时，扩压器部分452中流动通道的有效面积增大，这减小了由流动限制部件450所接收的排气的背压量。
应当注意到的是，在各上述实施例中，各流动限制部件均可逐渐地从限制流动通道的工作位置移动到流动限制部件增大流动通道的限制量的另一工作位置上，以逐渐地降低下调。各流动限制部件还可从限制流动通道的工作位置移动到具有减小的流动通道限制量的另一工作位置上，以增大负载点。
用于控制燃气涡轮发动机的负载点的控制系统及方法提供了显著优于其它系统和方法的优点。具体而言，该控制系统及方法提供了将负载点向相对较低的目标负载点调整的技术效果，由此使得排气具有处于期望的下调温度范围内的温度水平，以及排气的压力水平低于阈值压力水平。
尽管已参照示范性实施例描述了本发明，但在不脱离本发明范围的情况下，可作出多种改变并且可用等同物代替其元件。此外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定的情势或材料适应本发明所教导的内容。因此，期望本发明不限于本文所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制燃气涡轮发动机(20)的负载点的控制系统(32)，所述燃气涡轮发动机(20)具有与具有流动通道的管路流体地相连通的涡轮部分(44)，所述管路构造成用以接收来自所述涡轮部分(44)的排气，其特征在于，所述控制系统(32)包括：
流动限制部件(28)，其联接到所述管路上并被构造成用以在第一工作位置与第二工作位置之间移动，以便当所述流动限制部件(28)移动到所述第一工作位置时所述流动限制部件(28)不限制所述管路中的所述流动通道的部分，以及当所述流动限制部件移动到所述第二工作位置时所述流动限制部件(28)限制所述流动通道；
促动器(68)，其联接到所述流动限制部件(28)上并被构造成用以响应促动器控制信号而移动所述流动限制部件(28)；
燃料输送装置(21)，其构造成用以响应燃料控制信号而将燃料输送给所述燃气涡轮发动机(20)的燃烧器部分(42)；
温度传感器(66)，其构造成用以产生指示所述管路中的所述排气的温度水平的温度信号；
压力传感器，其用以产生指示所述管路中的所述排气的压力水平的压力信号；以及
控制器(72)，其可操作地联接到所述促动器(68)、所述燃料输送装置(21)、所述温度传感器(66)以及所述压力传感器(64)上，所述控制器(72)构造成用以接收所述温度信号和所述压力信号，所述控制器(72)还构造成用以产生所述燃料控制信号，所述控制器(72)还构造成用以产生所述促动器控制信号，使得流动限制部件(28)从所述第一工作位置移动到所述第二工作位置以限制所述流动通道，使得所述排气具有处于期望的下调温度范围内的温度水平，所述排气中的所述压力水平低于阈值压力水平，以及所述燃气涡轮发动机(20)的负载点朝向目标负载点调整。
2.根据权利要求1所述的控制系统(32)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机(20)的负载点通过降低所述负载点而朝向所述目标负载点调整。
3.根据权利要求1所述的控制系统(32)，其特征在于，在所述流动限制部件(28)从所述第一工作位置移动到所述第二工作位置之后，所述排气中的至少一种排气成分保持在期望的排气成分范围内。
4.根据权利要求1所述的控制系统(32)，其特征在于，所述管路包括与所述涡轮部分(44)流体连通的至少一部分管道。
5.根据权利要求1所述的控制系统(32)，其特征在于，所述管路包括与所述涡轮部分(44)流体连通的至少一部分排气器。
6.一种用于控制燃气涡轮发动机(20)的负载点的方法，所述燃气涡轮发动机(20)具有联接到具有流动通道的管路上的涡轮部分(44)，所述流动通道构造成用以接收来自所述涡轮部分(44)的排气，其特征在于，所述方法包括：
利用温度传感器(66)来产生由控制器(72)所接收的指示所述管路中的所述排气的温度水平的温度信号；
利用压力传感器(64)来产生由所述控制器(72)所接收的指示所述管路中的所述排气的压力水平的压力信号；
利用所述控制器(72)来产生燃料控制信号，以促使燃料输送装置(21)将燃料输送到所述燃气涡轮发动机(20)中；以及
利用所述控制器(72)来产生促动器控制信号，以促使促动器(68)将流动限制部件(28)从第一工作位置移动到第二工作位置来限制所述流动通道，使得所述排气具有处于期望的下调温度范围内的温度水平，所述排气的压力水平低于阈值压力水平，以及所述燃气涡轮发动机(20)的负载点朝向目标负载点调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮发动机(20)的负载点通过减小所述负载点而朝向所述目标负载点调整。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述流动限制部件(28)从所述第一工作位置移动到所述第二工作位置之后，所述排气中的至少一种排气成分保持在期望的排气成分范围内。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述管路包括与所述涡轮部分(44)流体连通的至少一部分管道。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述管路包括与所述涡轮部分(44)流体连通的至少一部分排气器。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9267443B2 (en) 2009-05-08 2016-02-23 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US9354618B2 (en) 2009-05-08 2016-05-31 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
US9671797B2 (en) 2009-05-08 2017-06-06 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
US8437941B2 (en) 2009-05-08 2013-05-07 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US8317467B2 (en) * 2009-12-29 2012-11-27 General Electric Company Radial channel diffuser for steam turbine exhaust hood
JP5751982B2 (ja) * 2011-08-11 2015-07-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 発電プラント及びその改造方法
US9297316B2 (en) 2011-11-23 2016-03-29 General Electric Company Method and apparatus for optimizing the operation of a turbine system under flexible loads
US20130174534A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 General Electric Company System and device for controlling fluid flow through a gas turbine exhaust
US20130174567A1 (en) * 2012-01-10 2013-07-11 Hamilton Sundstrand Corporation Automatic Engine Noise Reduction
DK2959139T3 (da) * 2012-02-22 2020-11-23 Gas Turbine Efficiency Sweden Optimering af gasturbineforbrændingssystemers lavbelastningsydeevne på enkel-cyklus og varmegenvindingsdampgeneratoranvendelser
WO2013126279A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-29 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
US9422869B2 (en) 2013-03-13 2016-08-23 General Electric Company Systems and methods for gas turbine tuning and control
US9771874B2 (en) 2014-11-18 2017-09-26 General Electric Company Power output and fuel flow based probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods
US9771877B2 (en) 2014-11-18 2017-09-26 General Electric Company Power output and fuel flow based probabilistic control in part load gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods
US9784183B2 (en) 2014-11-18 2017-10-10 General Electric Company Power outlet, emissions, fuel flow and water flow based probabilistic control in liquid-fueled gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods
US9771876B2 (en) 2014-11-18 2017-09-26 General Electric Compnay Application of probabilistic control in gas turbine tuning with measurement error, related control systems, computer program products and methods
US9771875B2 (en) 2014-11-18 2017-09-26 General Electric Company Application of probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods
US9803561B2 (en) 2014-11-18 2017-10-31 General Electric Company Power output and emissions based degraded gas turbine tuning and control systems, computer program products and related methods
CN105240132B (zh) * 2015-09-15 2017-05-03 广州粤能电力科技开发有限公司 多燃气轮发电机组的负荷协调控制方法和系统
US20180058334A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 General Electric Company System and method to vary exhaust backpressure on gas turbine
DE102017101161A1 (de) * 2017-01-23 2018-07-26 Man Diesel & Turbo Se Gasturbine
US10760485B2 (en) * 2018-02-02 2020-09-01 General Electric Company Virtualizing data for a vehicle control system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1413762A2 (en) * 2002-10-23 2004-04-28 Honeywell Normalair-Garrett (Holdings) Limited A method of balancing the supply of bleed air from a plurality of gas turbine engines
CN1834432A (zh) * 2005-03-02 2006-09-20 通用电气公司 用于燃气轮机干式低NOx燃烧器校正参数控制的方法和设备
CN1834408A (zh) * 2005-03-16 2006-09-20 株式会社东芝 涡轮机起动控制器及涡轮机起动控制方法
CN1944985A (zh) * 2005-10-03 2007-04-11 通用电气公司 控制对燃气轮机燃烧器的旁路空气分流的方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3383090A (en) * 1966-12-30 1968-05-14 Ford Motor Co Fluid pressure control for a turbine nozzle actuator
US3508395A (en) * 1968-04-01 1970-04-28 Ford Motor Co Control system for motor vehicle type gas turbine engine
GB1228949A (zh) * 1968-10-16 1971-04-21
US3638422A (en) * 1970-06-26 1972-02-01 Gen Electric Two-shaft gas turbine control system
US5209634A (en) * 1991-02-20 1993-05-11 Owczarek Jerzy A Adjustable guide vane assembly for the exhaust flow passage of a steam turbine
US5257906A (en) * 1992-06-30 1993-11-02 Westinghouse Electric Corp. Exhaust system for a turbomachine
US6261055B1 (en) * 1999-08-03 2001-07-17 Jerzy A. Owczarek Exhaust flow diffuser for a steam turbine
JP3684208B2 (ja) * 2002-05-20 2005-08-17 株式会社東芝 ガスタービン制御装置
JP3993515B2 (ja) * 2003-01-09 2007-10-17 株式会社東芝 ガスタービンの燃料ガス供給システムおよびその供給方法
EP1592870B1 (de) 2003-02-11 2015-06-24 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer gasturbogruppe
US6912856B2 (en) * 2003-06-23 2005-07-05 General Electric Company Method and system for controlling gas turbine by adjusting target exhaust temperature
US7246002B2 (en) * 2003-11-20 2007-07-17 General Electric Company Method for controlling fuel splits to gas turbine combustor
JP4699130B2 (ja) * 2005-08-03 2011-06-08 三菱重工業株式会社 ガスタービンの入口案内翼制御装置
US7780403B2 (en) * 2006-09-08 2010-08-24 Siemens Energy, Inc. Adjustable turbine exhaust flow guide and bearing cone assemblies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1413762A2 (en) * 2002-10-23 2004-04-28 Honeywell Normalair-Garrett (Holdings) Limited A method of balancing the supply of bleed air from a plurality of gas turbine engines
CN1834432A (zh) * 2005-03-02 2006-09-20 通用电气公司 用于燃气轮机干式低NOx燃烧器校正参数控制的方法和设备
CN1834408A (zh) * 2005-03-16 2006-09-20 株式会社东芝 涡轮机起动控制器及涡轮机起动控制方法
CN1944985A (zh) * 2005-10-03 2007-04-11 通用电气公司 控制对燃气轮机燃烧器的旁路空气分流的方法

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Publication number Publication date
FR2929648A1 (fr) 2009-10-09
US20110308256A1 (en) 2011-12-22
US8127557B2 (en) 2012-03-06
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US20110056181A1 (en) 2011-03-10
JP5302066B2 (ja) 2013-10-02
US8240152B2 (en) 2012-08-14
JP2009250236A (ja) 2009-10-29
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