CN101818691A - 通过控制压缩机抽气流进行发动机减负荷的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过控制压缩机抽气流进行发动机减负荷的系统和方法。提供了用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的系统和方法。在一个实施例中，用于在减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的方法包括控制单元监测与涡轮机系统的燃烧器出口温度相关联的涡轮机系统的一个或多个操作参数。该方法进一步包括控制单元检测一个或多个操作参数达到或超过与燃烧器出口温度的降低相关联的阈值。响应于检测到一个或多个操作参数达到或超过阈值，将控制信号传递到位于涡轮机系统中的至少一个可变孔口，从而使得至少一个可变孔口改变来自压缩机的至少一个抽气流。
Description
技术领域
本发明大体涉及旋转机器，且更具体地讲，涉及用于在发动机减负荷(turn down)期间控制压缩机抽气流的系统和方法。
背景技术
许多已知的燃气轮机发动机在燃烧器组件中燃烧碳氢化合物—空气混合物，且产生输送到涡轮组件的燃烧气体流。涡轮组件将燃烧气体流的能量转换成可用于为机器(例如发电机或泵)提供动力的扭矩。在第一级喷嘴之前的燃烧器气流温度称为燃烧器出口温度。燃烧气体流温度的普通范围可为约2400℉至2600℉。
通常，当涡轮机在相对高的负荷下操作时，燃烧器出口温度高，且CO和/或UHC排放保持为最小。但是，当燃烧过程没有全部完成时，高水平的一氧化碳(CO)和/或未燃烧的碳氢化合物(UHC)可能会存在于涡轮机排气系统中。管理机构禁止高的CO和/或UHC排放水平。
在典型的燃气轮机发动机中，碳氢化合物燃料完全燃烧的能力受燃烧器出口温度的较低限值限制。当涡轮机负荷减小(通常称为“减负荷”)时，在许多燃气涡轮中，必需降低燃烧器出口温度，且可能会违背较低的温度限值，这可导致形成更高水平的CO和UHC。需要的是在涡轮发动机减小负荷时保持高的燃烧器温度以阻止CO和/或UHC排放增大到不能接受的水平的方法。
发明内容
本发明的某些实施例可解决以上需要和/或问题中的一些或全部。根据本发明的一个实施例，公开了一种用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的方法，该方法包括控制单元监测与涡轮机系统的燃烧器出口温度相关联的该涡轮机系统的一个或多个操作参数。该方法进一步包括该控制单元检测一个或多个操作参数(是否)达到或超过(例如升高到超出或降低到低于)与燃烧器出口温度的降低相关联的阈值。响应于检测到一个或多个操作参数达到或超过了阈值，将控制信号传递到位于涡轮机系统中的至少一个可变孔口，从而使得至少一个可变孔口改变来自压缩机的至少一个抽气流。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的控制系统，其包括与控制单元处理器通信的、位于涡轮机系统中的多个传感器。控制单元处理器配置成以便执行计算机实施的指令，以监测与涡轮机系统的燃烧器出口温度相关联的涡轮机系统的一个或多个操作参数。该控制单元处理器进一步配置成以便执行计算机实施的(指令)，以检测一个或多个操作参数(是否)达到或超过了与燃烧器出口温度的降低相关联的阈值，而且作为响应，将控制信号传递到位于涡轮机系统中的至少一个可变孔口，从而使得至少一个可变孔口改变来自压缩机的至少一个抽气流。
就本文的剩余部分而言，根据本发明的各种实施例的其它系统和方法将变得显而易见。部件列表：100涡轮机系统105压缩机110燃烧器115涡轮区120排气扩压器125可变的压缩机抽气孔口130控制单元200示例性过程205框210框215框220框
附图说明
在已经如此概括地描述了本发明的情况下，现在将参照附图，附图不一定按比例绘制，且其中：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的一种示例性涡轮机系统。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的一种示例性流程图。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例，提供了为了改进燃气轮机发动机的减负荷能力的目的而利用可变的压缩机抽气流的系统和方法。本发明的一些示例性实施例利用具有可变孔口的现有压缩机抽气管(由燃气轮机的一个或多个操作特性或操作参数控制)来产生实现了改进的减负荷能力的可变的压缩机抽气流。可在涡轮机系统的任何压缩机级中提供可变的压缩机抽气流(通过一个或多个可变的压缩机抽气孔口)，且可在抛负荷(load rejection)期间对其进行控制，以便保持适当的燃料/空气比来满足期望的燃烧器操作参数。
在本发明的一些实施例中，压缩机空气绕过主燃烧区，以便在最小负荷下操作，同时将CO和UHC排放水平保持得足够低。根据本发明的一些示例性实施例，受控制的压缩机抽气流可恢复到涡轮的任何级中的构件中，排放到涡轮排气扩压器中，或者排放到大气中(例如排弃(overboard))。另外，可变的压缩机抽气流不仅可改进涡轮机系统的减负荷能力，而且还可改进以任何给定负荷水平操作的涡轮机系统的燃料消耗。
下面参照根据本发明的一个实施例的系统、方法、装置和计算机程序产品的框图来对本发明的实施例进行描述。下文参照附图对本发明的示例性实施例进行了更加全面的描述，在附图中，相同标号在所有的几幅图中表示相同的元件。实际上，这些发明可以以许多不同的形式体现，且不应理解为限于本文所阐述的实施例；而是提供了这些实施例而使得本公开将满足适用的法律要求。
图1示出了根据本发明的一个实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统100的压缩机的压缩机抽气流的示例性涡轮机系统100。图1所示的示例性涡轮机系统100可为用于例如为发电机(未显示)供以动力的燃气涡轮。如图1的示例性实施例所示，涡轮机系统100包括具有入口以用于接收和压缩空气的压缩机105，空气在最大压力下从压缩机105的出口排出。在本发明的一个示例性实施例中，压缩机105可为轴流式压缩机，其具有布置在多个级中以按顺序压缩空气的、交错的定子桨叶排和转子叶片排，其中各个随后的下游级使压力增大到越来越高，直到空气在最大压力下从压缩机出口排出为止。
燃烧器110接收来自压缩机出口的经压缩的出口空气。可进一步提供燃料供应导管和喷射器(示显示)，以使适当的燃料与经压缩的出口空气混合，以便于在燃烧器110中经历燃烧来产生热的燃烧气体。设置在燃烧器110的下游、与燃烧器110流动连通的是涡轮区115，在该涡轮区中，热气的能量转换成功。在涡轮区115中，热气膨胀，且热能的一部分被转换成涡轮的动能。该动能的一部分传递到旋转轮叶上，且被转换成功。在本发明的一些实施例中，可使用由涡轮产生的功的一部分来驱动压缩机105，而剩余部分则可用于产生功率。涡轮区115可包括被燃烧气体加热的各种构件，包括可布置在涡轮区115中的多个级中的定子喷嘴或桨叶和转子叶片。如图1的示例性实施例中所示，涡轮区115连接到排气扩压器120上。排气扩压器120将来自涡轮区115的进入动能转换成压力升高，且在大气压力下将其释放。
图1的示出的实施例包括抽气导管(或路径)，该抽气导管(或路径)设置成与压缩机105的抽气点或级流动连通，以在对应的抽气压力下将压缩空气的一部分作为冷却空气或放气放出。在本发明的一些示例性实施例中，抽气导管可位于压缩机105的第9级和/或第13级中。根据本发明的一些示例性实施例，受控制的压缩机抽气流可恢复到涡轮机系统100的任何级中的任何构件中。例如，压缩机抽气流可排放到涡轮排气扩压器中。在另一个实例中，压缩机抽气流可排放到大气中。当压缩机抽气被重新引导至涡轮机系统100时，可限制加热率不足的问题，且可降低在给定环境温度处的总体燃料消耗。
可在抛负荷期间控制图1的示例性实施例中显示的压缩机抽气流，以便保持适当的燃烧器出口温度以及CO和UHC排放水平。另外，在抛负荷期间使用可变的压缩机抽气流来绕过主燃烧区可能会导致进入燃烧器110的空气的质量流率降低，这又会导致更高的燃烧器出口温度以及更低的CO和UHC排放水平。在抛负荷期间增加(一个或多个)压缩机抽气流会导致进一步降低进入燃烧器的空气的质量流率，这又会导致更高的燃烧器出口温度和更低的CO和UHC排放水平。为了允许在抛负荷期间控制压缩机抽气流，将压缩机抽气导管连接到一个或多个可变的压缩机抽气孔口125上。如图1的示出的实施例所示，导管将空气从可变的压缩机抽气孔口125引导至涡轮区115和/或排气扩压器120。
在本发明的示例性实施例中，可变的压缩机抽气孔口125可由一个或多个可变几何结构孔口组成。可根据燃气轮机的一个或多个操作参数(例如燃烧温度)来控制各个孔口的几何结构，以便控制压缩机抽气流，以在整个抛负荷过程中保持某个燃烧器出口温度和/或CO和UHC排放水平。在本发明的示例性实施例中，可变的压缩机抽气孔口125可位于与压缩机105相关联的抽气管中，位于压缩机105的至少一个级中，或者位于涡轮机系统100中的别处。在本发明的一个示例性实施例中，可操作一个或多个可变孔口，以便限定低流量孔口，和/或操作该一个或多个可变孔口以限定高流量孔口。可变孔口可由控制单元130控制。示例性的可变孔口可为阀(例如液压球阀、气动阀、闸门阀等)，其中可由控制单元根据燃气轮机的一个或多个操作参数(例如燃烧温度)来控制该阀的行程，以便在整个抛负荷过程中保持某燃烧器出口温度和/或CO和UHC排放水平。
控制单元130可执行许多功能，包括燃料、空气和排放控制、涡轮机燃料以及用于启动、停机和冷却的辅助工作的排序、发电机和系统的同步和电压匹配、监测所有涡轮机、控制和辅助功能，以及针对不安全和不利的操作参数的保护。在本发明的一些示例性实施例中，用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统100的压缩机105的压缩机抽气流的控制单元130操作，可结合到现有的多参数控制系统(例如基于现有模型的控制(MBC)系统或校正参数控制(CPC)控制系统)中。在本发明的一个示例性实施例中，用于燃气涡轮系统的控制单元130可为结合到现有的涡轮机控制系统(例如但不限于通用电气公司的SpeedtronicTM Mark VI控制系统)中的构件和/或模块。
如图1所示，本发明的示例性实施例利用集成控制单元130，以通过控制一个或多个可变的压缩机抽气孔口125在抛负荷期间对压缩机抽气流提供主动调节，以便保持适当的燃料/空气比来满足期望的燃烧器110操作和/或涡轮机排放水平。控制单元130能够响应于涡轮机系统100的各种构件的一个或多个测得的或计算出的操作参数来控制压缩机抽气流。根据本发明的一个示例性实施例，由控制单元130使用的涡轮机系统100的一个或多个操作参数可由控制单元130用设置在涡轮机系统100中的一个或多个位置上从而测量一个或多个操作参数的适当传感器来监测。在本发明的示例性实施例中，传感器可放置在涡轮机系统100的各种构件和/或级各处，包括压缩机105、燃烧器110、涡轮区115、排气扩压器120、(一个或多个)可变的压缩机抽气孔口125等。
在本发明的示例性实施例中，可使用设置在涡轮机系统100中的一个或多个位置上的传感器来监测、测量、计算或以别的方式获取操作参数数据。在本发明的一些示例性实施例中，可使用用于闭环控制系统中的涡轮机系统中的传感器和/或用来获取用于燃烧温度计算的操作数据的传感器来监测操作参数，以允许控制单元130调节压缩机抽气流，以在抛负荷期间保持适当的燃料/空气比来满足期望的燃烧器110操作和/或保持可接受的涡轮机排放水平。
涡轮机系统100操作参数中的一个或多个参数可由控制单元130处理，以确定用以在抛负荷期间保持适当的燃烧器出口温度以及CO和UHC排放水平的可控参数的设置。这种操作参数可包括排气温度和/或压力、压缩机空气流量、压缩机入口和/或出口温度以及压力、燃料流量、一氧化碳、燃烧动力学、分布和进气流量等。在本发明的一些示例性实施例中，控制单元130可计算用于控制(一个或多个)可变的压缩机抽气孔口125、以在抛负荷期间保持适当的燃烧器出口温度以及CO和UHC排放水平的一个或多个操作参数(例如燃烧器出口温度、涡轮机基准温度、涡轮机燃烧温度等)。
仅以实例的方式提供在图1中所显示以及关于图1所描述的涡轮机系统100。许多其它涡轮机系统操作环境、结构体系和/或构造是可行的。因此，本发明的实施例不应理解为限于在图1中所显示以及关于图1所描述的任何特定操作环境、结构体系或构造。下面参照图2提供了对用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统100的压缩机的压缩机抽气流的操作的更加详细的描述。
图2示出了根据本发明的一个实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的一个示例性流程图。将理解的是，可由计算机程序指令实现图2中的一个或多个框和/或框的组合。这些计算机程序指令可加载到通用计算机、专用计算机或其它可编程的数据处理装置上，以产生机器，从而使得在计算机或其它可编程的数据处理装置上执行的指令产生用于实现在以下描述中详细论述的框图的各个框或框图中的框组合的功能的手段。这些计算机程序指令也可存储在计算机可读的存储器中，其可引导计算机或其它可编程的数据处理装置以特定的方式起作用，包括实现一个或多个框中指定的功能。还可通过在计算机的操作系统上运行的应用程序来实现本发明的实施例。另外或备选地，应用程序(全部或部分)可位于远程存储器中或者存储装置中，以允许实践本发明的实施例(其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行)。
还将理解的是，图2中的各个框和/或框的组合可由执行指定功能或要素的基于硬件的专用计算机系统或专用硬件与计算机指令的组合来实现。还可用其它计算机系统构造来实践这些实施例，包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、微型计算机、大型计算机等。
如图2所示，示例性过程200在框205中开始，其中由控制单元监测与涡轮机的燃烧器出口温度和/或涡轮机的CO或UHC排放水平相关联的涡轮机系统的一个或多个操作参数。在本发明的示例性实施例中，使用传感器允许各种测得的或计算出的操作参数由控制单元监测。在本发明的一个示例性实施例中，监测可以是位于涡轮机系统中的一个或多个传感器的监测。在本发明的示例性实施例中，对操作参数的这种监测可包括测量各种涡轮机系统量度中的一个或多个，包括排气温度、压缩机空气流量、压缩机排放温度、压缩机排放压力、燃料流量、一氧化碳、燃烧动力学等。在本发明的其它实施例中，可计算操作参数。计算出的操作参数可包括燃烧器出口温度、涡轮机基准温度、涡轮机燃烧温度等。
然后调用框210来检测被监测的操作参数中的一个或多个何时达到或超过(例如升高到超出或下降到低于)用于那个操作状态的阈值。在本发明的一个示例性实施例中，阈值与燃烧器出口温度的降低和/或涡轮机的CO或UHC排放水平的升高相关联。如果没有检测到被监测的操作参数达到或超过阈值，则继续监测操作参数。但是，如果检测到一个或多个被监测的操作参数达到或超过与燃烧器出口温度的降低和/或涡轮机的CO或UHC排放水平的升高相关联的阈值，则调用框215。在本发明的示例性实施例中，当一个或多个被监测的操作参数不在可接受的操作范围内时，则控制单元可向用户接口提供指示，指示操作者可使得涡轮机系统中的压缩机级中的一个或多个级中的一个或多个可变孔口改变来自涡轮机系统的压缩机的一个或多个抽气流，以减少进入涡轮机系统的燃烧器的空气。在本发明的一个备选实施例中，基于预编程逻辑，控制单元可自动地使得涡轮机系统中的压缩机级中的一个或多个级中的一个或多个可变孔口改变来自涡轮机系统的压缩机的一个或多个抽气流，以减少进入涡轮机系统的燃烧器的空气。
当调用框215时，控制单元可使涡轮机系统中的压缩机级中的一个或多个级中的一个或多个可变孔口改变来自涡轮机系统的压缩机的一个或多个抽气流，以减少进入涡轮机系统的燃烧器的空气。接下来，可调用框220，以确定一个或多个被监测的操作状态是否回到可接受的操作范围内。如果该一个或多个被监测的操作参数不在可接受的操作范围内，则控制单元可保持来自涡轮机系统的压缩机的抽气流率，或者控制单元可使涡轮机系统中的压缩机级中的一个或多个级中的额外的可变孔口增大来自涡轮机系统的压缩机的抽气流(或空气流率)。如果该一个或多个被监测的操作参数在可接受的操作范围内，则图2所示的示例性过程结束。
图2的示例性过程要素是以实例的方式显示的，且其它过程和流程实施例可具有更少或更多数量的要素，且可根据本发明的其它实施例将这种要素布置在备选构造中。
本发明的示例性实施例可提供这样的技术效果，即通过在抛负荷期间在涡轮机系统的一个或多个压缩机级中使用可变的压缩机抽气流(通过一个或多个可变的压缩机抽气孔口)，以便保持适当的燃料/空气比来满足期望的燃烧器操作参数，来改善燃气轮机发动机的减负荷能力。就此而言，本发明的示例性实施例可提供这样的技术效果，即管理燃气涡轮发电机的负荷降低，同时保持低排放水平，这可改进在任何给定负荷水平下操作的涡轮机系统的燃料消耗。
具有在前述描述和相关联的附图中介绍的教导的优势的、与这些发明相关的领域的技术人员将会想到本文所阐述的本发明的许多修改和其它实施例。因此，将理解的是本发明不限于所公开的具体实施例，且修改和其它实施例意图包括在所附的权利要求书的范围内。尽管在本文中采用了具体术语，但仅以一般的和描述性的意义而非为了限制的目的来使用这些术语。
Claims (10)
1.一种用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统(100)的压缩机(105)的压缩机(105)抽气流的控制系统，包括：
位于涡轮机系统(100)中的多个传感器；
与所述多个传感器通信的控制单元(130)处理器，其中，所述控制单元(130)处理器配置成以便执行计算机实施的指令，以：
监测涡轮机系统(100)的至少一个操作参数，其中，所述至少一个操作参数与所述涡轮机系统(100)的燃烧器(110)的出口温度相关联；
检测所述至少一个操作参数达到或超过阈值，其中，所述阈值与所述燃烧器(110)的出口温度的降低相关联；以及
响应于检测到所述至少一个操作参数达到或超过所述阈值，将控制信号传递到位于所述涡轮机系统(100)中的至少一个可变孔口(125)，从而使得所述至少一个可变孔口(125)改变来自所述压缩机(105)的至少一个抽气流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(130)处理器进一步配置成以便执行计算机实施的指令，以将所述至少一个压缩机(105)抽气流重新引导到所述涡轮机系统(100)的一部分中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，用以重新引导所述至少一个压缩机(105)抽气流的所述计算机实施的指令包括用以将所述至少一个压缩机(105)抽气流重新引导到排气扩压器(120)中或引导到大气中的计算机实施的指令。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个操作参数包括至少一个测得的操作参数，其中，所述至少一个测得的操作参数包括排气温度、压缩机(105)空气流率、压缩机(105)排放温度、压缩机(105)排放压力、燃料流率、一氧化碳排放水平或未燃烧的碳氢化合物排放水平。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个操作参数包括至少一个计算出的操作参数，其中，所述至少一个计算出的操作参数包括燃烧器(110)出口温度、涡轮机基准温度或涡轮机燃烧温度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用以检测所述至少一个操作参数达到或超过阈值的所述计算机实施的指令包括测量或计算至少一个操作参数值，以及将所述至少一个操作参数值与阈值的值进行比较。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(130)处理器进一步配置成以便执行计算机实施的指令，以：
在将控制信号传递到位于所述涡轮机系统(100)中的至少一个可变孔口(125)之前：
将所述至少一个操作参数达到或超过所述阈值的指示传递到用户接口，以及
从所述用户接口接收指令，以调节位于所述涡轮机系统(100)中的至少一个可变孔口(125)。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，使所述至少一个可变孔口(125)改变来自所述压缩机(105)的至少一个抽气流的所述控制信号导致进入所述涡轮机系统(100)的燃烧器(110)的空气的质量流率降低。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，位于所述涡轮机系统(100)中的所述至少一个可变孔口(125)包括位于与所述压缩机(105)相关联的抽气管的至少一个级中的多个可变孔口(125)。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个可变孔口(125)包括至少一个阀，并且其中，使所述至少一个可变孔口(125)改变来自所述压缩机(105)的至少一个抽气流的所述控制信号包括导致对所述至少一个阀的阀行程进行调节的控制信号。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103452671A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 通用电气公司 | 燃气涡轮压缩机入口加压和流控制系统 |
| CN103595041A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-19 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种电厂机组快速减负荷的监测装置及其方法 |
| CN104246179A (zh) * | 2012-03-23 | 2014-12-24 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于确定用于燃气轮机的调节的至少一个燃烧温度的方法以及用于执行该方法的燃气轮机 |
| CN106050423A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-10-26 | 上海电气燃气轮机有限公司 | 一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法 |
| CN107035523A (zh) * | 2015-12-15 | 2017-08-11 | 通用电气公司 | 经由涡轮提取和压缩机提取产生蒸汽的系统 |
| CN107061020A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-08-18 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种燃气轮机低工况的放气再利用系统 |
| CN107152340A (zh) * | 2016-03-02 | 2017-09-12 | 通用电气公司 | 用于检测管道系统失效的方法和系统 |
| CN107709734A (zh) * | 2015-11-04 | 2018-02-16 | 三菱日立电力系统株式会社 | 燃气轮机的启动方法以及装置 |
| CN110886658A (zh) * | 2018-09-11 | 2020-03-17 | 普拉特 - 惠特尼加拿大公司 | 用于检测高涡轮温度操作的方法和系统 |
| CN111720218A (zh) * | 2019-03-19 | 2020-09-29 | 通用电气公司 | 涡轮发动机的信号响应监测 |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9354618B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-05-31 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems |
| US8437941B2 (en) | 2009-05-08 | 2013-05-07 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
| US9267443B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-02-23 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of 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 |
| US9890714B2 (en) * | 2009-05-26 | 2018-02-13 | Ansaldo Energia Ip Uk Limited | Automated extended turndown of a gas turbine engine combined with incremental tuning to maintain emissions and dynamics |
| US20120186261A1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | General Electric Company | System and method for a gas turbine exhaust diffuser |
| EP2559862B1 (en) * | 2011-08-19 | 2021-11-10 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Control of a blow-off valve responsive to a sudden de-loading of a gas turbine |
| US9334753B2 (en) | 2011-10-12 | 2016-05-10 | General Electric Company | Control system and methods for controlling the operation of power generation systems |
| US8997498B2 (en) * | 2011-10-12 | 2015-04-07 | General Electric Company | System for use in controlling the operation of power generation systems |
| 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 |
| US10634051B2 (en) | 2012-01-09 | 2020-04-28 | United Technologies Corporation | Geared turbofan engine with low pressure environmental control system for aircraft |
| GB2498769A (en) | 2012-01-27 | 2013-07-31 | Hardie James Technology Ltd | Fastener with cap |
| RU2563445C2 (ru) * | 2012-07-13 | 2015-09-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ и устройство для регулирования помпажа газотурбинного двигателя |
| DE102012015454A1 (de) * | 2012-08-03 | 2014-05-28 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Verfahren zur Regelung der Kraftstofftemperatur einer Gasturbine |
| US9003762B2 (en) * | 2012-10-02 | 2015-04-14 | General Electric Company | Turbine exhaust plume mitigation system |
| US9447732B2 (en) | 2012-11-26 | 2016-09-20 | General Electric Company | Gas turbine anti-icing system |
| US9464534B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-10-11 | General Electric Company | Turbine purge flow control system and related method of operation |
| DE102013202984A1 (de) * | 2013-02-22 | 2014-08-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine unterhalb ihrer Nennleistung |
| US9611752B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-04-04 | General Electric Company | Compressor start bleed system for a turbine system and method of controlling a compressor start bleed system |
| US20140348629A1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-11-27 | Turbogen, Llc | Turbomachine assembly and method of using same |
| EP2896793A1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-22 | Alstom Technology Ltd | Method of operating a gas turbine assembly and the gas turbine assembly |
| EP2902606B1 (en) * | 2014-01-31 | 2019-01-02 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for operating a gas turbine at part load |
| US9494086B2 (en) | 2014-02-28 | 2016-11-15 | General Electric Company | Systems and methods for improved combined cycle control |
| BR102015015377B1 (pt) * | 2014-06-27 | 2022-04-26 | United Technologies Corporation | Conjunto de motor de turbina a gás, e, sistema de controle ambiental de uma aeronave |
| US10767562B2 (en) * | 2014-12-10 | 2020-09-08 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Modulated cooled P3 air for impeller |
| US10415483B2 (en) * | 2014-12-15 | 2019-09-17 | Jetheat Llc | Method to control the operating temperature of a gas turbine heater |
| JP5897180B2 (ja) * | 2015-04-03 | 2016-03-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン |
| US9976479B2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-05-22 | General Electric Company | Power plant including a static mixer and steam generating system via turbine extraction and compressor extraction |
| US10072573B2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-09-11 | General Electric Company | Power plant including an ejector and steam generating system via turbine extraction |
| US9890710B2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-02-13 | General Electric Company | Power plant with steam generation via combustor gas extraction |
| US9970354B2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-05-15 | General Electric Company | Power plant including an ejector and steam generating system via turbine extraction and compressor extraction |
| US9964035B2 (en) * | 2015-12-15 | 2018-05-08 | General Electric Company | Power plant including exhaust gas coolant injection system and steam generating system via turbine extraction |
| JP6801968B2 (ja) * | 2016-02-15 | 2020-12-16 | 三菱パワー株式会社 | ガスタービンの制御装置および制御方法、並びにガスタービン |
| US10731568B2 (en) * | 2016-11-23 | 2020-08-04 | General Electric Company | Systems and methods for reducing airflow imbalances in turbines |
| KR101929117B1 (ko) * | 2017-04-24 | 2018-12-13 | 두산중공업 주식회사 | 가스터빈 제어장치 및 방법 |
| US11280683B2 (en) | 2017-05-31 | 2022-03-22 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Method and system for detecting high turbine temperature operations |
| GB201808852D0 (en) * | 2018-05-31 | 2018-07-18 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine |
| JP7120893B2 (ja) * | 2018-11-20 | 2022-08-17 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン及びその抽気量調整方法 |
| EP3845813B1 (en) * | 2019-12-31 | 2024-04-03 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Method for operating a gas turbine assembly and gas turbine assembly |
| US11898502B2 (en) * | 2020-12-21 | 2024-02-13 | General Electric Company | System and methods for improving combustion turbine turndown capability |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61187538A (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビンの冷却空気制御方法 |
| JPH05171958A (ja) * | 1991-12-18 | 1993-07-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン冷却空気制御装置 |
| CN1507534A (zh) * | 2001-05-10 | 2004-06-23 | 西门子公司 | 燃气轮机的冷却方法和燃气轮机设备 |
| US20040206901A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-10-21 | Chen David D.Y. | High throughput ion source with multiple ion sprayers and ion lenses |
| 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 |
| WO2008123904A2 (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-16 | Siemens Energy, Inc. | Engine brake for part load co reduction |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4545787A (en) * | 1984-07-30 | 1985-10-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing by-product oxygen from turbine power generation |
| FR2690711B1 (fr) * | 1992-04-29 | 1995-08-04 | Lair Liquide | Procede de mise en óoeuvre d'un groupe turbine a gaz et ensemble combine de production d'energie et d'au moins un gaz de l'air. |
| US5406786A (en) * | 1993-07-16 | 1995-04-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated air separation - gas turbine electrical generation process |
| US5901547A (en) * | 1996-06-03 | 1999-05-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Operation method for integrated gasification combined cycle power generation system |
| US6393825B1 (en) * | 2000-01-25 | 2002-05-28 | General Electric Company | System for pressure modulation of turbine sidewall cavities |
| JP2002366389A (ja) | 2001-06-11 | 2002-12-20 | Sony Corp | 情報処理装置及び情報処理方法、遠隔的タスク管理システム、並びに記憶媒体 |
| US7302334B2 (en) | 2002-08-02 | 2007-11-27 | General Electric Company | Automatic mapping logic for a combustor in a gas turbine engine |
| US6779346B2 (en) * | 2002-12-09 | 2004-08-24 | General Electric Company | Control of gas turbine combustion temperature by compressor bleed air |
| JP2004211641A (ja) | 2003-01-07 | 2004-07-29 | Hitachi Ltd | ガスタービン及びその運用方法 |
| JP2006515659A (ja) * | 2003-01-17 | 2006-06-01 | カタリティカ エナジー システムズ， インコーポレイテッド | 複数燃焼室触媒ガスタービンエンジンのための動的制御システムおよび方法 |
| JP3988705B2 (ja) | 2003-09-30 | 2007-10-10 | トヨタ自動車株式会社 | 一軸式ガスタービン機関の制御装置及び飛行体 |
| JP2006285736A (ja) | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Nec Fielding Ltd | 屋内設備制御システム、装置、方法、およびプログラム |
| US7581401B2 (en) * | 2005-09-15 | 2009-09-01 | General Electric Company | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components |
| US20070151257A1 (en) * | 2006-01-05 | 2007-07-05 | Maier Mark S | Method and apparatus for enabling engine turn down |
| JP4765646B2 (ja) | 2006-02-01 | 2011-09-07 | 株式会社日立製作所 | ガスタービンの制御方法 |
| US8495883B2 (en) * | 2007-04-05 | 2013-07-30 | Siemens Energy, Inc. | Cooling of turbine components using combustor shell air |
| US20090223201A1 (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-10 | Anand Ashok K | Methods of Injecting Diluent Into A Gas Turbine Assembly |
-
2009
- 2009-02-25 US US12/392,526 patent/US8677761B2/en active Active
-
2010
- 2010-02-18 JP JP2010033079A patent/JP5508892B2/ja active Active
- 2010-02-19 EP EP10154131.6A patent/EP2224114B1/en active Active
- 2010-02-25 CN CN201010135868.4A patent/CN101818691B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61187538A (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビンの冷却空気制御方法 |
| JPH05171958A (ja) * | 1991-12-18 | 1993-07-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン冷却空気制御装置 |
| US20040206901A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-10-21 | Chen David D.Y. | High throughput ion source with multiple ion sprayers and ion lenses |
| CN1507534A (zh) * | 2001-05-10 | 2004-06-23 | 西门子公司 | 燃气轮机的冷却方法和燃气轮机设备 |
| 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 |
| WO2008123904A2 (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-16 | Siemens Energy, Inc. | Engine brake for part load co reduction |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104246179A (zh) * | 2012-03-23 | 2014-12-24 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于确定用于燃气轮机的调节的至少一个燃烧温度的方法以及用于执行该方法的燃气轮机 |
| CN104246179B (zh) * | 2012-03-23 | 2016-06-15 | 通用电器技术有限公司 | 用于确定用于燃气轮机的调节的至少一个燃烧温度的方法以及用于执行该方法的燃气轮机 |
| CN103452671A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 通用电气公司 | 燃气涡轮压缩机入口加压和流控制系统 |
| CN103595041A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-19 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种电厂机组快速减负荷的监测装置及其方法 |
| CN107709734A (zh) * | 2015-11-04 | 2018-02-16 | 三菱日立电力系统株式会社 | 燃气轮机的启动方法以及装置 |
| CN107035523A (zh) * | 2015-12-15 | 2017-08-11 | 通用电气公司 | 经由涡轮提取和压缩机提取产生蒸汽的系统 |
| CN107152340A (zh) * | 2016-03-02 | 2017-09-12 | 通用电气公司 | 用于检测管道系统失效的方法和系统 |
| CN106050423A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-10-26 | 上海电气燃气轮机有限公司 | 一种用于燃气轮机的二次空气流路系统及控制方法 |
| CN107061020A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-08-18 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种燃气轮机低工况的放气再利用系统 |
| CN110886658A (zh) * | 2018-09-11 | 2020-03-17 | 普拉特 - 惠特尼加拿大公司 | 用于检测高涡轮温度操作的方法和系统 |
| CN111720218A (zh) * | 2019-03-19 | 2020-09-29 | 通用电气公司 | 涡轮发动机的信号响应监测 |
| CN111720218B (zh) * | 2019-03-19 | 2023-05-26 | 通用电气公司 | 涡轮发动机的信号响应监测 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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