CN101852135B - 用于控制压缩机抽气冷却的系统和方法 - Google Patents

用于控制压缩机抽气冷却的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制压缩机抽气冷却的系统和方法。提供了用于提供压缩机抽气冷却的方法和设备的实施例。根据一个示例性实施例，公开了一种用于控制压缩机抽气冷却的方法。该方法可包括提供冷却介质(122)。该方法可包括从与燃气轮机(100)相关联的压缩机(102)抽取空气(114)。该方法还可包括将冷却介质(122)引到压缩机抽取空气(114)，其中，在引到涡轮(104)段之前或在此期间，压缩机抽取空气(114)由冷却介质(122)冷却。此外，方法可包括：至少部分地基于与燃气轮机(100)相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气(114)或冷却介质(122)中的至少一个。

Description

用于控制压缩机抽气冷却的系统和方法
技术领域
本发明涉及旋转机械，且更具体而言，涉及用于控制压缩机抽气(extraction)冷却的系统和方法。
背景技术
一般而言，从燃气轮机的压缩机段抽取的冷却空气可导致燃气轮机的总体性能下降。当抽取的冷却空气的量降低时，可导致提高燃气轮机的总体性能，但也可导致缩短燃气轮机构件的寿命。
至少一种常规的燃气轮机使用从压缩机段抽取的冷却空气来冷却(例如)涡轮段中的各种热气体路径构件。在常规的燃气轮机中，使用来自设备底循环(bottomcycling)的水的热交换器可以冷却从压缩机抽取的空气。通过起初将从压缩机抽取的空气传递通过热交换器，借助来自设备底循环的水，热交换器可以在空气输送至涡轮段之前从空气中去除热量。由于热交换器及相关装备的维护和运行成本，使用热交换器来冷却抽取的压缩机空气可能比较昂贵。
发明内容
本发明的实施例可解决上述的一些或全部需求。根据本发明的一个实施例，公开了一种用于控制压缩机抽气冷却的方法。该方法可包括提供冷却介质。该方法可包括从与燃气轮机相关联的压缩机抽取空气。该方法还可包括将冷却介质引到压缩机抽取空气，其中，在引到涡轮段之前或此期间，压缩机抽取空气由冷却介质冷却。此外，该方法可包括：至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。
根据本发明的另一实施例，公开了一种用于控制压缩机抽气冷却的系统。该系统可包括可操作以储存冷却介质的一个或多个储存装置。另外，该系统可包括可操作以接收来自一个或多个储存装置的冷却介质的一个或多个分配装置。该一个或多个分配装置可以进一步可操作，以在将冷却介质引到压缩机抽取空气之前或在此期间，引导冷却介质的至少一部分，其中，在引到涡轮段之前，压缩机抽取空气由冷却介质冷却。此外，该系统可包括一个或多个控制装置，该一个或多个控制装置可操作，以至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。
根据本发明的再一实施例，公开了一种燃气轮机。该燃气轮机可包括涡轮段和压缩机，其中空气从压缩机的至少一部分抽出，以引入涡轮段。燃气轮机还可包括可操作以储存冷却介质的一个或多个储存装置。燃气轮机还可包括可操作以接收来自一个或多个储存装置的冷却介质的一个或多个分配装置。另外，该一个或多个分配装置可进一步可操作，以在将冷却介质引到从压缩机的至少一部分抽取的空气之前或在此期间，引导该冷却介质的至少一部分，其中，在引到涡轮段之前，该空气由冷却介质冷却。此外，燃气轮机可包括一个或多个控制装置，该一个或多个控制装置可操作，以至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。
根据下文的具体实施方式、附图和所附的权利要求书，本发明的其它实施例、方面和特征对于本领域的技术人员将变得显而易见。
附图说明
在已经如此概括地描述了本发明的情况下，现将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的示例性系统和燃气轮机的示意图。
图2显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的示例性逻辑流程图。
图3显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的另一示例性逻辑流程图。
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的另一示例性逻辑流程图。
图5显示了根据本发明的一个实施例的示例性方法。
部件列表：
100 燃气轮机
102 压缩机
104 涡轮
106 轴
108 燃烧器
110 发电机
112 电网
114 空气
116 级
118 部分
120 系统
122 水
124 储存装置
126 分配装置
128 处理器
200 算法
202 输入箭头
204 框
206 输出箭头
208 框
210 框
212 框
214 框
300 算法
302 输入箭头
304 框
306 输出箭头
308 框
310 输入
312 输出
314 框
316 输入箭头
318 框
320 输出
322 框
324 输入
326 输出
328 框
330 输出
332 输出
334 框
336 输入
400 算法
402 输入箭头
404 框
406 输出箭头
408 框
410 输入
412 输出
414 框
416 输入箭头
418 框
420 输出
422 框
424 输入
426 输出
428 框
430 输出
432 输出
434 框
436 输入
438 输入箭头
440 框
442 输出箭头
444 框
446 输入
448 输出
450 函数框
452 输出
500 方法
502 框
504 框
506 框
508 框
具体实施方式
现将在下文中参照附图更加完整地描述本发明的说明性实施例。事实上，本发明可以实施成诸多不同的形式，且不应理解为局限于本文所阐述的实施例，相反，提供这些实施例以便使本公开将会满足适用的法律要求。在全文中，相同的标号指代相同的元件。
公开了用于控制压缩机抽气冷却的系统和方法。在一个实施例，一种方法可包括提供冷却介质。该方法可包括从与燃气轮机相关联的压缩机抽取空气。该方法还可包括将冷却介质引到压缩机抽取空气，其中，在引到涡轮段之前或在此期间，压缩机抽取空气由冷却介质冷却。此外，该方法可包括：至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。根据本发明的另一实施例，可提供一种用于提供压缩机抽气冷却的系统。该系统可包括可操作以便储存冷却介质的一个或多个储存装置。另外，该系统可包括可操作以接收来自一个或多个储存装置的冷却介质的一个或多个分配装置。该一个或多个分配装置可进一步可操作，以在将冷却介质引到压缩机抽取空气之前或在此期间，引导该冷却介质的至少一部分，其中，在引到涡轮段之前，压缩机抽取空气由冷却介质冷却。此外，该系统可包括一个或多个控制装置，该一个或多个控制装置可操作，以至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性，选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。在任一实施例中，使用该系统和/或方法的某些实施例的新燃气轮机和/或改型的燃气轮机都可在大约额定的燃烧温度下，在比较热的环境温度下操作。因此，由于压缩机抽取空气的温度降低，所以该系统和方法的某些实施例以及相关联的燃气轮机可具有提高燃气轮机性能和保持或者另外延长燃气轮机构件寿命的技术效果。
图1显示了根据本发明的一个实施例的示例性系统和燃气轮机的示意图。图1显示了包括压缩机102、涡轮104、连接压缩机102和涡轮104的轴106、以及燃烧器108的示例性燃气轮机100的某些构件。在图1所示的实施例中，压缩机102压缩及排出气体，且燃烧器108接收压缩空气，以开始燃烧过程。来自燃烧器108的燃烧气体驱动涡轮104，涡轮104使轴106转动，以驱动发电机110。发电机110又进行发电，以输出到电网112。在图1所示的实施例中，来自压缩机的空气114可从与压缩机102相关联的一个或多个级116来抽取。来自这种级116的空气114可大体被称为“压缩机抽取空气”。通常，可将压缩机抽取空气发送至或者以其它方式输送至涡轮104的一个或多个部分118，其中空气114可冷却与涡轮104相关联的较热气体路径构件。
如图1中所示，与燃气轮机100的某些部分相关联的温度和压力分别用T1、T2、T3、P1、P2和P3指示。例如，压缩机抽取冷却空气的温度指示为T1，且压缩机抽取冷却空气的压力指示为P1。其它的温度T2和T3、以及压力P2和P3将在下面进一步详细描述。指示了环境温度和压力Ta和Pa，且环境温度和压力在燃气轮机100外部测得。整个燃气轮机100的这些和其它温度和压力可通过相应的传感器、热电偶或其它监测装置测得或者以其它方式获得。
同样在图1中所示，压缩抽取空气系统120可安装到燃气轮机100上，或者可以另外改型到燃气轮机100中。系统120可包括一种或多种冷却介质(例如，水122)的供应。该一种或多种冷却介质(例如水122)可储存在一个或多个相应的储存装置124中。在其它实施例中，可将多种冷却介质储存在类似于124的相应储存装置中。冷却介质或该实例中的水122的温度用T2指示。
在某些实施例中，冷却介质可包括但不限于水、流体、气体或任何液体或压缩气体。
在某些实施例中，储存装置可包括但不限于箱、储槽或能够储存所述冷却介质的任何其它装置。在一些实施例中，冷却介质可储存在现场外或储存在远离燃气轮机的地方，且可经由管道或其它合适的装置周期性地或连续地输送到燃气轮机。
同样在图1中所示，系统120可包括与一个或多个储存装置124连通的一个或多个分配装置126。在该实施例中，该一个或多个分配装置126可接收来自一个或多个储存装置124的冷却介质(例如水122)的至少一部分。该一个或多个分配装置126可进一步可操作，以将接收的冷却介质或水122的至少一部分引到压缩机抽取空气114，其中，在引到涡轮104之前或在此期间，压缩机抽取空气114由冷却介质或水122冷却。在其它实施例中，多个分配装置可将诸如来自多个储存装置的多种相应的冷却介质引到压缩机抽取空气114。在任何情况下，在被引到涡轮104期间，冷却介质(该实例中是水122)的相对较冷的温度T2都可将压缩机抽取空气114的相对较热的温度T1降至温度T3。在该实例中，T1和P1被称为干测量值，这是因为这些测量值是在将冷却介质引到压缩机抽取空气之前得到的，且T3和P3被称为湿测量值，这是因为这些测量值是在将冷却介质引到压缩机抽取空气期间或之后得到的。因此，由于压缩机抽取空气的温度降低，所以该系统的示例性实施例可具有大大提升涡轮性能的技术效果。
在某些实施例中，分配装置可包括但不限于雾化器、润湿器、喷流装置、喷嘴、歧管或能够分配冷却介质的任何其它装置。
同样在图1中所示，压缩抽取空气系统120可包括一个或多个处理器(例如128)，该一个或多个处理器可操作，以控制一个或多个分配装置126以及将冷却介质(例如水122)引到自压缩机102的至少一部分抽取的空气144的相应速率。在该实施例和其它实施例中，一个或多个处理器(例如处理器130)和其它控制型装置可以可操作以控制从压缩机102的至少一部分抽取的空气114的量。在某些实施例中，类似于128和130的一个或多个处理器以及其它控制型装置可以可操作以选择性地控制空气114的量或冷却介质(例如水122)的引入速率中的至少一个。在该实施例中，该一个或多个处理器128可获得来自于定位在整个燃气轮机100中的任何数量的传感器的反馈，以控制或者以其它方式操作一个或多个分配装置126。类似地，可操作以便控制自压缩机102的至少一部分抽取的空气114的量的一个或多个处理器和其它控制型装置可获得来自于定位在整个燃气轮机100中的任何数量的传感器的反馈，以便控制或者以其它方式操作空气114的量。在某些实施例中，可操作以便控制自压缩机102的至少一部分抽取的空气114的量的一个或多个处理器和其它控制型装置可获得来自于定位在整个燃气轮机100中的任何数量的传感器的反馈，以便选择性地控制或者以其它方式操作空气114的量或冷却介质(例如水122)的引入速率。
在一个实施例中，用于该系统和根据该系统的一个实施例的燃气轮机的示例性分配装置可以是分配装置。该分配装置可包括(例如)入口、喷嘴头以及分配器部分。在该实施例中，分配装置可安装至燃气轮机的一部分上、至少一个压缩机级(例如图1中的116)与涡轮的至少一部分(例如图1中的118)之间。该入口可接收至少一种冷却介质，例如图1中的水120。与入口连通的喷嘴头可从入口接收至少一种冷却介质(例如水120)。与喷嘴头连通的分配器部分可分配该至少一种冷却介质(例如水120)，且可将该至少一种介质(例如水120)的至少一部分引到涡轮(例如，图1中的104)段。
图2-4显示了可关于用于燃气轮机(例如图1中的100)的压缩机抽气冷却控制系统实施的示例性逻辑流程。图2显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的示例性逻辑流程图。该逻辑流程图显示了用于压缩机抽气冷却控制系统的示例性控制算法200，其中算法200可控制引到压缩机抽取空气或引到涡轮的冷却介质的量。控制算法(例如算法200)可实施为储存在计算机可读介质-例如一个或多个处理器128、软件、硬件、或其任何组合-上的一组计算机可执行指令。根据本发明实施例的其它合适的控制算法可包括下文所述的要素，以及比下文所阐述的那些要素数量更多或更少的要素。
示例性控制算法200开始于输入箭头202。在输入箭头202处，接收一个或多个环境条件测量值。环境条件可包括但不限于环境温度、环境压力、湿度、时间或日期。在该实施例中，环境条件可由位于燃气轮机100或系统120的空气入口处或空气入口附近的一个或多个传感器来测量。
输入箭头202导向框204，在框204中，由与框204相关联的至少一个函数，例如F(x)，对一个或多个环境条件进行处理。框204可实施任何数量的函数，包括算法、多项式、指数函数、转移函数、查询表或它们的任何组合。例如，在图2中所示的实施例中，实施于框204处的查询表可包括先前储存的条件，例如，一系列温度、压力、湿度以及对应的质量流率。在一个实施例中，当存在或者以其它方式测得了环境温度和压力时，可选择冷却介质(例如水122)的质量流率。可至少部分地基于冷却介质将对压缩机抽取空气(例如114)所具有的期望效果或预期效果来选择冷却介质的选定质量流率。例如，如果测得约为100度的环境条件并将该环境条件输入查询表，则可输出大约3磅/秒的质量流率。因此，当从输入箭头202接收到一个或多个环境条件测量值时，可将该环境条件测量值与框204的相关查询表中的条件进行比较，或者以其它方式由与框204相关联的相关函数F(x)对其进行处理，并且可从框204输出用于冷却介质的选定质量流率。
在一个实施例中，可单独地使用来自框204的选定质量流率来控制压缩机抽气冷却。在这种实施例中，与含有先前储存的条件的查询表一起来使用一个或多个环境条件，可用来输出用于冷却介质的选定质量流率，该选定质量流率可用来控制压缩机抽气冷却。一旦已在框204中确定了选定质量流率，则选定质量流率206就可在不需要额外修改的情况下用于控制一个或多个储存装置124、一个或多个分配装置126和/或一个或多个处理器128，以有助于为压缩机抽取空气提供冷却介质的选定质量流率。例如，可将选定质量流率提供给至少一个处理器128，处理器128又可将合适的控制命令提供给任何数量的储存装置124和/或分配装置126，以有助于冷却介质的选定质量流率。
在一个实施例中，可使用额外的传感器和计算为控制系统提供反馈。在这种实施例中，图2中其余的传感器和计算也将用于控制质量流率。返回到框204，一旦已输出了选定质量流率，则输出箭头206就导向框208。在框208中，进行预期冷却抽气温度或湿抽气温度的计算。例如，基于前一个实例，若存在100度的环境温度且选择了约3磅/秒的冷却介质质量流率，则框208可利用该信息来确定预期的冷却抽气温度或湿抽气温度(例如，约400度)。在该实施例中，可使用合适的算法或函数来确定预期的冷却抽气温度或湿抽气温度。
在一个实施例中，可使用待混合的空气流与水流的热力学性质来计算由给定量的冷却介质流(例如水流)引起的预期温度降低。在某些实例中，可使用基于处理器的主动控制系统来确定该热力学性质计算。在其它实例中，可使用合适的函数或者根据前述热力学性质开发的和/或至少部分地基于前述热力学性质的转移函数来计算预期的抽气温度。在控制系统中，可不使用计算出的热力学性质而是使用该函数或转移函数来计算预期的抽气温度。合适的函数或转移函数可(例如)为如下的形式：
其中：T湿＝冷却之后的抽取空气温度
T干＝冷却之前的抽取空气温度
K＝基于热力学性质的计算常数
其它的合适的函数或转移函数可能更复杂。其它合适的函数或转移函数可利用更为高级的数学式，包括但不限于指数函数和/或多项式。此外，在某些实施例中，可采用查询表，而不用实际的函数或转移函数。
框208之后是框210，在框210中，接收实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度的输入212，并将之与来自框208的预期冷却抽气温度或湿抽气温度进行比较。至少部分地基于输入212与来自框208的输出之间的差值，可通过一个或多个储存装置124、一个或多个分配装置126和/或一个或多个处理器128来实施一个或多个控制命令，以有助于减小实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度与预期的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值。例如，基于前一个实例，如果实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度约为450度，则实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度与预期的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值就约为50度，且可确定框214处的合适的增益/缩减因子并将其应用于该差值。
在框214处，可将增益/缩减因子应用于该差值，以适当地调节输入至框208的冷却介质的选定质量流率。当在框212中，输入212与来自框208的输出之间的差值减小时，框214的应用于差值的增益/缩减因子减小，且最终当差值测得约为0或为另一预定数值时，则在框214处不再需要应用另外的增益/缩减因子。
在一个实施例中，可使用包括可应用于温度差值的比例常数的合适的函数来确定合适的增益/缩减因子。例如，水流量按如下进行计算：
H2O(新)＝H2O(当前)+K*(T期望-T测得)
其中：K＝至少部分地基于一个或多个热力学性质的某预定常数
图3显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的另一逻辑流程图。该逻辑流程图显示了用于压缩机抽气冷却控制系统的一种示例性控制算法300，其中算法300可控制引到压缩机抽取空气或引到涡轮的冷却介质的量。控制算法(例如，300)可实施为储存于计算机可读介质-例如一个或多个处理器128、软件、硬件、或它们的任何组合-上的一组计算机可执行指令。根据本发明实施例的其它合适的控制算法可包括下文所述的要素，以及比下文所阐述的那些要素数量更多或更少的要素。
示例性控制算法300开始于输入箭头302。在输入箭头302处，接收一个或多个环境条件测量值，这类似于图2中的输入箭头202。环境条件可包括但不限于环境温度、环境压力、湿度、时间或日期。在该实施例中，环境条件可由处于燃气轮机100或系统120的空气入口处或空气入口附近的一个或多个传感器来测量。
输入箭头302导向框304(其类似于图2中的框204)，在框304中，由至少一个函数，例如F(x)，对一个或多个环境条件进行处理。类似于上述的框204，框304可实施任何数量的函数，包括算法、多项式、指数函数、转移函数、查询表或它们的任何组合。例如，在图3中所示的实施例中，在框304处实施的查询表可包括先前储存的条件，例如，一系列温度、压力、湿度以及对应的质量流率。在一个实施例中，当存在环境温度和压力时或者以其它方式测得环境温度和压力时，可选择冷却介质(例如水122)的质量流率。可至少部分地基于冷却介质将对压缩机抽取空气(例如114)所具有的期望效果或预期效果来选择冷却介质的选定质量流率。例如，若测得约为100度的环境条件并将其输入查询表，则可输出大约3磅/秒的质量流率。因此，当从输入箭头302接收到一个或多个环境条件测量值时，可将该环境条件测量值与框304的相关查询表中的条件进行比较，或者以其它方式由与框304相关联的相关函数，例如F(x)，对其进行处理，并且可从框304输出用于冷却介质的选定质量流率。
一旦已从框304输出了选定质量流率，则输出箭头306就导向框308。框308可接收与冷却介质相关联的测得质量流率的输入310，且将选定质量流率的输出306与测得质量流率的输入310进行比较，以在306与310两者之间确定较大值或最大值。在任何情况下，框308都可将最大质量流率输出312到比较框314，这会在下文更加详细地阐述。
到比较框314的另一输入的产生开始于输入箭头316。输入箭头316代表一个或多个测得的干压缩机抽气条件，例如，温度和/或压力。输入箭头316导向框318，在框318中，合适的函数Y(x)确定期望的或预期的冷却压缩机抽气温度或湿压缩机抽气温度。例如，若存在约600度的测得干压缩机抽气温度，则框318可利用该信息来确定期望的或预期的冷却抽气温度或湿抽气温度(例如约500度)的输出320。在该实施例中，可使用合适的函数(例如转移函数)来确定期望的或预期的冷却抽气温度或湿抽气温度。
在一个实施例中，可至少部分地基于包括一个或多个热力学性质计算的基于物理学的模型来开发合适的函数或转移函数。合适的函数或转移函数的形式可包括任何数量的算法、多项式、指数函数或其它类型的方程式。
框322接收输出320，在框322处，可接收实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度的另一输入324，并将其与来自框318的预期冷却抽气温度或湿抽气温度进行比较。在框322处，可对输出320与输入324之间的差值进行确定，该差值可代表预期冷却抽气温度或湿抽气温度与实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值。在任何情况下，框328都可接收与该差值相关联的输出326。
在框328处，可确定或以其它方式应用增益/缩减因子，以适当地减小实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度与预期的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值。例如，可将函数(例如G(x))应用于该差值，以输出330增益/缩减因子。与来自框328的增益/缩减因子相关联的输出330可输入至框314，以适当地改变用于冷却介质的选定质量流率。当在框322中，输入324与来自框318的输出320之间的差值减小时，在框328处应用于该差值的增益/缩减因子就减小，且最终当测得差值约为0或为另一预定数值时，则不再需要确定另外的增益/缩减因子，或者说在框328处不再需要以其它方式应用另外的增益因子/缩减和/或将其输入至框314以改变用于冷却介质的选定质量流率。例如，基于前一个实例，如果实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度约为550度，则实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度与预期的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值约为50度，且可确定合适的增益/缩减因子的输出330并将其应用于该差值，以在框314处确定调节或修改的选定质量流率。
返回到框314，在已经实施对冷却介质的选定质量流率的任何改变之后，调节或修改后的选定质量流率的输出322在框334处进行比较。在框334处，将冷却介质的最大可容许质量流率的输入336同与来自框314的调节或修改后的选定质量流率相关联的输出332进行比较。框334可确定最小质量流率或与来自框314的调节或修改后的选定质量流率相关联的输出332与冷却介质的最大可容许质量流率之间的较小值。来自框334的输出336代表最终的质量流率确定值，可使用该最终的质量流率确定值来请求具体的期望的冷却介质质量流率。
至少部分地基于输出336，可通过一个或多个储存装置124、一个或多个分配装置126和/或一个或多个处理器128来实施一个或多个控制命令，以有助于减小实际的或测得的冷却抽气温度或湿抽气温度与预期的冷却抽气温度或湿抽气温度之间的差值。
算法300可在输出箭头336之后结束。
在一个实施例中，一个或多个控制装置可控制质量流率及压缩机抽取空气的温度，以对涡轮段以及相关联的热气体路径元件和转子元件进行冷却。在该实施例的一个方面中，可主动地控制压缩机抽取空气流率，且可以以雾状的形式将可变量的冷却介质引入到或者以其它方式喷射到空气流束中，以达到目标温度或与燃气轮机相关联的其它特性。该实施例中的主动控制可包括对压缩机抽取空气和冷却介质两者的温度、压力及质量流量测量值进行监测。实施主动式控制的一个或多个控制装置可主动地控制冷却介质流的量以及冷却介质的温度，以适当地冷却压缩机抽取空气。在某些情况下，可估计构件寿命及燃气轮机性能，且该一个或多个控制装置可对构件寿命估计值以及燃气轮机性能估计值进行比较，以优化构件寿命和/或燃气轮机性能。
在另一实施例中，一个或多个控制装置可实施开环控制器，该开环控制器可操作，以存取一个或多个表或具有与燃气轮机相关联的一个或多个预先限定的目标特性的查询表。目标特性可包括压缩机抽取空气流率和/或冷却介质流率。
在另一实施例中，一个或多个控制装置可实施闭环控制器，该闭环控制器主动地控制冷却介质流率和/或温度。在该实施例的一个方面中，该闭环控制器可取决于与涡轮段相关联的某些下游构件金属温度，主动地控制冷却介质流率和/或温度。
在另一实施例中，一个或多个控制装置可实施闭环控制器，该闭环控制器主动地控制冷却介质流率和/或温度。在该实施例的一个方面中，该闭环控制器可取决于与涡轮段相关联的某些下游构件金属温度，主动地控制冷却介质流率和/或温度。
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于燃气轮机的压缩机抽气冷却控制系统的另一示例性逻辑流程图。该逻辑流程图显示了用于压缩机抽气冷却控制系统的一种示例性控制算法400，其中算法400可控制压缩机抽取空气的量或引到压缩机抽取空气或引到涡轮的冷却介质的量中的至少一个。控制算法(例如算法400)可实施为储存在计算机可读介质-例如一个或多个类似于128和130的处理器、软件、硬件或它们的任何组合-上的一组计算机可执行指令。根据本发明的实施例的其它合适的控制算法可包括下文所述的要素，以及比下文所阐述的那些要素的数量更少或更多的要素。
示例性控制算法400包括用来对引到压缩机抽取空气或引到涡轮的冷却介质的量进行控制的逻辑。图4中编号为402-436的要素与图3中的要素302-336直接对应，且要素402-436以基本上类似于上文关于要素302-336所描述的那些的方式起作用。另外，控制算法400包括用来控制压缩机抽取空气的量的逻辑。逻辑的这个部分开始于输入箭头438。
在输入箭头438处，接收一个或多个环境条件测量值。环境条件可包括但不限于环境温度、环境压力、湿度、时间或日期。在该实施例中，环境条件可由燃气轮机100或系统120的空气入口处或空气入口附近的一个或多个传感器来测量。
输入箭头438导向框440，在框440中，由至少一个函数，例如A(x)，对一个或多个环境条件进行处理。框440可实施任何数量的函数，包括算法、多项式、指数函数、转移函数、查询表或它们的任何组合。例如，在图4中所示的实施例中，在框440处实施的查询表可包括先前储存的条件，例如，一系列温度、压力、湿度以及对应的质量流率。在一个实施例中，当存在环境温度和压力或者以其它方式测得环境温度和压力时，可选择压缩机抽取空气(例如114)的标称干温度。可至少部分地基于压缩机抽取空气将对涡轮104所具有的期望或预期的冷却效果来选择压缩机抽取空气的标称干温度。例如，如果测得约为100度的环境条件并将其输入查询表，则可输出约600度的压缩机抽取空气标称干温度。因此，当从输入箭头438接收到一个或多个环境条件测量值时，可将该环境条件测量值与框440的相关查询表中的条件进行比较，或者以其它方式由与框440相关联的相关函数，例如A(x)，对其进行处理，并且可从框440输出压缩机抽取空气的标称干温度。
一旦已输出压缩机抽取空气的标称干温度，输出箭头442就导向框444。到框444的另一输入446是测得的湿压缩机抽气温度。使用标称干温度及测得的湿压缩机抽气温度，在框444中，至少部分地基于标称干温度与测得的湿压缩机抽气温度之间的差值来进行温度边际计算。在该实施例中，可使用合适的算法或函数来确定温度边际。
将与来自框444的温度边际相关联的输出448输入至函数框450。在函数框450中，合适的算法或函数(例如B(x))可确定可容许的压缩机抽气流率的降低或升高。框450可实施任何数量的函数，包括算法、多项式、指数函数、转移函数、查询表或它们的任何组合。从框450可获得代表可容许的压缩机抽气流率的降低或升高的输出452。
至少部分地基于输出452，可通过一个或多个储存装置124、一个或多个分配装置126和/或一个或多个处理器128来实施一个或多个控制命令，以有助于减小标称干压缩机抽气温度与测得的湿抽气压缩机抽气温度之间的差值。
算法400可在输出箭头452之后结束。
图5是显示了根据本发明的一个实施例的用于控制燃气轮机中的压缩机抽气冷却的示例性方法500的流程图。在所示的实施例中，可实施示例性方法500来控制与燃气轮机(例如图1中的燃气轮机100)相关联的压缩机抽取空气的冷却。
该示例性方法开始于框502。在框502处，提供冷却介质。在该实施例中，所提供的冷却介质可以是储存在一个或多个相应储存装置124中的水(例如图1中的122)。
在一个实施例的一方面，冷却介质可包括如下(介质)中的至少一种：水、流体、气体或任何液体或压缩气体。
在一个实施例的一方面，特性可包括如下中的至少一个：涡轮段中的下游压力、涡轮段中的下游空气温度、涡轮段的一部分的下游金属温度、环境温度、与压缩机抽取空气相关联的空气流量测量值、与压缩机抽取空气相关联的压力测量值、与压缩机抽取空气相关联的温度测量值、冷却介质流量测量值、冷却介质温度、冷却介质压力、或它们的任何组合。
在一个实施例的一方面，提供冷却介质可包括提供一个或多个分配装置，该一个或多个分配装置可操作，以在将冷却介质引到压缩机抽取空气之前或在此期间，分配冷却介质的至少一部分。
框502之后是框504，在框504中，抽取来自与燃气轮机相关联的压缩机的空气。在该实施例中，可从与压缩机102相关联的一个或多个级(例如116)抽取来自压缩机(例如102)的空气(例如图1中的114)。
框504之后是框506，在框506中，将冷却介质引到压缩机抽取空气，其中，在引到涡轮段之前或在此期间，压缩机抽取空气由冷却介质冷却。在该实施例中，一个或多个分配装置(例如图1中的126)可将所接受的冷却介质或水122的至少一部分引到压缩机抽取空气114，其中，在引到涡轮(例如104)之前或在此期间，压缩机抽取空气114由冷却介质或水122冷却。
框506之后是框508，在框508中，至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性来选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。在该实施例中，一个或多个处理器(例如图1中的128)可对一个或多个分配装置(例如126)以及将冷却介质(例如水122)引到从压缩机102的至少一部分抽取的空气(例如114)的相应速率进行控制。此外，在该实施例中，该一个或多个处理器128可获得来自定位于整个燃气轮机100中的任何数量的传感器的反馈，以控制或者以其它方式操作一个或多个分配装置126。在另一实施例中，一个或多个处理器(例如130)可对一个或多个控制型装置或分配装置以及从压缩机102的至少一部分抽取的空气(例如114)的量进行控制。此外，在这种实施例中，类似于128和130的一个或多个处理器可获得来自定位于整个燃气轮机100内的任何数量的传感器的反馈，以控制或者以其它方式操作该一个或多个控制型装置或分配装置，以控制空气114的量。
在一个实施例的一方面，至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性来选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个包括如下中的至少一个：控制引到压缩机抽取空气的冷却介质的量、控制引到压缩机抽取空气的冷却介质的温度、控制引到压缩机抽取空气的冷却介质的压力、控制引到涡轮段的压缩机抽取空气的量、控制引到涡轮段的压缩机抽取空气的温度、控制引到涡轮段的压缩机抽取空气的压力、或它们的任何组合。
在一个实施例的一方面，一个或多个控制装置可实施如下中的至少一个：开式环路控制、主动式控制、闭式环路控制或被动式控制。
在一个实施例的一方面，可通过包含具有与燃气轮机相关联的一个或多个预先限定的目标特性的表的开式环路控制器来帮助至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性来选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。
在一个实施例的一方面，将冷却介质引到压缩机抽取空气包括：分配冷却介质的至少一部分，并至少将冷却介质的该分配部分引到压缩机抽取空气。
在一个实施例的一方面，通过至少一个处理器来帮助至少部分地基于与燃气轮机相关联的特性选择性地控制压缩机抽取空气或冷却介质中的至少一个。
在一个实施例中，方法500可包括将一个或多个分配装置安装到燃气轮机上，其中该一个或多个分配装置可在引入冷却介质之前或在此期间将冷却介质的至少一部分分配到压缩机抽取空气。
在一个实施例中，方法500可包括在将冷却介质引到压缩机抽取空气之前或在此期间，分配冷却介质的至少一部分，其中，在引到涡轮段之前，压缩机抽取空气由所分配的冷却介质冷却。
方法500在框508之后结束。
图5的示例性要素以实例的方式显示，且其它流程实施例可具有更少或更多数量的要素，且这些要素可以以根据本发明其它实施例的备选配置来进行布置。
尽管已结合了目前被认为是最实用的及各种各样的实施例的内容描述了本发明，但将理解的是，本发明并非限定于所公开的实施例，而是相反，本发明意欲涵盖包含于所附的权利要求书的范围内的各种修改以及等效布置。
本书面说明使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置、设备或系统，以及实施任何所结合的方法。本发明的可受专利保护的范围限定在权利要求书中，且可包括本领域的技术人员所想到的其它实例。如果这些其它实例具有无异于权利要求书字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元件，则这些其它实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (14)

1.一种用于对包括压缩机(102)和涡轮(104)段的燃气轮机(100)中的压缩机抽取空气(114)的冷却进行控制的系统(120)，所述系统(120)特征在于包括：
一个或多个储存装置(124)，该一个或多个储存装置(124)可操作以储存多种不同的冷却介质(122)；
一个或多个分配装置(126)，该一个或多个分配装置(126)可操作，以便：
从所述一个或多个储存装置(124)接收所述多种不同的冷却介质(122)；且
在将所述多种不同的冷却介质(122)引到所述压缩机抽取空气(114)之前或期间，喷射所述多种不同的冷却介质(122)的至少一部分，其中，在引到所述涡轮(104)段之前，所述压缩机抽取空气(114)由所述多种不同的冷却介质(122)冷却；以及
一个或多个控制装置，该一个或多个控制装置可操作，以便：
在喷射所述多种不同的冷却介质(122)之后，确定期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度；
至少部分基于所述期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度间的温度差，调节喷射进入压缩机抽取空气(114)的对应量的所述多种不同的冷却介质(122)；及
至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性，选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统(120)，其特征在于，所述特性由以下中的至少一个表征：所述涡轮(104)段中的下游压力、所述涡轮(104)段中的下游空气温度、所述涡轮(104)段的一部分的下游金属温度、环境温度、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的空气流量测量值、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的压力测量值、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的温度测量值、冷却介质(122)流量测量值、冷却介质(122)温度或冷却介质(122)压力。
3.根据权利要求1所述的系统(120)，其特征在于，至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性来选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个由以下中的至少一种表征：控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的量、控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的温度、控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的压力、控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的量、控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的温度或控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的压力。
4.根据权利要求1所述的系统(120)，其特征在于，所述一个或多个控制装置可实施以下控制中的至少一种：开式环路控制、主动式控制、闭式环路控制或被动式控制。
5.根据权利要求1所述的系统(120)，其特征在于，所述一个或多个控制装置包括开式环路控制器，该开式环路控制器包括具有与所述燃气轮机(100)相关联的一个或多个预先限定的目标特性的表。
6.一种燃气轮机(100)，其特征在于包括：
涡轮(104)段；
压缩机(102)，其中，从所述压缩机的至少一部分抽取空气(114)，以便引入到所述涡轮(104)段中；
一个或多个储存装置(124)，该一个或多个储存装置(124)可操作以储存多种不同的冷却介质(122)；及
一个或多个分配装置(126)，该一个或多个分配装置(126)可操作，以便：
从所述一个或多个储存装置(124)接收所述多种不同的冷却介质(122)；
在将所述多种不同的冷却介质(122)引到从所述压缩机(102)的至少一部分抽取的空气(114)之前或期间，喷射所述多种不同的冷却介质(122)的至少一部分，其中，在引到所述涡轮(104)段之前，所述空气(114)由所述多种不同的冷却介质(122)冷却；以及
一个或多个控制装置，该一个或多个控制装置可操作，以便：
在喷射所述多种不同的冷却介质(122)之后，确定期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度；
至少部分基于所述期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度间的温度差，调节喷射进入压缩机抽取空气(114)的对应量的所述多种不同的冷却介质(122)；及
至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性，选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机(100)，其特征在于，所述特性由以下中的至少一个表征：所述涡轮(104)段中的下游压力、所述涡轮(104)段中的下游空气温度、所述涡轮(104)段的一部分的下游金属温度、环境温度、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的空气流量测量值、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的压力测量值、与所述压缩机抽取空气(114)相关联的温度测量值、冷却介质(122)流量测量值、冷却介质(122)温度或冷却介质(122)压力。
8.根据权利要求6所述的燃气轮机(100)，其特征在于，至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性来选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个由以下中的至少一种表征：控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的量、控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的温度、控制引到所述压缩机抽取空气(114)的所述多种不同的冷却介质(122)中每种的压力、控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的量、控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的温度或控制引到所述涡轮(104)段的压缩机抽取空气(114)的压力。
9.根据权利要求6所述的燃气轮机(100)，其特征在于，所述一个或多个控制装置可实施以下控制中的至少一种：开式环路控制、主动式控制、闭式环路控制或被动式控制。
10.根据权利要求6所述的燃气轮机(100)，其特征在于，所述一个或多个控制装置包括开式环路控制器，该开式环路控制器包括具有与所述燃气轮机(100)相关联的一个或多个预先限定的目标特性的表。
11.一种用于对包括压缩机和涡轮(104)段的燃气轮机(100)中的压缩机抽取空气(114)冷却进行控制的方法，所述方法特征在于包括：
提供多种不同的冷却介质(122)；
从与燃气轮机(100)相关联的压缩机抽取空气(114)；
将所述多种不同的冷却介质(122)喷射到所述压缩机抽取空气(114)，其中，在引到所述涡轮(104)段之前或期间，所述压缩机抽取空气(114)由所述多种不同的冷却介质(122)冷却；
在喷射所述多种不同的冷却介质(122)之后，确定期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度；
至少部分基于所述期望的压缩机抽取空气(114)温度及测得的压缩机抽取空气(114)温度间的温度差，调节喷射进入压缩机抽取空气(114)的对应量的所述多种不同的冷却介质(122)；及
至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性，选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征还在于：
将一个或多个分配装置安装至所述燃气轮机(100)，其中，所述一个或多个分配装置(126)可在将所述多种不同的冷却介质(122)引到所述压缩机抽取空气(114)之前或期间，分配所述多种不同的冷却介质(122)的至少一部分。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，提供多种不同的冷却介质(122)由提供一个或多个分配装置(126)来表征，所述一个或多个分配装置(126)可操作，以在将所述多种不同的冷却介质(122)引到所述压缩机抽取空气(114)之前或期间，分配所述多种不同的冷却介质(122)的至少一部分。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：通过至少一个处理器(128)，有助于至少部分地基于与所述燃气轮机(100)相关联的特性来选择性地控制所述压缩机抽取空气(114)或所述多种不同的冷却介质(122)中的至少一个。
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