CN102459849A - 通过步进式调整稳定燃气轮机发动机 - Google Patents

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Abstract

提供了一种自动调整控制器和由此实施的调整过程，用于相对于预定上限而测量并调整GT发动机的燃烧动力学和排放。首先，所述调整过程包括监视针对多个条件的多个燃烧室的燃烧动力学和排放。当确定一个或多个条件超过预定上限时，将对发动机上的所有燃烧室上的燃料电路的燃料流分流调节预定量。控制系统继续监视燃烧动力学，并将所述燃料流分流递归地调节所述预定量，直到燃烧动力学和/或排放操作在GT发动机的规定范围内为止。

Description

通过步进式调整稳定燃气轮机发动机
对相关申请的交叉引用
此申请要求2009年5月26日提交的美国临时申请No.61/181253和2010年5月24日提交的美国非临时申请12/786189的优先权，通过全文引用将两者均合并在此。
技术领域
本发明一般涉及自动调整燃气轮机发动机。更具体地，识别一种过程和系统，用于提供控制系统以通过步进地(incrementally)调节燃烧室内一个或多个燃料流分流(fuel flow split)或者步进地调节气体燃料温度来自动调整燃气轮机发动机。
背景技术
燃气轮机发动机操作以产生机械功或推力。具体地，陆基(land-based)燃气轮机发动机典型地具有为了生成电力的目的而耦接到其的发电机。燃气轮机发动机的轴耦接至发电机。轴的机械能量用于驱动发电机至少向电力网(power grid)供电。发电机通过主断路器而与电力网的一个或多个元件通信。当闭合主断路器时，当存在对电力的需要时，电流可以从发电机流向电力网。来自发电机的电流的流动(drawing)使得负载被施加至燃气轮机。此负载本质上是施加至发电机的、燃气轮机必须克服以维持发电机的电输出的阻抗。
控制系统越来越多地用于调整燃气轮机发动机的操作。在操作中，控制系统接收传递燃气轮机发动机的当前操作条件(包括压力、温度、燃料流动速率和发动机频率)的多个指示。作为响应，控制系统对燃气轮机发动机的输入进行调节，从而根据被编码到控制系统的存储器中的查找表，基于多个指示而改变燃气轮机发动机的性能。随着时间经过，此性能可能由于燃气轮机发动机的机械老化(degradation)或诸如环境温度或燃料成分的操作条件的改变而落在优选操作范围之外。例如，燃气轮机发动机可以超出管制的排放限度而开始操作。这样，需要多个手动调整来更新控制系统。手动调整是劳动密集的，并可能造成商业相关的低效，诸如燃气轮机发动机的延长的停机时间、和调整过程中的操作者错误。另外，因为存在手动调整可能不可用(例如，高动力学事件(high dynamics event))、但执行调整操作将有利于防范对硬件的潜在损害的特定时间窗，所以在那些时间窗期间进行自动调整将捕捉到通常手动调整错过的那些益处。
发明内容
根据本发明，提供了一种监视燃气轮机发动机的操作条件并对超过预定上限的条件进行响应的新方法。首先，可以监视各种发动机操作条件。作为示例，这些操作条件可以包括(但不限于)排放和燃烧室动力学模式(诸如，贫油熄灭(LBO)、冷调(CT)、热调(HT)和啸叫)。当监视的操作条件超过一个或多个预定上限时，改变发动机参数以调节此条件以使其在所述上限内，从而调整燃气轮机发动机。
更具体地，可以在燃气轮机发动机的每个燃烧室中(例如，利用压力传感器)检测压力波动(也称为燃烧动力学)。接下来，可以对压力信号施加傅立叶变换以将压力信号转换为幅度相对频率的格式。可以将时帧内在预定频带的最大幅度与预定压力上限或警报级别限度相比较。伴随着比较，当确知压力上限被最大幅度所超过时，采取适当的校正动作。在一些实例中，手动地执行适当动作。在另一实例中，由控制系统实施适当动作。例如，控制系统可以发起更改燃烧室的燃料电路内的一个或多个燃料流分流的过程。在示例性实施例中，将一个燃料流分流一次更改预定义步进量。如这里所述，用语“预定义步进量”不意味着被解释为限制，而是可以包含对燃料流分流的宽范围的调节。在一个实例中，预定义步进量是始终如一地(consistently)施加至一个或多个燃料流分流的统一的(uniform)调节量。在另一实例中，预定义量是对于特定燃料流分流在燃料流分流上或在各个调节上而更改的调节变化量。通过以此方式更改燃料流分流，改变燃烧室内的燃料-空气混合，因此影响燃烧特征(signature)。当影响燃烧特征时，压力波动被更改。
此更改的燃烧动力学幅度一旦被稳定，则再次与预定上限相比较以验证经调节的燃料流分流是否已经将幅度移动到可接受范围内。如果幅度保持在预定上限之上，则燃料流分流再次被调节预定义步进量，并且按照需要递归地重复该过程。有利地，以相同预定步进量始终如一地且统一地对燃料流分流进行改变，从而节省每当超过预定上限时计算步进量的定制值的处理时间。
因此，在自动调整的过程的示例性实施例中，提供了一种用于监视并控制燃气轮机发动机的控制系统。此控制系统通常管理大多数过程，牵涉自动调整燃烧室，并可以称为自动调整控制器。首先，该过程包括对于多个条件而监视燃烧室的燃烧动力学和排放。当确定一个或多个条件超过预定上限时，将对于燃料电路的燃料流分流调节预定量。控制系统或自动调整控制器继续监视燃烧动力学并将燃料流分流动态地调节预定量，直到燃烧动力学落在预定上限之下为止。
此外，在自动调整过程的替代实施例中，监视燃气轮机发动机，并基于从监视中重获的数据自动调节。通常，自动调节牵涉向上或向下步进燃料流分流，以便将燃烧动力学和排放维持在优选操作范围内、或在限度之上/之下。特别地，替代过程首先包括在监视步骤期间检测燃烧室中的压力信号。接在监视步骤之后或与其同时地，对所检测的压力信号施加算法。在一个实例中，施加算法牵涉对压力信号执行傅立叶变换以将压力信号转换为基于频率的数据或频谱。对于不同的已知条件将基于频率的数据的幅度与预定上限(幅度)相比较。如果确定基于频率的数据的幅度超过其相应的预定上限，则进行燃料流分流中的步进式调节。在一个实例中，步进式调节是以固定和预定量执行的燃料流分流的改变。此步进式调节可以根据所检查的频带和/或所调节的燃料电路的类型而增加或减少燃料流分流。此替代过程递归地重复，直到基于频率的数据指示燃气轮机发动机在建议范围内操作为止。
在一个实例中，如果已经递归地重复了替代过程许多次以使得特定燃料电路的燃料流分流已经达到最大容许值，则可以将影响第二燃料电路的第二燃料流分流调节预定义固定量。如果所测量的基于频率的数据指示燃气轮机发动机正操作在建议范围内，则结束替代过程。否则，将第二燃料流分流递归地调节相同预定义固定量，直到基于频率的数据的幅度移动到可接受水平、或者达到第二燃料流分流的最大容许值为止。在实施例中，预定义固定量可以基于正监视哪个燃料流分流、已经施加至特定燃料流分流的调节的步进次数、或影响燃料流分流的调节的其它条件或参数而变化。
在另一实例中，如果已经递归地重复了替代过程许多次以使得特定燃料电路的燃料流分流已经达到最大容许值，则停止燃料流分流的步进式调节。当步进式调节停止时，可以调用燃气温度的调节，以使得燃气轮机发动机的操作在特定性能范围内。如果对燃气温度的调节无法适当地调整燃气轮机发动机，则将警报指示传递给操作者。此警报指示可以传递至控制台、寻呼机、移动设备、或者适合于接收电子消息并将通知中继给操作者的另一技术。将对操作者给出步进燃料气体温度或步进发动机点火温度的选项。如果选择此选项，则自动调整控制器将步进地调节这些参数中的任何一个，并重复此过程直到该单元符合(in compliance)或者达到最大限度为止。如果此过程不成功，则警报指示可以警告操作者自动调整已经无法使得燃气轮机发动机的操作在建议范围内、以及在完成调整之前推荐对燃烧室或控制系统的手动调节。
本发明的另外的优点和特征部分将在接着的描述中阐明，部分将对于本领域技术人员在研究下文时变得显然、或者可以从本发明的实践中获知。现在将通过特别参考附图来描述当前发明。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明，其中：
图1是适用于本发明实施例的示例性调整环境的框图；
图2是描绘根据本发明实施例的对于燃料丰富的条件而推荐的燃料流分流调节的示例性图表；
图3是描绘根据本发明实施例的对于配备有两个注入端口的燃烧室而推荐的燃料流分流调节的示例性图表；
图4是根据本发明实施例的、用于采用自动调整控制器以实施包括从燃烧室收集测量并基于所述测量警告燃料流分流的调整过程的整体方法的流程图。
具体实施方式
这里专门描述本发明的主题以满足法定需求。然而，描述本身并非意在限制此专利的范围。而是，发明人已经预期到所主张的主题也可以以其它方式实现，以结合其它当前或未来的技术而包括类似于此文档中描述的不同的组件、组件的组合、步骤或步骤的组合。
如本领域技术人员将理解的，本发明的实施例尤其可以实现为：方法、系统或计算机程序产品。相反，实施例可以采取硬件实施例、软件实施例、或将软件和硬件组合的实施例的形式。在一个实施例中，本发明采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品包括包含在一个或多个计算机可读介质上的计算机可用指令。
计算机可读介质包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质，并且预期数据库、交换机和各种其它网络设备可读的介质。网络交换机、路由器和相关组件本质上是传统的，与它们进行通信的部件也一样。作为示例并且并非限制，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。
计算机存储介质或机器可读介质包括以用于存储信息的任何方法或技术实施的介质。所存储的信息的示例包括计算机可用指令、数据结构、程序模块和其它数据表示。计算机存储介质包括(但不限于)RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)、全息介质、或其它光盘存储器、磁性卡带、磁带、磁盘存储器以及其它磁存储设备。这些存储组件可以片刻地、临时地或永久地存储数据。
通信介质典型地将计算机可用指令—包括数据结构和程序模块—存储在调制数据信号中。术语“调制数据信号”是指将其一个或多个特性设置或改变以在信号中编码信息的传播信号。示例性的调制数据信号包括载波或其它传输机制。通信介质包括任何信息递送介质。作为示例但并非限制，通信介质包括有线介质(诸如有线网络或直接有线连接)和无线介质(诸如声学、红外线、无线电、微波、扩频和其它无线介质技术)。上述的组合包括在计算机可读介质的范围内。
如上所述，本发明的实施例一般涉及自动调整燃气轮机发动机。参考图1，描绘了容纳多个燃烧室115的燃气轮机发动机110。一般地，为了讨论的目的，燃气轮机(GT)发动机110可以包括任何低排放燃烧室。在一个实例中，这些低排放燃烧室可以排列在关于GT发动机110的环管式配置中。一种类型的GT发动机(例如，重载GT发动机)可以典型地配备有(但不限于)6至18个单独燃烧室，它们中的每一个装配有燃烧室火焰筒、端板和套管。另一种类型的GT发动机(例如，轻载GT发动机)可以配备有较少的燃烧室。因此，基于该类型的GT发动机，可以存在用于操作GT发动机110的几个不同的燃料电路。此外，可以存在与附属至GT发动机110的多个燃烧室115的每一个对应的各个燃料电路。这样，应当懂得并理解：自动调整控制器150和由此执行的调整过程(见图4的参考标号400)可以应用至GT发动机的任何数量的配置，以及下文中描述的该类型的GT发动机不应当被解释为限制本发明的范围。
如上所讨论的，所述多个燃烧室115(例如，低排放燃烧室)可以倾向于燃烧室火焰筒内的压力波动的升高水平。此压力波动称为“燃烧动力学”。燃烧动力学独自可以对所述多个燃烧室115的完整性和寿命具有显著的影响，最终导致灾难性故障。可以通过调节所述多个燃烧室115内的几组喷嘴之间的燃烧室燃气流的燃料流分流，来缓和这些燃烧动力学。一般地，通常为所述多个燃烧室115的每一个调节燃料流分流，因此同样地调整燃烧室(燃烧器)，如与调整在各个燃烧器水平相反。间断性地调整这些不同的“燃料流分流”以确保维持燃烧动力学的可接受水平(通常为低水平)而同时提升可接受排放级别。可接受排放级别涉及由GT发动机110生成的污染物的量。支配每个燃料电路的燃料流分流的进度表(schedule)典型地被硬编码到GT发动机110的控制系统(未示出)中。在一个实例中，这些进度表是尤其可以是涡轮入口参考温度(TIRF)或GT发动机10上的负载的参考量的函数。
随着时间经过，几个参数将影响燃烧动力学。特别地，环境条件改变和/或燃气组成变化和/或正常磨损可以使GT发动机的操作恶化。此恶化导致燃烧室的规则“再调整”以将燃烧动力学和排放维持在可接受限度内。如这里讨论的，自动调整控制系统或图1的自动调整控制器150用于根据诸如燃烧动力学、气流、燃料流、排放和压力分布的参数来评定GT发动机110和所述多个燃烧室115的状态。基于这些参数，通过步进地调节燃料流分流直到已经清除警报，实现足够的燃料流分流，其中，当检测到压力脉冲的幅度超过预定上限时设置警报。因此，本发明的实施例关注自动调整控制器150、以及所关联的调整过程，其使能使用燃料流分流的小的一致的步进式改变而自动调整燃烧动力学和排放。
由自动调整控制器150执行的中整体谐过程可以包括紧接在下面描述的一个或多个步骤。首先，监视并记录所述多个燃烧室115的压力信号的各种配置。使这些记录的压力信号经过傅立叶变换，其中压力信号被转换为幅度相对频率数据的格式或频谱。然后监视幅度和频率，并且，对于每个预定义频带，将幅度与预定上限相比较。预定上限一般根据预定义频带的每平方英寸(psi)磅而定义。然而，在其它实例中，可以以其它术语或单位来表示预定上限，其中其它类型是用设备来测量燃烧室115的性能(例如，加速度计)。如果对于预定频带而确定一个或多个基于频率的幅度超过其各自预定上限，则自动调整控制器150首先确定调节哪个燃料流分流，其次警告与特定频带关联的燃料流分流。以预定义量执行对燃料流分流进行的此调节。
一旦进行了燃料流分流调节，就反复该过程。也就是，如果动态压力幅度在预定上限之上，则重复如下步骤：对于多个预定频带监视幅度并将幅度与预定上限相比较，并调节预定燃料流分流。具体地，当确知动态压力幅度存在于预定上限之上时，对燃料流分流进行相同的预定调节。调整过程按照需要重复，直到动态压力幅度落在预定上限之下为止、或者直到不能再进一步调节燃料流分流为止。
如果不能进一步调节第一燃料流分流，则通过第二预定义速率调节第二燃料流分流并且重复调整过程，或者向操作者发出警报指示。关于调节第二燃料流分流，调整过程重复直到动态压力幅度落在预定上限之下或者不能再进一步调节第二燃料分流为止。如果不能进一步调节第二燃料流分流，则调节第三或更多燃料流分流。
虽然以上刚刚已经描述了用于反复地依次调节燃料流分流的方案，但是本领域普通技术人员应当理解并懂得，可以使用其它类型的调节燃料流分流的合适方案，并且本发明的实施例不限于一次集中于一个燃料流分流的这些方案。例如，调整方案的一个实施例可以反复地将第一燃料流分流调节预定义步进量，直到动态压力幅度落在预定上限之下为止、或者直到达到特定次数的反复为止(无论哪个先发生)。如果达到特定次数的反复，则调整方案使得第二燃料流分流被反复地调节另一预定义步进量，直到动态压力幅度落在预定上限之下为止、或者直到达到另一特定次数的反复为止(无论哪个先发生)。如果达到另一特定次数的反复，则调整方案返回至第一燃料流分流。具体地，调整方案使得第一燃料流分流再次被反复地调节预定义步进量，直到动态压力幅度落在预定上限之下为止、或者直到达到第三特定次数的反复为止(无论哪个先发生)。为了调节的目的，调整方案然后可以返回至第二燃料流分流或者转至第三燃料流分流。
参考图1和图4，现在将详细描述调整过程的示例性实施例。首先，图1图示了适于在本发明的实施例中使用的示例性调整环境100。示例性调整环境100包括自动调整控制器150、计算设备140和GT发动机110。自动调整控制器100包括数据存储器135和处理单元130，所述处理单元130支持获取组件131、处理组件132和调节组件133的执行。一般地，将处理单元130实现为支持运行在其上的组件131、132和133的操作的计算单元的一些形式(例如，中央处理单元、微处理器等)。如这里使用的，用语“处理单元”一般是指支持在其上运行软件、应用和计算机程序之下的操作软件的具有处理能力和存储存储器的专用计算设备。在一个实例中，处理单元130配置有有形硬件元件或机器，其集成到计算机或者可操作地耦接至计算机。在另一实例中，处理单元可以包含耦接至计算机可读介质(上面讨论的)的处理器(未示出)。一般地，计算机可读介质至少临时存储可由处理器执行的多个计算机软件组件。如这里使用的，术语“处理器”并非意在限制，并且可以包含在计算能力方面动作的处理单元的任何元件。以这样的能力，处理器可以被配置为处理指令的有形制品。在示例性实施例中，处理可以牵涉取、解码/解译、执行和写回指令(例如，通过展现运动模式的动画而重构物理姿势)。
另外，自动调整控制器100配备有数据存储器135。一般地，数据存储器135被配置为存储与调整过程相关联的信息或者在监视GT发动机100时生成的数据。在各种实施例中，这样的信息包括(并非限制)由耦接至GT发动机110的传感器120提供的测量数据(例如，测量121、122、123和124)。另外，数据存储器135可以被配置为可被搜索对于所存储的信息的合适访问。例如，数据存储器135可被搜索进度表，以便在将所测量的动态压力幅度与对应的预定上限相比较时确定哪个燃料流分流步进。将理解并懂得：存储在数据存储器135中的信息可以是可配置的，并且可以包括任何与调整过程有关的信息。这样的信息的内容和数量并非意在以任何方式限制本发明的实施例的范围。
在实施例中，自动调整控制器100将记录查找表(例如，利用图1的数据存储器135)。这些查找表可以包括与GT发动机和附属至其的燃烧室的操作条件有关的各种信息。作为举例，查找表可以包括具有建议容限带(toleranceband)的操作曲线，该建议容限带定义了有效操作的外限(outer limit)。当执行自动调整GT发动机的过程时，自动调整控制器可以被自动地重新编程以记录操作曲线中的调整过程的方面。也就是，将查找表中的操作曲线更改为反映在调整过程期间和由调整过程导致的事件。有利地，所更改的操作曲线可以是在下个调整进程期间的访问，因此使得每个接下来的调整更加有效(例如，减少使得条件在预定上限之下所需的燃料流量调节步进的次数)。这样，可以通过一次对一个参数的步进式调节而自动开发查找表(例如，操作矩阵)。因为步进式调节存储在操作曲线中，所以自动调整控制器获知任何特定操作系统的最优调整性能。这大大减小了所需调整量，其将有益于稳定点可以是稀少的自动网格控制(AGC)上的单元、或者有益于经历燃料属性或环境条件的突然的循环变化的单元。
在一些实施例中，如果通过调节燃料流分流而进行调节并未减轻排放或动力学警报，则可以提供步进式偏置(incremental bias)以依据每个上述部分所识别的最适宜的不符合的(out-of-compliance)分流调整点而调节燃料温度。然而，如果步进地偏置燃料温度不是选项—由于缺少或受限的燃料温度操纵能力—并且该单元保持在警报模式，则可以发出请求以允许调节GT设备的点火曲线。如果操作者请求被准许，则将步进式点火温度偏置提供至处于上述部分中描述的最适宜的不符合的点的现有单元点火曲线。
继续参考存储在自动调整控制器100上的查找表，现在将描述查找表配置的变型。在一个实例中，提供了许多查找表，其描绘分流相对TIRF或负载的曲线图。这些查找表的每一个涉及多个环境温度和燃气参数的组合。“燃气参数”是燃气组成和属性的特性，并且可以被实现为与标定初始值相比较的相对值。在稳定的TIRF或负载执行调整调节。无论何时因为超过了警报级别或排放级别而需要步进式偏置调节，算法首先确定该单元正操作在哪个周围环境温度和燃气参数族中，然后确定改变哪个燃料分流以及在哪个方向上改变。其次，期望偏置步进(向上或向下)，并且记录当前TIRF或负载。算法然后确定将根据所记录的环境温度和燃气参数而修改哪个表。一旦定义了，算法就确定分流相对TIRF的曲线图中的哪些点涵括(bracket)了针对TIRF的当前值。当识别这两个点时，步进地修改(向上或向下)两个点的偏置值，并且将步进存储在正确的查找表中。
此外，示例性调整环境100包括计算设备140，其可操作地耦接至展示设备145，用于显示警告操作者无法自动调整GT发动机100的用户界面(UI)显示155。图1中所示的计算设备140可以采取各种类型的计算设备的形式。仅作为示例并且并非限制，计算设备145可以是个人计算机、桌上型计算机、膝上型计算机、手持设备、消费者电子设备(例如，寻呼机)、手持设备(例如，个人数字助理)、各种服务器等。然而，应当注意，本发明不限于在这样的计算设备上实施，而是可以在本发明的实施例的范围内的各种不同类型的计算设备中的任何一个上实施。
参考图4，现在将根据图1的示例性调整环境100来讨论调整过程200。一般地，图4是根据本发明实施例的、用于采用图1的自动调整控制器150来实施包括从多个燃烧室115收集测量并基于所述测量而更改燃料流分流的调整过程的整体方法400的流程图。首先，整体方法400包括监视表示GT发动机100的燃烧动力学的数据。在一个实施例中，使用将测量数据传递至获取组件131的传感器120(例如，压力传感器)来为多个燃烧室115的每一个测量燃烧动力学122。在另一实施例中，传感器120传递从GT发动机100检测的排放122。在另外的其它实施例中，从GT发动机110收集的测量数据可以包括(但不限于)GT参数123和燃气进气管压力(gas manifoldpressure)124。
在一些实例中，对从GT发动机100收集的数据进行正规化(normalize)。例如，传感器120可以被配置为检测所述多个燃烧室115的每一个中的压力波动并将这些波动报告为燃烧动力学122的压力换能器。可以在时间段上测量波动，并将其以压力可变性的移动平均(rolling average)的形式发送至获取组件131。
整体方法430的步骤430关于使所测量的数据通过傅立叶变换或另一适当算法，以便将数据转换为幅度相对频率的格式(利用图1的处理组件132)。此幅度相对频率的格式可以呈现各种配置(诸如曲线图、图表、或矩阵)，并在下文中称为“频谱”。在一个实例中，当幅度相对频率的格式呈现矩阵的配置时，矩阵可以包括下列值类别：燃烧室标识、频率和幅度。
在实施例中，可以通过频率范围来划分频谱，或者可以将频谱离散化为多个频带，其中每个频带在幅度方面具有其自己的预定上限。可以将频谱离散化为任何数量的频带。在一个实例中，基于被调整的GT发动机100的类型，将频谱离散化为4-6个频带或窗口，其中每个频带表示不同参数。在操作中，当超过特定频带的预定上限(即，警报级别限度)时，进度表指示自动调整控制器150改变哪个燃料流分流、以及在哪个方向上(向上或向下)进行调节。典型地，基于被处理的所测量的数据的类型(例如，燃烧室动力学或排放级别)和被处理的所测量的数据的性质(例如，燃烧室动力学品质(tone)、诸如NOx或Co的排放的类型)，选择要改变的合适燃料流分流和合适的调节方式。
在步骤440中，在每个频带内识别最大动力学压力幅度。可以通过在一个或多个频带内为每类所测量的数据(燃烧动力学122)选择最大动力学压力幅度，来确定最大动力学压力幅度。按照每平方英寸(psi)磅而测量从每个频带得到的预定上限(即，警报级别限度)和最大动力学压力幅度两者。
如步骤450中所描绘的，将所识别的最大动力学压力幅度与适当的预定上限相比较。(不存在比较或处置离群(outlier)最大频率的特定优先顺序。)此预定上限可以基于被评估的所测量的数据的类型和/或被调整的燃料电路。当比较时，执行最大动力学压力幅度是否超过预定上限的确定，如在步骤460描绘的。如果最大动力学压力幅度未超过预定上限，使得GT发动机100正操作在关于特定测量的数据的建议范围内，则调整过程移动至另一条件。也就是，调整过程继续进行以监视并评估另一组测量的数据，如在步骤470描绘的。通过说明，仅仅在一系列频率窗口(bin)中监视动力学压力幅度。其它参数不是频率窗口的函数，但是仍然受到最大调整限制。
然而，如果最大动力学压力幅度未超过预定上限，则为调节选择燃料流分流。这在图4的步骤480指示。如以上讨论的，通过进程表选择适当的燃料流分流，如下面参考图2和图3更全面讨论的。然后将此选择的燃料流分流步进地调节预先指定量，如在步骤490描绘的。可以通过图1的调节组件133将步进式偏置调节160传送至安装到GT发动机100的多个燃烧室115中的至少一个，来完成步进地调节燃料流分流。在一个实施例中，燃烧室115上的自动阀响应于辨识到进入的步进式偏置调节160，调节针对对象燃料电路的燃料流分流。
此预定量典型地基于测试经历和燃烧室标识(如由矩阵所提供的)。在一个实例中，预定义的步进式调节量是注入端口之间的燃料流分流的0.25％调节。因此，通过将燃料流分流向上或向下步进预先指定量，更改通过注入点的燃料流量分布模式。然而，即使改变燃料流分流，至燃料电路的总燃料流量也总体保持恒定。
当施加步进式偏置调节160时，自动调整控制器150在获取并处理从GT发动机100提取的数据之前等待一时间段。这在图4的步骤500中描绘。等待该时间段确保GT发动机100在检查以确定调节燃料流分流是否足以调整GT发动机100之前稳定。在实施例中，在调节之间等待的该时间段可以基于被处理的参数或所测量的数据的类型而变化。例如，使燃烧动力学稳定所需的该时间段可以少于使排放稳定所需的时间段。
在步骤510，执行确定以确知是否已经达到最大次数的步进。如果未达到可以调节燃料流分流的最大次数的步进，则允许该过程反复。因此，如果比较步骤450指示需要进一步的步进式调节，则可以至少再调节燃料流分流一次。然而，如果未达到可以调节燃料流分流的最大次数的步进，则可以调节另一燃料流分流(如由进度表确定的)，或者向操作者发送警告。这在步骤520中描绘。在一个实施例中，由处理组件132将警报指示符180发送至计算设备140。响应于警告，操作者可以采取动作以手动调整GT发动机100或联系技师以服务GT发动机100。
在一些实施例中，向操作者发送警告是采取的第一个动作，如由进度表所指示的。也就是，如果在通过傅立叶变换处理数据时，针对特定参数的所测量的数据超过对应的预定上限，则所采取的第一个动作是向操作者通知偏差，与步进地调节燃料流分流相反。
另一实施例使得操作者可以允许自动调整控制器150步进地调节燃料气体温度和/或点火温度以实现符合操作。
现在转至图2，根据本发明的实施例提供了描绘用于燃料丰富的条件的推荐的燃料流分流调节的示例性图表200或进度表。如图示的，图表200包括由被调整的GT发动机消耗的燃料的类型的指示210。此外，该图表包括列出被监视的条件的行220。在此示例性图表220中，存在被监视的四个条件，它们是参数A至D。虽然在此实例中监视四个条件，但是所监视的条件的数量不应当被解释为限制，因为可以观察任何数量的条件用于自动调整GT发动机。一般地，参数A至D可以表示使用压力换能器、排放测试设备、加速度计、以及能够监视GT发动机的操作的其它项而测量的特定条件。作为示例，参数A可以表示贫油熄火(LBO)，参数B 221可以表示冷调(CT)，参数C可以表示热调(HT)，而参数D可以表示氧化氮(NOx)。因此，在此示例中，参数A至C涉及压力数据，而参数D涉及燃气组成。典型地，通过监视排放(例如，CO和NOx)的浓度级别来确定燃气组成。可以结合牵涉排放的条件而使用具有步进式调节的调整过程(与上述的类似)。
在调整过程期间自动监视每个参数A至D。此外，通过傅立叶变换来处理在调整过程期间监视的数据以确定每个条件的最大幅度。如果这些条件的最大幅度中的任何一个超过或落在分别映射至每个参数A至D的各自预定限度之下，则执行动作230。
作为示例，如果参数B 221(例如，CT条件)的最大幅度超过映射至参数B 221的单独的预定上限，则基于顺序250来执行动作231、232和233。具体地，如果参数B 221的最大动力学压力幅度超过预定上限，则首先将分流2 232增加步进量，如通过顺序250指示的。然后，当将分流2 232递归地增加步进量直到达到该燃料流分流的最大调节次数为止时，减小分流1 231。接下来，如果调节分流1 231无效，则对分流3 233执行。最后，如果调节分流3 233对于将最大频率幅度减小到预定上限之下无效，则将警报发送至操作者。如将在相关领域中认识到的，以上示例性方法仅仅是用于自动调整诸如7FA发动机的特定发动机的过程的示例，并且将存在用于自动调整其它发动机的包括不同监视参数和变化的燃料流分流的不同方法。
虽然已经描述了考虑到超过预定上限而选择采取哪个动作的进度表(例如，图表200)的单个配置，但是本领域内普通技术人员应当理解并懂得：可以使用提供组织的动作层级的其它类型的合适进度表，以及本发明的实施例不限于这里描述的进度表的条件和动作。另外，应当注意，可以对各种燃烧系统使用自动调整控制器。因此，本发明不限于仅仅三个燃料分流调节。燃料喷嘴和燃料流分流的确切量可以根据被调整的GT发动机的燃烧室配置和类型而变化。因此，对于不同的燃烧系统，调节点的数量可以大于或小于本公开中描绘的数量，而不偏离本发明的本质。
此外，图表200描绘了响应于对于各种监视的条件的多个频带而对燃料流分流的调节。如果多个频率超过它们各自的预定上限，则自动调整控制器不进行优先顺序或优先级划分来确定首先处置哪个频率。然而，在其它实例中，图1的自动调整控制器150利用一些优先方针来关于以哪个顺序处置频率而做出决定。
参考图3，根据本发明的实施例，示出了描绘对于配备有两个注入端口的燃烧室的推荐的燃料流分流调节320的示例性图表300。因为仅提供了两个注入端口，所以仅存在一个可以调节以在所提供的注入端口之间分布燃料的燃料流分流。此外，在此实例中测量被调整的GT发动机的两个条件310。这些条件310由参数A和参数B表示。如果参数A或B超过对应的预定上限，则进度表指示采取燃料流分流调节320中的哪个。如果将规定的燃料流分流调节最大推荐次数并未使GT发动机进入正常操作范围，则下个步骤牵涉向操作者发送警报或者自动安排向技师的呼叫。
当将自动调整与当前调整过程相比较时，可以认识到由自动调整产生的各种益处。也就是，因为可以自动实施本发明的调整过程，所以克服了手动调整的缺点。例如，可以快速且经常地执行自动调整，这将基本上防止在手动调整之前已经发生的恶化。此外，频繁的调整减少过量的污染物/促进较低排放，同时改善发动机寿命。
已经关于特定实施例而描述了本发明，特定实施例在所有方面意在说明性的而非限制性的。替代实施例将对于本发明所属领域内的普通技术人员变得显然，而不偏离本发明的范围。
依据在前所述，将了解，此发明是很好地适配为达到所有以上提出的目标和目的、以及对于所述系统和方法显然且固有的其它优点的发明。将理解，在不参考其它特征和子组合的情况下，特定特征和子组合是有效的并可以被采用。这是权利要求书的范围所预期的并且在该范围内。

Claims (20)

1.一种由处理单元实施的计算机化方法，用于自动调整燃气轮机发动机的燃烧室，所述方法包括：监视所述燃气轮机发动机的一个或多个操作条件；确定所述一个或多个操作条件是否已经超过了阈值；以及当超过所述阈值时，将燃料流分流调节预定义步进量，其中，所述燃料流分流支配总燃料流量中流向所述燃烧室的燃料电路的每个燃料喷嘴的部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中，监视所述燃气轮机发动机的一个或多个操作条件包括：记录所述燃烧室的压力脉冲；以及使所记录的压力脉冲通过傅立叶变换以形成与所记录的压力脉冲相关联的频率读数。
3.如权利要求2所述的方法，其中，确定所述一个或多个操作条件是否已经超过了阈值包括：将所述压力脉冲的最大幅度和与至少一个燃烧室模式相关联的预定上限相比较；以及检测所述最大幅度超过所述预定上限中的至少一个。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：验证对所述燃料流分流的调节将所述一个或多个操作条件减小到所述阈值之下。
5.如权利要求4所述的方法，其中，验证包括：暂停一时间段以使得所述燃气轮机发动机的操作条件稳定；再记录所述燃烧室的压力脉冲；以及确定从再记录的压力脉冲得到的后续最大幅度是否超过所述预定上限中的至少一个。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：当确定所述后续最大幅度超过所述预定上限中的至少一个时，实施通过所述预定义步进量对所述燃料流分流的另一调节。
7.如权利要求5所述的方法，还包括：当确定所述后续最大幅度落在可接受操作范围内时，停止通过所述预定义步进量对所述燃料流分流的调节。
8.如权利要求1所述的方法，其中，将燃料流分流调节预定义步进量包括：将统一的调节量施加至所述燃料流分流。
9.如权利要求1所述的方法，其中，将燃料流分流调节预定义步进量包括：将变化的调节量施加至所述燃料流分流。
10.如权利要求9所述的方法，其中，对所述燃料流分流的变化的调节量基于下列项中的至少一项：先前对所述燃料流分流进行的预定义调节次数、或者当前被调节的燃料流分流的标识。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个操作条件包括燃气轮机发动机的排放。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个操作条件包括燃烧室动力学，其包括贫油熄火、冷调、热调和啸叫。
13.如权利要求1所述的方法，其中，将燃料流分流调节预定义步进量包括：确定增加还是减小所述燃料流分流，作为超过所述阈值的一个或多个操作条件的函数。
14.如权利要求1所述的方法，其中，将燃料流分流调节预定义步进量包括：确定增加还是减小所述燃料流分流，作为选择用于调节的所述燃料流分流的类型的函数。
15.一种用于通过采用调整过程来自动地稳定燃气轮机的燃烧室动力学或排放的系统，所述系统包括：燃气轮机发动机，包括一个或多个燃烧室，它们每个配备有用于支配总燃料流量中流向所述燃烧室的燃料电路的每个燃料喷嘴的部分的燃料流分流；以及自动调整控制器，用于执行所述调整过程，所述调整过程包括：从所述燃气轮机发动机测量一个或多个参数，其中所述一个或多个参数表示压力数据或燃气组成中的至少一个；分别得到针对一个或多个测量的参数的幅度；确定所述幅度是否超过了映射至所述一个或多个所测量的参数的预定义限度；以及当超过所述预定义限度时，访问进度表以选择适当的所述燃料流分流来进行更改。
16.如权利要求15所述的系统，其中，访问进度表以选择适当的燃料流分流来进行更改包括：从所述一个或多个测量的参数中识别失调参数，其中得到的所述失调参数的幅度超过映射至其的预定义限度；以及当关于所述失调参数而检查所述进度表时，选择第一燃料流分流来进行更改。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述调整过程还包括：利用所述进度表来确定调节所述第一燃料流分流的步进量；以及利用所述进度表来确定对所述第一燃料流分流进行调节的方向。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述调整过程还包括：当对所述第一燃料流分流进行调节时，确定递归地对所述第一燃料流分流进行调节的次数；并且当递归调节的次数达到可容许反复次数时，采取由进度表规定的动作。
19.如权利要求18所述的系统，其中，由所述进度表规定的动作包括下列项中的至少一项：调节第二燃料流分流；更改操作者；调节燃料气体温度；或者调节点火温度。
20.一个或多个计算机可读介质，当由计算机可执行指令调用时，执行用于自动调整燃气轮机发动机的方法，所述方法包括：监视所述燃气轮机发动机的一个或多个操作条件；确定所述一个或多个操作条件是否已经超过了阈值；以及当超过所述阈值时，将燃料流分流调节预定义步进量，其中，所述燃料流分流支配总燃料流量中流向燃烧室的燃料电路的每个燃料喷嘴的部分。
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