CN102971539B

CN102971539B - 涡轮机

Info

Publication number: CN102971539B
Application number: CN201180029490.2A
Authority: CN
Inventors: A.罗伊纳南; E.兰托; V.托米拉
Original assignee: Sulzer Pump Solutions AB
Current assignee: Sulzer Pumpen AG
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: EP2582984B1; DK2582984T3; KR20130113968A; WO2011157899A1; ES2571754T3; EP2582984A1; CN102971539A; KR101850828B1; US20130209218A1; US9176023B2

Abstract

一种用于获得涡轮机的过程量的估计值的方法包括：测量（301）第一过程量；以及，基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算（302）第二过程量的估计值，所述第二过程量例如是质量流率。所述基准表和所述第一过程量的测量值表示了这样的数据值集合，即，所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到。因此，在存在比获得估计值所必需的数据更多的数据的意义上，该估计任务是过度设置的。在估计值的计算中，数据中的具有较小误差贡献的这种部分被赋予更大的权重。

Description

涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的方法。该过程量例如但非必要地能够是由涡轮机产生的质量流率。此外，本发明涉及涡轮机、包括两个或更多个涡轮机的涡轮机系统、以及用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的计算机程序。

背景技术

在许多应用中，需要估计或测量表征涡轮机的操作的一个或多个过程量，所述涡轮机能够是例如涡轮鼓风机、涡轮压缩机或泵。例如，可能需要这些过程量的估计值来控制涡轮鼓风机、涡轮压缩机或泵，使得能够借助足够的安全裕量来避免已知为喘振和失速的不稳定或振荡流动状况，和/或能够将效率保持在可接受范围内。例如，结合涡轮压缩机，操作能够以下述过程量来表征：由涡轮压缩机产生的质量流率（kg/s）或体积流率（m³/s）；引向涡轮压缩机的叶轮的扭矩（Nm）；叶轮的旋转速度（1/s）；由涡轮压缩机产生的压力升高（Pa）；在涡轮压缩机的入口（即，抽吸侧）处的温度（K）；在涡轮压缩机的出口（即，输出侧）处的温度（K）；以及，与被压缩的气体的属性相关的参数，例如气体常数。

一些过程量能够使用相对昂贵的有效测量设备以实践中足够的精度来测量。然而，测量一些其他过程量可能需要复杂且相当昂贵的设备，和/或一些过程量甚至可能是不可测量的。例如，以足够精度来测量质量流率或体积流率可能是很有挑战性的工作。由于上述原因，趋向于开发出这样的方法，在该方法中，过程量的一部分被测量，并且其余过程量或其他特征值中的一个或多个基于所述测量值并且还可能基于预先表格化的数据被计算。

公布US5508943公开了一种使用在压缩机处理系统的不同部位处执行的测量来计算涡轮压缩机的操作点相对于喘振极限值的接近程度的方法。在所公开的方法中，重要的是，该计算对于抽吸状况、尤其是气体成分而言是不变的。用于该方法中的各种假设在一些情况下可能影响精度，这取决于这些假设在每种情况下的有效性。

发明内容

下述内容示出了简要概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述并不是对本发明的外延概述。该概述既不旨在确认本发明的重要或关键要素，也不旨在描述本发明的范围。下述概述仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为对示例出本发明实施方式的更详细说明的开端。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的新的方法，所述涡轮机包括腔和叶轮，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动。所述涡轮机能够是例如涡轮鼓风机、涡轮压缩机或泵。所述方法包括：

-测量与所述涡轮机相关的第一过程量；以及

-基于所述第一过程量的测量值，以及基于在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值。

所述基准表和所述第一过程量的测量值表示了这样的数据值集合，即：所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到。在所述估计值的计算中，给数据值集合中的具有较小误差估计值的子集赋予较大权重，而给数据值集合中的具有较大误差估计值的另外子集赋予较小的权重。与每个子集相关的误差估计值与如下标量积成比例，所述标量积是估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。在该文献中，词语“成比例”的含义不局限于意指仅成正比例，即恒定系数，还意指根据任何增函数（例如，正参数的平方）成比例。

由于能够基于数据值集合的不同子集来获得该估计值，因此在估计值的计算中，在每种情况下具有较大方差和/或估计值相对于其的灵敏度更大的那些测量值和/或在基准表中表格化的值能够以较小权重被使用，或者甚至被忽略。因此，在存在比获得估计值所需的数据更多数据的意义上，该估计任务是过度设置（over-pose）的，并且由该过度设置提供的可能性被用于最小化该估计值的误差。

能够使用公知的数学方法来执行估计值的计算。示例化的直接计算方法使得首先使用由测量值和在基准表中表格化的值表示的数据值的不同子集来计算数个预估值。在下一步骤中，这些预估值中的每个被再计算一次或多次，使得在某个预估值的每次再计算中，向所述数据值中的一个设置变化。预估值的变化相对于数据值的相应变化的比表示了该预估值相对于该数据值的灵敏度。每个预估值的误差估计值能够被计算为预估值的灵敏度的平方的矢量与用于计算该预估值的数据值的方差的矢量的标量积。最终估计值是预估值中的具有最小误差估计值的特定一个。用于计算该估计值的上述方法以特定于情形的方式使其自身适应于占主导的情形。

用于计算该估计值的另一示例性方法是构造用于过度设置的估计任务的卡曼滤波器，限定卡曼滤波器的起点，并且执行用于获得该估计值的卡曼滤波器的第一步骤。

根据本发明的第二方面，提供了一种新的涡轮机，该涡轮机例如能够是涡轮鼓风机、涡轮压缩机或泵。该涡轮机包括：

-腔，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口；

-叶轮，所述叶轮设置在所述腔中以使所述流体移动；

-用于测量与所述涡轮机相关的第一过程量的设备；以及

-处理器，所述处理器用来基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表来计算与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值。

所述基准表和所述第一过程量的所述测量值表示了这样的数据值集合，即：该估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到，并且所述处理器设置成，在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重。与每个子集相关的所述误差估计值与如下标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。

根据本发明的第三方面，提供了一种新的涡轮机系统，所述涡轮机系统包括用于使流体移动的入口和出口以及至少两个涡轮机，每个涡轮机包括：

-腔，所述腔被连接在所述入口和出口之间；

-叶轮，所述叶轮设置在所述腔中以使所述流体移动；以及

-用于测量与所述涡轮机相关的第一过程量的设备。

所述涡轮机系统还包括处理器，所述处理器设置成，基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算用于每个涡轮机的与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值。所述基准表和所述第一过程量的所述测量值表示了这样的数据值集合，即：该估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到，并且所述处理器设置成，在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重。所述处理器还设置成启动以及停止所述涡轮机中的一个或多个，以便将与运转的涡轮机相关的所述估计值保持在期望范围上。

例如，估计值能够是涡轮机的质量流率的估计值，并且如果总质量流率（即，这些涡轮机的质量流率之和）下降以使得不再可能在优选操作区域（例如，对应于充分效率的操作区域）上运行全部运转的涡轮机，那么使这些涡轮机中的一个或多个停止。相应地，如果总质量流率增加以使得不可能在优选操作区域中仅运行已经运转的涡轮机，那么这些涡轮机中的一个或多个能够被启动。作为另一示例，可能的是，估计值是涡轮机的等熵效率的估计值，并且处理器设置成，控制涡轮机的旋转速度和/或运转的涡轮机的数量，以便最小化这些涡轮机的损失之和，即最大化总效率。

根据本发明的第四方面，提供了一种新的计算机程序，所述计算机程序用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值，所述涡轮机包括：腔，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口；叶轮，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动；以及，用于测量与涡轮机相关的第一过程量的设备。所述计算机程序包括用于控制可编程处理器的计算机可执行指令，以基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与该涡轮机相关的第二过程量的估计值。所述基准表和所述第一过程量的测量值代表了这样的数据值集合，即：所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集被获得，并且所述计算机程序包括了用于控制可编程处理器的计算机可执行指令，以在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，其中与每个子集相关的所述误差估计值与如下标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。

根据本发明的第五方面，提供了一种新的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读介质，例如光盘（“CD”），所述计算机可读介质编码有根据本发明实施方式的计算机程序。

在所附的从属权利要求中描述了本发明的许多示例性实施方式。

通过结合附图阅读的对具体示例性实施方式的下述说明，将最好地理解本发明的涉及构造和操作方法的各个示例性实施方式、以及本发明的附加目的和优势。

措词“包括”在本文献中被用作开放式的限定词，其既不排除也不要求存在未被陈述的特征。在从属权利要求中陈述的特征能够被彼此自由地组合，除非在本文以其他方式明确地声明。

附图说明

本发明的示例性实施方式及其优势在下文参考附图被更详细地描述，在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的涡轮机的示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的涡轮机系统的示意图；以及

图3示出了根据本发明实施方式的用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的涡轮机100的示意图。该涡轮机包括腔101，该腔具有用于使流体移动的入口102和出口103。在图1中，腔101以截面图被示出。该涡轮机包括叶轮104，该叶轮设置在该腔中以使流体移动。叶轮借助电动马达112来驱动，所述电动马达装设有连接到电力网络111的静态变频器110。电动马达例如能够是感应马达、永磁体同步马达、无刷DC马达或磁阻马达。还可能的是，叶轮由燃烧发动机驱动。在如图1所示的示例性涡轮机中，叶轮被直接连接到电动马达的轴113。然而，还可能的是，在叶轮与用于驱动该叶轮的马达之间具有齿轮。电动马达能够是具有实心转子的高速感应马达。在该文献中，术语“高速”是指马达的旋转速度大于5000rpm。涡轮机包括用于测量与该涡轮机相关的第一过程量的设备。该设备包括：第一传感器105，其用于测量入口温度和入口压力；以及第二传感器106，其用于测量出口压力并且还可能测量出口温度。该设备还包括静态变频器110的那些部件107，所述部件107设置成产生叶轮的旋转速度的估计值以及引向该叶轮的扭矩的估计值。因此，在该情况下，被测量的那些第一过程量是：

-引向叶轮的扭矩M；

-叶轮的旋转速度Ω；

-入口处的压力p_in；

-出口处的压力p_out；以及

-入口处的温度T_in。

扭矩M和旋转速度Ω通常但非必要地以间接方式被测量，使得首先测量至电动马达112的电功率，并且然后通过从测得的电功率减去电动马达的估计损失从而得到引向叶轮104的机械功率的估计值。基于供应到电动马达的电压的频率来得到旋转速度Ω的估计值，并且扭矩M的估计值作为机械功率相对于旋转速度的比被得到。

涡轮机包括处理器108，该处理器用来：基于上述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口温度、预定入口压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与涡轮机相关的第二过程量的估计值。处理器108能够是单个处理器单元或者数个互连处理器单元的组合。此外，该处理器能够包括一个或多个可编程电路和/或一个或多个专用电路。基准表被存储在能够作为涡轮机的一体部分的存储器109中，或者存储在能够连接到处理器108的外部装置中。

该基准表以及这些第一过程量的测量值代表了这样的数据值集合，即：使得基于该数据值集合的不同子集能够获得第二过程量的估计值。由于基于数据值集合的不同子集能够获得该估计值，因此在该估计值的计算中，在每种情况下都具有较大偏差和/或估计值相对于其的灵敏度更高的那些测量值或在基准表中表格化的值能够以较小的权重被使用，或者甚至被忽略。因此，在存在比用于获得估计值所必需的数据更多的数据的意义上，该估计任务是过度设置的，并且由该过度设置提供的可能性被用于使得估计值的误差最小化。

能够使用已知的数学方法来实施估计值的计算。在下文中描述了几个示例。

在根据本发明实施方式的涡轮机中，处理器108被设置成：基于由第一过程量的测量值和在基准表中表格化的值表示的数据值的不同子集，计算用于第二过程量的数个预估值E₁、E₂、…、E_n。处理器108还设置成再计算所述预估值中的每一个预估值一次或多次，使得在某个预估值的每次再计算中，向所考虑的预估值所用的数据值中的一个设置变化。处理器108还设置成计算预估值的变化相对于数据值的相关变化的比，即：ΔE₁/Δv₁、ΔE₁/Δv₂、…、ΔE₂/Δv₁、ΔE₂/Δv₂…等。这些商代表了预估值相对于数据值的灵敏度。处理器108还设置成计算每个预估值的误差估计值，使得误差估计值是，其中，i=1,2,...或n，并且σ₁ ²,σ₂ ²,...,σ_m ²是用于预估值E_i的数据值v₁,v₂,...v_m的方差。因此，误差估计值是灵敏度的平方的矢量与方差矢量(σ₁ ²,σ₂ ²,...,σ_m ²)的标量积。处理器108还设置成，将用于第二过程量的最终估计值E选择为预估值E₁,E₂,...,E_n中的具有最小误差估计值的一个特定值。

在根据本发明的实施方式的涡轮机中，处理器108设置成：构造用于过度设置的估计任务的卡曼滤波器，限定卡曼滤波器的起点，并且执行卡曼滤波器的用于获得估计值的第一步骤。关于卡曼滤波器的更详细信息能够从例如R.E.Kalman,1960."Anewapproachtolinearfilteringandpredictionproblems",TransactionsoftheASME-JournalofBasicEngineering82,SeriesD:35-45中找到。

根据本发明实施方式的涡轮机是用于使气体移动的涡轮压缩机。在该情况下，在入口处的预先限定的流体属性能够被限定为对应于气体常数的预定值。

根据本发明实施方式的涡轮机是用于使液体流动的泵。在该情况下，在入口处的预先限定的流体属性能够被限定为对应于该液体的预定密度。

在下文中，更详细地描述了与下述示例性情况相关的操作原理，在所述情况中，涡轮机是涡轮压缩机，并且处理器108设置成计算由涡轮压缩机产生的质量流率q_m（kg/s）的估计值。因此，在该示例性情况中，待被估计的第二过程量是质量流率。

为了描述操作原理，假定基准表包含了等熵效率η_is的表格化值、在基准入口状况下根据质量流率q_m变化的旋转速度Ω（1/s）的表格化值、以及在基准入口状况下的压力比π。因此，基准表能够被表示为如下形式：

其中，下标“0”是指基准入口状况，并且压力比π是p_out/p_in。

用于计算质量流率q_m的估计值的示例性方法在下文被示出，以用于描述性目的。在这些示例中，由基准表以及第一过程量的测量值表示的数据值的集合包含下述数据值：

-引向叶轮的测量扭矩M；

-叶轮的测量旋转速度Ω；

-入口处的测量压力p_in；

-测量的压力升高△p=p_out-p_in；

-入口处的测量温度T_in；

-在基准入口状况下的表格化等熵效率η_is0＝η_is0(q_m0,π₀)；以及

-在基准入口状况下的表格化旋转速度Ω₀＝Ω₀(q_m0,π₀)。

假定基准入口状况和实际操作状况彼此在运动学上类似，即速度矢量的方向相同并且马赫数（Mach'snumber）相同。在实际操作状况以及在基准入口状况中的旋转速度、质量流率、压力比和扭矩被认为以下述方式相关联：

其中，R是气体常数，c_p是在恒定压力下的比热。在该文献中，系数k_STR和k_p分别被称为温度因子和压力因子。如能够看到的那样，在实际状况下以及在基准入口状况下，压力比π被认为都是相同的。因此，在下文中，下标“0”从压力比π中被删除。方程（1a-1f）的基础能够从涡轮机领域的基本手册找到。

在基准入口状况下，扭矩M₀能够表述为：

将方程（2）替代到方程（1f）中得到实际操作状况中的扭矩：

方程（1a）给出了在实际操作状况下的旋转速度，即

Ω＝Ω₀(q_m0,π)k_STR。

在实际操作状况下的入口压力由方程（1e）给出，即

p_in=p_in0k_p。

在实际操作状况下的压力升高能够从方程（1c）和（1e）得出，即：

。

在实际操作状况下的入口温度能够从方程（1d）来求解，即：

。

在实际操作状况下的质量流率q_m能够使用由基准表和第一过程量的测量值表示的数据值的集合的下述子集A-D中的任何子集来求解：

子集A：，

子集B：，

子集C：，

子集D：。

结合全部这些子集A-D，能够得到用于压力因子的估计值以及用于压力比的估计值，即，k_p=p_in/p_in0以及π=(p_in+Δp)/p_in。

关于子集A，假定R=R₀或者在具有关于气体常数R的一些其他知识的情况下，基准入口状况下的质量流率q_m0能够从方程（3）来求解。温度因子k_STR能够从方程（1a）来求解，即k_STR=Ω/Ω₀(q_m0,π)。用于实际操作状况下的质量流率q_m的估计值E_A能够借助方程（1b）来计算。

关于子集B，假定R=R₀或者在具有关于气体常数R的一些其他知识的情况下，基准入口状况下的质量流率q_m0能够从方程（3）来求解。假定R=R₀或者在具有关于气体常数R的一些其他知识的情况下，温度因子k_STR能够从方程（1d）来计算。用于实际操作状况下的质量流率q_m的估计值E_B能够借助方程（1b）来计算。

关于子集C，基准入口状况下的质量流率q_m0能够从通过将方程（1a）和（3）彼此相乘而构造的下述方程来求解：

，

其中，假定R=R₀，或者能够使用关于气体常数R的一些其他知识。假定R=R₀或者在具有关于气体常数R的一些其他知识的情况下，温度因子k_STR能够从方程（1d）来计算。用于实际操作状况下的质量流率q_m的估计值E_C能够借助方程（1b）来计算。

关于子集D，假定R=R₀或者在具有关于气体常数R的一些其他知识的情况下，温度因子k_STR能够从方程（1d）来计算。使用计算的k_STR，基准入口状况下的质量流率q_m0能够从方程（1a）被求解。用于实际操作状况下的质量流率q_m的估计值E_D能够借助方程（1b）来计算。

应当注意的是，基准表并不必需包含根据基准入口状况中的质量流率q_m0和压力比π而变化的在所述基准入口状况中的等熵效率η_is0值和旋转速度Ω₀值。例如，还可能的是，基准表包含根据基准入口状况中的扭矩M₀和压力比π而变化的在所述基准入口状况中的质量流率q_m0值和旋转速度Ω₀值：

。

正如在先前示出的使用了基准表{η_is0(q_m0,π₀),Ω₀(q_m0,π₀)}的情况那样，当使用了基准表时，同样能够提出用于结合所述数据值的不同子集来求解质量流率的估计值的类似数学考虑。例如，关于子集A，能够从方程（1a）来求解温度因子k_STR，即，并且用于实际操作状况下的质量流率q_m的估计值E_A能够从方程（1b）被计算，即，其中，假定R=R₀并且c_p=c_p0或者在具有关于气体常数R和/或比热c_p的一些其他知识的情况下，M₀能够从方程（1f）被求解。

上述估计值E_A、E_B、E_C和E_D中的每个能够被再计算一次或多次，使得在每次再计算中，向用于被考虑的估计值E_A、E_B、E_C或E_D的数据值中的一个数据值设置变化。例如，在估计值E_A的一次再计算中使用变化的数据值Ω＋ΔΩ。估计值的变化ΔE_A是借助变化的数据值Ω＋ΔΩ计算所得的估计值E_A减去用原始数据值Ω计算所得的估计值E_A来计算。估计值E_A、E_B、E_C或E_D变化相对于相关数据值变化的比表示了该估计值相对于该数据值的灵敏度。例如，ΔE_A/ΔΩ代表了估计值E_A相对于数据值Ω的灵敏度。估计值E_A、E_B、E_C或E_D的误差估计值能够被计算为：该估计值的灵敏度的平方的矢量与用于计算该估计值的数据值的方差的矢量的标量积。最终估计值E是E_A、E_B、E_C和E_D中的具有最小误差估计值的特定的一个。

在根据本发明实施方式的涡轮机中，处理器108设置成，在估计值的计算中，使用仅第一过程量的测量值的方差或其他误差指标来获得估计值，其中，更大的权重被赋予对应于较小误差分布的那些数据值，相比较而言，更小的权重被赋予对应于较大误差分布的那些数据值。在该情况下，在基准表中表格化的值就相当于它们是精确的并且无误差的值那样被处理。

在根据本发明另一实施方式的涡轮机中，处理器108设置成，在估计值的计算中，使用了在基准表中表格化的值以及第一过程量的测量值两者的方差或其他误差指标。在该情况下，在基准表中表格化的值也作为具有一定误差的值被处理。

在根据本发明实施方式的涡轮机中，处理器108设置成基于第二过程量（例如，质量流率）的估计值来控制叶轮的旋转速度。还可能的是，处理器被设置成：计算用于实际操作状况的等熵效率的估计值并且控制叶轮的旋转速度，以便优化在实际操作状况下的等熵效率。

在根据本发明实施方式的涡轮机中，处理器108设置成产生用于一个或多个其他并行操作的涡轮机的启动和停止指令，以便将估计值保持在期望范围上。该期望范围例如能够对应于涡轮机的这样的操作点，在该操作点处，涡轮机的等熵效率或总效率高于预定极限值。

在根据本发明的实施方式的涡轮机中，处理器108设置成：基于第二过程量的估计值来控制一个或多个入口导叶、一个或多个出口导叶、和/或一个或多个扩散器导叶。

图2示出了根据本发明实施方式的涡轮机系统的示意图。涡轮机系统包括用于使流体移动的入口202和出口203、以及涡轮机200、220、230。涡轮机200、220、230能够是涡轮鼓风机、涡轮压缩机或泵，并且每个涡轮机都包括：

-腔，所述腔被连接在所述入口和所述出口之间；

-叶轮，所述叶轮设置在所述腔中，用于使流体移动；以及

-用于测量与涡轮机相关的第一过程量的设备。

该涡轮机系统还包括处理器208，所述处理器设置成：基于第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算用于涡轮机200、220、230中的每个的与该涡轮机相关的第二过程量的估计值。该基准表和第一过程量的测量值表示了这样的数据值集合，即：该估计值能够基于该数据值集合的不同子集来得到，并且该处理器设置成，在估计值的计算中，给数据值集合中的具有较小误差估计值的这种子集赋予较大权重，而给数据值集合中的具有较大误差估计值的另外子集赋予较小的权重。与每个子集相关的误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是估计值相对于该子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与该子集的数据值的方差的矢量的标量积。

处理器208还设置成启动以及停止这些涡轮机中的一个或多个，以便将与运行的涡轮机相关的计算估计值保持在期望范围上。例如，估计值能够是涡轮机的质量流率的估计值，并且如果总质量流率（即，这些涡轮机的质量流率之和）下降以使得不再可能在优选操作区域（例如，对应于充分效率的操作区域）上运行全部运转的涡轮机，那么这些涡轮机中的一个或多个将停止。相应地，如果总质量流率增加以使得不可能在优选操作区域中仅运行已经运转的涡轮机，那么这些涡轮机中的一个或多个能够被启动。作为另一示例，可能的是，计算估计值是涡轮机的等熵效率的估计值，并且处理器208设置成控制涡轮机的旋转速度和/或运转的涡轮机的数量，以便最小化这些涡轮机的损失之和，即最大化总效率。

处理器208能够是单个处理器单元或者数个互连处理器单元的组合。此外，处理器能够包括一个或多个可编程电路和/或一个或多个专用电路。例如，在涡轮机的叶轮借助装设有静态变频器的交流马达来驱动的情形中，处理器208能够包括变频器的处理器。在该情况下，处理任务能够被共同承担，使得每个变频器的处理器设置成计算与包括了该变频器的涡轮机相关的估计值，并且这些变频器中的一个变频器的处理器设置成作为用于控制整个涡轮机系统的主处理器来操作。

基准表被存储在能够是涡轮机系统的一体部分的存储器209中，或者存储在能够连接到处理器208的外部装置中。如果涡轮机200、220、230中的两个或更多个相互间如此不同以致同一表格化的值不适用于这些涡轮机的话，那么基准表能够包括用于所述两个或更多个涡轮机的单独部分。

图3示出了根据本发明实施方式的方法的流程图，所述方法用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值，所述涡轮机包括腔和叶轮，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动。所述方法包括：

-在阶段301中，测量与涡轮机相关的第一过程量；以及

-在阶段302中，基于第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与该涡轮机相关的第二过程量的估计值。

所述基准表和所述第一过程量的测量值表示了这样的数据值集合，即：该估计值能够基于该数据值集合的不同子集来得到，并且在估计值的计算中，给数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重。与每个子集相关的误差估计值与如下标量积成比例，所述标量积是估计值相对于该子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与该子集的数据值的方差的矢量的标量积。

在根据本发明实施方式的方法中，通过使用由基准表的值表示的数据值以及由第一过程量的测量值表示的数据值两者的方差或其他误差指标，第一子集与第二子集相比被赋予更大的权重。

在根据本发明实施方式的方法中，借助数据值的不同值来计算估计值，以便获得与数据值变化对应的估计值变化，估计值变化与每个数据值变化的比代了表所述估计值相对于该数据值的灵敏度。

在根据本发明实施方式的方法中，涡轮机是用于使得气体移动的涡轮压缩机，并且在入口处的预定流体特性对应于气体常数的预定值。

在根据本发明实施方式的方法中，第一过程量是：引向叶轮的扭矩；叶轮的旋转速度；气体的压力升高；气体的入口压力；以及气体的入口温度。基准表包含有根据在基准入口状况下的质量流率和压力比而变化的所述基准入口状况下的等熵效率和旋转速度的表格化值。待被估计的第二过程量是实际操作状况下的质量流率。在根据本发明另一实施方式的方法中，基准表包括有根据基准入口状况下的扭矩和压力比而变化的所述基准入口状况下的质量流率和旋转速度的表格化值。

在根据本发明实施方式的方法中，叶轮的旋转速度基于第二过程量的估计值被控制。

在根据本发明实施方式的方法中，产生用于一个或多个其他涡轮机的启动和停止指令，以便保持该估计值在期望范围上。

在根据本发明实施方式的方法中，涡轮机包括用于使液体移动的泵，并且在入口处的预定流体属性对应于液体的预定密度。

在根据本发明实施方式的方法中，一个或多个入口导叶、一个或多个出口导叶、和/或一个或多个扩散器导叶基于第二过程量的估计值被控制。

根据本发明实施方式的计算机程序包括用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的软件模块，所述涡轮机包括：腔，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口；叶轮，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动；以及，用于测量与涡轮机相关的第一过程量的设备。该软件模块例如能够是子例程或函数。

所述软件模块包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制可编程处理器，以基于第一过程量的测量值和基于在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与该涡轮机相关的第二过程量的估计值。所述基准表和所述第一过程量的测量值代表了这样的数据值集合，即：该估计值能够基于该数据值集合的不同子集被获得，并且所述软件模块包括用于控制可编程处理器的计算机可执行指令，以在估计值的计算中，给数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，其中，与每个子集相关的误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是估计值相对于该子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与该子集的数据值的方差的矢量的标量积。

在根据本发明实施方式的计算机程序中，软件模块包括用于控制可编程处理器的计算机可执行指令，以基于第二过程量的估计值来控制叶轮的旋转速度。

在根据本发明实施方式的计算机程序中，软件模块包括用于控制可编程处理器的计算机可执行指令，以产生用于一个或多个其他涡轮机的启动和停止指令，以便将第二过程量的估计值保持在期望范围上。

根据本发明实施方式的计算机程序产品包括计算机可读介质，例如光盘（“CD”），所述计算机可读介质编码有根据本发明实施方式的计算机程序。

根据本发明实施方式的信号被编码，以携载限定了根据本发明实施方式的计算机程序的信息。

上文提供的具体示例应当被认为不是限制性的。因此，本发明不仅仅局限于上述的实施方式，而是，许多变形都是可能的。

Claims

1.一种涡轮机（100），所述涡轮机包括：

-腔（101），所述腔具有用于使流体移动的入口（102）和出口（103）；

-叶轮（104），所述叶轮设置在所述腔中以使所述流体移动；

-用于测量与所述涡轮机相关的第一过程量的设备（105-107）；以及

-处理器（108），所述处理器用来：基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在所述入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值；

其特征在于，所述基准表和所述第一过程量的所述测量值表示了这样的数据值集合，即，所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到，并且所述处理器设置成，在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，以提高所述估计值的精度，与每个子集相关的所述误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，为了向所述第一子集赋予比所述第二子集更大的权重，所述处理器设置成使用由所述基准表的值表示的数据值以及由所述第一过程量的测量值的表示的数据值的方差或其他误差指标。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述处理器设置成借助所述数据值的不同值来计算所述估计值，以便获得与所述数据值变化对应的估计值变化，所述估计值变化与每个数据值变化的比代表了所述估计值相对于所述数据值的灵敏度。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是用于使气体移动的涡轮压缩机，在所述入口处的所述预定流体属性对应于气体常数的预定值。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是用于使液体移动的泵，在所述入口处的所述预定流体属性对应于所述液体的预定密度。

6.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述第一过程量是：

-引向所述叶轮的扭矩；

-所述叶轮的旋转速度；

-所述气体的压力升高；

-所述气体的入口压力；以及

-所述气体的入口温度，

且其中，所述基准表包含有根据在基准入口状况下的质量流率和压力比而变化的所述基准入口状况下的等熵效率和旋转速度的表格化值，且其中，所述第二过程量是实际操作状况下的质量流率。

7.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述第一过程量是：

-引向所述叶轮的扭矩；

-所述叶轮的旋转速度；

-所述气体的压力升高；

-所述气体的入口压力；以及

-所述气体的入口温度，

且其中，所述基准表包括有根据基准入口状况下的扭矩和压力比而变化的所述基准入口状况下的质量流率的表格化值和旋转速度的表格化值，且其中，所述第二过程量是实际操作状况下的质量流率。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮机，其中，所述处理器设置成：基于所述第二过程量的估计值来控制所述叶轮的旋转速度。

9.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述处理器设置成基于所述第二过程量的估计值来控制下述列表中的至少一项：一个或多个入口导叶；一个或多个出口导叶；一个或多个扩散器导叶。

10.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述涡轮机包括用于使所述叶轮旋转的电动马达（112），并且所述叶轮直接连接到所述电动马达的轴（113）。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述涡轮机包括静态变频器（110），所述静态变频器用于向所述电动马达（112）供应电功率。

12.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述处理器设置成产生用于一个或多个其他涡轮机的启动和停止指令，以便保持所述估计值在期望范围上。

13.一种用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的方法，所述涡轮机包括腔和叶轮，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动，所述方法包括：

-测量（301）与所述涡轮机相关的第一过程量；以及

-基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在所述入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算（302）与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值；

其特征在于，所述基准表和所述第一过程量的测量值表示了这样的数据值集合，即，所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到，并且在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，以提高所述估计值的精度，与每个子集相关的所述误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过使用由所述基准表的值表示的数据值以及由所述第一过程量的测量值表示的数据值两者的方差或其他误差指标，所述第一子集与所述第二子集相比被赋予更大的权重。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，借助所述数据值的不同值来计算所述估计值，以便获得与所述数据值变化对应的估计值变化，所述估计值变化与每个数据值变化的比代表了所述估计值相对于所述数据值的灵敏度。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述涡轮机是用于使气体移动的涡轮压缩机，并且在所述入口处的预定流体属性对应于气体常数的预定值。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述涡轮机是用于使液体移动的泵，在所述入口处的预定流体属性对应于所述液体的预定密度。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一过程量是：

-引向所述叶轮的扭矩；

-所述叶轮的旋转速度；

-所述气体的压力升高；

-所述气体的入口压力；以及

-所述气体的入口温度，

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一过程量是：

-引向所述叶轮的扭矩；

-所述叶轮的旋转速度；

-所述气体的压力升高；

-所述气体的入口压力；以及

-所述气体的入口温度，

且其中，所述基准表包括有根据基准入口状况下的扭矩和压力比而变化的所述基准入口状况下的质量流率和旋转速度的表格化值，且其中，所述第二过程量是实际操作状况下的质量流率。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述叶轮的旋转速度基于所述第二过程量的估计值被控制。

21.根据权利要求13所述的方法，其中，基于所述第二过程量的估计值来控制下述列表中的至少一项：一个或多个入口导叶；一个或多个出口导叶；一个或多个扩散器导叶。

22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，其中，产生用于一个或多个其他涡轮机的启动和停止指令，以便保持所述估计值在期望范围上。

23.一种涡轮机系统，所述涡轮机系统包括用于使流体移动的入口（202）和出口（203）以及至少两个涡轮机（200,220,230），每个涡轮机包括：

-腔，所述腔被连接在所述入口和所述出口之间；

-叶轮，所述叶轮设置在所述腔中以使所述流体移动；

-用于测量与所述涡轮机相关的第一过程量的设备；

所述涡轮机系统还包括处理器（208），所述处理器用来基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在所述入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算用于每个涡轮机的与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值，其特征在于，所述基准表和所述第一过程量的所述测量值表示了这样的数据值集合，即，所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集来得到，并且所述处理器设置成，在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，以提高所述估计值的精度，与每个子集相关的所述误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积，并且所述处理器设置成启动以及停止所述涡轮机中的一个或多个，以便将与运转的涡轮机相关的所述估计值保持在期望范围上。

24.一种用于获得与涡轮机相关的过程量的估计值的装置，所述涡轮机包括：腔，所述腔具有用于使流体移动的入口和出口；叶轮，所述叶轮设置在所述腔中，用于使所述流体移动；以及用于测量与所述涡轮机相关的第一过程量的设备；

所述装置包括第一模块，所述第一模块基于所述第一过程量的测量值以及在基准入口状况中占主导的对应于预定入口流体温度、预定入口流体压力和在所述入口处的预定流体属性的过程量之间的相互关系的基准表，计算与所述涡轮机相关的第二过程量的估计值，其特征在于，所述基准表和所述第一过程量的测量值代表了这样的数据值集合，即，所述估计值能够基于所述数据值集合的不同子集被获得；并且

所述装置包括第二模块，所述第二模块在所述估计值的计算中，给所述数据值集合中的具有较小误差估计值的第一子集赋予较大权重，而给所述数据值集合中的具有较大误差估计值的第二子集赋予较小的权重，以提高所述估计值的精度，与每个子集相关的所述误差估计值与这样的标量积成比例，所述标量积是所述估计值相对于所述子集的数据值的灵敏度的平方的矢量与所述子集的数据值的方差的矢量的标量积。

25.根据权利要求24所述的装置，还包括第三模块，所述第三模块基于所述第二过程量的估计值来控制所述叶轮的旋转速度。

26.根据权利要求24或25所述的装置，还包括第四模块，所述第四模块用于一个或多个其他涡轮机的启动和停止，从而将所述估计值保持在期望范围上。