CN103291463B - 燃气涡轮机定序方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气涡轮机定序方法和系统。更具体而言，一种开发用于涡轮机的基于软件的定序器的方法包括：选择通用定序器软件模块，其具有用于对涡轮机定序以通过限定的操作状态的标准化软件；从由定序器软件模块呈现的预定设置中选择选项，其中，选择的选项限定触发定序器以使涡轮机从限定状态中的一个转变到下一限定状态的涡轮机的操作事件；以及使用配置有设置的所选选项的通用定序器软件。

Description

燃气涡轮机定序方法和系统

技术领域

本发明涉及对涡轮机的操作状态定序，并且特别地涉及开发用于控制工业燃气和蒸汽涡轮机的操作状态的定序算法。

背景技术

工业燃气和蒸汽涡轮机通常在预定操作状态下操作。就燃气涡轮机而言，这些状态涉及起动燃气涡轮机、将燃气涡轮机加速至用于驱动发电用负载或机械装置的旋转速度(负载速度)、以及使燃气涡轮机停机。作为示例，起动期间的操作状态可包括起动燃气涡轮机用的辅助装置、机械旋转燃气涡轮机的轴、以及启动燃气涡轮机中燃烧的点火。其它操作状态与使燃气涡轮机加速至空转或无负载速度、使燃气涡轮机在速度和在负载下运行、以及使燃气涡轮机停机相关联。工业燃气涡轮机在其预定操作状态中的一个下操作。蒸汽涡轮机也将具有预定操作状态并且将在其操作状态之间转变。

一般称为定序器的软件程序确定涡轮机的当前操作状态，选择下一操作状态，并且确定何时从当前操作状态转变到下一操作状态。定序器软件模块常规地由燃气涡轮机用的计算机控制系统存储和执行。

控制系统可执行其它软件模块，这些模块生成控制命令以操作通常称为辅助系统的燃气涡轮机的具体构件。这些辅助系统可控制：调节到燃气涡轮机的燃料流的燃料阀、机械地转动压缩机和涡轮机的起动马达、监测燃气涡轮机的仪器和传感器、用于入口导向叶片(IGV)的机械促动器、以及用于油和燃料的泵。定序器软件程序与其它软件模块通信，以监测燃气涡轮机的操作并将涡轮机的状态通知给其它模块。

目前的定序软件模块为具体的涡轮机型号或型号系列而编写。一旦编写好，软件指令便被测试以确认它们适当地控制涡轮机且没有错误。在软件编码和手册中为测试过的软件指令编制注释文件，以针对具体燃气涡轮机使用和配置定序模块。用于涡轮机的新型号或型号系列的定序模块的编写、测试和文件编制是耗时、昂贵的，并且需要软件编程人员和工程师熟悉具体燃气涡轮机的操作。

以往，具体地针对工业燃气涡轮机的每个型号而设计和开发定序模块。工业燃气涡轮机的一些个别制造商已开发了多型号定序器以用于相关型号组，例如燃气涡轮机的产品系列。这些定序模块限于其所设计用于的(多个)燃气涡轮机型号。传统上，定序模块还不适于控制该定序模块最初设计用于的那些型号以外的燃气涡轮机。

虽然为一种涡轮机创建的一些现有定序模块已适于在其它涡轮机型号上工作，但这种改写定序模块的专门方法带来定序模块的改写未适当地对新涡轮机定序以通过其操作状态的风险。这种专门方法不是用于为大量涡轮机型号开发定序器的高效方法。

由于它们是为燃气涡轮机的每种新型号或型号系列定制开发的，因而用于燃气涡轮机的不同型号/型号系列的定序模块在它们的软件结构和软件指令中有很大变化。要使用不同型号/系列的燃气涡轮机的定序模块需要每种模块的软件知识。有资格使用一种燃气涡轮机型号的定序器的人员可能没资格使用另一种燃气涡轮机型号的定序器，或者可能不了解不同涡轮机的定序器之间的微小但重要的差别。

鉴于开发燃气涡轮机定序器所需的成本和时间以及用于不同型号的定序器之间的变化，存在着对于减少开发用于广泛的燃气涡轮机型号的定序模块所需的成本和时间的方法和系统的盼望已久但尚未满足的需求。

发明内容

已想到一种开发用于涡轮机的基于软件的定序器的方法，包括：选择通用定序器软件模块，其具有用于使涡轮机依次通过限定的操作状态的标准化软件；从该定序器软件模块的预定设置中选择选项，其中，所选择的选项识别触发定序器以使涡轮机从限定状态中的一个转变到下一限定状态的涡轮机的操作事件；以及使用配置有所选选项的通用定序器软件使涡轮机在限定状态之间转变。

已想到一种用于涡轮机的通用定序器，其中，定序器是在配置时存储在涡轮机的计算机控制器的非暂态存储器中的可配置软件模块，其中，配置的定序器引导涡轮机通过限定的状态序列并且基于提示定序器使涡轮机在各状态之间转变的限定事件，其中，定序器被标准化以适用于广泛的涡轮机并且基于可选选项而配置。

附图说明

图1是示出用于控制工业燃气涡轮机的一般定序器的实施例的操作的状态图。

图2是具有带定序器的控制器的燃气涡轮机的示意图。

具体实施方式

工业涡轮机具有各种配置和构造。例如，工业燃气涡轮机可以：具有一至三个主轴；使用多种液体和气体燃料来进行不同类型的混合燃料操作；以及驱动发电机或其它机械装置。此外，工业燃气涡轮机的操作可从一个型号到另一型号显著变化。例如，工业燃气涡轮机的操作特性可关于以下而变化：与空转速度有关的行为、飞行重启、下垂行为、同步化、惰走拖动(coast down cranking)、就地或远程控制、以及在辅助系统用的控制中的巨大变化。

发明人意识到，所有或几乎所有目前的工业燃气涡轮机虽然有它们的巨大差异，但都依次通过相对一致的一组操作状态。发明人想到一种用于广泛的工业涡轮机和例如所有目前的工业燃气涡轮机的一般定序器，其确定涡轮机应在其中操作的一致状态并将涡轮机转变到状态中的下一个。一般定序器将通过从适当数量的标准设置中选择预定选项而针对每种涡轮机进行配置。设置和选项允许一般定序器被配置成对任何单独的工业燃气涡轮机定序以通过各状态中的一致状态。

发明人想到一种用于通用定序器的标准软件模块并且限制定序器的配置以对合理数量的设置选择预定选项。由通用定序器实现的技术效果在于，它基于可容易地针对具体燃气涡轮机配置的标准软件模块。

通用定序器提供了若干可能的益处，包括：i)减少针对具体燃气涡轮机验证定序器所需的测试；ii)降低错误的风险并增加涡轮机操作的安全性，因为通用定序器已被广泛测试；iii)减少对操作者关于新燃气涡轮机的培训，因为操作者可能已基于一般定序器进行了关于其它定序器的培训；iv)构件的供应商和操作燃气涡轮机的维修人员将熟悉在具有基于一般定序器的定序器的任何燃气涡轮机上的定序器；v)用于具体燃气涡轮机的定序器的高效且快速的开发、测试和文件编制；以及vi)燃气涡轮机的客户将享受定序器对它们的燃气涡轮机的所有各种型号的高度一致性。

通用涡轮机定序器已实施为状态机。定序器是一种诸如软件模块的装置，其确定涡轮机的操作状态并根据涡轮机的操作条件启动从一个状态到另一状态的转变。定序器引导涡轮机通过诸如起动、加速、加载、卸载和停机的各个操作阶段。定序器软件模块可在涡轮机的控制软件中实施。

本文公开了也称为一般定序器的通用定序器，其可容易地配置成控制所有或至少广泛型号的燃气涡轮机。针对蒸汽涡轮机的通用定序器也可容易地配置成控制广泛的蒸汽涡轮机。虽然通用定序器可针对燃气涡轮机或蒸汽涡轮机，但它不必针对蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的某个型号或型号系列。例如，通用定序器可应用为用于通常的工业燃气涡轮机、由具体涡轮机制造商制造的工业燃气涡轮机或者由诸如发电公用事业公司的具体实体操作的工业燃气涡轮机的标准定序器。

通用定序器被配置成用于特定涡轮机的具体定序器软件模块。通用定序器基于燃气涡轮机和与该燃气涡轮机相关联的辅助装置的具体应用和结构而配置。例如，定序器可适用于具有联接压缩机和涡轮机的一个、两个或三个同轴的轴的燃气涡轮机。燃气涡轮机可燃烧气体或液体燃料，并且可驱动发电机或另一类型的机器。

通过以不改变定序器的软件结构或重写定序器中的软件代码的方式配置定序器，通用定序器可适用于控制工业涡轮机。配置定序器可涉及输入关于涡轮机特性的信息、选择涡轮机的操作状态和转变条件以及为所选条件输入值。可通过由用于配置通用定序器的软件开发工具提供的用户界面软件引导配置定序器的操作者进行这些选择。一旦配置好，定序器便可存储在涡轮机的控制器中并由其执行。

通用定序器已成功地经过概念验证实验。通用定序器已适用于生成用于商业运行的工业燃气涡轮机控制器的定序器。

图1是用于工业燃气涡轮机的通用定序器的状态图10。通用定序器包括具有标准化软件代码的标准软件架构。定序器具有用来配置用于特定燃气涡轮机的定序器的可选预定设置。设置中的每一项的选择可被限制到预定选项。在图1中用标记(o)指示可为可选的状态和转变。

通用定序器可以是软件状态机。可选设置的选项可使用由定序器的软件配置工具生成且呈现在计算机终端上的图形用户界面来选择。可选设置可包括用来触发状态之间的转变中的至少一种的涡轮机条件的选择。

通用定序器可用于燃气涡轮机，并且状态包括：停止、起动辅助系统、拖动燃气涡轮机、起动点火和暖机、加速、无负载和全速操作、带负载操作、卸载和停机以及惰走。

通用定序器可在不改变定序器中的标准化软件的情况下进行配置。通过以下步骤可为第二涡轮机配置通用定序器：对定序器软件模块的预定设置选择选项以限定第二涡轮机的操作事件，该操作事件将触发定序器而将第二涡轮机从其中一种限定状态转变到下一限定状态，其中，对设置的所选选项限定了指示转变应在状态之间发生的条件；以及使用配置有所选设置的通用定序器来导致第二涡轮机在限定状态之间转变。

通用定序器可配置成用于具有其以下操作状态的具体燃气涡轮机型号：停止、起动辅助系统、拖动燃气涡轮机、起动点火和暖机、加速、无负载和全速操作、带负载操作、卸载和停机以及惰走。

通用定序器减少了开发具体燃气涡轮机用的定序器所需的时间和成本，并且特别是减少了与定序器的测试和文件编制相关联的时间和成本。由于通用定序器的标准化软件被充分测试和编制文件，因而不需要为针对每种新燃气涡轮机开发的定序器的每种配置重复软件的测试和文件编制。由于对通用定序器的更改限于选择某些设置的预定选项，因而在对具体涡轮机配置通用定序器时做出的更改不引入需要对为燃气涡轮机配置的定序器进行大量测试和新文件编制的新风险。

通用定序器在本文中公开为状态机，其在软件中实施且由用于燃气涡轮机的计算机控制器(如主控制器)执行。通用定序器不必是状态机，并且不必包括在涡轮机的主控制器的软件中。相同的通用定序器状态机可在用于工业燃气涡轮机的任何合理的现代控制器上实施。

与任何状态机一样，图1所示的通用定序器体现了一组容许状态和状态之间有限数量的条件转变。图1所示的状态和转变建立了用于工业燃气涡轮机的通用定序方案，其可被配置成控制各种具体工业燃气涡轮机。

通用定序器的软件结构可以是：标准定序器，例如图1中所示；用于辅助系统的标准化且可配置的控制器，例如燃料控制器、起动器系统、油和燃料的泵、入口导向叶片，以及控制系统的定制特征。这种标准化软件结构确保许多软件代码对定序器的所有实施是通用的，而不需要在燃气涡轮机之间变化。用于配置通用定序器的设置大多指向对辅助装置控制器的控制和涡轮机的结构，例如涡轮机是否具有多个轴。到了特定控制器用的控制系统具有独特或定制特征的程度，实施这些独特或定制的特征的软件可被限制到为定制特征保留的控制系统的结构的部分。

通用定序器使用可选的设置来配置，并且选项使得定序器能够确定特定涡轮机的状态和转变。虽然在任何一种涡轮机中的状态和转变可包括针对特定转变的条件，但通用定序器具有可配置成考虑针对特定涡轮机的条件的标准化的状态和转变。例如，涡轮机的具体条件可由定制软件分析，该软件生成由在通用定序器中的标准化转变中的一个使用的数据。

软件开发工具可用于配置通用定序器。涡轮机的特性和具体转变条件可输入开发工具中。该工具还可允许与用于具体转变条件和状态的设置和值有关的输入。工具分析输入并为具体涡轮机配置定序器。

所输入的关于涡轮机特性的信息可涉及涡轮机上的负载是否为发电机或机械装置、由涡轮机燃烧的燃料的类型、以及涡轮机中同心轴的数量。针对通用定序器可选择的设置还可涉及各种转变条件和所选转变条件的值。用于通用定序器的设置允许定序器配置成用于定序器所旨在的燃气涡轮机中的任何一个。可设想，在选择设置以外修改通用定序器不应是必需的，并且将不是用于配置定序器的容许选项。

通用定序器所允许的每个转变基于限定的一组转变条件。转变条件为涡轮机的操作特性，例如辅助系统起动的结束、从压缩机和涡轮机吹扫可能爆炸性的气体的结束、以及燃气涡轮机暖机阶段的结束。

图1所示的转变条件是示例性的而非全面的。例如，图1所示的转变条件旨在覆盖多个可能的条件和事件，而不仅仅是图中看到的示例性条件和事件。通用定序器允许选择与特定涡轮机相关联的转变条件，同时保持用于定序器的一致的软件架构和软件代码。

转变条件用于配置通用定序器。与通用定序器相关联的配置软件工具可用来选择与具体燃气涡轮机相关联的转变条件中的每一个的设置。对于每个设置，配置软件工具可提出各种预定选项，这些选项可以被选择且可以为其输入值。

许多转变条件可能与燃气涡轮机的辅助系统相关联。辅助系统可包括进气和过滤系统、排气系统、起动器、以及燃料供应和控制器。辅助系统通常各自具有监测主定序器以确定涡轮机的操作状态的控制器。用于每个辅助系统的控制器可生成主定序器用的数据。主定序器从辅助系统读取数据，并且使用该数据来确定何时在操作状态之间转变燃气涡轮机。

通用定序器在被配置时检测导致定序器将燃气涡轮机转变到关闭状态的跳闸(trip，跃变)条件。跳闸条件通常为可潜在地损坏燃气涡轮机的异常事件。当跳闸事件发生时，定序器将燃气涡轮机转变到关闭状态，以避免损坏燃气涡轮机。跳闸条件常常被辅助系统检测到，该辅助系统生成信号而将事件通知定序器。定序器可计算某些跳闸事件，例如与在实现期望的转变条件中过度的延迟相关联的那些。

在检测到任何跳闸事件后，定序器可将涡轮机转变到相同的操作状态。由于跳闸事件往往导致相同的转变，因而定序器可具有通用的软件逻辑以处理所有跳闸事件。此外，跳闸事件可导致辅助系统的控制器改变。

在为具体燃气涡轮机或燃气涡轮机的型号/系列配置通用定序器时，图1所示的一些状态可被禁用且在定序器中不活动。例如，可选的状态包括热停机(FSD)状态和惰走拖动(CCK)状态这两种加速状态中的一个。禁用状态还可导致禁用与所禁用状态相关联的某些转变。状态和转变的禁用可以是在配置通用定序器时可选择的选项。

定序器引导燃气涡轮机通过一系列状态。这些状态在图1中示出，并且状态的正常序列由每种状态之间的粗黑线指示。状态的正常序列为：停止12、辅助装置20、拖动24、点火暖机28、一种或两种加速状态32、36、无负载和全速操作40、带负载操作44、卸载以停机38、热停机50、惰走16以及返回停止12。这些步骤中的一些是可选的。两个附加的可选状态示出为超速测试42和惰走拖动。图1中示出的状态之间的细线中的一些表示归因于跳闸事件的转变，该事件导致燃气涡轮机停机。其它细线示出了备选转变，例如从停机卸载状态38到使燃气涡轮机返回至全速、全负载操作的此前状态。

通用定序器始于12燃气涡轮机处于停止状态14。在停止状态下，燃气涡轮机已冷却至远低于正常操作温度，并且具有处于大气压的内部通道。定序器将涡轮机维持在停止状态，同时不存在(多个)主轴的旋转。(多个)主轴连接涡轮机和压缩机。如果在主轴中的任一个中检测到旋转，则定序器转变到惰走状态16。虽然在停止状态，但定序器可导致辅助单元中的一些操作，并且可在涡轮机过热时导致(多个)主轴转动而冷却涡轮机。

到惰走状态16的转变可由任何其它状态引起，如果在燃气涡轮机中检测到“跳闸”条件的话。跳闸条件典型地为异常条件，并且通常表明燃气涡轮机的操作存在严重问题。跳闸条件可根据其中定序器操作燃气涡轮机的状态而变化。跳闸条件是在主轴中针对停止状态12检测到的旋转。

当燃气涡轮机接收到起动命令时，定序器转变18到辅助起动状态以起动20辅助装置中的所选辅助装置。虽然处于辅助起动状态，但定序器生成控制信号以起动或启动辅助系统。虽然涡轮机自身仍然停机，但许多辅助系统操作，例如液压系统。

每个辅助系统通常可具有其自身的控制器和定序软件模块。辅助系统的操作由其控制器和定序器来调节。当辅助系统已执行期望的任务或达到期望状态时，用于辅助装置的控制器向燃气涡轮机的定序器报告结束。

辅助起动状态通常从停止状态进入。对于具有飞行重启特征的涡轮机，辅助起动状态可直接从惰走状态进入。当涡轮机在主轴达到零速度条件之前重启时，发生飞行重启。一般而言，在涡轮机处于惰走状态的同时，当操作者按下起动按钮时，飞行重启启动。当起动按钮被按下时，定序器确认在通过将涡轮机转变到辅助起动状态而启动重启之前所需的某些预定条件的存在。

当所需辅助装置控制器报告成功起动时，定序器自动转变到拖动状态。在辅助起动状态期间，如果存在意外且很高的速度或者机器操作者按下停止按钮，则可能出现跳闸条件。

如果在处于辅助起动状态时在主轴中检测到旋转，则定序器转变到惰走状态16并停止起动准备。然而，对于具有飞行重启功能的涡轮机，定序器可配置成在主轴旋转时保持在辅助起动状态中。

当定序器确定辅助系统已起动并且准备22起动主轴的旋转时，定序器转变到拖动(CNK)状态24。该状态通常从辅助系统状态进入并且在所有必要的辅助系统已完成其起动程序之后进入。然而，在一些涡轮机上，当在点火暖机状态中存在点燃燃料的故障时，定序器允许在点火时的一次或多次尝试。每次尝试之前是从点火暖机状态转变回到拖动状态以吹扫涡轮机。

当定序器转变到拖动状态时，起动器系统应检测到该状态的存在且开始起动涡轮机。在拖动状态期间，涡轮机被起动器系统加速并旋转限定时期，以使空气穿过涡轮机且由此从涡轮机吹走可能爆炸的气体。拖动状态还可使涡轮机达到正确的速度条件以引入燃料和点火。

起动器系统可转动涡轮机的主轴。起动器系统可通过起动马达、辅助动力单元或其它外部驱动源来转动轴。若存在，其它主轴通常在足够的空气流过涡轮机时起动。

在拖动状态期间，一些辅助系统可遵循它们相应的控制器和定序器而操作。例如，燃料系统可执行某些与燃料阀门有关的动作，并且，如果涡轮机燃烧气体燃料，则检查气体燃料截止泄放系统的完整性。

在正常起动下，一旦吹扫结束且燃料阀准备好燃料和点火，涡轮便准备转变到点火暖机状态。定序器可基于在涡轮机达到某一速度之后经过预定时期而确定吹扫结束。定序器可从燃料系统读取数据以确定何时准备好点火。然而，如果出现跳闸条件或者如果操作者按下停止按钮，则定序器转变到惰走状态。

定序器监测来自燃气涡轮机的信号以检测跳闸事件以及是否应发生到另一状态的转变。例如，指示起动器系统和燃料控制系统已结束它们的起动程序的信号可导致定序器从AUX阶段转变。备选地，在检测到诸如轴速度大于零的条件时，定序器宣布跳闸事件并使燃气涡轮机转变到惰走状态16。

在检测到燃料控制器和起动器系统已结束它们的起动程序后，定序器转变26到点火暖机(IWP)状态28。在点火暖机状态期间，燃料控制器点燃流入燃烧器中的燃料，并且起动器系统可继续加速主轴的旋转。定序器生成控制信号，该信号向燃料控制器和起动器系统提供转变到IWP状态的通知。定序器可接收指示在燃气涡轮机的燃烧器中是否已发生点火的信号，或者基于有关涡轮机而不是火焰检测传感器的信息执行关于点火是否已发生的计算。基于点火信号或在某个时期中点火信号的缺乏，定序器可确定点火失败以及到惰走状态16或到拖动状态24的转变。可在通用定序器的配置期间选择点火失败时对合适转变目标的选择。

在IWP状态期间，定序器可开启燃烧区段中的点火器中的一个或多个。通常，定序器不直接驱动辅助系统，而是简单地确定涡轮机的状态。用于辅助系统中的每一个的控制器或定序器监测通用定序器以了解当前操作状态。

在成功点火后，涡轮机被维持在用于暖机的低燃料流。在点火后，定序器可将涡轮机维持在IWP状态预定时期，该时期足以允许涡轮机暖机。

IWP状态仅可从拖动状态进入。如果定序器确定IWP不成功，则它可在尝试另一IWP状态之前返回到拖动状态。

如果点火成功且在点火之后暖机定时器期满，则定序器将涡轮机从IWP状态转变到加速状态。

然而，如果在IWP状态期间出现任何跳闸或操作者停止，则定序器转变到惰走状态。在一些涡轮机中，在规定时段内燃料点火失败是跳闸事件或停止命令，并且导致到惰走状态的转变。在其它涡轮机中，点火失败条件导致定序器在转变到另一IWP状态之前转变到拖动状态。

如果IWP状态成功结束，则定序器转变到第一加速(AC1)状态32。在AC1状态期间，定序器监测燃气涡轮机，例如监测传感器信号，以确定燃气涡轮机是否已加速至所选轴速度。

AC1和AC2状态的跳闸条件在定序器配置期间设置并且可与过量的速度有关。如果发生跳闸条件，则定序器从AC1/AC2状态转变到惰走状态16。如果操作者按下停止按钮，则定序器使涡轮机从AC1/AC2状态转变到停机-卸载状态(SUD) 38。

在定序器的配置期间，对于到空转条件的转变是否为到AC1、AC2和无负载40状态之一的转变做出选择。

在AC1状态32期间，涡轮机以某种方式朝其无负载速度加速。AC1状态类似于涡轮机的空转状态。一些涡轮机具有一个或多个高速轴空转速度，在该速度下加速停止以允许涡轮机暖机，同时涡轮机承受非常低的负载。在没有空转速度的单元上，AC1状态为直通状态，使得定序器将涡轮机从IWP状态直接转变到AC2状态。

在正常涡轮机起动过程期间，定序器可将涡轮机从IWP状态转变到AC1。定序器也可从停机卸载状态转变到AC1状态。从停机卸载状态38到AC1状态的转变可用来重启处于或高于最小负载且具有高速轴空转用的一个速度的涡轮机。从停机卸载状态到AC1的转变还可用于使用逐步减速到空转方案的涡轮机。

在正常起动期间且一旦定序器确定空转已在AC1状态下结束，定序器便将涡轮机转变到第二加速状态(AC2)。AC2状态可用于没有空转速度的涡轮机、具有第二高速轴空转速度的涡轮机以及具有带有全速和低速轴空转条件的多个轴的涡轮机。某些辅助系统可在AC2/AC1状态下操作，例如以使起动器与轴分离，以调整压缩机泄放阀、入口导向叶片和调整可变定子叶片。

在正常起动下，AC2状态从AC1状态进入且在涡轮机达到足够的速度之后进入。在带有第二高速轴空转速度的多轴单元中，AC2状态可在机器操作者按下起动按钮时从停机卸载状态进入或者从涡轮机进行逐步减速到空转转变时进入。

第二加速状态(AC2) 36在许多方面类似于AC1状态，因为两种状态均涉及将燃气涡轮机的主轴加速至所选旋转速度。与AC1一样，AC2的跳闸条件在配置期间设置。定序器确定AC2状态何时结束，例如燃气涡轮机何时加速至全速条件。全速条件的定义可在定序器配置期间作为设置而确定。

一旦涡轮机在正常起动过程期间达到足够的速度，定序器便从AC2状态转变到无负载状态(NLD)。到NLD状态的转变可视为涡轮机操作的起动阶段的结束。如果操作者按下停止按钮，则定序器将使涡轮机从AC2状态转变到停机卸载状态。

无负载(NLD)状态40可以是涡轮机的全速无负载状态。涡轮机在无负载或几乎零负载下运行。

对于驱动发电机的涡轮机，零负载条件可通过使发电机断路器保持打开而实现。对于驱动机械装置的涡轮机，无负载条件可定义为涡轮机在规定速度范围内运行。

当正常起动阶段结束且定序器确定状态应从AC2状态转变到NLD状态时，涡轮机进入NLD状态，这通常在涡轮机达到预定速度时发生。定序器将涡轮机维持在NLD状态，例如直到定序器确定无负载暖机时间已经期满。

如果在驱动发电机的涡轮机中发电机断路器打开，或者如果对于驱动机械单元的涡轮机而言负载的速度降至阈值速度以下，则定序器可将涡轮机从带负载状态44转变到NLD状态40。如果在断路器打开(对于驱动发电机的涡轮机)的同时操作者按下起动按钮或者负载速度处于无负载范围(对于驱动机械装置的涡轮机)，定序器也可将涡轮机从停机卸载状态转变到NLD状态。

在仍然具有逐步减速到空转功能的无空转速度的涡轮机中，逐步减速到空转操作将导致定序器使涡轮机从停机卸载状态转变到NLD状态。此外，如果超速测试状态在测试结束之前关闭或中止，则定序器将使涡轮机从超速测试状态转变到NLD状态。

定序器可将涡轮机从NLD状态转变到各种其它状态，取决于涡轮机的条件。如果定序器例如通过发电机断路器的闭合而确定负载已施加到涡轮机，或者如果驱动机械单元的涡轮机加速超出某个速度，则定序器将涡轮机转变到带负载状态。当涡轮机经受负载的变化时，定序器可使涡轮机在NLD和带负载状态之间反复转变。

如果操作者按下停止按钮，则定序器将使涡轮机从NLD状态转变到停机卸载状态。如果涡轮机具有主动逐步减速到空转的功能，并且该状态不是用于逐步减速到空转的目标状态，则该状态将在转变到AC1或AC2状态的途中转变到停机卸载状态。

如果在涡轮机处于NLD状态40的同时出现跳闸条件，则定序器将涡轮机转变到惰走拖动状态。NLD的跳闸条件在定序器的配置期间确定，并且可包括维持稳定速度的失败。

如果在涡轮机处于NLD状态的同时操作者请求超速测试，则定序器将涡轮机从NLD状态转变到超速测试(OST)状态42，前提是定序器确定预定许可条件的存在。

定序器将涡轮机仅从NLD状态且响应于操作者的请求而转变到OST状态。在转变到OST状态之前，定序器可确认诸如许可的某些条件存在。

OST状态通常为NLD状态的特殊情况，并且用于涡轮机轴超速测试。在OST状态期间，在传感器监测涡轮机的同时，涡轮机轴中的一个可被加速至某一快速度。超速测试在涡轮机卸载的同时执行，例如通过打开的发电机断路器或与涡轮机分开的机械单元。在定序器将涡轮机维持在OST状态的同时，定序器自身不执行超速测试。

成功的超速测试导致跳闸条件。当出现跳闸条件时，定序器将涡轮机转变到惰走拖动状态。如果在跳闸条件出现之前中止超速测试，则定序器可将涡轮机从OST转变到NLD状态。OST测试可通过操作者干预、测试许可丢失、对停止或主动逐步减速到空转的请求而中止。

定序器在NLD状态40结束后转变到LDD状态44。通过闭合发电机断路器或通过将涡轮机速度升高至用于带负载操作的速度范围而从NLD状态进入LDD状态。LDD状态通常是指驱动发电机的燃气涡轮机将在与NLD状态相同或接近的速度下操作。在LDD状态期间，联接到发电机的涡轮机在其发电机断路器闭合的情况下运行。相比之下，驱动机械单元的发电机在NLD状态期间在无负载速度范围内运行，并且被加速至更快的速度范围以用于LDD状态。负载控制系统和在带负载操作期间操作的其它辅助系统可从定序器读出涡轮机处于LDD状态。

如果操作者在涡轮机正停机的同时按下重启按钮，并且如果发电机断路器闭合或涡轮机速度处于速度范围内，则定序器可将涡轮机从停机卸载状态转变到LDD状态。

如果涡轮机例如通过断路器打开或速度降低至该速度范围以下而变为无负载，则定序器将涡轮机转变到NLD状态。如果停止按钮被按下，则定序器将使涡轮机从LDD状态转变到停机卸载状态以缓降负载并使涡轮机停机。类似地，如果引发逐步减速到空转功能，则定序器将涡轮机从LDD状态转变到停机卸载状态且然后到适当的状态，例如AC1、AC2或NLD，以用于逐步减速到空转功能。此外，跳闸条件将导致定序器使涡轮机从LDD状态转变到惰走状态。

当接收到停机/停止信号时，定序器将燃气涡轮机转变46到 SUD状态38。SUD状态是停机过程中的初始状态。在SUD状态期间，当涡轮机上的负载时，定序器可监测燃气涡轮机。在SUD状态期间，涡轮机在其速度缓降时在负载下或无负载运行，并且允许受控冷却以减小对涡轮机的热冲击。当在AC1、AC1、NLD、OST和LDD状态期间出现逐步减速到空转条件时，SUD状态是直通(pass-through)状态。

在正常停机期间和在紧接着规定的空转或等待时间48的涡轮机卸载之后，定序器将涡轮机从SUD状态转变到热停机(FSD)状态50。如果在SUD状态期间发生跳闸事件，则定序器将涡轮机转变到惰走状态16。如果操作者请求重启，则定序器将涡轮机转变到AC1、AC2、NLD或LDD状态，取决于发出请求时的速度和涡轮机配置(这影响定序器的配置)。逐步减速到空转条件将导致到AC1、AC2或NLD状态的转变，取决于涡轮机配置和对定序器做出的配置设置。

在FSD状态50期间，当燃气涡轮机的速度减慢时，燃气涡轮机继续在燃烧室中发生燃烧的情况下操作。在FSD状态期间，涡轮机不带负载，并且到涡轮机的燃料缓慢减少以使涡轮机减速并减小对涡轮机的热冲击。FSD状态仅从SUD状态且在涡轮机的卸载结束和停机空转时间期满后进入。

一旦燃烧器中火焰消失、热停机定时器超时或者达到燃料缓降最小值，FSD状态便结束。在FSD状态结束时，定序器转变到惰走(CSN)状态16。FSD状态中的跳闸事件导致定序器立即使涡轮机转变到CSN状态。

在一些涡轮机中，定序器可跳过FSD状态并使涡轮机直接转变到惰走状态16。当使涡轮机停机时，到惰走状态的转变是涡轮机将减速至停止状态且在转变通过停止状态之前不能重启的点。在处于SUD状态38时，涡轮机可重启回到LDD状态而不停止涡轮机。一旦做出从SUD状态到FSD状态的转变，涡轮机便必须依次经过FSD和SUD状态并到达关闭状态12。FSD状态仅从SUD状态进入且在卸载和停机空转已结束时进入。

在惰走(CSN)状态16期间，当燃气涡轮机减速至停止时，定序器监测燃气涡轮机。在CSN状态期间，燃料不流至涡轮机，并且涡轮机从全速操作或从中止起动惰走。所有涡轮机跳闸事件均导致定序器使涡轮机转变到CSN状态，除非涡轮机已处于停止状态。

在FSD状态50结束时，通过在需要热停机时缓慢减少燃料或者通过在不需要热停机时迅速通过FSD状态，定序器使涡轮机转变到CSN状态，而不论FSD状态是否结束。如果操作者在起动早期部分期间(例如在AUX、CNK和IWP状态期间)按下停止按钮，定序器也可将涡轮机转变到CSN状态。

当涡轮机达到标称零速度时，定序器将涡轮机从CSN状态转变到完全停止的STP状态12。对于一些涡轮机，定序器可被配置成允许飞行重启，其中在涡轮机达到标称零速度之前涡轮机从CSN状态直接转变到AUX状态，前提是存在某些条件(许可)。

在停止时，定序器将燃气涡轮机转变56到停止状态12。为了转变到停止状态，定序器可生成完成燃气涡轮机的停机的控制信号，例如使辅助系统停机的信号。在定序器的配置期间，控制信号可选择成被生成以完成停机。

定序器可将燃气涡轮机转变到惰走拖动(CCK)状态54作为在本来将为CSN状态的状态期间出现的临时状态。在CCK状态期间，起动器系统驱动燃气涡轮机的速度以使冷却空气移动通过涡轮机。

在CCK状态期间，起动器被接合而拖动涡轮机。CCK状态(也称为冷却拖动)允许涡轮机在其冷却的同时转动，且由此减小涡轮机由于在停止时发热而翘曲的风险。CCK状态只能从CSN状态进入。如果使用CCK状态，则当定序器确定满足某些条件(许可)时，定序器自动地将涡轮机从CSN状态转变到CCK状态。许可可以包括轴速度慢于阈值速度以及涡轮机燃烧至足够高的温度以确保拖动。当定序器确定惰走拖动定时器已期满时，或者如果存在跳闸，则定序器将涡轮机从CCK状态转变到CSN状态。

图2是示出具有计算机控制器62的燃气涡轮机60的示意图。控制器可包括处理器、非暂态电子存储器以及输入和输出系统(如端口)以与燃气涡轮机的各种构件通信。

除控制器之外，燃气涡轮机包括压缩机64、涡轮机66和(多个)主驱动轴68。燃烧区段70接收来自压缩机的加压空气，将燃料与空气混合，并且引导燃烧气体以驱动涡轮机，涡轮机继而驱动压缩机和负载72，例如发电机、泵或压缩机。诸如燃料泵和油泵、起动器和电子传感器以及伺服马达的辅助系统帮助操作和控制燃气涡轮机。这些辅助系统在图2中由起动器74表示。除了控制器中的软件系统之外，燃气涡轮机60可以是常规的工业燃气涡轮机。

用于控制和操作燃气涡轮机的软件系统可存储在控制器的存储器中并由处理器执行。软件系统包括定序器76、燃料控制器78和其它辅助系统(例如起动器)用的控制器80。

在燃气涡轮机上实施的定序器软件76基于工业燃气涡轮机用的标准化通用定序器。为了配置具体燃气涡轮机用的通用定序器，关于诸如AC1、FSD和CCK的可选状态以及在某些状态之间的可选转变做出选择。还对用于操作状态之间的转变的条件及其值以及触发跳闸转变的条件做出选择。

用于设置定序器的可用设置是标准化的。状态之间的转变是有限的，并且可使用由用于在配置期间配置定序器的软件开发工具82生成的菜单来选择。类似地，由定序器生成的菜单可用来选择或禁用可选状态，以及建立燃气涡轮机的条件，这些条件被感测以确定燃气涡轮机是否在特定操作状态下操作。

软件开发工具82可包括用户界面软件模块，其在具有显示器和键盘的计算机终端上生成文本和图形。文本和图形为用户提供结构化格式以做出状态、转变条件和其它配置设置的选择，以使通用定序器适合具体燃气涡轮机。结构化格式可以是下拉式菜单，每个菜单与可针对每种状态选择的选项相关联或者与涡轮机的特性有关。

用户界面使操作者能够查看对状态和转变的可用选择，做出关于状态和转变的选择，以及配置定序器所允许的状态和转变。定序器的配置可以在控制器62外部的计算机系统(例如用户界面82的计算机终端)上执行，且然后存储在控制器62中。备选地，通用定序器可存储在控制器中并在以后使用用户界面82来配置。

通用定序器减少了在不同涡轮机控制项目期间生成的各种控制软件的变化。通用定序器赋予构成许多定序器的软件标准化，并且可能需要用于诸如燃料控制器、起动器控制器和其它辅助装置的辅助系统的控制器的软件系统的标准化。

通用定序器通过减少对定制软件编码的需求而在为新涡轮机开发定序器时帮助产品和项目的设计师。定制软件编码的编写可限制到选择而不必导致重写构成定序器用的控制软件结构的软件代码。

通用定序器减小了与开发新涡轮机用的定序器相关联的成本和风险。由于通用定序器的标准化软件被充分测试和编制文件，因而不需要为针对新涡轮机开发的定序器的配置重复软件的测试和文件编制。由于对通用定序器的更改被限制到选择某些设置的预定选项，因而在配置通用定序器时做出的更改不引入新风险，由此减少了验证所配置的定序器所需的测试量。此外，对通用定序器的文件编制不需要为定序器的每种配置改变太多，并且因此在为涡轮机配置定序器时避免了大量的文件编写。

通用定序器应通过使定序器的操作和定序器与操作者之间的交互标准化而减少对燃气涡轮机操作者的培训。通用定序器通过提供用于所有定序器的标准软件模型而在燃气涡轮机现场帮助调试人员，并且减小调试人员浏览大量定制软件代码的需求，因为即使在定序器被配置成用于显著不同的涡轮机时软件结构和定序器细节也不改变。

使涡轮机定序器用的软件标准化帮助了操作不同涡轮机型号的燃气涡轮机客户。标准化的定序软件将对于操作者具有普通的外观和感觉特性。这些操作者将会发现在不同型号的燃气涡轮机之间转变较为容易，因为全部由具有相同软件结构的定序器控制。涡轮机定序器的标准化应通过减小在不同型号的燃气涡轮机之间的用户界面差异而减小人为错误的风险。

虽然已结合目前认为最可行和优选的实施例而描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是，它意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种开发用于涡轮机的基于软件的定序器的方法，包括：

从用于通用定序器软件模块的预定设置接收选择选项，其中，所述通用定序器软件模块具有用于通过限定的操作状态给多个涡轮机的任何一个定序的标准化软件，所述标准化软件具有对于所述通用定序器软件模块的所有实施通用的软件代码，其中所述选择选项与所述涡轮机的特性和所述涡轮机的条件有关，所述条件将触发所述定序器以使所述涡轮机从所述限定的操作状态中的一个转变到下一限定的操作状态；

用所述选择选项配置所述通用定序器软件模块；以及

将配置的通用定序器软件存储在非暂态存储器中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定序器包括所述状态的预定序列。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择选项还包括将触发所述定序器以使所述涡轮机跳闸并使所述涡轮机朝停机状态转变的设置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定序器为状态机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择选项使用计算机终端上的图形用户界面来接收。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择选项还包括用以触发所述状态之间的转变中的至少一个的所述涡轮机的条件。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定序器用于燃气涡轮机，并且所述状态包括：停止、起动辅助系统、拖动所述燃气涡轮机、起动点火和暖机、加速、无负载和全速操作、带负载操作、卸载和停机以及惰走。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配置的通用定序器软件模块包括未被改变的所述标准化软件。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将针对每个跳闸事件的转变预定为到惰走状态的转变。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述状态中的每一个具有对应的跳闸事件，除了所述惰走状态和在所述惰走状态之前的序列中的状态之外。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态中的至少一个可通过所述选择选项而禁用。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择选项包括用以配置所述定序器的选项。

13.一种开发存储在涡轮机的计算机控制器的非暂态存储器中的基于软件的定序器的方法，所述方法包括：

选择具有标准化软件的通用定序器软件模块，用于通过限定的操作状态给多个涡轮机的任何一个定序，所述标准化软件具有对于所述通用定序器软件模块的所有实施通用的软件代码；

从用于定序器软件模块的预定设置选择选项，其中选择选项与所述涡轮机的特性和所述涡轮机的条件有关，所述条件将触发所述定序器以使所述涡轮机从所述限定的操作状态中的一个转变到下一限定的操作状态；以及

通过处理器使用所述通用定序器软件，所述通用定序器软件存储在非暂态存储器中，并且对于设置配置有所述选择选项，以便使所述涡轮机在限定的操作状态之间转变；

为第二涡轮机配置所述通用定序器软件模块；

为所述定序器软件模块的预定设置选择选项以限定所述第二涡轮机的操作事件，所述操作事件将触发所述定序器以使所述第二涡轮机从所述限定的操作状态中的一个转变到下一限定的操作状态，其中，所述设置的所述选择选项限定指示转变应在所述状态之间发生的条件；以及

使用配置有所述选择选项的所述通用定序器软件以导致所述第二涡轮机在所述限定的操作状态之间转变。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二涡轮机是与所述涡轮机不同的涡轮机型号。

15.一种用于涡轮机的定序器，包括：

存储在所述涡轮机的计算机控制器的非暂态存储器中的用于通过限定的操作状态给多个涡轮机的任何一个定序的软件模块，以及

用于所述软件模块的设置，其限定触发所述定序器以使所述涡轮机在状态间转变的事件，其中所述设置基于可选选项，

其中，所述软件模块配置成引导所述涡轮机通过基于所述设置的限定的状态序列，

其中，所述软件模块被标准化以适用于广泛的涡轮机，所述软件模块具有对于所述软件模块的所有实施通用的软件代码。

16.根据权利要求15所述的定序器，其特征在于，所述定序器用于燃气涡轮机，并且所述操作状态包括：停止、起动辅助系统、拖动所述燃气涡轮机、起动点火和暖机、加速、无负载和全速操作、带负载操作、卸载和停机以及惰走。

17.根据权利要求15所述的定序器，其特征在于，所述定序器为状态机。

18.根据权利要求15所述的定序器，其特征在于，所述可选选项使用计算机终端上的图形用户界面来选择。

19.根据权利要求15所述的定序器，其特征在于，所述可选选项包括触发所述状态之间的转变的所述涡轮机的条件。

20.根据权利要求15所述的定序器，其特征在于，所述可选选项包括触发使所述涡轮机停机的跳闸条件的所述涡轮机的条件。