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FACHGEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung der Verbrennungsdynamik, insbesondere auf Systeme und Verfahren für die Anwendung eines Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus bei einer Mehrbrennkammerrohrbrennkammer.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Konstruktion und Betrieb eines Verbrennungssystems in einer drehenden Maschine wie beispielsweise einer Gasturbine können komplex sein. Zum Betreiben derartiger Antriebe können konventionelle Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmen einen oder mehrere mit verschiedenen Gasturbinenkomponenten verbundene Sensoren benutzen, um die Leistungs- und Betriebsdaten der Gasturbine zu erhalten. Eine GE-10 Einbrennkammerrohrbrennkammer von General Electric kann beispielsweise die Ausgaben mehrerer Verbrennungsdynamiksensoren benutzen, um die Brennkammer unter Verwendung eines konventionellen Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus einzustellen. Ein weiteres Beispiel ist eine Brennkammerrohrbrennkammer des ringförmigen Typs, die mehrere Brennkammerrohre in einer ringförmigen Anordnung umfassen kann und die Eingaben mehrerer Verbrennungsdynamiksensoren - einer pro Brennkammerrohr - nutzen kann, um die Brennkammer unter Verwendung eines anderen konventionellen Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus einzustellen. Um Abweichungen zwischen den einzelnen Brennkammerrohren Rechnung zu tragen, kann ein Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus der letzteren Art prüfen, ob die Messergebnisse eines jeden Sensors in einem vorgegebenen Messbereich liegen. Dann können die Sensoren auf einen mittleren Leistungswert eingestellt werden oder es können alternativ die Ausgaben aller Sensoren gemittelt werden, um ein Dynamiksignal zu ermitteln, auf das zu reagieren ist.
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In einigen Fällen können ein oder mehrere mit einer Brennkammer - wie zum Beispiel einer Einbrennkammerrohrbrennkammer oder einer Brennkammerrohringbrennkammer - verbundene Sensoren mangelhafte oder fehlerhafte Daten oder Messergebnisse ausgeben. Beispielsweise kann ein Sensor während des Brennkammerbetriebs versagen und keine Daten mehr liefern bzw. fehlerhafte oder mangelhafte Daten liefern. Liefern mehr als ein Sensor mangelhafte oder fehlerhafte Daten oder Messwerte, können derartige Daten oder Messwerte bei Eingabe in den konventionellen Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus eine reduzierte Effizienz der Brennkammer zur Folge haben. In anderen Fällen können eine mangelhafte Abstimmung oder reduzierte Effizienz übermäßige Schwingungen in der Brennkammer oder eine Beschädigung der Brennkammer zur Folge haben.
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US 2006 / 0 248 893 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebszustands, in dem ein Versagen oder Ausgehen der Verbrennung aufgrund zu magerer Mischung droht. Das Verfahren kann das Bestimmen von akustischen Frequenzdaten von Brennkammerrohren aufweisen. Basierend auf den akustischen Frequenzdaten wird eine Verbrennungsflammentemperatur und basierend darauf ein bestehendes Brennstoff/Luft-Verhältnis in der Brennkammer bestimmt.
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Es existiert daher ein Bedarf an Systemen und Verfahren für die Anwendung eines Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus bei einer Mehrbrennkammerrohrbrennkammer.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Einige oder alle der oben beschriebenen Bedürfnisse können durch Ausführungsformen der Erfindung erfüllt werden. Die Ausführungsformen der Erfindung sind allgemein auf Systeme und Verfahren für die Anwendung eines Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus bei einer Mehrbrennkammerrohrbrennkammer gerichtet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Gasturbine mit mehreren Brennkammerrohren geschaffen. Das Verfahren umfasst das Sammeln von Betriebsfrequenzdaten, die den mehreren Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordnet sind. Außerdem umfasst das Verfahren die Ermittlung, während des Anfahrens der Gasturbine, ob die Betriebsfrequenzdaten jedes bestimmten Brennkammerrohres wenigstens eine Anfahrschwelle über eine vorbestimmte Zeitspanne übersteigen, und Ausführung zumindest eines Anfahrgasturbinensteuervorgangs, um den Betrieb des bestimmten Brennkammerrohres zu ändern, wenn die wenigstens eine Anfahrschwelle überschritten wird. Zusätzlich umfasst das Verfahren die Ermittlung, während eines stationären Betriebs der Gasturbine, der Abweichung zwischen den Betriebsfrequenzdaten von mindestens zwei Brennkammerrohren, zumindest zum Teil auf der Grundlage der Betriebsfrequenzdaten. Das Verfahren umfasst weiter die Ermittlung eines Medianwerts, der zumindest teilweise auf der Abweichung beruht. Darüber hinaus umfasst das Verfahren die Ermittlung, ob der Medianwert oder die Betriebsfrequenzdaten für ein bestimmtes Brennkammerrohr mindestens eine Betriebsschwelle für den stationären Betrieb über eine weitere Zeitspanne überschreitet/überschreiten. Das Verfahren umfasst auch die Durchführung zumindest eines Gasturbinensteuervorgangs für den stationären Betrieb, um den Betrieb von entweder der Gasturbine oder des bestimmten Brennkammerrohres zu ändern, wenn die mindestens eine Betriebsschwelle für den stationären Betrieb über die weitere Zeitspanne überschritten wird, wobei die oben genannten Schritte von wenigstens einem Computer-Prozessor ausgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein modellbasiertes Steuerungssystem zur Steuerung einer Gasturbine mit mehreren Brennkammerrohren geschaffen. Das Steuerungssystem umfasst eine Vielzahl von Sensoren, die dafür eingerichtet sind, einem jeweiligen Brennkammerrohr zugeordnete Betriebsfrequenzdaten zu sammeln. Das Steuerungssystem umfasst ein Modell, das dafür eingerichtet ist, Daten von der Vielzahl der Sensoren zu erhalten. Das Modell ist dafür eingerichtet, während des Anfahrens der Gasturbine: zu ermitteln, ob die Betriebsfrequenzdaten jedes bestimmten Brennkammerrohres wenigstens eine Anfahrschwelle über eine vorbestimmte Zeitspanne übersteigen, und eine Ausgabe zu bestimmen, welche dazu eingerichtet ist, den Betrieb der entsprechenden Brennkammerrohre zu modifizieren, wenn die wenigstens eine Anfahrschwelle über die vorbestimmte Zeitspanne überschritten wird. Das Modell ist ferner dafür eingerichtet, während des stationären Betriebs der Gasturbine: eine Abweichung zwischen den Betriebsfrequenzdaten von mindestens zwei Brennkammerrohren basierend wenigstens teilweise auf den Betriebsfrequenzdaten zu ermitteln, einen Medianwert, der zumindest teilweise auf der Abweichung basiert, zu ermitteln, zu ermitteln, ob der Medianwert oder die Betriebsfrequenzdaten für ein bestimmtes Brennkammerrohr zumindest eine Betriebsschwelle für den stationären Betrieb über eine weitere vorbestimmte Zeitspanne überschreitet/überschreiten, und eine Ausgabe zu ermitteln, die dafür eingerichtet ist, die entsprechenden Brennkammerrohre der Gasturbine zu ändern, wenn die zumindest eine Betriebsschwelle für den stationären Betrieb über die weitere vorbestimmte Zeitspanne überschritten wird. Außerdem enthält das Steuerungssystem eine Steuervorrichtung, die dafür eingerichtet ist, eine Gasturbinensteueranweisung zu bestimmen, die zumindest teilweise auf der Ausgabe der Gasturbinenmodells beruht, und die ferner dafür eingerichtet ist, eine Steueranweisung auszugeben, um den Gasturbinensteuerungsvorgang auszuführen.
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Aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen sind andere Ausführungsformen und Gesichtspunkte von Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nach der allgemeinen Beschreibung der Erfindung wird nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
- 1 ist ein Schemadiagramm, das die Anordnung einer beispielhaften Gasturbine zeigt, die von einer Ausführungsform dieser Erfindung gesteuert werden könnte.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das Komponenten eines Gasturbinensteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Verbrennungsdynamik-Abstimm-Modell während der Ausführung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
- Die 4 - 5 stellen beispielhafte Flussdiagramme für ein elementares Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren und einr Gasturbine gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar.
- Die 6 - 9 stellen beispielhafte Flussdiagramme für ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren und eine Gasturbine gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar.
- 10 stellt beispielhafte Betriebsfrequenzdaten eines Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahrens und einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, die beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, umfassender beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in vielen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen zur Verfügung gestellt, damit Fachleute aus dieser Offenbarung den Anwendungsbereich dieser Erfindung entnehmen können. Dieselben Bezugszeichen kennzeichnen in allen Zeichnungen dieselben Elemente.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf Blockdiagramme und Schemadarstellungen von Verfahren und Systemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist ersichtlich, dass jeder Block der Diagramme, wie auch Kombinationen von Diagrammblöcken, durch Computerprogrammanweisungen ausgeführt werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auf einen oder mehrere Allzweck- oder Spezialcomputer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsgeräte zur Herstellung von Maschinen aufgespielt werden, sodass die Anweisungen, die auf dem Computer oder sonstigen programmierbaren Datenverarbeitungsgerät ausgeführt werden, Mittel zur Ausführung der in dem Block oder den Blöcken spezifizierten Funktionen erzeugen. Derartige Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, der einen Computer oder ein sonstiges programmierbares Datenverarbeitungsgerät so steuern kann, dass es auf eine bestimmte Weise funktioniert, sodass die in dem computerlesbaren Speicher gespeicherten Anweisungen ein Produkt einschließlich der Anweisungen herstellen, die die in dem Block oder den Blöcken spezifizierten Funktionen implementieren.
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In Ausführungsformen dieser Erfindung kann jedes physische System, jedes Steuersystem, jede Eigenschaft der Gasturbine oder eines Gasturbinensubsystems modelliert werden, darunter unter anderem die Gasturbine selbst, der Gasweg und die Gaswegdynamik, Aktoren, Effektoren oder andere Steuervorrichtungen, die jedes Verhalten der Gasturbine abwandeln oder ändern, Sensoren, Monitore oder Sensorsysteme, das Brennstoffmesssystem, das Brennstoffzufuhrsystem, das Schmiersystem und/oder das Hydrauliksystem. Die Modelle dieser Komponenten und/oder Systeme können physikbasierte Modelle (einschließlich ihrer linearen Annäherungen) sein. Zusätzlich oder alternativ können die Modelle auf linearer und/oder nichtlinearer Systemidentifikation, neuralen Netzwerken und/oder deren Kombinationen basieren.
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Gasturbinen sind luftatmende Maschinen, die auf der Grundlage des thermodynamischen Joule-Prozesses (Brayton-Kreisprozess) Arbeit erzeugen. Einige nichteinschränkende Beispiele für Gasturbinen sind unter anderem: Flugzeugtriebwerke, Energiesysteme, Antriebsmaschinen für Schiffsanwendungen, als Pumpen eingesetzte Turbinen, in GuD-Kraftwerken eingesetzte Turbinen und Gasturbinen für andere industrielle Anwendungen. Bei Gasturbinen wird thermische Energie aus der Verbrennung von Brennstoff mit Luft, der Verbrennung von Brennstoff mit einem Oxydator, chemischen Reaktionen und/oder Wärmetausch mit einer thermischen Quelle gewonnen. Die thermische Energie wird dann in nutzbare Arbeit umgewandelt. Diese Arbeit kann eine Ausgangsleistung in der Form von Schub, Wellenleistung oder Elektrizität sein. Die Leistung oder der Betrieb dieser Gasturbinen wird durch die Verwendung von Aktoren gesteuert. Zu den nichteinschränkenden Beispielen für Aktoren in Gasturbinen gehören Brennstoffmessventile, Einlassleitschaufeln, variable Leitschaufeln, variable Geometrie, Anzapfventile, Startventile, Spaltregelungsventile (clearance control valves), Einlassabzapfwärme (inlet bleed heat), variable Schubdüsen und Ähnliches. Zu den nichteinschränkenden Beispielen für erfasste Gasturbinenwerte gehören Temperaturen, Drücke, Rotordrehzahlen, Aktorpositionen und/oder Ströme.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren zur Verfügung stellen. Bei einer Ausführungsform kann ein Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren während eines transienten Betriebs einer Gasturbine ein elementares Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren nutzen, und während des Betriebs im stationären Zustand ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren nutzen. Beim Anfahren der Gasturbine kann das elementare Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren genutzt werden, um die den Zustand der Gasturbine zu überwachen und zu diagnostizieren. Wenn das Verhalten der Gasturbine während des Anfahrens bestimmten vorgegebenen Kriterien entsprochen hat, kann das aktive Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren initiiert werden, um aktive bestimmten Betriebsfrequenzen aktiv entgegenzuwirken und die Überwachung und Diagnose des Zustands der Gasturbine fortsetzen.
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Ein beispielhaftes Schaubild einer beispielhaften Gasturbine 100 für die Anwendung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird in 1 gezeigt. Die gezeigte Beispielturbine 100 hat ein Brennkammerrohrringbrennkammersystem wie beispielsweise die „GE-Energy-Heavy-Duty“-Gasturbinenserie. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Gasturbine 100 eine von General Electric Power Systems Oil & Gas hergestellte GE Model MS5002E-Gasturbine sein. Mehrere Brennkammerrohre 102, 104, 106, 108, 110, 112, auch als Nummer 1-14 bezeichnet, können in einer ringförmigen Konfiguration ausgerichtet sein. Jedes Brennkammerrohr 102-112 kann zumindest einen Sensor umfassen, wie beispielsweise einen Staudruckwandler, der in der Lage ist, eine Betriebsfrequenz des Brennkammerrohrs oder der Gasturbinenkomponente zu messen oder auf andere Weise zu erfassen. Bei anderen Ausführungsformen von Gasturbinen kann eine unterschiedliche Anzahl von Brennkammerrohren und den mit ihnen verbundenen Sensoren verwendet werden. Ein Beispiel für einen geeigneten Sensor ist eine Staudrucksonde vom Typ des Vibrometers CP233. Signale jeden Sensors können unter Verwendung der Spektralanalyse oder ähnlicher Verfahren zur Isolierung einer interessierenden Frequenz verarbeitet werden.
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Bei einer Ausführungsform können Betriebsfrequenzdaten von jedem Brennkammerrohr 102-112, wie beispielsweise Messungen des Staudrucks, unter Anwendung einer Fast-Fourier-Transformation zur Ermittlung des Frequenzgehalts und der Frequenzamplituden, wie beispielsweise Betriebsamplituden, verarbeitet werden. Durch die Verwendung dieser Daten kann eine Frequenzverteilung wie beispielsweise ein Histogramm erzeugt werden. Zumindest teilweise auf der Grundlage des Histogramms kann für ein bestimmtes Brennkammerrohr oder eine bestimmte Gasturbinenkomponente eine repräsentative Betriebsfrequenz ausgewählt werden. Wie in 3 dargestellt, können Betriebsfrequenzdaten oder ausgewählte repräsentative Betriebsfrequenzen für jedes Brennkammerrohr 102 - 112 als Eingabe für ein beispielhaftes Verbrennungsdynamik-Abstimmmodell und einen Abstimmalgorithmus benutzt werden. Es ist ersichtlich, dass „Betriebsfrequenzinformationen“ und „Betriebsfrequenzdaten“ denselben Inhalt beschreiben können, und das beide Begriffe unter anderem Folgendes umfassen können: Betriebsdaten, Betriebsdrücke, Staudrücke und Betriebsamplitudendaten.
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Bei einer Ausführungsform können Betriebsfrequenzdaten in der Zeitdomäne auf den Effektivwert (RMS) skalierte Spitzenwertdaten umfassen. Auf den Effektivwert (RMS) skalierte Spitzenwertdaten können zum Beispiel durch Anwendung der Gleichung 1,41*RMS ermittelt werden.
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Fachleute werden erkennen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen auf eine Vielzahl verschiedener Systeme angewendet werden können und nicht auf Gasturbinen oder andere Vorrichtungen beschränkt sind, die den in 1 beschriebenen gleichen.
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2 stellt eine Steueranordnung dar, bei der ein beispielhaftes Modell gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. Das in 2 gezeigte Steuerungssystem 200 ist dafür eingerichtet, die physische Triebwerksanlage oder die Gasturbine 210 zu überwachen und zu steuern, um unter einer Vielzahl von Bedingungen eine im Wesentlichen optimale Leitung zu erreichen. Die Anlage oder Gasturbine 210 kann Sensoren umfassen, die Werte Y bestimmter Parameter erfassen oder messen. Diese Parameter können unter anderem folgende umfassen: Bläserdrehzahl, Betriebsfrequenzen, Staudrücke, Betriebsdrücke, Betriebsdruckverhältnisse und Temperaturen. Die Anlage oder die Gasturbine 210 kann auch einen oder mehrere Aktoren umfassen, die durch eine oder mehrere Steuereingaben U gesteuert werden. Die Anlage oder die Gasturbine 210 kann zum Beispiel der in 1 dargestellten Gasturbine 100 gleichen.
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Die Werte Y der erfassten oder gemessenen Parameter werden an den Zustandsschätzer 220 geliefert. Die in den Zustandsschätzer 220 eingegebenen Werte, wie beispielsweise Sensoreingaben, Betriebsfrequenzen oder Staudrücke können dafür verwendet werden, einen oder mehrere Werte in dem Zustandsschätzer 220 zu initialisieren. Der Zustandsschätzer 220 kann ein Modell 230 der Anlage oder der Gasturbine 210 umfassen. Das Modell 230 kann von dem Zustandsschätzer 220 dafür verwendet werden, einen oder mehrere Zustandsparameter zu erzeugen, darunter Schätzungen von Leistungsparametern. Ein Beispiel eines geeigneten Modells wird als 300 in 3 detaillierter beschrieben.
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Die vom Zustandsschätzer 220 und dem zugehörigen Modell 230 erzeugten Zustandsparameter können an ein modellbasiertes Steuer- und Vorhersagemodul oder Steuermodul 240 übermittelt werden. Bei einer Ausführungsform kann das Steuermodul eine Steuervorrichtung mit einer zugehörigen Ausgabevorrichtung oder einer zugehörigen Anzeige wie beispielsweise einer grafischen Benutzeroberfläche sein. Das Modul 240 kann die Zustandsparameter dafür nutzen, eine Optimierung durchzuführen, um Anweisungen für einen oder mehrere Aktoren der Anlage oder der Gasturbine 210 zu ermitteln. Das Steuermodul 240 kann beispielsweise eine Optimierung durchführen, um einen oder mehrere Gasturbinensteuervorgänge und die entsprechenden Steueranweisungen für einen oder mehrere Aktoren der Gasturbine zu ermitteln. Im Hinblick darauf kann das Steuermodul 240 einen Optimierer 250 und ein Modell 260 umfassen. Das zugehörige Modell 260 des Steuermoduls 240 kann mit dem zugehörigen Modell 230 des Zustandsschätzers 220 identisch sein. Für Fachleute ist ersichtlich, dass ein Modell entweder im Zustandsschätzer 220 oder dem Steuermodul 240 oder in beiden ausgeführt werden kann. Die Ausführung von einem oder beiden Modellen 230, 260 ermöglicht eine schnelle Konvergenz der Gasturbinenoptimierung.
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Bei der Anwendung können Ausführungsformen der Erfindung dafür verwendet werden, die Modelle 230, 260 beim Anfahren der Anlage oder der Gasturbine 210 zu initialisieren. Ausführungsformen der Erfindung können ferner dafür verwendet werden, die dynamischen Zustände der Modelle 230, 260 nach einem Ereignis, wie beispielsweise einem Lastabwurf oder einem Sensorversagen, zu re-initialisieren. Andere Ausführungsformen der Erfindung können unter anderen Umständen dazu verwendet werden, dynamische Zustände anderer Maschinentypen oder Vorrichtungen zu initialisieren.
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3 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispielmodell während der anfänglichen Konfiguration und der normalen Ausführung gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt. Dieses Diagramm stellt die Datenverarbeitung durch verschiedene Module dar, die einem Modell 300, wie beispielsweise einem Verbrennungsdynamik-Abstimmungsalgorithmus-Modell zugeordnet sind. Wie dargestellt, kann das Modell 300 einige oder alle der folgenden Module gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfassen: Sensorenzustandsblock 302, Medianblock 304, Transferfunktions(TF)-Ab-stimmblock 306, Speicherblock 308, Mediandynamikblock 310, modellbasierter Steueralgorithmusblock 312, Standardabweichungsblock 314, Mittelwertblock 316 (in 3 lurz „Mittel“), Kovarianzblock 318, Konstantenblock 320, Mediandynamikblock 322, Medianzielwertblock 324 sowie einen Speicherblock (in 3 „Speicher“) 326. Die Modulblöcke 302-326 stellen verschiedene Module des „Runtime“-Typs dar, für die verschiedene Parameter in jedes der Module 302-326 eingegeben werden können, und für die man jeweils entsprechende Ausgaben von den Modulen 302-326 gemäß Ausführungsformen der Erfindung erhalten kann. Für Fachleute ist ersichtlich, dass verschiedene Ein- und Ausgaben als Dateneingaben, Vektoren, Matritzen, Funktionen und andere mathematische Mittel konfiguriert werden können. In jedem Fall kann das gezeigte Beispielmodell 300 Modellvorhersagen ermitteln und Verbrennungsmodell-Vorhersagen auf gemessene Leistungen in einer Echtzeitumgebung einer Gasturbine, wie beispielsweise 100 in 1 oder eine ähnliche Vorrichtung, abstimmen. Das Beispielmodell 300 kann mit der als 100 in 1 gezeigten Gasturbine und dem als 200 in 2 gezeigten Steuerungssystem angewendet werden.
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Der Sensorzustandsblock 302 empfängt eine oder mehrere Eingaben 328 von einer Gasturbine 330, die der in 1 gezeigten Gasturbine 100 ähnelt. Die Eingaben können zum Beispiel Betriebsfrequenzdaten oder Staudruckdaten von einem oder mehreren Sensoren sein, die jeweils Brennkammerrohren zugeordnet sind, die in einer ringförmigen Konfiguration ausgerichtet sind. In der in 3 gezeigten Ausführungsform kann man Eingaben von 6 Sensoren - ein Sensor pro Brennkammerrohr einer Gasturbine mit Brennkammerrohrringbrennkammer - erhalten. Zusätzlich kann der Sensorenzustandsblock 302 durch Vergleichen der Eingaben 328 mit einem zuvor gespeicherten Datensatz ermitteln, ob einige oder alle der Eingaben 328 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen.
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Bei anderen Ausführungsformen kann jede beliebige Anzahl von Eingaben der Gasturbine oder jede beliebige Anzahl von der Gasturbine zugeordneten Brennkammerrohren in den Sensorenzustandsblock 302 eingegeben werden.
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Bei einer Ausführungsform kann in Abhängigkeit davon, ob alle der Eingaben 328 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, ermittelt werden, ob einige oder alle Eingaben 328 genutzt werden sollen. In dem Fall, dass einige oder alle Eingaben 328 nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, können einige oder alle Eingaben 328 zurückgewiesen werden, und es kann in Bezug auf einige oder alle Eingaben 328 auf weitere Maßnahmen verzichtet werden. Alternativ können einige oder alle Eingaben 328 durch zusätzliche Daten ersetzt werden. In dem Fall, dass einige oder alle Eingaben 328 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, können einige oder alle Eingaben 328 von anderen Komponenten des Modells 300 weiter verarbeitet werden.
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In dem Fall, dass einige oder alle Eingaben 328 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, können einige oder alle Eingaben über 332 an den Medianblock 304 übermittelt werden. Der Medianblock 304 kann auf der Grundlage einiger oder aller übermittelter Eingaben 328 einen Medianwert 334 ermitteln. Der Medianwert 334 kann an den Transferfunktions(TF)-Abstimmblock 306 übermittelt werden, um im Speicherblock 308 gespeichert und später aus diesem wieder abgerufen zu werden. Der Medianwert 334 kann außerdem in den Mediandynamik-Transferfunktions(TF)-Block 310 eingegeben werden.
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Der Mediandynamik-Transferfunktions(TF)-Block 310 verwendet den Medianwert 334 mit einer Mediandynamik-Transferfunktion, um eine Eingabe „M^“ 336 für den modellbasierten Steueralgorithmusblock 312 zu ermitteln. Wie die vielen auf den Mediandynamik-Transferfunktions(TF)-Block 310 gerichteten Eingabepfeile zeigen, können zusätzliche Medianwerte für andere Betriebsfrequenzen eingegeben und gleichzeitig verarbeitet werden.
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Bei ausschließlicher Verwendung des der Eingabe „M^“ 336 zugeordneten Medianwerts 334, kann die Steuerung der Gasturbine 330 durch den modellbasierten Steueralgorithmusblock 312 anfällig für Probleme sein, wenn die Abweichungen zwischen Betriebsfrequenzen der einzelnen Brennkammerrohre der Gasturbine 330 relativ groß sind.
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In Bezug auf den Sensorzustandsblock 302 werden einige oder alle Eingaben 328, wie beispielsweise die Betriebsfrequenzdaten, durch 338 in den Standardabweichungsblock 314 eingegeben, wo eine Standardabweichung 340 ermittelt werden kann. Weiter werden einige oder alle Eingaben 328, wie beispielsweise die Betriebsfrequenzdaten, durch 342 in den Mittelwertblock 316 eingegeben, wo ein Mittelwert 344 ermittelt werden kann. Zumindest teilweise auf der Grundlage der Eingabe der Standard-Abweichung 340 und des Mittelwerts 344 in den Kovarianzblock 318 kann der Kovarianzblock 318 die Kovarianz zwischen den Eingaben 328, die den Brennkammerrohren der Gasturbine 330 zugeordnet sind, ermitteln. Der Mittelwert 344 kann zum Beispiel durch die Standardabweichung 340 dividiert werden, um einen Kovarianzwert 346 zu ermitteln, der repräsentativ für den Betrieb der Gasturbine 330 ist.
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Bei einer Ausführungsform kann der Kovarianzwert 346 durch eine gasturbinenabhängige Funktion, wie beispielsweise 348, modifiziert werden. Eine gasturbinenabhängige Funktion kann beispielsweise auf der Grundlage früherer Daten ermittelt werden, die über einen gewissen Zeitraum von einem oder mehreren aus einer Reihe ähnlicher Gasturbinen übernommen wurden. Wir wenden uns nun dem Konstantenblock 320 zu, wo der Kovarianzwert 346 durch die gasturbinenabhängige Funktion 348 multipliziert oder anderweitig angepasst werden kann, um ein „Maximum bis Median“-Dynamikverhältnis 350 zu ermitteln, das repräsentativ für den Betrieb der Gasturbine 330 ist.
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In Abhängigkeit von der früheren Betriebsleistung der Gasturbine 330 kann ein oberer Spezifikationsgrenzwert (USL) 352 vorgegeben werden, der auf der höchsten oder maximalen Betriebsfrequenz oder dem höchsten Staudruck basiert, mit denen die Gasturbine 330 sicher betrieben werden kann, oder es kann ein beliebiger anderer gewünschter Betriebsgrenzwert vorgegeben werden. Wie durch den Mediandynamikblock 322 dargestellt, kann das „Maximum bis Median“-Dynamikverhältnis 350 durch den USL 352 angepasst oder anderweitig modifiziert werden. In diesem Fall kann das „Maximum bis Median“-Dynamikverhältnis 350 durch den USL 352 geteilt werden, um einen Medianzielwert 354 oder Medianwert zu erhalten.
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Der Medianzielwert 354 kann durch den Medianzielwertblock 324 übermittelt und im Speicherblock 326 für einen späteren Abruf gespeichert werden. Schließlich kann der Medianzielwert 354 in den modellbasierten Steueralgorithmusblock 312 eingegeben werden.
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Bei der Verwendung des Medianzielwertes 354 kann die Steuerung der Gasturbine 330 durch den modellbasierten Steueralgorithmusblock 312 verbessert werden, da hierbei Abweichungen zwischen Brennkammerrohren der Gasturbine 330 Rechnung getragen werden kann. Die Gasturbine 330 auf diese Weise zu steuern, kann den Einfluss mangelhafter Sensormesswerte minimieren, indem ein maximaler Verbrennungsdynamikgrenzwert für einige oder alle der Gasturbine 330 zugeordneten Brennkammerrohre beibehalten wird. Bei einer Ausführungsform ist, während der Medianzielwert 354 kontinuierlich berechnet und in den modellbasierten Steueralgorithmusblock 312 eingegeben wird, der Regelkreis 302-310, 314-328, 332-354 fortwährend „geschlossen“, was eine bessere Steuerung der Gasturbine 330 bewirken kann. Bei einer anderen Ausführungsform kann durch das gezeigte Modell 300 eine gleichzeitige oder anderweitige Echtzeitverarbeitung anderer Betriebsfrequenzen durchgeführt und verarbeitet werden.
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Beim Gebrauch können einige oder alle der oben genannten Verfahren und Anweisungen angewendet und nach Bedarf wiederholt werden, um die Verbrennung in mehreren Brennkammerrohren einer Gasturbine, wie beispielsweise einer Gasturbine mit Brennkammerrohrringbrennkammer, während der Ausführung des Modells zu jeder Zeit automatisch und dynamisch abzustimmen.
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Die 4 - 9 stellen beispielhafte Flussdiagramme von Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren für eine Gasturbine gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar. 4 stellt insbesondere ein beispielhaftes Anfahr-Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren dar. Die 5-6 stellen beispielhafte elementare Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren dar, und die 7, 8 und 9 stellen beispielhafte aktive Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren dar. Einige oder alle der in den 4 - 9 dargestellten Verfahren können mit dem beispielhaften Steuerungssystem 200 in 2 und dem Beispielmodell 300 in 3 angewendet werden. Bei einer Ausführungsform kann ein Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Betriebsfrequenzen einer bestimmten Gasturbine einige oder alle der Verfahren aus den 4 - 9 ausführen.
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4 zeigt ein beispielhaftes Anfahr-Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren 400. Im Allgemeinen kann das Anfahr-Verfahren aus 4 beim Anfahren einer Gasturbine angewendet werden. Das Beispielverfahren 400 testet im Interesse einer geeigneten Steuerung der Gasturbine insbesondere, ob die mit einer Gasturbine verbundenen Sensoren funktionstüchtig sind, und ob einige oder alle der Sensormesswerte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, wie zum Beispiel zwischen einem oberen Betriebsgrenzwert und einem unteren Betriebsgrenzwert. Dieses besondere Verfahren 400 kann mit der beispielhaften Gasturbine 100 aus 1, dem modellbasierten Steuerungssystem 200 aus 2 und dem dynamischen Verbrennungs-Abstimmmodell 300 in 3 ausgeführt werden. Andere Ausführungsformen des Anfahrverfahrens können mit anderen Gasturbinentypen, modellbasierten Steuersystemen oder Steuersysteme anderen Typs und dynamischer Verbrennungs-Abstimmung oder anderen Verbrennungs-Abstimmungsmodellen ausgeführt werden.
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Der Anfahrprozess 400 beginnt bei Block 402. Im Block 402 werden Betriebsfrequenzdaten von mindestens einem Sensor, der einem Brennkammerrohr zugeordnet ist, empfangen. Bei dieser Ausführungsform kann zumindest ein Signal eines Drucktransmitters, wie beispielsweise einem A96KF-Drucktransmitter, von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise dem modellbasierten Steuermodul 240 in 2, empfangen werden.
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Auf Block 402 folgt der Entscheidungsblock 404, wo bestimmt wird, ob ein bestimmter Sensor funktionstüchtig ist (sensor health). Bei dieser Ausführungsform kann diese Feststellung von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, getroffen werden und basiert darauf, ob eine vorgegebene Zeit lang - beispielsweise 2 Sekunden - ein Signal des zumindest einen Sensors empfangen wird. Wird über den vorgegebenen Zeitraum kein Signal des zumindest einen Sensors empfangen, kann der „Ja“-Zweig 406 zum Block 408 ausgeführt werden.
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In Block 408 kann eine Fehleranzeige an einen Benutzer übermittelt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, über eine geeignete Benutzeroberfläche, wie beispielsweise eine grafische Benutzeroberfläche, eine Fehleranzeige an einen Benutzer übermitteln. Eine beispielhafte Fehleranzeige kann aus einer Meldung bestehen, dass zumindest ein Sensorfehler gefunden wurde, oder dass es eine den Brennkammer-Staudruckeingang betreffende Störungsmeldung gibt. Messwerte des betreffenden Sensors, bei dem eine Störung angezeigt wird, können von späteren statistischen Berechnungen oder der Behandlung der Betriebsfrequenzdaten ausgenommen werden. Beispielsweise können Messungen eines bestimmten Sensors von den Eingaben in den Sensorzustandsblock 302 in 3 und weiter von späteren Berechnungen unter Anwendung des Modells 300 aus 3 - auch der Berechnung eines Medianwerts - ausgenommen werden. In dem Fall, dass nur ein einziger Sensor defekt ist, kann ein aktiver Verbrennungsdynamik-Abstimmprozess, wie beispielsweise 700, 800, 900, initiiert werden, während spätere Sensoreingaben von der Berechnung des Medianwertes ausgeschlossen werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 404 bezogen: Bei Empfang eines „funktionstüchtigen“ Signals von dem zumindest einen Sensor, kann der „Nein“-Zweig 410 bis zum Entscheidungsblock 412 ausgeführt werden. Im Entscheidungsblock 412 wird festgestellt, ob der zumindest eine Sensormesswert unterhalb eines unteren Betriebsgrenzwerts liegt. Bei dieser Ausführungsform bestimmt eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, ob der zumindest eine Sensormesswert unterhalb eines unteren Betriebsgrenzwerts liegt. Ein beispielhafter unterer Betriebsgrenzwert kann eine untere physische Grenze für die Betriebsfrequenzdaten sein, wie beispielsweise circa 0,3 KPa Spitze-Spitze. Liegt der Messwert unterhalb des unteren Betriebsgrenzwerts, kann der „Ja“-Zweig 414 bis zu dem oben beschriebenen Block 408 ausgeführt werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 412 bezogen: Liegt der zumindest eine Messwert nicht unterhalb des unteren Betriebsgrenzwerts, kann der „Nein“-Zweig 416 bis zu dem Entscheidungsblock 418 ausgeführt werden. Im Entscheidungsblock 418 wird festgestellt, ob der Sensormesswert oberhalb eines oberen Betriebsgrenzwerts liegt. Bei dieser Ausführungsform bestimmt eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, ob der Sensormesswert oberhalb eines oberen Betriebsgrenzwerts liegt. Ein beispielhafter oberer Betriebsgrenzwert kann eine obere physische Grenze für die Betriebsfrequenzdaten sein, wie beispielsweise circa 100 kPa Spitze-Spitze. Liegt der Messwert oberhalb des oberen Schwellenwerts, kann der „Ja“-Zweig 420 bis zum Entscheidungsblock 422 ausgeführt werden.
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Im Entscheidungsblock 422 wird festgestellt, ob die anderen Sensormesswerte unterhalb eines unteren bzw. grünen Schwellenwerts liegen. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob die anderen Sensormesswerte unterhalb eines unteren bzw. grünen Schwellenwerts liegen. Liegen die anderen Sensormesswerte unterhalb eines unteren bzw. grünen Schwellenwerts, ist es wahrscheinlich, dass nur ein einziger Sensor defekt ist, und der „Ja“-Zweig 424 wird bis zu dem oben beschriebenen Block 408 ausgeführt.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 422 bezogen: Liegen die anderen Sensormesswerte nicht unterhalb eines unteren bzw. grünen Schwellenwerts, ist es wahrscheinlich, dass mehr als ein Sensor defekt ist, und der „Nein“-Zweig 426 wird bis zu dem Block 428 ausgeführt. Im Block 428 kann ein Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren initiiert werden. Beispielhafte Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren sind, mit Bezug auf die unten beschriebenen 5 und 6, als 500 und 600 dargestellt. In dem Fall, dass nur ein oder zwei Sensoren defekt sind, kann ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 700, 800, 900, initiiert werden. In dem Fall, dass mehr als zwei Sensoren defekt sind, kann ein elementares Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 500, 600, initiiert werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 418 bezogen: Liegt ein Messwert nicht oberhalb des oberen Betriebsgrenzwerts, kann der „Nein“-Zweig 430 bis zum Entscheidungsblock 432 ausgeführt werden. Im Block 432 kann eine Fehlerfrei-Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Messwert oberhalb des oberen Betriebsgrenzwerts liegt. Eine beispielhafte Fehlerfrei-Anzeige kann eine Meldung sein, die anzeigt, dass kein Sensordefekt gefunden wurde. Messwerte einiger oder aller funktionstüchtiger Sensoren können in die späteren statistischen Berechnungen oder Behandlungen der Betriebsfrequenzdaten einbezogen werden. Zum Beispiel können Messwerte eines bestimmten Sensors in die Eingaben in den Sensorzustandsblock 302 in 3 und weiter in spätere Berechnungen unter Anwendung des Modells 300 aus 3 - die Berechnung eines Medianwerts eingeschlossen -einbezogen werden. In dem Fall, dass kein Sensordefekt vorliegt, kann ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 700, 800, 900, initiiert werden.
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Nach Bedarf können einige oder alle Elemente des Verfahrens 400 bedarfsweise für jeden der anderen Sensoren wiederholt werden.
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Die 5 und 6 stellen beispielhafte elementare Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren dar. Im Allgemeinen ist ein elementares Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 500, 600, dafür eingerichtet, das anfängliche Anfahren einer Gasturbinentriebwerks durch Überwachung der dynamischen Betriebsfrequenzen und bedarfsweise Ausgabe von Alarmmeldungen zu überwachen. 5 stellt insbesondere ein Verfahren 500 zur Überwachung der dynamischen Betriebsfrequenzen einer Gasturbine und bedarfsweise Ausgabe eines Schnellabschaltungsalarms dar.
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Das Verfahren 500 beginnt am Entscheidungsblock 502. Im Entscheidungsblock 502 wird bestimmt, ob zumindest einer der Sensormesswerte einen Schwellenwert von circa 8 psi überschreitet. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, Signale der jeweiligen Drucktransmitter, wie beispielsweise A96KF-Drucktransmitter, empfangen und mit einem Schwellenwert vergleichen, wie beispielsweise circa 8 psi.
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Überschreitet ein bestimmter Sensormesswert den Schwellenwert, wird der „Ja“-Zweig 504 bis zum Block 506 ausgeführt. Im Block 506 ermittelt die Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, die Stabilität des Sensormesswerts. Stellt die Steuervorrichtung 240 zum Beispiel fest, dass der Sensormesswert während einer vorgegebenen Zeitspanne stabil ist, beispielsweise eine Stabilität von circa 50% für circa 60 Sekunden aufweist, kann das Verfahren 500 zum Block 508 fortschreiten. In diesem Beispiel kann die Stabilitätsmaßnahme so definiert werden, dass sie den Betrieb der Gasturbine schützt, indem sie die Zeitspanne überwacht, während der die Gasturbine mit oder oberhalb einer bestimmten Betriebsfrequenz arbeitet. Bei anderen Ausführungsformen können die Stabilitäts-Inkremente und die Zeitplanung nach Bedarf eingestellt werden.
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In Block 508 kann eine Schnellabschaltanweisung initiiert und eine entsprechende Gasturbinensteueranweisung durch die Steuervorrichtung übermittelt werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine Schnellabschaltanweisung eine Gasturbinensteueranweisung sein, die von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, ausgeführt wird, die bestimmte Arbeitsvorgänge der Gasturbine beendet.
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Auf Block 508 folgt Block 510, wo eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden kann. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, über eine mit der Steuervorrichtung verbundene Benutzeroberfläche eine Anzeige an einen Benutzer übermitteln. Es kann zum Beispiel eine Alarmmeldung wie „Vor dem Wiederanfahren der Maschine wird eine Boroskopuntersuchung des Übergangsteils empfohlen - setzen Sie sich zur Fehlersuche und -behebung mit dem Originalgerätehersteller in Verbindung“ durch eine grafische Benutzeroberfläche oder Anzeige übermittelt werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 502 bezogen: Liegt der jeweilige Messwert nicht oberhalb des Schwellenwerts, wird der „Nein“-Zweig 512 zum Entscheidungsblock 514 ausgeführt. Im Block 514 können ein oder mehrere Teilprozesse oder Tests von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, durchgeführt werden, bevor zu einem zusätzlichen elementaren Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren übergegangen wird.
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Auf Block 514 folgt Block 516, wo das elementare Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren 600 aus 6 beginnt.
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Das Verfahren 600 aus 6 kann die dynamischen Frequenzen einer Gasturbine überwachen und bei Bedarf einen zusätzlichen Alarm ausgeben. Das Verfahren 600 beginnt bei Block 602.
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In Block 602 wird festgestellt, ob einer der Sensormesswerte einen Schwellenwert von circa 4 psi überschreitet. Bei dieser Ausführungsform können die Signale entsprechender Drucktransmitter, wie beispielsweise A96KF-Drucktransmitter, von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, empfangen und mit einem Schwellenwert wie beispielsweise circa 4 psi verglichen werden.
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Überschreitet ein bestimmter Messwert den Schwellenwert, wird der „Ja“-Zweig 604 zum Block 606 ausgeführt. Im Block 606 kann die Steuervorrichtung für eine vorgegebene Zeitspanne einen Zeitmesser-Messvorgang auslösen. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, für circa 240 Sekunden einen Zeitmesser (timer) auslösen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser für eine andere Zeitspanne ausgelöst werden.
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Auf Block 606 folgt Block 608, wo die Stabilität des Sensormesswerts festgestellt wird. Stellt zum Beispiel die Steuervorrichtung, beispielsweise 240, fest, dass der Sensormesswert während einer vorgegebenen Zeitspanne stabil ist, beispielsweise 50 % Stabilität für circa 240 Sekunden aufweist, kann das Verfahren 600 zum Block 610 fortschreiten. Bei anderen Ausführungsformen können die Stabilitäts-Inkremente und die Zeitplanung je nach Bedarf eingestellt werden.
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In Block 610 kann einem Benutzer eine Anzeige übermittelt werden. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, beispielsweise 240, einem Benutzer durch eine grafische Benutzeroberfläche eine Anzeige übermitteln. Eine beispielhafte Anzeige kann folgende Alarmmeldung sein: „Das gegenwärtige Dynamikniveau kann sich nachteilig auf die Lebensdauer der Brennkammer auswirken. Eine Boroskopuntersuchung der „Prallhülse“ (impingement sleeve) des Übergangsteils bei der nächstmöglichen Gelegenheit wird empfohlen."
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Wieder auf den Entscheidungsblock 602 bezogen: Liegt der jeweilige Messwert nicht oberhalb des Schwellenwerts, wird der „Nein“-Zweig 612 zurück zum Zweigblock „B" 614 ausgeführt. Auf den Zweigblock „B"614 folgt der Entscheidungsblock 616. Im Entscheidungsblock 616 wird bestimmt, ob einer der Sensormesswerte einen unteren Schwellenwert von circa 2 psi überschreitet. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, Signale der jeweiligen Drucktransmitter, wie beispielsweise A96KF-Drucktransmitter, empfangen und mit einem unteren Schwellenwert vergleichen, wie beispielsweise circa 2 psi.
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Überschreitet ein bestimmter Messwert den Schwellenwert, wird der „Ja“-Zweig 618 zum Block 620 ausgeführt. In Block 620 kann die Steuervorrichtung bezogen auf jedes Brennkammerrohr einen Zeitmesser-Messvorgang um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern. In diesem Beispiel kann ein Zeitmesser für eine Zeitspanne von circa 1080 Sekunden ausgelöst werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Messvorgang des Zeitmessers um eine andere Zeitspanne verlängert werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 616 bezogen: Liegt der jeweilige Messwert nicht oberhalb des Schwellenwerts, wird der „Nein“-Zweig 622 zum Block 624 ausgeführt. Im Block 624 wird dem Benutzer keine Alarmanzeige übermittelt.
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Das Verfahren 600 endet beim Block 624. Nach Bedarf können einige oder alle Elemente des Verfahrens 600 wiederholt werden.
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Die 7,8 und 9 stellen beispielhafte aktive Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren dar. Ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 700, 800, 900, ist im Allgemeinen dafür eingerichtet, den Betrieb einer Gasturbine im stationären Zustand zu überwachen, indem die dynamischen Betriebsfrequenzen überwacht und bei Bedarf Alarmmeldungen ausgegeben werden, bestimmten Verbrennungsdynamiken entgegengewirkt wird und bestimmte Gasturbinensteueranweisungen für die Gasturbine ausgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform kann nach der Durchführung eines elementaren Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahrens, wie beispielsweise 600, ein aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 700, von einer Steuervorrichtung einer Gasturbine ausgeführt werden. 7 stellt speziell ein Verfahren 700 für die Überwachung der dynamischen Frequenzen und die bedarfsweise Ausgabe eines Schnellabsschaltalarms (trip alarm) dar.
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Das Verfahren 700 beginnt beim Entscheidungsblock 702. Im Entscheidungsblock 702 wird bestimmt, ob zwei oder mehr Sensoren fehlerhaft arbeiten. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, Signale der jeweiligen Drucktransmitter, wie beispielsweise A96KF-Drucktransmitter, empfangen und eine Prüfung durchführen, ob zwei oder mehrere der Sensoren sich in einem Fehlfunktionszustand befinden, wie beispielsweise einem der in 4 beschriebenen Zustände. Liegt ein Fehlfunktionszustand für zwei oder mehrere Sensoren vor, sollte die Gasturbine wahrscheinlich nicht unter Verwendung eines aktiven Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahrens, wie beispielsweise 700, betrieben werden, und es wird der „Ja“-Zweig 704 zum Block 706 ausgeführt.
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In Block 706 wird ein elementares Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 500 aus 5, initiiert, und das Verfahren 700 beendet.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 702 bezogen: Liegt nicht bei zwei oder mehr Sensoren ein Fehlfunktionszustand vor, wird der „Nein“-Zweig 708 zum Block 710 ausgeführt. Im Entscheidungsblock 710 wird festgestellt, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer oberen oder roten Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem oberen Schwellenwert von circa 8 psi Spitze-Spitze liegt. Ein Medianwert kann auf gleiche Weise wie in den Medianwert-Berechnungen in 3 ermittelt werden.
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Wird der obere Schwellenwert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 712 zum Block 714 ausgeführt. Im Block 714 kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, für eine vorgegebene Zeitspanne einen Zeitmesser-Messvorgang auslösen. In diesem Beispiel kann der Zeitmesser für circa 60 Sekunden ausgelöst werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser-Messvorgang für andere Zeitspannen ausgelöst oder verlängert werden.
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Auf den Block 714 folgt der Block 716, in dem die Stabilität der Sensormesswerte bestätigt wird. Die Steuervorrichtung 240 kann beispielsweise feststellen, ob der Sensormesswert während einer vorgegebenen Zeitspanne stabil ist, beispielsweise 50 % Stabilität für circa 60 Sekunden aufweist. In diesem Fall, wenn die Stabilität des Sensormesswerts festgestellt wird, kann die Steuervorrichtung 240 die Dauer des Gasturbinenbetriebs bei dieser Frequenz feststellen, und das Verfahren 700 kann zum Block 718 fortschreiten. Bei anderen Ausführungsformen können die Stabilitäts-Inkremente und die Zeitplanung nach Bedarf angepasst werden.
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In Block 718 kann eine Schnellabschaltanweisung ausgelöst werden, und die Steuervorrichtung kann eine entsprechende Gasturbinensteueranweisung übermitteln. Bei dieser Ausführungsform kann eine Schnellabschaltanweisung eine Gasturbinensteueranweisung sein, die von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, ausgeführt wird, die bestimmte Arbeitsvorgänge der Gasturbine beendet.
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Auf Block 718 folgt Block 720, wo eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden kann. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, über eine mit der Steuervorrichtung verbundene Benutzeroberfläche eine Anzeige an einen Benutzer übermitteln. Es kann zum Beispiel eine Alarmmeldung wie „Vor dem Wiederanfahren der Maschine wird eine Boroskopuntersuchung des Übergangsteils empfohlen - setzen Sie sich zur Fehlersuche und -behebung mit dem Originalgerätehersteller in Verbindung“ durch eine grafische Benutzeroberfläche oder Anzeige übermittelt werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 710 bezogen: Überschreitet der Medianwert nicht den oberen Schwellenwert, wird der „Nein“-Zweig 722 zum Block 724 ausgeführt. In Block 724 kann ein zusätzliches aktives Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren, wie beispielsweise 800 aus 8, beginnen, und das Verfahren 700 wird beendet.
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8 stellt ein Verfahren 800 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen einer Gasturbine, Ausgabe eines Alarms und bedarfsweiser Ausführung einer Gasturbinensteuerung dar.
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Das Verfahren 800 beginnt beim Entscheidungsblock 802. Im Entscheidungsblock 802 wird festgestellt, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer Zwischenschwelle oder gelben Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem Zwischenschwellenwert von circa 4 psi Spitze-Spitze liegt.
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Ist der Zwischenschwellenwert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 804 bis zum Block 806 ausgeführt. Im Block 806 kann die Steuervorrichtung einen Zeitmesser-Messvorgang um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, einen Zeitmesser für circa 240 Sekunden auslösen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser-Messvorgang für andere Zeitspannen ausgelöst oder um andere Zeitspannen verlängert werden.
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Auf den Block 806 folgt der Block 808, in dem die Stabilität des Sensormesswerts bestätigt wird. Die Steuervorrichtung 240 kann beispielsweise feststellen, ob der Sensormesswert während einer vorgegebenen Zeitspanne stabil ist, beispielsweise 50 % Stabilität für circa 240 Sekunden aufweist. In diesem Fall, wenn die Stabilität des Sensormesswerts festgestellt wird, kann die Steuervorrichtung 240 die Dauer des Gasturbinenbetriebs bei dieser Frequenz feststellen, und das Verfahren 800 kann zum Block 810 fortschreiten. Bei anderen Ausführungsformen können die Stabilitäts-Inkremente und die Zeitplanung je nach Bedarf angepasst werden.
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In Block 810 kann eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt und eine Gasturbinensteueranweisung von der Steuervorrichtung ausgeführt werden. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, über eine mit der Steuervorrichtung verbundene Benutzeroberfläche eine Anzeige an einen Benutzer übermitteln. Die Anzeige kann zum Beispiel eine Alarmmeldung wie „Das gegenwärtige Dynamikniveau kann sich nachteilig auf die Lebensdauer der Brennkammer auswirken - betriebliche Anpassungen werden vorgenommen“ sein, die durch eine grafische Benutzeroberfläche oder Anzeige übermittelt wird. Ferner kann die Steuervorrichtung 240 eine Gasturbinensteueranweisung übermitteln, um die Brennstoffverteilungen unter den mit der Gasturbine verbundenen Brennern anzupassen. Zum Beispiel kann die PM1A-Brennstoffverteilung graduell um eine vorgegebene Menge, wie circa 3%, erhöht werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Brennstoffverteilung um andere Mengen erhöht werden oder es können andere Anzeigen oder Gasturbinensteueranweisungen ausgeführt werden.
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Bei einer Ausführungsform kann der Medianwert der Betriebsfrequenzdaten fortlaufend von einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, mit dem oberen Schwellenwert verglichen werden, wie beim Block 710 in 7 beschrieben, während im Block 808 die Stabilität geprüft und im Block 810 die Gasturbinensteueranweisung ausgeführt wird.
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Auf den Block 810 folgt der Block 812, in dem die Stabilität des neuen Sensormesswerts bestätigt wird. Nach der Ausführung der Gasturbinensteueranweisung - beispielsweise eine Erhöhung der PM1A-Brennstoffverteilung - durch die Steuervorrichtung 240 können sich die Betriebsfrequenzen entsprechend ändern, und der Sensormesswert sollte überprüft werden. Bleibt beispielsweise der neue Sensormesswert für eine vorgegebene Zeitspanne stabil und weist zum Beispiel circa 50 % Stabilität während 240 Sekunden auf, kann der Sensormesswert bestätigt werden und das Verfahren 800 kann zum Zweigblock „C" 814 fortschreiten, der der gleiche wie der Zweigblock „C" 902 in 9 ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Stabilität nach Bedarf angepasst werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 802 bezogen: Überschreitet der Medianwert den Zwischenschwellenwert nicht, wird der „Nein“-Zweig 816 bis zum Zweigblock „B" 818 ausgeführt. Auf den Zweigblock „B" 818 folgt der Entscheidungsblock 820.
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Im Entscheidungsblock 820 wird festgestellt, ob einer der Sensormesswerte eine untere oder grüne Logikschwelle von circa 2 psi überschreitet. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, Signale der jeweiligen Drucktransmitter, wie beispielsweise A96KF-Drucktransmitter, empfangen und mit einem unteren Schwellenwert vergleichen, wie beispielsweise circa 2 psi.
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Überschreitet ein bestimmter Messwert den Schwellenwert, wird der „Ja“-Zweig 822 zum Block 824 ausgeführt. In Block 824 kann eine Steuervorrichtung bezogen auf jedes Brennkammerrohr einen Zeitmesser-Messvorgang für eine vorgegebene Zeitspanne initiieren oder um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern. In diesem Beispiel kann durch die Steuervorrichtung ein Zeitmesser-Messvorgang für eine Zeitspanne von circa 1080 Sekunden ausgelöst oder um diese verlängert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Messvorgang des Zeitmessers für eine andere Zeitspanne ausgelöst oder um eine andere Zeitspanne verlängert werden.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 820 bezogen: Überschreitet der der jeweilige Sensormesswert den unteren Schwellenwert nicht, wird der „Nein“-Zweig 826 bis zum Block 828 ausgeführt. Im Block 828 übermittelt die Steuervorrichtung keine Alarmanzeige an den Benutzer, und es müssen keine weiteren Maßnahmen getroffen werden.
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Das Verfahren 800 endet beim Block 828.
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9 stellt ein Verfahren 900 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen einer Gasturbine, Ausgabe eines Alarms und bedarfsweiser Ausführung einer Gasturbinensteuerung dar.
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Das Verfahren 900 beginnt beim Zweigblock „C" 902 in 9. Auf den Zweigblock „C" 902 folgt der Entscheidungsblock 904.
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Im Entscheidungsblock 904 wird festgestellt, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer Zwischenschwelle oder gelben Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform bestimmt eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem Zwischenschwellenwert von circa 4 psi Spitze-Spitze liegt.
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Wird der Zwischenschwellenwert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 906 bis zum Block 908 ausgeführt. Im Block 908 kann die Steuervorrichtung einen Zeitmesser-Messvorgang um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern und den oberen Schwellenwert prüfen. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 einen Zeitmesser für circa 240 Sekunden auslösen oder den Zeitmesser-Messvorgang um circa 240 Sekunden verlängern. Überdies wird der Medianwert der Betriebsfrequenzdaten mit der oberen Schwelle verglichen, um festzustellen, ob die obere oder rote Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Messvorgang des Zeitmessers für eine andere Zeitspanne ausgelöst oder um eine andere Zeitspanne verlängert werden.
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Auf den Block 908 folgt der Block 910, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird und eine Gasturbinensteueranweisung von der Steuervorrichtung ausgeführt werden kann. Eine beispielhafte Anzeige kann eine Alarmmeldung sein, wie: „Das gegenwärtige Dynamikniveau kann sich nachteilig auf die Lebensdauer der Brennkammer auswirken - betriebliche Anpassungen werden vorgenommen.“ Überdies kann die Steuervorrichtung 240 eine Anweisung übermitteln, die Last der Gasturbine zu reduzieren. Die Last der Gasturbine kann beispielsweise graduell um eine vorgegebene Menge, wie zum Beispiel circa 10%, reduziert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Last der Gasturbine um andere Mengen reduziert werden oder es können andere Anzeigen oder Gasturbinensteueranweisungen ausgeführt werden.
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Bei einer Ausführungsform mit einem mechanischen Antrieb kann die gleiche Anzeige mit der oben beschriebenen Alarmmeldung an einen Benutzer übermittelt werden, und es kann eine Gasturbinensteueranweisung ausgeführt werden, um die Reduzierung der Verbrennungsreferenztemperatur (TTRF) zu ermöglichen.
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Auf den Block 910 folgt der Entscheidungsblock 912, in dem festgestellt wird, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer Zwischenschwelle oder gelben Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem Zwischenschwellenwert von circa 4 psi Spitze-Spitze liegt.
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Wird der Zwischenschwellenwert nicht überschritten, wird der „Nein“-Zweig 914 bis zum Block 916 ausgeführt. Im Block 916 kann der Medianwert mit der unteren oder grünen Logikschwelle verglichen werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 240 bestätigen, dass der Medianwert oberhalb des unteren Schwellenwerts liegt, wie beispielsweise 2 psi Spitze-Spitze.
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Auf Block 916 folgt der Block 918, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 einem Benutzer eine Anzeige übermitteln. Ein Beispiel für eine Anzeige könnte folgende Alarmmeldung sein: „Reduzierte Last aufgrund der Verbrennungsdynamik“. In diesem Fall kann ein Benutzer die Last der Gasturbine bei gleichzeitiger Überwachung der Betriebsfrequenzen graduell erhöhen. Bei anderen Ausführungsformen können andere Anzeigen ausgegeben werden.
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Bei einer Ausführungsform kann ein Benutzer, wenn er nicht in der Lage ist, die Gasturbine mit einer ausreichenden Last zu betreiben, um die Genehmigung bitten, die Gasturbine unter Anwendung eines elementaren Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahrens, wie beispielsweise 500 oder 600 zu betreiben.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 912 bezogen: Wird der Zwischenschwellen-wert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 920 bis zum Block 922 ausgeführt. Im Block 922 kann die Steuervorrichtung 240 einen Zeitmesser-Messvorgang um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern und den oberen Schwellenwert prüfen. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung einen Zeitmesser-Messvorgang für circa 240 Sekunden auslösen oder um circa 240 Sekunden verlängern. Überdies wird der Medianwert der Betriebsfrequenzdaten mit der oberen Schwelle verglichen, um festzustellen, ob die obere oder rote Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser-Messvorgang für andere Zeitspannen ausgelöst oder um andere Zeitspannen verlängert werden.
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Auf den Block 922 folgt der Block 924, in dem die Steuervorrichtung eine Gasturbinensteueranweisung ausführen kann. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 die Gasturbine in einem relativ sicheren Diffusionsmodus oder in einem anderen Modus betreiben, um die Gasturbine zu schützen. Bei anderen Ausführungsformen können andere Gasturbinensteueranweisungen von der Steuervorrichtung 240 ausgeführt werden.
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Auf den Block 924 folgt der Entscheidungsblock 926, in dem bestimmt wird, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer Zwischenschwelle oder gelben Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem Zwischenschwellenwert von circa 4 psi Spitze-Spitze liegt.
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Wird der Zwischenschwellenwert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 928 bis zum Block 930 ausgeführt. Im Block 930 kann die Steuervorrichtung 240 einen Zeitmesser-Messvorgang für eine vorgegebene Zeitspanne auslösen oder um eine solche verlängern und den oberen Schwellenwert prüfen. In diesem Beispiel kann der Zeitmesser-Messvorgang für circa 240 Sekunden ausgelöst oder um dieselbe Zeitspanne verlängert werden. Überdies wird der Medianwert der Betriebsfrequenzdaten mit der oberen Schwelle verglichen, um festzustellen, ob die obere oder rote Schwelle überschritten wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser-Messvorgang für andere Zeitspannen ausgelöst oder um andere Zeitspannen verlängert werden.
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Auf den Block 930 folgt der Block 932, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 einem Benutzer eine Anzeige übermitteln. Ein Beispiel für eine Anzeige kann folgende Alarmmeldung sein: „Stabile Dynamik bei Diffusion“. In diesem Fall muss ein Benutzer die Gasturbine im Diffusionsmodus betreiben, und das Verfahren 900 wird beendet.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 926 bezogen: Wird der Zwischenschwellenwert nicht überschritten, wird der „Nein“-Zweig 934 bis zum Block 936 ausgeführt. Im Block 936 kann eine Steuervorrichtung einem Benutzer eine Anzeige übermitteln. In diesem Beispiel kann die Anzeige folgende Alarmmeldung sein: „Setzen Sie sich zur Fehlersuche und -behebung mit dem Originalgerätehersteller in Verbindung und stellen Sie „Premix Lockout” ein“. Bei anderen Ausführungsformen können andere Anzeigen ausgegeben werden.
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Auf den Block 936 folgt der Zweigblock „B" 938, der der gleiche ist, wie der Zweigblock „B" 614 in 6, wo das Verfahren 600 weitergeht.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 904 bezogen: Wird der Zwischenschwellenwert nicht überschritten, wird der „Nein“-Zweig 940 bis zum Block 942 ausgeführt. Im Block 942 kann der Medianwert mit der unteren oder grünen Logikschwelle verglichen werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 240 bestätigen, dass der Medianwert oberhalb des unteren Schwellenwerts liegt, wie beispielsweise 2 psi Spitze-Spitze.
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Auf den Block 942 folgt der Block 944, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird und die Steuervorrichtung eine Gasturbinensteueranweisung ausführen kann. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 einem Benutzer eine Anzeige übermitteln. Die Anzeige kann folgende Alarmmeldung sein: „Mögliche Nichtübereinstimmung der Emissionen“. Überdies kann die Steuervorrichtung 240 eine Gasturbinensteueranweisung übermitteln, die Brennstoffverteilungen der zu der Gasturbine gehörenden Brenner auf eine ursprüngliche Einstellung zurückzusetzen. Beispielsweise können die Brennstoffverteilungen graduell um eine vorgegebene Menge, beispielsweise circa 3 % pro Stunde, auf die ursprüngliche PM1A-Brennstoffverteilung zurückgeführt werden. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung feststellen, ob der Zwischenschwellenwert während der Ausführung der Steueranweisung überschritten wird, und bei Bedarf eine zusätzliche Gasturbinensteueranweisung initiieren. Beispielsweise kann für jeden Fall, in dem der Zwischenschwellenwert überschritten wird, die PM1A-Brennstoffverteilung um circa 0,5 % erhöht werden, bei einem Nominalgrenzwert von PM1A + 3 %. Bei anderen Ausführungsformen, kann die Brennstoffverteilung um andere Mengen erhöht oder reduziert werden, und die Steuervorrichtung kann andere Gasturbinensteueranweisungen ausführen.
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Bei einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, einen Zeitmesser-Messvorgang initiieren, um die Dauer der Zeitspanne festzustellen, während der die PM1A-Brennstoffverteilung über dem Normalwert liegt.
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Auf den Block 944 folgt der Entscheidungsblock 946, in dem festgestellt wird, ob ein Medianwert der Betriebsfrequenzdaten oberhalb einer Zwischenschwelle oder gelben Logikschwelle liegt. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, bestimmen, ob der Medianwert der den Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordneten Betriebsfrequenzdaten über einem Zwischenschwellenwert von circa 4 psi Spitze-Spitze liegt.
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Wird der Zwischenschwellenwert nicht überschritten, wird der „Nein“-Zweig 948 bis zum Zweigblock „B" 950 ausgeführt, der der gleiche wie der Zweigblock „B" 614 in 6 ist, und das Verfahren 600 beginnt.
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Wieder auf den Entscheidungsblock 946 bezogen: Wird der Zwischenschwellenwert überschritten, wird der „Ja“-Zweig 952 bis zum Block 954 ausgeführt. Im Block 954 kann die Steuervorrichtung 240 einen Zeitmesser-Messvorgang um eine vorgegebene Zeitspanne verlängern und den oberen Schwellenwert prüfen. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 einen Zeitmesser-Messvorgang für circa 240 Sekunden auslösen oder um dieselbe Zeitspanne verlängern. Überdies wird der Medianwert der Betriebsfrequenzdaten mit der oberen Logikschwelle verglichen, um festzustellen, ob die obere oder rote Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zeitmesser-Messvorgang für andere Zeitspannen ausgelöst oder um andere Zeitspannen verlängert werden.
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Auf Block 954 folgt Block 956, wo eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden kann. In diesem Beispiel kann eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise 240, eine Anzeige an einen Benutzer übermitteln. Es kann zum Beispiel eine Alarmmeldung wie „Stabile Dynamik beim Vormischen, Verteilungskorrektur aktiv und mögliche Nichterfüllung von Emissionslimits“ übermittelt werden. In diesem Fall behält die Steuervorrichtung 240 die ursprüngliche PM1A-Brennstoffverteilung + 3 % für die Gasturbine bei.
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Auf den Block 956 folgt der Zweigblock „B" 950, der der gleiche wie der Zweigblock „B" 614 in 6 ist, und das Verfahren 600 beginnt.
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10 stellt die Umsetzung einer Ausführungsform eines Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahrens bei einer bestimmten Gasturbine dar. 10 zeigt eine Reihe beispielhafter Betriebsfrequenzdaten 1000 einer beispielhaften Gasturbine im stationären Zustand. Circa 260 Betriebsfrequenzdatenpunkte 1000 sind entlang der x-Achse 1002 geplotted, und die Spitze-Spitze-Staudrücke (psi) der Datenpunkte werden durch die y-Achse 1004 gezeigt. Für jeden Datenpunkt ist auch eine gleitende gelbe Schwelle 1006 geplottet. Auf die Daten in dieser Figur bezogen, wird die gelbe Schwelle 1006 nur in drei Fällen 1008, 1010, 1012, überschritten. In diesen Fällen führt das aktive Verbrennungsdynamik-Abstimmverfahren eine Gasturbinensteueranweisung aus, um die Betriebsfrequenz der Gasturbine zu reduzieren. Wie die verbleibenden Daten zeigen, bleiben die Betriebsfrequenzdaten bei der Mehrzahl der gezeigten Datenpunkte unterhalb der gleitenden gelben Schwelle 1008.
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Fachleuten werden aufgrund der in der vorangehenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen präsentierten Lehren viele Abwandlungen und andere Ausführungsformen der hier dargelegten Erfindungen einfallen. Es ist daher für Durchschnittsfachleute ersichtlich, dass die Erfindung in vielen Formen verkörpert werden kann und nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein sollte. Daher ist zu beachten, dass die Erfindungen nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein sollen, und dass Abwandlungen und andere Ausführungsformen in dem Anwendungsbereich der angefügten Ansprüche enthalten sein sollen. Obwohl spezifische Begriffe benutzt werden, werden diese nur in einem generischen und beschreibenden, nicht einschränkenden Sinn gebraucht.
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Ausführungsformen der Erfindung können Systeme und Verfahren für die Anwendung eines Verbrennungsdynamik-Abstimmalgorithmus bei einer Mehrbrennkammerrohrbrennkammer zur Verfügung stellen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur Steuerung einer Gasturbine 210 mit einem Gasturbinenmodell 230 bei einer Gasturbine 210 mit mehreren Brennkammerrohren 102 - 112 angewendet werden. Das Verfahren kann das Sammeln von Frequenzdaten Y umfassen, die mehreren Brennkammerrohren der Gasturbine zugeordnet sind. Das Verfahren kann außerdem das Ermitteln der Abweichung zwischen den Betriebsfrequenzdaten Y von zumindest zwei Brennkammerrohren beinhalten. Ferner kann das Verfahren das Ermitteln eines Medianwerts umfassen, der zumindest zum Teil auf der Abweichung beruht. Das Verfahren kann darüber hinaus beinhalten, zu ermitteln, ob der Medianwert mindestens eine Betriebsschwelle überschreitet. Außerdem kann das Verfahren die Anwendung mindestens eines Gasturbinensteuervorgangs umfassen, um zumindest eine der Betriebsfrequenzen Y zu ändern, wenn mindestens eine Betriebsschwelle überschritten wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 100
- Gasturbine
- 102
- Brennkammer
- 104
- Brennkammer
- 106
- Brennkammer
- 108
- Brennkammer
- 110
- Brennkammer
- 112
- Brennkammer
- 200
- Steuerungssystem
- 210
- Anlage oder Gasturbine
- 220
- Zustandsschätzer
- 230
- Modell
- 240
- modellbasiertes Steuer- u. Vorhersagemodul o. Steuermodul
- 250
- Optimierer
- 260
- Modell
- Y
- Betriebsfrequenzdaten
- U
- Gasturbinen-Steuereingabe
- 300
- Modell
- 302
- Sensorenzustandsblock
- 304
- Medianblock
- 306
- partiell abgeleiteter Modellblock
- 308
- partiell abgeleiteter Modellblock
- 310
- Filterblock
- 312
- modellbasierter Steueralgorithmus(block)
- 314
- Standardabweichungsblock
- 316
- Mittelwertblock
- 318
- Kovarianzblock
- 320
- Konstantenblock
- 322
- Mediandynamikblock
- 324
- Medianzielwertblock
- 326
- Speicherblock
- 330
- Gasturbine
- 332
- Ausgang des Sensorenzustandsblocks 302
- 334
- Medianwert
- 336
- Eingabe „M^“
- 338
- Kovarianz-Ausgabe
- 342
- Metalltemperaturen
- 400
- Verfahren
- 402
- Block 402
- 404
- Entscheidungsblock 404
- 406
- Ja-Zweig
- 408
- Block 408
- 410
- Nein-Zweig
- 412
- Entscheidungsblock 412
- 414
- Ja-Zweig
- 416
- Nein-Zweig
- 418
- Entscheidungsblock 418
- 420
- Ja-Zweig
- 422
- Entscheidungsblock 422
- 424
- Ja-Zweig
- 426
- Nein-Zweig
- 428
- Block 428
- 430
- Nein-Zweig
- 432
- Block 432
- 500
- Verfahren
- 502
- Entscheidungsblock 502
- 504
- Ja-Zweig
- 506
- Block 506
- 508
- Block 508
- 510
- Block 510
- 512
- Nein-Zweig
- 514
- Block 514
- 516
- Block 516
- 600
- Verfahren
- 602
- Block 602
- 604
- Ja-Zweig
- 606
- Block 606
- 608
- Block 608
- 610
- Block 610
- 612
- Nein-Zweig
- 614
- Zweigblock B
- 616
- Entscheidungsblock 616
- 618
- Ja-Zweig
- 620
- Block 620
- 622
- Nein-Zweig
- 624
- Block 624
- 700
- Verfahren
- 702
- Entscheidungsblock 702
- 704
- Ja-Zweig
- 706
- Block 706
- 708
- Nein-Zweig
- 710
- Entscheidungsblock 710
- 712
- Ja-Zweig
- 714
- Block 714
- 716
- Block 716
- 718
- Block 718
- 720
- Block 720
- 722
- Nein-Zweig
- 724
- Block 724
- 800
- Verfahren
- 802
- Entscheidungsblock 802
- 804
- Ja-Zweig
- 806
- Block 806
- 808
- Block 808
- 810
- Block 810
- 812
- Block 812
- 814
- Zweigblock C
- 816
- Nein-Zweig
- 818
- Zweigblock B
- 820
- Entscheidungsblock 820
- 822
- Ja-Zweig
- 824
- Block 824
- 826
- Nein-Zweig
- 828
- Block 828
- 900
- Verfahren
- 902
- Zweigblock 902
- 904
- Entscheidungsblock 904
- 906
- Ja-Zweig
- 908
- Block 908
- 910
- Block 910
- 912
- Entscheidungsblock 912
- 914
- Nein-Zweig
- 916
- Block 916
- 918
- Block 918
- 920
- Ja-Zweig
- 922
- Block 922
- 924
- Block 924
- 926
- Entscheidungsblock 926
- 928
- Ja-Zweig
- 930
- Block 930
- 932
- Block 932
- 934
- Nein-Zweig
- 936
- Block 926
- 938
- Zweigblock B
- 940
- Nein-Zweig
- 942
- Block 942
- 944
- Block 944
- 946
- Entscheidungsblock 946
- 948
- Nein-Zweig
- 950
- Zweigblock B
- 952
- Ja-Zweig
- 954
- Block 954
- 956
- Block 956
- 1000
- Betriebsfrequenzdaten
- 1002
- x-Achse
- 1004
- y-Achse
- 1006
- gleitender gelber Schwellenwert
- 1008
- Punkt, an dem die Betriebsdaten den gleitenden gelben Schwellenwert überschreiten
- 1010
- Punkt, an dem die Betriebsdaten den gleitenden gelben Schwellenwert überschreiten
- 1012
- Punkt, an dem die Betriebsdaten den gleitenden gelben Schwellenwert überschreiten