RU2754490C1

RU2754490C1 - Способ управления газовой турбиной, контроллер для газовой турбины, газовая турбина и машиночитаемый носитель данных

Info

Publication number: RU2754490C1
Application number: RU2020127715A
Authority: RU
Inventors: Вили ПАНОВ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2021-09-02
Also published as: EP3530912A1; EP3755895B1; CN111757979A; EP3755895A1; US20210071591A1; US11746712B2; CA3089224C; WO2019162168A1; CN111757979B; CA3089224A1

Abstract

Создан контроллер (600) для газовой турбины (100). Газовая турбина (100) содержит компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частотевращения, камеру (102) сгорания и средство (127) подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор (101) выполнен с возможностью предоставления воздуха в камеру (102) сгорания с массовым расходомвоздуха в установившемся состоянии, причем средство (127) подачи топлива выполнено с возможностью подачи топлива с массовым расходомтоплива в камеру (102) сгорания. Контроллер (600) выполнен с возможностью, в ответ на изменениеL нагрузки для нагрузки L, управления компрессором (101) таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру (102) сгорания с новым массовым расходомвоздуха, при этом новый массовый расходвоздуха находится в пределах диапазона между первым пороговым значениеми вторым пороговым значением. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение, в целом, относится к контроллерам для газовых турбин, к газовым турбинам, содержащим такие контроллеры и к способам управления такими газовыми турбинами.

Уровень техники

Традиционные контроллеры для газовых турбин реализуют относительно консервативные способы управления таким образом, что газовые турбины работают при относительно более высоких запасах надежности. Эти консервативные способы управления налагают ограничения на переходные события, такие как принятие нагрузки и сброс нагрузки, так что только относительно небольшие нагрузки могут приниматься или сбрасываться.

WO 2015185413 A1 описывает способ для определения значения настройки разделения топлива, подходящего для использования для регулирования настройки разделения топлива для устройства сгорания, причем настройка разделения топлива задает соотношение между основным топливом и пилотным топливом.

EP 2104802 B1 описывает способ управления разделением топлива на поток пилотного топлива и поток основного топлива в камере сгорания газовой турбины в случае уменьшений нагрузки, отличающихся тем, что темп изменения потребности в топливе отслеживается, и добавляется дополнительный поток пилотного топлива, объем которого зависит от темпа изменения потребности в потоке топлива.

US 9822710 B2 описывает блок управления устройства сгорания и устройство сгорания, например, газовую турбину, которые определяют на основе, по меньшей мере, одного рабочего параметра то, находится или нет устройство сгорания в предварительно заданной рабочей ступени. В ответ на это, формируется управляющий сигнал, выполненный с возможностью задания соотношения, по меньшей мере, двух различных входных потоков топлива равным предварительно определенному значению в течение предварительно определенного времени в случае, если устройство сгорания находится в предварительно заданной рабочей ступени.

US 2004/216462 A1 раскрывает газотурбогруппу, имеющую камеру сгорания, содержащую ступень каталитической горелки, ступень предварительной горелки, расположенную выше ступени каталитической горелки, а также ступень некаталитической горелки, расположенную ниже ступени каталитической горелки. Ступень предварительной горелки служит для того, чтобы всегда поддерживать температуру на впуске в каталитическую ступень, которая соответствует, по меньшей мере, минимальной температуре, необходимой для работы ступени каталитической горелки. Согласно изобретению, газотурбогруппа работает таким образом, что ступень горелки, расположенная ниже каталитической камеры сгорания, вводится в работу только тогда, когда температура на выпуске из каталитической ступени достигает верхнего предела при наличии максимального массового расхода воздуха для сгорания.

US 2014/026587 A1 раскрывает способ и систему для работы в переходном состоянии газовой турбины. При работе газовой турбины, контроллер определяет значения команд управления для массового расхода воздуха на впуске, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара. Чтобы обеспечивать быструю работу в переходном состоянии со стабильным пламенем предварительно перемешанной смеси, по меньшей мере, одно значение команды управления динамически компенсируется с тем, чтобы компенсировать различную системную динамику систем подачи, так чтобы синхронизировать результирующие изменения массовых расходов топлива, воды, пара и/или воздуха для сгорания, которые достигают камеры сгорания, так что топливно-воздушное соотношение остается в рамках сгораемого предела.

US 5896716 A раскрывает быстродействующую систему управления для газовой турбины в электрической системе, которая выполнена с возможностью управлять подачей топлива и воздуха в турбину таким образом, чтобы предотвращать состояние выброса пламени в турбине, и включает в себя: блок управления турбины, имеющий контроллер подачи воздуха, который управляет позицией множества впускных направляющих лопастей турбины (IGV) в соответствии, по меньшей мере, с одним сигналом состояния турбины; модуль сброса нагрузки, соединенный с контроллером подачи воздуха и с датчиком электрической нагрузки турбины таким образом, чтобы формировать переходный корректирующий IGV-сигнал в соответствии со считываемым состоянием падения электрической нагрузки турбины. Способ работы газовой турбины для того, чтобы поддерживать линейную расстановку турбины в ходе состояния потери нагрузки, включает в себя этапы считывания состояния потери нагрузки для турбины; подачи корректирующего сигнала впускной направляющей лопасти в контроллер подачи воздуха, соединенный таким образом, чтобы управлять позицией множества IGV турбины, причем корректирующий IGV-сигнал является независимым от других сигналов рабочего состояния турбины, применяемых к контроллеру подачи воздуха; и регулирования позиции множества IGV в ответ на корректирующий IGV-сигнал таким образом, чтобы регулировать воздушно-топливную смесь турбины в газовой турбине, чтобы предотвращать выброс пламени в ходе состояния потери электрической нагрузки. Способ типично дополнительно включает в себя этап удаления корректирующего IGV-сигнала после временной задержки на коррекцию.

WO 00/17577 A1 раскрывает уникальную и полезную динамическую систему управления для управления системой каталитического сгорания для использования на динамической установке, предпочтительно, газотурбинном двигателе. Динамическая система управления упрощает замену традиционных систем сгорания пламени системами каталитического сгорания, которые формируют гораздо меньший объемы загрязнителей, за счет формирования приемлемой производительности в переходном состоянии системы сгорания. Способ управления процессом каталитического сгорания содержит этапы вычисления массового расхода воздуха, введенного в камеру сгорания, мониторинга потока топлива, которое должно сгорать в камере сгорания, мониторинга температуры воздуха, введенного в камеру сгорания, вычисления уставки температуры на впуске на основе массового расхода и потока топлива и управления предварительной горелкой таким образом, чтобы нагревать воздух на основе уставки температуры на впуске, массового расхода и температуры воздуха. Дополнительно, массовый расход может оцениваться на основе температуры и давления окружающего воздуха и частоты вращения компрессора. Также представляется газотурбинная система каталитического сгорания, работа которой управляется посредством контроллера динамической установки, который формирует сигнал управления потребностью в расходе топлива для того, чтобы управлять потоком топлива, которое должно сгорать, в ответ на потребности динамической установки.

Следовательно, имеется потребность в том, чтобы улучшать управление газовыми турбинами, например, управление, связанное с переходными событиями, такими как принятие нагрузки и сброс нагрузки.

Сущность изобретения

Согласно настоящему раскрытию сущности, предусмотрен способ управления газовой турбиной, контроллером для газовой турбины, причем газовая турбина содержит такой контроллер и материальный энергонезависимый машиночитаемый носитель хранения данных, как указано в прилагаемой формуле изобретения. Другие признаки изобретения должны становиться очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения и нижеприведенного описания.

Согласно первому аспекту, предусмотрен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, причем газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

вращения, камеру сгорания и средство подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор выполнен с возможностью предоставлять воздух в камеру сгорания с массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии, и при этом средство подачи топлива выполнено с возможностью подавать топливо с массовым расходом

топлива в камеру сгорания, при этом способ содержит:

в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управление компрессором таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру сгорания с новым массовым расходом

воздуха, при этом новый массовый расход

воздуха находится в пределах диапазона между первым пороговым значением

и вторым пороговым значением

.

Таким образом, управление газовой турбиной лучше адаптируется к переходным событиям, таким как принятие нагрузки и/или сброс нагрузки. Таким образом, газовая турбина может лучше управляться таким образом, чтобы увеличивать выходную мощность, например, более быстро и/или более точно, во время принятия нагрузки, за счет этого обеспечивая, например, принятие увеличенных нагрузок без останова газовой турбины. Таким образом, газовая турбина может лучше управляться таким образом, чтобы снижать выходную мощность, например, более быстро и/или более точно, во время сброса нагрузки, за счет этого обеспечивая сброс увеличенных нагрузок без превышения допустимой частоты вращения, что может вызывать, например, повышенную частоту электрических генераторов. В одном примере, способ представляет собой способ с замкнутым контуром управления.

Следует понимать, что частота

вращения является безразмерной частотой

вращения, задаваемой следующим образом:

,

где

является фактической частотой вращения компрессора, и T является абсолютной температурой воздуха на впуске компрессора.

Следует понимать, что массовые расходы

воздуха, например, массовый расход

воздуха в установившемся состоянии и новый массовый расход

воздуха, являются безразмерными массовыми расходами воздуха, задаваемыми, в общем, следующим образом:

,

где

является фактическим массовым расходом воздуха, T является абсолютной температурой воздуха, и P является давлением воздуха на впуске компрессора.

В одном примере, первое пороговое значение

представляет собой бедный предел срыва пламени (LBO), соответствующий потери пламени горелки. В одном примере, второе пороговое значение

представляет собой предел по помпажу, соответствующий помпажу компрессора. В одном примере, первое пороговое значение

и/или второе пороговое значение

измеряется, например, из газовой турбины. В одном примере, первое пороговое значение

и/или второе пороговое значение

включается в модель в реальном времени газовой турбины. Таким образом, газовая турбина может управляться таким образом, что она работает ближе к первому пороговому значению

и/или ко второму пороговому значению

.

В одном примере, управление компрессором таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру сгорания с новым массовым расходом

воздуха, содержит определение коэффициента CF коррекции для изменения ΔL нагрузки для нагрузки L и регулирование массового расхода

воздуха до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе определенного коэффициента CF коррекции. Таким образом, газовая турбина может управляться заблаговременно и/или реактивно по отношению к переходным событиям.

В одном примере, определение коэффициента CF коррекции содержит вычисление коэффициента CF коррекции согласно следующему:

,

если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является положительным.

,

если

, при этом

находится в пределах диапазона между массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии и вторым пороговым значением

.

,

если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является отрицательным.

,

если

, при этом

воздуха в установившемся состоянии и первым пороговым значением

.

В одном примере, управление воздухом, предоставляемым в камеру сгорания с новым массовым расходом

воздуха, содержит определение темпа dn/dt изменения частоты вращения, соответствующего изменению ΔL нагрузки для нагрузки L, и регулирование массового расхода

воздуха до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения.

воздуха, содержит регулирование массового расхода

воздуха в установившемся состоянии до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения.

воздуха на основе суммы определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения и произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения.

В одном примере, способ содержит:

- в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управление средством подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

топлива через средство подачи первого топлива, по меньшей мере, частично на основе массового расхода

в камере сгорания.

В одном примере, управление пропорцией Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, основано, по меньшей мере, частично, на предыдущем массовом расходе

в камере сгорания, подаваемом через средство подачи первого топлива на предыдущем временном шаге T-1.

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания, подаваемом через средство подачи первого топлива на предыдущем временном шаге T-1, при этом предыдущий массовый расход

в камере сгорания предоставляется из его набора. В одном примере, набор измеряется, например, из газовой турбины. В одном примере, набор включается в модель в реальном времени газовой турбины. Таким образом, газовая турбина может управляться таким образом, что она работает ближе к набору.

Согласно второму аспекту, предусмотрен контроллер для газовой турбины, причем газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в камеру сгорания, при этом контроллер выполнен с возможностью:

- в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L управлять компрессором таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру сгорания с новым массовым расходом

воздуха, при этом новый массовый расход

и вторым пороговым значением

.

Согласно третьему аспекту, предусмотрен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, причем газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания.

Таким образом, управление газовой турбиной лучше адаптируется к переходным событиям, таким как принятие нагрузки и/или сброс нагрузки. Таким образом, газовая турбина может лучше управляться таким образом, чтобы увеличивать выходную мощность, например, более быстро и/или более точно, во время принятия нагрузки, за счет этого обеспечивая, например, принятие увеличенных нагрузок без потери пилотного пламени камеры сгорания. Таким образом, газовая турбина может лучше управляться таким образом, чтобы снижать выходную мощность, например, более быстро и/или более точно, во время сброса нагрузки, за счет этого обеспечивая сброс увеличенных нагрузок без перегрева горелки камеры сгорания. Таким образом, управление газовой турбиной лучше адаптируется к переходным событиям, уменьшая вероятность отключений, неисправностей, повреждений и/или ухудшения характеристик.

В одном примере, способ представляет собой способ с замкнутым контуром управления. Этот способ содержит адаптивное составление расписания в переходном состоянии с замкнутым контуром для общей потребности в топливе, чтобы управлять ускорением и/или замедлением компрессора на основе управляющего параметра(ов) на основе модели, такого как массовый расход воздуха в компрессоре, и предварительно определенных функциональных пределах, таких как помпаж компрессора и бедный предел срыва пламени камеры сгорания. Это способствует более надежной работе газотурбинного двигателя во время переходных событий, таких как принятие нагрузки и сброс нагрузки.

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания, подаваемом через средство подачи первого топлива и/или компрессор на предыдущем временном шаге t-1. Таким образом, газовая турбина может управляться, по меньшей мере, частично на основе предыдущих рабочих состояний.

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания, подаваемом через средство подачи первого топлива и/или компрессор на предыдущем временном шаге t-1, при этом предыдущий массовый расход

в камере сгорания предоставляется из его набора.

В одном примере, пропорция Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, находится в пределах диапазона между первым пороговым значением

по пилотному топливу и вторым пороговым значением

по пилотному топливу.

В одном примере, первое пороговое значение

по пилотному топливу соответствует потере пилотного пламени камеры сгорания.

В одном примере, второе пороговое значение

по пилотному топливу соответствует перегреву горелки камеры сгорания.

В одном примере, первое пороговое значение

по пилотному топливу является предварительно определенным для газовой турбины.

В одном примере, второе пороговое значение

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, ниже первого порогового значения

по пилотному топливу в течение самое большее предварительно определенной первой длительности.

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, выше второго порогового значения

по пилотному топливу в течение самое большее предварительно определенной второй длительности.

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, содержит снижение пропорции Z, если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является положительным.

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, содержит увеличение пропорции Z, если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является отрицательным.

Согласно четвертому аспекту, предусмотрен контроллер для газовой турбины, причем газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

вращения, камеру сгорания и средство подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор выполнен с возможностью предоставлять воздух в камеру сгорания с массовым расходом воздуха

в установившемся состоянии, и при этом средство подачи топлива выполнено с возможностью подавать топливо с массовым расходом

- в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L управлять средством подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания.

Согласно пятому аспекту, предусмотрена газовая турбина, содержащая компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в камеру сгорания, при этом газовая турбина содержит контроллер согласно второму аспекту и/или четвертому аспекту.

Согласно шестому аспекту, предусмотрен материальный энергонезависимый машиночитаемый носитель хранения данных, имеющий записанные инструкции, которые, при реализации посредством контроллера для газовой турбины, причем газовая турбина содержит компрессор, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в камеру сгорания, инструктируют контроллеру осуществлять способ управления газовой турбиной, причем способ осуществляется согласно первому аспекту и/или третьему аспекту.

Краткое описание чертежей

Ниже описываются примеры настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид газовой турбины типа, который может использоваться согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 2 - подробный схематичный вид газовой турбины с фиг. 1;

Фиг. 3 - подробный схематичный вид газовой турбины с фиг. 1;

Фиг. 4 - подробный схематичный вид газовой турбины с фиг. 1;

Фиг. 5 - подробный схематичный вид газовой турбины с фиг. 1;

Фиг. 6 - схематичный вид контроллера согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 7 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 8 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 9 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 10 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 11 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 12 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 13 - схематичный вид контроллера согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 14 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 15 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления;

Фиг. 16 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления; и

Фиг. 17 - схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1 показывает схематичный вид газовой турбины 100 типа, который может использоваться согласно примерному варианту осуществления. Газовая турбина 100 содержит компрессор 101, камеру 102 сгорания, компрессорную турбину 103, силовую турбину 104 и промежуточный канал 105.

Газовая турбина 100 содержит устройство-газогенератор, которое адаптируется к формированию рабочей текучей среды под давлением. Устройство-газогенератор содержит компрессор 101, камеру 102 сгорания и компрессорную турбину 103. Рабочая текучая среда, такая как воздух, впрыскивается в компрессор 101. Компрессор 101 создает повышенное давление в рабочей текучей среде.

Стрелки на фиг. 1 показывают направление протекания рабочей текучей среды. Ниже компрессора 101, топливо впрыскивается в камеру 102 сгорания. Рабочая текучая среда, т.е. часть рабочей текучей среды, смешивается с топливом и сжигается. Камера 102 сгорания формирует рабочую текучую среду с высокой энергией под давлением, которая приводит в действие компрессорную турбину 103 таким образом, что вырабатывается механическая энергия для приведения в действие компрессора 101, соответственно.

Горячая рабочая текучая среда с высокой энергией под давлением направляется через промежуточный канал 105 в силовую турбину 104. Горячая рабочая текучая среда под давлением приводит в действие силовую турбину 104 для формирования крутящего момента.

Фиг. 2 подробнее показывает схематичный вид газовой турбины 100 по фиг. 1. В частности, фиг. 2 подробнее схематично показывает компрессор 101, камеру 102 сгорания и компрессорную турбину 103 газовой турбины 100, как показано на фиг. 1.

Термины "выше" и "ниже" означают направление протекания воздушного потока и/или потока рабочего газа через двигатель, если не указано иное. Термины "вперед" и "назад" означают общий поток газа через двигатель. Термины "осевой", "радиальный" и "круговой" задаются со ссылкой на ось 20 вращения двигателя.

Газовая турбина 100 содержит, последовательно в направлении потока, впускное отверстие 12, компрессор 101, камеру 102 сгорания и компрессорную турбину 103, которые, в общем, размещаются последовательно в направлении потока и, в общем, в направлении продольной или вращательной оси 20. Газовая турбина 100 дополнительно содержит вал 22, который вращается вокруг оси 20 вращения и который протягивается продольно через газовую турбину 100. Вал 22 соединяет с возможностью приведения в действие компрессорную турбину 103 с компрессором 101.

При работе газовой турбины 100, воздух 24, который вовлекается через воздуховпускное отверстие 12, сжимается посредством компрессора 101 и доставляется в камеру 102 сгорания, содержащую секцию 102 горелки. Секция 102 горелки содержит пленум 26 горелки, одну или более камер 28 сгорания, заданных посредством двустенного контейнера 27, и, по меньшей мере, одну горелку 30, прикрепленную к каждой камере 28 сгорания. Камеры 28 сгорания и горелки 30 расположены в пленуме 26 горелки. Сжатый воздух, проходящий через компрессор 12, входит в диффузор 32 и выпускается из диффузора 32 в пленум 26 горелки из места, в котором часть воздуха входит в горелку 30 и смешивается с газообразным или жидким топливом. После этого воздушно-топливная смесь сжигается, и горючий газ 34 или рабочий газ из сгорания канализируется через переходный канал 35 в компрессорную турбину 103.

Компрессорная турбина 103 содержит определенное число несущих лопатки дисков 36, присоединенных к валу 22. В настоящем примере, два диска 36 переносят кольцевую матрицу лопаток 38 турбины. Тем не менее, число несущих лопатки дисков может отличаться, т.е. только один диск или более двух дисков. Помимо этого, направляющие лопасти 40, которые прикрепляются к статору 42 газовой турбины 100, располагаются между лопатками 38 турбины. Между выходом камеры 28 сгорания и передними лопатками 38 турбины, предусмотрены впускные направляющие лопасти 44.

Горючий газ из камеры 28 сгорания входит в компрессорную турбину 103 и приводит в действие лопатки 38 турбины, которые в свою очередь вращают вал 22. Направляющие лопасти 40, 44 служат для того, чтобы оптимизировать угол горючего или рабочего газа на лопатках 38 турбины. Компрессор 101 содержит осевую последовательность ступеней 46 направляющих лопастей и ступеней 48 лопаток ротора.

Фиг. 3 подробнее показывает схематичный вид газовой турбины по фиг. 1. В частности, фиг. 3 подробнее показывает часть камеры 28 сгорания.

Фиг. 4 подробнее показывает схематичный вид газовой турбины по фиг. 1. В частности, фиг. 4 показывает секцию камеры 28 сгорания вдоль линии III-III, показанной на фиг. 3.

Камера 28 сгорания имеет четыре части: переднюю концевую часть 120, завихряющую часть 121, часть 122 предкамеры горелки и объем 123 камеры сгорания. Основное топливо вводится в завихритель 121 посредством передней концевой части 120 через трубопровод 124, в то время как пилотное топливо входит в пространство горелки через трубопровод 125, имеющий на конце пилотную топливную форсунку 129. Потоки основного и пилотного топлива извлекаются из клапана 126 для разделения топлива, в который выполняется подача с помощью средства 127 подачи топлива, представляющая общую подачу топлива в камеру 123 сгорания. Средство 127 подачи топлива в силу этого содержит средство подачи основного или первого топлива и средство подачи пилотного или второго топлива. Поток основного топлива входит в завихритель 121 через набор 128 основных топливных форсунок (или инжектор), из которого он направляется вдоль завихряющих лопастей 130 и смешивается с входящим сжатым воздухом в процессе. Топливо может представлять собой газообразное топливо или жидкое топливо. Результирующая воздушно-топливная смесь поддерживает пламя 30 горелки. Горячий воздух из этого пламени 30 горелки входит в объем 123 камеры сгорания. Газовая турбина зачастую должна содержать определенное число таких камер 28 сгорания, причем в этом случае распределение потоков основного и пилотного топлива обычно должно быть таким, как показано на фиг. 5.

Фиг. 5 подробнее показывает схематичный вид газовой турбины по фиг. 1. В частности, фиг. 5 показывает распределение потоков основного и пилотного топлива для 1, 2, ..., N камер 28 сгорания. Потоки основного и пилотного топлива извлекаются из клапана 126 для разделения топлива, в который выполняется подача с помощью средства 127 подачи топлива, представляющая общую подачу топлива в 1, 2, ..., N камер 28 сгорания. Средство 127 подачи топлива в силу этого содержит средство подачи основного или первого топлива и средство подачи пилотного или второго топлива.

Фиг. 6 показывает схематичный вид контроллера 600 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 6 показывает схематичный вид контроллера 600, функционально соединенного с газовой турбиной 100.

Контроллер 600 предназначен для газовой турбины 100. Газовая турбина 100 содержит компрессор 101, выполненный с возможностью работать на частоте

вращения, камеру 102 сгорания и средство 127 подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор 101 выполнен с возможностью предоставлять воздух в камеру 102 сгорания с массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии, и при этом средство 127 подачи топлива выполнено с возможностью подавать топливо с массовым расходом

топлива в камеру 102 сгорания. Контроллер 600 выполнен с возможностью, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управлять компрессором 101 таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру 102 сгорания с новым массовым расходом

воздуха, при этом новый массовый расход

и вторым пороговым значением

.

В этом примере, контроллер 600 содержит блок 610 моделирования в реальном времени, блок 620 определения коэффициентов коррекции, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления, блок 640 умножения, блок 650 определения ускорения/замедления, блок 660 суммирования, блок 670 пропорционально-интегрального (PI) контроллера и блок 680 выбора. Другие компоновки являются возможными.

В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять оценку нового массового расхода

воздуха. В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять оценку нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе модели в реальном времени газовой турбины 100. В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять оценку нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе частоты

вращения. В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью принимать частоту

вращения из газовой турбины 100. В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью предоставлять определенную оценку нового массового расхода

воздуха в блок 620 определения коэффициентов коррекции.

В одном примере, блок 610 моделирования в реальном времени содержит модель в реальном времени (также известную как динамическая) газовой турбины 100, описанную математически посредством набора нелинейных дифференциальных уравнений:

,

где распределенные аэротермодинамические, механические и электрические процессы включаются в координатный вектор

состояний. Для n переменных состояния, могут записываться n наборов вышеприведенного уравнения. Средства управления (u), рабочие состояния (v) и параметры работоспособности (h) представляют собой величины, которые могут различаться за счет измерения и/или манипулирования.

Измерения (также известные как считываемые параметры) могут проводиться для различных величин в газовой турбине 100. Эти считываемые параметры могут быть связаны с состояниями, вводами и параметрами согласно общему алгебраическому выражению:

,

где, в общем, вектор y содержит измеримые и неизмеримые параметры. Эти вышеприведенные уравнения для координатного вектора

состояний и вектора y могут быть достаточно общими, чтобы предоставлять начальную точку для того, чтобы описывать газовую турбину 100 относительно проектирования системы управления и оценки состояния.

После того, как точная модель разрабатывается для общей базовой линии, эта модель газовой турбины может быть расширена таким образом, что она включает в себя данные, представляющие газовую турбину 100 с ухудшенными характеристиками (т.е. после использования газовой турбины 100, например, после ее ввода в действие и/или длительного использования). Эффекты ухудшения характеристик могут включать в себя, например, изменения эффективности, изменения площади, падения давления, а также изменения и возмущения потока вследствие эффектов отбора. Типично, две величины в виде наибольшей производительности и эффективности могут использоваться для того, чтобы моделировать изменения в работе газовой турбины 100, приводящие к сниженной эффективности превращения энергии или ухудшенным характеристикам компонентного потока.

В одном примере, модель в реальном времени является такой, как описано в WO 2015/117791 и/или WO 2017/198528.

В одном примере, контроллер 600 выполнен с возможностью, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управлять компрессором 101 таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру 102 сгорания с новым массовым расходом

воздуха посредством определения коэффициента CF коррекции для изменения ΔL нагрузки для нагрузки L и регулирования массового расхода воздуха

до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе определенного коэффициента CF коррекции. В одном примере, коэффициент CF коррекции содержит и/или представляет собой коэффициент ACF коррекции ускорения. В одном примере, коэффициент CF коррекции содержит и/или представляет собой коэффициент DCF коррекции замедления.

В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью определять коэффициент CF коррекции для изменения ΔL нагрузки для нагрузки L. В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью определять коэффициент CF коррекции для изменения ΔL нагрузки для нагрузки L, по меньшей мере, частично на основе определенной оценки нового массового расхода

воздуха, предоставляемого посредством блока 610 моделирования в реальном времени. В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью определять коэффициент CF коррекции, по меньшей мере, частично на основе частоты

вращения. В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью определять коэффициент CF коррекции, как описано со ссылкой на фиг. 8, 9 и 11. В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью принимать частоту

вращения из газовой турбины 100. В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью предоставлять определенный коэффициент CF коррекции для изменения ΔL нагрузки для нагрузки L в блок 640 умножения.

В одном примере, блок 620 определения коэффициентов коррекции выполнен с возможностью определять коэффициент CF коррекции посредством вычисления коэффициента CF коррекции согласно следующему:

,

если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является положительным. Это соответствует составлению расписания для ускорения во время принятия нагрузки, т.е. коэффициент CF коррекции представляет собой коэффициент ACF коррекции ускорения.

В частности, необходимо рассматривать два частных случая, если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является положительным.

В первом частном случае, дополнительное ускорение является невозможным:

Во втором частном случае, свободное ускорение является возможным:

,

если

, при этом

.

,

если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является отрицательным. Это соответствует составлению расписания для замедления во время сброса нагрузки, т.е. коэффициент CF коррекции представляет собой коэффициент DCF коррекции замедления.

В частности, необходимо рассматривать два частных случая, если изменение ΔL нагрузки для нагрузки L является отрицательным.

В первом частном случае, дополнительное замедление является невозможным:

Во втором частном случае, свободное замедление является возможным:

,

если

, при этом

.

воздуха посредством определения темпа dn/dt изменения частоты вращения, соответствующего изменению ΔL нагрузки для нагрузки L, и регулирования массового расхода воздуха

до нового массового расхода

В одном примере, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью определять темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению ΔL нагрузки для нагрузки L. В одном примере, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью определять темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению ΔL нагрузки для нагрузки L, в качестве функции от частоты

вращения, например, как описано ниже со ссылкой на фиг. 10 и/или 12. В одном примере, этот темп изменения содержит и/или представляет собой оцененную потребность для ускорения/замедления компрессора 101. В одном примере, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью принимать частоту

вращения из газовой турбины 100. В одном примере, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью предоставлять определенный темп dn/dt изменения частоты вращения, например, в качестве оцененной потребности для ускорения/замедления компрессора 101, в блок 640 умножения.

В одном примере, контроллер 600 выполнен с возможностью управлять компрессором 101 таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру 102 сгорания с новым массовым расходом

воздуха посредством регулирования, например, ограничения массового расхода воздуха как нового массового расхода

В одном примере, блок 640 умножения выполнен с возможностью умножать (т.е. вычислять произведение) определенный коэффициент CF коррекции, предоставляемый посредством блока 620 определения коэффициентов коррекции, и оцененную потребность для ускорения/замедления компрессора 101, предоставляемую посредством блока 630 составления расписания для ускорения/замедления, за счет этого предоставляя скорректированную потребность для ускорения/замедления компрессора 101. В одном примере, блок 640 умножения выполнен с возможностью предоставлять произведение определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения в блок 660 суммирования.

топлива посредством регулирования, например, ограничения массового расхода воздуха как нового массового расхода

В одном примере, блок 650 определения ускорения/замедления выполнен с возможностью определять темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению ΔL нагрузки для нагрузки L, на основе принимаемой частоты

вращения (т.е. например, фактического значения, а не оценки). В одном примере, блок 650 определения ускорения/замедления выполнен с возможностью принимать частоту

вращения из газовой турбины 100. В одном примере, блок 650 определения ускорения/замедления выполнен с возможностью предоставлять определенный темп dn/dt изменения частоты вращения в блок 660 суммирования.

В одном примере, блок 660 суммирования выполнен с возможностью суммировать определенный темп dn/dt изменения частоты вращения, предоставляемый посредством блока 650 определения ускорения/замедления, и произведение определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения (т.е. скорректированную потребность для ускорения/замедления компрессора 101), предоставляемых посредством блока 640 умножения, за счет этого предоставляя ошибку ускорения/замедления компрессора 101 в качестве разности между скорректированной потребностью для ускорения/замедления и фактическим значением, предоставляемым посредством блока 650 определения ускорения/замедления. В одном примере, блок 660 суммирования выполнен с возможностью предоставлять эту сумму (т.е. ошибку ускорения/замедления компрессора 101) в PI-контроллер 670.

воздуха, определенном из суммы определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения и произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения.

В одном примере, контроллер 600 выполнен с возможностью, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управлять средством 127 подачи топлива таким образом, чтобы подавать топливо с массовым расходом

топлива в камеру 102 сгорания. В одном примере, контроллер 600 выполнен с возможностью определять массовый расход

топлива, соответствующий новому массовому расходу

воздуха.

В одном примере, PI-контроллер 670 выполнен с возможностью определять новый массовый расход

воздуха, по меньшей мере, частично на основе суммы, предоставляемой посредством блока 660 суммирования, определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения и произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения (т.е. на основе ошибки ускорения/замедления компрессора 101). В одном примере, PI-контроллер 670 выполнен с возможностью предоставлять определенный новый общий массовый расход

топлива в блок 680 выбора.

В одном примере, PI-контроллер 670 выполнен с возможностью определять массовый расход

топлива, который должен подаваться посредством средства 127 подачи топлива в камеру 102 сгорания, по меньшей мере, частично на основе суммы, предоставляемой посредством блока 660 суммирования, определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения и произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного темпа dn/dt изменения частоты вращения (т.е. на основе ошибки ускорения/замедления компрессора 101). В одном примере, PI-контроллер 670 выполнен с возможностью предоставлять определенный массовый расход

топлива в блок 680 выбора.

В одном примере, блок 680 выбора выполнен с возможностью предоставлять определенный новый общий массовый расход

топлива в газовую турбину 100, например, в компрессор 101, за счет этого управляя газовой турбиной 100 согласно определенному новому массовому расходу

воздуха. В одном примере, блок 680 выбора выполнен с возможностью предоставлять определенный новый общий массовый расход

топлива в блок 610 моделирования в реальном времени, в силу этого подавая это значение обратно в модель в реальном времени.

В одном примере, блок 680 выбора выполнен с возможностью предоставлять определенный массовый расход

топлива в газовую турбину 100, например, в средство 127 подачи топлива, за счет этого управляя газовой турбиной 100 согласно определенному массовому расходу топлива

. В одном примере, блок 680 выбора выполнен с возможностью предоставлять определенный массовый расход

На S601, блок 610 моделирования в реальном времени принимает частоту

вращения из газовой турбины 100. Если обобщить, на S601, блок 610 моделирования в реальном времени принимает все доступные измерения из газовой турбины 100, например, частоты вращения, давления и/или температуры в различных участках двигателя.

На S602, блок 610 моделирования в реальном времени определяет оценку нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе принимаемой частоты

вращения, как описано выше, и предоставляет оценку нового массового расхода

На S603, блок 620 определения коэффициентов коррекции принимает частоту

вращения из газовой турбины 100.

На S604, блок 620 определения коэффициентов коррекции определяет коэффициент CF коррекции, по меньшей мере, частично на основе принимаемой частоты

вращения и оценки нового массового расхода

воздуха, предоставляемого посредством блока 610 моделирования в реальном времени, как описано выше, и предоставляет определенный коэффициент CF коррекции в блок 640 умножения.

На S605, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления принимает частоту

вращения из газовой турбины 100.

На S606, блок 630 составления расписания для ускорения/замедления определяет темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению ΔL нагрузки для нагрузки L в качестве функции от принимаемой частоты

вращения, в качестве оцененной потребности для ускорения/замедления компрессора 101 и предоставляет допустимую, например, приемлемую, дозволяемую, разрешенную, допускаемую или обоснованную потребность для ускорения/замедления в блок 640 умножения.

На S607, блок 640 умножения умножает (т.е. вычисляет произведение) определенный коэффициент CF коррекции, предоставляемый посредством блока 620 определения коэффициентов коррекции, и допустимую потребность для ускорения/замедления компрессора 101, предоставляемую посредством блока 630 составления расписания для ускорения/замедления, за счет этого предоставляя скорректированную допустимую потребность для ускорения/замедления компрессора 101. Блок 640 умножения предоставляет скорректированную допустимую потребность для ускорения/замедления компрессора 101 в блок 660 суммирования.

На S608, блок 650 определения ускорения/замедления принимает частоту

вращения из газовой турбины 100.

На S609, блок 650 определения ускорения/замедления определяет темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению ΔL нагрузки для нагрузки L, на основе принимаемой частоты

вращения (т.е., например, фактического значения, а не оценки), и предоставляет определенный темп dn/dt изменения частоты вращения в блок 660 суммирования.

На S610, блок 660 суммирования суммирует определенный темп dn/dt изменения частоты вращения, предоставляемый посредством блока 650 определения ускорения/замедления, и скорректированную потребность для ускорения/замедления компрессора 101, за счет этого предоставляя ошибку ускорения/замедления компрессора 101 в качестве разности между скорректированной потребностью для ускорения/замедления и фактическим значением, предоставляемым посредством блока 650 определения ускорения/замедления. Блок 660 суммирования предоставляет эту ошибку ускорения/замедления компрессора 101 в PI-контроллер 670.

На S611, PI-контроллер 670 определяет новый массовый расход

топлива, по меньшей мере, частично на основе ошибки ускорения/замедления компрессора 101, как описано выше. В этом примере, PI-контроллер 670 определяет массовый расход

топлива, который должен подаваться посредством средства 127 подачи топлива в камеру 102 сгорания. PI-контроллер 670 предоставляет массовый расход

топлива в блок 680 выбора.

На S612, блок 680 выбора предоставляет определенный новый массовый расход топлива в газовую турбину 100, за счет этого управляя газовой турбиной 100 согласно определенному новому массовому расходу

воздуха. Блок 680 выбора предоставляет определенный массовый расход

. Если обобщить, на S612, блок 680 выбора может предоставлять общие потребности в топливе, потребности в пилотном и/или основном топливе в газовую турбину 100. Блок 680 выбора дополнительно может предоставлять другие и/или все потребности, например, потребность регулируемой направляющей лопасти (VGV) и/или потребность продувочного клапана (BOV), в газовую турбину 100.

На S613, блок 680 выбора предоставляет определенный массовый расход

топлива в блок 610 моделирования в реальном времени, в силу этого подавая это значение обратно в модель в реальном времени. Если обобщить, на S613, блок 680 выбора может предоставлять общие потребности в топливе, потребности в пилотном и/или основном топливе в блок 610 моделирования в реальном времени. Блок 680 выбора дополнительно может предоставлять другие и/или все потребности, например, потребность регулируемой направляющей лопасти (VGV) и/или потребность продувочного клапана (BOV), в блок 610 моделирования в реальном времени.

Фиг. 7 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления.

Предусмотрен способ управления газовой турбиной 100, выполненной с возможностью, чтобы подавать нагрузку L, причем газовая турбина 100 содержит компрессор 101, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в камеру 102 сгорания.

На S701, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, компрессор 101 управляется таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру 102 сгорания с новым массовым расходом

воздуха, при этом новый массовый расход

и вторым пороговым значением

.

Необязательно, способ содержит повторение S701, например, последовательно, периодически, регулярно и/или нерегулярно, в ответ на последующие изменения ΔL нагрузки.

Способ может включать в себя любые из этапов, описанных в данном документе.

Фиг. 8 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 8 показывает карту давления для газовой турбины 100, в которой коэффициент PR давления в компрессоре проиллюстрирован в качестве функции от массового расхода воздуха

в компрессоре. Коэффициент PR давления в компрессоре представляет собой отношение давления на выпуске компрессора к давлению на впуске компрессора.

Карта давления включает в себя рабочую линию для массового расхода

воздуха в установившемся состоянии, для которого коэффициент PR давления в компрессоре является приблизительно пропорциональным массовому расходу

воздуха в компрессоре. Карта давления включает в себя первое нижнее пороговое значение

, которое представляет собой бедный предел срыва пламени (LBO), соответствующий потери пламени 30 горелки, при более низких коэффициентах PR давления в компрессоре, чем рабочая линия для идентичного массового расхода

воздуха в компрессоре, и которое отклоняется от рабочей линии при более высоких массовых расходах

воздуха в компрессоре. Карта давления включает в себя второе верхнее пороговое значение

, которое представляет собой предел по помпажу, соответствующий нестабильности помпажа компрессора 101, при более высоких коэффициентах PR давления в компрессоре, чем рабочая линия для идентичного массового расхода

воздуха в компрессоре перед схождением к ней. Карта давления включает в себя третье пороговое значение

, ближайшее и параллельное рабочей линии, которое находится в пределах диапазона между массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии (т.е. рабочей линией) и первым пороговым значением

. Карта давления включает в себя четвертое пороговое значение

. Третье пороговое значение

и четвертое пороговое значение

соответствуют умеренным переходным событиям. Карта давления включает в себя также множество, конкретно семь в этом примере, приблизительно взаимно равноотстоящих линий частоты вращения, поперечных к рабочей линии, первое пороговое значение

, второе пороговое значение

, третье пороговое значение

и четвертое пороговое значение

. Помечаются три линии частоты

,

и

вращения, соответствующие трем смежным частотам

вращения.

Фиг. 9 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 9 показывает пример карты давления, как описано со ссылкой на фиг. 8, для составления расписания для ускорения во время принятия нагрузки вследствие положительного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии. Как показано посредством изогнутой стрелки на фиг. 9, во время принятия нагрузки вследствие положительного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии, газовая турбина 100 управляется таким образом, что она перемещается из рабочей линии начального массового расхода

воздуха в установившемся состоянии, так что она работает с новым массовым расходом

воздуха, между массовым расходом

, перед возвратом к работе на рабочей линии массового расхода

воздуха в установившемся состоянии, после принятия нагрузки. Таким образом, газовая турбина 100 может управляться таким образом, что она работает ближе ко второму пороговому значению

, что обеспечивает возможность газовой турбине 100 принимать большие положительные изменения ΔL нагрузки без помпажа.

Фиг. 10 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 10 показывает график номинального расписания для ускорения, в котором темп dn/dt изменения частоты вращения (т.е. ускорение) проиллюстрирован в качестве функции от частоты

вращения. Ускорение медленно увеличивается в качестве функции от частоты

вращения и дает выброс максимум приблизительно до 3200 на частоте

вращения приблизительно в 13000 до снижения на более высоких частотах вращения. Нормальный рабочий диапазон частоты

вращения составляет приблизительно от 11000 до 13000 в этом примере.

Фиг. 11 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 11 показывает пример карты коэффициентов давления в компрессоре, как описано со ссылкой на фиг. 8, для составления расписания для замедления во время сброса нагрузки вследствие отрицательного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии. Как показано посредством изогнутой стрелки на фиг. 9, во время сброса нагрузки вследствие отрицательного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии, газовая турбина 100 управляется таким образом, что она перемещается из начальной рабочей линии массового расхода

воздуха, между массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии, после сброса нагрузки. Таким образом, газовая турбина 100 может управляться таким образом, что она работает ближе к первому пороговому значению

, что обеспечивает возможность газовой турбине 100 принимать большие отрицательные изменения ΔL нагрузки без потери пламени.

Фиг. 12 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 12 показывает график номинального расписания для замедления, в котором темп dn/dt изменения частоты вращения (т.е. замедление) проиллюстрирован в качестве функции от частоты

вращения. Ускорение является постоянным в качестве функции от частоты

вращения приблизительно в 9000 до снижения на более высоких частотах вращения в этом примере.

Фиг. 13 показывает схематичный вид контроллера 700 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 13 показывает схематичный вид контроллера 700, функционально соединенного с газовой турбиной 100.

В одном примере, контроллер 700 содержит контроллер 600, или наоборот.

Контроллер 700 предназначен для газовой турбины 100. Газовая турбина 100 содержит компрессор 101, выполненный с возможностью работать на частоте

топлива в камеру 102 сгорания. Контроллер 700 выполнен с возможностью, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управлять средством 127 подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания.

Следует понимать, что массовый расход

в камере сгорания представляет собой сумму массового расхода

воздуха (например, массового расхода

воздуха в установившемся состоянии или нового массового расхода

воздуха) и массового расхода

топлива для воздуха и топлива, соответственно, предоставляемых в камеру 102 сгорания посредством компрессора 101 и подаваемых посредством средства 127 подачи топлива, соответственно, для текущего временного шага t. Текущий временной шаг t может находиться в диапазоне от 1 мс до 100 мс, предпочтительно от 10 до 50 мс.

В этом примере, контроллер 700 содержит блок 710 моделирования в реальном времени, блок 790 задержки на один временной шаг, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления, блок 740 умножения и блок 780 выбора. Другие компоновки являются возможными.

Блок 710 моделирования в реальном времени, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления, блок 740 умножения и/или блок 780 выбора могут содержать и/или представлять собой то, что описано выше относительно блока 610 моделирования в реальном времени, блока 630 составления расписания для ускорения/замедления, блока 640 умножения и/или блока 680 выбора, соответственно.

В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять массовый расход

в камере сгорания. В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять массовый расход

в камере сгорания, по меньшей мере, частично на основе модели в реальном времени газовой турбины 100. В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью определять массовый расход

в камере сгорания, по меньшей мере, частично на основе частоты

вращения. В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью принимать частоту

вращения из газовой турбины 100. В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени выполнен с возможностью предоставлять определенный массовый расход

в камере сгорания в блок 790 задержки на временной шаг и/или в блок 740 умножения.

В одном примере, блок 710 моделирования в реальном времени содержит модель в реальном времени (также известную как динамическая) газовой турбины 100, описанную математически посредством набора нелинейных дифференциальных уравнений, как описано выше относительно блока 610 моделирования в реальном времени:

,

В одном примере, контроллер 700 выполнен с возможностью управлять пропорцией Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, по меньшей мере, частично, на основе предыдущего массового расхода

в камере сгорания, подаваемого на предыдущем временном шаге t-1. В одном примере, предыдущий временной шаг t-1 является одним (т.е. единственным, одиночным или точно одним) временным шагом, предшествующим текущему временному шагу t.

В одном примере, блок 790 задержки на временной шаг выполнен с возможностью определять предыдущий массовый расход

в камере сгорания, подаваемый на предыдущем временном шаге t-1, например, соответствующий определенному массовому расходу

в камере сгорания для текущего временного шага t, принимаемому из блока 710 моделирования в реальном времени. В одном примере, блок 790 задержки на временной шаг выполнен с возможностью получать предыдущий массовый расход

в камере сгорания, например, из запоминающего блока, например, таблицы поиска или карты.

топлива в качестве массового расхода

топлива, подаваемого через средство подачи первого топлива, по меньшей мере, частично на основе предыдущего массового расхода

в камере сгорания, подаваемого на предыдущем временном шаге t-1, при этом предыдущий массовый расход

В одном примере, блок 790 задержки на временной шаг выполнен с возможностью получать предыдущий массовый расход

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, например, из запоминающего блока, например, таблицы поиска или карты. В одном примере, блок 790 задержки на временной шаг выполнен с возможностью предоставлять массовый расход

в камере сгорания в блок 730 составления расписания для ускорения/замедления, который содержит запоминающий блок, например, таблицу поиска или карту.

В одном примере, контроллер 700 выполнен с возможностью, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, управлять средством 127 подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

топлива через средство подачи первого топлива, по меньшей мере, частично на основе оцененной потребности в первом топливе (также известном как пилотное) для ускорения/замедления, полученной из расписания для ускорения/замедления в качестве функции от массового расхода

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, например, из своего расписания для ускорения/замедления. Оцененная потребность в первом топливе для ускорения/замедления, в общем, может определяться из отношения массового расхода

топлива к массовому расходу

в камере сгорания:

В одном примере, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью определять оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления, по меньшей мере, частично на основе массового расхода

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, предоставляемого за счет блока 790 обработки посредством временного шага. В одном примере, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью определять оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в качестве отношения массового расхода

топлива к массовому расходу

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, например, из своего расписания для ускорения/замедления. В одном примере, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления выполнен с возможностью предоставлять оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 740 умножения.

В одном примере, блок 740 умножения выполнен с возможностью умножать (т.е. вычислять произведение) массовый расход

в камере сгорания для текущего временного шага t, предоставляемый посредством блока 710 моделирования в реальном времени, и оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления, предоставляемую (т.е. определенную из массового расхода

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1) посредством блока 730 составления расписания для ускорения/замедления, за счет этого предоставляя скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления. Скорректированная потребность в первом топливе для ускорения/замедления в силу этого может выражаться следующим образом:

В одном примере, блок 740 умножения выполнен с возможностью предоставлять скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 780 выбора.

В одном примере, блок 780 выбора выполнен с возможностью предоставлять скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в газовую турбину 100, например, в средство 127 подачи топлива, за счет этого управляя газовой турбиной 100 согласно расписанию скорректированной потребности в первом топливе для ускорения/замедления. В одном примере, блок 780 выбора выполнен с возможностью предоставлять скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 710 моделирования в реальном времени (в силу этого подавая это значение обратно в модель в реальном времени) и в газовую турбину 100.

топлива в качестве массового расхода

по пилотному топливу.

В одном примере, первое пороговое значение

по пилотному топливу соответствует потере пилотного пламени камеры 102 сгорания.

В одном примере, второе пороговое значение

по пилотному топливу соответствует перегреву горелки камеры 102 сгорания.

В одном примере, первое пороговое значение

по пилотному топливу является предварительно определенным для газовой турбины 100, например, согласно данным, полученным из нее, включенным в модель в реальном времени и/или в расписание для ускорения/замедления, как описано выше.

В одном примере, второе пороговое значение

топлива в качестве массового расхода

по пилотному топливу в течение самое большее предварительно определенной первой длительности, например, в диапазоне от 1 до 100 временных шагов, предпочтительно в диапазоне от 1 до 10 временных шагов, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 временных шагов, например, в течение 3 временных шагов. Временные отклонения ниже первого порогового значения

по пилотному топливу могут быть приемлемыми. Временной шаг может находиться в диапазоне от 1 мс до 100 мс, предпочтительно от 10 до 50 мс.

топлива в качестве массового расхода

по пилотному топливу в течение самое большее предварительно определенной второй длительности, например, в диапазоне от 1 до 100 временных шагов, предпочтительно в диапазоне от 1 до 10 временных шагов, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 временных шагов, например, в течение 3 временных шагов. Временные отклонения выше второго порогового значения

топлива в качестве массового расхода

На S1301, блок 710 моделирования в реальном времени принимает все доступные измерения из газовой турбины 100, например, частоты вращения, давления и/или температуры в различных участках двигателя.

На S1302, блок 710 моделирования в реальном времени определяет массовый расход

в камере сгорания, по меньшей мере, частично на основе массового расхода

топлива для текущего временного шага t, как описано выше, и предоставляет массовый расход

в камере сгорания в блок 790 обработки посредством временного шага.

На S1303, блок 790 обработки посредством временного шага получает предыдущий массовый расход

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, например, из запоминающего блока, например, таблицы поиска или карты и предоставляет предыдущий массовый расход

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1 в блок 730 составления расписания для ускорения/замедления.

На S1304, блок 730 составления расписания для ускорения/замедления определяет оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления, по меньшей мере, частично на основе массового расхода

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1, предоставляемого за счет блока 790 обработки посредством временного шага, из своего расписания для ускорения/замедления, и предоставляет оцененную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 740 умножения.

На S1305, блок 710 моделирования в реальном времени предоставляет массовый расход

в камере сгорания в блок 740 умножения.

На S1306, блок 740 умножения умножает (т.е. вычисляет произведение) массовый расход

в камере сгорания для предыдущего временного шага t-1) посредством блока 730 составления расписания для ускорения/замедления, за счет этого предоставляя выражаемую как скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления:

Блок 740 умножения предоставляет скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 780 выбора.

На S1307, блок 780 выбора предоставляет скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в газовую турбину 100, например, в средство 127 подачи топлива, за счет этого управляя газовой турбиной 100 согласно скорректированной потребности в первом топливе для ускорения/замедления. Если обобщить, на S1307, блок 780 выбора может предоставлять общие потребности в топливе, потребности в пилотном и/или основном топливе в газовую турбину 100. Блок 780 выбора дополнительно может предоставлять другие и/или все потребности, например, потребность регулируемой направляющей лопасти (VGV) и/или потребность продувочного клапана (BOV), в газовую турбину 100.

На S1308, блок 780 выбора предоставляет скорректированную потребность в первом топливе для ускорения/замедления в блок 710 моделирования в реальном времени, в силу этого подавая это значение обратно в модель в реальном времени. Если обобщить, на S1308, блок 780 выбора может предоставлять общие потребности в топливе, потребности в пилотном и/или основном топливе в блок 710 моделирования в реальном времени. Блок 780 выбора дополнительно может предоставлять другие и/или все потребности, например, потребность регулируемой направляющей лопасти (VGV) и/или потребность продувочного клапана (BOV), в блок 710 моделирования в реальном времени.

Фиг. 14 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления.

топлива в камеру 102 сгорания.

На S1401, в ответ на изменение ΔL нагрузки для нагрузки L, средство 127 подачи топлива управляется таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания.

Необязательно, способ содержит повторение S1401, например, последовательно, периодически, регулярно и/или нерегулярно, в ответ на последующие изменения ΔL нагрузки.

Способ может содержать любые из этапов способа, описанных в данном документе, например, в том числе, как описано относительно фиг. 7.

Фиг. 15 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 15 показывает карту разделения пилотного топлива (также известную как расписание потребности в пилотном топливе для ускорения/замедления) для газовой турбины 100, в которой разделение потребности в пилотном топливе проиллюстрировано в качестве функции от массового расхода

в камере сгорания. Разделение потребности в пилотном топливе представляет собой отношение массового расхода

топлива к массовому расходу

в камере сгорания:

Карта разделения пилотного топлива включает в себя рабочую линию для массового расхода

в камере сгорания в установившемся состоянии, для которого разделение потребности в пилотном топливе является приблизительно обратно пропорциональным массовому расходу

в камере сгорания. Карта расхода топлива включает в себя первое нижнее пороговое значение

по пилотному топливу, которое представляет собой бедный предел срыва пламени (LBO), соответствующий потере пилотного пламени, при более низких разделениях потребности в пилотном топливе, чем рабочая линия для идентичного массового расхода

в камере сгорания, и которое сходится к рабочей линии при более высоком массовом расходе

.в камере сгорания Карта давления включает в себя второе верхнее пороговое значение

по пилотному топливу, которое представляет собой верхний температурный предел, соответствующий перегреву горелки, при более высоких разделениях потребности в пилотном топливе, чем рабочая линия для идентичного массового расхода

в камере сгорания.

Фиг. 16 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 16 показывает пример карты разделения пилотного топлива, как описано со ссылкой на фиг. 15, для составления расписания для ускорения во время принятия нагрузки вследствие положительного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии. Как показано посредством изогнутой стрелки на фиг. 16, во время принятия нагрузки вследствие положительного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии, газовая турбина 100 управляется таким образом, что она перемещается из начального разделения потребности в пилотном топливе на рабочей линии, соответствующей предыдущему массовому расходу

в камере сгорания, подаваемому на предыдущем временном шаге t-1, так что она работает при новом разделении потребности в пилотном топливе между массовым расходом

в камере сгорания в установившемся состоянии и первым пороговым значением

по пилотному топливу (т.е. при более низком разделении потребности в пилотном топливе), перед возвратом к работе на рабочей линии массового расхода

в камере сгорания в установившемся состоянии, после принятия нагрузки. Таким образом, газовая турбина 100 может управляться таким образом, что она работает ближе к первому пороговому значению

по пилотному топливу, что обеспечивает возможность газовой турбине 100 принимать большие положительные изменения ΔL нагрузки без потери пилотного пламени.

Фиг. 17 показывает схематичный вид способа управления газовой турбиной 100 согласно примерному варианту осуществления. В частности, фиг. 17 показывает пример карты разделения пилотного топлива, как описано со ссылкой на фиг. 15, для составления расписания для замедления во время сброса нагрузки вследствие отрицательного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии. Как показано посредством изогнутой стрелки на фиг. 16, во время сброса нагрузки вследствие отрицательного изменения ΔL нагрузки в переходном состоянии, газовая турбина 100 управляется таким образом, что она перемещается из начального разделения потребности в пилотном топливе на рабочей линии, соответствующей предыдущему массовому расходу

в камере сгорания в установившемся состоянии и вторым пороговым значением

по пилотному топливу (т.е. при более высоком разделении потребности в пилотном топливе), перед возвратом к работе на рабочей линии массового расхода

в камере сгорания в установившемся состоянии, после сброса нагрузки. Таким образом, газовая турбина 100 может управляться таким образом, что она работает ближе ко второму пороговому значению

по пилотному топливу, что обеспечивает возможность газовой турбине 100 принимать большие отрицательные изменения ΔL нагрузки без перегрева пилотной форсунки.

Внимание направлено на все статьи и документы, которые поданы одновременно или до данного подробного описания в связи с этой заявкой и которые являются открытыми для общедоступной проверки с этим подробным описанием, и содержание всех таких статей и документов содержатся в данном документе по ссылке.

Все признаки, раскрытые в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), и/или все этапы любого раскрытого способа или процесса могут быть комбинированы в любой комбинации за исключением комбинаций, в которых, по меньшей мере, некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.

Каждый признак, раскрытый в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), может заменяться посредством альтернативных признаков, служащих идентичной, эквивалентной или аналогичной цели, если в явной форме не указано иное. Таким образом, если в явной форме не указано иное, каждый раскрытый признак представляет собой только один пример общей последовательности эквивалентных или аналогичных признаков.

Изобретение не ограничено подробностями вышеприведенного варианта(ов) осуществления. Изобретение распространяется на любой новый один или на любую новую комбинацию признаков, раскрытых в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), либо на любой новый один или на любую новую комбинацию этапов любого раскрытого способа или процесса.

Claims

1. Способ управления газовой турбиной (100), выполненной с возможностью подачи нагрузки L, причем газовая турбина (100) содержит компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частоте

вращения, камеру (102) сгорания и средство (127) подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор (101) выполнен с возможностью предоставления воздуха в камеру (102) сгорания с массовым расходом

воздуха в установившемся состоянии, причем средство (127) подачи топлива выполнено с возможностью подачи топлива с массовым расходом

топлива в камеру (102) сгорания, при этом способ включает этапы, на которых:

в ответ на изменение

L нагрузки для нагрузки L, управляют компрессором (101) таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру (102) сгорания с новым массовым расходом

воздуха, при этом новый массовый расход

и вторым пороговым значением

(S701);

причем управление компрессором (101) таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру (102) сгорания с новым массовым расходом

воздуха, включает этап, на котором определяют коэффициент CF коррекции для изменения

L нагрузки для нагрузки L и регулируют массовый расход

воздуха до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе определенного коэффициента CF коррекции;

при этом управление воздухом, предоставляемым в камеру (102) сгорания с новым массовым расходом

воздуха, включает этап, на котором определяют темп dn/dt изменения частоты вращения, соответствующий изменению

L нагрузки для нагрузки L, и регулируют массовый расход

воздуха до нового массового расхода

2. Способ по п. 1, в котором определение коэффициента CF коррекции включает этап, на котором вычисляют коэффициент CF коррекции согласно:

,

если изменение

L нагрузки для нагрузки L является положительным.

3. Способ по п. 2, в котором определение коэффициента CF коррекции включает этап, на котором вычисляют коэффициент CF коррекции согласно:

,

если

, при этом

.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором определение коэффициента CF коррекции включает этап, на котором вычисляют коэффициент CF коррекции согласно:

,

если изменение

L нагрузки для нагрузки L является отрицательным.

5. Способ по п. 4, в котором определение коэффициента CF коррекции включает этап, на котором вычисляют коэффициент CF коррекции согласно:

,

если

, при этом

.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором управление воздухом, предоставленным в камеру (102) сгорания с новым массовым расходом

воздуха, включает этап, на котором регулируют массовый расход

воздуха до нового массового расхода

воздуха, по меньшей мере, частично на основе произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного допустимого темпа dn/dt изменения частоты вращения.

7. Способ по п. 6, в котором управление воздухом, предоставленным в камеру (102) сгорания с новым массовым расходом

топлива, включает этап, на котором регулируют массовый расход

воздуха до нового массового расхода

воздуха на основе суммы определенного фактического темпа dn/dt изменения частоты вращения и произведения определенного коэффициента CF коррекции и определенного допустимого темпа dn/dt изменения частоты вращения.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий этап, на котором:

в ответ на изменение

L нагрузки для нагрузки L, управляют средством (127) подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания,

при этом массовый расход

воздуха и массового расхода

топлива.

9. Способ по п. 8, в котором управление пропорцией Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания, подаваемом на предыдущем временном шаге t-1.

10. Способ по п. 9, в котором управление пропорцией Z массового расхода

топлива в качестве массового расхода

в камере сгорания, подаваемом на предыдущем временном шаге t-1, при этом предыдущий массовый расход

11. Контроллер (600) для газовой турбины (100), причем газовая турбина содержит компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частоте

топлива в камеру (102) сгорания, при этом контроллер (600) выполнен с возможностью:

в ответ на изменение

L нагрузки для нагрузки L, управления компрессором таким образом, чтобы предоставлять воздух в камеру сгорания с новым массовым расходом

воздуха, причем новый массовый расход

и вторым пороговым значением

;

воздуха, включает определение коэффициента CF коррекции для изменения

L нагрузки для нагрузки L и регулировку массового расхода

воздуха до нового массового расхода

воздуха, включает определение темпа dn/dt изменения частоты вращения, соответствующего изменению

L нагрузки для нагрузки L, и регулировку массового расхода

воздуха до нового массового расхода

12. Газовая турбина (100), содержащая компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частоте

вращения, камеру (101) сгорания и средство (127) подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор (101) выполнен с возможностью предоставления воздуха в камеру (102) сгорания с массовым расходом

топлива в камеру (102) сгорания, при этом газовая турбина (100) содержит контроллер (600) по п. 11.

13. Материальный энергонезависимый машиночитаемый носитель хранения данных, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации посредством контроллера (600) для газовой турбины (100), содержащей компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частоте

топлива в камеру (102) сгорания, инструктируют контроллеру (600) осуществлять способ управления газовой турбиной (100) по любому из пп. 1-10.