Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин

Авторы патента:


Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин
Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин

 


Владельцы патента RU 2443885:

ГЭЗ ТЕРБАЙН ИФФИШЕНСИ СВИДЕН АБ (SE)

Система для настройки работы газовой турбины создана на основе измерения рабочих параметров турбины и управления регулировкой средств оперативного управления для различных рабочих элементов турбины. В системе предусмотрен контроллер для связи с датчиками и средствами управления. Контроллер принимает рабочие данные из датчиков и сравнивает данные с хранящимися операционными стандартными значениями, чтобы определять, соответствует ли работа турбины данным стандартным значениям. Затем контроллер передает выбранную регулировку в рабочем параметре турбины. Затем контроллер принимает дополнительные рабочие данные из датчиков, чтобы определять, требуется ли дополнительная регулировка или требуется регулировка другого выбранного рабочего параметра. Данная система позволяет поддерживать работу турбины в предпочтительной оперативной зоне. 9 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к автоматизированной системе для определения операционного состояния системы сжигания топлива и выполнения заранее установленных регулировок, чтобы обеспечить требуемую работу турбины.

Уровень техники

На газотурбинных двигателях наземного базирования используются системы сжигания заранее подготовленной обедненной горючей смеси для уменьшения выбросов, таких как NOx и СО. Данные системы были эффективными и, в некоторых случаях, образуют уровни выбросов, которые находятся на нижних пределах измерительных возможностей, составляющих приблизительно 1-3 части на миллион NOx и СО. Хотя данные системы являются значительным преимуществом с точки зрения образования выбросов, оперативная зона данных систем является существенно уменьшенной по сравнению с более обычными системами сжигания топлива. В результате управление состояниями, распределением и впрыском топлива в зоны горения стало критическим операционным параметром и требует частой регулировки, когда изменяются внешние условия, такие как температура, влажность и давление. Повторное регулирование состояний, распределения и впрыска горючего топлива называется настройкой.

Управляемая работа системы сжигания топлива обычно использует ручную установку операционных параметров камеры сгорания при среднем операционном состоянии. Данные установочные параметры являются удовлетворительными в момент установки, однако условия могут изменяться и вызывать ненадлежащую работу в течение нескольких часов или дней. Другие подходы используют формулу, чтобы прогнозировать выбросы на основе операционных параметров газовой турбины и выбирать заданное значение для распределения топлива и/или общего соотношения топлива и воздуха в машине, без изменения других параметров, таких как температура топливного газа. Данные подходы не обеспечивают своевременное изменение, не используют преимущества реальных динамических характеристик и данных о выбросах или не изменяют распределение топлива, температуру топлива и/или другие рабочие параметры турбины.

Другой переменной величиной, которая влияет на систему сжигания заранее подготовленной обедненной горючей смеси, является состав топлива. Достаточное изменение в составе топлива будет вызывать изменение в выделении тепла системы сжигания заранее подготовленной обедненной топливной смеси. Такое изменение может привести к отклонениям в выбросах, неустойчивым процессам горения или даже задувке системы сжигания топлива.

Ненадлежащая работа системы сжигания топлива выражается в усиленных пульсациях давления или увеличении в динамических характеристиках горения. Пульсации могут иметь достаточную силу, чтобы разрушить систему сжигания топлива и значительно уменьшить срок службы оборудования для сжигания. Кроме того, неправильная настройка системы сжигания топлива может приводить к отклонениям в выбросах и нарушению разрешений на выбросы. Таким образом, средство для поддержания устойчивости систем сжигания заранее подготовленной обедненной топливной смеси, на регулярной или периодической основе, в пределах заданной оперативной зоны, представляет большую ценность и интерес для промышленности. Кроме того, система, которая функционирует, используя данные, получаемые из датчиков турбины в режиме, близком к реальному времени, будет иметь большое значение для координации изменений в распределении топлива, входной температуре топливного газа и/или общем соотношении топлива и воздуха в машине.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением является контроллер и способ настройки работы газовой турбины такого типа, который содержит датчики для измерения операционных параметров турбины и средства управления для управления различными рабочими элементами турбины. Операционные параметры турбины, которые принимаются контроллером, могут включать в себя один или более из следующих: динамические характеристики камеры сгорания, температуру выхлопных газов турбины (общее соотношения топлива и воздуха) и выбросы отходящих газов из турбины. Элементы оперативного управления могут включать в себя один или более из следующих: распределение топлива, температуру топлива и температуру отходящих газов из турбины. Система турбины/силовой установки также включает в себя линию связи, такую как система распределенного управления (distributed control system - DCS). Данная линия обеспечивает связь с датчиками и оперативными средствами управления. Контроллер настройки также соединен с системой турбины посредством линии связи.

Контроллер функционирует, принимая данные из датчиков. Операционные приоритеты для турбины могут быть установлены в контроллере и обычно выбираются из оптимальных выбросов NOx, оптимального выхода мощности и/или оптимальных динамических характеристик камеры сгорания. Данные, принимаемые из датчиков турбины, сравниваются с хранящимися в контроллере операционными стандартными значениями. Выбираемые операционные стандартные значения, предпочтительно, основаны на установленных операционных приоритетах. Осуществляется определение, соответствует ли работа турбины операционным стандартным значениям. Кроме того, после того, как определено, что данные не соответствуют, осуществляется также дополнительное определение преобладающих критериев настройки. Данное дополнительное определение, предпочтительно, основано на заранее установленных операционных приоритетах. При осуществлении логических определений контроллер настройки связывается со средствами оперативного управления посредством линии связи, чтобы осуществить выбранную регулировку в рабочем параметре турбины. Выбранная операционная регулировка, предпочтительно, основана на преобладающих критериях настройки и имеет заранее установленную фиксированную величину приращения и заданный диапазон величины. Каждое инкрементное изменение, предпочтительно, вводится в течение заданного периода времени, который является достаточным для того, чтобы турбина приобрела операционную устойчивость. По истечении данного периода времени оперативные данные снова принимаются из средств датчиков турбины, чтобы определить, требуется ли дополнительное инкрементное изменение. После завершения регулировок в заданном диапазоне выбирается регулировка другого рабочего параметра, предпочтительно, также на основе преобладающих критериев настройки, и осуществляется дополнительная фиксированная инкрементная регулировка. Процесс настройки продолжается контроллером, принимающим оперативные данные, чтобы определить, соответствует ли работа операционным стандартным значениям или требуется дополнительная регулировка. Рабочие параметры, регулируемые контроллером настройки, могут включать в себя одно или более из следующих: разветвление для распределения топлива камеры сгорания в форсунках камеры сгорания, входную температуру топливного газа и/или соотношение топлива и воздуха в турбине.

В другом аспекте изобретения система осуществляет способ определения основного сценария настройки системы сжигания топлива газовой турбины посредством использования булевой иерархической логики и множества уровней управляющих установочных параметров.

В другом аспекте изобретения осуществляемый способ относится к автоматизированному управлению входной температурой топлива газовой турбины посредством автоматического изменения заданного значения для управления температурой топливного газа в системе распределенного управления (DCS).

В другом аспекте изобретения способ автоматизированного управления входной температурой топлива газовой турбины определяется автоматическим изменением заданного значения для управления температурой топливного газа в контроллере температуры топливного газа.

В другом аспекте изобретения способ передачи сигналов управления турбиной в контроллер газовой турбины осуществляется посредством использования имеющейся линии связи газовой турбины с внешним устройством управления, например, таким как порт протокола MODBUS Serial или протокола связи Ethernet, имеющимся на контроллере турбины для связи с системой распределенного управления (DCS).

В другом аспекте изобретения способ модификации системы сжигания топлива газовой турбины определяется серией установочных параметров автоматической настройки через дисплей интерфейса пользователя, который использует тумблерный переключатель с булевой логикой для выбора критериев оптимизации, требуемых пользователю. Способ, предпочтительно, определяется критериями оптимизации на основе оптимальной динамики горения, при этом переключение данного переключателя изменяет величину установочного параметра (параметров) для управления динамическими характеристиками камеры сгорания.

Краткое описание чертежей

С целью иллюстрации изобретения чертежи показывают виды, которые являются предпочтительными в данный момент времени. Необходимо понимать, что данное изобретение не ограничивается точными устройствами и средствами, показанными на чертежах настоящего изобретения.

Фиг.1 изображает схематичное представление системы оперативной связи установки, охватывающей систему газотурбинного двигателя, включающую в себя контроллер настройки газовой турбины.

Фиг.2 изображает схему последовательности операций контроллера настройки настоящего изобретения.

Фиг.3 изображает дисплей интерфейса пользователя для выбора режима оптимизации в пределах настоящего изобретения.

Фиг.4 изображает схему взаимозависимости установочных параметров различных режимов оптимизации.

Фиг.5-8 изображают рабочие примеры операционной настройки системы газотурбинного двигателя, предусмотренные настоящим изобретением.

Фиг.9А и 9В изображают схематичные представления функционирования контроллера настройки настоящего изобретения при сохранении настройки турбинной системы.

Подробное описание

Фиг.1 представляет собой схему связи для газотурбинного двигателя (не показанного), в которой используется контроллер 10 настройки настоящего изобретения. Линия связи или концентратор выполнен с возможностью управления связью между различными элементами турбинной системы. Как показано, линия связи представляет собой систему распределенного управления (DCS), обозначенную ссылочной позицией 20. Основное управление турбиной осуществляется через DCS 20. Контроллер 30 турбины непосредственно связан с газовой турбиной и с DCS 20. В настоящем изобретении информация, относящаяся к работе турбины, например динамические характеристики турбины, выбросы отходящих газов турбины и др., направляется через DCS 20 в контроллер 10 настройки. Предполагается, что контроллером 10 настройки является автономный ПК, используемый для функционирования в качестве программируемого логического контроллера (PLC). Контроллер 10 настройки, предпочтительно, представляет собой отдельный от контроллера 30 турбины компьютер и не связан непосредственно с контроллером 30 турбины, кроме как через DCS 20. Сигналы из контроллера 10 настройки могут передаваться в контроллер 30 турбины или другие средства управления в системе посредством использования внешнего устройства управления, такого как порт протокола MODBUS Serial или протокола связи Ethernet, имеющегося в системе или добавленного к системе.

Релевантные рабочие данные принимаются из средств датчиков, связанных с турбиной. Например, показание выброса отходящих газов турбины берется из выбросов дымовых газов посредством системы 40 непрерывного контроля выбросов (CEMS), которая соединена с DCS. Динамика горения определяется с использованием контактного датчика динамического давления, расположенного в зоне горения камеры сгорания турбины. Как показано, предусмотрена система 50 непрерывного контроля динамических характеристик (CDMS), которая связана с DCS. CDMS 50, предпочтительно, использует контактные датчики давления или света, либо непосредственно прикрепленные, либо соединенные волноводном, для измерения динамических характеристик горения. Другим релевантным рабочим параметром является температура топливного газа. Данная информация о температуре также направляется в контроллер 10 настройки через DCS 20 из устройства 60 для нагревания топлива. Поскольку часть операции настройки может включать в себя регулировку температуры топлива, может быть предусмотрена двухсторонняя связь между контроллером 10 настройки и устройством 60 для нагревания топлива.

Релевантные рабочие данные из турбины собираются несколько раз в минуту. Такой сбор данных обеспечивает настройку системы в режиме, близком к реальному времени. Большая часть релевантных рабочих данных турбины собирается контроллером настройки в режиме, близком к реальному времени. Однако выбросы отходящих газов турбины обычно принимаются из датчика контроллером 10 настройки с задержкой по времени от 2 до 8 минут от текущих операционных условий. Данная задержка по времени вызывает необходимость в приеме и буферизации релевантной информации контроллером 10 настройки, в течение такой же временной задержки, перед осуществлением рабочих настроечных регулировок. Задержка по времени настроечной регулировки контроллера 10 настройки гарантирует, что все рабочие данные (включая выбросы отходящих газов) характеризуют устойчивую работу турбины до и после выполнения любых регулировок. Если данные признаны устойчивыми, контроллер 10 настройки определяет, есть ли необходимость в регулировке параметров настройки. Если регулировка не требуется, контроллер 10 настройки сохраняет текущую настройку и ожидает приема следующего набора данных. Если же требуются изменения, то начинается настройка.

Все определения необходимости настройки турбины осуществляются в контроллере 10 настройки. Операция настройки начинается на основе "предупреждающего сигнала", вызываемого приемом рабочих данных, не соответствующих заранее установленным операционным критериям. Чтобы начать операцию настройки, предупреждающий сигнал - и, соответственно, отклонение в данных - должны продолжаться в течение заранее определенного периода времени.

Одним примером настроечной регулировки является изменение отношения давлений в топливной форсунке для регулирования динамических характеристик горения. При требовании более высоких температур сжигания топлива для достижения более высоких температур пламени и эффективности камеры сгорания турбины должны выделять больше энергии при заданном объеме камеры сгорания. Лучшие выбросы выхлопных газов часто достигаются посредством увеличения скорости перемешивания топлива и воздуха перед зоной реакции горения. Увеличенная скорость перемешивания часто достигается посредством увеличения перепада давления на выпуске топливной форсунки. Когда скорость перемешивания в камерах сгорания увеличивается, турбулентность, создаваемая горением, часто приводит к шуму в камере сгорания и может приводить к генерированию акустических волн. Акустические волны обычно обусловлены тем, что звуковые волны пламени горения связаны с акустическими характеристиками объема камеры сгорания или самой топливной системы.

Акустические волны могут влиять на внутреннее давление в камере. Если давление около топливной форсунки повышается, то скорость топлива, проходящего через форсунку, и соответствующий перепад давления уменьшаются. В качестве альтернативы, уменьшение давления около форсунки будет вызывать увеличение потока топлива. В случаях, когда низкий перепад давления в топливной форсунке допускает колебание потока топлива, камера сгорания может подвергаться усиленным колебаниям давления. Для того чтобы предотвратить колебания давления в камере сгорания, динамические характеристики горения непрерывно контролируются, и соотношение топлива и воздуха и отношение давлений в топливной форсунке могут изменяться, чтобы уменьшить или устранить нежелательные изменения давления в камере сгорания, тем самым ликвидируя аварийную ситуацию или возвращая систему сжигания топлива к приемлемому уровню динамических характеристик горения.

Как показано на фиг.2, данные, принимаемые из воспринимающих средств для динамических характеристик (50) камеры сгорания, выбросов (40) отходящих газов турбины и других релевантных рабочих параметров (30) турбины, направляются через DCS 20 в контроллер 10 настройки. Затем эти входные величины сравниваются со стандартными или целевыми рабочими данными для турбины. Хранящиеся операционные стандартные значения основаны, по меньшей мере, частично, на операционных приоритетных установочных параметрах для турбины. Данные приоритетные установочные параметры определяются на основном интерфейсе 12 пользователя контроллера 10 настройки и показаны графически на фиг.3. На основе приоритетных установочных параметров выполняется серия регулировок в работе турбины посредством контроллера 10 турбины, подсоединенного через DCS 20. Регулировки направляются в средства управления, включающие в себя устройство 60 для нагревания топлива (фиг.1) и различные другие рабочие элементы 80 турбины (фиг.2).

Дисплей 12 интерфейса, показанный на фиг.3, состоит из переключателей (каждый с индикацией "включено"/"выключено"). Данные переключатели позволяют пользователю установить требуемые приоритеты настройки для работы турбины. Переключаемые операционные приоритеты включают в себя оптимальные выбросы 14 NOx, оптимальную мощность 16 и оптимальные динамические характеристики 18 камеры сгорания. Каждый из данных переключателей устанавливается пользователем, чтобы регулировать предпочтительную работу турбины. В контроллере настройки имеются функции, которые действуют в пределах приоритетов, устанавливаемых посредством переключателей. Предпочтительно, если как переключатель 12 оптимальных выбросов NOx, так и переключатель 14 оптимальной мощности установлены в положение "включено", контроллер 10 будет функционировать в режиме оптимальных выбросов NOx, а не оптимальной мощности. Таким образом, для того чтобы функционировать в режиме оптимальной мощности, переключатель 12 оптимальных выбросов NOx должен находиться в положении "выключено". Фиг.4 показывает графическое представление взаимозависимости переключателей дисплея интерфейса.

Возвращаясь к фиг.2, показано представление логической последовательности определений и вычислений, выполняемых в контроллере 10 настройки. Контроллер 10 настройки принимает реальные рабочие параметры турбины через контроллер 30 турбины, динамические характеристики камеры сгорания через CDMS 50 и выбросы отходящих газов турбины через CEMS 40. Эти данные датчиков направляются в контроллер 10 настройки через DCS 20. Принятые данные датчиков сравниваются с хранящимися операционными стандартными значениями, чтобы определить, соответствует ли работа турбины требуемым установочным параметрам. Операционные стандартные значения основаны на заранее установленных операционных приоритетах турбины, определяемых посредством переключателей 14, 16, 18 на дисплее 12 основного интерфейса пользователя контроллера 10 настройки (фиг.3).

На основе заранее установленных операционных приоритетов жестко запрограммированный подход иерархической булевой логики определяет преобладающие критерии настройки на основе операционных приоритетов. Исходя из данного логического выбора контроллер 10 настройки реализует фиксированную величину инкрементной регулировки для изменения рабочего параметра турбины в пределах максимального диапазона регулировки (например, высокого и низкого значений). Изменения настройки выполняются в согласованном, заранее определенном направлении в течение заранее определенного приращения времени и зависят от преобладающих критериев настройки в данный момент. Предполагается, что для определения настроечных регулировок никакие формульные или функциональные вычисления не выполняются; вернее, инкрементные регулировки, направление регулировок, временной интервал между регулировками и максимальный диапазон для регулировок для каждого параметра и для каждого критерия настройки хранятся в контроллере 10 настройки.

Как показано на фиг.2, контроллер 10 настройки определяет, находятся ли выбросы в соответствии 100 и находятся ли динамические характеристики горения на приемлемых уровнях 102. Если и те и другие находятся в соответствии с установленными операционными стандартными значениями, то контроллер 10 настройки ожидает следующего набора данных из CEMS 40 или CDMS 50, или других рабочих данных 80. Если принятые данные не соответствуют операционным стандартным значениям 104, то операция настройки переходит к следующему шагу настройки. Логическая регулировка работы турбины определяется преобладающими критериями 106 настройки, которые основаны, по меньшей мере частично, на заранее установленных операционных приоритетах, установленных в интерфейсе 12 пользователя.

В предпочтительной работе контроллер 10 настройки будет сначала пытаться изменить разветвления 108 топлива в камере сгорания турбины. Разветвление топлива определяет распределение потока топлива по топливным форсункам в каждой камере сгорания. Если данные регулировки не решают проблему настройки и не приводят рабочие данные в соответствие с операционными стандартными значениями, то проводится дополнительная регулировка. В некоторых ситуациях следующей инкрементной регулировкой может быть изменение заданного значения температуры топливного газа. На данном шаге регулировки контроллер 10 настройки передает в DCS 20 измененный сигнал входной температуры топливного газа, который направляется в устройство 60 для нагревания топлива.

Если изменение разветвлений топлива в камере сгорания и/или входной температуры топливного газа не решает проблему 110 настройки, тогда контроллер 10 настройки будет изменять общее соотношение 112 топлива и воздуха. Данный подход осуществляет изменения в термическом цикле турбины, используя фиксированные инкрементные изменения в течение заранее определенных временных интервалов. Данный шаг предназначен для регулирования температуры отходящих газов (вверх или вниз) посредством регулирования соотношения воздуха и топлива в соответствии с заранее определенными стандартными кривыми характеристик оперативного управления турбиной, которые хранятся в памяти контроллера 10 настройки.

В настоящем изобретении предполагается, что все управляющие изменения, направляемые контроллером настройки, подаются обратно в турбинную систему через DCS. Данные изменения реализуются непосредственно в средствах различных контроллеров в системе или через контроллер турбины. Когда рабочие данные возвращаются к требуемым операционным стандартным значениям, установочные параметры настройки удерживаются на месте контроллером настройки вплоть до предупреждающего сигнала, появляющегося в результате несоответствующих данных, принятых из средств датчиков через DCS.

Регулировки, передаваемые из контроллера настройки в контроллер турбины или соответствующие средства управления, предпочтительно, являются фиксированными по величине. Таким образом, регулировки повторно не вычисляются с новыми данными или оптимизируются в соответствии с целью. Регулировки являются частью "открытого контура". После запуска регулировки постепенно подходят к заданному максимуму или максимуму в установленном диапазоне, если промежуточная регулировка не приводит рабочие данные в соответствие с операционными стандартными значениями. При большинстве условий, когда весь диапазон приращений для одного рабочего параметра пройден, контроллер настройки переходит к следующему рабочему параметру, который определяется заранее установленными операционными приоритетами. Логика контроллера настройки управляет регулировкой рабочего параметра на основе "просмотровой" таблицы, хранящейся в памяти контроллера настройки, и заранее установленных операционных приоритетов.

Контроллер настройки, предпочтительно, одновременно регулирует один рабочий параметр. Например, преобладающие критерии настройки предписывают выполнение первой регулировки. В предпочтительном примере, описанном выше, сначала регулируется параметр распределения/разветвления топлива. Как показано на фиг.2, сначала регулируется разветвление 1 топлива топливного контура - через центральную форсунку в камере сгорания, затем разветвление 2 топливного контура - через крайние сопла в камере сгорания. При необходимости регулировка входной температуры топливного газа обычно следует за регулировками разветвления топлива. В пределах каждого шага существует инкрементная регулировка, после которой следует задержка по времени, чтобы обеспечить стабилизацию отрегулированной работы турбины. После задержки по времени, если текущие рабочие данные, проанализированные контроллером настройки, показывают, что работа турбины все еще не соответствует операционным стандартным значениям, выполняется следующая инкрементная регулировка. Данная схема повторяется для каждого шага. При большинстве условий, только когда один шаг регулировки выполнен, контроллер настройки переходит к следующему рабочему параметру.

Контроллер настройки, предпочтительно, управляет операцией горения, чтобы поддерживать надлежащую настройку в изменяющихся условиях внешней температуры, влажности и давления, которые все изменяются со временем и оказывают существенное влияние на работу турбины. Контроллер настройки может также сохранять настройку турбины при изменении состава топлива. Изменение в составе топлива может вызвать изменение в выделении тепла, которое может привести к недопустимым выбросам, неустойчивому горению или даже к задувке. Контроллер настройки, предпочтительно, не служит для регулировки состава топлива для компенсации; вернее, он настраивает рабочие параметры (распределение топливного газа, входную температуру топливного газа и/или соотношение топлива и воздуха в турбине), чтобы регулировать влияния на выход и выброс горения.

При другой динамике настройки предполагается другой порядок для регулировок. Например, если преобладающим операционным приоритетом являются оптимальные выбросы NOx, то регулировку температуры топлива можно опустить, переходя непосредственно к кривым характеристик оперативного управления. Однако если операционным приоритетом является динамика (и переключатель 14 оптимальных выбросов NOx находится в положении "выключено"), то прежде чем переходить к кривым характеристик оперативного управления, можно выполнить инкрементную регулировку температуры топлива. В качестве альтернативы, шаг выполнения регулировок в соответствии с кривыми характеристик оперативного управления может быть полностью исключен.

На фиг.5-8 показаны различные рабочие примеры операции настройки контроллера настройки настоящего изобретения на основе рабочих данных из работающей турбинной системы. На фиг.5 изменение в разветвлении топлива в камере сгорания осуществляется в ответ на генерирование предупреждающего сигнала для динамики, когда динамика камеры сгорания выходит за пределы установленных операционных приоритетов для оптимальной динамики. Данные о реальной динамике камеры сгорания, принимаемые из, например, CDMS 50, обозначены на графике как CD. Скользящая средняя для динамики камеры сгорания указана на графике как ACD. Когда динамика камеры сгорания превышает предельную величину DL для динамики в течение установленного периода времени ТА, в контроллере настройки появляется предупреждающий сигнал. Данный предупреждающий сигнал вызывает первое событие Е1 и результирующую инкрементную регулировку в параметре настройки разветвления топлива в камере сгорания. Как проиллюстрировано, инкрементное увеличение в разветвлении топлива вызывает соответствующее падение в динамике CD камеры сгорания, при этом средняя динамика ACD камеры сгорания падает ниже аварийного предела DL для динамики. Со временем настройка поддерживается контроллером настройки, и средняя динамика ACD камеры сгорания сохраняет свое операционное положение ниже предела DL для динамики. Таким образом, нет необходимости в дополнительных регулировках или выдаваемых предупреждающих сигналах.

На фиг.6 критерием настройки являются выбросы NOx. Когда данные NE по выбросам NOx приняты из контроллера настройки, по истечении времени ТА генерируется предупреждающий сигнал. Предупреждающий сигнал вызван NE по выбросам NOx, превышающими операционное стандартное значение или предел EL настройки. Предупреждающий сигнал активирует первое событие Е1, имеющее результатом инкрементное увеличение в разветвлении FS топлива. По истечении периода времени Т2 от первого события Е1, снова активируется предупреждающий сигнал NOx вследствие того, что NE по выбросам NOx превышают заранее установленный предел EL настройки. Данный непрерывный предупреждающий сигнал по истечении периода времени Т2 вызывает второе событие Е2 и второе инкрементное увеличение в величине FS разветвления топлива. Данное второе увеличение равно первому инкрементному увеличению. Второе событие Е2 вызывает снижение NE по выбросам NOx ниже заранее установленного предела EL за период времени анализа и ликвидирует предупреждающий сигнал. Поскольку NE по выбросам NOx остаются ниже предела EL, поддерживается настройка разветвления FS топлива, и работа турбины продолжается с заданными рабочими параметрами.

На фиг.7 критерием настройки снова являются выбросы NOx, с предупреждающим сигналом, создаваемым низким показанием, принятым контроллером настройки. Как показано, определен предел NL настройки NOx. По истечении установленного периода времени от приема данных генерируется предупреждающий сигнал, и происходит первое событие Е1. При первом событии Е1 разветвлением топлива является инкрементная регулировка вниз. По истечении установленного периода времени от события Е1 дополнительные данные NE по выбросам принимаются и сравниваются с заданным пределом EL. Поскольку NOx все еще остается ниже аварийного уровня EL, происходит второе событие Е2, результатом которого является дополнительное уменьшение величины FS разветвления топлива. Проходит другой период времени от события Е2, и принимаются дополнительные данные. Данные по NOx снова являются низкими, сохраняя предупреждающий сигнал и имея своим результатом другое событие Е3. При событии Е3 величина FS разветвления топлива снова уменьшается на такую же инкрементную величину. Результатом данной третьей инкрементной регулировки является увеличение NE по выбросам NOx выше заранее установленного предела EL и ликвидация предупреждающего сигнала. Величина настройки разветвления FS топлива, установленная после события Е3, удерживается на месте контроллером настройки.

На фиг.8 данные NE по выбросам NOx, принятые контроллером настройки, снова отслеживаются по более низкому пределу EL выбросов. При первом событии Е1 настройки величина FS разветвления топлива постепенно снижается, приводя в результате к соответствующему увеличению в NE по выбросам NOx выше более низкого предела EL. После данной первой инкрементной регулировки выбросы NOx в течение периода времени удерживаются выше предела EL, а затем снова начинают снижаться. При втором событии Е2 настройки величина FS разветвления топлива снова регулируется на заданную фиксированную инкрементную величину. Затем данная вторая регулировка устанавливает величину FS разветвления топлива на ее заданном минимуме в пределах заранее установленного диапазона величин. Данный предел величины переводит операцию настройки к следующему рабочему параметру, которым обычно является регулировка второго топливного контура. В приведенном примере данная величина второго контура (не показанная) уже находится в ее установленном максимуме/минимуме. Таким образом, операция настройки переходит к следующему рабочему параметру. Операция настройки переходит к кривым управления нагрузкой. Как показано, при событии Е2 выполняется инкрементная регулировка в величине LC кривой управления нагрузкой. Увеличение в величине LC приводит в результате к соответствующему увеличению выброса NOx до величины выше минимума EL и ликвидирует предупреждающий сигнал. После ликвидации предупреждающего сигнала установочные параметры настройки удерживаются, и дополнительные регулировки не осуществляются. Затем контроллер настройки переходит к приему данных из средств датчиков, через DCS, и продолжает проводить сравнения с установленными операционными стандартными значениями (включая минимальный предел EL выбросов NOx).

Фиг.9А и 9В представляют собой схематичные представления функционирования контроллера настройки в предлагаемом изобретении. Работа турбины определяется выбросами турбины, как NOx, так и СО, динамикой турбины и устойчивостью пламени. На фиг.9А настроенная система определяется предпочтительной оперативной зоной в центре оперативного ромба. Данная предпочтительная оперативная зона обычно устанавливается вручную на основе предварительного запуска или работы турбинной системы. Однако изменения погоды, как теплой, так и холодной, и механические изменения в турбинной системе вызывают отклонение в оперативном ромбе. Поэтому требуется настройка, чтобы поддерживать работу турбины в предпочтительном диапазоне. На фиг.9В установлен заданный буфер или запас в оперативном ромбе, чтобы служить в качестве предупреждения об отклонении работы турбины за пределы предпочтительной оперативной зоны. Когда одна из зарегистрированных операционных величин достигает заданной буферной линии или предела, генерируется предупреждающий сигнал, вызывающий событие настройки. На основе направления отклонения контроллер настройки создает заранее установленную реакцию, чтобы соответствовать специфике требования настройки. Заранее установленной реакцией является заданное инкрементное отклонение в рабочем параметре турбины в качестве средства для возвращения оперативной зоны турбины в требуемый диапазон и от буферного предела.

Настоящее изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой на ряд примерных вариантов его осуществления. Из вышеизложенного специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные другие изменения, исключения и дополнения могут быть выполнены в них без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, причем объем настоящего изобретения определяется вышеупомянутой формулой изобретения.

1. Система для настройки работы газовой турбины, причем турбина содержит датчики для измерения рабочих параметров турбины, причем рабочие параметры включают в себя динамические характеристики камеры сгорания и выбросы отходящих газов турбины, причем турбина также содержит средства оперативного управления для различных рабочих элементов турбины, таких как распределение топлива турбины и/или температура топлива, и линию связи для датчиков и средств управления,
при этом система содержит:
контроллер, связанный с датчиками и средствами управления, причем контроллер настраивает работу турбины в соответствии со следующим:
прием рабочих данных из датчиков,
сравнение рабочих данных с хранящимися операционными стандартными значениями и определение, соответствует ли работа турбины операционным стандартным значениям, причем операционные стандартные значения основаны на операционных приоритетах, связь со средствами оперативного управления для осуществления выбранной регулировки в рабочем параметре турбины, прием рабочих данных из датчиков при передаче выбранной регулировки для определения, требуется ли дополнительная инкрементная регулировка, и
после выполнения серии инкрементных регулировок, выбор дополнительной регулировки рабочего параметра, и
прием рабочих данных из датчиков после дополнительной рабочей регулировки, чтобы определить, требуется ли еще дополнительная регулировка.

2. Система по п.1, в которой регулировки в рабочем параметре турбины выбираются из группы, содержащей разветвление для распределения топлива камеры сгорания в форсунках камеры сгорания, входную температуру топливного газа и соотношение топлива и воздуха в турбине.

3. Система по п.1, в которой настройка посредством контроллера также включает в себя установку операционных приоритетов для работы турбины, причем операционные приоритеты включают в себя одно или более из оптимальных выбросов NOx, оптимального выхода мощности и оптимальных динамических характеристик камеры сгорания.

4. Система по п.3, в которой при настройке посредством контроллера хранящиеся операционные стандартные значения для работы турбины выбираются на основе установленных операционных приоритетов.

5. Система по п.3, в которой настройка посредством контроллера также включает в себя определение преобладающих критериев настройки для несоответствующей работы турбины, причем преобладающие критерии настройки основаны на установленных операционных приоритетах.

6. Система по п.1, в которой контроллер связан с датчиками турбины и средствами управления посредством системы распределенного управления (DCS).

7. Система по п.1, в которой контроллер выбирает регулировку рабочего параметра, имеющую фиксированную величину приращения.

8. Система по п.7, в которой контроллер выбирает регулировку рабочего параметра, имеющую заданный диапазон.

9. Система по п.7, в которой каждая инкрементная регулировка вводится в течение заданного периода времени, достаточного для того, чтобы турбина приобрела операционную устойчивость.

10. Система по п.9, в которой заданный период времени является фиксированным.

11. Система по п.7, в которой настройка посредством контроллера также включает в себя определение преобладающих критериев настройки для несоответствующей работы турбины, причем преобладающие критерии настройки основаны на установленных операционных приоритетах для турбины.

12. Система по п.11, в которой величина выбранной инкрементной регулировки основана на преобладающих критериях настройки.

13. Система по п.1, в которой дополнительная выбранная регулировка включает в себя фиксированную величину приращения и заданный диапазон, причем каждая дополнительная инкрементная регулировка выполняется в течение установленного периода времени, достаточного для того, чтобы турбина приобрела операционную устойчивость.

14. Система по п.1, в которой дополнительный рабочий параметр выбирается на основе преобладающих критериев настройки, определяемых контроллером.

15. Система контроллера для настройки работы газовой турбины, причем турбина содержит датчики для измерения рабочих параметров турбины, таких как выбросы дымовых газов и/или динамические характеристики горения турбины, средства управления для различных рабочих элементов турбины, включающих в себя распределение топлива или температуру топлива, и линию связи для датчиков и средств управления рабочими элементами, причем система контроллера содержит:
средства для установки операционных приоритетов для работы турбины, включающих в себя одно или более из группы, содержащей оптимальные выбросы NOx, оптимальный выход мощности и оптимальные динамические характеристики камеры сгорания,
приемные средства для связи со средствами измерения для приема рабочих данных турбины,
средства для сравнения принятых данных с набором заранее определенных допустимых величин на основе установленных операционных приоритетов и для определения, требуется ли настроечная регулировка,
средства для выдачи команд для связи со средствами управления, чтобы осуществлять заданную инкрементную регулировку в выбранном рабочем параметре, управляемом средствами управления, и
средства для определения, привела ли инкрементная регулировка к работе турбины в соответствии с установленными значениями или требуется выполнение дополнительной регулировки.

16. Система для настройки работы газовой турбины, причем турбина содержит средства измерения для измерения рабочих параметров турбины, включающих в себя выбросы дымовых газов и/или динамические характеристики горения турбины, средства управления для различных рабочих элементов турбины, включая распределение топлива, температуру топлива и/или температуру отходящих газов турбины, и линию связи между средствами измерения и средствами управления рабочими элементами, причем система содержит:
компьютерный контроллер, связанный посредством линии связи со средствами измерения и средствами управления, причем компьютерный контроллер настраивает работу турбины в соответствии со следующим:
прием рабочих данных из средств измерения турбины,
сравнение рабочих данных с хранящимся рабочим стандартным значением и определение, требуется ли регулировка средств оперативного управления,
после определения требуемой регулировки, связь со средствами оперативного управления посредством линии связи, чтобы выполнить заданную инкрементную регулировку в рабочем параметре турбины, и
прием из средств измерения турбины рабочих данных, относящихся к отрегулированной работе турбины, и сравнение рабочих данных с хранящимся операционным стандартным значением, чтобы определить, требуется ли дополнительная инкрементная регулировка в рабочем параметре.

17. Способ настройки работы газовой турбины, причем турбина содержит датчики для измерения рабочих параметров турбины, средства управления для различных рабочих элементов турбины и систему распределенного управления (DCS), связанную со средствами измерения и средствами управления рабочими элементами, причем способ включает в себя: установление линии связи с DCS и прием данных от датчиков, сравнение принятых данных с установленным стандартным значением, чтобы определить, требуется ли регулировка в пределах средств оперативного управления,
связь с DCS для выполнения заданной инкрементной регулировки в рабочем параметре турбины, который управляется средствами управления, и
прием от датчиков посредством DCS дополнительных данных, относящихся к работе турбины, и определение, привела ли регулировка к работе турбины в соответствии с установленным стандартным значением или требуется дополнительная инкрементная регулировка.

18. Способ определения основного сценария настройки системы сжигания газовой турбины посредством использования булевой иерархической логики и множества уровней управляющих установочных параметров.

19. Способ автоматизированного управления температурой топлива на входе газовой турбины посредством автоматического изменения заданного значения для управления температурой топливного газа в системе распределенного управления (DCS).

20. Способ автоматизированного управления температурой топлива на входе газовой турбины посредством автоматического изменения заданного значения для управления температурой топливного газа в контроллере температуры топливного газа.

21. Способ передачи сигналов управления турбиной в контроллер газовой турбины посредством использования имеющейся сети связи газовой турбины с внешним устройством управления (например, портом протокола MODBUS Serial или протокола связи Ethernet, имеющимся на контроллере турбины для связи с DCS установки).

22. Способ изменения требований/установочных параметров автоматической настройки системы сжигания топлива газовой турбины посредством дисплея интерфейса пользователя, который использует тумблерные переключатели с булевой логикой для выбора критериев оптимизации, требующихся пользователю.

23. Способ по п.22, в котором одним из критериев оптимизации является оптимальная динамика горения, причем переключение данного переключателя изменяет величину установочного параметра (параметров) для управления динамическими характеристиками камеры сгорания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения. .

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ТРДФ) с форсажной камерой сгорания (ФКС).

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) переходными режимами газотурбинных двигателей (ГТД). .

Изобретение относится к способу повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, при этом задают заданное значение мощности (P1) и задают будущий целевой момент времени (t1), в который турбоагрегат должен иметь заданное значение мощности (P1), так что с помощью заданного значения мощности (P1) и целевого момента времени (t1) определяют кривую мощности, при этом управляют турбоагрегатом исходя из действительной мощности (Р0) в действительное время (t0) вдоль кривой мощности так, что заданное значение мощности (P1 ) достигается в заданный целевой момент времени (t1 ).

Изобретение относится к области управления сложными объектами техники, работающими в широком диапазоне режимов и нагрузок, и может быть использовано для управления авиационными газотурбинными двигателями (ГТД).

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а точнее - к автоматическому управлению газотурбинным двигателем на переменных режимах. .

Изобретение относится к области автоматического регулирования воздушно-реактивных двигателей, в частности к системам автоматического регулирования прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) с вытеснительной системой подачи топлива.

Изобретение относится к области управления сложными объектами техники, работающими в широком диапазоне режимов и нагрузок и использующими одно управляющее воздействие для регулирования нескольких параметров, и может быть использовано в системах управления газотурбинными двигателями, турбинами электростанций, водяными воздухонагревателями и другими объектами.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями с форсажной камерой сгорания (ТРДФ).

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД), и может быть использовано для повышения эффективности управления ГТД

Изобретение относится к области систем автоматического управления (САУ) газотурбинного двигателя (ГТД)

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) сложных объектов, например газотурбинных двигателей (ГТД), в которых для регулирования нескольких параметров используется одно управляющее воздействие

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой двухконтурных ГТД летательных аппаратов за счет регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС)

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС)
Изобретение относится к авиации

Изобретение относится к области эксплуатации газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях в системе магистральных газопроводов и может использоваться в системах автоматического управления газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА)
Наверх