專利名稱：用于啟動渦輪機(jī)械的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此申請涉及2008年12月10日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請12/331824 (GE案 卷號:230465-2)。本發(fā)明一般地涉及渦輪機(jī)械的運行，且更特別地，涉及減少與渦輪機(jī)械的啟動時 間相關(guān)的變化的方法。
背景技術(shù)：
“快速啟動”可被認(rèn)為是一種運行模式，其要求在操作者開始該渦輪機(jī)械的啟動后 的一定時間內(nèi)渦輪機(jī)械輸出負(fù)載，能夠進(jìn)行遵從排放規(guī)定的運行。變動的能量需求是確定 渦輪機(jī)械何時運行的一個主要因素。渦輪機(jī)械通常是空轉(zhuǎn)的，直至足夠的需求要求運行。當(dāng) 需求要求運行時，渦輪機(jī)械在輸出期望的能量(電力、機(jī)械扭矩、蒸汽等)前執(zhí)行啟動過程。一些已知的渦輪機(jī)械(例如，但不限于燃?xì)鉁u輪機(jī))的啟動過程典型地包括在不 同的運行速度下發(fā)生的多種模式。這些模式包括但不限于凈化、點火、預(yù)熱、以及加速至運 行速度。啟動時間的范圍從啟動開始延伸至燃?xì)鉁u輪機(jī)到達(dá)運行速度時。在啟動過程期間，有兩個可用的扭矩源來使燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子加速。在點火過程 期間釋放的能量，以及經(jīng)由并從啟動裝置向轉(zhuǎn)子施加的轉(zhuǎn)矩。點火過程期間釋放的能量被 轉(zhuǎn)化成機(jī)械扭矩，其驅(qū)動轉(zhuǎn)子。然而，在較低的速度下，此扭矩不足以將轉(zhuǎn)子驅(qū)動至運行速 度，導(dǎo)致對燃?xì)鉁u輪機(jī)的負(fù)扭矩，即阻力。在較高的速度下，由點火過程促成的機(jī)械扭矩提 供非常大的扭矩輸入。此處，當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度接近運行速度時，燃?xì)鉁u輪機(jī)變成自持運轉(zhuǎn)的， 不再需要來自啟動裝置的扭矩。典型地，在啟動時間上會有很大的變動。這些變動典型地由運行參數(shù)的變化引起， 這會要求對燃料行程基準(zhǔn)值(FSR)等進(jìn)行調(diào)整，以便將燃?xì)鉁u輪機(jī)加速至運行速度。此處， 由于啟動裝置按固定的時間表運行，F(xiàn)SR被調(diào)整。本質(zhì)上，此固定的時間表在較低的轉(zhuǎn)子速 度下提供較高的扭矩。此扭矩隨轉(zhuǎn)子速度增加而降低。當(dāng)前的啟動過程有若干問題。在一些應(yīng)用中，啟動時間上的變動會是不可接受的。 此處，由于啟動時間上的變動，燃?xì)鉁u輪機(jī)不能滿足運行要求。因此，對于啟動燃?xì)鉁u輪機(jī)的改善的方法存在需求。該方法可減少與將燃?xì)鉁u輪 機(jī)加速至運行速度相關(guān)的啟動時間上的變動。該方法應(yīng)該應(yīng)用于以如下模式中的一種運行 的燃?xì)鉁u輪機(jī)正常模式，快速啟動模式，或類似模式。此方法還應(yīng)該提供更加一致而可重 復(fù)的啟動時間。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，公開了一種在動力裝置機(jī)器100的啟動過程期間主動 控制啟動系統(tǒng)巧5的方法500，該方法500包括確定對于參數(shù)505的目標(biāo)范圍510，其中該 參數(shù)505與動力裝置機(jī)器100的運行相關(guān)；確定該參數(shù)505的測量值160 ；確定參數(shù)差525， 527，其中該參數(shù)差527是目標(biāo)范圍和測量值之間的差值；以及調(diào)整基于該參數(shù)差527的啟動系統(tǒng)155的運行時間表515 ；其中該方法500調(diào)整基于該參數(shù)差527的啟動系統(tǒng)155的 輸出；并且其中該輸出533促成啟動過程期間該動力裝置機(jī)器100的加速。
在本發(fā)明的一個備選實施例中，公開了一種在燃?xì)鉁u輪機(jī)100的啟動過程期間主 動控制負(fù)載換相逆變器(LCI) 155的方法500，該方法500包括確定對于參數(shù)505的目標(biāo)范 圍510，513，其中該參數(shù)505與燃?xì)鉁u輪機(jī)100的運行相關(guān)；確定該參數(shù)505的測量值160 ； 確定參數(shù)差525，其中該參數(shù)差525是目標(biāo)范圍513和測量值160之間的差值；以及調(diào)整基 于該參數(shù)差525的LCI 155的運行時間表515 ；其中該方法500在燃?xì)鉁u輪機(jī)100的啟動 過程期間連續(xù)地調(diào)整基于該參數(shù)差525的LCI 155的輸出；并且其中該輸出促成該燃?xì)鉁u 輪機(jī)100的加速。


圖1是啟動渦輪機(jī)械的一種已知方法在其中運行的環(huán)境的示意性圖示。
圖2是圖示根據(jù)圖1的已知啟動方法的加速曲線的圖表。
圖3是圖示根據(jù)圖1的已知啟動方法的溫度曲線的圖表。
圖4是本發(fā)明的一個實施例可在其中運行的環(huán)境的示意性圖示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示用來啟動渦輪機(jī)械的方法的算法的過程流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示根據(jù)圖5的方法的加速曲線的圖表。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示根據(jù)圖5的方法的溫度曲線的圖表。
部件列表
100渦輪機(jī)械
110壓縮機(jī)部分
115入口導(dǎo)葉(IGV)
120燃燒系統(tǒng)
125燃料供應(yīng)系統(tǒng)
127燃料管路
130渦輪部分
140轉(zhuǎn)子
145負(fù)載
150控制系統(tǒng)
155啟動系統(tǒng)
160測量參數(shù)
200圖表
300圖表
500方塊圖
505輸入?yún)?shù)
510參數(shù)目標(biāo)時間表塊
513參數(shù)目標(biāo)
515啟動裝置公稱時間表塊
517啟動裝置命令520啟動裝置調(diào)整塊523啟動裝置調(diào)整命令525匯合點527誤差信號530匯合點533啟動裝置請求600 圖表700 圖表
具體實施例方式本發(fā)明具有減少與動力裝置機(jī)器的啟動時間相關(guān)的變動的技術(shù)效果。本發(fā)明的實 施例可以以減少啟動時間上的變動為目標(biāo)而主動地控制動力裝置機(jī)器的啟動系統(tǒng)。本發(fā)明 的實施例可應(yīng)用于以各種模式運行的動力裝置機(jī)器，例如但不限于正常模式，快速啟動模 式，或類似模式。如所討論的，“快速啟動”可被認(rèn)為是動力裝置機(jī)器的一種運行模式。此模式通常 要求動力裝置機(jī)器在該動力裝置機(jī)器啟動開始后一定時間內(nèi)輸出負(fù)載，同時以服從排放規(guī) 定而運行。如本文所用，用語“快速啟動，，意在包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有此類模式及其等價 物。本發(fā)明的一個實施例提供一種啟動動力裝置機(jī)器的方法，例如但不限于，設(shè)置成 以快速啟動模式運行的燃?xì)鉁u輪機(jī)。該燃?xì)鉁u輪機(jī)可包括但不限于，重型燃?xì)鉁u輪機(jī)、航改 燃?xì)鉁u輪機(jī)等。盡管本方法的實施例關(guān)于燃?xì)鉁u輪機(jī)而描述，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于燃?xì)?渦輪機(jī)。本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于其它工業(yè)機(jī)械，其可在一部分啟動過程期間需要啟動系 統(tǒng)。本文公開了詳細(xì)的示例實施例。然而，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是 代表性的，出于描述示例實施例的目的。然而，示例實施例可以以許多替換形式實施，并且 應(yīng)該被解釋為僅限于本文所陳述的實施例。因此，盡管示例實施例能夠有各種變型和備選形式，但其實施例通過圖中的示例 進(jìn)行圖示，并且將在本文詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解的是，并沒有意圖將示例實施例限于所 公開的特定形式，而是相反，示例實施例要覆蓋落入示例實施例范圍內(nèi)所有的變型、等價物 及備選形式。將會理解的是，盡管在本文中用語第一、第二等用來描述各種元件，但這些元件不 應(yīng)被這些用語限制。這些用語僅用于將一個元件與另一個元件進(jìn)行區(qū)分。例如，第一元件可 被稱為第二元件，并且相似地，第二元件可被稱為第一元件，而不背離示例實施例的范圍。 如本文所用，用語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出項目的任何及全部組合。本文所用的用語僅用來描述特定的實施例，并且不意圖為示例實施例的限制。如 本文所用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指 出。還將理解的是用語“包括”、“包括了”、“包含”、“包含了”當(dāng)用在本文中時，規(guī)定了所陳 述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件、和/或它們的組的存在或附加。還應(yīng)該注意的是在一些備選實施方式中，所記錄的功能/動作可能不以圖中所記 錄的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的附圖可大體上同時執(zhí)行或者有時以相反的順序執(zhí)行，取決 于涉及的功能性/操作?，F(xiàn)在參考附圖，此處各種數(shù)字貫穿若干視圖代表相似的部件。圖1是啟動渦輪機(jī) 械的一種已知方法在其中運行的環(huán)境的示意性圖示。在圖1中，呈渦輪發(fā)動機(jī)形式的渦輪 機(jī)械100包括壓縮機(jī)部分Iio ；燃燒系統(tǒng)120 ；燃料供應(yīng)系統(tǒng)125 ；渦輪部分130 ；轉(zhuǎn)子140 ； 以及渦輪機(jī)控制系統(tǒng)150。燃燒系統(tǒng)120可從燃料系統(tǒng)125的燃料管路127接收燃料。燃 料系統(tǒng)125的實施例可包括多個燃料管路127。此處，多個燃料管路可包括以下管路中的至 少其中一個氣體燃料管路；液體燃料管路；或IGCC管路，其構(gòu)造成用于輸送混合的或合成 的氣體燃料。本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于具有燃料系統(tǒng)125的燃?xì)鉁u輪機(jī)100，燃料系統(tǒng)125 包括單一的或多個燃料管路127。通常，壓縮機(jī)部分110包括多個入口導(dǎo)葉(IGV) 115和多個旋轉(zhuǎn)葉片，以及構(gòu)造成 壓縮吸入的空氣的靜止的翼片，由圖1中的大箭頭圖示。在燃燒系統(tǒng)120內(nèi)，壓縮的空氣與 燃料混合、點火，并產(chǎn)生工作流體。工作流體通常從燃燒系統(tǒng)120向下游行進(jìn)至渦輪部分130。渦輪部分130包括多 個旋轉(zhuǎn)和靜止的部件(均未圖示)。這些部件可位于轉(zhuǎn)子140周圍，并起作用來將工作流體 轉(zhuǎn)換成機(jī)械扭矩，該機(jī)械扭矩可用來驅(qū)動壓縮機(jī)部分110以及經(jīng)由轉(zhuǎn)子140與燃?xì)鉁u輪機(jī) 100 一體結(jié)合的負(fù)載145。操作上，啟動燃?xì)鉁u輪機(jī)100的已知方法涉及如下步驟。諸如但不限于負(fù)載換相 逆變器(LCI)的啟動裝置155將燃?xì)鉁u輪機(jī)100加速至預(yù)先限定的凈化速度。啟動裝置155 典型地按固定且預(yù)先限定的時間表運行。保持凈化速度直至完成預(yù)先限定的定時器。此定 時器用來確保足夠的氣流通過排放系統(tǒng)(未示出)，之后凈化過程完成。在完成凈化之后，啟動裝置155使燃?xì)鉁u輪機(jī)100減速至預(yù)先限定的點火速度。在 此點火速度下，燃燒系統(tǒng)120的閥和燃料回路127在開環(huán)燃料流原理的控制下被調(diào)節(jié)至用 于點火燃料流的預(yù)先限定的位置。在點火和預(yù)先限定的預(yù)熱定時器期滿后，啟動裝置1 和控制系統(tǒng)150協(xié)同將燃?xì)鉁u輪機(jī)100加速至主運行速度，例如但不限于FSNL。啟動裝置 155的固定時間表不是運行參數(shù)的變化的原因，運行參數(shù)例如但不限于性能、入口狀況以及 其他的運行變量。此處，可要求控制系統(tǒng)150通過調(diào)整燃?xì)鉁u輪機(jī)100的FSR來補償，導(dǎo)致 啟動時間和溫度上的變化，該溫度例如但不限于渦輪機(jī)械的點火溫度或排放溫度。圖2是圖示根據(jù)圖1的已知啟動方法的加速曲線的圖表。圖2圖示了轉(zhuǎn)子的速度 (以百分比計)對啟動時間(以秒計)。此處，100%速度指燃?xì)鉁u輪機(jī)100已經(jīng)達(dá)到主運 行速度。圖2還圖示了在相同燃?xì)鉁u輪機(jī)100的多個啟動期間可能發(fā)生的變化。此處，速 度的變化顯示了運行參數(shù)方面的變化對燃?xì)鉁u輪機(jī)100的啟動過程的影響。啟動1可被認(rèn) 為是期望的或公稱啟動。啟動2可被認(rèn)為是快速啟動，因為可能是由于燃?xì)鉁u輪機(jī)100的 過燒(over-firing)，整個時間顯著地少于公稱時間。啟動3可被認(rèn)為是慢速啟動，因為可 能是由于燃?xì)鉁u輪機(jī)100的欠燒(imder-firing)，整個時間比公稱時間多很多。如所討論 的，燃?xì)鉁u輪機(jī)100的過燒或欠燒可能由運行參數(shù)的變化引起。圖3是圖示根據(jù)圖1的已知啟動方法的溫度曲線的圖表。圖3圖示了燃?xì)鉁u輪機(jī)
7100的溫度對啟動時間(以秒計)。此溫度可例如但不限于為點火溫度、普遍基準(zhǔn)溫度、排放 溫度等。等溫線代表出于物理和/或熱力學(xué)原因可允許燃?xì)鉁u輪機(jī)100達(dá)到的最大溫度。 圖3還圖示了在相同燃?xì)鉁u輪機(jī)100的多個啟動期間可能發(fā)生的變化。此處，溫度的變化 顯示了運行參數(shù)方面的變化對燃?xì)鉁u輪機(jī)100的啟動過程的影響。啟動1可被認(rèn)為是期望 的或公稱啟動。啟動2可被認(rèn)為是過燒啟動，因為溫度比啟動1高得多，啟動1被認(rèn)為是燃 氣渦輪機(jī)100的公稱啟動。啟動3可被認(rèn)為是欠燒啟動，因為溫度比啟動1低得多，可能是 由于燃?xì)鉁u輪機(jī)100的欠燒。如將會理解的，本發(fā)明可實施為方法、系統(tǒng)或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可呈 完全硬件實施例的形式、完全軟件實施例的形式(包括固件、駐留軟件、微代碼等)或結(jié)合 軟件和硬件方面的實施例的形式，在本文中均通稱為“線路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本 發(fā)明可呈計算機(jī)可使用存儲介質(zhì)上的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該存儲介質(zhì)具有包含在該介 質(zhì)中的計算機(jī)可使用的程序代碼。如本文所用，用語“軟件”或“固件”是可互換的，并且包 括存儲在存儲器中用于由處理器執(zhí)行的任何計算機(jī)程序，存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲 器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器以及非易失性RAM(NVRAM)存儲器。以上存儲器類型僅為 示例性的，并且因而不限制為用于存儲計算機(jī)程序可使用的存儲器的類型?？衫萌魏魏线m的計算機(jī)可讀取介質(zhì)。計算機(jī)可使用或計算機(jī)可讀取介質(zhì)可為例 如但不限于，電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置、設(shè)備或傳播介質(zhì)。計算機(jī)可 讀取介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)將包括以下介質(zhì)具有一根或多根導(dǎo)線的電氣 連接，可移動計算機(jī)碟片、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦寫可編程 只讀存儲器(EPR0M或Flash存儲器)、光纖、可移動只讀光盤存儲器(CD-ROM)、光學(xué)存儲設(shè) 備、諸如那些支持互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的傳送介質(zhì)、或磁性存儲設(shè)備。注意計算機(jī)可使用或計算 機(jī)可讀取介質(zhì)甚至可以是紙或程序可打印在其上的另一種合適的介質(zhì)，因為程序可以例如 經(jīng)由對紙或其它介質(zhì)的光學(xué)掃描而電子地獲取，然后編譯、解釋或者如果需要的話另外以 合適的方式處理，并然后存儲在計算機(jī)存儲器中。在本文件的環(huán)境中，計算機(jī)可使用或計算 機(jī)可讀取介質(zhì)可為任何介質(zhì)，其可包含、存儲、通訊、傳播或輸送由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè) 備使用或與其聯(lián)系的程序。如本文所用，用語“處理器”指中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電 路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路以及能夠執(zhí)行本文所述功能的任何其他電路或 處理器。用于執(zhí)行本發(fā)明的操作的計算機(jī)程序代碼可用諸如Java7，Smalltalk或C++等面 向?qū)ο缶幊陶Z言書寫。然而，用于執(zhí)行本發(fā)明的操作的計算機(jī)程序代碼也可用傳統(tǒng)的程序 式編程語言書寫，例如“C”編程語言或類似的語言。程序代碼可完全在用戶的計算機(jī)上執(zhí) 行、部分地在用戶的計算機(jī)上執(zhí)行、作為獨立軟件包、部分地在用戶的計算機(jī)上且部分地在 遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行或完全在遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行。在后一種情況下，遠(yuǎn)程計算機(jī)可通過局域 網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)連接至用戶的計算機(jī)，或者該連接可連到外部計算機(jī)上(例如，使 用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商通過互聯(lián)網(wǎng))。以上參照根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機(jī)程序產(chǎn)品的 流程圖示和/或方塊圖描述了本發(fā)明。將會理解的是流程圖示和/或方塊圖中的每個塊，以 及流程圖示和/或方塊圖中的塊的組合可通過計算機(jī)程序指令實施。這些計算機(jī)程序指令可提供給通用計算機(jī)、專用計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，以產(chǎn)生一種機(jī)械， 使得經(jīng)由計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令形成用于實施流程圖和/ 或方塊圖的一個或多個塊中指定的功能/動作的工具。這些計算機(jī)程序指令還可存儲在計算機(jī)可讀取存儲器中。這些指令可指導(dǎo)計算機(jī) 或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置來以特定的方式起作用。這使得存儲在計算機(jī)可讀取存儲器中 的指令產(chǎn)生包括指令工具的制品，該指令工具實施流程圖和/或方塊圖的一個或多個塊中 指定的功能/動作。計算機(jī)程序指令還可加載到計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置上。這 些指令可導(dǎo)致在計算機(jī)或其它可編程裝置上執(zhí)行一系列操作性步驟，以產(chǎn)生計算機(jī)實施的 過程。此處，在計算機(jī)或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實施在流程圖和/或方塊 圖的塊中指定的功能/動作的步驟。再次參考附圖，圖4是本發(fā)明的一個實施例可在其中運行的環(huán)境的示意性圖示。 關(guān)于圖1討論的燃?xì)鉁u輪機(jī)100的大部分部件在圖2中是相同的。圖4的討論集中在應(yīng)用 于燃?xì)鉁u輪機(jī)100的本發(fā)明的一個實施例上。本發(fā)明的一個實施例可提供更改的控制系統(tǒng) 150。本發(fā)明的實施例采用閉環(huán)控制原理，其貫穿啟動過程主動控制燃?xì)鉁u輪機(jī)100的 啟動裝置155?？刂葡到y(tǒng)150可配有算法，該算法將本發(fā)明的方法的一個實施例應(yīng)用于燃?xì)?渦輪機(jī)100。此處，本發(fā)明提供用于調(diào)整啟動裝置155的公稱運行時間表的方法，該啟動裝 置155可呈負(fù)載換相逆變器(LCI) 155的形式。方法的實施例可調(diào)整部分地基于與燃?xì)鉁u 輪機(jī)100相關(guān)的運行參數(shù)160的公稱運行時間表。如以下所討論的，運行參數(shù)可包括但不 限于轉(zhuǎn)子速度、期望的啟動時間等。此處，控制系統(tǒng)150可接收關(guān)于與燃?xì)鉁u輪機(jī)100相 關(guān)的運行參數(shù)160的數(shù)據(jù)。運行參數(shù)160通常包括在啟動期間可直接或間接影響燃?xì)鉁u輪機(jī)100的參數(shù)。這 些運行參數(shù)160可包括但不限于排放溫度、點火溫度、燃燒基準(zhǔn)溫度、環(huán)境狀況、轉(zhuǎn)子速 度、轉(zhuǎn)子加速度以及燃?xì)鉁u輪機(jī)100的物理特性。環(huán)境狀況可包括但不限于溫度、濕度以 及大氣壓力。燃?xì)鉁u輪機(jī)100的物理特性或特征可包括但不限于燃燒器部分110的結(jié)垢、 入口系統(tǒng)(未圖示)的清潔程度、燃料系統(tǒng)125的部件的精度/調(diào)校、燃燒系統(tǒng)120或IGV 115。本發(fā)明的實施例的閉環(huán)控制原理主動地確定運行參數(shù)的目標(biāo)值(或范圍)與運行 參數(shù)的測量或?qū)崟r值之間的差異。此差異被用來調(diào)整LCI 155的公稱運行時間表。此原理可提供許多好處，例如但不限于，減小或消除欠燒或過燒的發(fā)生。這還會減 少燃?xì)鉁u輪機(jī)100的整體啟動時間。此外，通過在啟動過程中主動控制LCI 155，燃?xì)鉁u輪 機(jī)100可執(zhí)行近乎最優(yōu)且可重復(fù)的啟動過程。另外的好處可減少熱瞬變以及延長部件壽 命。以下關(guān)于圖5更詳細(xì)地討論由控制系統(tǒng)150采用的本發(fā)明方法的一個實施例。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示主動控制系統(tǒng)的方法500的算法的過程流 程圖。與方法500配套的控制系統(tǒng)可提供圖形化用戶界面(GUI)，允許操作者瀏覽以下 所討論的步驟。本發(fā)明的一個實施例可實時地確定對于LCI 155的公稱運行時間表所需的 調(diào)整。如以下所討論的，在步驟510和515中使用的算法可包括多維度查詢表、基于物理的 模型等的形式。這會允許精確確定多個參數(shù)對啟動過程的影響。
本質(zhì)上，方法500的一個實施例可調(diào)整LCI 155的運行以便滿足期望的參數(shù)。該 參數(shù)可具有例如但不限于時間、速度或溫度的形式。如果該參數(shù)是時間，則操作者可期望燃 氣渦輪機(jī)100的啟動在特定時間內(nèi)完成。此處，方法500可確定LCI 155的公稱運行時間 表應(yīng)該怎樣調(diào)整以在該特定時間內(nèi)完成啟動過程。在塊510中，方法500可采用參數(shù)目標(biāo)時間表塊來確定參數(shù)的目標(biāo)值。此處，查詢 表可包括獨立的變量，參數(shù)H和參數(shù)V。參數(shù)H，V可包括速度、時間等的形式。塊510可接 收輸入?yún)?shù)505。接下來，塊510可確定基于參數(shù)H，V以及進(jìn)入查詢表的其它輸入的參數(shù) 目標(biāo)513。以下非限制性示例提供了在使用中塊510可以怎樣起作用的實際示例。如以下所 述，以下非限制性示例可用在方法500的其它要件的討論中。操作者可能期望燃?xì)鉁u輪機(jī) 100的啟動過程在特定的時間內(nèi)完成。此處，輸入?yún)?shù)505是時間。參數(shù)H也可變?yōu)闀r間， 而參數(shù)V可為轉(zhuǎn)子速度。到塊510的其它輸入可為環(huán)境狀況以及壓縮機(jī)部分110的結(jié)垢。 如所圖示的，塊510的輸出參數(shù)目標(biāo)513可為將轉(zhuǎn)子140在期望時間內(nèi)加速至FSNL所需的 轉(zhuǎn)子加速度。在方法500的塊525中，匯合點可確定參數(shù)目標(biāo)513和測量參數(shù)160的值之間的 差異。在接收測量參數(shù)160之后，相加點可作為誤差信號527輸出產(chǎn)生的差異等。盡管在 圖5中匯合點525圖示為加法器塊，但本發(fā)明并不限于在塊525中使用加法器作為匯合點。 方法500的其它實施例可結(jié)合其它工具，例如但不限于比例器、倍增器等，用于確定參數(shù)目 標(biāo)513和測量參數(shù)160之間的差異。繼續(xù)與塊510相關(guān)的非限制性示例，參數(shù)目標(biāo)513可為轉(zhuǎn)子加速率的目標(biāo)值。測量 參數(shù)160可為轉(zhuǎn)子加速率的當(dāng)前值。誤差信號527因而可代表值513和160之間的差異。測量參數(shù)160可源自燃?xì)鉁u輪機(jī)100的運行數(shù)據(jù)。此運行數(shù)據(jù)可被認(rèn)為是用戶可 選擇為輸入?yún)?shù)505的其它參數(shù)。該運行數(shù)據(jù)可涉及壓縮機(jī)部分110吸入的空氣的物理 性質(zhì)，壓縮機(jī)部分110的物理特性，燃料的物理性質(zhì)，以及燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的物理特性，還 有燃?xì)鉁u輪機(jī)110的當(dāng)前運行參數(shù)?？諝獾奈锢硇再|(zhì)可包括但不限于溫度、壓力、濕度以 及其它周圍狀況。壓縮機(jī)110的物理特性可提供關(guān)于壓縮機(jī)的清潔度以及結(jié)垢的數(shù)據(jù)。這 些物理特性可包括但不限于流率、壓力、壓差等。燃料的物理性質(zhì)可包括但不限于燃料的熱 值、比重、溫度、沃泊指數(shù)等。燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的物理特性可涉及燃料供應(yīng)系統(tǒng)125的部件 的精度。此數(shù)據(jù)可包括但不限于閥基準(zhǔn)和反饋之間的差異、壓力、流率等。燃?xì)鉁u輪機(jī)100 的當(dāng)前運行參數(shù)可包括但不限于渦輪機(jī)械的速度和加速度。在塊520中，方法500可采用啟動裝置調(diào)整塊。塊520可具有查詢表、基于物理的 模型等的形式，以確定對于燃?xì)鉁u輪機(jī)100要滿足目標(biāo)參數(shù)必須的所需調(diào)整。如所圖示的， 查詢表等可接收輸入?yún)?shù)505和誤差信號527。此處，輸入?yún)?shù)505可為塊520內(nèi)的參數(shù) H。接下來，塊520可產(chǎn)生基于誤差信號527和輸入?yún)?shù)505的啟動裝置調(diào)整命令523。該 命令523可被認(rèn)為是可對LCI 155的公稱運行時間表做出的調(diào)整。繼續(xù)與前述塊相關(guān)的非限制性示例，誤差信號527可代表對轉(zhuǎn)子加速度的調(diào)整， 該調(diào)整對于轉(zhuǎn)子140可在特定的時間內(nèi)達(dá)到FSNL是需要的。塊520可將誤差信號(該誤 差信號基于加速率)轉(zhuǎn)變成基于LCI運行時間表的值。在塊515中，方法500可采用LCI公稱時間表來確定用于LCI的當(dāng)前命令。此處，查詢表可包括獨立的變量，啟動裝置轉(zhuǎn)矩和參數(shù)H。參數(shù)H可包括速度、時間等的形式。塊 515可接收輸入?yún)?shù)505。接下來，塊515可確定基于扭矩、參數(shù)H，以及進(jìn)入查詢表的其它 輸入的啟動裝置命令目標(biāo)517。繼續(xù)與前述塊相關(guān)的非限制示例，啟動裝置命令目標(biāo)517可代表基于期望啟動時 間的扭矩命令的公稱值。塊515可將輸入?yún)?shù)505(其在此處為啟動時間)轉(zhuǎn)變成基于啟 動裝置命令517的扭矩。此處，啟動裝置命令可基于公稱LCI運行時間表。在步驟530中，方法500可以以允許滿足輸入?yún)?shù)505的要求的方式確定對于加 速燃?xì)鉁u輪機(jī)100所需的啟動裝置請求533。此處，匯合點530或類似位置可使用在步驟 520中產(chǎn)生的啟動裝置調(diào)整命令523來調(diào)整在步驟515中產(chǎn)生的啟動裝置命令517。這在 本質(zhì)上會有實時調(diào)整啟動裝置155的公稱運行時間表的效果。盡管在圖5中匯合點530圖示為比例器塊，但本發(fā)明并不限于在塊530中使用比 例器作為匯合點。方法500的其它實施例可結(jié)合其它工具，例如但不限于比例器、倍增器 等，用于組合要件517和523的值。繼續(xù)與前述塊相關(guān)的非限制示例，啟動裝置請求533可代表發(fā)送給LCI 155并基 于期望啟動時間的扭矩命令。此處，啟動裝置請求533可被認(rèn)為是對公稱LCI運行時間表 的調(diào)整。啟動裝置請求533用來減少之前描述的誤差信號527。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示根據(jù)圖5的方法500的加速曲線的圖表。 圖6圖示了以百分比計的轉(zhuǎn)子的速度對以秒計的啟動時間。此處，100%速度指燃?xì)鉁u輪機(jī) 100已經(jīng)達(dá)到公稱或主運行速度。與圖2相比，圖6圖示了在相同燃?xì)鉁u輪機(jī)100的多個啟 動期間可能發(fā)生的變化方面的顯著減少。此處，啟動1、2和3大致隨相同的趨勢，在曲率上 有一些差異。此外，圖6圖示了啟動1、2和3的啟動完成時間可具有近乎相同的持續(xù)時間。 本發(fā)明的實施例可顯著地減少燃?xì)鉁u輪機(jī)100的過燒和/或欠燒。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖示根據(jù)圖5的方法500的溫度曲線的圖表。圖 7圖示了燃?xì)鉁u輪機(jī)100的溫度對以秒計的啟動時間。此溫度可例如但不限于為點火溫度、 普遍基準(zhǔn)溫度、排放溫度等。此處等溫線代表出于物理和/或熱力學(xué)原因可允許燃?xì)鉁u輪 機(jī)100達(dá)到的最大溫度。與圖3相比，圖7圖示了在相同燃?xì)鉁u輪機(jī)100的多個啟動期間 可能發(fā)生的變化方面的顯著減少。此處，圖3中圖示的啟動時間期間發(fā)生的溫度上的變化 被大幅減少。如所討論的，本發(fā)明的實施例可顯著地減少燃?xì)鉁u輪機(jī)100的過燒和/或欠燒。如所討論的，本發(fā)明的實施例可大幅減少啟動渦輪機(jī)械所需的時間。本發(fā)明的實 施例可顯著地減少啟動時間上的變化，因為啟動裝置155按照閉環(huán)原理，結(jié)合對由燃?xì)鉁u 輪機(jī)100提供的扭矩的實時確定而運行。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的，以上與若干實施例相關(guān)描述的許多不同的特征和 構(gòu)造可進(jìn)一步選擇性地應(yīng)用以形成本發(fā)明的其它可能實施例。那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一 步理解本發(fā)明的所有可能迭代都沒有詳細(xì)提供或討論，雖然所有的組合以及可能的實施例 都包括在所附權(quán)利要求書中，或者另外意在為本申請的一部分。此外，由以上對本申請的若 干示例性實施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到改善、改變和改型。屬于本領(lǐng)域內(nèi)的此 類改善、改變和改型也意在由所附權(quán)利要求覆蓋。此外，還應(yīng)該明顯的是前述僅涉及本申請 所描述的實施例，并可在此處做出許多改變和改型，而不脫離由所附權(quán)利要求書及其等價物所限定的本申請的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在動力裝置機(jī)器(100)的啟動過程期間主動控制啟動系統(tǒng)(155)的方法 (500)，所述方法(500)包括確定對于參數(shù)(505)的目標(biāo)范圍(510)，其中所述參數(shù)(505)與動力裝置機(jī)器(100)的 運行相關(guān)；確定所述參數(shù)(505)的測量值(160)；確定參數(shù)差(525，527)，其中所述參數(shù)差(527)是所述目標(biāo)范圍與所述測量值之間的 差值；以及調(diào)整基于所述參數(shù)差(527)的啟動系統(tǒng)(155)的運行時間表(515)； 其中所述方法(500)調(diào)整基于所述參數(shù)差(527)的所述啟動系統(tǒng)(15 的輸出(533)； 并且其中所述輸出(53 促成啟動過程期間所述動力裝置機(jī)器(100)的加速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(500)，其特征在于，所述動力裝置機(jī)器(100)包括渦輪 機(jī)械(100)，所述渦輪機(jī)械(100)包括轉(zhuǎn)子(140)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法(500)，其特征在于，所述啟動系統(tǒng)(155)包括負(fù)載換相 逆變器(155)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法(500)，其特征在于，所述參數(shù)(50 包括以下參數(shù)中 的至少一個排放溫度，點火溫度，周圍狀況，轉(zhuǎn)子速度，轉(zhuǎn)子加速度，時間，或所述渦輪機(jī)械 (100)的物理參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法(500)，其特征在于，確定對于參數(shù)(505)的目標(biāo)范圍 (510)的所述步驟包括如下步驟選擇與所述動力裝置機(jī)器(100)的所述運行相關(guān)的第一參數(shù)； 選擇與所述動力裝置機(jī)器(100)的所述運行相關(guān)的第二參數(shù)； 利用算法(520)，其中所述算法(520)包括查詢表，所述查詢表接收關(guān)于第一參數(shù)的實 時數(shù)據(jù)以確定所述第二參數(shù)的值；其中所述第二參數(shù)的所述值包括所述參數(shù)(505)的所述目標(biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法(500)，其特征在于，所述方法還包括執(zhí)行步驟以確定啟 動裝置調(diào)整命令(523)，其中所述步驟包括接收關(guān)于所述參數(shù)(505)的所述目標(biāo)值的數(shù)據(jù)； 接收關(guān)于所述參數(shù)(505)的所述測量值的數(shù)據(jù)； 產(chǎn)生包括所述目標(biāo)值和所述測量值之間的差異的誤差信號(527)；以及 利用啟動裝置調(diào)整塊(520)來產(chǎn)生基于所述誤差信號(527)的啟動裝置調(diào)整命令 (523)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(500)，其特征在于，所述方法還包括執(zhí)行步驟以確定啟 動裝置請求(533)，其中所述步驟包括接收所述啟動裝置調(diào)整(523)；接收基于所述啟動裝置(155)的公稱時間表的啟動裝置命令(517)；以及 利用匯合點(530)來結(jié)合所述啟動裝置調(diào)整(523)與所述啟動裝置命令(517)；這產(chǎn) 生啟動裝置請求(533)；其中所述啟動裝置請求(53 調(diào)整基于所述誤差信號(527)的所述公稱時間表(515)。
8.一種在燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)的啟動過程期間主動控制負(fù)載換相逆變器(15 的方法(500)，所述方法(500)包括確定對于參數(shù)(505)的目標(biāo)范圍(510，513)，其中所述參數(shù)(505)與燃?xì)鉁u輪機(jī)(100) 的運行相關(guān)；確定所述參數(shù)(505)的測量值(160)；確定參數(shù)差(525)，其中所述參數(shù)差(52 是所述目標(biāo)范圍(51 與所述測量值之間 (160)的差值；以及調(diào)整基于所述參數(shù)差(525)的負(fù)載換相逆變器(155)的運行時間表(515)； 其中所述方法(500)在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)的啟動過程期間連續(xù)地調(diào)整基于所述參 數(shù)差(525)的所述負(fù)載換相逆變器(155)的輸出；并且其中所述輸出促成所述燃?xì)鉁u輪機(jī) (100)的加速。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法(500)，其特征在于，確定對于參數(shù)(505)的目標(biāo)值 (510,513)的所述步驟包括如下步驟選擇與所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)的所述運行相關(guān)的第一參數(shù)； 選擇與所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)的所述運行相關(guān)的第二參數(shù)；利用算法(520)確定所述第二參數(shù)的值，其中所述算法包括查詢表，所述查詢表接收 關(guān)于第一參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；其中所述第二參數(shù)的所述值是所述算法的輸出；并且其中所述第二參數(shù)的所述值包括 所述參數(shù)(505)的所述目標(biāo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(500)，其特征在于，所述第一參數(shù)和所述第二參數(shù)包 括以下參數(shù)中的至少一個運行時間，或轉(zhuǎn)子速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于啟動渦輪機(jī)械的方法，具體而言，本發(fā)明的實施例采用閉環(huán)控制原理，其貫穿啟動過程主動控制動力裝置機(jī)器(100)的啟動裝置(155)。此處，本發(fā)明可提供用于調(diào)整啟動裝置(155)的公稱運行時間表(515)的方法，該啟動裝置(155)可呈負(fù)載換相逆變器(LCI)(155)的形式。方法(500)的實施例可調(diào)整部分地基于與燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)相關(guān)的運行參數(shù)(505)的公稱運行時間表。運行參數(shù)(505)可包括但不限于轉(zhuǎn)子速度、期望的啟動時間等。此處，控制系統(tǒng)(150)可接收關(guān)于與燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)相關(guān)的運行參數(shù)(505)的數(shù)據(jù)。
文檔編號F02C9/00GK102128087SQ20101062002
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者D·A·斯奈德, E·A·波斯特, J·C·馬特斯, S·B·夏策爾, W·F·西利 申請人:通用電氣公司