專利名稱：用于起動渦輪機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及共同轉(zhuǎn)讓的于2010年12月16日提交的美國專利申請12/969861 [GE 文檔238811]；于2010年12月16日提交的美國專利申請12/969867[GE文檔238815]；以及于2010年12月16日提交的美國專利申請12/969889[GE文檔238821]。本發(fā)明大體涉及渦輪機，且更具體地說，涉及一種用于在起動階段期間增強蒸汽渦輪的操作靈活性的方法。
背景技術(shù)：
蒸汽渦輪普遍用于動力設(shè)備、生熱系統(tǒng)、船舶推進系統(tǒng)以及其它熱和動力應(yīng)用中。 蒸汽渦輪典型地包括至少一個在預(yù)定的壓力范圍內(nèi)操作的區(qū)段。這可包括高壓(HP)區(qū)段和再熱或中間壓力(IP)區(qū)段。容納在這些區(qū)段中的旋轉(zhuǎn)元件通常安裝在軸向軸上。通常， 控制閥和截流閥分別控制通過HP區(qū)段和IP區(qū)段的蒸汽流量。蒸汽渦輪的正常操作包括三個不同的階段；它們是起動、加載和停機。起動階段可被認為是操作階段開始，其中旋轉(zhuǎn)元件開始滾動，直至蒸汽正流過所有區(qū)段。通常，起動階段不會終止于特定負載。加載階段可被認為是這樣的操作階段其中進入?yún)^(qū)段的蒸汽的量增加，直至蒸汽渦輪的輸出約為所需負載；例如但不限于額定負載。停機階段可被認為是這樣的操作階段其中蒸汽渦輪的負載減少，并且進入各個區(qū)段的蒸汽流逐漸停止，且轉(zhuǎn)子 (旋轉(zhuǎn)元件安裝在其上)減慢至轉(zhuǎn)向齒輪速度。對于裝備了級聯(lián)蒸汽旁路系統(tǒng)的蒸汽渦輪，起動階段開始于利用截流閥以準許蒸汽進入IP區(qū)段時。接下來，蒸汽被準許進入HP區(qū)段中。準許蒸汽進入HP區(qū)段中的這一過程(其完成了起動過程)通常被稱為順流傳遞。典型地，通過HP區(qū)段和IP區(qū)段的蒸汽流量在順流傳遞期間是平衡的。蒸汽流的量典型地依賴于操作再熱(RH)壓力。然而，這種平衡的流傳遞技術(shù)可能會引發(fā)一些問題。這種技術(shù)沒有考慮在起動階段期間可能影響蒸汽渦輪操作的所有物理參數(shù)。例如，在熱起動期間，典型地需要更大量的HP蒸汽流以防止高的HP區(qū)段排氣溫度。為了在傳遞之后平衡HP和IP蒸汽流量，傳遞之前的IP蒸汽流量也應(yīng)對應(yīng)地較高。然而，在傳遞之前的增大的IP蒸汽流量可能增加IP區(qū)段上的軸向推力，因為沒有足夠的蒸汽可流過HP區(qū)段，以平衡更高的IP蒸汽流量。另一方面，如果減少在傳遞之前的IP蒸汽流量以減小軸向推力負載，那么傳遞時的HP蒸汽流量將低于所需蒸汽流量；并導(dǎo)致不合需要的高的HP區(qū)段排氣溫度。轉(zhuǎn)子應(yīng)力是在順流傳遞期間可能要考慮的另一物理參數(shù)。在冷起動中，非常高的HP蒸汽流量可能造成不合需要的轉(zhuǎn)子應(yīng)力。因此，在允許蒸汽流進入IP和HP區(qū)段中之前應(yīng)考慮多個可能影響蒸汽渦輪的物理參數(shù)。某些起動策略試圖滿足這些物理參數(shù)約束中的一個或兩個。例如但非限制性地， 一種策略試圖減少在起動過程期間引入的轉(zhuǎn)子應(yīng)力。然而，這種技術(shù)沒有解決由在順流傳遞期間進入HP區(qū)段中的低的蒸汽流量而造成的高的HP區(qū)段排氣溫度。其它起動策略沒有解決現(xiàn)有蒸汽流量平衡熱起動策略的所有限制性的物理參數(shù)，例如但不限于高的HP區(qū)段排氣溫度。這些問題降低了操作靈活性，需要更大的機械構(gòu)件，并且可能會減少蒸汽渦輪在起動階段期間所輸送的凈輸出。因此，存在對于一種用于在起動階段期間提高蒸汽渦輪的操作靈活性的方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，(提供了)一種在起動過程期間使進入渦輪機(102) 的蒸汽流量不平衡的方法G00)，該方法(400)包括提供渦輪機(102)，其包括至少第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112)，以及部分地設(shè)置在第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112)中的轉(zhuǎn)子(115)；提供第一閥(116)和第二閥(118)，第一閥(116)設(shè)置為用以控制進入第一區(qū)段(110)中的蒸汽流量；并且第二閥(118)設(shè)置為用以控制進入第二區(qū)段(112)中的蒸汽流量；(420)確定渦輪機(102)是否在起動階段中操作；起動階段開始于當(dāng)蒸汽導(dǎo)致轉(zhuǎn)子 (115)旋轉(zhuǎn)時，直至蒸汽正流過第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112) ； (430)確定可容許的渦輪操作空間(AT0Q (302)，其接近渦輪機(10 的各個區(qū)段(110，112)的操作邊界，其中 ATOS(302)包含關(guān)于以下中的至少一項的數(shù)據(jù)穿過各個區(qū)段(110，112)的蒸汽流量、各個區(qū)段(110,112)的推力極限以及排氣風(fēng)阻(windage)極限；(430) ^ ATOS (302)中確定與起動階段相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的可容許的范圍；(450)調(diào)節(jié)第一閥(116)以控制進入第一區(qū)段(110)中的蒸汽流量，其中這種調(diào)節(jié)部分地受到物理參數(shù)的可容許的范圍的限制；(470) 調(diào)節(jié)第二閥(118)以容許蒸汽流進入第二區(qū)段(112)中，其中這種調(diào)節(jié)部分地受到物理參數(shù)的可容許的范圍的限制；并且其中，在起動階段期間，ATOS(302)實時地擴展第一區(qū)段 (110)和第二區(qū)段(112)的操作邊界，并且容許在渦輪機(102)的第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(11 之間有非平衡的蒸汽流量。這種渦輪機(102)可包括蒸汽渦輪(102)。這里，蒸汽渦輪(102)可包括多個區(qū)段 (110，112)，其中各個區(qū)段(110，112)集成有至少一個閥(116，118)。第一區(qū)段(110)可包括HP區(qū)段(110)；并且其中，第二區(qū)段(112)可包括IP區(qū)段(112)。物理參數(shù)可包括以下中的至少一個推力、轉(zhuǎn)子應(yīng)力、蒸汽溫度、蒸汽壓力、排氣風(fēng)阻極限、順流傳遞期間的最小HP流量或順流傳遞期間的最大HP流量。物理參數(shù)的值可通過傳遞函數(shù)算法來確定，傳遞函數(shù)算法設(shè)置為用于獨立地控制進入第一區(qū)段(110)或第二區(qū)段(11 中的至少一個的蒸汽流量。傳遞函數(shù)算法可基于 ATOS (302)而限制蒸汽流量。傳遞函數(shù)算法可確定蒸汽渦輪(102)在起動過程期間的操作空間，并且其中，操作空間確定了 HP區(qū)段(110)和IP區(qū)段(112)的當(dāng)前操作范圍。該方法(400)可基于HP區(qū)段(110)和IP區(qū)段(112)的當(dāng)前操作范圍而調(diào)節(jié)第一閥(116)和第二閥(118)的所需沖程。起動過程可包括多個階段，并且其中，各個階段部分地由當(dāng)前操作范圍來確定。


圖1是顯示了動力設(shè)備站點的示意圖，本發(fā)明的一個實施例可操作該動力設(shè)備站
點ο
圖2是顯示了根據(jù)已知的起動階段、關(guān)于蒸汽渦輪的IP區(qū)段流量與HP區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖。圖3是IP區(qū)段流量與HP區(qū)段流量的關(guān)系以及RH壓力與HP區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的蒸汽渦輪的AT0S。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的流程圖，其顯示了用于在ATOS中控制蒸汽流量的方法的示例。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、IP區(qū)段流量與HP區(qū)段流量的關(guān)系以及RH壓力與HP區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖，其顯示了用于提高蒸汽渦輪在ATOS中的可操作性的方法。部件列表站點100渦輪機，蒸汽渦輪102再熱器單元104控制系統(tǒng)106發(fā)電機108HP渦輪區(qū)段，第一區(qū)段110IP渦輪區(qū)段，第二區(qū)段112轉(zhuǎn)子115LP渦輪區(qū)段，第三區(qū)段114控制閥，第一閥116截流閥，第二閥118級聯(lián)旁路系統(tǒng)120曲線圖200自然壓力線202曲線圖300ATOS 302區(qū)域 304，306，308方法400曲線圖500區(qū)域 504，506，508
具體實施例方式本發(fā)明具有在起動階段期間擴展蒸汽渦輪的操作靈活性的技術(shù)效果。當(dāng)蒸汽渦輪操作時，本發(fā)明確定了各個渦輪區(qū)段的可容許的渦輪操作空間(ATOS)。接著，本發(fā)明可基于 ATOS而調(diào)節(jié)進入各個渦輪區(qū)段中的蒸汽。這里，進入各個渦輪區(qū)段中的蒸汽流的量不依賴于進入另一渦輪區(qū)段中的蒸汽流的量。對優(yōu)選實施例的以下詳細說明參照了附圖，附圖顯示了本發(fā)明的特定的實施例。 其它具有不同結(jié)構(gòu)和操作的實施例并沒有脫離本發(fā)明的范圍。某些術(shù)語在這里可能只是出于方便讀者的目的而使用的，且不應(yīng)被認為是對本發(fā)明范圍的限制。例如，諸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂部”、“底部”、“水平”、“豎
直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等詞語僅僅描述圖中所顯示的構(gòu)造。實際上，本發(fā)明一個實施例的元件或多個元件可定向在任何方向上，并且這些術(shù)語因此應(yīng)被理解為包含了這種變化，除非作了其它規(guī)定。這里公開了詳細的示例性實施例。然而，這里公開的特定的結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅僅是代表性的，以用于描述示例性實施例的目的。然而，示例性實施例可以許多備選形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被理解為只局限于這里闡述的實施例。因此，雖然示例性實施例能夠有各種變型和備選形式，但在圖中通過示例顯示了其實施例，并將在這里對其實施例進行詳細描述。然而，應(yīng)該懂得并沒有將示例性實施例局限于所公開的特定形式的意圖，而是相反，示例性實施例將要涵蓋落在示例性實施例的范圍內(nèi)的所有變型、等效物和備選方案。將懂得，雖然詞語第一、第二等等在這里可用于描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受到這些詞語的限制。這些詞語只用于將一個元件與另一元件區(qū)別開。例如，可將第一元件稱為第二元件，并且類似地，可將第二元件稱為第一元件，而不脫離示例性實施例的范圍。 如在這里所用，詞語“和/或”包括一個或多個相關(guān)聯(lián)的所列出的事項的任何和所有組合。這里所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實施例的目的，而并不意圖限制示例性實施例。如這里所用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“這個”意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確做出其它指示。當(dāng)在本文中使用時，詞語“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，而不排除存在或增加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。本發(fā)明可應(yīng)用于各種各樣的蒸汽渦輪等等。本發(fā)明的一個實施例可應(yīng)用于單個蒸汽渦輪或多個蒸汽渦輪。雖然以下論述涉及具有反流構(gòu)造和級聯(lián)蒸汽旁路系統(tǒng)的蒸汽渦輪，但是本發(fā)明的實施例并不限于那種構(gòu)造。本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于非反流的和/或沒有裝備級聯(lián)蒸汽旁路系統(tǒng)的其它構(gòu)造?，F(xiàn)在參照附圖，其中，貫穿若干附圖，各種數(shù)字代表相似的元件，圖1是顯示了位于站點100(例如但不限于動力設(shè)備站點100)上的蒸汽渦輪102的示意圖。圖1顯示站點 100具有蒸汽渦輪102、再熱器單元104、控制系統(tǒng)106和發(fā)電機108。如圖1中所示，蒸汽渦輪102可包括第一區(qū)段110、第二區(qū)段112和級聯(lián)蒸汽旁路系統(tǒng)120。在本發(fā)明的各種實施例中，蒸汽渦輪102的第一區(qū)段110和第二區(qū)段112可以是高壓(HP)區(qū)段110和中間壓力(IP)區(qū)段112。在本發(fā)明的各種其它實施例中，HP區(qū)段110 還可被稱為殼體110，并且IP區(qū)段112還可被稱為附加的殼體112。此外，蒸汽渦輪102還可包括第三區(qū)段114。在本發(fā)明的一個實施例中，第三區(qū)段114可以是低壓(LP)區(qū)段114。 蒸汽渦輪102還可包括轉(zhuǎn)子115，其可設(shè)置在蒸汽渦輪102的區(qū)段110，112和114中。在本發(fā)明的一個實施例中，轉(zhuǎn)子115周圍的流動路徑可容許蒸汽在區(qū)段110，112和114之間保持流體連通。蒸汽渦輪102可包括第一閥116和第二閥118，以分別用于控制進入第一區(qū)段110 和第二區(qū)段112中的蒸汽流量。在本發(fā)明的各種實施例中，第一閥116和第二閥118可以是控制閥116和截流閥118，以分別用于控制進入HP區(qū)段110和IP區(qū)段112中的蒸汽流量。
圖2是顯示了根據(jù)已知的蒸汽流量策略、關(guān)于蒸汽渦輪102的IP區(qū)段流量與HP 區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖200。X軸顯示了穿過HP區(qū)段112的蒸汽流量，并且Y軸顯示了穿過IP區(qū)段114的蒸汽流量。級聯(lián)蒸汽旁路系統(tǒng)120可在蒸汽渦輪102的起動階段期間起作用。如圖2中所示，已知的起動階段可包括如下步驟&-&、S2-S3和s3-、?？刂葡到y(tǒng)106可如下起動蒸汽渦輪102。在步驟S1^2中，蒸汽通過截流閥118而被準許進入IP區(qū)段112中。接下來，在步驟S2I3中，蒸汽通過控制閥116而被準許進入HP區(qū)段110中。接下來，在S3I4中，進入 IP區(qū)段112中的蒸汽流量與進入HP區(qū)段110中的蒸汽流量相匹配。這在區(qū)段110，112之間產(chǎn)生了平衡的流量。這種準許蒸汽首先進入IP區(qū)段112且之后進入HP區(qū)段110中的過程被認為是順流傳遞。在起動階段基本上完成之后，離開HP區(qū)段110的蒸汽可流過再熱器單元104，其中蒸汽的溫度在流入到IP區(qū)段112中之前得以升高。接下來，如圖1中所示，來自再熱器單元104的蒸汽可通過截流閥118而流入IP區(qū)段112中，且流入LP區(qū)段114中。然后，蒸汽可離開LP區(qū)段114，并流入到冷凝器(圖中未顯示)中。如線202所示，已知的流量策略尋求平衡區(qū)段110，112之間的蒸汽流量。這典型地涉及在起動階段完成之后保持穿過HP區(qū)段112和IP區(qū)段114的蒸汽流量相等。連接點 A，B和C的線202代表在蒸汽渦輪102的加載過程期間穿過HP區(qū)段112的蒸汽流量關(guān)于穿過IP區(qū)段114的蒸汽流量的變化。線202可被認為是自然壓力線；其指示穿過HP和IP 區(qū)段110，112的相等或平衡的流量。圖3至圖5是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、利用ATOS以擴展各個區(qū)段110， 112的可操作性空間的方法的示意圖。如論述的那樣，平衡流量可被認為是一種方法和/或控制原理，其尋求為各個區(qū)段110，112提供相同的量的蒸汽流。本發(fā)明的實施例尋求替換平衡流量并擴展蒸汽渦輪102的操作邊界的方法。當(dāng)蒸汽渦輪102操作時，控制系統(tǒng)106 可確定ATOS。ATOS可被認為是蒸汽渦輪102的當(dāng)前操作邊界。當(dāng)ATOS變化時，本發(fā)明的實施例可調(diào)節(jié)閥116，118的位置，以改變進入?yún)^(qū)段110，112中的蒸汽流的量。在查看附圖和相對應(yīng)的ATOS的論述時應(yīng)考慮以下因素。所有附圖都應(yīng)被認為是非限制性的示例，它們可與某些蒸汽渦輪102構(gòu)造相關(guān)聯(lián)。此外，各個附圖上的數(shù)字范圍僅僅用于說明性的目的。ATOS應(yīng)被認為是蒸汽渦輪102可在其中操作的區(qū)域。下面論述和示出的各個ATOS邊界不應(yīng)被認為是固定的或限制性的邊界。ATOS和其相關(guān)聯(lián)的邊界應(yīng)被認為是一種變化的和動態(tài)的操作環(huán)境。這種環(huán)境部分地通過蒸汽渦輪102的構(gòu)造、操作階段、 邊界條件和機械構(gòu)件與設(shè)計來確定。圖中未顯示的ATOS及其邊界的其它方向、形狀、尺寸、 大小以及尺寸并沒有落在本發(fā)明的實施例的性質(zhì)和范圍之外。因此，圖中所示的ATOS及其邊界的方向、大小、形狀和尺寸僅僅是非限制性示例的舉例說明。圖3是IP區(qū)段流量與HP區(qū)段流量的關(guān)系以及RH壓力與HP區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖300，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的蒸汽渦輪102的ATOS 302。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的蒸汽渦輪102的ATOS 302的非限制性的示例。這里，ATOS邊界是線2-6 (其是線1-2和5-6的相交組合)和線3-4。線1_2可被認為是IP/LP推力線，并指示最大可容許的IP區(qū)段流量隨HP區(qū)段流量而變化，以將軸向推力保持在極限內(nèi)。線3-4 可被認為是HP推力線，并指示最大可容許的HP區(qū)段流量隨IP區(qū)段流量而變化，以將軸向
8推力保持在極限內(nèi)。線5-6可被認為是HP區(qū)段排氣風(fēng)阻線，并指示最大可容許的RH壓力隨HP區(qū)段流量而變化，以防止HP區(qū)段的排氣處的不合需要的高溫。X軸顯示了穿過HP區(qū)段110的蒸汽流量。左邊Y軸顯示了穿過IP區(qū)段112的蒸汽流量，并且右邊Y軸顯示了再熱壓力。如之前論述的那樣，穿過點A，B和C的自然壓力線 202顯示了平衡流量策略。軸向推力線1-2和3-4是穿過相對的HP和IP區(qū)段110，112的蒸汽流量的函數(shù)。 線1-2和3-4可代表在承受不合需要地高的軸向推力負載之前，特定蒸汽渦輪102可忍受的可容許的流量不平衡。這些線的實際形狀和相關(guān)聯(lián)的值尤其依賴于各個區(qū)段110，112的熱力學(xué)設(shè)計和相關(guān)聯(lián)的推力軸承的尺寸。先進的蒸汽渦輪設(shè)計可增加軸向推力，并且限制可容許的流量不平衡，從而減小ATOS 302。類似地，增加推力軸承尺寸可容許更大的流量不平衡并增大ATOS 302。HP區(qū)段排氣風(fēng)阻線-線5-6可以是防止HP區(qū)段110的較后級處的不合需要的高溫所需要的最小HP流量的函數(shù)；其隨著RH壓力和HP入口蒸汽溫度而變化。較高的RH壓力可驅(qū)動HP區(qū)段排氣處的較高的壓力。這對于給定的流量和給定的入口蒸汽溫度可降低穿過HP區(qū)段110的壓力比。這還可增加HP區(qū)段排氣溫度。類似地，在給定的RH壓力下， 對于給定的蒸汽流量，較高的HP入口蒸汽溫度還可提高HP區(qū)段排放蒸汽溫度。在某些蒸汽渦輪102的操作期間，當(dāng)RH壓力達到比關(guān)于高的入口蒸汽溫度的所需條件更高的壓力時，HP區(qū)段排氣溫度可接近材料特有的極限值。然而，當(dāng)蒸汽渦輪102以減小的入口蒸汽溫度操作時，即使在高的RH壓力下，也降低了高的HP區(qū)段排氣溫度的可能性。這里，HP入口蒸汽的熱焓隨著溫度的降低而顯著地降低。因此，HP區(qū)段風(fēng)阻因素在某些條件下可為限制性的，例如但不限于HP入口蒸汽溫度較高時。如所論述的那樣，線1-2，3-4和5-6是在給定的操作條件下可限定ATOS 302的邊界。這些線本質(zhì)上是動態(tài)的。本發(fā)明的實施例可實時地確定ATOS 302;并容許更大的操作靈活性。實際上，各個ATOS邊界可被認為是限定特定蒸汽渦輪102的ATOS 302的物理參數(shù)。該物理參數(shù)可包括但不限于軸向推力、轉(zhuǎn)子應(yīng)力、蒸汽溫度、蒸汽壓力、HP區(qū)段排氣風(fēng)阻極限、用于順流傳遞的最小HP流量(MINF)或用于順流傳遞的最大HP流量(MAXF)。如圖3中所示，區(qū)304，306和308表示了其中蒸汽渦輪102的操作可能超過HP區(qū)段排氣溫度和/或IP/LP軸向推力的優(yōu)選極限的區(qū)域。在起動階段期間，MINF代表在順流傳遞期間所需要的最小HP區(qū)段流量，其基于HP區(qū)段最具限制性的參數(shù)，例如但不限于軸向推力、HP區(qū)段排氣溫度等等。MAXF代表順流傳遞期間的最大HP流量，其基于HP區(qū)段的最具限制性的參數(shù)，例如但不限于軸向推力、HP轉(zhuǎn)子應(yīng)力等等。MINF和MAXF的范圍可通過蒸汽渦輪102的構(gòu)造、蒸汽的物理特性等等來確定。因此，圖3中所示的范圍可以僅僅用于說明性的目的。在本發(fā)明的一個實施例中，ATOS容許在起動階段期間使穿過HP區(qū)段110和IP區(qū)段112的蒸汽流量解耦。這可容許在起動階段期間有增加的蒸汽流量和操作靈活性。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3中所示，在ATOS方法下的起動可指示蒸汽流量增加的可能性。 這里，如所述的那樣，可以增加進入IP區(qū)段112中的蒸汽流量，并且該蒸汽流量不再受到進入HP區(qū)段110中的蒸汽流量上的約束的限制。例如但非限制，穿過IP區(qū)段112的蒸汽流量中的可容許的增加可被確定為點之間的差異。這里，基于ATOS 302可產(chǎn)生用于第一閥116和第二閥118的閥沖程的范圍。同圖2相比，本發(fā)明的實施例容許與平衡流量措施相比更多地利用ATOS 302。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的流程圖，其顯示了用于在ATOS中控制蒸汽流量的方法400的一個示例。如論述的那樣，本發(fā)明的實施例包含一種非平衡流量方法，以在起動階段期間增加蒸汽流量。這里，進入各個區(qū)段110，112中的蒸汽流量被有意地打破平衡， 以擴展蒸汽渦輪102的操作邊界和靈活性。這可通過獨立地實時地控制進入各個區(qū)段110， 112中的蒸汽的量來實現(xiàn)。該方法400可與操作蒸汽渦輪的控制系統(tǒng)106集成。該方法400可控制第一閥116和第二閥118，以分別用于控制穿過第一區(qū)段110和第二區(qū)段112的蒸汽流量。在本發(fā)明的各種實施例中，第一閥116和第二閥118可以是控制閥116和截流閥118，它們?nèi)缰罢撌龅哪菢臃謩e控制穿過HP區(qū)段110和IP區(qū)段112的蒸汽流量。在步驟410中，該方法400可確定蒸汽渦輪102的哪個操作階段。如論述的那樣， 蒸汽渦輪102通常在三個不同但仍有重疊的階段中操作起動、加載和停機。如論述的那樣，起動階段可開始于當(dāng)轉(zhuǎn)子115開始滾動時，直至蒸汽正流過所有區(qū)段110，112。通常，起動階段不會終止于特定負載下。本發(fā)明的實施例可在起動階段期間起作用。在步驟420中，該方法400可確定蒸汽渦輪102是否在起動階段中進行操作。這里，該方法400可從操作蒸汽渦輪102的控制系統(tǒng)106中接收操作數(shù)據(jù)或運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可包括但不限于閥116，118的位置。如果蒸汽渦輪102在起動階段中進行操作，那么方法400可繼續(xù)至步驟430 ；否則，方法400可返回步驟410。在步驟430中，方法400可確定當(dāng)前ATOS 302。這里，如上所述，方法400可接收與ATOS邊界相關(guān)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。方法400可接收與ATOS邊界相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可與可容許的或優(yōu)選的極限和邊界進行比較。例如但非限制性地，ATOS邊界可包括軸向推力。這里，方法400可針對當(dāng)前操作條件確定當(dāng)前軸向推力和可容許的軸向推力。在本發(fā)明的一個備選實施例中，方法400可包含傳遞函數(shù)、算法等等，以計算或以其它方式確定ATOS 302。在步驟440中，方法400可確定與蒸汽渦輪102的第一區(qū)段110中的至少一個相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的可容許的范圍。物理參數(shù)可包括但不限于操作約束和/或物理約束。這些約束可包括但不限于軸向推力、轉(zhuǎn)子應(yīng)力、蒸汽溫度、蒸汽壓力、HP區(qū)段排氣風(fēng)阻極限、 MINF或MAXF。方法400然后可基于物理參數(shù)的可容許的范圍而產(chǎn)生用于第一閥116的閥沖程的范圍。在步驟450中，方法400可調(diào)節(jié)第一閥116，以容許蒸汽流進入蒸汽渦輪102的第一區(qū)段110中。方法400可基于物理參數(shù)的可容許的范圍來調(diào)節(jié)第一閥116。在步驟460中，方法400可確定與蒸汽渦輪102的第二區(qū)段112中的至少一個相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的可容許的范圍。物理參數(shù)可包括但不限于操作約束和/或物理約束。這些約束可包括但不限于軸向推力、轉(zhuǎn)子應(yīng)力、蒸汽溫度、蒸汽壓力、HP區(qū)段排氣風(fēng)阻極限、 MINF或MAXF。方法400然后可基于物理參數(shù)的可容許的范圍而產(chǎn)生用于第二閥118的閥沖程的范圍。在步驟470中，方法400可調(diào)節(jié)第二閥118，以容許蒸汽流進入蒸汽渦輪102的第二區(qū)段112中。方法400可基于物理參數(shù)的可容許的范圍而調(diào)節(jié)第二閥118。
本發(fā)明的實施例容許實時地確定界定ATOS 302的物理參數(shù)的變化。因此，在步驟 450和470完成之后，方法400可返回步驟410。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、IP區(qū)段流量與HP區(qū)段流量的關(guān)系以及RH壓力與HP區(qū)段流量的關(guān)系的曲線圖500，其顯示了用于提高蒸汽渦輪102在ATOS 302內(nèi)的可操作性的方法。基本上，圖5顯示了圖4的方法400的應(yīng)用的可能結(jié)果。如論述的那樣，本發(fā)明的實施例為起動階段提供了一種非平衡流量方法。該方法基于當(dāng)前ATOS 302而尋求為各個區(qū)段110，112確定可容許的蒸汽流量。類似于圖3，X軸顯示了穿過HP區(qū)段112的蒸汽流量。左邊Y軸顯示了穿過IP區(qū)段114的蒸汽流量，并且右邊Y軸顯示了 RH壓力。如圖2中論述的那樣，線202顯示了自然的壓力線。在本發(fā)明的一個實施例中，傳遞函數(shù)、算法等等可基于所確定的ATOS 302而確定與HP區(qū)段112和/或IP區(qū)段114相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的當(dāng)前操作范圍。如論述的那樣，線1-2，3-4和5-6是在給定的操作條件下可限定AT0S302的邊界。這些線本質(zhì)上是動態(tài)的。本發(fā)明的實施例可實時地確定ATOS 302 ；并容許更大的操作靈活性。實際上，各個 ATOS邊界可被認為是限定特定蒸汽渦輪102的ATOS 302的物理參數(shù)。在使用中，本發(fā)明的一個實施例為蒸汽渦輪102提供了一種新的起動階段方法； 其可包括多個階段。在本發(fā)明的一個實施例中，各階段可至少部分地基于當(dāng)前ATOS邊界。如論述的那樣，在圖5上所論述和所示的數(shù)字范圍是用于非限制性示例的說明性的目的。各個ATOS邊界不應(yīng)被認為是固定的或限制性的邊界。ATOS 302和其相關(guān)聯(lián)的邊界應(yīng)被認為是變化的和動態(tài)的操作環(huán)境；其部分地通過各個蒸汽渦輪102的構(gòu)造、操作階段、 邊界條件和機械構(gòu)件及設(shè)計來確定。因此，圖5中所示的ATOS 302及其邊界的方向、大小、 形狀和尺寸僅僅是下面論述的非限制性示例的舉例說明。圖5中未顯示的ATOS 302及其邊界的其它方向、形狀、尺寸、大小和尺寸并沒有落在本發(fā)明的實施例的性質(zhì)和范圍之外。以下提供了在起動階段期間使用的本發(fā)明的一個實施例的非限制性的示例。在本發(fā)明的一個實施例中，蒸汽渦輪102的起動過程可包括兩個階段。首先從S1-Sh ；其包括使蒸汽流通過第二閥118開始進入IP區(qū)段114中。在本發(fā)明的一個實施例中，穿過IP區(qū)段 114的初始的蒸汽流量可以是大約20%。接下來，從S3a-S3，其可包括第一閥116使蒸汽流開始進入到HP區(qū)段112中。這里，穿過IP區(qū)段114的蒸汽流量可增加至IP區(qū)段114的當(dāng)前操作范圍。在本發(fā)明的一個實施例中，穿過IP區(qū)段114的蒸汽流量可增加至大約42%，且穿過HP區(qū)段112的蒸汽流量可增加至大約40%。如通過比較圖3和圖5所示，本發(fā)明的一個實施例在這個起動階段期間可導(dǎo)致蒸汽渦輪102的輸出的顯著增加。雖然這里已經(jīng)顯示和描述了特定的實施例，但是本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會了解，經(jīng)計算以實現(xiàn)相同目的的任何布置都可替代所顯示的特定的實施例，并且本發(fā)明在其它環(huán)境中具有其它應(yīng)用。本申請意圖覆蓋本發(fā)明的任何修改或變化。所附的權(quán)利要求決非想要將本發(fā)明的范圍限制在本文所述的特定的實施例中。
權(quán)利要求
1.一種在起動過程期間使進入渦輪機(102)中的蒸汽流量不平衡的方法G00)，所述方法(400)包括a.提供渦輪機(102)，其包括至少第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112)，以及部分地設(shè)置在所述第一區(qū)段(110)和所述第二區(qū)段(112)中的轉(zhuǎn)子(115)；b.提供設(shè)置為用于控制進入所述第一區(qū)段(110)中的蒸汽流量的第一閥(116)，和設(shè)置為用于控制進入所述第二區(qū)段(112)中的蒸汽流量的第二閥(118)；c.(420)確定所述渦輪機(102)是否在起動階段中進行操作；起動階段開始于蒸汽造成所述轉(zhuǎn)子(11 旋轉(zhuǎn)時，直至蒸汽正流過所述第一區(qū)段(110)和所述第二區(qū)段(112)；d.(430)確定可容許的渦輪操作空間(ATOS) (302)，可容許的渦輪操作空間接近所述渦輪機(102)的各個區(qū)段(110，112)的操作邊界，其中ATOS(302)包含關(guān)于以下中的至少一項的數(shù)據(jù)穿過各個區(qū)段(110，112)的蒸汽流量、各個區(qū)段(110，112)的推力極限和排氣風(fēng)阻極限；e.(430)在ATOS (302)中確定與所述起動階段相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的可容許的范圍；f.(450)調(diào)節(jié)所述第一閥(116)以控制進入所述第一區(qū)段(110)中的蒸汽流量，其中所述調(diào)節(jié)部分地受所述物理參數(shù)的可容許的范圍限制；g.(470)調(diào)節(jié)所述第二閥(118)以容許蒸汽流進入所述第二區(qū)段(11 中，其中所述調(diào)節(jié)部分地受所述物理參數(shù)的可容許的范圍限制；且h.其中，在所述起動階段期間，AT0S(3(^)實時地擴展所述第一區(qū)段(110)和所述第二區(qū)段(112)的操作邊界，并容許所述渦輪機(102)的第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112)之間的非平衡的蒸汽流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述渦輪機(10 包括蒸汽渦輪 (102)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法000)，其特征在于，所述蒸汽渦輪(10 包括多個區(qū)段 (110，112)，其中各個區(qū)段(110，112)集成有至少一個閥(116，118)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法000)，其特征在于，所述物理參數(shù)包括以下中的至少一個推力、轉(zhuǎn)子應(yīng)力、蒸汽溫度、蒸汽壓力、排氣風(fēng)阻極限、順流傳遞期間的最小HP流量或順流傳遞期間的最大HP流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法000)，其特征在于，所述物理參數(shù)的值通過傳遞函數(shù)算法來確定，該傳遞函數(shù)算法設(shè)置為用于獨立地控制進入所述第一區(qū)段(110)或所述第二區(qū)段(112)中的至少一個的蒸汽流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法000)，其特征在于，所述傳遞函數(shù)算法基于ATOS(302) 而限制蒸汽流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法000)，其特征在于，所述第一區(qū)段(110)包括HP區(qū)段 (110)；并且其中，所述第二區(qū)段(112)包括IP區(qū)段(112)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法000)，其特征在于，所述傳遞函數(shù)算法確定所述蒸汽渦輪(102)在起動過程期間的操作空間，并且其中，所述操作空間確定所述HP區(qū)段(110)和所述IP區(qū)段(112)的當(dāng)前操作范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法000)，其特征在于，還包括基于所述HP區(qū)段(110)和所述IP區(qū)段(112)的當(dāng)前操作范圍而調(diào)節(jié)所述第一閥(116)和所述第二閥(118)的所需沖程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法000)，其特征在于，所述起動過程包括多個階段，并且其中，各個階段部分地由所述當(dāng)前操作范圍來確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于起動渦輪機的方法。提供了一種用于在起動階段期間提高渦輪機(102)的操作靈活性的方法(400)。渦輪機(102)可包括第一區(qū)段(110)，第二區(qū)段(112)，以及設(shè)置在第一區(qū)段(110)和第二區(qū)段(112)中的轉(zhuǎn)子(115)。該方法(400)可確定與第一區(qū)段和/或第二區(qū)段相關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的可容許的范圍。該方法(400)可調(diào)節(jié)第一閥(116)和/或第二閥(118)以分別容許蒸汽流進入第一區(qū)段和第二區(qū)段中，其中這種調(diào)節(jié)基于物理參數(shù)的可容許的范圍。另外，物理參數(shù)容許該方法(400)在起動階段期間獨立地在渦輪機(102)的第一區(qū)段和第二區(qū)段之間分配蒸汽流。
文檔編號F01D19/00GK102562181SQ20111043623
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者D·A·貝克, D·薩特亞納拉亞納, S·C·克盧格, S·迪帕爾馬 申請人:通用電氣公司