[发明专利]通过步进式调整稳定燃气轮机发动机

说明书

本申请是于2010年5月25日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为201080031274.7，国际申请号为PCT/US2010/036069，发明名称“通过步进式调整稳定燃气轮机发动机”)的分案申请。

对相关申请的交叉引用

此申请要求2009年5月26日提交的美国临时申请No. 61/181253和2010年5月24日提交的美国非临时申请12/786189的优先权，通过全文引用将两者均合并在此。

技术领域

本发明一般涉及自动调整燃气轮机发动机。更具体地，识别一种过程和系统，用于提供控制系统以通过步进地（incrementally）调节燃烧室内一个或多个燃料流分流（fuel flow split）或者步进地调节气体燃料温度来自动调整燃气轮机发动机。

背景技术

燃气轮机发动机操作以产生机械功或推力。具体地，陆基（land-based）燃气轮机发动机典型地具有为了生成电力的目的而耦接到其的发电机。燃气轮机发动机的轴耦接至发电机。轴的机械能量用于驱动发电机至少向电力网（power grid）供电。发电机通过主断路器而与电力网的一个或多个元件通信。当闭合主断路器时，当存在对电力的需要时，电流可以从发电机流向电力网。来自发电机的电流的流动（drawing）使得负载被施加至燃气轮机。此负载本质上是施加至发电机的、燃气轮机必须克服以维持发电机的电输出的阻抗。

控制系统越来越多地用于调整燃气轮机发动机的操作。在操作中，控制系统接收传递燃气轮机发动机的当前操作条件（包括压力、温度、燃料流动速率和发动机频率）的多个指示。作为响应，控制系统对燃气轮机发动机的输入进行调节，从而根据被编码到控制系统的存储器中的查找表，基于多个指示而改变燃气轮机发动机的性能。随着时间经过，此性能可能由于燃气轮机发动机的机械老化（degradation）或诸如环境温度或燃料成分的操作条件的改变而落在优选操作范围之外。例如，燃气轮机发动机可以超出管制的排放限度而开始操作。这样，需要多个手动调整来更新控制系统。手动调整是劳动密集的，并可能造成商业相关的低效，诸如燃气轮机发动机的延长的停机时间、和调整过程中的操作者错误。另外，因为存在手动调整可能不可用（例如，高动力学事件（high dynamics event））、但执行调整操作将有利于防范对硬件的潜在损害的特定时间窗，所以在那些时间窗期间进行自动调整将捕捉到通常手动调整错过的那些益处。

发明内容

根据本发明，提供了一种监视燃气轮机发动机的操作条件并对超过预定上限的条件进行响应的新方法。首先，可以监视各种发动机操作条件。作为示例，这些操作条件可以包括（但不限于）排放和燃烧室动力学模式（诸如，贫油熄灭（LBO）、冷调（CT）、热调（HT）和啸叫）。当监视的操作条件超过一个或多个预定上限时，改变发动机参数以调节此条件以使其在所述上限内，从而调整燃气轮机发动机。

更具体地，可以在燃气轮机发动机的每个燃烧室中（例如，利用压力传感器）检测压力波动（也称为燃烧动力学）。接下来，可以对压力信号施加傅立叶变换以将压力信号转换为幅度相对频率的格式。可以将时帧内在预定频带的最大幅度与预定压力上限或警报级别限度相比较。伴随着比较，当确知压力上限被最大幅度所超过时，采取适当的校正动作。在一些实例中，手动地执行适当动作。在另一实例中，由控制系统实施适当动作。例如，控制系统可以发起更改燃烧室的燃料回路内的一个或多个燃料流分流的过程。在示例性实施例中，将一个燃料流分流一次更改预定义步进量。如这里所述，用语“预定义步进量”不意味着被解释为限制，而是可以包含对燃料流分流的宽范围的调节。在一个实例中，预定义步进量是始终如一地（consistently）施加至一个或多个燃料流分流的统一的（uniform）调节量。在另一实例中，预定义量是对于特定燃料流分流在燃料流分流上或在各个调节上而更改的调节变化量。通过以此方式更改燃料流分流，改变燃烧室内的燃料-空气混合，因此影响燃烧特征（signature）。当影响燃烧特征时，压力波动被更改。

此更改的燃烧动力学幅度一旦被稳定，则再次与预定上限相比较以验证经调节的燃料流分流是否已经将幅度移动到可接受范围内。如果幅度保持在预定上限之上，则燃料流分流再次被调节预定义步进量，并且按照需要递归地重复该过程。有利地，以相同预定步进量始终如一地且统一地对燃料流分流进行改变，从而节省每当超过预定上限时计算步进量的定制值的处理时间。