專利名稱：通過控制壓縮機(jī)抽氣流進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)器，且更具體地講，涉及用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷(turn down) 期間控制壓縮機(jī)抽氣流的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
許多已知的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒器組件中燃燒碳?xì)浠衔镆豢諝饣旌衔?，且產(chǎn) 生輸送到渦輪組件的燃燒氣體流。渦輪組件將燃燒氣體流的能量轉(zhuǎn)換成可用于為機(jī)器(例 如發(fā)電機(jī)或泵)提供動(dòng)力的扭矩。在第一級噴嘴之前的燃燒器氣流溫度稱為燃燒器出口溫 度。燃燒氣體流溫度的普通范圍可為約2400 2600 0F。通常，當(dāng)渦輪機(jī)在相對高的負(fù)荷下操作時(shí)，燃燒器出口溫度高，且CO和/或UHC排 放保持為最小。但是，當(dāng)燃燒過程沒有全部完成時(shí)，高水平的一氧化碳(CO)和/或未燃燒 的碳?xì)浠衔?UHC)可能會(huì)存在于渦輪機(jī)排氣系統(tǒng)中。管理機(jī)構(gòu)禁止高的CO和/或UHC 排放水平。在典型的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，碳?xì)浠衔锶剂贤耆紵哪芰κ苋紵?器出口溫度 的較低限值限制。當(dāng)渦輪機(jī)負(fù)荷減小(通常稱為“減負(fù)荷”)時(shí)，在許多燃?xì)鉁u輪中，必需降 低燃燒器出口溫度，且可能會(huì)違背較低的溫度限值，這可導(dǎo)致形成更高水平的CO和UHC。需 要的是在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)減小負(fù)荷時(shí)保持高的燃燒器溫度以阻止CO和/或UHC排放增大到不 能接受的水平的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些實(shí)施例可解決以上需要和/或問題中的一些或全部。根據(jù)本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例，公開了一種用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮 機(jī)抽氣流的方法，該方法包括控制單元監(jiān)測與渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒器出口溫度相關(guān)聯(lián)的該渦 輪機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。該方法進(jìn)一步包括該控制單元檢測一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù) (是否)達(dá)到或超過(例如升高到超出或降低到低于)與燃燒器出口溫度的降低相關(guān)聯(lián)的 閾值。響應(yīng)于檢測到一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過了閾值，將控制信號傳遞到位于渦輪 機(jī)系統(tǒng)中的至少一個(gè)可變孔口，從而使得至少一個(gè)可變孔口改變來自壓縮機(jī)的至少一個(gè)抽 氣流。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，公開了一種用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪 機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的控制系統(tǒng)，其包括與控制單元處理器通信的、位于渦輪 機(jī)系統(tǒng)中的多個(gè)傳感器?？刂茊卧幚砥髋渲贸梢员銏?zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令，以監(jiān)測與渦 輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒器出口溫度相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。該控制單元處理 器進(jìn)一步配置成以便執(zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的(指令)，以檢測一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(是否)達(dá)到 或超過了與燃燒器出口溫度的降低相關(guān)聯(lián)的閾值，而且作為響應(yīng)，將控制信號傳遞到位于 渦輪機(jī)系統(tǒng)中的至少一個(gè)可變孔口，從而使得至少一個(gè)可變孔口改變來自壓縮機(jī)的至少一 個(gè)抽氣流。
就本文的剩余部分而言，根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的其它系統(tǒng)和方法將變得顯而易見。部件列表100渦輪機(jī)系統(tǒng)105壓縮機(jī)110燃燒器115渦輪區(qū)120排氣擴(kuò)壓器125可 變的壓縮機(jī)抽氣孔口 130控制單元200示例性過程205框210框215框220框


在已經(jīng)如此概括地描述了本發(fā)明的情況下，現(xiàn)在將參照附圖，附圖不一定按比例 繪制，且其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來 自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的一種示例性渦輪機(jī)系統(tǒng)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來 自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的一種示例性流程圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供了為了改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的減負(fù)荷能力的目 的而利用可變的壓縮機(jī)抽氣流的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例利用具有可變 孔口的現(xiàn)有壓縮機(jī)抽氣管(由燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)或多個(gè)操作特性或操作參數(shù)控制)來產(chǎn)生 實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的減負(fù)荷能力的可變的壓縮機(jī)抽氣流?？稍跍u輪機(jī)系統(tǒng)的任何壓縮機(jī)級中提 供可變的壓縮機(jī)抽氣流(通過一個(gè)或多個(gè)可變的壓縮機(jī)抽氣孔口)，且可在拋負(fù)荷(load rejection)期間對其進(jìn)行控制，以便保持適當(dāng)?shù)娜剂?空氣比來滿足期望的燃燒器操作參 數(shù)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，壓縮機(jī)空氣繞過主燃燒區(qū)，以便在最小負(fù)荷下操作，同 時(shí)將CO和UHC排放水平保持得足夠低。根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，受控制的壓縮機(jī) 抽氣流可恢復(fù)到渦輪的任何級中的構(gòu)件中，排放到渦輪排氣擴(kuò)壓器中，或者排放到大氣中 (例如排棄(overboard))。另外，可變的壓縮機(jī)抽氣流不僅可改進(jìn)渦輪機(jī)系統(tǒng)的減負(fù)荷能 力，而且還可改進(jìn)以任何給定負(fù)荷水平操作的渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃料消耗。下面參照根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)、方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的框圖 來對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。下文參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了更加全面的 描述，在附圖中，相同標(biāo)號在所有的幾幅圖中表示相同的元件。實(shí)際上，這些發(fā)明可以以許 多不同的形式體現(xiàn)，且不應(yīng)理解為限于本文所闡述的實(shí)施例；而是提供了這些實(shí)施例而使 得本公開將滿足適用的法律要求。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪 機(jī)系統(tǒng)100的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的示例性渦輪機(jī)系統(tǒng)100。圖1所示的示例性渦輪機(jī) 系統(tǒng)100可為用于例如為發(fā)電機(jī)(未顯示)供以動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪。如圖1的示例性實(shí)施例 所示，渦輪機(jī)系統(tǒng)100包括具有入口以用于接收和壓縮空氣的壓縮機(jī)105，空氣在最大壓力 下從壓縮機(jī)105的出口排出。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，壓縮機(jī)105可為軸流式壓縮 機(jī)，其具有布置在多個(gè)級中以按順序壓縮空氣的、交錯(cuò)的定子槳葉排和轉(zhuǎn)子葉片排，其中各 個(gè)隨后的下游級使壓力增大到越來越高，直到空氣在最大壓力下從壓縮機(jī)出口排出為止。燃燒器110接收來自壓縮機(jī)出口的經(jīng)壓縮的出口空氣?？蛇M(jìn)一步提供燃料供應(yīng)導(dǎo) 管和噴射器(示顯示)，以使適當(dāng)?shù)娜剂吓c經(jīng)壓縮的出口空氣混合，以便于在燃燒器110中經(jīng)歷燃燒來產(chǎn)生熱的燃燒氣體。設(shè)置在燃燒器110的下游、與燃燒器110流動(dòng)連通的是渦輪區(qū)115，在該渦輪區(qū)中，熱氣的能量轉(zhuǎn)換成功。在渦輪區(qū)115中，熱氣膨脹，且熱能的一部 分被轉(zhuǎn)換成渦輪的動(dòng)能。該動(dòng)能的一部分傳遞到旋轉(zhuǎn)輪葉上，且被轉(zhuǎn)換成功。在本發(fā)明的 一些實(shí)施例中，可使用由渦輪產(chǎn)生的功的一部分來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)105，而剩余部分則可用于產(chǎn) 生功率。渦輪區(qū)115可包括被燃燒氣體加熱的各種構(gòu)件，包括可布置在渦輪區(qū)115中的多 個(gè)級中的定子噴嘴或槳葉和轉(zhuǎn)子葉片。如圖1的示例性實(shí)施例中所示，渦輪區(qū)115連接到 排氣擴(kuò)壓器120上。排氣擴(kuò)壓器120將來自渦輪區(qū)115的進(jìn)入動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力升高，且在 大氣壓力下將其釋放。圖1的示出的實(shí)施例包括抽氣導(dǎo)管(或路徑)，該抽氣導(dǎo)管(或路徑)設(shè)置成與壓 縮機(jī)105的抽氣點(diǎn)或級流動(dòng)連通，以在對應(yīng)的抽氣壓力下將壓縮空氣的一部分作為冷卻空 氣或放氣放出。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，抽氣導(dǎo)管可位于壓縮機(jī)105的第9級和 /或第13級中。根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，受控制的壓縮機(jī)抽氣流可恢復(fù)到渦輪機(jī) 系統(tǒng)100的任何級中的任何構(gòu)件中。例如，壓縮機(jī)抽氣流可排放到渦輪排氣擴(kuò)壓器中。在 另一個(gè)實(shí)例中，壓縮機(jī)抽氣流可排放到大氣中。當(dāng)壓縮機(jī)抽氣被重新引導(dǎo)至渦輪機(jī)系統(tǒng)100 時(shí)，可限制加熱率不足的問題，且可降低在給定環(huán)境溫度處的總體燃料消耗?？稍趻佖?fù)荷期間控制圖1的示例性實(shí)施例中顯示的壓縮機(jī)抽氣流，以便保持適當(dāng) 的燃燒器出口溫度以及CO和UHC排放水平。另外，在拋負(fù)荷期間使用可變的壓縮機(jī)抽氣流 來繞過主燃燒區(qū)可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入燃燒器110的空氣的質(zhì)量流率降低，這又會(huì)導(dǎo)致更高的燃 燒器出口溫度以及更低的CO和UHC排放水平。在拋負(fù)荷期間增加(一個(gè)或多個(gè))壓縮機(jī) 抽氣流會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步降低進(jìn)入燃燒器的空氣的質(zhì)量流率，這又會(huì)導(dǎo)致更高的燃燒器出口溫 度和更低的CO和UHC排放水平。為了允許在拋負(fù)荷期間控制壓縮機(jī)抽氣流，將壓縮機(jī)抽氣 導(dǎo)管連接到一個(gè)或多個(gè)可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125上。如圖1的示出的實(shí)施例所示，導(dǎo)管 將空氣從可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125引導(dǎo)至渦輪區(qū)115和/或排氣擴(kuò)壓器120。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125可由一個(gè)或多個(gè)可變幾 何結(jié)構(gòu)孔口組成?？筛鶕?jù)燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(例如燃燒溫度)來控制各個(gè)孔 口的幾何結(jié)構(gòu)，以便控制壓縮機(jī)抽氣流，以在整個(gè)拋負(fù)荷過程中保持某個(gè)燃燒器出口溫度 和/或CO和UHC排放水平。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125可位 于與壓縮機(jī)105相關(guān)聯(lián)的抽氣管中，位于壓縮機(jī)105的至少一個(gè)級中，或者位于渦輪機(jī)系統(tǒng) 100中的別處。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，可操作一個(gè)或多個(gè)可變孔口，以便限定低 流量孔口，和/或操作該一個(gè)或多個(gè)可變孔口以限定高流量孔口?？勺兛卓诳捎煽刂茊卧?130控制。示例性的可變孔口可為閥(例如液壓球閥、氣動(dòng)閥、閘門閥等)，其中可由控制單 元根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(例如燃燒溫度)來控制該閥的行程，以便在整個(gè) 拋負(fù)荷過程中保持某燃燒器出口溫度和/或CO和UHC排放水平?？刂茊卧?30可執(zhí)行許多功能，包括燃料、空氣和排放控制、渦輪機(jī)燃料以及用于 啟動(dòng)、停機(jī)和冷卻的輔助工作的排序、發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的同步和電壓匹配、監(jiān)測所有渦輪機(jī)、 控制和輔助功能，以及針對不安全和不利的操作參數(shù)的保護(hù)。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施 例中，用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)100的壓縮機(jī)105的壓縮機(jī)抽氣流的 控制單元130操作，可結(jié)合到現(xiàn)有的多參數(shù)控制系統(tǒng)(例如基于現(xiàn)有模型的控制(MBC)系 統(tǒng)或校正參數(shù)控制(CPC)控制系統(tǒng))中。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的控制單元130可為結(jié)合到現(xiàn)有的渦輪機(jī)控制系統(tǒng)(例如但不限于通用電氣公司的Speedtronic Mark VI控制系統(tǒng))中的構(gòu)件和/或模塊。如圖1所示，本發(fā)明的示例性實(shí)施例利用集成控制單元130，以通過控制一個(gè)或多 個(gè)可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125在拋負(fù)荷期間對壓縮機(jī)抽氣流提供主動(dòng)調(diào)節(jié)，以便保持適當(dāng) 的燃料/空氣比來滿足期望的燃燒器110操作和/或渦輪機(jī)排放水平。控制單元130能夠 響應(yīng)于渦輪機(jī)系統(tǒng)100的各種構(gòu)件的一個(gè)或多個(gè)測得的或計(jì)算出的操作參數(shù)來控制壓縮 機(jī)抽氣流。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，由控制單元130使用的渦輪機(jī)系統(tǒng)100的一 個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)可由控制單元130用設(shè)置在渦輪機(jī)系統(tǒng)100中的一個(gè)或多個(gè)位置上從而 測量一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)的適當(dāng)傳感器來監(jiān)測。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，傳感器可放 置在渦輪機(jī)系統(tǒng)100的各種構(gòu)件和/或級各處，包括壓縮機(jī)105、燃燒器110、渦輪區(qū)115、排 氣擴(kuò)壓器120、( 一個(gè)或多個(gè))可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125等。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，可使用設(shè)置在渦輪機(jī)系統(tǒng)100中的一個(gè)或多個(gè)位置 上的傳感器來監(jiān)測、測量、計(jì)算或以別的方式獲取操作參數(shù)數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一些示例性實(shí) 施例中，可使用用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中的渦輪機(jī)系統(tǒng)中的傳感器和/或用來獲取用于燃燒溫 度計(jì)算的操作數(shù)據(jù)的傳感器來監(jiān)測操作參數(shù)，以允許控制單元130調(diào)節(jié)壓縮機(jī)抽氣流，以 在拋負(fù)荷期間保持適當(dāng)?shù)娜剂?空氣比來滿足期望的燃燒器110操作和/或保持可接受的 渦輪機(jī)排放水平。渦輪機(jī)系統(tǒng)100操作參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可由控制單元130處理，以確定用 以在拋負(fù)荷期間保持適當(dāng)?shù)娜紵鞒隹跍囟纫约癈O和UHC排放水平的可控參數(shù)的設(shè)置。這 種操作參數(shù)可包括排氣溫度和/或壓力、壓縮機(jī)空氣流量、壓縮機(jī)入口和/或出口溫度以及 壓力、燃料流量、一氧化碳、燃燒動(dòng)力學(xué)、分布和進(jìn)氣流量等。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例 中，控制單元130可計(jì)算用于控制(一個(gè)或多個(gè))可變的壓縮機(jī)抽氣孔口 125、以在拋負(fù)荷 期間保持適當(dāng)?shù)娜紵鞒隹跍囟纫约癈O和UHC排放水平的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(例如燃 燒器出口溫度、渦輪機(jī)基準(zhǔn)溫度、渦輪機(jī)燃燒溫度等)。僅以實(shí)例的方式提供在圖1中所顯示以及關(guān)于圖1所描述的渦輪機(jī)系統(tǒng)100。許 多其它渦輪機(jī)系統(tǒng)操作環(huán)境、結(jié)構(gòu)體系和/或構(gòu)造是可行的。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)理 解為限于在圖1中所顯示以及關(guān)于圖1所描述的任何特定操作環(huán)境、結(jié)構(gòu)體系或構(gòu)造。下 面參照圖2提供了對用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)100的壓縮機(jī)的壓縮機(jī) 抽氣流的操作的更加詳細(xì)的描述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪 機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的一個(gè)示例性流程圖。將理解的是，可由計(jì)算機(jī)程序指令 實(shí)現(xiàn)圖2中的一個(gè)或多個(gè)框和/或框的組合。這些計(jì)算機(jī)程序指令可加載到通用計(jì)算機(jī)、專 用計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理裝置上，以產(chǎn)生機(jī)器，從而使得在計(jì)算機(jī)或其它可編程 的數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在以下描述中詳細(xì)論述的框圖的各個(gè)框或框 圖中的框組合的功能的手段。這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在計(jì)算機(jī)可讀的存儲器中，其 可引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理裝置以特定的方式起作用，包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)框 中指定的功能。還可通過在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。 另外或備選地，應(yīng)用程序(全部或部分)可位于遠(yuǎn)程存儲器中或者存儲裝置中，以允許實(shí)踐 本發(fā)明的實(shí)施例(其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行)。
還將理解的是，圖2中的各個(gè)框和/或框的組合可由執(zhí)行指定功能或要素的基于 硬件的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?qū)Ｓ糜布c計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。還可用其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu) 造來實(shí)踐這些實(shí)施例，包括手持設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的或可編程的消費(fèi)電子 產(chǎn)品、微型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等。如圖2所示，示例性過程200在框205中開始，其中由控制單元監(jiān)測與渦輪機(jī)的燃 燒器出口溫度和/或渦輪機(jī)的CO或UHC排放水平相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)操作 參數(shù)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，使用傳感器允許各種測得的或計(jì)算出的操作參數(shù)由控 制單元監(jiān)測。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，監(jiān)測可以是位于渦輪機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)或多 個(gè)傳感器的監(jiān)測。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，對操作參數(shù)的這種監(jiān)測可包括測量各種渦 輪機(jī)系統(tǒng)量度中的一個(gè)或多個(gè)，包括排氣溫度、壓縮機(jī)空氣流量、壓縮機(jī)排放溫度、壓縮機(jī) 排放壓力、燃料流量、一氧化碳、燃燒動(dòng)力學(xué)等。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可計(jì)算操作參 數(shù)。計(jì)算出的操作參數(shù)可包括燃燒器出口溫度、渦輪機(jī)基準(zhǔn)溫度、渦輪機(jī)燃燒溫度等。然后調(diào)用框210來檢測被監(jiān)測的操作參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)何時(shí)達(dá)到或超過(例如 升高到超出或下降到低于)用于那個(gè)操作狀態(tài)的閾值。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中， 閾值與燃燒器出口溫度的降低和/或渦輪機(jī)的CO或UHC排放水平的升高相關(guān)聯(lián)。如果沒有 檢測到被監(jiān)測的操作參數(shù)達(dá)到或超過閾值，則繼續(xù)監(jiān)測操作參數(shù)。但是，如果檢測到一個(gè)或 多個(gè)被監(jiān)測的操作參數(shù)達(dá)到或超過與燃燒器出口溫度的降低和/或渦輪機(jī)的CO或UHC排 放水平的升高相關(guān)聯(lián)的閾值，則調(diào)用框215。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)被 監(jiān)測的操作參數(shù)不在可接受的操作范圍內(nèi)時(shí)，則控制單元可向用戶接口提供指示，指示操 作者可使得渦輪機(jī)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)級中的一個(gè)或多個(gè)級中的一個(gè)或多個(gè)可變孔口改變來 自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)抽氣流，以減少進(jìn)入渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒器的空氣。在 本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例中，基于預(yù)編程邏輯，控制單元可自動(dòng)地使得渦輪機(jī)系統(tǒng)中的壓 縮機(jī)級中的一個(gè)或多個(gè)級中的一個(gè)或多個(gè)可變孔口改變來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的一個(gè) 或多個(gè)抽氣流，以減少進(jìn)入渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒器的空氣。當(dāng)調(diào)用框215時(shí)，控制單元可使渦輪機(jī)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)級中的一個(gè)或多個(gè)級中的 一個(gè)或多個(gè)可變孔口改變來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)抽氣流，以減少進(jìn)入渦輪 機(jī)系統(tǒng)的燃燒器的空氣。接下來，可調(diào)用框220，以確定一個(gè)或多個(gè)被監(jiān)測的操作狀態(tài)是否 回到可接受的操作范圍內(nèi)。如果該一個(gè)或多個(gè)被監(jiān)測的操作參數(shù)不在可接受的操作范圍 內(nèi)，則控制單元可保持來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的抽氣流率，或者控制單元可使渦輪機(jī)系 統(tǒng)中的壓縮機(jī)級中的一個(gè)或多個(gè)級中的額外的可變孔口增大來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的 抽氣流(或空氣流率)。如果該一個(gè)或多個(gè)被監(jiān)測的操作參數(shù)在可接受的操作范圍內(nèi)，則圖 2所示的示例性過程結(jié)束。圖2的示例性過程要素是以實(shí)例的方式顯示的，且其它過程和流程實(shí)施例可具有 更少或更多數(shù)量的要素，且可根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例將這種要素布置在備選構(gòu)造中。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供這樣的技術(shù)效果，即通過在拋負(fù)荷期間在渦輪機(jī)系 統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)級中使用可變的壓縮機(jī)抽氣流(通過一個(gè)或多個(gè)可變的壓縮機(jī)抽 氣孔口)，以便保持適當(dāng)?shù)娜剂?空氣比來滿足期望的燃燒器操作參數(shù)，來改善燃?xì)廨啓C(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī)的減負(fù)荷能力。就此而言，本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供這樣的技術(shù)效果，即管理燃?xì)?渦輪發(fā)電機(jī)的負(fù)荷降低，同時(shí)保持低排放水平，這可改進(jìn)在任何給定負(fù)荷水平下操作的渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃料消耗。 具有在前述描述和相關(guān)聯(lián)的附圖中介紹的教導(dǎo)的優(yōu)勢的、與這些發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域 的技術(shù)人員將會(huì)想到本文所闡述的本發(fā)明的許多修改和其它實(shí)施例。因此，將理解的是本 發(fā)明不限于所公開的具體實(shí)施例，且修改和其它實(shí)施例意圖包括在所附的權(quán)利要求書的范 圍內(nèi)。盡管在本文中采用了具體術(shù)語，但僅以一般的和描述性的意義而非為了限制的目的 來使用這些術(shù)語。
權(quán)利要求
一種用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)的壓縮機(jī)(105)的壓縮機(jī)(105)抽氣流的控制系統(tǒng)，包括位于渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)中的多個(gè)傳感器；與所述多個(gè)傳感器通信的控制單元(130)處理器，其中，所述控制單元(130)處理器配置成以便執(zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令，以監(jiān)測渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)的至少一個(gè)操作參數(shù)，其中，所述至少一個(gè)操作參數(shù)與所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)的燃燒器(110)的出口溫度相關(guān)聯(lián)；檢測所述至少一個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過閾值，其中，所述閾值與所述燃燒器(110)的出口溫度的降低相關(guān)聯(lián)；以及響應(yīng)于檢測到所述至少一個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過所述閾值，將控制信號傳遞到位于所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)中的至少一個(gè)可變孔口(125)，從而使得所述至少一個(gè)可變孔口(125)改變來自所述壓縮機(jī)(105)的至少一個(gè)抽氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元(130)處理器進(jìn)一步配置成 以便執(zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令，以將所述至少一個(gè)壓縮機(jī)(105)抽氣流重新引導(dǎo)到所述渦輪 機(jī)系統(tǒng)(100)的一部分中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，用以重新引導(dǎo)所述至少一個(gè)壓縮機(jī)(105) 抽氣流的所述計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令包括用以將所述至少一個(gè)壓縮機(jī)(105)抽氣流重新引導(dǎo) 到排氣擴(kuò)壓器(120)中或引導(dǎo)到大氣中的計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)操作參數(shù)包括至少一個(gè)測 得的操作參數(shù)，其中，所述至少一個(gè)測得的操作參數(shù)包括排氣溫度、壓縮機(jī)(105)空氣流 率、壓縮機(jī)(105)排放溫度、壓縮機(jī)(105)排放壓力、燃料流率、一氧化碳排放水平或未燃燒 的碳?xì)浠衔锱欧潘健?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)操作參數(shù)包括至少一個(gè)計(jì) 算出的操作參數(shù)，其中，所述至少一個(gè)計(jì)算出的操作參數(shù)包括燃燒器(110)出口溫度、渦輪 機(jī)基準(zhǔn)溫度或渦輪機(jī)燃燒溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用以檢測所述至少一個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或 超過閾值的所述計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令包括測量或計(jì)算至少一個(gè)操作參數(shù)值，以及將所述至少 一個(gè)操作參數(shù)值與閾值的值進(jìn)行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元(130)處理器進(jìn)一步配置成 以便執(zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的指令，以在將控制信號傳遞到位于所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)中的至少一個(gè)可變孔口(125)之前將所述至少一個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過所述閾值的指示傳遞到用戶接口，以及從所述用戶接口接收指令，以調(diào)節(jié)位于所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)中的至少一個(gè)可變孔口 (125)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，使所述至少一個(gè)可變孔口(125)改變來自 所述壓縮機(jī)(105)的至少一個(gè)抽氣流的所述控制信號導(dǎo)致進(jìn)入所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)的燃 燒器(110)的空氣的質(zhì)量流率降低。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，位于所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(100)中的所述至少 一個(gè)可變孔口(125)包括位于與所述壓縮機(jī)(105)相關(guān)聯(lián)的抽氣管的至少一個(gè)級中的多個(gè)可變孔口(125)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)可變孔口(125)包括至少 一個(gè)閥，并且其中，使所述至少一個(gè)可變孔口(125)改變來自所述壓縮機(jī)(105)的至少一個(gè) 抽氣流的所述控制信號包括導(dǎo)致對所述至少一個(gè)閥的閥行程進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過控制壓縮機(jī)抽氣流進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷的系統(tǒng)和方法。提供了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，用于在減負(fù)荷期間控制來自渦輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的方法包括控制單元監(jiān)測與渦輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒器出口溫度相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。該方法進(jìn)一步包括控制單元檢測一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過與燃燒器出口溫度的降低相關(guān)聯(lián)的閾值。響應(yīng)于檢測到一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或超過閾值，將控制信號傳遞到位于渦輪機(jī)系統(tǒng)中的至少一個(gè)可變孔口，從而使得至少一個(gè)可變孔口改變來自壓縮機(jī)的至少一個(gè)抽氣流。
文檔編號F02C9/16GK101818691SQ201010135868
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者C·M·何, D·利奇, J·N·庫克 申請人:通用電氣公司