專利名稱：降低對操作抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)的性能的影響的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)；并且更具體而言，涉及用于在抽取系統(tǒng)操作 時減小對渦輪機(jī)的效率的影響的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)包括例如但不限于蒸汽渦輪、燃?xì)鉁u輪等。渦輪機(jī)可采用抽取系統(tǒng)來移除 一些渦輪機(jī)工作流體(蒸汽等)，以在獨立過程中使用。獨立過程可包括但不限于區(qū)域加熱 應(yīng)用、化學(xué)加工、煤氣化、油加熱和霧化等?？梢蟪槿∠到y(tǒng)滿足獨立過程的抽取負(fù)載需求。 抽取負(fù)載需求可包括例如但不限于流體的壓力、溫度、流率等的物理特性。抽取負(fù)載需求可不與渦輪機(jī)循環(huán)直接相關(guān)。抽取負(fù)載需求一般與渦輪機(jī)負(fù)載中的 變化分離。渦輪機(jī)負(fù)載可對應(yīng)于電氣負(fù)載和/或機(jī)械負(fù)載。抽取負(fù)載需求和渦輪負(fù)載的差 異可導(dǎo)致渦輪機(jī)的性能和效率退化。這里，渦輪機(jī)可能需要調(diào)溫和節(jié)流，以匹配抽取負(fù)載需 求。對于用于減小對操作抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)的效率和性能的影響的目前已知的方法 和系統(tǒng)，存在一些關(guān)注。例如，在可位于固定的高壓位置處的抽取端口處從蒸汽渦輪中抽取 蒸汽；其典型地是蒸汽渦輪入口。當(dāng)蒸汽渦輪負(fù)載改變時，可能存在高的性能損耗，因為不 允許蒸汽在抽取之前膨脹。在其它方法和系統(tǒng)中，引入了控制級，以便在蒸汽渦輪負(fù)載改變時保持恒定的抽 取壓力。這里，盡管如此，控制級也可導(dǎo)致相當(dāng)大的性能損耗。由于前述原因，需要一種用于最小化與傳統(tǒng)抽取系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的典型的性能損耗的 方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使過程靈活性最大化，并且減小對操作抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī) 的效率的影響。對于給定的負(fù)載需求，該方法和系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)幾乎實時地確定渦輪機(jī)上的若干 個不同的抽取位置中的哪個可為最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種提高渦輪機(jī)102的調(diào)節(jié)(turndown)效率的方法 200，該方法200包括提供包括抽取系統(tǒng)108的渦輪機(jī)102，抽取系統(tǒng)108包括多個端口 120 ；確定抽取負(fù)載需求220，抽取負(fù)載需求包括由抽取系統(tǒng)108從渦輪機(jī)102中抽出的流 體的物理需求；確定渦輪機(jī)負(fù)載需求230 ；以及從多個端口 120中選擇最佳端口 MO ；其中， 確定最佳端口的步驟240包括使用關(guān)于渦輪機(jī)負(fù)載需求的數(shù)據(jù)；并且其中，由獨立于渦輪 機(jī)負(fù)載需求的獨立過程確定抽取負(fù)載需求。根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例，一種用于提高渦輪機(jī)102的調(diào)節(jié)效率的系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括包括抽取系統(tǒng)108的渦輪機(jī)102，其中，抽取系統(tǒng)108包括位于渦輪機(jī)的各處的 多個抽取端口 120 ；以及構(gòu)造成以便執(zhí)行以下步驟的控制系統(tǒng)110 確定抽取負(fù)載需求220， 抽取負(fù)載需求包括由抽取系統(tǒng)108從渦輪機(jī)102中抽出的流體的物理需求；確定渦輪機(jī) 102的負(fù)載需求230 ；以及選擇多個抽取端口 120的最佳端240 ；其中，選擇最佳端口的步驟240包括使用關(guān)于負(fù)載需求的數(shù)據(jù)；并且其中，由獨立于渦輪機(jī)負(fù)載需求的抽取過程確定 抽取負(fù)載需求。


閱圖1是根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例的、示出了在動力設(shè)備現(xiàn)場部署的渦輪機(jī)的示意 。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例的、示出了用于最優(yōu)地確定抽取端口的方法的一個實例的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例的、示出了渦輪機(jī)負(fù)載和抽取負(fù)載之間的函數(shù)關(guān)系的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例的、用于最優(yōu)地確定抽取端口的一個示例性控制系統(tǒng)的方框圖Io
部件列表
100動力設(shè)備
102渦輪機(jī)、蒸汽渦輪
104再熱器單元
106負(fù)載
108抽取系統(tǒng)
110控制系統(tǒng)
112獨立過程
114高壓渦輪(HP)
116中壓渦輪(IP)
118低壓渦輪(LP)
120a-f抽取端口
122a-f伺服閥
200用于最優(yōu)地確定抽取端口的方法
210提供包括具有多個抽取端口的抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)
220確定抽取負(fù)載需求
230確定渦輪機(jī)負(fù)載需求
240確定抽取系統(tǒng)的抽取端口的最佳位置
300顯示了渦輪機(jī)負(fù)載和抽取壓力水平之間的關(guān)系的圖示
400系統(tǒng)
402客戶通訊裝置
404系統(tǒng)存儲器
406操作系統(tǒng)
408瀏覽器、網(wǎng)頁瀏覽器
410用于最優(yōu)地確定抽取端口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
412緩沖存儲器
414處理器、處理單元
416系統(tǒng)總線418輸入/輸出裝置420存儲介質(zhì)422顯示器、監(jiān)視器424硬盤驅(qū)動器426單元控制器428 網(wǎng)絡(luò)430 網(wǎng)絡(luò)接口432系統(tǒng)存儲器434操作系統(tǒng)436用于最優(yōu)地確定抽取端口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)438其它文件、應(yīng)用程序、模塊等442處理器444輸入/輸出裝置446其它裝置448硬盤驅(qū)動器450系統(tǒng)總線
具體實施例方式優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述參照了附圖，附圖示出了本發(fā)明的具體實施例。具有 不同結(jié)構(gòu)和操作的其它實施例不偏離本發(fā)明的范圍。下文中使用的術(shù)語僅是為了描述特定的實施例的目的，并且不意在限制本發(fā)明。 如本文所用，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確 規(guī)定。將進(jìn)一步理解的是，用語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時指定所述特性、 整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但是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、構(gòu)件和/或它們的組合。某些用語在本文中僅用來方便讀者，并且不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。例如，諸 如“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“豎直”、“向上”、“向下”等的詞語僅描述圖中所示的構(gòu) 造。實際上，本發(fā)明的實施例的元件或不止一個元件可沿任何方向定向，而且因此，用語應(yīng) 當(dāng)理解為包含這種變化，除非另有規(guī)定。本發(fā)明具有減小對操作抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)的性能的影響的技術(shù)效果。采用抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)廣泛用于工業(yè)應(yīng)用中。從渦輪機(jī)的各個級中抽出工作流 體，并且該工作流體用于獨立過程，例如但不限于區(qū)域加熱應(yīng)用、化學(xué)加工、煤氣化、油加 熱&霧化、食品和飲料加工等。本發(fā)明可應(yīng)用于產(chǎn)生氣態(tài)流體的各種各樣的渦輪機(jī)，例如但不限于蒸汽渦輪、燃 氣渦輪等。本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于單個蒸汽渦輪或多個蒸汽渦輪?，F(xiàn)在參照附圖，各種標(biāo)號貫穿若干幅圖表示同樣的元件，圖1是示出了在諸如但 不限于動力設(shè)備100的現(xiàn)場中部署的渦輪機(jī)的示意圖。圖1示出了具有渦輪機(jī)102、再熱 器單元104、負(fù)載106、抽取系統(tǒng)108、控制系統(tǒng)110和獨立過程112的動力設(shè)備100?；蛘撸景l(fā)明可與不具有再熱器單元104的現(xiàn)場結(jié)合。在一個示例性實施例中，圖1所示的渦輪 機(jī)102是蒸汽渦輪102。另外，在本發(fā)明的一個實施例中，動力設(shè)備100可為蒸汽動力設(shè)備 100。如圖1所示，蒸汽渦輪102包括高壓渦輪(HP) 114、中壓渦輪(IP) 116、低壓渦輪 (LP) 118。在通過HP渦輪114而膨脹之后的蒸汽可穿過再熱器單元104。在蒸汽可通過IP 渦輪116而膨脹且隨后通過LP渦輪118而膨脹之前，再熱器單元104對蒸汽添加另外的過 熱。負(fù)載106可將由渦輪的旋轉(zhuǎn)賦予的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成有用功，從而例如但不限于滿足電氣 負(fù)載、機(jī)械負(fù)載等。蒸汽動力設(shè)備100的能量需要可隨負(fù)載而直接變化。在本發(fā)明的一個實施例中，可從蒸汽動力設(shè)備100中抽出蒸汽的一部分，以用于 獨立過程112，獨立過程112可不與蒸汽動力設(shè)備循環(huán)直接相關(guān)。獨立過程112可具有抽 取負(fù)載需求，抽取負(fù)載需求可包括但不限于區(qū)域加熱應(yīng)用、化學(xué)加工、煤氣化、油加熱&霧 化、食品和飲料加工等所需的蒸汽。此外，在本發(fā)明的一個實施例中，抽取負(fù)載需求可包括 待從蒸汽動力設(shè)備100中抽出的蒸汽的在壓力、溫度、流率等中的一個或多個方面的物理 需求。在本發(fā)明的另一實施例中，物理需求可包括待以恒定壓力抽取的蒸汽。而且，抽取負(fù) 載需求可與蒸汽動力設(shè)備100的能量需要在操作上不同。因此，抽取負(fù)載需求大體與能量 需要的變化分離。在本發(fā)明的一個實施例中，蒸汽動力設(shè)備100可與抽取系統(tǒng)108結(jié)合，以從蒸汽動 力設(shè)備100中移除蒸汽的一部分，以便由獨立過程112使用。在本發(fā)明的一個實施例中，抽 取系統(tǒng)108可位于蒸汽動力設(shè)備100的蒸汽渦輪102上。如圖1所示，抽取系統(tǒng)108包括多個蒸汽抽取端口 120a_f和對應(yīng)的伺服閥 12h-f。在本發(fā)明的一個實施例中，抽取端口 120a-f可位于蒸汽渦輪102上的、在物理上 不同的位置處。另外，對于任何特定的操作條件(即對于蒸汽動力設(shè)備100的任何具體的 能量需要)，各個抽取端口 120a_f可對應(yīng)于不同的蒸汽壓力。此外，由于抽取端口 120a_f 可位于在物理上不同的位置處，蒸汽在各個抽取端口 120a-f處施加的壓力與其它抽取端 口 120a_f相比可為獨特的。在本發(fā)明的一個實施例中，各個抽取端口 120a_f可配備有一 個或多個傳感器(在圖中未示出)，以確定各個抽取端口 120a_f在任何特定的操作條件中 所施加的壓力。可存在對可在抽取系統(tǒng)108中使用的抽取端口 120a_f的數(shù)量的若干限制。圖1 所示的抽取端口 120a_f的量不意在限制本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的一個實施例中，抽取系統(tǒng)閥可為借助于電信號促動的伺服閥。 伺服閥可構(gòu)造成在兩個狀態(tài)中操作完全關(guān)閉狀態(tài)和完全打開狀態(tài)。這里，打開狀態(tài)可對應(yīng) 于從對應(yīng)的抽取端口 120a_f中抽出蒸汽。在本發(fā)明的一個實施例中，動力設(shè)備100、獨立過程112和抽取系統(tǒng)108可通訊地 聯(lián)接到控制系統(tǒng)110上。在本發(fā)明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成以便確定抽取 負(fù)載需求，抽取負(fù)載需求可包括要求從蒸汽動力設(shè)備100中抽出的蒸汽的物理需求。另外， 在本發(fā)明的另一個實施例中，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成以便確定蒸汽動力設(shè)備100的能量需要?？刂葡到y(tǒng)110可借助于一個或多個傳感器和/或變換器(在圖中未示出)來確定 抽取負(fù)載需求，該一個或多個傳感器和/或變換器可與獨立過程112結(jié)合，并且與控制系統(tǒng)110通訊地聯(lián)接。蒸汽動力設(shè)備100的能量需要可直接取決于要求產(chǎn)生的電量。控制系統(tǒng) 110可能能夠計算蒸汽動力設(shè)備100的負(fù)載需求，以及從可與蒸汽動力設(shè)備100結(jié)合的一個 或多個傳感器和變換器(在圖中未示出)接收到的數(shù)據(jù)。如圖1所示，可存在蒸汽可從其中抽出的多個抽取端口 120a_f。另外，蒸汽的入 口壓力可隨蒸汽動力設(shè)備100的能量需要的而變化。因此，由各個抽取端口 120a_f施加的 壓力還可隨蒸汽動力設(shè)備100的能量需要的變化而改變。在本發(fā)明的一個實施例中，控制 系統(tǒng)110可在蒸汽動力設(shè)備100的能量需要改變時選擇不同的抽取端口 120a-f。在本發(fā) 明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可使用關(guān)于蒸汽動力設(shè)備100的能量需要的和獨立過程 112的抽取負(fù)載需求的數(shù)據(jù)，以最優(yōu)地確定用于從蒸汽動力設(shè)備100中抽出蒸汽的抽取端 口 120a-f。這里，控制系統(tǒng)110可確定可對應(yīng)于在特定操作條件下可行的最低壓力的抽取 端口 120a-f，以便滿足抽取負(fù)載需求。例如但不限于，在最大受驅(qū)負(fù)載106的情況下，最低 的可行抽取壓力可對應(yīng)于抽取端口 120f。但是，當(dāng)受驅(qū)負(fù)載106減小時，最低的可行壓力可 對應(yīng)于抽取端口 120b。這可允許蒸汽通過蒸汽渦輪102而膨脹；這可減小對蒸汽渦輪102 的性能的影響。此外，在本發(fā)明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成以便使用壓力級聯(lián) (cascading)過程。這可確定針對蒸汽動力設(shè)備100的抽取負(fù)載需求和能量需要用多個抽 取端口 120a-f中的哪個來供應(yīng)蒸汽。例如但不限于，在最大能量需要的情況下，控制系統(tǒng) 110可選擇在較低的壓力水平處的多個抽取端口 120a-f，以便實現(xiàn)以最低的可行壓力抽取 蒸汽且同時滿足抽取負(fù)載需求的目標(biāo)。但是，當(dāng)能量需要降低時，控制系統(tǒng)110可選擇在較 高的壓力水平處的多個抽取端口 120a-f，以滿足相同的抽取負(fù)載需求。用于獨立過程112的蒸汽的物理需求可對應(yīng)于蒸汽的恒定壓力。在本發(fā)明的一個 實施例中，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成以便確定多個抽取端口 120a-f中的哪個可用來以恒定壓 力提供蒸汽，并且同時滿足蒸汽動力設(shè)備100的能量需要。此外，多個抽取端口 120a-f可 最優(yōu)地選擇成以便對蒸汽渦輪102的效率具有最少的影響。在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng) 蒸汽動力設(shè)備100操作時，控制系統(tǒng)110可持續(xù)地執(zhí)行級聯(lián)過程。這可允許在廣泛的操作 條件范圍內(nèi)抽取蒸汽，并且因此最大化過程靈活性，以及提供增強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。在本發(fā)明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成以便使來自蒸汽渦輪102的端 部封裝泄漏線路(在圖中未示出)的另外的蒸汽流級聯(lián)到抽取系統(tǒng)108中。這可產(chǎn)生額外 的性能好處，因為可能需要從蒸汽渦輪102中抽出較少的蒸汽。如將理解的那樣，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 采用完全硬件實施例、完全軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或結(jié)合了軟件和 硬件方面的實施例的形式，它們?nèi)吭诒疚闹型ǚQ為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。另外，本發(fā) 明可采用在具有嵌入介質(zhì)中的計算機(jī)可用的程序代碼的計算機(jī)可用的存儲介質(zhì)上的計算 機(jī)程序產(chǎn)品的形式?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)可讀介質(zhì)。計算機(jī)可用或計算機(jī)可讀的介質(zhì)可為例如但 不限于電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或傳播介質(zhì)。計算機(jī)可讀介質(zhì)的 更具體的實例(非窮盡性列表)將包括以下具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、便攜式計算機(jī) 磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦可編程只讀存儲器(EPR0M或閃 存)、光纖、便攜式緊致盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲裝置、傳輸介質(zhì)(例如支持互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的那些傳輸介質(zhì))或者磁存儲裝置。注意，計算機(jī)可用或計算機(jī)可讀的介質(zhì)甚至可 為程序打印在其上的紙張或另一種適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，因為可通過例如對紙張或其它介質(zhì)進(jìn)行光 掃描來以電子的方式捕獲程序，然后以適當(dāng)?shù)姆绞綄υ摮绦蜻M(jìn)行編譯、解釋或以別的方式 進(jìn)行處理(如果需要的話)，然后將程序存儲在計算機(jī)存儲器中。在本文檔的上下文下，計 算機(jī)可用或計算機(jī)可讀的介質(zhì)可為這樣的任何介質(zhì)其可包含、存儲、傳送、傳播或傳輸程 序，以由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或與它們結(jié)合起來使用?？捎弥T如Java7、Smalltalk或C++等的面向?qū)ο虻木幊陶Z言來編寫用于執(zhí)行本 發(fā)明的操作的計算機(jī)程序代碼。但是，還可用諸如“C”編程語言或類似的語言的傳統(tǒng)的過 程編程語言來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明的操作的計算機(jī)程序代碼。程序代碼可完全在用戶的計 算機(jī)上執(zhí)行，部分在用戶的計算機(jī)上執(zhí)行，作為獨立的軟件包來部分在用戶的計算機(jī)上而 部分在遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行或者完全在遠(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)連接到用戶的計算機(jī)上，或者可對外部計算機(jī)進(jìn)行連接 (例如通過使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的互聯(lián)網(wǎng))。以下參照根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖 說明和/或方框圖來對本發(fā)明進(jìn)行描述。將理解，流程圖說明和/或方框圖中的各個方框 以及流程圖說明和/或方框圖中的方框的組合可由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)。可對公用計算 機(jī)、專用計算機(jī)的處理器或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供這些計算機(jī)程序指令，以產(chǎn)生 機(jī)器，使得通過計算機(jī)的處理器或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備來執(zhí)行的指令產(chǎn)生了用于實 現(xiàn)在流程圖和/或方框圖方框或不止一個方框中規(guī)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)可讀的存儲器中，計算機(jī)可讀的存儲器可 指示計算機(jī)或其它可編程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定的方式起作用，從而存儲在計算機(jī)可讀的 存儲器中的指令產(chǎn)生了包括指令工具的制造物，該指令工具實現(xiàn)在流程圖和/或方框圖方 框或不止一個方框中規(guī)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 的數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，以促使在計算機(jī)或其它可編程的設(shè)備上執(zhí)行一系列的操作步驟，以產(chǎn) 生計算機(jī)實現(xiàn)的過程，從而使得在計算機(jī)或其它可編程的設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于執(zhí)行 流程圖和/或方框圖方框中規(guī)定的功能/動作的步驟。本發(fā)明可包括具有自動選擇需要從其中抽出蒸汽的一部分以用于獨立過程112 的多個抽取端口 120a-f的最佳端口的技術(shù)效果的控制系統(tǒng)110等。另外，本發(fā)明可構(gòu)造成 以便持續(xù)地操作渦輪機(jī)102，同時進(jìn)行蒸汽抽取。或者，控制系統(tǒng)110可構(gòu)造成要求用戶動 作來啟動操作。本發(fā)明的控制系統(tǒng)110的一個實施例可作為單獨的系統(tǒng)起作用?；蛘?，控 制系統(tǒng)110可作為模塊等結(jié)合在較寬泛的系統(tǒng)(例如渦輪機(jī)控制器或蒸汽動力設(shè)備控制系 統(tǒng))內(nèi)。例如但不限于，本發(fā)明的控制系統(tǒng)110可與操作具有抽取系統(tǒng)108的渦輪機(jī)102 的控制系統(tǒng)110結(jié)合。現(xiàn)在參照圖2，該圖為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、示出了用于最優(yōu)地確定抽取端 口 120a-f以提高渦輪機(jī)102的效率的方法200的一個實例的流程圖。在本發(fā)明的一個實 施例中，可用預(yù)編程邏輯來操作的控制系統(tǒng)110可導(dǎo)航通過方法200，如下文所述。在本發(fā) 明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可與圖形用戶接口(GUI)等結(jié)合。GUI可使得控制系統(tǒng) 110的操作員能夠?qū)Ш酵ㄟ^方法200。在步驟210中，可對方法200配備具有抽取系統(tǒng)108的渦輪機(jī)102。渦輪機(jī)102可
8包括全部類型的發(fā)動機(jī)，例如但不限于蒸汽渦輪、燃?xì)鉁u輪等。在本發(fā)明的一個實施例中， 抽取系統(tǒng)108可包括在不同的物理位置處與渦輪機(jī)102結(jié)合的多個抽取端口 120a-f。在本 發(fā)明的一個實施例中，各個抽取端口 120a_f可具有用于促動抽取端口 120a_f的對應(yīng)的伺 服閥12h-f。另外，渦輪機(jī)102中的流體的入口壓力可為渦輪機(jī)負(fù)載的正函數(shù)。因此，由各 個抽取端口 120a-f施加的壓力可隨渦輪機(jī)負(fù)載的變化而改變?？梢笕鐖D1中闡明的抽取系統(tǒng)108移除流過渦輪機(jī)102的流體的一部分，以用 于獨立過程112。大體上，獨立過程112不取決于渦輪機(jī)循環(huán)，并且因此，獨立過程112的抽 取負(fù)載需求可與渦輪機(jī)負(fù)載分離。例如，在蒸汽渦輪102的情況下，抽取系統(tǒng)108移除流過 蒸汽渦輪102的蒸汽的一部分，以用于獨立過程112，例如但不限于區(qū)域加熱應(yīng)用、化學(xué)加 工、煤氣化、油加熱&霧化、食品和飲料加工等。在步驟220中，方法200可確定獨立過程112的抽取負(fù)載需求。抽取負(fù)載需求可包 括用于匹配獨立過程112的需要的流體的物理需求。該物理需求可包括壓力、溫度、流率中 的至少一個或它們的組合。方法200可將控制系統(tǒng)110構(gòu)造成以便確定用于獨立過程112 的流體的物理需求。在本發(fā)明的一個實施例中，控制系統(tǒng)110可通訊地聯(lián)接到獨立過程112 上，并且可通過采用一個或多個傳感器和變換器(在圖中未示出)來確定流體的物理需求。 此外，在本發(fā)明的一個實施例中，獨立過程112可要求以恒定的壓力從抽取系統(tǒng)108中抽出 流體。在本發(fā)明的一個備選實施例中，方法200可接收來自獨立的第三方源的關(guān)于抽取負(fù) 載需求的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一個備選實施例中，方法200針對抽取負(fù)載需求結(jié)合了默認(rèn) 值或值的范圍。在步驟230中，方法200可確定渦輪機(jī)負(fù)載需求。渦輪機(jī)負(fù)載需求可直接取決于要 求產(chǎn)生的電氣負(fù)載或機(jī)械驅(qū)動。方法200可使得控制系統(tǒng)110能夠根據(jù)從可與渦輪機(jī)102 結(jié)合的一個或多個傳感器和變換器(在圖中未示出)中接收到的電信號來計算渦輪機(jī)負(fù)載需求。在步驟MO中，方法200可使用關(guān)于抽取負(fù)載需求的數(shù)據(jù)和關(guān)于渦輪機(jī)負(fù)載的數(shù) 據(jù)，以確定流體應(yīng)當(dāng)從其中抽出的抽取端口 120a_f的最佳位置。方法200可使得控制系統(tǒng) 110能夠在抽取系統(tǒng)操作時確定可減小對渦輪機(jī)102的效率的影響的最佳抽取端口。在本 發(fā)明的一個實施例中，方法200可根據(jù)渦輪機(jī)負(fù)載的變化來選擇不同的抽取端口 120a-f。 為了提高渦輪機(jī)102的效率，控制系統(tǒng)110可在任何特定的操作條件下選擇可對應(yīng)于可行 的最低壓力的抽取端口 120a-f，以與抽取負(fù)載需求匹配。例如但不限于，在最大蒸汽渦輪負(fù) 載的情況下，最低的可行壓力可對應(yīng)于在LP渦輪118處可用的抽取端口。但是，當(dāng)蒸汽渦 輪負(fù)載減小時，最低的可行壓力可對應(yīng)于在HP渦輪116處可用的抽取端口。這可允許蒸汽 通過蒸汽渦輪102而膨脹，并且因此，可提高蒸汽渦輪102的整體效率。此外，在本發(fā)明的一個實施例中，方法200可使得控制系統(tǒng)110能夠使用壓力級聯(lián) 過程來選擇使用多個抽取端口 120a_f中的哪個來滿足抽取負(fù)載需求并且同時滿足渦輪機(jī) 負(fù)載。例如但不限于，在最大渦輪機(jī)負(fù)載的情況下，方法200可選擇在較低的壓力水平處的 多個抽取端口 120a-f，以抽取具有最低的可行壓力的蒸汽，并且滿足抽取負(fù)載需求。但是， 當(dāng)渦輪機(jī)負(fù)載減小時，該方法可選擇在較高的壓力水平處的多個抽取端口 120a_f，以便滿 足抽取負(fù)載需求。在本發(fā)明的一個實施例中，用于獨立過程112的流體的物理需求可對應(yīng)于流體的
9恒定壓力。在本發(fā)明的一個實施例中，方法200可使得控制系統(tǒng)110能夠確定可使用多個抽 取端口 120a_f中的哪個來以恒定壓力提供流體，并且同時滿足渦輪機(jī)負(fù)載。此外，多個抽 取端口 120a-f可最優(yōu)地選擇成對渦輪機(jī)102的性能具有最小的影響。在本發(fā)明的一個實 施例中，方法200可在渦輪機(jī)102操作時持續(xù)地執(zhí)行級聯(lián)過程。這可允許在廣泛的操作條 件范圍內(nèi)抽取流體，并且因此，可使方法200的靈活性最大化，以及提供增強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、示出了渦輪機(jī)負(fù)載和抽取負(fù)載之間的函數(shù)關(guān) 系的圖示300。 如圖示300所示，最佳抽取端口隨蒸汽渦輪負(fù)載而變化。因此，選擇最佳抽取端口 來匹配抽取負(fù)載需要可變成隨蒸汽渦輪負(fù)載而變化。為了減小對渦輪機(jī)102的性能的影 響，抽取端口 120a-f的最佳確定可對應(yīng)于可滿足抽取負(fù)載需求的最低的可行壓力。因此， 在最大蒸汽渦輪負(fù)載期間，最佳抽取端口可移向較低的壓力水平。類似地，在最小蒸汽渦輪 負(fù)載期間，最佳抽取端口可向上移向較高的壓力水平，以匹配相同的抽取負(fù)載需求。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，如圖1所示，可存在六個抽取端口 120a_f，其中 120a對應(yīng)于最高壓力(Pl)的抽取端口，而116f則對應(yīng)于最低壓力(P6)的抽取端口。在本 發(fā)明的一個示例性實施例中，如果蒸汽渦輪102在最高負(fù)載處操作，則最佳端口可對應(yīng)于 較低的壓力水平(在這種情況下采用P6(118f))。類似地，如果蒸汽渦輪102在最小負(fù)載處 操作，則為了滿足相同的抽取負(fù)載需求，最佳端口可提高壓力水平，并且可使用對應(yīng)于壓力 Pl的抽取端口 118a。在本發(fā)明的一個實施例中，最佳端口可由級聯(lián)過程確定。級聯(lián)過程可 用來確定在任何特定的操作條件下應(yīng)當(dāng)使用多個抽取端口 120a_f中的哪個來滿足抽取負(fù) 載需求。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、用于最優(yōu)地確定抽取端口 120a_f的示例性控 制系統(tǒng)110的方框圖。方法200的要素可體現(xiàn)在系統(tǒng)400中，且可由系統(tǒng)400執(zhí)行。系統(tǒng) 400可包括一個或多個用戶或客戶通訊裝置402或類似的系統(tǒng)或裝置(在圖4中示出了兩 個)。各個通訊裝置402可為例如但不限于計算機(jī)系統(tǒng)、個人數(shù)字助理、蜂窩電話，或者能夠 發(fā)送和接收電子消息的類似的裝置。通訊裝置402可包括系統(tǒng)存儲器404或本地文件系統(tǒng)。系統(tǒng)存儲器404可包括例 如但不限于只讀存儲器(ROM)和隨機(jī)存取存儲器(RAM)。ROM可包括基本輸入/輸出系統(tǒng) (BIOS)。BIOS可包含幫助在通訊裝置402的元件或構(gòu)件之間傳送信息的基本程序。系統(tǒng)存 儲器404可包含用以控制通訊裝置402的整體操作的操作系統(tǒng)406。系統(tǒng)存儲器404還可 包括瀏覽器408或網(wǎng)頁瀏覽器。系統(tǒng)存儲器404還可包括用于最優(yōu)地確定抽取端口 120a-f 的、可與圖2中的方法200的要素類似或者可包括這些要素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)410或計算機(jī)可執(zhí) 行的代碼。選擇基于使用抽取負(fù)載需求數(shù)據(jù)和能量需要數(shù)據(jù)(或渦輪機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù))，其中抽 取負(fù)載需求不取決于能量需要的變化。系統(tǒng)存儲器404可進(jìn)一步包括模板緩沖存儲器412，模板緩沖存儲器412可與圖2 中的方法200結(jié)合起來使用，以最優(yōu)地確定抽取端口 120a-f。通訊裝置402還可包括處理器或處理單元414，以控制通訊裝置402的其它構(gòu)件 的操作。操作系統(tǒng)406、瀏覽器408和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)410可為可在處理單元414上進(jìn)行操作的。 處理單元414可通過系統(tǒng)總線416聯(lián)接到通訊裝置402的存儲器系統(tǒng)404和其它構(gòu)件上。通訊裝置402還可包括多個輸入裝置(I/O)、輸出裝置或組合輸入/輸出裝置418。各個輸入/輸出裝置418可通過輸入/輸出接口(在圖4中未顯示)聯(lián)接到系統(tǒng)總 線416上。輸入和輸出裝置或組合I/O裝置418容許用戶用通訊裝置402進(jìn)行操作以及與 通訊裝置402交互，以及控制瀏覽器408和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)410的操作，以訪問、操作和控制用來 最優(yōu)地確定抽取端口 120a-f的軟件。I/O裝置418可包括鍵盤和計算機(jī)點擊設(shè)備等，以執(zhí) 行本文論述的操作。I/O裝置418還可包括例如但不限于磁盤驅(qū)動器、光學(xué)、機(jī)械、磁或紅外輸入/輸出 裝置、調(diào)制解調(diào)器等。I/O裝置418可用來訪問存儲介質(zhì)420。介質(zhì)420可包含、存儲、傳送 或傳輸計算機(jī)可讀或計算機(jī)可執(zhí)行的指令或用于由系統(tǒng)(例如通訊裝置40 使用或者與 該系統(tǒng)結(jié)合起來使用的其它信息。通訊裝置402還可包括或連接到其它裝置上，例如顯示器或監(jiān)視器422。監(jiān)視器 422可容許用戶與通訊裝置402交互。通訊裝置402還可包括硬盤驅(qū)動器似4。硬盤驅(qū)動器似4可通過硬盤驅(qū)動器接口 (在圖4中未顯示)聯(lián)接到系統(tǒng)總線416上。硬盤驅(qū)動器似4還可形成本地文件系統(tǒng)或系 統(tǒng)存儲器404的一部分。程序、軟件和數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)存儲器404和硬盤驅(qū)動器4M之間傳 送和交換，以便于通訊裝置402的操作。通訊裝置402可與至少一個單元控制器似6通訊，并且可通過網(wǎng)絡(luò)4 訪問其它 服務(wù)器或類似于通訊裝置402的其它通訊裝置。系統(tǒng)總線416可通過網(wǎng)絡(luò)接口 430聯(lián)接到 網(wǎng)絡(luò)4 上。網(wǎng)絡(luò)接口 430可為用于聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)4 上的調(diào)制解調(diào)器、以太網(wǎng)卡、路由器、 網(wǎng)關(guān)等。聯(lián)接可為有線或無線連接。網(wǎng)絡(luò)4 可為互聯(lián)網(wǎng)、私人網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等。該至少一個單元控制器似6還可包括系統(tǒng)存儲器432，系統(tǒng)存儲器432可包括文件 系統(tǒng)、ROM、RAM等。系統(tǒng)存儲器432可包括類似于通訊裝置402中的操作系統(tǒng)406的操作 系統(tǒng)434。系統(tǒng)存儲器432還可包括用于最優(yōu)地確定抽取端口 120a-f的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)436。數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)436可包括類似于關(guān)于用于最優(yōu)地確定抽取端口 120a-f的方法200所描述的那些 的操作。服務(wù)器系統(tǒng)存儲器432還可包括其它文件438、應(yīng)用程序、模塊等。該至少一個單元控制器似6還可包括處理器或處理單元442，以控制該至少一個 單元控制器似6中的其它裝置的操作。該至少一個單元控制器似6還可包括I/O裝置444。 I/O裝置444可類似于通訊裝置402的I/O裝置418。該至少一個單元控制器似6可進(jìn)一 步包括其它裝置446，例如監(jiān)視器等，以將接口連同I/O裝置444 一起提供給該至少一個單 元控制器426。該至少一個單元控制器似6還可包括硬盤驅(qū)動器448。系統(tǒng)總線450可連 接該至少一個單元控制器426的不同構(gòu)件。網(wǎng)絡(luò)接口 452可通過系統(tǒng)總線450將該至少一 個單元控制器似6聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)4 上。圖中的流程圖和步驟圖示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)、方法和計算機(jī)程序產(chǎn) 品的可行實現(xiàn)的構(gòu)架、功能和操作。就此而言，流程圖或步驟圖中的各個步驟可表示包括用 于實現(xiàn)具體的邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行的指令的代碼的模塊、片段或部分。還應(yīng)當(dāng)注 意，在一些備選實現(xiàn)中，步驟中指示的功能可不按圖中指示的順序出現(xiàn)。例如，取決于所涉 及的功能，連續(xù)顯示的兩個步驟實際上可基本同時執(zhí)行，或者步驟有時可以相反的順序執(zhí) 行。還將注意到，步驟圖和/或流程圖說明中的各個步驟以及步驟圖和/或流程圖說明中 的步驟的組合可由執(zhí)行指定功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)實現(xiàn)，或者由專用硬件和 計算機(jī)指令的組合實現(xiàn)。
雖然在本文中對具體實施例進(jìn)行了說明和描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，計劃實現(xiàn)相同目 的的任何布置均可代替所顯示的具體實施例，而且本發(fā)明在其它環(huán)境中具有其它應(yīng)用。本 申請意在覆蓋本發(fā)明的任何修改或變化。所附的權(quán)利要求書決不意圖將本發(fā)明的范圍限于 本文描述的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種提高渦輪機(jī)(102)的調(diào)節(jié)效率的方法000)，所述方法(200)包括提供包括抽取系統(tǒng)(108)的渦輪機(jī)(102)，所述抽取系統(tǒng)(108)包括多個端口(120)；確定抽取負(fù)載需求020)，所述抽取負(fù)載需求包括由所述抽取系統(tǒng)(108)從所述渦輪 機(jī)(102)中抽出的流體的物理需求；確定渦輪機(jī)負(fù)載需求O30)；以及從所述多個端口(120)中選擇最佳端口(MO)；其中，確定所述最佳端口的步驟(MO)包括使用關(guān)于所述渦輪機(jī)負(fù)載需求的數(shù)據(jù)；并 且其中，所述抽取負(fù)載需求由獨立于所述渦輪機(jī)負(fù)載需求的獨立過程確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法000)，其特征在于，所述方法(200)進(jìn)一步包括在所述 渦輪機(jī)(10 操作時持續(xù)地選擇所述最佳端口 040)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法000)，其特征在于，所述渦輪機(jī)(10 包括蒸汽渦輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法000)，其特征在于，所述抽取系統(tǒng)(108)移除流過所述 蒸汽渦輪的蒸汽的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法000)，其特征在于，所述物理需求包括以下中的至少一 個壓力、溫度、流率或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法000)，其特征在于，所述方法(200)進(jìn)一步包括使用級 聯(lián)過程來確定使用所述多個端口(120)中的哪個，以便滿足所述渦輪機(jī)負(fù)載需求和所述 抽取負(fù)載需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法000)，其特征在于，在所述渦輪機(jī)(102)操作時，持續(xù) 地執(zhí)行所述級聯(lián)過程。
8.一種用于提高渦輪機(jī)(102)的調(diào)節(jié)效率的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括包括抽取系統(tǒng)(108)的渦輪機(jī)(102)，其中，所述抽取系統(tǒng)(108)包括位于所述渦輪機(jī) 的各處的多個抽取端口(120)；以及構(gòu)造成以便執(zhí)行以下步驟的控制系統(tǒng)(110)確定抽取負(fù)載需求020)，所述抽取負(fù)載需求包括由所述抽取系統(tǒng)(108)從所述渦輪 機(jī)(102)中抽出的流體的物理需求；確定所述渦輪機(jī)(102)的負(fù)載需求O30)；以及選擇所述多個抽取端口(120)的最佳端口(MO)；其中，選擇所述最佳端口的步驟(MO)包括使用關(guān)于所述負(fù)載需求的數(shù)據(jù)；并且其 中，所述抽取負(fù)載需求由獨立于所述渦輪機(jī)負(fù)載需求的抽取過程確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機(jī)(102)包括蒸汽渦輪；并且其 中，抽取系統(tǒng)(108)移除在與所述蒸汽渦輪相關(guān)聯(lián)的蒸汽路徑中流動的蒸汽的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(110)進(jìn)一步執(zhí)行以下步 驟使用級聯(lián)過程來確定使用所述多個抽取端口(120)中的哪個，以便滿足所述負(fù)載需求 和所述抽取負(fù)載需求。
全文摘要
本發(fā)明涉及降低對操作抽取系統(tǒng)的渦輪機(jī)的性能的影響的方法和系統(tǒng)。提供了一種用于提高具有抽取系統(tǒng)(108)的渦輪機(jī)(102)的效率的方法(200)和系統(tǒng)。抽取系統(tǒng)(108)可具有多個抽取端口(120)，從該多個抽取端口(120)中抽出渦輪機(jī)(102)的工作流體，以滿足獨立過程的抽取負(fù)載需求。方法(200)和系統(tǒng)可使得控制系統(tǒng)(110)能夠最優(yōu)地確定從哪個抽取端口(120)中抽出工作流體，以滿足抽取負(fù)載需求。可通過使用關(guān)于負(fù)載需求的數(shù)據(jù)來確定最優(yōu)位置，其中，抽取負(fù)載需求在操作上可與渦輪機(jī)負(fù)載不同。
文檔編號F01D17/00GK102061947SQ201010552088
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者D·A·斯塔森科, N·H·桑切斯 申請人:通用電氣公司