СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЛИНИИ РЕЖИМА РАБОТЫ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2011 года по МПК F02C9/50 

Настоящее изобретение относится к способу регулирования, а также устройству для регулирования линии режима работы камеры сгорания газовой турбины.

Газовая турбина является силовой машиной для превращения энергии потока в механическую энергию, которая содержит, как правило, компрессор, турбину и участок камеры сгорания. В компрессоре всасанный воздух окружающей среды сжимают и сжатый воздух, наконец, подводят к участку камеры сгорания. В участке камеры сгорания расположена по меньшей мере одна камера сгорания обычно с многими горелками, к которым подводят сжатый воздух. Наряду со сжатым воздухом к горелкам подводят топливо, которое смешивают с воздухом и сжигают. Возникающие при этом в камере сгорания горячие выхлопные газы подводят к турбине, где они расширяются и охлаждаются и при этом приводят турбину во вращение. Таким образом тепловая энергия выхлопных газов сгорания преобразуется в механическую работу, которую используют, с одной стороны, для привода компрессора и, с другой стороны, для привода потребителя, например генератора для выработки тока.

При сгорании в камере сгорания следует следить за тем, чтобы имело место стабильное пламя. Нестабильности пламени появляются, в частности, вследствие резонансных колебаний горения в выхлопном газе сгорания и могут, с одной стороны, приводить к повышенному выбросу вредных веществ и, с другой стороны, обуславливать колебания и вибрации камеры сгорания, которые снижают срок службы камеры сгорания и сокращают интервалы между техническим обслуживанием.

Кроме того, горелки обычно кроме подачи главного топлива снабжены также подачей так называемого контрольного (т.е. вспомогательного или запального) топлива. Через подачу контрольного топлива по сравнению с потоком массы главного топлива подводят меньший поток массы топлива для поддержания пламени. Кроме того, при необходимости пламя можно стабилизировать путем воздействия на поток массы подведенного контрольного топлива.

На стабильность пламени влияет большое количество возмущающих воздействий. Примерами подобных возмущающих воздействий являются температура окружающей среды, плотность и теплотворная способность топлива, но также и конструктивное состояние газотурбинной установки, в частности камеры сгорания и горелок. Влияние возмущающих воздействий компенсируют посредством подаваемого через контрольную горелку потока массы топлива. Поток массы контрольного газа не должен при этом понижаться ниже или, соответственно, повышаться выше определенных пределов, так как пламя иначе было бы переведено в неустойчивую область. Чтобы поддерживать поток массы контрольного газа в стабильной области пламени, находит применение функция, которая определяет подлежащий использованию поток массы контрольного газа в зависимости от возмущающих воздействий. Эта функция называется также кривой контрольного газа.

В кривую контрольного газа входит множество параметров газовой турбины. Эти параметры варьируются от одной газотурбинной установки к другой газотурбинной установке даже тогда, когда они являются одинаковыми по конструкции. В частности, следует учитывать также условия окружающей среды на месте монтажа газотурбинной установки. Кроме того, параметры газотурбинной установки при эксплуатации газотурбинной установки могут со временем быть подвержены изменениям. Это приводит к тому, что может стать необходимой связанная с затратами времени новая настройка или дополнительная настройка кривой контрольного газа. За счет процесса настройки вызываются высокие затраты и времена простоя.

Сюда добавляется то, что влияние возмущающих воздействий на кривую контрольного газа является только не достаточно известным количественно. На некоторые возмущающие воздействия вообще нельзя реагировать адекватно.

В патенте ЕР 1286031 описано устройство управления газовой турбины, содержащее: участок анализатора частоты, который анализирует, по меньшей мере, частоту колебания давления в камерах сгорания газовой турбины и/или колебание ускорения каждой из камер сгорания и выдает первый результат анализа частоты как результат анализа частоты для нескольких заданных полос частот, и управляющее устройство, которое управляет первой скоростью потока топлива и/или первой скоростью потока воздуха на основании первого результата анализа частоты для нескольких полос частот, причем топливо и воздух подаются на газовую турбину.

Задачей настоящего изобретения поэтому является создание способа регулирования и регулирующего устройства.

Техническим результатом является предотвращение нестабильности пламени. Технический результат достигается признаками п.1 формулы изобретения или, соответственно, в регулирующем устройстве пунктами 13 формулы изобретения.

Зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные формы выполнения изобретения.

В способе регулирования для линии режима работы газотурбинной установки, согласно данному изобретению, определяют по меньшей мере одну регулируемую величину, сравнивают определенную регулируемую величину с заданным задающим воздействием, определяют на основе сравнения по меньшей мере одно управляющее воздействие. Определенное управляющее воздействие выдают на по меньшей мере один исполнительный орган, влияющий на подачу воздуха и/или топлива к камере сгорания газотурбинной установки. В качестве по меньшей мере одной регулируемой величины при этом служит регулируемая величина, из которой может быть выведено приближение пламени к пределу стабильности. В качестве подобных регулируемых величин принимаются во внимание, в частности, временные изменения по меньшей мере одного параметра горелки или одного параметра камеры сгорания. В частности, в качестве параметров камеры сгорания можно привлекать переменное давление в камере сгорания и/или ускорение камеры сгорания. В качестве параметра горелки может находить применение, например, переменное давление на фланце горелки.

В способе согласно данному изобретению можно поддерживать пламя устойчивым, без необходимости того, чтобы было точно известным количественное влияние возмущающих воздействий на стабильность пламени.

Изобретение основано на следующей новой идее. Вместо того чтобы, как в уровне технике, смотреть на возмущающие воздействия, чтобы поддерживать стабильность пламени, в соответствующем изобретению способе регулирования смотрят на сами пределы пульсаций, то есть пределы стабильности. Другими словами, поток массы контрольного газа варьируют не в зависимости от детектированных возмущающих воздействий, а изменяют при приближении к пределу пульсаций. Установление приближения к пределу пульсаций происходит при этом без количественного знания возмущающих воздействий.

В уровне техники количественное знание возмущающих воздействий является необходимым, чтобы определять пределы пульсаций, которые сдвигаются с возмущающими воздействиями, и таким образом иметь возможность предоставлять в распоряжение кривую контрольного газа, которая для всех возмущающих воздействий движется внутри пределов пульсаций. Так как, как уже пояснялось во вводной части, влияние возмущающих воздействий на пределы пульсаций варьируется даже в случае газотурбинных установок одинаковой конструкции, например, вследствие различных условий окружающей среды, в уровне техники необходима индивидуальная настройка каждой газотурбинной установки.

В способе согласно данному изобретению в противоположность этому количественное знание зависимости между возмущающими воздействиями и положением пределов пульсаций не является необходимым, так как изменение количества контрольного газа для стабилизации пламени может быть сделано прямо зависящим от того, происходит ли приближение к пределу пульсаций или нет и происходит прямая детекция приближения к пределам пульсаций. Наряду с этим контрольный газ привлекают и далее также для поддержки пламени.

Для установления приближения к пределу пульсаций можно привлекать временное изменение уже упомянутых параметров горелки или, соответственно, параметров камеры сгорания. Особенно подходящим при этом является переменное давление на фланце горелки, так как он реагирует раньше на приближение к пределу пульсаций, чем переменное давление в камере сгорания и ускорение камеры сгорания. В принципе однако все названные параметры камеры сгорания являются пригодными для установления приближения к пределу пульсаций.

Названные параметры горелок и параметры камеры сгорания (например, переменное давление, ускорение камеры сгорания или излучение ОН) представляют собой осциллирующие величины, которые подвергают быстрому преобразованию Фурье и/или усредненным автокорреляциям для оценки приближения к нестабильности пламени. Быстрое преобразование Фурье и/или усредненные автокорреляции представляют собой особенно подходящие средства для анализирования переменных во времени величин.

Для определения автокорреляций осциллирующие аналоговые сигналы для множества частотных полос сначала точно по амплитуде фильтруют и затем преобразуют из аналоговой в цифровую форму или сначала преобразуют из аналоговой в цифровую форму и затем точно по амплитуде фильтруют. Автокорреляции вычисляют раздельно по частотным полосам через короткие промежутки времени на основе от 2 до 8 длительностей периода сигнала при соответствующей средней частоте этих частотных полос. Затем автокорреляции усредняют раздельно по частотным полосам соответственно вместе с множеством 10-100 граничных, следующих друг за другом автокорреляций из более ранних временных операций для соответствующих частотных полос. Одновременно с усреднением автокорреляций для соответствующих частотных полос определяют их среднее отклонение.

Из этих частотных спектров, и/или усредненных автокорреляций, и/или средних отклонений автокорреляций теперь образуют транзиенты для отдельных частот или определенных частотных полос. Это может происходить, например, с помощью линейного вычисления регрессии. Если отдельные транзиенты или образованные тем самым характеристические величины превышают определенное значение, то производят регулирующее воздействие, например уменьшение мощности или изменение количества контрольного газа.

Если характеристические величины, которые образуют из абсолютных значений усредненных автокорреляций, а также их транзиентов, а также при известных условиях дополнительно из средних отклонений и транзиентов средних отклонений автокорреляций, превышают определенные значения, то производят регулирующее воздействие, например уменьшение мощности или изменение количества контрольного газа. За счет оценки транзиентов могут быть достигнуты значительно большие времена предупреждения.

Кроме того, в способе регулирования наряду с по меньшей мере одним параметром горелки и/или по меньшей мере одним параметром камеры сгорания в качестве регулируемых величин можно определять один или несколько параметров сгорания. Подходящим параметром сгорания, например, является выброс вредных веществ газотурбинной установки, в частности содержание окиси азота (содержание NO_х) и/или содержание моноокиси углерода (содержание СО) в отходящем газе сгорания. Также подходящим параметром сгорания является падение давления на камере сгорания.

Кроме того, в способе согласно данному изобретению для дальнейшей поддержки можно определять абсолютные значения параметров горелок и параметров камеры сгорания. В первую очередь, однако, следят за временным изменением параметров горелок и параметров камеры сгорания, чтобы установить приближение к границам пульсаций.

В качестве управляющего воздействия можно выдавать по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры отходящего газа сгорания. В частности, однако, в качестве управляющего воздействия выдают величину, которая представляет изменение потока массы контрольного газа. Изменение мощности газовой турбины или скорректированной температуры отходящего газа сгорания, как правило, происходит косвенно через изменение абсолютных значений подачи воздуха и главного топлива, а также путем изменения соотношения подачи воздуха к подаче главного топлива. В качестве величин, которые приводят к изменению мощности газовой турбины или скорректированной температуры выхлопного газа, рассматриваются поэтому, в частности, такие величины, которые представляют подлежащие настройке абсолютные значения подачи воздуха, и/или подачи главного топлива, и/или соотношения подачи воздуха к подаче главного топлива. Изменения мощности газовой турбины могут, например, использоваться для того, чтобы поддерживать газотурбинную установку в области эмиссии, не покидая собственную линию режима работы установки. Изменение потока массы контрольного газа используют напротив, если нужно изменять линию режима работы газотурбинной установки для того, чтобы предотвратить достижение пределов пульсаций. При необходимости, это можно комбинировать с изменением корректированной температуры отходящего газа и/или мощности газовой турбины.

Связь между определенной регулируемой величиной и задающим воздействием, с одной стороны, и с управляющим воздействием, с другой стороны, можно осуществлять, в частности, на основе нечеткой логики. Альтернативно является, однако, также возможным применять нейронную сеть или постоянный закон регулирования. Нечеткая логика позволяет, в частности, реализовывать ступенчатые изменения реакции в зависимости от степени приближения к пределам пульсаций.

Способ регулирования позволяет надежно исключать достижение и превышение пределов пульсаций. Таким образом можно надежно избегать быстрых отключений газотурбинной установки, то есть быстрых отключений установки вследствие достижения пределов пульсаций. Кроме того, можно лучше использовать пределы эксплуатации газотурбинной установки. Например, вследствие повышенной стабильности пламени можно уменьшать высокий выброс окиси азота или может находить применение более высокая корректированная температура отходящего газа, за счет чего может быть улучшен коэффициент полезного действия газотурбинной установки. Точно так же возможно избегать или по меньшей мере уменьшать снижение корректированной температуры отходящего газа при понижении ниже определенной температуры на входе компрессора. Под температурой на входе компрессора при этом следует понимать температуру всасываемого компрессором воздуха при входе в компрессор.

Соответствующее изобретению устройство для регулирования линии режима работы газотурбинной установки содержит:

- по меньшей мере один сенсорный датчик для определения измеряемой величины и для выдачи представляющего измеряемую величину измерительного сигнала;

- по меньшей мере один исполнительный орган для воздействия на подачу воздуха и/или подачу топлива к камере сгорания газотурбинной установки на основе управляющего воздействия;

- соединенный с по меньшей мере одним сенсорным датчиком для приема измеряемой величины и с по меньшей мере одним исполнительным органом для выдачи управляющего воздействия регулятор.

Регулятор выполнен для определения управляющего воздействия на основе принятой измеряемой величины и ее отклонения от задающего воздействия. В соответствующем изобретению регулирующем устройстве имеется по меньшей мере один сенсорный датчик, который выполнен с возможностью определения временного изменения параметра горелки или параметра камеры сгорания.

В регулирующем устройстве согласно данному изобретению можно осуществлять соответствующий изобретению способ, за счет чего можно оптимизировать линию режима работы газотурбинной установки, в частности, за счет улучшенного избежания нестабильностей пламени.

В качестве сенсорного датчика при этом, в частности, может иметься сенсорный датчик для определения переменного давления в камере сгорания, и/или сенсорный датчик для определения переменного давления на фланце горелки, и/или сенсорный датчик для определения ускорения камеры сгорания. Наряду с этим может иметься по меньшей мере один соединенный с регулятором сенсорный датчик для определения параметра сгорания, например блок измерения эмиссии, которым, например, можно определять содержания окиси азота или содержания моноокиси углерода отходящего газа сгорания, или сенсорный датчик для определения абсолютного значения параметра горелки или камеры сгорания.

В качестве исполнительного органа может служить по меньшей мере один топливный клапан для оказания воздействия на направляемый в камеру сгорания поток массы топлива. Предпочтительно имеются по меньшей мере один топливный клапан для линии главного топлива и один для линии контрольного топлива.

В качестве исполнительного органа может служить альтернативно или предпочтительно дополнительно к по меньшей мере одному топливному клапану первый венец направляющих лопаток компрессора, то есть венец направляющих лопаток, который на стороне втекания обращен к втекающему воздуху. Этот венец направляющих лопаток имеет, как правило, подвижные направляющие лопатки, которыми можно варьировать стоящее в распоряжении для втекания воздуха входное поперечное сечение компрессора.

Если определяющий временное изменение параметра горения или параметра камеры сгорания сенсорный датчик выполнен для определения осциллирующей измеряемой величины, регулирующему устройству может быть придан блок преобразования Фурье, который выполнен с возможностью выполнения быстрого преобразования Фурье, и/или вычислительный блок для определения усредненной автокорреляции, чтобы предоставить в распоряжение подходящее средство для анализа осциллирующей измеряемой величины.

Дальнейшие признаки, свойства и преимущества настоящего изобретения получаются из последующего описания примера выполнения со ссылкой на приложенные фигуры.

Фиг.1 показывает газотурбинную установку в виде сбоку с частичным разрезом.

Фиг.2 показывает соответствующее изобретению регулирующее устройство в виде функциональной блок-схемы.

На фиг.1 показана газотурбинная установка 1 в виде сбоку с частичным разрезом. Она содержит компрессорный участок 3, участок турбины 5 и участок горелок 7. В компрессорном участке 3 и в участке турбины 5 расположены рабочие лопатки компрессора 4 или, соответственно, рабочие лопатки турбины 5 на общем валу 8, который называется также ротором турбины. Ротор турбины 8 установлен с возможностью вращения вокруг центральной оси 9.

Участок горелок 7 содержит множество горелок 10, которые впадают в камеру сгорания 12, которая в свою очередь впадает в участок турбины 5. Камера сгорания 12 в настоящем примере выполнения выполнена в виде кольцевой камеры сгорания, то есть она проходит в виде кольца вокруг ротора турбины 8.

При эксплуатации газотурбинной установки 1 через компрессор всасывается воздух окружающей среды 3, сжимается до более высокого давления и выдается на участок горелок 7 в качестве так называемого компрессорного воздуха. На величину поступающего в компрессор потока массы воздуха можно воздействовать с помощью настройки полезного входного поперечного сечения посредством первого венца направляющих лопаток 32.

В участке горелок 7 компрессорный воздух поступает в горелку 10 и смешивается с подведенным к горелке 10 через топливопроводы 40а, 40b топливом и сжигается в камере сгорания 12. На величину подведенных потоков массы топлива при этом можно воздействовать через один или несколько установочных клапанов 31а, 31b.

Возникающие при сгорании выхлопные газы сгорания образуют рабочую среду А, которая подводится к участку турбины 5 и там при расширении и охлаждении передает импульс на рабочие лопатки 6 и таким образом приводит во вращение ротор 8. Вращающийся ротор 8 приводит в действие, с одной стороны, компрессор и, с другой стороны, связан с потребителем (не представлен), например электрическим генератором для выработки тока.

Для избежания нестабильностей пламени в камере сгорания 12 газотурбинная установка 1 снабжена устройством для регулирования линии режима работы за счет воздействия на подачу топлива и/или воздуха. Это устройство представлено в виде функциональной блок-схемы на фиг.2. Устройство для регулирования содержит множество сенсорных датчиков 21, 23, 25, 27, 35, 37, которые расположены в различных местах внутри и снаружи камеры сгорания 12 газовой турбины. Регулирующее устройство содержит далее регулятор 29, который соединен с сенсорными датчиками 21, 23, 25, 27, 35, 37. Кроме того, имеются исполнительные органы, а именно установочные клапаны 31 и венец направляющих лопаток 32, которые также находятся в соединении с регулятором 29 и выполнены с возможностью настройки потоков массы подачи топлива, а также подачи воздуха к горелке 10.

В газотурбинной установке 1 имеются, в частности, три настраиваемых потока массы топлива и один настраиваемый поток массы воздуха. Если, например, находит применение газообразное топливо, то один из потоков массы топлива является так называемым потоком массы диффузионного газа для работы горелки в диффузионном режиме, в котором газ непосредственно вводится в находящееся в камере сгорания 12 пламя, без предварительного смешивания с воздухом. Второй поток массы топлива является так называемым потоком массы газа предварительного смешивания для эксплуатации горелки в режиме предварительного смешивания, то есть в режиме, в котором подведенный газ предварительно смешивают с компрессорным воздухом, и эту смесь затем сжигают. Наконец, в качестве следующего потока массы топлива в настоящем примере выполнения имеется поток массы контрольного газа, который, между прочим, служит для того, чтобы поддерживать пламя, если горелка эксплуатируется в режиме предварительного смешивания.

Сенсорными датчиками 21, 23, 25, 27, 35, 37 определяют различные параметры камеры сгорания и параметры горелок и направляют дальше к регулятору 29 в виде сигналов, представляющих определенные измеряемые величины.

Сенсорный датчик 21 является расположенным в пленуме камеры сгорания 11 датчиком давления для определения переменного давления в камере сгорания 12, сенсорный датчик 25 является расположенным на корпусе газовой турбины датчиком давления для определения переменного давления на фланце 13 горелки 10, а сенсорный датчик 23 является сенсорным датчиком ускорения для определения ускорения камеры сгорания. Он расположен непосредственно на внешней стороне стенки камеры сгорания.

Все три определенных параметра, а именно переменное давление в камере сгорания, переменное давление на фланце горелки, а также ускорение камеры сгорания, являются осциллирующими величинами, которые отражают колебания в отходящих газах сгорания. Сенсорные датчики давления 21 и 25, а также сенсорный датчик ускорения 23 связаны поэтому для выдачи своих измерительных сигналов с блоком преобразования Фурье 33 и/или вычислительным блоком для определения усредненной автокорреляции (не показано) регулятора 29, в котором производят анализ измерительных сигналов на основе преобразования Фурье и, в частности, на основе так называемого быстрого преобразования Фурье. Наряду с этим они также прямо связаны с регулятором 29, то есть в обход блока преобразования Фурье 33, чтобы иметь возможность предоставить в распоряжение регулятора 29 также абсолютные значения измерительных сигналов. Для определения автокорреляций осциллирующие аналоговые сигналы сначала точно по амплитуде фильтруют для множества частотных полос и затем производят аналогово-цифровое преобразование или вначале производят аналогово-цифровое преобразование и затем фильтруют точно по амплитуде. Автокорреляции вычисляют раздельно по частотным полосам через короткие временные промежутки на основе от 2 до 8 длительностей периода сигнала при соответствующей средней частоте этих частотных полос. В заключение автокорреляции раздельно усредняют по полосам частот соответственно вместе с 10-100 граничащими, следующими друг за другом автокорреляциями из более ранних временных операций для соответствующих частотных полос. Одновременно с усреднением автокорреляций для соответствующих частотных полос определяют их средние отклонения. Из этих частотных спектров и/или усредненных автокорреляций и/или средних отклонений автокорреляций теперь для отдельных частот или определенных частотных полос образуют транзиенты. Это может происходить, например, с помощью линейного вычисления регрессии. Если отдельные транзиенты или образованные тем самым характеристические величины превышают определенное значение, то происходит регулирующее вмешательство, например снижение мощности или изменение количества контрольного газа. Если характеристические величины, которые образованы из абсолютных значений усредненных автокорреляций, а также их транзиентов, а также при необходимости дополнительно из средних отклонений и транзиентов средних отклонений автокорреляций, превышают определенные значения, то происходит регулирующее вмешательство, например снижение мощности или изменение количества контрольного газа. С помощью оценки транзиентов могут быть достигнуты значительно большие времена предварительного оповещения.

На основе результата преобразования Фурье регулятор 29 может устанавливать приближение к пределам пульсаций газотурбинной установки 1, при которых, например, появляются стационарные колебания в газообразных продуктах сгорания. В частности, на основе измерения переменного давления на фланце горелки 13 после анализа посредством блока преобразования Фурье 33 можно определять частоту колебаний в отходящем газе сгорания. Переменное давление на фланце горелки 13 является поэтому пригодным в качестве раннего индикатора для приближения к пределам пульсаций и в качестве регулируемой величины для регулятора для регулирования подачи воздуха и/или топлива таким образом, что стабильность пламени остается сохраненной.

Ускорение камеры сгорания реагирует позднее, чем переменное давление на фланце горелки 13 на приближение к пределам пульсаций. Поэтому оно особенно пригодно для того, чтобы защищать камеру сгорания 12 газовой турбины от повреждений, если регулирование подачи воздуха и/или топлива не приводит к достаточной стабилизации пламени. Так, ускорение камеры сгорания является, например, индикатором для появления повреждений на керамических элементах теплозащитного экрана, которыми камера сгорания 12 облицована для защиты ее несущей структуры от горячих отходящих газов сгорания. Высокие ускорения камеры сгорания могут приводить к трещинам или даже к разрушениям в элементах теплозащитного экрана, в результате чего они больше не могут достаточно выполнять свою защитную функцию. Кроме того, вследствие разрушений из теплозащитного экрана могут отделяться обломки и попадать в участок турбины, что приводит к очень существенным повреждениям турбины. На основе ускорения камеры сгорания поэтому можно предпринимать, например, аварийное отключение газотурбинной установки, если определенные ускорения камеры сгорания показывают, что угрожают трещины или разрушения в элементах теплозащитного экрана.

Кроме переменных давлений в камере сгорания 12 и на фланце горелки 13, а также ускорения камеры сгорания для установления предстоящего события пульсаций можно привлекать также падение давления на камере сгорания 12, называемое также градиентом давления. Так, непосредственно перед пульсациями падение давления на камере сгорания 12 понижается, что указывает на грозящее проскакивание пламени в горелках 10 и тем самым на нестабильность пламени. Посредством подходящего расположения сенсорных датчиков для определения градиентов давления поэтому является возможным детектирование близкого события пульсаций.

Определение падения давления на камере сгорания 12 происходит посредством так называемого измерения Ар. В настоящем примере выполнения измерение Ар производят посредством двух сенсорных датчиков 35, 37, один из которых 35 расположен в пленуме камеры сгорания 11, а другой 37 - в камере сгорания 12. Соединенный с обоими сенсорными датчиками 35, 37, а также с регулятором 29 блок вычитания 39 образует разницу Ар определенных давлений и выдает ее в обход блока преобразования Фурье 33 дальше на регулятор 29.

Регулятор 29 реагирует в первую очередь на временные изменения определенных сенсорными датчиками 21, 23, 25 измеряемых величин и меньше на их абсолютные значения. Если теперь регулятор 29 после анализа поступивших от сенсорных датчиков 21, 23, 25 сигналов установит приближение к пределу пульсаций, то он выдает управляющий сигнал на исполнительные клапаны 31а, 31b, … и/или на венец направляющих лопаток компрессора 32, который вызывает изменение по меньшей мере одного потока массы топлива и/или потока массы воздуха. В частности, в этом случае он выдает по меньшей мере один управляющий сигнал на топливный клапан в линии подачи контрольного топлива, чтобы через изменение потока массы контрольного топлива снова оптимизировать линию режима работы газотурбинной установки, то есть отвести ее от границ пульсаций. При этом корректированную температуру отходящего газа газотурбинной установки, а также ее мощность можно юстировать через воздействие на поток массы главного топлива и/или поток массы воздуха таким образом, что выброс вредных веществ поддерживается на своих оптимальных значениях или, соответственно, снова настраивается на них.

Кроме того, исполнительные клапаны 31а, 31b, … или, соответственно, венец направляющих лопаток 32 могут воздействовать также только на поток массы топлива и/или на поток массы воздуха, чтобы через оказание воздействия на поток массы контрольного газа, и/или мощность газовой турбины, и/или корректированную температуру отходящего газа, например, поддерживать выброс вредных веществ в предусмотренном диапазоне, если он изменяется, например, вследствие колеблющихся влияющих величин, например температуры окружающей среды, без необходимости новой оптимизации линии режима работы газотурбинной установки.

На повышенные значения вредных веществ можно реагировать, например, посредством воздействия на поток массы контрольного газа. Так, поток массы контрольного газа можно уменьшать, если значения окиси азота в потоке отходящего газа являются высокими или повышаются, если значения моноокиси углерода в отходящем газе являются высокими. В настоящем примере выполнения определение значений вредных веществ в отходящем газе производят посредством блока измерения эмиссии 27, который расположен в канале отходящего газа установки камеры сгорания и находится в соединении с регулятором 29 в обход блока преобразования Фурье 33.

В настоящем примере выполнения регулятор 29 работает на основе нечеткой логики, чтобы осуществить по возможности ступенчатое реагирование. Однако он может работать также с постоянным законом регулирования, который имеется, например, в виде функциональной зависимости выходящего управляющего сигнала и входящих измерительных сигналов или в виде таблицы, связывающей входящие измерительные сигналы с выходящим управляющим сигналом. Наконец, является также возможным использовать регулятор, базирующийся на нейронной сети, за счет чего регулятор приводится в состояние обучения из предшествующих событий регулирования.

Способ и устройство для регулирования линии режима работы газотурбинной установки с по меньшей мере одним сенсорным датчиком для определения измеряемой величины и для выдачи представляющего измеряемую величину измерительного сигнала по меньшей мере одним исполнительным органом для воздействия на подачу воздуха и/или топлива к камере сгорания газотурбинной установки на основе регулирующей величины и соединенным с по меньшей мере одним сенсорным датчиком для приема измеряемой величины и с по меньшей мере одним исполнительным устройством для выдачи управляющего воздействия регулятором, который выполнен для определения управляющего воздействия на основе принятой измеряемой величины и ее отклонения от задающего воздействия, причем имеется по меньшей мере один сенсорный датчик, который выполнен с возможностью определения временного изменения по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания в качестве измеряемой величины. Технический результат изобретения - предотвращение нестабильности пламени. 2 н. и 80 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования линии режима работы газотурбинной установки (1), содержащий следующие операции:
определение по меньшей мере одной регулируемой величины;
сравнение определенной регулируемой величины с заданным задающим воздействием;
определение по меньшей мере одного управляющего воздействия на основе сравнения регулируемой величины с задающим воздействием и
выдача определенного управляющего воздействия на по меньшей мере один исполнительный орган (31, 32), воздействующий на подачу воздуха и/или топлива к камере сгорания (12) газотурбинной установки (1), причем в качестве по меньшей мере одной регулируемой величины применяют величину, которая показывает приближение пламени к пределу стабильности, отличающийся тем, что в качестве регулируемой величины определяют временное изменение по меньшей мере одного переменного давления на фланце горелки.

2. Способ по 1, отличающийся тем, что в качестве регулируемой величины определяют временное изменение по меньшей мере одной амплитуды ускорения камеры сгорания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наряду с временным изменением по меньшей мере одного переменного давления и при необходимости временным изменением по меньшей мере одной амплитуды ускорения камеры сгорания в качестве регулируемой величины определяют по меньшей мере один параметр сгорания.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что наряду с временным изменением по меньшей мере одного переменного давления и при необходимости временным изменением по меньшей мере одной амплитуды ускорения камеры сгорания в качестве регулируемой величины определяют по меньшей мере один параметр сгорания.

5. Способ по 3, отличающийся тем, что в качестве параметров сгорания служит или, соответственно, NO_x в выхлопном газе сгорания, и/или содержание СО в отходящем газе сгорания, и/или падение давления на камере сгорания.

6. Способ по 4, отличающийся тем, что в качестве параметров сгорания служит или, соответственно, NO_x в выхлопном газе сгорания, и/или содержание СО в отходящем газе сгорания, и/или падение давления на камере сгорания.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве следующей регулируемой величины определяют абсолютное значение по меньшей мере одного параметра горелки или камеры сгорания.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

14. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

15. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

16. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

17. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

18. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

19. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

20. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

21. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

22. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

23. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

24. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве управляющего воздействия выдают по меньшей мере одну величину, которая приводит к изменению мощности газовой турбины, и/или выдают величину, которая приводит к изменению скорректированной температуры выхлопных газов сгорания, и/или выдают величину, которая приводит к изменению потока массы контрольного газа.

25. Способ по одному из пп.1-24, отличающийся тем, что сравнение определенной регулируемой величины с задающим воздействием и/или определение управляющего воздействия производят с помощью сравнения на основе нечеткой логики.

26. Способ по одному из пп.1-24, отличающийся тем, что связь или сравнение определенной регулируемой величины с задающим воздействием и/или определение управляющего воздействия производят с помощью сравнения посредством нейронной сети.

27. Способ по одному из пп.1-24, отличающийся тем, что сравнение определенной регулируемой величины с задающим воздействием и/или определение управляющего воздействия производят с помощью сравнения посредством постоянного закона регулирования.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что в качестве изменяющихся во времени регулируемых величин определяют осциллирующие величины.

29. Способ по п.26, отличающийся тем, что в качестве изменяющихся во времени регулируемых величин определяют осциллирующие величины.

30. Способ по п.25, отличающийся тем, что в качестве изменяющихся во времени регулируемых величин определяют осциллирующие величины.

31. Способ по одному из пп.1-24, отличающийся тем, что в качестве изменяющихся во времени регулируемых величин определяют осциллирующие величины.

32. Способ по п.28, отличающийся тем, что осциллирующую величину подвергают быстрому преобразованию Фурье и/или усредненной автокорреляции.

33. Способ по п.29, отличающийся тем, что осциллирующую величину подвергают быстрому преобразованию Фурье и/или усредненной автокорреляции.

34. Способ по п.30, отличающийся тем, что осциллирующую величину подвергают быстрому преобразованию Фурье и/или усредненной автокорреляции.

35. Способ по п.31, отличающийся тем, что осциллирующую величину подвергают быстрому преобразованию Фурье и/или усредненной автокорреляции.

36. Способ по п.32, отличающийся тем, что образуют транзиенты.

37. Способ по п.33, отличающийся тем, что образуют транзиенты.

38. Способ по п.34, отличающийся тем, что образуют транзиенты.

39. Способ по п.35, отличающийся тем, что образуют транзиенты.

40. Устройство для регулирования линии режима работы газотурбинной установки (1) с по меньшей мере одним сенсорным датчиком (21, 23, 25, 27, 35, 37) для определения измеряемой величины и для выдачи представляющего измеряемую величину измерительного сигнала по меньшей мере одним исполнительным органом (31, 32) для воздействия на подачу воздуха и/или топлива к камере сгорания (12) газотурбинной установки на основе управляющего воздействия и соединенным с по меньшей мере одним сенсорным датчиком (21, 23, 25, 27, 35, 37) для приема измеряемой величины и с по меньшей мере одним исполнительным органом (31, 32) для выдачи управляющего воздействия регулятором (29), который выполнен с возможностью определения управляющего воздействия на основе принятой измеряемой величины и ее отклонения от задающего воздействия, отличающееся тем, что в качестве сенсорного датчика (21, 23, 25, 27, 35, 37) имеется сенсорный датчик (25), который выполнен с возможностью определения временного изменения по меньшей мере одного переменного давления на фланце горелки (13).

41. Устройство по п.40, отличающееся тем, что в качестве сенсорного датчика предусмотрен сенсорный датчик (23) для определения ускорения камеры сгорания.

42. Устройство по п.40, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) блок измерения эмиссии (27).

43. Устройство по п.41, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) блок измерения эмиссии (27).

44. Устройство по п.40, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) сенсорный датчик (21, 23, 25, 27, 35, 37) для определения абсолютного значения по меньшей мере одного параметра камеры сгорания.

45. Устройство по п.41, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) сенсорный датчик (21, 23, 25, 27, 35, 37) для определения абсолютного значения по меньшей мере одного параметра камеры сгорания.

46. Устройство по п.42, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) сенсорный датчик (21, 23, 25, 27, 35, 37) для определения абсолютного значения по меньшей мере одного параметра камеры сгорания.

47. Устройство по п.43, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один соединенный с регулятором (29) сенсорный датчик (21, 23, 25, 27, 35, 37) для определения абсолютного значения по меньшей мере одного параметра камеры сгорания.

48. Устройство по п.40, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

49. Устройство по п.41, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

50. Устройство по п.42, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

51. Устройство по п.43, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

52. Устройство по п.44, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

53. Устройство по п.45, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

54. Устройство по п.46, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

55. Устройство по п.47, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен по меньшей мере один топливный клапан (31) для воздействия на подводимый для сжигания в камере сгорания (12) поток массы топлива.

56. Устройство по п.40, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

57. Устройство по п.41, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

58. Устройство по п.42, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

59. Устройство по п.43, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

60. Устройство по п.44, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

61. Устройство по п.45, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

62. Устройство по п.46, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

63. Устройство по п.47, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

64. Устройство по п.48, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

65. Устройство по п.49, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

66. Устройство по п.50, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

67. Устройство по п.51, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

68. Устройство по п.52, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

69. Устройство по п.53, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

70. Устройство по п.54, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

71. Устройство по п.55, отличающееся тем, что в качестве исполнительного органа предусмотрен венец направляющих лопаток компрессора (32).

72. Устройство по одному из пп.40-71, отличающееся тем, что регулятор (29) содержит идею регулирования, основанную на нечеткой логике.

73. Устройство по одному из пп.40-71, отличающееся тем, что регулятор (29) содержит идею регулирования, основанную на нейронной сети.

74. Устройство по одному из пп.40-71, отличающееся тем, что регулятор (29) содержит идею регулирования, основанную на постоянном законе регулирования.

75. Устройство по одному из пп.40-71, отличающееся тем, что по меньшей мере один сенсорный датчик (21, 23, 25) выполнен для определения осциллирующей измеряемой величины.

76. Устройство по п.72, отличающееся тем, что по меньшей мере один сенсорный датчик (21, 23, 25) выполнен для определения осциллирующей измеряемой величины.

77. Устройство по п.73, отличающееся тем, что по меньшей мере один сенсорный датчик (21, 23, 25) выполнен для определения осциллирующей измеряемой величины.

78. Устройство по п.74, отличающееся тем, что по меньшей мере один сенсорный датчик (21, 23, 25) выполнен для определения осциллирующей измеряемой величины.

79. Устройство по п.75, отличающееся тем, что содержит блок преобразования Фурье (33), выполненный с возможностью быстрого преобразования Фурье, и/или вычислительный блок для определения усредненных автокорреляций.

80. Устройство по п.76, отличающееся тем, что содержит блок преобразования Фурье (33), выполненный с возможностью быстрого преобразования Фурье, и/или вычислительный блок для определения усредненных автокорреляций.

81. Устройство по п.77, отличающееся тем, что содержит блок преобразования Фурье (33), выполненный с возможностью быстрого преобразования Фурье, и/или вычислительный блок для определения усредненных автокорреляций.

82. Устройство по п.78, отличающееся тем, что содержит блок преобразования Фурье (33), выполненный с возможностью быстрого преобразования Фурье, и/или вычислительный блок для определения усредненных автокорреляций.