СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2016 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к способу регулирования газовой турбины, причем величина измерительного сигнала измеряется в разные моменты времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент времени и второй момент времени, причем первый момент времени предшествует второму моменту времени, и из величин измерительного сигнала генерируются величины демпфированного сигнала, подвергая величины измерительного сигнала сглаживанию коэффициентом демпфирования.

Газовая турбина является турбомашиной, которая обычно включает в себя компрессор, турбину и узел камеры сгорания. Воздух окружающей среды, который всасывается в компрессор, в компрессоре сжимается, а затем сжатый воздух подается в узел камеры сгорания. В узле камеры сгорания находится, по меньшей мере, одна камера сгорания в большинстве случаев с несколькими горелками, к которым подается сжатый воздух. Наряду со сжатым воздухом к горелкам подается, кроме того, топливо, которое смешивается с воздухом и сжигается. Образующиеся при этом горячие рабочие газы подаются в турбину, где они расширяются и охлаждаются, вращая при этом турбину. Таким способом тепловая энергия преобразуется в механическую работу, которая, с одной стороны, используется для привода компрессора, а с другой стороны, для привода потребляющего устройства, например генератора для выработки электрического тока.

Необходимо добиться того, чтобы в процессе горения пламя в камере сгорания было ровным. Нестабильности пламени проявляются, в частности, по причине резонансных колебаний горения в рабочем газе и могут, с одной стороны, приводить к увеличенному выбросу вредных веществ, а с другой стороны, вызывать колебания и вибрации камеры сгорания, которые уменьшают срок службы камеры сгорания и сокращают периоды времени между техническими обслуживаниями.

Стабильность горения в газовых турбинах и других топочных установках оценивается, как правило, по сильно изменяющимся во времени измерительным сигналам. Это могут быть, например, измерительные сигналы, являющиеся результатом измерения амплитуды ускорения или амплитуды давления. Чтобы подавить нежелательные высокочастотные компоненты, измерительные сигналы обычно демпфируются. Однако через определенные промежутки времени то и дело появляются пики на вертикальном профиле измерения. Это можно назвать также профилем «штакетникового забора». Между пиками высота падает до совершенно не критического значения. Отдельный пик также не является еще критическим. Однако если пики повторяются, или возрастает высота пиков, или при следовании друг за другом пики становятся все более частыми, то это указывает на начинающуюся нестабильность.

До сих пор для регулирования обычно используются так называемые сигналы равновесных максимумов, называемые также сигналами «удержания пиков». При этом для заранее определенного периода времени в качестве величины сигнала передается только максимально проявляющийся уровень. Этот сигнал, однако, не несет никакой информации о частоте повторения пиков. Если промежуток времени является большим, то регулированию передается критический, высокий показатель амплитуды, если бы даже при определенных обстоятельствах был один, неопасный пик. Если промежуток времени настолько маленький, что в расчете на каждый промежуток времени можно ожидать максимум один пик на наибольших сильных и слабых сигналах, чередующихся в быстрой последовательности, что приводит к неспокойному и часто очень неэффективному регулированию.

Задача изобретения состоит в создании способа регулирования газовой турбины, который предотвращает проявление выше описанных недостатков.

В соответствии с изобретением эта задача решается посредством способа регулирования газовой турбины, в котором величины измерительного сигнала измеряются в разные моменты времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент времени и во второй момент времени. При этом первый момент времени предшествует второму моменту времени. Величины демпфированного сигнала генерируются из величин измерительного сигнала таким образом, что измеренные величины измерительного сигнала подвергаются сглаживанию коэффициентом демпфирования. В зависимости от разницы между величиной измерительного сигнала во второй момент времени и величиной демпфированного сигнала в первый момент времени используется разный коэффициент демпфирования. При этом генерируются величины сигнала, которые учитывают как уровень амплитуд, так и частоту повторения пиков. Благодаря этому возможно эффективное регулирование. Сглаживание является экспоненциальным сглаживанием. Это позволяет особенно эффективно сглаживать величины временных рядов, которым не свойственна определенная систематизация.

Обеспечивающие преимущества развития изобретения изложены в зависимых пунктах.

Величина демпфирующего сигнала с получением преимущества определена путем суммирования двух произведений, первое из которых является результатом перемножения коэффициента демпфирования и измеренной во второй момент времени величиной измерительного сигнала, а второе произведение является результатом перемножения величины разницы между единицей и коэффициентом демпфирования с величиной демпфированного сигнала в первый момент времени. Реализовать это очень просто.

В особенно предпочтительном варианте осуществления используется более высокий коэффициент демпфирования (= слабое демпфирование), если измеренная во второй момент времени величина измерительного сигнала больше или равна величине демпфированного сигнала в первый момент времени, чем когда измеренная во второй момент времени величина измерительного сигнала меньше величины демпфированного сигнала в первый момент времени.

Подъем внезапно появляющегося пика обуславливает, следовательно, слабое демпфирование, другими словами, коэффициент демпфирования является высоким, поэтому величины демпфированного сигнала во время подъема пика возрастают быстро. При падении пика вызывается переключение на сильное демпфирование, другими словами, коэффициент демпфирования является низким. Величины демпфированного сигнала уменьшаются поэтому теперь медленно.

Другие признаки, свойства и преимущества настоящего изобретения видны из ниже следующего описания одного из вариантов осуществления со ссылками на приложенную фигуру.

Фигура показывает диаграмму, на которой измерительный сигнал, соответствующая уровню техники величина демпфированного сигнала, а также соответствующая изобретению величина демпфирующего сигнала нанесены по времени t.

Фигура показывает кривую 1 с величинами измерительного сигнала, которые нанесены по времени t. Профиль 1 измерительного сигнала имеет пики 4, которые сначала появляются примерно каждые две - три секунды. Величины измерительного сигнала больше примерно 2,0 как раз здесь оценены как критические. Если частота повторений этих пиков 4 соответственно высокая, то должно произойти корректирующее действие. Между временем t=14 и временем t=19 количество пиков возрастает. Ко времени t=19 было вызвано изменение режима работы. Кривая 1 с величинами измерительного сигнала имеет далее довольно спокойный профиль.

На кривой 2 из величин измерительного сигнала кривой 1 генерированы величины демпфированного сигнала в соответствии с уровнем техники, которые нанесены по времени t. Путем демпфирования в соответствии с уровнем техники устраняются высокочастотные компоненты. Кривая 2, однако, между пиками 4 продолжает резко падать. Для демпфированных в соответствии с уровнем техники величин сигнала на кривой 2, однако, нельзя еще привести ни одного значения, которое однозначно решает вопрос критичности и не критичности: величины от 0,95 до 1,15 появляются как в критической фазе до времени t=19, так и в не критической фазе после этого. Эффективное регулирование, следовательно, невозможно.

Кривая 3 построена с использованием соответствующего изобретению способа. В данном случае величины измерительного сигнала M_n1, M_n2 измерены в разные моменты времени n1, n2, а именно, по меньшей мере, в первый момент n1 времени и во второй момент n2 времени, причем первый момент n1 времени предшествует второму моменту n2 времени. Измеренные величины M_n1 и M_n2 измерительного сигнала подвергаются экспоненциальному сглаживанию с использованием коэффициента λ демпфирования. Это позволяет генерировать величины S_n1 и S_n2 сигнала. В данном случае более высокий коэффициент λ демпфирования применяется, если измеренная во второй момент n2 времени величина M_n2 измерительного сигнала больше или равна величине S_n1 демпфированного сигнала в первый момент n1 времени, чем если измеренная во второй момент n2 времени величина M_n2 измерительного сигнала меньше величины S_n1 демпфированного сигнала в первый момент n1 времени.

Это экспоненциальное сглаживание задается следующей формулой:

S_n2=λ_x·M_n2+(1-λ_x)·S_n1, где х=1 или х=2,

в которой:

х=2, если M_n2≥S_n1,

х=1, если M_n2<S_n1,

где λ₂>λ₁,

в которой λ_x, х=1 или х=2, является коэффициентом демпфирования, M_n2 - измеренной величиной измерительного сигнала в момент n2 времени, M_n1 - измеренной величиной измерительного сигнала в момент n1 времени, S_n1 - величиной демпфированного сигнала в момент n1 времени и S_n2 - величиной демпфированного сигнала в момент n2 времени.

В величинах демпфированного сигнала согласно изобретению в варианте осуществления были выбраны, например, λ₂=0,3 и λ₁=0,05. После пика 4 на кривой 3 демпфированная согласно изобретению величина сигнала уменьшается значительно медленнее, чем это происходит с величиной сигнала на кривой 2, которая демпфирована согласно методу уровня техники. Это приводит к тому, что в хронологически более позднем пике 4 величина демпфированного сигнала согласно изобретению достигает более высоких значений, чем величина демпфированного сигнала в соответствии с уровнем техники. Для целей регулирования это является часто желательным эффектом. Между временем t=14 и временем t=19 частота пиков 4 возрастает. Здесь можно видеть, что демпфированные в соответствии с изобретением величины сигнала в этом очень критическом промежутке времени остаются выше 1,5, в то время как величины демпфированного сигнала в соответствии с уровнем техники на кривой 2 снова упали почти до 1,0. Величины демпфированного сигнала в соответствии с изобретением, напротив, в критическое время между t=0 и t=19 никогда не падают ниже 1,3 и никогда не возрастают в последующем в некритическое время выше 1,16. Внезапно появляющийся пик 4 своей крутизной обуславливает поэтому слабое демпфирование, то есть коэффициент λ демпфирования является высоким и величины демпфированного сигнала во время роста пика поэтому быстро увеличиваются. При спаде пика 4 вызывается переключение на сильное демпфирование, то есть коэффициент λ демпфирования является низким. Величины демпфированного сигнала уменьшаются теперь поэтому медленно. Соответствующим изобретению методом может, следовательно, осуществляться эффективное регулирование газовой турбины, которое не только быстро реагирует на пик (путем переключения на слабое демпфирование), но и оценивает более критическим быстрое следование пиков друг за другом, чем одиночные пики.

Изобретение описывает способ регулирования газовой турбины, причем величины (M_n1, M_n2) измерительного сигнала измеряются в разные моменты времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент (n1) времени и во второй момент (n2) времени, причем первый момент (n1) времени предшествует второму моменту (n2) времени и причем демпфированные величины (S_n1, S_n2) сигнала генерируются из измеренных величин (M_n1, M_n2) измерительного сигнала, подвергая измеренные величины (M_n1, M_n2) измерительного сигнала сглаживанию с использованием коэффициента (λ) демпфирования, причем в зависимости от разницы между величиной (M_n2) измерительного сигнала во второй момент времени (n2) и демпфированной величиной (S_n1) сигнала в первый момент (n1) времени для регулирования используется неодинаковый коэффициент (λ) демпфирования. Технический результат изобретения - повышение эффективности регулирования газовой турбины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования газовой турбины, в котором величины (M_n1, M_n2) измерительного сигнала измеряют в разные моменты (n1, n2) времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент (n1) времени и во второй момент (n2) времени, в котором первый момент (n1) времени предшествует второму моменту (n2) времени и в котором величины (S_n1, S_n2) демпфированного сигнала генерируют из измеренных величин (M_n1, M_n2) измерительного сигнала таким образом, что измеренные величины (M_n1, M_n2) измерительного сигнала подвергают сглаживанию коэффициентом (λ) демпфирования, причем сглаживание является экспоненциальным сглаживанием, отличающийся тем, что
- в зависимости от рассогласования величины (M_n2) измерительного сигнала во второй момент времени (n2) и величины (S_n1) демпфированного сигнала в первый момент (n1) времени регулирование осуществляют с различным коэффициентом (λ) демпфирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величина (S_n2) демпфированного сигнала является суммой двух произведений (Р1) и (Р2), причем первое произведение (Р1) является результатом перемножения коэффициента (λ) демпфирования и измеренной во второй момент (n2) времени величины (M_n2) измерительного сигнала, а второе произведение (Р2) является результатом перемножения величины разницы между единицей и коэффициентом (λ) демпфирования и величины (S_n1) демпфированного сигнала в первый момент времени (n1).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что более высокий коэффициент (λ) демпфирования используют, если измеренная во второй момент (n2) времени величина измерительного сигнала (M_n2) больше или равна величине (S_n1) демпфированного сигнала в первый момент (n1) времени, чем если измеренная во второй момент (n2) времени величина (M_n2) измерительного сигнала меньше величины (S_n1) демпфированного сигнала в первый момент (n1) времени.