СИСТЕМА ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕГО ЧИСТКИ Российский патент 2017 года по МПК F02C7/30 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к турбинам, например к турбинам, применяемым для производства электроэнергии, и, в частности, к способам, системам и устройству для чистки турбин.

[0002] В турбинах, например, применяемых для производства электроэнергии, может использоваться множество различных типов топлива, например природный или синтетический газ, а также распыленные жидкие топлива различного веса и вязкости. Независимо от конкретного применяемого топлива лопатки и другие конструкции в турбине со временем страдают от накопления отложений различных нагаров, являющихся побочными продуктами процесса горения. Накопление отложений приводит к уменьшению коэффициента полезного действия турбины и может ухудшать характеристики компонентов турбины.

[0003] Мероприятия, служащие для решения проблем с накоплением отложений побочных продуктов горения, включают периодическую промывку турбины. Существующие способы промывки включают впрыскивание воды и/или чистящих средств в осевом направлении в коллектор турбины через заранее заданную систему сопел при вращении турбины с относительно невысокой скоростью. Однако подобные существующие способы дают эффективную очистку только приблизительно до седьмой ступени секции компрессора турбины. Часто вода и/или чистящие средства теряют свои свойства или испаряются до того, как они достигнут более дальних ступеней. При этом подобные способы, используемые на существующем уровне техники, могут приводить лишь к перемещению материала накопленных отложений или частиц в более высокие (расположенные ниже по потоку) ступени турбины. Кроме того, эффективность очистки может снижаться из-за засорения сопел. Также, специальные сопла могут засоряться, что ведет к нежелательным изменениям формы струи и потере эффективности.

[0004] Другие существующие способы чистки турбин включают увеличение продолжительности и/или частоты проведения чистки, увеличение соотношения чистящего средства и воды, замену типа используемого чистящего средства, применение чистящих средств на основе пены (которые лучше распространяются в труднодоступные участки и в более дальние ступени турбины), и/или реализацию регламента периодической ручной чистки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В одном из аспектов настоящего изобретения предложена система турбинного двигателя. Система турбинного двигателя включает турбинный двигатель, содержащий секцию компрессора, секцию турбины, трубопровод отбора воздуха секции компрессора и трубопровод отбора воздуха секции турбины. Упомянутая система турбинного двигателя включает также трубопровод подачи воды, связанный по потоку с источником воды. Упомянутая система турбинного двигателя включает также трубопровод подачи чистящего средства, связанный по потоку по меньшей мере с одним источником чистящего средства. Упомянутая система турбинного двигателя включает также смесительную камеру, связанную по потоку с упомянутым трубопроводом подачи воды и упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства, при этом упомянутая смесительная камера конфигурирована для приема воды из упомянутого трубопровода подачи воды и приема по меньшей мере одного чистящего средства из упомянутого трубопровода подачи чистящего средства, а также для формирования чистящей смеси. Упомянутая система турбинного двигателя включает также трубопровод подачи чистящей смеси, связанный по потоку с упомянутой смесительной камерой, при этом упомянутый трубопровод подачи чистящей смеси связан по потоку с упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси либо в упомянутую секцию компрессора, либо в упомянутую секцию турбины. Упомянутая система турбинного двигателя включает также по меньшей мере один насос, связанный по потоку по меньшей мере с одним из следующего: упомянутым трубопроводом подачи воды, упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства и упомянутым трубопроводом подачи чистящей смеси. Упомянутая система турбинного двигателя включает также систему управления, имеющую соединение с упомянутым трубопроводом подачи воды, упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства, упомянутым трубопроводом подачи чистящей смеси и упомянутым по меньшей мере одним насосом, при этом упомянутая система управления конфигурирована для регулирования потока воды, чистящего средства и чистящей смеси через упомянутые трубопровод подачи воды, трубопровод подачи чистящего средства и трубопровод подачи чистящей смеси соответственно.

[0006] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ чистки турбинного двигателя, имеющего секцию компрессора, секцию турбины, трубопровод отбора воздуха секции компрессора и трубопровод отбора воздуха секции турбины. Упомянутый способ включает присоединение трубопровода подачи воды, обеспечивающее связь по потоку с источником воды. Упомянутый способ включает также присоединение трубопровода подачи чистящего средства, обеспечивающее связь по потоку по меньшей мере с одним источником чистящего средства. Упомянутый способ включает также присоединение смесительной камеры, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым трубопроводом подачи воды и упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства, при этом упомянутая смесительная камера конфигурирована для приема воды из упомянутого трубопровода подачи воды и приема по меньшей мере одного чистящего средства из упомянутого трубопровода подачи чистящего средства, и для формирования чистящей смеси. Упомянутый способ включает также присоединение трубопровода подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутой смесительной камерой. Способ включает также присоединение упомянутого трубопровода подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси либо в упомянутую секцию компрессора, либо в упомянутую секцию турбины. Упомянутый способ включает также присоединение системы управления к упомянутому трубопроводу подачи воды, упомянутому трубопроводу подачи чистящего средства, упомянутому трубопроводу подачи чистящей смеси для регулирования потока воды, чистящего средства и чистящей смеси через упомянутые трубопровод подачи воды, трубопровод подачи чистящего средства и трубопровод подачи чистящей смеси, соответственно.

[0007] В еще одном из аспектов настоящего изобретения предложена система чистки турбинного двигателя, имеющего секцию компрессора, секцию турбины, трубопровод отбора воздуха секции компрессора и трубопровод отбора воздуха секции турбины. Упомянутая система включает также трубопровод подачи воды, связанный по потоку с источником воды. Упомянутая система включает также трубопровод подачи чистящего средства, связанный по потоку по меньшей мере с одним источником чистящего средства. Упомянутая система включает также смесительную камеру, связанную по потоку с упомянутым трубопроводом подачи воды и упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства, при этом упомянутая смесительная камера конфигурирована для приема воды из упомянутого трубопровода подачи воды и приема по меньшей мере одного чистящего средства из упомянутого трубопровода подачи чистящего средства, и для формирования чистящей смеси. Упомянутая система включает также трубопровод подачи чистящей смеси, связанный по потоку с упомянутой смесительной камерой, при этом упомянутый трубопровод подачи чистящей смеси связан по потоку с упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси либо в упомянутую секцию компрессора, либо в упомянутую секцию турбины. Упомянутая система включает также по меньшей мере один насос, связанный по потоку по меньшей мере с одним из следующего: упомянутым трубопроводом подачи воды, упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства и упомянутым трубопроводом подачи чистящей смеси. Упомянутая система включает также систему управления, имеющую соединение с упомянутым трубопроводом подачи воды, упомянутым трубопроводом подачи чистящего средства, упомянутым трубопроводом подачи чистящей смеси и упомянутым по меньшей мере одним насосом, при этом упомянутая система управления конфигурирована для регулирования потока воды, чистящего средства и чистящей смеси через упомянутые трубопровод подачи воды, трубопровод подачи чистящего средства и трубопровод подачи чистящей смеси, соответственно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг.1 представляет собой вид сбоку в разрезе одного из примеров турбинного двигателя.

[0009] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение секции компрессора одного из примеров турбинного двигателя.

[0010] Фиг.3 представляет собой схематическое изображение одного из примеров систем трубопроводов для подачи воды и/или чистящих средств в турбинный двигатель.

[0011] Фиг.4 представляет собой еще одно схематическое изображение одного из примеров систем трубопроводов, включающих компоненты управления, для подачи воды и/или чистящих средств в турбинный двигатель.

[0005] Фиг.5 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую стадию предварительной подготовки в одном из примеров процедуры промывки турбины.

[0013] Фиг.6 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую первую часть одного из примеров процедуры промывки турбины.

[0014] Фиг.7 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую вторую часть одного из примеров процедуры промывки турбины.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] На фиг.1 показано схематическое изображение одного из примеров газотурбинного двигателя 100. Двигатель 100 включает секцию 102 компрессора и узел 104 камер сгорания. Также двигатель 100 включает секцию 108 турбины и общий вал 110 компрессора/турбины (который иногда называют ротором 110).

[0016] При работе двигателя воздух проходит через секцию компрессора 102, в результате чего в узел 104 камер сгорания поступает сжатый воздух. Топливо направляют в область и/или зону горения (не показана на чертеже), формирующуюся в узле 104 камер сгорания, где топливо смешивают с воздухом и поджигают. Газообразные продукты сгорания направляют в секцию 108 турбины, где тепловая энергия газового потока преобразуется в механическую энергию вращения. Секция 108 турбины связана с валом 110. При этом следует понимать, что термин «текучая среда» в настоящем описании охватывает любую среду или вещество, которое является текучим, включая, не ограничиваясь перечисленным, газ и воздух.

[0017] На фиг.2 показано схематическое изображение секции компрессора одного из примеров турбинного двигателя 100. Двигатель 100 включает также коллектор 112 компрессора, направляющие входные лопатки 114 и лопатки 116 статора компрессора. Как уже упоминалось, существующие способы промывки включают установку 118 сопел промывочной воды (не показаны на чертеже) таким образом, чтобы промывочная вода проходила через компрессор 102 по практически совпадающему с центральной осью пути 120. Существующие способы промывки, как правило, обеспечивают эффективную сквозную чистку лишь первых семи (или менее) ступеней 122 компрессора 102, при этом более дальние ступени не получают соответствующей чистки. Входные точки 126, 128 обозначают точки ввода воды и/или чистящих веществ в одном из примеров осуществления рассмотренных в настоящем описании способа, системы и устройства, при этом они расположены, соответственно, в девятой (9-й) и тринадцатой (13-й) ступенях компрессора 102.

[0018] На фиг.3 показано схематическое изображение примера системы 130 промывки турбинного двигателя 100, включающей трубопровод 132 для подачи воды и/или чистящих средств в турбину. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения система 130 промывки конфигурирована для промывки турбины 100 в автономном режиме (не сжигает топливо или не обеспечивает выходную мощность). Для применения системы 130 промывки турбину 100 присоединяют к валоповоротному механизму и приводному двигателю (не показаны на чертеже). При этом турбине 100 дают остыть до тех пор, пока внутренний объем и поверхности не будут достаточно охлаждены (например, на уровне 145°F (около 63°С) или ниже), чтобы вода или чистящая смесь, вводимая в турбину 100, не вызывала резких колебаний температуры металла внутри турбины и связанной с ними деформации ползучести, или механической или структурной деформации материла. В дополнение, в одном из примеров осуществления настоящего изобретения система 190 управления (показана на фиг.4) может быть запрограммирована таким образом, чтобы оператор не имел возможности изменять соотношение воды и чистящего средства, времени циклов для последовательностей промывки или порядок шагов в циклах промывки или ополаскивания. Предпочтительно, эти аспекты способа промывки должны выбираться изготовителем турбины, чтобы они отвечали техническим характеристикам и конфигурации промываемой турбины, что может без затруднений быть реализовано любым специалистом в данной области техники, имеющим настоящее описание.

[0019] В данном примере системы 130 промывки трубопровод 132 подачи воды/чистящего средства соединен с существующим трубопроводом 138, 140 охлаждения турбины (как правило, во второй и третьей ступенях турбины), который обычно уже присутствует в конструкциях турбин на существующем уровне техники. Описанные выше дополнительные системы трубопроводов в примере системы 103 промывки применяются в сочетании с соплами коллектора (не показаны на чертеже), или как их альтернатива, в соответствии с предшествующим описанием.

[0020] Подводящий трубопровод 132 включает трубопровод 142 подачи воды, соединенный с источником 144 воды (предпочтительно, дистиллированной воды), а также трубопровод 146 подачи чистящего средства, соединенный с источником, или источниками, 148 чистящего средства, со вспомогательной клапанной системой (не показана на чертеже), обеспечивающей возможность выбора между различными источниками чистящего средства, например, для чистки секции 102 компрессора в отличие от секции 108 турбины. Для применений, в которых в качестве топлива турбины 100 применяют тяжелую нефть, в это топливо обычно добавляют ингибитор на основе ванадия, препятствующий коррозии и формированию отложений, который при этом способен образовать окалину в турбине 100 во время ее работы. Подводящий трубопровод 132 системы 130 может опционально включать трубопровод 150 подачи сульфата магния, соединенный с источником 152 водного раствора сульфата магния. Сульфат магния помогает предотвратить образование окалины вследствие применения ванадия, появляющейся при использовании топлив из сырой или тяжелой нефти. Каждый из трубопроводов: трубопровод 142 подачи воды, трубопровод 146 подачи чистящего средства и трубопровод 150 подачи сульфата магния - включает насос 153, имеющий двигатель 154, а также клапаны 156, 158 и контуры 160 обратного потока.

[0021] Трубопровод 142 подачи воды, трубопровод 146 подачи чистящего средства и опциональный трубопровод 150 подачи сульфата магния (если он присутствует) ведут в смесительную камеру 162, при этом вода формирует основное течение, а чистящее средство и сульфат магния формирует вторичные течения, направляемые в упомянутое основное течение воды для обеспечения тщательного перемешивания. Из смесительной камеры 162 комбинированную чистящую смесь (не показана на чертеже) направляют в патрубок 164 подачи чистящей смеси, управляющий выходным потоком из смесительной камеры 162. Патрубок 164 включает взаимосвязанные клапаны 166, 168, которые в одном из примеров осуществления настоящего изобретения управляются таким образом, что в любой момент времени только один из клапанов 166, 168 может быть открытым (хотя оба клапана 166, 168 могут быть закрыты одновременно). В альтернативном примере осуществления настоящего изобретения управление клапанами 166, 168 могут осуществляться отдельно и независимо.

[0022] Из патрубка 164 ответвительная труба 170 подачи чистящей смеси подает чистящую смесь в коллектор 112 турбины 100 (когда соответствующие клапаны конфигурированы подходящим образом). Аналогично, линия 172 подачи чистящей смеси ведет к трехходовому клапану 174, который в свою очередь ведет к ответвительным трубам 176, 178, предназначенным для подачи чистящей смеси, предпочтительно, одновременно, в трубопровод 134 отбора воздуха девятой ступени компрессора и трубопровод 136 отбора воздуха тринадцатой ступени компрессора, соответственно. Обе ответвительные трубы 176 и 178 снабжены быстроразъемными соединениями 180, которые устанавливают в случае применения специализированных чистящих средств. Трубопровод 182 подачи чистящей смеси проходит от патрубка 164 к трехходовому клапану 184 и в ответвительные трубы 186, 188 чистящей смеси для подачи чистящей смеси, предпочтительно, одновременно, в трубопровод 138 охлаждения второй ступени турбины, и в трубопровод 140 охлаждения третьей ступени турбины соответственно. Аналогично, ответвительные трубопроводы снабжены быстроразъемными соединениями 180, также, для применения при использовании специализированных чистящих средств.

[0023] На фиг.4 показано схематическое изображение примера системы 130 промывки, включающей компоненты управления. Система 130 промывки включает те же самые системы трубопроводов, что и системы, показанные на фиг.3, при этом, соответственно, аналогичные компоненты, выполняющие те же функции, что и в системе 130 фиг.3, снабжены аналогичными числовыми обозначениями. Система 130 промывки дополнительно включает датчики 192, 194 и 196 двигателей, регистрирующие работу насосов 153, расположенных в трубопроводе 146 подачи чистящего средства, трубопроводе 142 подачи воды и опциональном трубопроводе 150 подачи сульфата магния, соответственно. Система 190 управления дополнительно включает датчик 200 уровня чистящего средства, датчик 202 уровня сульфата магния, датчик 204 давления чистящего средства, датчик 206 давления воды, датчик 208 давления сульфата магния, датчик 210 давления выходного потока чистящей смеси, датчик 212 давления компрессора (регистрирующий давление в секции 102 компрессора турбины 100), датчик 214 давления турбины (регистрирующий давление в секции 108 турбины), датчик 216 давления на впуске (регистрирующий давление в ответвительной трубе 170 коллектора 112), которые регистрируют различные параметры, связанные с работой турбинного двигателя, а также датчики 218 и 200 положения клапанов, связанные, соответственно, с трехходовыми клапанами 174, 184. Система 190 управления включает также датчики 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238 и 240 потока, каждый из которых конфигурирован для измерения скорости потока воды, чистящего средства, сульфата магния или чистящей смеси, протекающих (или не протекающих) через соответствующие трубопроводы.

[0024] В одном из примеров осуществления настоящего изобретения система 190 осуществляет связь, по линиям 198 связи, с различными рассмотренными в настоящем описании датчиками давления, потока и положения, а также осуществляет связь с приводными механизмами (не показаны на чертеже), которые введены в состав системы для запуска, остановки или регулирования частоты вращения двигателей 154, а также для открывания, закрывания или регулирования положения клапанов 156, 158, 166, 168, 174 и 184 так, как необходимо для выполнения операций системы 130 промывки в соответствии с настоящим описанием. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения линии 198 связи обеспечивают удаленную передачу сигналов данных в систему 190 управления и из нее в соответствии с любым протоколом проводной или беспроводной связи, которые известны специалистам в данной области техники, руководствующимся содержанием настоящего описания. Эти сигналы данных могут включать, не ограничиваясь перечисленным, сигналы, указывающие на рабочие условия различных датчиков и передаваемые в систему 190 управления, и/или различные командные сигналы, передаваемые системой 190 управления в датчики, проиллюстрированные на фиг.4 и описанные в настоящем документе.

[0025] Система 190 управления может представлять собой компьютерную систему, включающую панель управления / дисплей 242, контроллер 244 и по меньшей мере один процессор 246. Система управления 190 исполняет программы для управления работой системы 130 промывки с использованием входных данных от датчиков и инструкций от операторов. В панели управления / дисплее 242 обеспечена функциональность пользовательского ввода, при этом панель управления / дисплей 242 служит в качестве устройства для выбора пользовательского ввода, а также в качестве устройства отображения рабочих условий различных компонентов системы 130 промывки. К примеру, панель управления / дисплей 242 может предоставлять информацию и/или обеспечивать возможность ввода оператором инструкций, касающихся: состояния и положения взаимосвязанных управляющих клапанов 166 и 168; состояния уровня чистящего средства; состояния уровня сульфата магния; рабочего состояния двигателей 154 насосов при помощи датчиков 192 двигателей; проводимости отработанной чистящей смеси, выпускаемой из турбины 100; датчиков 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238 и 240 потока; трехходовых клапанов 174, 184; датчика 210 давления выходного потока чистящей смеси; двигателей 154; температуры во внутреннем объеме / проточной части турбины 100; а также различных отсчитываемых интервалов времени, например, времени после останова системы 130 промывки. В данном примере осуществления настоящего изобретения панель управления / дисплей 242 может быть конфигурирован для выборочного выполнения своих функций в ответ на контакт с пользователем с использованием нажатия. Панель управления / дисплей 242 может при этом включать клавиатуру, функционирующую известным образом. Таким образом, пользователь может работать с необходимыми функциями, обеспечиваемыми системой 190 управления, при помощи касания поверхности панели управления / дисплея 242. Команды, формируемые системой 190 управления, обеспечивают контроль работы системы 130 промывки описанными выше датчиками, а также активирование дополнительных настроек управления в системе 130 промывки.

[0026] Каждый из упомянутых датчиков давления, положения и потока системы 190 управления соответствующим образом конфигурирован для предоставления отсчетов соответствующих регистрируемых им значений на панели 242 управления, которая в свою очередь связана с соответствующим контроллером 244, включающим один или более процессоров 246 управления.

[0027] В настоящем документе термин «процессор» не ограничен исключительно интегральными схемами, которые в данной области техники называют «компьютерами», но используется в широком смысле и относится к микроконтроллерам, микроЭВМ, программируемым логическим контроллерам (programmable logic controller, PLC), заказным интегральным схемам и другим программируемым схемам, причем эти термины в настоящем документе используются взаимозаменяемо. В описанных в данном документе вариантах осуществления настоящего изобретения память может включать, не ограничиваясь перечисленным, машиночитаемый носитель, например, память с произвольным доступом (random access memory, RAM) и машиночитаемую энергонезависимую память, к примеру, флэш-память. Альтернативно могут применяться гибкие диски, память «только для чтения» на компакт дисках (compact disc - read only memory, CD-ROM) магнитооптические диски (magneto-optical disk, MOD), и/или цифровые универсальные диски (digital versatile disc, DVD). Также, в описанных в настоящем документе вариантах осуществления изобретения могут присутствовать дополнительные каналы ввода, включающие, не ограничиваясь перечисленным, компьютерные периферийные устройства, связанные с интерфейсом оператора, например, мышь и клавиатура. Альтернативно могут применяться другие компьютерные периферийные устройства, например, не ограничиваясь перечисленным, сканер. При этом в данном примере осуществления настоящего изобретения дополнительные каналы вывода могут включать, не ограничиваясь перечисленным, монитор интерфейса оператора.

[0028] Фиг.5 представляет собой блок-схему алгоритма этапа 300 предварительной подготовки в примере способа промывки турбины 100. Этап 300 подготовки включает инициирование (шаг 302) процедуры промывки вследствие выдачи инструкции на запуск при помощи панели управления / дисплея 242. Система 190 управления определяет (шаг 204), вращается ли турбина 100 с заранее заданной частотой вращения (например, около 3-6 об/мин, которую также называют частотой вращения «валоповоротного механизма») для обеспечения чистящего воздействия вводимой чистящей смеси. Если система 190 определяет, что турбина 100 не вращается с корректной скоростью вращения, то система 190 управления приводит в действие (шаг 306) сигнализацию (и/или зажигает предупреждающий светосигнализатор, и/или приводит в действие любое другое подходящее предупреждающее устройство). Если система 190 управления определяет, что турбина 100 вращается с подходящей скоростью, то после этого система 190 управления определяет, имеет ли внутренний объем / проточная часть турбины 100 походящую температуру (в одном из примеров осуществления настоящего изобретения она, предпочтительно, не превышает 145°F (около 63°C)). Температура внутри турбины 100 должна поддерживаться ниже температуры, способной негативно повлиять на эффективность чистящей смеси, а также на целостность и характеристики металлических деталей. Если система 190 управления определяет, что температура внутри турбины 100 превышает заранее заданное значение, то система 190 управления приводит в действие (шаг 310) сигнализацию (и/или зажигает предупреждающий светосигнализатор, и/или приводит в действие любое другое подходящее предупреждающее устройство). Если система 190 управления определяет, что температура внутри турбина находится в заранее заданных границах, то система 190 позволяет оператору запустить (шаг 312) команду «Промывка» ("Wash") на панели управления / дисплее 242. Затем система 190 управления отображает (шаг 314) на панели управления / дисплее 242 приглашение, или приглашения, позволяющие оператору выбрать независимую промывку только одной из секций - секции 102 компрессора или секции турбины 108, или выбрать совместную промывку. Если оператор выбирает независимую промывку, то система 190 выдает (шаг 316) оператору приглашение для выбора промывки (шаг 318) секции 102 компрессора или промывки (шаг 320) секции 108 турбины. Если оператор выбирает (шаг 316) совместную промывку, то система 190 управления выдает (шаг 322) оператору приглашение для выбора порядка промывки для упомянутой совместной промывки.

[0029] Фиг.6 представляет собой блок-схему алгоритма с иллюстрацией первой части 402 примера процедуры 400 промывки турбины. После выбора (шаг 404) оператором секции 102 компрессора или секции 108 турбины для промывки, система 190 управления определяет (шаг 406) находится ли уровень чистящего средства на уровне, не меньшем, чем заранее заданный уровень, считающийся достаточным для цикла промывки. Если достаточное количество чистящего средства отсутствует, система 190 управления приводит в действие (шаг 408) сигнализацию (и/или зажигает предупреждающий светосигнализатор, и/или приводит в действие любое другое подходящее предупреждающее устройство). После приведения в действие (шаг 408) сигнализации система 190 останавливает (шаг 410) первую часть 402 процедуры 400 промывки турбины либо автоматически, либо после ввода оператором команды (например, при помощи прикосновения к панели управления / дисплею 242) для обеспечения увеличения или восполнения уровня чистящего средства. Если система 190 управления определяет (шаг 406), что уровень чистящего средства соответствует требуемому, то система 190 управления определяет (шаг 412), отвечает ли источник 144 дистиллированной воды предъявляемым требованиям. Если система 190 управления определяет (шаг 412), что источник 144 дистиллированной воды не соответствует требованиям, то система 190 управления приводит в действие (шаг 414) сигнализацию (и/или зажигает предупреждающий светосигнализатор, и/или приводит в действие любое другое подходящее предупреждающее устройство). Снова, система 190 останавливает (шаг 410) первую часть 402 процедуры 400 промывки турбины либо автоматически, либо после ввода команды оператором для обеспечения восполнения или восстановления источника 144 дистиллированной воды.

[0030] Если система 190 управления определяет, что источник 144 дистиллированной воды является подходящим, то система 190 управления определяет (шаг 416) положения необходимых клапанов, в соответствии с описанием и иллюстрацией фиг.3 и 4, и обеспечивает приведение в действие клапанов, необходимых для выполнения выбранной ранее процедуры 400 промывки турбины. Затем система 190 управления проверяет (шаг 418), работают ли двигатели 154 насосов 153. Если система 190 управления определяет, что двигатели 154 не работают, то система приводит в действие (шаг 420) сигнализацию или выдает сигнал, например, светосигнальную индикацию «Ожидание» ("WAIT"). В одном из примеров осуществления настоящего изобретения система 190 управления может быть конфигурирована просто для приостановки процедуры на заранее заданное время и для повторной проверки работы двигателей 154, и после обнаружения того, что двигатели работают - для возобновления процедуры. В одном из альтернативных примеров осуществления настоящего изобретения система 190 управления может обеспечивать отображение инструкции, указывающей на необходимость вмешательства оператора, например, для подтверждения того, что двигатели работают, и после подтверждения их работы оператором, оператору может выдаваться инструкция на нажатие или прикосновение к кнопке «Возобновить» ("RESUME") (это может быть физическая кнопка или экранная кнопка на дисплее 242). Если система 190 управления определяет (шаг 418), что двигатели 154 работают, то после этого система 190 управления определяет (шаг 422), находится ли давление выпуска чистящей смеси, выходящей из смесительной камеры 162, в пределах заранее заданных параметров. Если система 190 управления определяет (шаг 422), что давление выпуска чистящей смеси не находится в границах заранее заданных параметров, то система 190 управления приводит в действие (шаг 424) сигнализацию или выдает сигнал, например, светосигнальную индикацию «Ожидание» ("WAIT"). Если система 190 управления определяет, что давление выпуска чистящей смеси находится в границах заранее заданных параметров, то система 190 управления определяет (шаг 426), является ли достаточной скорость потока чистящей смеси. Если система 190 управления определяет (шаг 426), что скорость потока чистящей смеси не находится в границах заранее заданных параметров, то система 190 управления приводит в действие (шаг 428) сигнализацию или выдает сигнал, например, светосигнальную индикацию «ожидание» ("WAIT"). Если система 190 управления определяет (шаг 426), что скорость потока чистящей смеси находится в границах заранее заданных параметров, то система 190 управления подает (шаг 430) чистящую смесь в турбину 100 в течение заранее заданного количества времени.

[0031] Фиг.7 представляет собой блок-схему алгоритма второй части 432 примера процедуры 400 промывки турбины. После завершения (шаг 434) регулируемого по времени заполнения турбины 100 чистящей смесью система 190 управления закрывает (шаг 436) соответствующие клапаны для этого конкретного выполняемого цикла промывки и останавливает соответствующие двигатели 154 насосов. Система 190 управления проверяет (шаг 438), были ли закрыты необходимые клапаны и остановлены двигатели. Если система 190 управления определяет, что необходимые клапаны не были закрыты или двигатели не остановлены, то система 190 управления приводит в действие (шаг 440) сигнализацию или выдает сигнал, указывающий на необходимость вмешательства оператора, например, на необходимость повторного включения/выключения соответствующих клапанов или насосов. Если система 190 управления определяет (шаг 438), что необходимые клапаны были приведены в действие, а двигатели остановлены, то система 190 управления продолжает (442) перемешивание чистящей смеси при помощи вращения турбины 100 в течение заранее заданного периода времени (к примеру, пять минут) с заранее заданной частотой вращения/перемешивания, например, 100 оборотов в минуту, для удаления отложения с лопаток и лопастей компрессора. В конце этого заранее заданного периода времени система 190 управления открывает (шаг 444) спускные клапаны (не показаны на чертеже) и инициирует последовательность спуска водного раствора. Система 190 управления определяет (шаг 446), завершена ли последовательность спуска водного раствора. Если система 190 управления определяет, что последовательность спуска водного раствора не завершена, то система 190 управления приводит в действие (шаг 448) сигнализацию, давая указание на то, что требуется вмешательство оператора. Если система 190 управления определяет, что последовательность спуска водного раствора была завершена, то система 190 управления прекращает (шаг 450) подачу приводящей энергии с турбины 100, чтобы турбина 100 могла замедлиться по инерции до частоты вращения валоповоротного механизма. После того, как система 190 управления обнаруживает, что вращение турбины достигло частоты вращения валоповоротного механизма, система 190 управления инициирует (шаг 452) последовательность ополаскивания.

[0032] В течение последовательности ополаскивания система 190 управления подает дистиллированную воду из источника 144 во внутренний объем турбины 100. В альтернативном примере осуществления настоящего изобретения в ополаскивающую воду могут добавляться дополнительные агенты, улучшающие ополаскивание. Когда система 190 управления определяет (шаг 454), что в турбину 100 было введено достаточное количество ополаскивающего раствора, система 190 управления закрывает (шаг 456) необходимые клапаны и останавливает двигатели соответствующих насосов. Система 190 проверяет (шаг 458), были ли эти клапаны закрыты, а двигатели насосов остановлены. Если система 190 определяет, что клапаны не были закрыты или что двигатели не были остановлены, система 190 управления приводит в действие (шаг 460) сигнализацию или выдает сигнал, указывающий на необходимость вмешательства оператора, например, на необходимость повторного включения/выключения соответствующих клапанов или насосов. Если система 190 управления убеждается, что соответствующие клапаны были закрыты, а двигатели соответствующих насосов остановлены, то система 190 управления инициирует (шаг 462) шаг перемешивания, продолжающийся в течение заранее заданного периода времени (к примеру, пять минут) с заранее заданной частотой вращения турбины 100. После завершения цикла перемешивания заданной продолжительности система 190 управления открывает (шаг 464) спускные клапаны (не показаны на чертеже) для осушения турбины 100.

[0033] Система 190 управления при помощи датчиков (не показаны на чертеже), находящихся в условиях воздействия воды, спускаемой из турбины 100, определяет (шаг 466), является ли ополаскивающая вода достаточно чистой, что указывает на адекватное ополаскивание турбины 100. В одном из осуществления системы промывки это осуществляют при помощи измерения проводимости выпускаемой ополаскивающей воды. То есть, если проводимость ополаскивающей воды находится выше или ниже (в зависимости от применяемого чистящего средства (или средств)) заранее заданного значения, то требуется дополнительное ополаскивание. Если система 190 управления определяет, что ополаскивающая вода не является достаточно «чистой», то система 190 управления приводит в действие (шаг 468) сигнализацию, указывающую на необходимость повторного запуска последовательности ополаскивания. При этом спускаемую ополаскивающую воду фильтруют; и если обнаруживают, что осадок или материал отложений превышает определенное заранее заданное количество, то может потребоваться повторение всего цикла промывки.

[0034] Если система 190 управления на основе состояния воды после ополаскивания турбины определяет, что ополаскивание турбины 100 было удовлетворительным, то система 190 управления инициирует (шаг 470) последовательность сушки турбины, в течение которой система 190 управления открывает (шаг 472) спускные клапаны и обеспечивает вращение турбины 100 в течение заранее заданного времени с заранее заданной частотой вращения, например, 800-1200 оборотов в минуту. Во время сушки все спускные клапаны поддерживают в открытом положении для обеспечения спуска ополаскивающей воды в сливную систему (не показана на чертеже) объекта, на котором установлена турбина 100. По завершении заранее заданного времени сушки система 190 управления обеспечивает замедление турбины 100 по инерции (шаг 474) за счет съема движущей энергии с турбины 100. После того, как система 190 управления обнаруживает, что турбина 100 замедлила вращение до частоты вращения валоповоротного механизма, процедуру 400 промывки завершают (шаг 476).

[0035] Рассмотренное в настоящем описании изобретение обеспечивает ряд преимуществ в сравнении с существующими способами чистки турбины, в том числе: возможность введения воды и/или чистящих средств вглубь конструкции турбины в нескольких точках одновременно, в частности, включающих дальние ступени турбинного двигателя; простота реализации, поскольку применяются существующие трубопроводы отбора воздуха из турбины; применение «жестко запрограммированного» управления исключает нерегламентированное изменение протокола, способное снизить эффективность чистки и/или вызвать повреждение оборудования; возможность обойти проблему засорения сопел, возникающую в способах введения чистящей смеси исключительно через коллектор; возможность использовать различные типы чистящих средств в различных областях турбины; а также обеспечение более эффективной промывки, что позволяет выполнять меньшее количество циклов промывки, сокращает общее время отключения турбины для промывки, в частности, за счет исключения необходимости ручной промывки дальних ступеней, а также сокращает эрозионное изнашивание деталей турбины вследствие промывок.

[0036] Выше были подробно описаны примеры осуществления способа, системы и устройства для чистки деталей турбинного двигателя. Упомянутые способ и система не ограничены описанными в настоящем документе конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения, напротив, компоненты систем и/или шаги способов могут использоваться независимо и отдельно от других компонентов и/или шагов, описанных в настоящем документе. К примеру, настоящий способ, система и устройство не только обеспечивают чистку ступеней компрессора и турбины неподвижно установленных турбинных двигателей, применяемых для производства электроэнергии, но могут быть без затруднений адаптированы для других применений турбин, например, в авиационных двигателях.

[0037] Хотя конкретные признаки различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть показаны на некоторых чертежах и не показаны на других, нужно понимать, что это сделано исключительно для удобства. В соответствии с принципами настоящего изобретения, любой признак, показанный на чертеже, может упоминаться и/или быть заявленным в комбинации с любым другим признаком, показанным на любом другом чертеже.

[0038] В данном документе для описания настоящего изобретения использованы конкретные примеры, включая вариант осуществления, рассматриваемый как наилучший. Упомянутые примеры служат также для обеспечения возможности применения настоящего изобретения на практике любым специалистом в данной области техники, включая создание и использование любых устройств, или систем, и выполнение любых входящих в его состав способов. Объем настоящего изобретения задан пунктами формулы изобретения и может включать другие примеры, найденные специалистами в данной области техники. Упомянутые другие примеры должны не выходят за пределы объема изобретения, заданного формулой изобретения, если они имеют структурные элементы, не отличающиеся от буквальных формулировок пунктов формулы изобретения, или если они включают эквивалентные им структурные элементы с незначительными отличиями от буквальных формулировок пунктов формулы изобретения.

[0039] Настоящее изобретение было описано на примере различных конкретных вариантов его осуществления, но, несмотря на это, специалисты в данной области техники должны понимать, что на практике настоящее изобретение может применяться с различными изменениями без выхода за рамки сущности и объема настоящего изобретения, заданного формулой изобретения.

Предложены способы, системы и устройства для чистки турбин (100), например турбин для производства электроэнергии. К существующим трубопроводам (134, 136, 138, 140) отбора воздуха компрессора и воздуха охлаждения сопел турбины присоединяют вспомогательные трубопроводы для подачи воды и/или чистящих средств в те области турбины (100), которые обычно недоступны при впрыскивании воды и/или чистящих средств только в коллектор турбины. Для управления введением в турбину (100) воды и/или чистящих средств имеются датчики (204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240) давления и потока, насосы (153), система клапанов (156, 158, 166, 168, 174, 184) и система (190) управления, предназначенная для регулирования работы насосов и клапанов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система турбинного двигателя, содержащая:

турбинный двигатель (100), включающий секцию (102) компрессора, секцию (108) турбины, трубопровод (134, 136) отбора воздуха секции компрессора и трубопровод (138, 140) отбора воздуха секции турбины;

трубопровод (142) подачи воды, связанный по потоку с источником (144) воды;

трубопровод (132) подачи чистящего средства, связанный по потоку по меньшей мере с одним источником (148) чистящего средства;

смесительную камеру (162), связанную по потоку с упомянутым трубопроводом (142) подачи воды и упомянутым трубопроводом (132) подачи чистящего средства, при этом упомянутая смесительная камера (162) конфигурирована для приема воды из упомянутого трубопровода (142) подачи воды и приема по меньшей мере одного чистящего средства из упомянутого трубопровода подачи чистящего средства, и для формирования чистящей смеси;

трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, связанный по потоку с упомянутой смесительной камерой (162), при этом упомянутый трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси связан по потоку с упомянутым трубопроводом (134, 136) отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом (138, 140) отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси либо в упомянутую секцию (102) компрессора, либо в упомянутую секцию (108) турбины;

по меньшей мере один насос (153), связанный по потоку по меньшей мере с одним из следующего: упомянутым трубопроводом (142) подачи воды, упомянутым трубопроводом (132) подачи чистящего средства и упомянутым трубопроводом (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси; и

систему (190) управления, соединенную с упомянутым трубопроводом (142) подачи воды, упомянутым трубопроводом (132) подачи чистящего средства, упомянутым трубопроводом (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси и упомянутым по меньшей мере одним насосом (153), при этом упомянутая система (190) управления конфигурирована для регулирования потока воды, чистящего средства и чистящей смеси через упомянутые трубопровод (142) подачи воды, трубопровод (132) подачи чистящего средства и трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, соответственно.

2. Система по п.1, включающая:

трубопровод (150) ингибитора окалинообразования, связанный по потоку с источником (152) ингибитора окалинообразования, а также связанный по потоку со смесительной камерой (162).

3. Система по п.1, в которой упомянутый трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси включает также:

патрубок (164) подачи чистящей смеси, связанный по потоку с упомянутой смесительной камерой (162);

ответвительную питающую трубу (172, 176, 178) секции компрессора, связанную по потоку с упомянутым патрубком (164) подачи чистящей смеси для подачи чистящей смеси из патрубка (164) чистящей смеси в секцию (102) компрессора турбинного двигателя (100); и

ответвительную питающую трубу (184, 186, 188) секции турбины, связанную по потоку с упомянутым патрубком (164) подачи чистящей смеси для подачи чистящей смеси из патрубка (164) чистящей смеси в секцию (108) турбины турбинного двигателя (100).

4. Система по п.3, в которой упомянутый трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси включает также:

ответвительную питающую трубу (170) коллектора турбины, связанную по потоку с упомянутым патрубком (164) подачи чистящей смеси для подачи чистящей смеси из патрубка (164) подачи чистящей смеси в упомянутый коллектор упомянутого турбинного двигателя (100).

5. Система по п.1, в которой упомянутая система (190) управления включает также:

процессор (246) управления;

дисплей (242) управления, связанный с упомянутым процессором (246) управления; и

по меньшей мере один датчик (206, 208, 210) давления, размещенный по меньшей мере в одном из следующего: трубопроводе (142) подачи воды, трубопроводе (132) подачи чистящего средства и трубопроводе (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, при этом упомянутый по меньшей мере один датчик (206, 208, 210), связанный с возможностью передачи данных с упомянутым процессором (246) управления, предназначен для измерения давления текучей среды в упомянутом по меньшей мере одном из трубопровода (142) подачи воды, трубопровода (132) подачи чистящего средства и трубопровода (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси.

6. Система по п.5, в которой упомянутая система (190) управления включает также:

по меньшей мере один клапан (156, 158, 166, 168, 174, 184) управления потоком, размещенный по меньшей мере в одном из следующего: трубопроводе (142) подачи воды, трубопроводе (132) подачи чистящего средства и трубопроводе (164, 170, 172, 176, 178, 182) подачи чистящей смеси, при этом упомянутый по меньшей мере один клапан управления потоком, связанный с возможностью передачи данных с упомянутым процессором управления, предназначен для переключения по меньшей мере одного из клапанов управления потоком по меньшей мере между открытым и закрытым положениями, при этом упомянутое переключение инициируется упомянутым процессором (246) управления.

7. Система по п.5, в которой упомянутая система (190) управления включает также:

по меньшей мере один датчик (222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240) потока, размещенный по меньшей мере в одном из следующего:

трубопроводе (142) подачи воды, трубопроводе (132) подачи чистящего средства и трубопроводе (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, при этом упомянутый по меньшей мере один датчик (222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240) потока связан с упомянутым процессором управления для измерения потока текучей среды по меньшей мере в одном из следующего: упомянутом трубопроводе (142) подачи воды, упомянутом трубопроводе (132) подачи чистящего средства и упомянутом трубопроводе (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси.

8. Способ чистки турбинного двигателя (100), имеющего секцию (102) компрессора, секцию (108) турбины, трубопровод (134, 136) отбора воздуха секции компрессора и трубопровод (138, 140) отбора воздуха секции турбины, при этом упомянутый способ включает:

присоединение трубопровода (142) подачи воды, обеспечивающее связь по потоку с источником (144) воды;

присоединение трубопровода (132) подачи чистящего средства, обеспечивающее связь по потоку по меньшей мере с одним источником (148) чистящего средства;

присоединение смесительной камеры (162), обеспечивающее связь по потоку с упомянутым трубопроводом (142) подачи воды и упомянутым трубопроводом (132) подачи чистящего средства, при этом упомянутая смесительная камера (162) конфигурирована для приема воды из упомянутого трубопровода (142) подачи воды и приема по меньшей мере одного чистящего средства из упомянутого трубопровода подачи чистящего средства и для формирования чистящей смеси;

присоединение трубопровода (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутой смесительной камерой (162);

присоединение упомянутого трубопровода (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым трубопроводом (134, 136) отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом (138, 140) отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси в упомянутую секцию (102) компрессора и/или в упомянутую секцию (108) турбины; и

присоединение системы управления (190) к упомянутому трубопроводу (142) подачи воды, упомянутому трубопроводу (132) подачи чистящего средства и упомянутому трубопроводу (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси для регулирования потока воды, чистящего средства и чистящей смеси через упомянутые трубопровод (142) подачи воды, трубопровод (132) подачи чистящего средства и трубопровод (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, соответственно.

9. Способ по п.8, включающий:

присоединение трубопровода (150) ингибитора окалинообразования, обеспечивающее связь по потоку с источником (152) ингибитора окалинообразования, а также связь по потоку со смесительной камерой (162).

10. Способ по п.8, в котором присоединение упомянутого трубопровода (164, 170, 172, 176, 178, 182, 186, 188) подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым трубопроводом (134, 136) отбора воздуха секции компрессора и упомянутым трубопроводом (138, 140) отбора воздуха секции турбины для выборочной подачи чистящей смеси либо в упомянутую секцию (102) компрессора, либо в упомянутую секцию (108) турбины, включает также:

присоединение патрубка (164) подачи чистящей смеси, обеспечивающее связь по потоку с упомянутой смесительной камерой (162);

присоединение ответвительной питающей трубы (172, 176, 178) секции компрессора, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым патрубком (164) подачи чистящей смеси для подачи чистящей смеси из патрубка (164) чистящей смеси в секцию (102) компрессора турбинного двигателя (100); и

присоединение ответвительной питающей трубы (184, 186, 188) секции турбины, обеспечивающее связь по потоку с упомянутым патрубком (164) подачи чистящей смеси для подачи чистящей смеси из патрубка (164) чистящей смеси в секцию (108) турбины турбинного двигателя (100).