СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2017 года по МПК G01M15/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к газовой турбине, содержащей систему тестирования, и способу работы газотурбинной системы с процедурой тестирования.

Предшествующий уровень техники

Промышленные газотурбинные двигатели предназначены для производства механической или электрической энергии. После некоторого времени работы, например, после ремонта или реконструкции, должны быть выполнены тестовые последовательности, при которых газотурбинные двигатели работают с заданными рабочими точками, чтобы проверить, работает ли промышленный газотурбинный двигатель все еще корректно. Каждая рабочая точка определяет набор контрольных точек, представляющих то состояние, в котором двигатель должен эксплуатироваться.

В обычных промышленных газотурбинных двигателях тестовая последовательность газотурбинного двигателя инициируется вручную. Оператор управляет промышленным газотурбинным двигателем с помощью устройства управления вручную, например, так, что газотурбинный двигатель работает с предопределенными контрольными точками, которые предварительно определены циклом тестирования. Предварительно определенный цикл тестирования генерируется, например, в проверочных или эксплуатационных испытаниях промышленного газотурбинного двигателя.

Следовательно, для того чтобы выполнить тестовую последовательность промышленного газотурбинного двигателя, необходимы операторы, которые инициируют и управляют циклами тестирования вручную. Кроме того, тестовая последовательность, которая предварительно определена в проверочных испытаниях, часто не совпадает с измеренными значениями рабочих параметров и параметров окружающей среды, влиянию которых газотурбинный двигатель подвергается в реальности. Некоторые из причин этого отклонения могут быть найдены в различиях в климате (например, по температуре или высоте) и составе топлива между тем местом, где промышленная газовая турбина тестируется, и тем местом, где она используется на ежедневной основе.

US 4821217 раскрывает программируемую испытательную станцию, которая автоматически выполняет статические испытания электрических и пневматических систем реактивных авиационных двигателей. Испытательная станция автоматически стимулирует подвергаемые тестированию системы на каждом двигателе и измеряет их реакцию (отклик). Программируемый компьютер сбора данных управляет как стимулами, так и измерениями и генерирует данные. Станция операционно соединена с множеством двигателей одновременно и тестирует определенные системы на каждом в соответствии с командами пользователя станции.

US 4389710 раскрывает тестовые схемы для тренировки и тестирования функциональности противоскольжения и автоматических схем управления торможением в тормозной системе летательного аппарата. Цифровой процессор осуществляет связь со схемой интерфейса, связанной с каждой схемой управления противоскольжением и приводами клапанов автоматической системы торможения. Каждая такая схема интерфейса включает в себя аналоговый переключатель, принимающий электрической стимул от процессора и применяющий его к различным контрольным точкам в ассоциированной схеме управления противоскольжением или приводах клапанов автоматической системы торможения. Аналоговый селектор связан с различными контрольными точками в схемах управления противоскольжением и приводах клапанов автоматической системы торможения, чтобы воспринимать отклики на электрический стимул и чтобы направлять такие отклики в процессор, чтобы определять работоспособность систем противоскольжения и автоматических систем управления торможением.

US 5521824 раскрывает устройство тестирования двигателя с использованием управления с опережением-запаздыванием. Операционный интерфейс формирует сигнал режима управления и множество контрольных точек. Операторы также включают тестовый контроллер для приема сигнала режима управления и множество контрольных точек и в ответ управляют устройством тестирования двигателя. Тестовый контроллер воспринимает рабочие характеристики устройства тестирования двигателя. Тестовый контроллер также избирательно управляет параметрами устройства тестирования двигателя в соответствии с сигналом режима управления.

US 8161806 раскрывает способ мониторинга эксплуатационных параметров газотурбинного двигателя летательного аппарата в ходе его работы. Способ включает в себя восприятие эксплуатационных параметров и генерацию аналоговых выходных сигналов датчиков и формирование цифровых данных путем преобразования аналоговых выходных сигналов датчиков по меньшей мере одним блоком концентратора, который смонтирован рядом с двигателем.

US 4215412 раскрывает контроль работы газотурбинных двигателей летательного аппарата в режиме реального времени. Система контроля включает в себя цифровой процессор, который использует набор скалярных коэффициентов и текущее значение различных рабочих параметров двигателя для прогнозирования текущего значения набора эксплуатационных параметров двигателя. Фактические значения этих эксплуатационных параметров контролируются и сравниваются с прогнозируемыми значениями для подачи отклонения аэросигналов на контролирующую логику, которая обеспечивает индикацию неисправностей цифровым процессором.

ЕР 1288644 раскрывает способ диагностики и систему для диагностирования турбинных двигателей. Система оценивает, связаны ли ошибки, обнаруженные в ходе испытаний газотурбинного двигателя, с проблемами эксплуатации двигателя или какой-либо другой аномалией, не связанной с эксплуатацией двигателя. Один эксплуатационный параметр двигателя оценивается при одном условии эксплуатации для генерации первого набора текущих данных двигателя, который затем сравнивается с первым набором предыдущих данных двигателя, чтобы определить, имеется ли аномалия.

EP 2175336 A1 описывает способ контроля работы газотурбинного двигателя в течение определенного периода времени и компенсации деградации, обнаруженной в течение длительной эксплуатации, чтобы поддерживать наиболее удовлетворительную работу.

EP 2249004 А2 описывает способ и систему для автоматического управления тягой газотурбинного двигателя для компенсации ухудшения, которое может произойти в течение долгого времени.

В каждом из EP 2175336 А1 и EP 2249004 А2 раскрываются модели прогнозирования, которые исходя из условий на входе двигателя и опорного параметра, такого как подвод топлива, вычисляют те характеристики, которые были бы достигнуты номинальным или эталонным двигателем. Измерения от работающего двигателя затем сравниваются с эквивалентными прогнозируемыми параметрами из модели и используются в качестве основы для регулирования одного или более параметров управления, таких как выигрыши топливной системы или пределы коэффициента давления и т.д.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение автоматического тестирования промышленного газотурбинного двигателя в условиях реального времени.

Настоящее изобретение представляет собой способ тестирования газотурбинного двигателя, типично перед доставкой заказчику, и может выполняться автоматически посредством управления в замкнутом контуре для достижения целевых эксплуатационных параметров, таких как выходная мощность, расход топлива или выбросы. Настоящий способ является аналитической моделью, которая, учитывая измерения от работающего двигателя, вычисляет термодинамические параметры, которые не могут быть измерены непосредственно, например температуру на выходе камеры сгорания или нормированную скорость (N/корень (темп. на входе). Эти параметры затем поступают обратно в контроллер или устройство управления, где они используются в замкнутом контуре, чтобы установить рабочую точку испытания двигателя, чтобы дать значение этих параметров, соответствующее значению, указанному в предварительно определенной тестовой последовательности.

Эта задача может быть решена газотурбинной системой и способом работы газотурбинной системы согласно независимым пунктам формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена газотурбинная система. Газотурбинная система содержит газотурбинный двигатель для генерации мощности, управляющий блок для управления газотурбинным двигателем, сенсорное устройство, блок сравнения и систему сбора данных, содержащую блок термодинамической модели и блок тестовой последовательности.

Сенсорное устройство связано с газотурбинным двигателем для измерения эксплуатационного параметра газотурбинного двигателя.

Блок термодинамической модели генерирует вычисленный эксплуатационный параметр на основе механической модели газотурбинного двигателя и термодинамической модели газотурбинного двигателя.

Сама тестовая последовательность может быть разработана квалифицированным специалистом или блоком тестовой последовательности и введена в управляющий блок квалифицированным специалистом. Данные тестовой последовательности содержат рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя.

Система сбора данных генерирует тестовые управляющие данные на основе данных тестовой последовательности. Система сбора данных связана с управляющим блоком для предоставления тестовых управляющих данных на управляющий блок, так что газотурбинный двигатель управляется на основании тестовых управляющих данных.

Блок сравнения соединен с системой сбора данных, так что измеренный эксплуатационный параметр, измеряемый сенсорным устройством во время или после цикла тестирования, сравнивается с вычисленным эксплуатационным параметром.

Газотурбинный двигатель содержит, например, секцию компрессора, секцию камеры сгорания и секцию турбины. При работе газотурбинного двигателя вырабатывается (механическая) мощность, которая может быть использована для работы генератора, например, для генерирования электрической мощности.

Для того чтобы управлять газотурбинным двигателем, установлен управляющий блок. Управляющий блок может управлять, например, топливными клапанами для управления впрыском топлива в секцию камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Кроме того, тормозной блок для торможения вала газотурбинного двигателя может быть связан с газотурбинным двигателем, например, чтобы поглощать мощность от газовой турбины. Управляющий блок может управлять тормозным блоком для управления скоростью вращения вала газотурбинного двигателя и, следовательно, прямо или косвенно массовыми расходами текучей среды через газотурбинный двигатель. Управляющий блок может управлять тормозной нагрузкой в дополнение к скорости вращения вала, чтобы устанавливать рабочую точку газотурбинного двигателя.

Система сбора данных используется для сбора всех необходимых данных конкретных параметров, чтобы правильно эксплуатировать газотурбинный двигатель и управлять и тестировать газотурбинный двигатель. Система сбора данных содержит, например, блок термодинамической модели и блок тестовой последовательности.

Сенсорное устройство связано с газотурбинным двигателем для измерения рабочего параметра или для измерения эксплуатационного параметра. Сенсорное устройство содержит, например, датчик температуры, датчик давления, датчик кислорода, датчик скорости или любые другие подходящие датчики для измерения требуемого параметра.

Рабочий параметр определяется как параметр, который вводится в газотурбинный двигатель для работы газотурбинного двигателя. Рабочим параметром является, например, количество топлива, массовый расход объема потока воздуха или количество отбираемого воздуха, отводимого из газотурбинного двигателя.

Измеренный эксплуатационный параметр определяется как параметр, который выводится газотурбинным двигателем, когда газотурбинный двигатель работает при рабочем параметре. Измеренный эксплуатационный параметр является, например, температурой газотурбинного двигателя (например, в заранее заданном месте газотурбинного двигателя, таком как секция камеры сгорания или секции турбины), давлением в определенном месте газотурбинного двигателя, выбросами газотурбинного двигателя, расходом топлива и/или нагрузкой газотурбинного двигателя соответственно.

Блок термодинамической модели содержит, например, память, в которой хранятся данные механической модели (моделирования) газотурбинных двигателей и термодинамической модели (моделирования) газотурбинного двигателя.

Механическая модель газотурбинного двигателя является, например, моделью, которая включает в себя те же размерности и геометрические ограничения газотурбинных двигателей, так что возможно моделирование механической модели.

Соответственно, термодинамическая модель включает в себя данные конкретных рабочих условий конкретного газотурбинного двигателя. Например, термодинамическая модель вычисляет на основе определенных входных (т.е. рабочих) параметров конкретные выходные (эксплуатационные) параметры, так что моделируется работа газотурбинного двигателя. Например, в качестве входного значения предварительно определено количество топлива, количество нагнетаемого воздуха и количество отбираемого воздуха, так что термодинамическая модель может вычислять (например, с учетом механической модели) теоретический моделируемый эксплуатационный параметр, такой как температура, давление или выброс газотурбинных двигателей, например, на выходе турбинной ступени.

На основе механической модели и термодинамической модели блок термодинамической модели генерирует вычисленный эксплуатационный параметр.

Вычисленный эксплуатационный параметр определяет моделируемое рабочее состояние моделируемой работы газотурбинного двигателя. Вычисленный эксплуатационный параметр является вычисляемым и рассчитываемым параметром, который вычисляется блоком термодинамической модели на основе измеренного или предопределенного рабочего параметра. В частности, вычисленный эксплуатационный параметр является показателем вычисленной (моделируемой) нагрузки, вычисленной (моделируемой) эффективности (кпд), вычисленного выброса, вычисленной характеристики потока текучей среды через газотурбинный двигатель, вычисленного расхода топлива, вычисленного значения лямбда (коэффициента избытка воздуха) и/или вычисленной кривой мощности.

Следовательно, вычисленный эксплуатационный параметр, такой как, например, вычисленная нагрузка, дает моделируемое и теоретическое указание, при каких входных рабочих параметрах (например, массовом расходе топлива и т.д.) какие выходные вычисленные эксплуатационные параметры должны быть достигнуты газотурбинным двигателем теоретически, т.е. при номинальных условиях и/или при условиях моделирования.

Блок тестовой последовательности генерирует данные тестовой последовательности, содержащие рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя. Другими словами, в блоке тестовой последовательности сохранены предопределенные тестовые процедуры и циклы тестирования, которые должны выполняться после определенных длительностей эксплуатации газотурбинных двигателей в целях обеспечения правильного и безаварийного функционирования газотурбинного двигателя.

Данные тестовой последовательности содержат рабочие данные контрольной точки, которые обозначают, например, данные ускорения контрольной точки газотурбинного двигателя, скорость контрольной точки газотурбинного двигателя и предопределенный тип топлива, используемый газотурбинным двигателем. Другими словами, рабочие данные контрольной точки являются управляющими данными, которые определяют контрольную точку, которая должна быть достигнута газотурбинным двигателем при выполнении цикла тестирования.

Данные временного графика описывают временные рамки, в которых газотурбинный двигатель должен запускаться с предопределенными рабочими данными контрольной точки в течение цикла тестирования.

Система сбора данных собирает специально (измеренные или предопределенные) рабочие параметры, вычисленные эксплуатационные параметры и данные тестовой последовательности и генерирует на основе этих параметров тестовые управляющие данные.

Блок сравнения связан с системой сбора данных, так что измеренный эксплуатационный параметр, измеряемый системой датчиков после или во время цикла тестирования, сравнивается с вычисленными эксплуатационными параметрами. Если измеренный эксплуатационный параметр аналогичен вычисленному эксплуатационному параметру, то можно предполагать надлежащую работу газотурбинного двигателя.

Следовательно, блок сравнения проверяет, соответствуют ли измеренные эксплуатационные параметры после проведения цикла тестирования вычисленным эксплуатационным параметрам, которые вычисляются и рассчитываются посредством термодинамической модели. Следовательно, если возникает большая разница между вычисленным эксплуатационным параметром и измеренным эксплуатационным параметром, то газотурбинный двигатель, вероятно, не работает правильно.

Следовательно, с помощью настоящего изобретения генерируются тестовые управляющие данные, которые не только содержат данные тестовой последовательности, которые предварительно определены при лабораторных и теоретических условиях, но и которые учитывают вычисленные эксплуатационные параметры из термодинамической модели газотурбинного двигателя. Следовательно, тестовые управляющие данные могут быть более точно приспособлены к условиям окружающей среды и фактическому рабочему состоянию газотурбинного двигателя, так что специально приспособленные циклы тестирования могут быть выполнены газотурбинным двигателем.

Например, если газотурбинный двигатель работает при генерации максимальной мощности, соответствующее тестирование максимальной мощности может быть проведено автоматически. Например, сенсорное устройство измеряет генерацию максимальной мощности и выдает эту информацию в систему сбора данных. Далее, система сбора данных получает из блока термодинамической модели вычисленные эксплуатационные параметры, которые являются характерными для термодинамической модели газотурбинного двигателя, который работает при генерации максимальной мощности. Дополнительно, блок тестовой последовательности выдает данные тестовой последовательности, которые содержат рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, которые необходимы для тестирования газотурбинного двигателя при генерации максимальной мощности.

Следовательно, тестовые управляющие данные не только содержат данные предопределенной тестовой последовательности, например, для тестирования максимальной мощности, но и содержат вычисленные эксплуатационные параметры газотурбинного двигателя, которые, например, должны быть достигнуты во время работы при максимальной мощности.

Кроме того, в соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления блок термодинамической модели связан с сенсорным устройством, так что блок термодинамической модели генерирует вычисленные эксплуатационные параметры дополнительно на основании измеренного рабочего параметра. Следовательно, блок термодинамической модели может получать информацию об объеме впрыска топлива, причем блок термодинамической модели может генерировать вычисленные эксплуатационные параметры, например вычисленную нагрузку, которая теоретически достижима газотурбинным двигателем, если впрыскивается измеренный объем впрыска топлива.

В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления блок тестовой последовательности связан с управляющим блоком так, что цикл тестирования может измеряться автоматически.

Как описано выше, если управляющий блок приводит в действие газотурбинный двигатель при генерации максимальной мощности, блок тестовой последовательности может автоматически инициировать тестирование максимальной мощности газотурбинного двигателя. Больше не требуется, чтобы оператор мог инициировать цикл тестирования вручную.

В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления блок тестовой последовательности связан с управляющим блоком так, что цикл тестирования инициируется оператором вручную.

В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления с управляющим блоком связано устройство управления, причем устройство управления является управляемым с помощью управляющего блока таким образом, что газотурбинный двигатель регулируется в соответствии с тестовыми управляющими данными. Как описано выше, устройство управления может быть, например, управляемым тормозом для приложения управляемой нагрузки к выходному валу газотурбинного двигателя, так что, например, вместе с управлением скоростью вращения выходного вала газовой турбины можно устанавливать и регулировать предопределенное значение рабочей точки газовой турбины. Дополнительно или альтернативно, устройство управления может содержать топливный клапан для управления подачей топлива в газотурбинный двигатель. Следовательно, например, количество топлива может быть отрегулировано точно в соответствии с тестовыми управляющими данными.

Далее описан способ работы газотурбинной системы в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения. Газотурбинный двигатель генерирует мощность, при этом газотурбинным двигателем управляют с помощью управляющего блока. Измеряют эксплуатационный параметр газотурбинного двигателя с помощью сенсорного устройства системы сбора данных. Далее генерируют вычисленный эксплуатационный параметр на основе механической модели газотурбинного двигателя и термодинамической модели газотурбинного двигателя с помощью блока термодинамической модели. Генерируют данные тестовой последовательности, причем данные тестовой последовательности содержат рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя посредством блока тестовой последовательности. Далее генерируют тестовые управляющие данные на основе данных тестовой последовательности посредством системы сбора данных. Тестовые управляющие данные предоставляют в управляющий блок, так что газотурбинный двигатель может управляться посредством управляющего блока на основе тестовых управляющих данных. Измеренный эксплуатационный параметр, измеряемый с помощью сенсорного устройства, сравнивают с вычисленным эксплуатационным параметром посредством блока сравнения.

Резюмируя, в настоящем изобретении тестовые управляющие данные не только содержат предопределенные тестовые данные, но и включают в себя выходные данные (вычисленный эксплуатационный параметр и/или вычисленный рабочий параметр) из термодинамической модели газотурбинного двигателя.

Термодинамическая модель может непрерывно выполняться во время работы газотурбинного двигателя посредством блока термодинамической модели с учетом измеренных рабочих условий. Работа блока термодинамической модели независима от управляющего блока, который управляет газотурбинным двигателем.

Выходные данные (вычисленный эксплуатационный параметр) из блока термодинамической модели основаны на механической модели газотурбинного двигателя, термодинамической модели газотурбинного двигателя и измеренных или предопределенных рабочих параметрах газотурбинного двигателя.

Тестовые управляющие данные, которые содержат набор рабочих точек, например, загружаются в управляющий блок. Набор рабочих точек (рабочие данные контрольных точек) содержит, например, желательную нагрузку (мощность) газотурбинного двигателя, которая должна быть достигнута при определенном режиме работы газотурбинного двигателя. Желательная нагрузка может быть указана как одно из выбора из любого одного из выходов (вычисленный эксплуатационный параметр) термодинамической модели или, например сенсорного устройства. Также может быть указана скорость отслеживания нагрузки, чтобы позволить контролировать операцию перехода между двумя указанными рабочими состояниями газотурбинного двигателя. Тестовые управляющие данные могут также содержать, например, информацию о желательной скорости в качестве рабочих данных контрольной точки, которую газотурбинный двигатель газ должен достичь в течение цикла тестирования. Желательная скорость может быть выбрана из реальной скорости (измеренный рабочий параметр), измеренной сенсорным устройством, или скорректированной скорости (вычисленный эксплуатационный параметр), которая является вычисленным рабочим параметром, выводимым из термодинамической модели.

Кроме того, тестовые управляющие данные могут содержать информацию о том, на каком типе топлива должен работать газотурбинный двигатель в цикле тестирования, то есть должен ли газотурбинный двигатель работать с газообразным топливом или жидким топливом.

Данные тестовой последовательности дополнительно содержат информацию о временном графике, который определяет время, в течение которого газотурбинный двигатель должен удерживаться в указанной рабочей точке (рабочие данные контрольной точки). Кроме того, тестовые управляющие данные определяют рабочие условия газовой турбины и определяют увеличение, уменьшение или исключение рабочего состояния периода удерживания.

Кроме того, система сбора данных может функционировать как часть распределенного контроллера замкнутого контура, в котором периодически генерируются тестовые управляющие данные для выполнения циклов тестирования. Следовательно, система сбора данных и управляющий блок действуют как контроллер замкнутого контура, работая вместе. Способ является замкнутым контуром и выполняется до тех пор, пока не будут достигнуты целевые эксплуатационные параметры для газовой турбины. Таким образом, желательные эксплуатационные параметры достигаются перед доставкой заказчику.

Система сбора данных генерирует или собирает тестовые управляющие данные или параметры, которые затем подают обратно в контроллер или устройство/блок управления, где они используются в замкнутом контуре, чтобы установить рабочую точку испытания двигателя, чтобы дать значение этих параметров, соответствующее значению, указанному в предопределенной тестовой последовательности.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на различные объекты. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на устройство, в то время как другие варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на способ. Однако специалисту в данной области техники будет понятно из вышеизложенного и последующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу объекта, также и любая комбинация между признаками пунктов формулы на устройство и признаками пунктов формулы на способ рассматривается как раскрытая в настоящей заявке.

Краткое описание чертежа

Охарактеризованные выше аспекты и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными из примеров осуществления, которые будут описаны далее и объяснены со ссылкой на примеры осуществления. Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры осуществления, которыми, однако, изобретение не ограничивается.

На чертеже показано схематичное изображение газотурбинной системы в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Иллюстрация на чертеже является схематичной. Подобные или идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На чертеже показана газотурбинная система, содержащая газотурбинный двигатель 101 для генерации мощности. Кроме того, показан управляющий блок 102 для управления газотурбинным двигателем 101. Кроме того, показана система 108 сбора данных, которая содержит блок 104 термодинамической модели и блок 105 тестовой последовательности.

С газотурбинным двигателем 101 связано сенсорное устройство 103 для измерения измеряемого рабочего параметра 111 газотурбинного двигателя 101.

Блок 104 термодинамической модели генерирует вычисленные эксплуатационные параметры 113 на основе механической модели 106 газотурбинного двигателя 101 и термодинамической модели 107 газотурбинного двигателя 101. Блок 105 тестовой последовательность генерирует данные 114 тестовой последовательности, содержащие рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя 101.

Система 108 сбора данных генерирует тестовые управляющие данные 112 на основании измеренного рабочего параметра 111, вычисленного эксплуатационного параметра 113 и данных 114 тестовой последовательности. Система 108 сбора данных связана с управляющим блоком 102 для предоставления тестовых управляющих данных 112 управляющему блоку 102, так что газотурбинный двигатель 101 может управляться на основе тестовых управляющих данных 112.

Как показано на чертеже, блок 104 термодинамической модели связан с сенсорным устройством 103, так что блок 104 термодинамической модели генерирует вычисленный эксплуатационный параметр 113 дополнительно на основе измеренного рабочего параметра 111.

Кроме того, блок 109 сравнения связан с системой 108 сбора данных, так что измеренный эксплуатационный параметр 115, который измерен сенсорным устройством 103 во время цикла тестирования или после его завершения, может сравниваться с вычисленным эксплуатационным параметром 113.

Кроме того, с газотурбинным двигателем 101 связано устройство 110 управления, такое как топливный клапан для управления подачей топлива в газотурбинный двигатель 101 или управляемый тормоз для управляемого торможения газотурбинного двигателя 101. Управляющий блок 102 управляет устройством 110 управления так, что рабочая точка газотурбинного двигателя регулируется в соответствии с тестовыми управляющими данными 112, посылаемыми системой 108 сбора данных.

Следует отметить, что термин "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а указание единственного числа не исключает множества. Кроме того, могут быть скомбинированы элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления. Следует также отметить, что ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем формулы изобретения.

Группа изобретений относится к газотурбинной системе, содержащей блок термодинамической модели, генерирующий вычисленный эксплуатационный параметр на основе механической модели газотурбинного двигателя и на основе термодинамической модели газотурбинного двигателя. Блок тестовой последовательности генерирует данные тестовой последовательности. Система сбора данных генерирует тестовые управляющие данные на основании данных тестовой последовательности, при этом система сбора данных связана с управляющим блоком для предоставления тестовых управляющих данных, так что газотурбинный двигатель является управляемым на основании тестовых управляющих данных. Блок сравнения связан с системой сбора данных, так что измеренный эксплуатационный параметр, измеряемый сенсорным устройством, сравнивается с вычисленным эксплуатационным параметром. Описан также способ работы газотурбинной системы. Технический результат изобретений – обеспечение автоматического тестирования промышленного газотурбинного двигателя в условиях реального времени. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинная система, содержащая

газотурбинный двигатель (101) для генерации мощности,

управляющий блок (102) для управления газотурбинным двигателем (101),

систему (108) сбора данных, содержащую блок (104) термодинамической модели и блок (105) тестовой последовательности,

сенсорное устройство (103), которое связано с газотурбинным двигателем (101), для измерения эксплуатационного параметра (115) газотурбинного двигателя (101), и

блок (109) сравнения,

при этом блок (104) термодинамической модели генерирует вычисленный эксплуатационный параметр (113) на основе механической модели (106) газотурбинного двигателя (101) и на основе термодинамической модели (107) газотурбинного двигателя (101),

при этом блок (105) тестовой последовательности генерирует данные (114) тестовой последовательности, содержащие рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя (101),

при этом система (108) сбора данных генерирует тестовые управляющие данные (112) на основе данных (114) тестовой последовательности и вычисленных эксплуатационных параметров (113),

при этом система (108) сбора данных связана с управляющим блоком (102) для предоставления тестовых управляющих данных (112) управляющему блоку (102), так что газотурбинный двигатель (101) является управляемым на основании тестовых управляющих данных (112), и

при этом блок (109) сравнения связан с системой (108) сбора данных, так что измеренный эксплуатационный параметр (115), измеряемый сенсорным устройством (103), сравнивается с вычисленным эксплуатационным параметром (113).

2. Газотурбинная система по п. 1,

причем блок (104) термодинамической модели связан с сенсорным устройством (103), так что блок (104) термодинамической модели генерирует вычисленный эксплуатационный параметр (113) дополнительно на основе измеренного рабочего параметра (111).

3. Газотурбинная система по п. 1 или 2,

причем вычисленный эксплуатационный параметр (113) является показателем по меньшей мере одного из вычисленной нагрузки, вычисленной эффективности, вычисленного выброса, вычисленной характеристики потока текучей среды через газотурбинный двигатель (101), вычисленного расхода топлива, вычисленного значения лямбда и вычисленной кривой мощности.

4. Газотурбинная система по п. 1 или 2,

причем измеренный эксплуатационный параметр (115) является показателем по меньшей мере одного из измеренной температуры, измеренного давления, измеренной скорости, измеренных выбросов, измеренного расхода топлива и измеренной нагрузки.

5. Газотурбинная система по п. 1 или 2,

причем рабочие данные контрольной точки содержат по меньшей мере одно из данных ускорения контрольной точки газотурбинного двигателя (101), скорости контрольной точки газотурбинного двигателя (101) и типа топлива, используемого газотурбинным двигателем (101).

6. Газотурбинная система по п. 1 или 2,

причем блок (105) тестовой последовательности связан с управляющим блоком (102) так, что цикл тестирования может инициироваться автоматически.

7. Газотурбинная система по п. 1 или 2,

причем блок (105) тестовой последовательности связан с управляющим блоком (102) так, что цикл тестирования может инициироваться оператором вручную.

8. Газотурбинная система по п. 1 или 2, дополнительно содержащая

устройство (110) управления, которое связано с управляющим блоком (102),

причем устройство (110) управления может управляться управляющим блоком (102), так что газотурбинный двигатель (101) является регулируемым в соответствии с тестовыми управляющими данными (112).

9. Газотурбинная система по п. 8,

причем устройство (110) управления содержит управляемый тормоз для управляемого торможения газотурбинного двигателя (101) и/или топливный клапан для управления подачей топлива в газотурбинный двигатель (101).

10. Газотурбинная система по п. 1 или 2, причем система (108) сбора данных генерирует тестовые управляющие данные, которые подаются обратно в устройство (110) управления для их использования в замкнутом контуре, чтобы устанавливать рабочую точку испытания двигателя, чтобы давать значение этих параметров, соответствующее значению, указанному в предопределенной тестовой последовательности.

11. Способ работы газотурбинной системы, содержащий

генерацию мощности газотурбинным двигателем (101),

управление газотурбинным двигателем (101) с помощью управляющего блока (102),

измерение эксплуатационного параметра (115) газотурбинного двигателя (101) сенсорным устройством (103) системы (108) сбора данных,

генерацию вычисленного эксплуатационного параметра (113) на основе механической модели (106) газотурбинного двигателя (101) и термодинамической модели (107) газотурбинного двигателя (101) блоком (104) термодинамической модели,

генерацию блоком (105) тестовой последовательности данных (114) тестовой последовательности, содержащих рабочие данные контрольной точки и данные временного графика, с которыми может выполняться цикл тестирования газотурбинного двигателя (101),

генерацию тестовых управляющих данных (112) на основе данных (114) тестовой последовательности и вычисленных эксплуатационных параметров (113) посредством системы (108) сбора данных,

предоставление тестовых управляющих данных (112) управляющему блоку (102), так что газотурбинный двигатель (101) является управляемым с помощью управляющего блока (102) на основе тестовых управляющих данных (112), и

сравнение измеренного эксплуатационного параметра (115), измеряемого сенсорным устройством (103), с вычисленным эксплуатационным параметром (113) с помощью блока (109) сравнения.

12. Способ по п. 11, причем способ выполняется в замкнутом контуре до тех пор, пока не будут достигнуты целевые эксплуатационные параметры для газовой турбины.