[发明专利]通过控制压缩机抽气流进行发动机减负荷的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及旋转机器，且更具体地讲，涉及用于在发动机减负荷(turn down)期间控制压缩机抽气流的系统和方法。 

背景技术

许多已知的燃气轮机发动机在燃烧器组件中燃烧碳氢化合物—空气混合物，且产生输送到涡轮组件的燃烧气体流。涡轮组件将燃烧气体流的能量转换成可用于为机器(例如发电机或泵)提供动力的扭矩。在第一级喷嘴之前的燃烧器气流温度称为燃烧器出口温度。燃烧气体流温度的普通范围可为约2400℉至2600℉。 

通常，当涡轮机在相对高的负荷下操作时，燃烧器出口温度高，且CO和/或UHC排放保持为最小。但是，当燃烧过程没有全部完成时，高水平的一氧化碳(CO)和/或未燃烧的碳氢化合物(UHC)可能会存在于涡轮机排气系统中。管理机构禁止高的CO和/或UHC排放水平。 

在典型的燃气轮机发动机中，碳氢化合物燃料完全燃烧的能力受燃烧器出口温度的较低限值限制。当涡轮机负荷减小(通常称为“减负荷”)时，在许多燃气涡轮中，必需降低燃烧器出口温度，且可能会违背较低的温度限值，这可导致形成更高水平的CO和UHC。需要的是在涡轮发动机减小负荷时保持高的燃烧器温度以阻止CO和/或UHC排放增大到不能接受的水平的方法。 

发明内容

本发明的某些实施例可解决以上需要和/或问题中的一些 或全部。根据本发明的一个实施例，公开了一种用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的方法，该方法包括控制单元监测与涡轮机系统的燃烧器出口温度相关联的该涡轮机系统的一个或多个操作参数。该方法进一步包括该控制单元检测一个或多个操作参数(是否)达到或超过(例如升高到超出或降低到低于)与燃烧器出口温度的降低相关联的阈值。响应于检测到一个或多个操作参数达到或超过了阈值，将控制信号传递到位于涡轮机系统中的至少一个可变孔口，从而使得至少一个可变孔口改变来自压缩机的至少一个抽气流。 

根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的控制系统，其包括与控制单元处理器通信的、位于涡轮机系统中的多个传感器。控制单元处理器配置成以便执行计算机实施的指令，以监测与涡轮机系统的燃烧器出口温度相关联的涡轮机系统的一个或多个操作参数。该控制单元处理器进一步配置成以便执行计算机实施的(指令)，以检测一个或多个操作参数(是否)达到或超过了与燃烧器出口温度的降低相关联的阈值，而且作为响应，将控制信号传递到位于涡轮机系统中的至少一个可变孔口，从而使得至少一个可变孔口改变来自压缩机的至少一个抽气流。 

就本文的剩余部分而言，根据本发明的各种实施例的其它系统和方法将变得显而易见。部件列表：100涡轮机系统105压缩机110燃烧器115涡轮区120排气扩压器 125可变的压缩机抽气孔口130控制单元200示例性过程205框210框215框220框 

附图说明

在已经如此概括地描述了本发明的情况下，现在将参照附图，附图不一定按比例绘制，且其中： 

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的一种示例性涡轮机系统。 

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于在发动机减负荷期间控制来自涡轮机系统的压缩机的压缩机抽气流的一种示例性流程图。 

具体实施方式

根据本发明的示例性实施例，提供了为了改进燃气轮机发动机的减负荷能力的目的而利用可变的压缩机抽气流的系统和方法。本发明的一些示例性实施例利用具有可变孔口的现有压缩机抽气管(由燃气轮机的一个或多个操作特性或操作参数控制)来产生实现了改进的减负荷能力的可变的压缩机抽气流。可在涡轮机系统的任何压缩机级中提供可变的压缩机抽气流(通过一个或多个可变的压缩机抽气孔口)，且可在抛负荷(load rejection)期间对其进行控制，以便保持适当的燃料/空气比来满足期望的燃烧器操作参数。 

在本发明的一些实施例中，压缩机空气绕过主燃烧区，以 便在最小负荷下操作，同时将CO和UHC排放水平保持得足够低。根据本发明的一些示例性实施例，受控制的压缩机抽气流可恢复到涡轮的任何级中的构件中，排放到涡轮排气扩压器中，或者排放到大气中(例如排弃(overboard))。另外，可变的压缩机抽气流不仅可改进涡轮机系统的减负荷能力，而且还可改进以任何给定负荷水平操作的涡轮机系统的燃料消耗。