[发明专利]基于质量流损失调整气体涡轮系统压缩机的操作极限阈值

说明书

本发明题为基于质量流损失调整气体涡轮系统压缩机的操作极限阈值。本文公开了用于基于质量流损失(130)来调整气体涡轮系统(11)的压缩机(12)的操作极限(OL)阈值(144B,144D)的系统(10)、程序产品和方法。该系统(10)可包括与气体涡轮系统(11)连通的至少一个计算装置(100)、测量气体涡轮系统(11)的操作特性的传感器(106)以及测量气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力的压力传感器(104)。该计算装置(100)可被配置为通过执行包括以下的过程来调整气体涡轮系统(11)的操作参数：确定气体涡轮系统(11)的压缩机(12)的估计的第一质量流率(124)与计算的第二质量流率(128)之间的质量流损失(130)，以及基于该质量流损失(130)来调整气体涡轮系统(11)的压缩机(12)的OL阈值(144,144A,144C)。该压缩机(12)的OL阈值(144,144A,144C)可低于压缩机(12)的预先确定的喘振阈值(140)。

背景技术

本公开整体涉及气体涡轮系统，并且更具体地，涉及用于基于压缩机的质量流损失来调整气体涡轮系统的压缩机的操作极限(OL)阈值的系统、程序产品和方法。

在常规电力系统中，每个部件的操作效率和潜在不期望事件影响整个系统的总体操作。例如，气体涡轮系统的压缩机收集、初始压缩并引导气流，例如朝向压缩机的旋转部分。压缩机的压力比可确定压缩机操作的效率。然而，当压力比达到确定的阈值或峰值(通常称为操作喘振线)时，气流不稳定性可表现为减少或潜在地逆转压缩机气流。压缩机喘振(或失速)是指流体流与压缩机内的叶片/喷嘴分离，从而减小了有效面积，从而减少了可通过的气流。极端情况下，流经压缩机的流体的方向实际上可能会反向。当喘振发生时，压缩机不再压缩并向气体涡轮系统的其余部分提供流体，这继而导致发电的损失。随着操作时间增加，由于多种因素，喘振风险增加和/或压缩机喘振线减小。这些因素可包括由于结垢(例如，污垢在压缩机机翼上的积聚)、侵蚀(例如，机翼表面材料的损失)和/或摩擦(例如，旋转的压缩机叶片和压缩机壳体之间的接触)引起的压缩机流量损失。

可基于压缩机内的压力比以及流经压缩机并与压缩机一起使用的流体的质量流率来确定或计算喘振线。虽然压缩机的压力比可易于检测，但是压缩机内流体的质量流率通常难以准确测量。由于无法准确检测质量流率，因此气体涡轮系统的操作者“过度保护”新且洁净的压缩机以便确保对完全劣化的压缩机的适当保护。例如，用于气体涡轮系统的常规控制系统以低得多的压力比并且继而以较低的操作效率操作压缩机。具体地，当控制压缩机的操作时，无论压缩机是新的还是旧的，控制系统都如同压缩机是完全劣化的部件(例如，100,000+操作时间)那样对其进行操作。这样做时，压缩机的喘振线与操作阈值(通常称为操作极限线)之间的裕度被夸大和/或维持在比可能需要的程度更高的程度。当压缩机实际上是新且未劣化的机器时，尤其如此。虽然常规系统和程序可降低在压缩机的操作寿命结束时发生喘振的风险，但是以压缩机是完全劣化的部件那样对其进行操作降低了压缩机的操作效率，并且继而在压缩机的操作时间和/或寿命的早期阶段降低了整个气体涡轮系统的操作效率和/或输出。

发明内容

本公开的第一方面提供了一种系统，该系统包括与以下装置连通的至少一个计算装置：包括具有入口导向轮叶的压缩机的气体涡轮系统、定位在该气体涡轮系统内或附近的测量该气体涡轮系统的操作特性的至少一个传感器，以及定位在该气体涡轮系统附近以用于测量该气体涡轮系统周围的环境流体压力的压力传感器，其中该至少一个计算装置被配置为通过执行包括以下的过程来调整该气体涡轮系统的操作参数：分别基于该至少一个传感器和该压力传感器的预先确定的测量不确定性来调整所测量的操作特性和所测量的环境流体压力；基于经调整的测量的操作特性和经调整的测量的气体涡轮系统周围的环境流体压力来估计气体涡轮系统的压缩机的第一质量流率；基于经调整的测量的操作特性和经调整的测量的气体涡轮系统周围的环境流体压力来计算气体涡轮系统的压缩机的第二质量流率；确定气体涡轮系统的压缩机的所估计的第一质量流率与所计算的第二质量流率之间的质量流损失；以及基于该质量流损失来调整气体涡轮系统的压缩机的操作极限阈值，该压缩机的OL阈值低于该压缩机的预先确定的喘振阈值。