CN1512048A - 显示实时涡轮机修正输出和耗热率的系统和方法 - Google Patents

显示实时涡轮机修正输出和耗热率的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于实时产生和显示涡轮机(10)的性能参数的方法，包括：监视(50)涡轮机性能并收集有关涡轮机性能的实时数据；根据收集的实时数据确定(56，62)修正的涡轮机输出值和修正的耗热率值；电存储(58，64)修正的涡轮机输出值和耗热率值以及对应的时间；显示(60，66)当前修正的涡轮机输出值，耗热率和对应的时间。

Description

显示实时涡轮机修正输出 和耗热率的系统和方法
技术领域
本发总的涉及涡轮机(turbine)控制领域，更详细地说，涉及显示涡轮机性能的显示系统。
背景技术
许多工业发电燃气轮机具有用于监视和控制其操作的控制系统(“控制器”)。这些控制器产生有关涡轮机性能的数据。控制器能够显示这些数据，因此操作人员就能监视涡轮机的操作。
涡轮机修正输出和修正耗热率是指示涡轮机热动力正常的有用性能参数。然而，常规控制器不能显示涡轮机的修正耗热率和输出。对涉及涡轮机的修正耗热率和输出的数据是持久的需要。也需要能够实时显示的数据和历史显示的数据。
发明内容
在第一个实施例中，本发明是用于实时产生和显示涡轮机性能参数的方法，该方法包括：监视涡轮机的性能并收集有关涡轮机性能的实时数据；根据所收集的实时数据确定涡轮机的修正输出值；电存储涡轮机的修正输出值及对应时间，并显示当前的修正的涡轮机输出值及对应时间。
在第二个实施例中，本发明是用于实时产生和显示涡轮机的性能参数的方法，该方法包括：监视涡轮机性能并收集有关涡轮机性能的实时数据；根据所收集的实时数据确定修正的涡轮机耗热率；电存储修正的涡轮机耗热率及对应时间，并显示当前修正的涡轮机耗热率及其对应时间。
附图说明
图1是具有燃料控制系统和控制器显示的燃气轮机的示意图；
图2是示出不同燃气轮机性能参数的实时值和历史值的示例屏幕显示；
图3是示例流程图。
具体实施方式
图1示出燃气轮机10，其包括压缩机12、燃烧室14、通过轴17连接到该压缩机上的涡轮机16、燃料控制器18和燃气轮机控制系统20。燃气轮机通过轴22驱动发电机19，从而产生电能。控制系统20通过传感器监视燃气轮机的操作，该传感器检测例如涡轮机的功率输出、压缩机和涡轮的旋转速度、涡轮入口和排气温度、流向燃烧室的燃料、压缩机压力和其他运行状况。
(多个)控制系统20、18可以是常规General Electric SpeedTronicTM Mark VGas Turbine Control System。The SpeedTronic控制器监视各种传感器和其它与燃气轮机相关的仪器。除了控制某些涡轮功能外，例如燃料流率，The SpeedTronic控制器还根据它的涡轮传感器产生数据并把这些数据提供给涡轮机操作人员。通过使用能够产生数据图表和其它数据显示方式的软件，可以显示所述数据，例如General Electric CimplicityTM HMI软件产品。然而，这种常规控制器和控制显示的显示特征并不能提供用于修正的涡轮机输出或修正的涡轮机耗热率的显示。
SpeedTronicTM控制系统是计算机系统，其包括微处理器，该微处理器使用传感器输入和操作人员的指令来执行程序，从而控制燃气轮机的操作。控制系统包括逻辑单元，诸如采样和保持(hold)，求和及求差单元，其可以用软件实施或通过硬连线逻辑电路实施。控制系统处理器产生的命令促使燃气轮机上的激励器例如调节给燃烧室提供燃料的燃料控制系统，给压缩机设置进口导叶，并调节燃气轮机上的其它控制设置。
控制器20包括计算机处理器和数据存储器，该数据存储器把传感器读数转换为使用处理器执行的各种算法的数据。由算法产生的数据能够指示燃气轮机的各种运行情况。数据可以被显示在多个操作显示器(operator display)22上，例如计算机工作站，其能够与操作显示器电连接。显示器和/或控制器使用软件能产生数据显示和数据打印输出，诸如应用General Electric CimplicityTM数据监视和控制软件。
图2示例出显示器24的显示屏30，其示出来自运行的燃气轮机的当前和以前的性能测试数据。数据显示屏30包括图表32，其示出了性能参数作为时间函数的各种线图34。线图34示出燃气轮机参数的当前值及那些参数的近期历史值。图表的水平轴示出了当前的时间周期36和在当前时间之前的一段时间38。软功能键40允许浏览显示器的操作人员选择将要被显示的参数和显示时间周期的持续时间。
线图34可以提供对于修正的涡轮机输出功率(“功率输出曲线(margin)”)和修正的涡轮机耗热率(“耗热率曲线(margin)”)42的当前值和近期历史值。功率输出和耗热率的这些值可以作为这些参数的正常运行值的最大值的44％被显示。
功率输出曲线和耗热率曲线的值是在下文提出的算法的基础上确定的，并从用于监视燃气轮机运行的传感器的实时信号获得。修正的涡轮机耗热率和修正的涡轮机输出功率的实时值对于燃气轮机的操作人员来说是有用的，因为他们提供有关涡轮机性能的信息。特别是，修正的实时涡轮机功率输出曲线表明了能够产生的有用的附加功率，这特别有利于管理发电站的功率输出。同样地，修正的涡轮机耗热率曲线提供有用的信息，从而决定燃气轮机的效率。
从下面的算法可明显看出，考虑外界环境的压力和温度，耗热率和涡轮机输出功率被修正。通过对于外界环境条件进行修正，当前修正的涡轮机输出功率和修正的耗热率的值可以与历史值比较，而不需为外界环境条件的变化进行进一步调节。
修正的涡轮机输出功率和修正的耗热率的当前值和历史值的显示允许操作人员容易地鉴别在耗热率或输出功率中的突发性变化，并监视耗热率和输出功率的趋势。可以通过使用显示器的用户控制进行操作，选择用于显示修正的输出功率和修正的耗热率的最近历史值的时间周期。关于修正的涡轮机电源出口的历史信息可以与当前修正的涡轮机输出曲线和耗热率曲线并置，如已在线图42中做的那样。
修正的燃气轮机发电机功率输出(MW_corr)可以如下(等式1)根据可得的参数值被计算出：
MW_corr＝DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)(等式1)
其中，MW_corr是修正的燃气轮机发电机功率输出(MW)；DWATT是测量的燃气轮机发电机功率输出(MW)；f(AFPAP)是测量的空气压力(汞柱压力(in Hg))的函数并提供外界环境压力的修正；f(AFPCS)是测量的入口压力损失(水柱压力(in H2O))的函数；f(AFPEP)是测量的排气压力损失(水柱压力)的函数；f(CMHUM)是计算得到的压缩机入口湿度(lb/lb)的函数；f(CTIMX)是测量的压缩机入口温度(度(deg.))的函数；f(DPF)是计算得到的发电机功率因数的函数；f(TNH)是测量的涡轮旋转速度(RPM)的函数；f(WQJ)是测量的水或蒸汽注射流量(磅/秒(lbs/sec))的函数；f(AUX)是假定的辅助功率损失(千瓦(KW))的函数。
上述参数的实际函数可以根据特定应用和涡轮机而变化。本领域普通技术人员，例如在控制系统具有若干年经验的燃气轮机工程师，将完全有能力推导(developing)出用于特定涡轮机应用(application)的等式的实际函数。进一步，任何一个应用(application)可以不采用上面列出的所有函数。例如，关于水或蒸汽注射的函数可以不被包含在不具有水或蒸汽注射的涡轮机应用中。
修正的燃气轮机发电机功率输出曲线(margin)(MW_corr)可以根据等式2确定，该等式如下：
(等式2)MW_mar＝((MW_corr/MW_ref)-1)*100
其中，MW_mar是修正的燃气轮机发电机功率输出曲线(％)；MW_corr是修正的燃气轮机发电机功率输出(兆瓦)；和MW_ref是参考燃气轮机发电机功率输出(兆瓦)。
参考功率输出将通常是由涡轮机制造者通常指定的得到保证的功率输出值。
修正的燃气轮机发电机耗热率(HR_corr)是可以按如下等式3从可得的参数值中计算得到：
HR_corr＝FQ*LHV*CF/DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)(等式3)
其中，HR_corr是修正的燃气轮机发电机耗热率(BTU/KWh)；FQ是测量的燃气轮机燃料流量(磅/秒)；LHV是假定的燃料低热值(BTU/lb)；CF是单元转换因数；DWATT是测量的燃气轮机发电机功率输出(兆瓦)；f(AFPAP)是测量的空气压力(汞柱压力)的函数；f(AFPCS)是测量的入口压力损失(水柱压力)的函数；f(AFPEP)是测量的排气压力损失(水柱压力)的函数；f(CMHUM)是计算得到的压缩机入口湿度的函数(磅/磅)；f(CTIMX)是测量的压缩机入口温度(度)的函数；f(DPF)是计算得到的发电机功率因数的函数；f(TNH)是测量的涡轮机旋转速度(RPM)的函数；f(WQJ)是测量的水或蒸汽注射流量(磅/秒)的函数；f(AUX)是假定的辅助功率损失(千瓦)的函数。
上述参数的实际函数将根据特定应用而变化。本领域普通技术人员应该完全有能力推导出上面列出的每个函数的算法。而且，并非所有这些函数都将应用于所有情况(例如，可以不安装水或蒸汽注射系统)。修正的燃气轮机发电机耗热率曲线(HR_mar)可以由下面的等式4确定：
(等式4)HR_mar＝(1-(HR_corr/HR_ref))*100
其中：HR_mar是修正的燃气轮机发电机耗热率曲线(％)；HR_corr是修正的燃气轮机发电机耗热率(BTU/kWh)；和HR_ref是参考燃气轮机发电机耗热率(BTU/kWh)。
参考耗热率可以通常被认为是由涡轮制造者建立的得到保证的耗热率值。上述参数的实际函数将随特定应用而变化。本领域普通技术人员应该完全有能力推导出上面列出的每个函数的算法。而且，并非所有这些函数都将应用于所有情况(例如，可以不安装水或蒸汽注射系统)。
图3是确定和显示修正的功率输出和耗热率值的步骤流程图。在步骤50，用传感器监视涡轮机性能并使用控制器18收集从传感器得到的数据。在步骤52，传感器的数据需要用于计算燃气轮机的功率输出和耗热率，其被存储于控制器的存储器中。另外，诸如温度和压力的外界环境条件在步骤54中被测量。
在步骤56中，利用存储的数据，控制器应用算法(参见等式1和2)来确定当前修正的功率输出曲线。在步骤58中，对应于计算得到的功率输出曲线的时间与功率输出线关联并被存储。在步骤60，功率输出曲线和对应的时间被显示在显示屏24上。在步骤62，同样，控制器应用算法(参见等式3和4)来确定当前修正的耗热率曲线值并与对应的时间关联。通过控制器，功率输出和耗热率曲线的值被时间标记、存储(64)和显示(66)。在步骤68，随着时间推移，修正的功率输出和耗热率曲线的最近存储值作为历史值被显示在显示屏上。
尽管本发明已经叙述了有关目前最为实用和优选的实施例，应该理解，本发明将不受所披露的实施例的限制，相反，在附属权利要求的精神和范围内，本发明将包含各种修改和等效布置。

Claims (6)

1、一种实时产生和显示涡轮机性能参数的方法，包括：
a.监视(50)涡轮机性能并收集(52)有关涡轮机性能的实时数据；
b.根据收集的实时数据确定修正的涡轮机输出值(56)；
c.电存储(58)修正的涡轮机输出值和对应的时间；
d.显示(60)当前修正的涡轮机输出值和对应的时间。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，修正的涡轮机输出值由下述的算法确定：
MW_con＝DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(DPF)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)
其中：MW_corr是修正的涡轮机功率输出(兆瓦)；DWATT是测量的燃气轮机发电机功率输出(兆瓦)；f(AFPAP)是测量的空气压力的函数；f(AFPCS)是测量的入口压力损失的函数；f(AFPEP)是测量的排气压力损失的函数；f(CMHUM)是计算得到的压缩机入口湿度的函数；f(CTIMX)是测量的压缩机入口温度的函数；f(DPF)是计算得到的发电机功率因数的函数；f(TNH)是测量的涡轮机旋转速度的函数；f(WQJ)是测量的水或蒸汽注射流量的函数；f(AUX)是假定的辅助电源损失的函数。
3、如权利要求1所述的方法，还包括显示有关与修正的涡轮机输出值(68)并置的修正的涡轮机功率出口的历史信息。
4、一种用于实时产生和显示涡轮机性能参数的方法，包括：
a.监视(50)涡轮机性能并收集有关涡轮性能的实时数据；
b.根据收集的实时数据确定修正的涡轮机耗热率值(62)；
c.电存储(64)修正的涡轮机耗热率值和对应的时间；
d.显示(66)当前修正的涡轮机耗热率值和对应的时间。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，修正的涡轮机耗热率值由下述算法确定：
HR_con＝FQ*LHV*CF/DWATT*f(AFPAP)*f(AFPCS)*f(AFPEP)*f(CMHUM)*f(CTIMX)*f(TNH)*f(WQJ)*f(AUX)
其中：HR_corr是修正的涡轮机耗热率；FQ是到涡轮的燃烧室的燃料流量；LHV是燃料热值；CF是单元转换因数；DWATT是测量的涡轮机功率输出；f(AFPAP)是测量的空气压力的函数；f(AFPCS)是测量的入口压力损失的函数；f(AFPEP)是测量的涡轮机排气压力损失的函数；f(CMHUM)是表示涡轮机压缩机入口湿度的函数；f(CTIMX)是测量的压缩机入口温度的函数；f(TNH)是测量的涡轮机旋转速度的函数；f(WQJ)是测量的水或蒸汽注射流量的函数；f(AUX)是假定的辅助功率损失的函数。
6、如权利要求4所述的方法，还包括显示有关与修正的涡轮机输出值(68)并置的修正的涡轮机功率出口的历史信息。
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