專利名稱：用于在瞬態(tài)事件期間增大渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大致涉及渦輪機(jī)，且更具體地涉及用于在瞬態(tài)事件期間增大渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在渦輪機(jī)的操作期間，可能發(fā)生希望在相對(duì)瞬態(tài)的時(shí)間段內(nèi)增大渦輪機(jī)的功率輸 出的情況。例如，渦輪機(jī)供應(yīng)功率給電網(wǎng)，而在電力需求超出電網(wǎng)的供應(yīng)時(shí)，電網(wǎng)頻率可能 降低或下降至約50赫茲或約60赫茲的目標(biāo)頻率以下。對(duì)基于渦輪機(jī)的功率設(shè)備而言，渦 輪機(jī)的功率容量典型地隨頻率降低而降低。因此，為使電網(wǎng)在頻率顯著降低期間具有穩(wěn)定 性，可能需要至少暫時(shí)地增大渦輪機(jī)的輸出。作為另一舉例，對(duì)在功率島(p0wer island)模式(例如單個(gè)渦輪機(jī)用作為用于設(shè) 備或其它負(fù)載的功率源)中操作的渦輪機(jī)而言，可能希望基于瞬態(tài)負(fù)載事件暫時(shí)地增大渦 輪機(jī)的輸出。例如，當(dāng)將新的負(fù)載增加到功率島上時(shí)，在抵達(dá)穩(wěn)態(tài)操作之前的一段時(shí)間內(nèi)最 初啟動(dòng)可能抽取(draw)相對(duì)大量的功率。該瞬態(tài)功率抽取可能導(dǎo)致超出渦輪機(jī)容量的負(fù) 載。作為再一舉例，抽取相對(duì)大量的功率的瞬態(tài)情況可能存在于各種機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，諸如 液態(tài)天然氣(LNG)泵、其它泵或其它工業(yè)設(shè)備。這些瞬態(tài)情況也可能導(dǎo)致超出渦輪機(jī)容量 的增大的負(fù)載。如果負(fù)載超出渦輪機(jī)容量，那么渦輪機(jī)內(nèi)的頻率將會(huì)降低，由此導(dǎo)致功率輸 出下降。因而，希望在這些瞬態(tài)情況期間暫時(shí)地增大渦輪機(jī)的功率輸出。用于增大諸如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)輸出的傳統(tǒng)技術(shù)增加渦輪機(jī)的壓縮機(jī)質(zhì)量流量 或通過增加渦輪機(jī)的燃料流量而使渦輪機(jī)過度燃燒(overfire)。然而，壓縮機(jī)質(zhì)量流量的 增加可能受到渦輪機(jī)的操作限制的限制，渦輪機(jī)的操作限制為諸如壓縮機(jī)喘振邊界。渦輪 機(jī)的燃料流量的增加可能受到零件壽命和維修考慮的限制。增加渦輪機(jī)的燃料流量可能導(dǎo) 致渦輪機(jī)的操作超出正常操作溫度，導(dǎo)致渦輪構(gòu)件的退化。因此，需要用于在瞬態(tài)事件期間增大渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)和方法。另外，需要 用于在瞬態(tài)事件期間增大渦輪機(jī)的功率輸出而不要求渦輪機(jī)以高于正常操作溫度燃燒的 系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，公開了一種用于增大渦輪機(jī)的功率輸出的方法?？商?供冷卻物質(zhì)，冷卻物質(zhì)的至少一部分可被引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口以一段時(shí)間，以便增 大渦輪機(jī)的功率輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于增大渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)可包括冷卻物質(zhì)供應(yīng)、至少一個(gè)管道、至少一個(gè)閥和一個(gè)或多個(gè)控制器。至少一個(gè)管道可 以可操作地將冷卻物質(zhì)的至少一部分從冷卻物質(zhì)供應(yīng)引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口。至少一 個(gè)閥可被選擇性地促動(dòng)，以控制將冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)通過至少一個(gè)管道。一個(gè)或 多個(gè)控制器可以可操作地接收與渦輪機(jī)的操作關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并至少部分地基于所接收的數(shù) 據(jù)選擇性地促動(dòng)至少一個(gè)閥。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，公開了一種方法用于增大渦輪機(jī)至負(fù)載的功率輸出。 可提供冷卻物質(zhì)?？勺R(shí)別負(fù)載將抽取多于預(yù)先確定的量的功率的事件。至少部分地基于所 識(shí)別的事件，將冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口，以增大渦輪機(jī)的功率 輸出。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從以下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它實(shí)施 例、方面和特征將變得清楚。


以上已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，附圖并不一定按比例繪制，且其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的結(jié)合壓縮機(jī)入口冷卻布置的示范性燃 氣輪機(jī)設(shè)備的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的在可利用的島模式下操作的示范性渦 輪機(jī)的框圖。圖3為圖示根據(jù)本發(fā)明的說明性的實(shí)施例的用于增大渦輪機(jī)的功率輸出的一個(gè) 示范性方法的流程圖。標(biāo)號(hào)列表10渦輪機(jī)設(shè)備12壓縮機(jī)14燃燒器16渦輪構(gòu)件18轉(zhuǎn)子 軸20入口氣室22壓縮機(jī)入口 24存儲(chǔ)容器26管道28歧管30噴嘴32閥34氣室入口 40 控制單元42處理器44存儲(chǔ)裝置461/0接口 48網(wǎng)絡(luò)接口 50事件數(shù)據(jù)52操作系統(tǒng)54流控 制應(yīng)用程序56網(wǎng)絡(luò)60外部系統(tǒng)和/或裝置200渦輪機(jī)系統(tǒng)205渦輪機(jī)210發(fā)電機(jī)215負(fù) 載300方法305框310框315框
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的說明性實(shí)施例，附圖中顯示了本發(fā)明一些 但非所有實(shí)施例。當(dāng)然，本發(fā)明可以多種不同形式具體化，而不應(yīng)當(dāng)解釋為受限于本文闡述 的實(shí)施例；確切地說，提供這些實(shí)施例是為了使本公開滿足實(shí)用性法律要求。相同標(biāo)號(hào)始終 指示相同元件。對(duì)于本公開的目的，術(shù)語“功率島”可指單個(gè)渦輪機(jī)給一個(gè)或多個(gè)負(fù)載提供功率的 系統(tǒng)。如在本發(fā)明的各種實(shí)施例中所需，渦輪機(jī)可給任何數(shù)量的負(fù)載提供功率，例如功率設(shè) 備、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、小鎮(zhèn)等。對(duì)于本公開的目的，術(shù)語“機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用”可指從諸如渦輪機(jī)的功率源接收功率并 將功率轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的任何裝置、系統(tǒng)、裝置的組合和/或系統(tǒng)的組合。機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的舉 例包括但不限于液態(tài)天然氣(LNG)泵、其它泵和其它工業(yè)設(shè)備。公開了一種用于增大諸如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)和方法。可提供例如液化空氣的冷卻物質(zhì)的供應(yīng)。為增大渦輪機(jī)的功率輸出，供應(yīng)的冷卻物質(zhì)的至少一部分 可引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口。例如，為增大渦輪機(jī)的功率輸出，可將液化空氣引導(dǎo)至和/ 或使液化空氣在渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口膨脹。將液化空氣引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口可有利 于在提供液化空氣的時(shí)間段內(nèi)增大渦輪機(jī)的功率輸出。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這種時(shí) 間段可對(duì)應(yīng)預(yù)先確定的事件，例如，與渦輪機(jī)的負(fù)載關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)事件。從這方面考慮，可在 對(duì)應(yīng)于該事件的預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)將液化空氣引導(dǎo)至壓縮機(jī)入口。本發(fā)明的各種實(shí)施例的技術(shù)效果為通過將冷卻物質(zhì)提供給渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口 來增大渦輪機(jī)的功率輸出。在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，可在預(yù)先確定的時(shí)間段內(nèi)使液化 空氣在渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口處膨脹，以便響應(yīng)增大的功率輸出要求，該增大的功率輸出要 求源于渦輪機(jī)供應(yīng)的負(fù)載中發(fā)生的瞬態(tài)事件 。參照?qǐng)D1，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的結(jié)合壓縮機(jī)入口冷卻布置 的示范性渦輪機(jī)設(shè)備10的示意圖。在圖1中顯示的渦輪機(jī)設(shè)備10可包括適當(dāng)?shù)臏u輪機(jī)，諸 如燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)可包括壓縮機(jī)12、燃燒器14和渦輪構(gòu)件16。對(duì)于本公開的目的，渦 輪構(gòu)件16可稱為渦輪16。壓縮機(jī)12可為給燃燒器14供應(yīng)空氣的多級(jí)壓縮機(jī)，燃燒器14 給燃?xì)鉁u輪構(gòu)件16供應(yīng)熱燃燒氣體。與壓縮機(jī)12類似，燃?xì)鉁u輪構(gòu)件16可為本發(fā)明的各 種實(shí)施例中所需的多級(jí)構(gòu)件。如圖所示，壓縮機(jī)12和渦輪16可在公共轉(zhuǎn)子軸18上操作， 公共轉(zhuǎn)子軸18也可連接在渦輪16下游的發(fā)電機(jī)(未顯示)上。其它渦輪機(jī)布置和/或其 它類型渦輪機(jī)也可被結(jié)合、利用和/或與本發(fā)明的各種實(shí)施例關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，可提供冷卻物質(zhì)。適當(dāng)?shù)睦鋮s物質(zhì)的舉例為液化空氣。 液化空氣是通過壓縮和除熱而冷卻至相對(duì)低的溫度的空氣。它具有約870kg/m3的密度，其 可依空氣的元素組分而變化。冷卻物質(zhì)可有利于將諸如冷卻空氣的冷卻氣體提供至壓縮機(jī) 12的入口 22。提供冷卻空氣作為壓縮機(jī)12的入口空氣可增大渦輪機(jī)設(shè)備10的功率輸出。根據(jù)本發(fā)明的示范性而非限制性實(shí)施例，可利用入口系統(tǒng)20將冷卻的入口空氣 供應(yīng)給壓縮機(jī)12的入口 22。例如，通向壓縮機(jī)12的基本上開放端部的入口氣室20可布置 成將冷卻的入口空氣供應(yīng)給壓縮機(jī)入口 22?？蓪⒁夯諝馓峁┙o入口氣室20，并使其在入 口氣室22內(nèi)膨脹。隨著液化空氣膨脹，液化空氣的至少一部分可轉(zhuǎn)化成相對(duì)冷的空氣，該 相對(duì)冷的空氣可被提供給壓縮機(jī)入口 22。繼續(xù)參照?qǐng)D1，可提供至少一個(gè)存儲(chǔ)容器24，以通過一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的管道26將 液化空氣供應(yīng)至入口系統(tǒng)20。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，噴射歧管28可從一個(gè)或多個(gè)管道 26接收液化空氣，并通過結(jié)合于噴射歧管28內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)噴嘴30將液化空氣提供至入 口氣室。如在本發(fā)明的各種實(shí)施例中所需，液化空氣噴射可通過歧管28和噴嘴30上游的 管道24上的一個(gè)或多個(gè)控制閥32進(jìn)行控制?？蛇x擇性地促動(dòng)一個(gè)或多個(gè)控制閥32，以允 許液化空氣流過一個(gè)或多個(gè)管道26?？墒謩?dòng)和/或通過任何數(shù)量的適當(dāng)?shù)目刂茊卧獊砜刂?一個(gè)或多個(gè)控制閥32的促動(dòng)，適當(dāng)?shù)目刂茊卧鐬橄旅鎸⒃敿?xì)討論的控制單元40。歧管28和相關(guān)的噴嘴30的放置可如本發(fā)明的各種實(shí)施例中所需而在氣室20內(nèi) 變化。例如，通過將噴嘴定位成更靠近氣室入口 34，隨著空氣流向壓縮機(jī)入口 22，可實(shí)現(xiàn)相 對(duì)更均勻的溫度，但是可能導(dǎo)致沿路徑的一些不希望的溫度升高。通過將歧管28和相關(guān)的 噴嘴30放置成更靠近壓縮機(jī)入口 22，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)較冷但較不均勻的溫度。因而，氣室28和 噴嘴30的具體的放置可如本發(fā)明的各種實(shí)施例中所需而變化。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，可在本發(fā)明的某些實(shí)施例中提供控制單元40，以控制一個(gè)或多個(gè) 控制閥32的促動(dòng)?？刂茊卧?0可為能夠給一個(gè)或多個(gè)閥32提供有利于閥32的促動(dòng)的電 信號(hào)的適當(dāng)?shù)奶幚砥黩?qū)動(dòng)裝置。適當(dāng)?shù)目刂茊卧呐e例包括但不限于應(yīng)用專用電路、微控 制器、微型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等?？刂茊卧?0可包括有利于執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令 來控制控制單元40的操作的任何數(shù)量的處理器42。通過執(zhí)行與確定何時(shí)促動(dòng)一個(gè)或多個(gè) 控制閥32相關(guān)的計(jì)算機(jī)可讀指令，控制單元40可形成控制給渦輪壓縮機(jī)12的入口 22供 應(yīng)冷卻物質(zhì)的專用計(jì)算機(jī)。
除一個(gè)或多個(gè)處理器42外，控制單元40可包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置44、一個(gè)或 多個(gè)輸入/輸出(“I/O”)接口 46和一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 48。一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置44可 為任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)裝置，例如高速緩存、只讀存儲(chǔ)裝置、隨機(jī)存取存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置等。 一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置44可存儲(chǔ)控制單元40所利用的數(shù)據(jù)、可執(zhí)行指令和/或各種程序模 塊，例如，事件數(shù)據(jù)50、操作系統(tǒng)52和/或流控制應(yīng)用程序54。事件數(shù)據(jù)50可包括與渦輪 機(jī)設(shè)備10的操作關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、與通過渦輪機(jī)設(shè)備10提供功率的負(fù)載關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 和/或與一個(gè)或多個(gè)有計(jì)劃的事件關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。與渦輪機(jī)設(shè)備10關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的舉例包括 與渦輪16的功率輸出關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)、與渦輪16的功率信號(hào)輸出的頻率關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、壓縮 機(jī)12的空氣入口溫度和/或與渦輪機(jī)設(shè)備10的操作關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)。與通過渦輪機(jī)設(shè)備 10提供功率的負(fù)載關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的舉例包括與提供給負(fù)載的信號(hào)的頻率關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 /或與由負(fù)載抽取的功率的量關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。有計(jì)劃的事件的舉例包括有計(jì)劃的瞬態(tài)事件，在 有計(jì)劃的瞬態(tài)事件中由負(fù)載抽取的功率可大于預(yù)先確定的功率量或目標(biāo)功率量，諸如機(jī)械 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的最初啟動(dòng)或電網(wǎng)在頂峰時(shí)間期間的功率抽取。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，控制單元40可包括任何數(shù)量的軟件應(yīng)用程序，該軟件 應(yīng)用程序可被執(zhí)行以有利于控制單元40的操作。軟件應(yīng)用程序可包括由一個(gè)或多個(gè)處理 器42執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀指令。計(jì)算機(jī)可讀指令的執(zhí)行可形成有利于一個(gè)或多個(gè)控制閥32 的選擇性促動(dòng)的專用計(jì)算機(jī)。作為軟件應(yīng)用程序的舉例，控制單元40可包括控制控制單元 52的總體操作并有利于其它軟件應(yīng)用程序的執(zhí)行的操作系統(tǒng)(“OS”)52?？刂茊卧?0還 可包括可操作來控制一個(gè)或多個(gè)控制閥32的促動(dòng)的流控制應(yīng)用程序54。流控制應(yīng)用程序 54可接收各種數(shù)據(jù)，諸如與渦輪機(jī)設(shè)備10的操作關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、與負(fù)載關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和/或與 一個(gè)或多個(gè)有計(jì)劃的事件關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，流控制應(yīng)用程序54可引導(dǎo)所接收的數(shù)據(jù)在本發(fā)明 的各種實(shí)施例中所需的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置44中的存儲(chǔ)。流控制應(yīng)用程序54可處理至少 一部分?jǐn)?shù)據(jù)，以識(shí)別或確定應(yīng)當(dāng)增大渦輪16的功率輸出的事件或情況，例如，負(fù)載抽取多 于預(yù)先確定的功率量的瞬態(tài)事件。流控制應(yīng)用程序54可選擇性地促動(dòng)一個(gè)或多個(gè)閥32或 控制一個(gè)或多個(gè)閥32的促動(dòng)，以便在識(shí)別或確定的事件期間將冷卻物質(zhì)供應(yīng)給壓縮機(jī)22 的入口系統(tǒng)20。在一些情況下，事件的識(shí)別可包括應(yīng)當(dāng)增大渦輪16的功率輸出的預(yù)期的或 預(yù)料的事件的識(shí)別。從這方面考慮，可在整個(gè)事件過程中增大渦輪16的功率輸出。一個(gè)或多個(gè)I/O接口 46可有利于控制單元40和一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出裝置和/ 或一個(gè)或多個(gè)用戶接口裝置之間的通信，輸入/輸出裝置例如是通用串行總線端口、串行 端口、磁盤驅(qū)動(dòng)器、⑶-ROM驅(qū)動(dòng)器，用戶接口裝置例如是有利于用戶與控制單元40交互的 顯示器、鍵盤、小鍵盤、鼠標(biāo)、控制面板、觸摸屏顯示器、麥克風(fēng)等?？衫靡粋€(gè)或多個(gè)I/O接 口以便從很多不同的輸入裝置接收或收集事件數(shù)據(jù)和/或用戶指令。所接收的數(shù)據(jù)可由流控制應(yīng)用程序40如本發(fā)明的各種實(shí)施例所需的方式進(jìn)行處理和/或被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置44中。一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 48可有利于將控制單元40連接至一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò) 56，例如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、任何有線網(wǎng)絡(luò)、任何無線網(wǎng)絡(luò)等。從這方面考慮，控制單元 40可通過一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)56從一個(gè)或多個(gè)外部裝置、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件和/或系統(tǒng)接收測(cè)量數(shù)據(jù)、 其它事件數(shù)據(jù)和/或指令。例如，控制單元40可通過一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)56從任何數(shù)量的適 當(dāng)?shù)膫鞲衅?8或其它測(cè)量裝置接收與渦輪機(jī)設(shè)備10和/或由渦輪機(jī)設(shè)備10提供功率的 負(fù)載關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)。傳感器58可包括如本發(fā)明的各種實(shí)施例中所需的任何適當(dāng)?shù)膫鞲?器。作為另一舉例，控制單元40可通過一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)56從如本發(fā)明的各種實(shí)施 例中所需的一個(gè)或多個(gè)外部系統(tǒng)和/或裝置60接收事件數(shù)據(jù)和/或指令。以上描述的入口布置可通過將液化空氣噴射進(jìn)入壓縮機(jī)12的入口系統(tǒng)而降低進(jìn) 入壓縮機(jī)12的環(huán)境空氣的溫度來允許短期的輸出功率增大。在溫度降低的同時(shí)液態(tài)空氣 的流量增大，會(huì)至少暫時(shí)地將燃?xì)鉁u輪16的功率輸出增大到否則將要求渦輪16在超出其 正常操作溫度下燃燒的水平。在某些實(shí)施例中，渦輪機(jī)的功率輸出可增大到超出渦輪機(jī)的 正常容量?？刂品桨缚苫诟鞣N頻率水平下的功率輸出要求或具體壓縮機(jī)入口溫度的維持。 它可能還有利于通過一個(gè)或多個(gè)閥32將液化空氣的供應(yīng)控制到在預(yù)先確定的頻率水平維 持所需輸出所需的最小量，亦即，在間歇或經(jīng)調(diào)整的基礎(chǔ)上，以更長(zhǎng)補(bǔ)充間隔來保存昂貴的 液化空氣。在某些實(shí)施例中，控制方案可能還有利于維持渦輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)頻率。隨著由 渦輪機(jī)供應(yīng)的負(fù)載抽取更多功率，控制方案可通過一個(gè)或多個(gè)閥32控制液化空氣的供應(yīng)， 以便增大渦輪機(jī)的功率輸出和維持渦輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的期望的頻率。在某些實(shí)施例中，渦輪機(jī) 的功率輸出可增大到超出正常渦輪機(jī)容量。另外，在某些實(shí)施例中，可根據(jù)需要手動(dòng)控制一個(gè)或多個(gè)閥32的促動(dòng)，以有利于 將冷卻物質(zhì)供應(yīng)給渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口 22。從這方面考慮，可手動(dòng)控制渦輪機(jī)的輸出的增 大。應(yīng)當(dāng)理解，如本文中描述，通過附加壓縮機(jī)質(zhì)量流量實(shí)現(xiàn)的功率增大可改善壓縮 機(jī)喘振邊界和渦輪機(jī)設(shè)備10內(nèi)的零件壽命。可與本發(fā)明的各種實(shí)施例聯(lián)合地利用很多不同渦輪機(jī)和渦輪類型。例如，在某些 實(shí)施例中，渦輪機(jī)可為提供功率給電網(wǎng)的若干渦輪機(jī)中的一個(gè)。在這種布置中，將液化空氣 引導(dǎo)至壓縮機(jī)22的入口系統(tǒng)20可至少部分地基于電網(wǎng)內(nèi)的頻率水平。在本發(fā)明的其它實(shí) 施例中，渦輪機(jī)可為在功率島模式下操作的單個(gè)渦輪機(jī)。換言之，渦輪機(jī)可為用于負(fù)載的單 獨(dú)功率源，負(fù)載可以為諸如連接在渦輪機(jī)上的功率設(shè)備或電網(wǎng)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中， 可利用渦輪機(jī)給一個(gè)或多個(gè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和/或機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)功率。在該類型的布置 中，渦輪機(jī)可能對(duì)連接的負(fù)載的功率要求相對(duì)地更加敏感。例如，在與負(fù)載關(guān)聯(lián)的某些瞬態(tài) 事件期間，諸如機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的最初啟動(dòng)，可暫時(shí)地增大負(fù)載抽取的功率。通過在對(duì)應(yīng)于瞬 態(tài)事件的一段時(shí)間內(nèi)給入口系統(tǒng)20提供液化空氣，渦輪機(jī)的功率輸出可被增大以響應(yīng)瞬 態(tài)事件。圖2為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例利用的在島模式下操作的示范性渦輪機(jī)系統(tǒng)200的框圖。渦輪機(jī)系統(tǒng)200可包括渦輪機(jī)205、發(fā)電機(jī)210和負(fù)載215。渦輪機(jī)205 可為可操作來給發(fā)電機(jī)210供應(yīng)功率的任何適當(dāng)?shù)臏u輪機(jī)，例如燃?xì)廨啓C(jī)。在本發(fā)明的各 種實(shí)施例中，渦輪機(jī)205可以是單獨(dú)的渦輪機(jī)。發(fā)電機(jī)210可以可操作地從渦輪機(jī)205接 收機(jī)械能，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成可供應(yīng)給電負(fù)載的電能。負(fù)載215可包括由渦輪機(jī)205和發(fā)電機(jī)210提供功率的任何數(shù)量的裝置。負(fù)載的 舉例包括但不限于工廠、工業(yè)設(shè)備、小鎮(zhèn)的電網(wǎng)等。在功率島應(yīng)用中，因各種瞬態(tài)事件而引 起的負(fù)載抽取的功率的波動(dòng)對(duì)渦輪機(jī)的功率輸出的影響可能比多個(gè)渦輪機(jī)給負(fù)載提供功 率的情況更大。因而，通過監(jiān)視負(fù)載215和/或渦輪機(jī)205以識(shí)別瞬態(tài)事件，以及在瞬態(tài)事 件期間給渦輪機(jī)205的壓縮機(jī)入口提供冷卻物質(zhì)以增大渦輪機(jī)205的功率輸出，可在系統(tǒng) 200中實(shí)現(xiàn)更大的穩(wěn)定性。與圖1所示系統(tǒng)類似的系統(tǒng)可有利于給渦輪機(jī)205的壓縮機(jī)入 口供應(yīng)諸如液化空氣的冷卻物質(zhì)。除在功率島模式下的操作外，可利用諸如圖2所示的 渦輪機(jī)205的渦輪機(jī)來為一 個(gè)或多個(gè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和/或其它工業(yè)設(shè)備供應(yīng)功率。在這種情況下，可利 用渦輪機(jī)的機(jī)械能直接給機(jī)械應(yīng)用供應(yīng)功率。換言之，無需利用與機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和/或機(jī) 械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)。與在功率島模式下操作的渦輪機(jī)類似，可通過本發(fā)明的各種 實(shí)施例增大給一個(gè)或多個(gè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置或應(yīng)用供應(yīng)功率的渦輪機(jī)的功率輸出。圖3為圖示根據(jù)本發(fā)明的說明性的實(shí)施例的用于增大渦輪機(jī)的功率輸出的一個(gè) 示范性方法300的流程圖。該方法可從框305開始。在框305可提供渦輪機(jī)。另外，在框 310，可提供例如液化空氣的冷卻物質(zhì)的供應(yīng)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，冷卻物質(zhì)可存儲(chǔ) 在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)容器中。在框315，可將冷卻物質(zhì)的至少一部分的供應(yīng)引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口。例如， 可將液化空氣膨脹和與環(huán)境空氣混合，以形成可由渦輪機(jī)的壓縮機(jī)引入和利用的相對(duì)冷的 空氣。在某些實(shí)施例中，液化空氣可在適當(dāng)?shù)娜肟谙到y(tǒng)中膨脹，例如圖1所示入口系統(tǒng)20。 作為給渦輪機(jī)的壓縮機(jī)提供相對(duì)冷的空氣的結(jié)果，可至少暫時(shí)地增大渦輪機(jī)的功率輸出。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，將冷卻物質(zhì)引導(dǎo)至壓縮機(jī)入口或入口系統(tǒng)可至少部分 地基于事件的識(shí)別，諸如瞬態(tài)事件，在瞬態(tài)事件中，負(fù)載抽取或?qū)⒊槿《嘤陬A(yù)先確定的量的 功率。例如，如果負(fù)載為機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，那么機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的啟動(dòng)可能抽取比在機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng) 用的穩(wěn)態(tài)操作期間抽取的功率量多的功率量。啟動(dòng)事件的識(shí)別可有利于將冷卻物質(zhì)引導(dǎo)至 壓縮機(jī)入口，以補(bǔ)償抽取的更多的功率量。從這方面考慮，可在功率系統(tǒng)中維持更大的穩(wěn)定 性。方法300可在隨后的框315結(jié)束。盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)用和最優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng) 理解本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明意圖覆蓋屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改 和等效布置。該書面說明書利用實(shí)例公開了包括最佳方式的本發(fā)明，并使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實(shí)施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何相關(guān)方法。本發(fā)明的可授予專利 的范圍由權(quán)利要求限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例 具有與權(quán)利要求的字面意義并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字 面意義無本質(zhì)差別的等效結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它實(shí)例屬于權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
用于增大燃?xì)廨啓C(jī)(10)的功率輸出的方法，所述方法包括提供冷卻物質(zhì)；將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的壓縮機(jī)入口(22)以一段時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供冷卻物質(zhì)包括提供液化空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至壓 縮機(jī)入口(22)包括使所述冷卻物質(zhì)的所述至少一部分在氣室(20)中膨脹。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)包括給電網(wǎng)供應(yīng)功率 的燃?xì)廨啓C(jī)(10)，且其中，將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的壓縮機(jī)入口(22)以 一段時(shí)間包括當(dāng)電網(wǎng)頻率降至預(yù)先確定的目標(biāo)頻率以下時(shí)將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分 引導(dǎo)至壓縮機(jī)入口(22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至所 述渦輪機(jī)(10)的壓縮機(jī)入口(22)有利于將功率輸出維持在一個(gè)或多個(gè)預(yù)先確定的頻率水 平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)包括給負(fù)載(215)供 應(yīng)功率的單個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)(205)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至所 述渦輪機(jī)(10)的壓縮機(jī)入口(22)以一段時(shí)間包括當(dāng)所述負(fù)載(215)抽取多于預(yù)先確定的 量的功率時(shí)將所述冷卻物質(zhì)的至少一部分引導(dǎo)至所述壓縮機(jī)入口(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載(215)包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括提供至少一個(gè)控制閥(32)，所述控制閥(32)被選擇性地促動(dòng)以控制將所述冷卻物質(zhì) 的至少一部分引導(dǎo)到所述壓縮機(jī)入口(22)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在瞬態(tài)事件期間增大渦輪機(jī)的功率輸出的系統(tǒng)和方法?？商峁├鋮s物質(zhì)，冷卻物質(zhì)的至少一部分可被引導(dǎo)至渦輪機(jī)的壓縮機(jī)入口以預(yù)定的時(shí)間，以便增大渦輪機(jī)的功率輸出。
文檔編號(hào)F02C7/143GK101865036SQ20101011326
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者D·A·斯奈德, K·W·威爾克斯, R·S·羅森, S·V·漢努拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司