本文中所公開的主題涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于提供某些排放物溫度的渦輪系統(tǒng)控制的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

諸如在電廠中提供電力的燃?xì)鉁u輪的某些渦輪系統(tǒng)典型地包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮機(jī)、燃燒器系統(tǒng)以及渦輪。燃燒器系統(tǒng)使燃料和壓縮的空氣的混合物燃燒而生成熱燃?xì)?，熱燃?xì)饫^而驅(qū)動(dòng)渦輪的葉片，例如以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)功率。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排出氣體可能包括某些副產(chǎn)物，諸如氮氧化物(nox，包括no和no2)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)以及未燃的烴。

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可以包括控制系統(tǒng)，以監(jiān)測和控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的運(yùn)行。例如，控制系統(tǒng)可以對(duì)諸如著火溫度、燃料流量以及壓縮機(jī)空氣流量的各種參數(shù)進(jìn)行控制，以使燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)運(yùn)行成具有指定的功率輸出且/或減少排出氣體排放物。在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)運(yùn)行突然地或瞬時(shí)地改變時(shí)(例如，在所要求的功率輸出下降時(shí)，或在從負(fù)載路徑切換或轉(zhuǎn)變至另一負(fù)載路徑時(shí))，控制系統(tǒng)可以相應(yīng)地調(diào)整各種參數(shù)(例如，從而僅產(chǎn)生所要求的功率且/或具有新的排出氣體排放物)。因此，尤其是在瞬態(tài)時(shí)期的期間，改進(jìn)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的控制將是有益的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中總結(jié)了在范圍上與本公開相應(yīng)的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不旨在限制權(quán)利要求的范圍，相反，這些實(shí)施例僅旨在提供對(duì)某些實(shí)施例的簡要概括。實(shí)際上，本公開的實(shí)施例可以包括可能與在下文中闡明的實(shí)施例類似或不同的各種形式。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)。系統(tǒng)包括渦輪控制系統(tǒng)，其包括處理器。處理器配置成接收輸入，以用于在渦輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與渦輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變。處理器另外配置成基于輸入而確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)。處理器進(jìn)一步配置成基于co設(shè)定點(diǎn)而應(yīng)用溫度控制，其中正常負(fù)載路徑與冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

在另一實(shí)施例中，一種方法包括經(jīng)由處理器而接收輸入，以用于在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變。方法進(jìn)一步包括：經(jīng)由處理器而基于輸入來確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)；以及經(jīng)由處理器而基于co設(shè)定點(diǎn)來應(yīng)用溫度控制，其中正常負(fù)載路徑與冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

在另一實(shí)施例中，提供了一種存儲(chǔ)非暫時(shí)的處理器可執(zhí)行指令的機(jī)器可讀介質(zhì)。處理器可執(zhí)行指令配置成接收輸入，以用于在渦輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與渦輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變。處理器可執(zhí)行指令另外配置成基于輸入而確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)，以及基于co設(shè)定點(diǎn)而應(yīng)用溫度控制，其中正常負(fù)載路徑與冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括：渦輪控制系統(tǒng)，其包括處理器，該處理器配置成：接收輸入，以用于在渦輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與所述渦輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變；基于所述輸入而確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)；以及基于所述co設(shè)定點(diǎn)而應(yīng)用溫度控制，其中所述正常負(fù)載路徑與所述冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述處理器配置成通過將co目標(biāo)溫度設(shè)定為高于所預(yù)測出的co水平或高于調(diào)節(jié)co水平的系數(shù)而確定所述co設(shè)定點(diǎn)。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述系數(shù)包括在0.08與1.2之間。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述處理器配置成在某一時(shí)段內(nèi)維持所述co目標(biāo)溫度。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，所述處理器配置成在所述時(shí)段終結(jié)之后，降低所述co目標(biāo)溫度。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述處理器配置成通過將偏壓加到co控制器而確定所述co設(shè)定點(diǎn)。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述處理器配置成通過確定退出所述渦輪系統(tǒng)的排氣的排氣溫度而確定所述co設(shè)定點(diǎn)。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述處理器配置成確定所述渦輪系統(tǒng)是否在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行，以及在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行的同時(shí)，如果所述渦輪系統(tǒng)經(jīng)歷瞬態(tài)狀況，則應(yīng)用細(xì)微調(diào)諧控制。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，所述細(xì)微調(diào)諧控制包括通過應(yīng)用igv增益偏壓而應(yīng)用igv增益控制。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述處理器配置成通過調(diào)制配置成將燃料輸送至所述渦輪系統(tǒng)的燃料閥、通過調(diào)制配置成將氧化劑輸送至所述渦輪系統(tǒng)的入口導(dǎo)葉或兩者的組合而應(yīng)用所述溫度控制，并且其中所述更高的排放物溫度包括更高的著火溫度、更高的排氣溫度或兩者的組合。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供了一種方法，包括：經(jīng)由處理器而接收輸入，以用于在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變；經(jīng)由所述處理器而基于所述輸入來確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)；以及經(jīng)由所述處理器而基于所述co設(shè)定點(diǎn)來應(yīng)用溫度控制，其中所述正常負(fù)載路徑與所述冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，所述溫度控制包括將co目標(biāo)溫度設(shè)定為高于所預(yù)測出的co水平或高于調(diào)節(jié)co水平的系數(shù)。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，所述溫度控制包括在某一時(shí)段內(nèi)維持所述co目標(biāo)溫度。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，包括：經(jīng)由所述處理器而確定所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)是否在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行；以及在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行的同時(shí)，如果所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)經(jīng)歷瞬態(tài)狀況，則經(jīng)由所述處理器來應(yīng)用細(xì)微調(diào)諧控制。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，經(jīng)由所述處理器來應(yīng)用所述細(xì)微調(diào)諧控制包括應(yīng)用igv增益控制。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，經(jīng)由所述處理器而基于所述co設(shè)定點(diǎn)來應(yīng)用溫度控制包括在所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的啟動(dòng)的期間或關(guān)閉的期間，經(jīng)由所述處理器來應(yīng)用所述溫度控制。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案提供了一種存儲(chǔ)非暫時(shí)的處理器可執(zhí)行指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述處理器可執(zhí)行指令配置成：接收輸入，以用于在渦輪系統(tǒng)的正常負(fù)載路徑(nlp)與所述渦輪系統(tǒng)的冷負(fù)載路徑(clp)之間轉(zhuǎn)變；基于所述輸入而確定一氧化碳(co)設(shè)定點(diǎn)；以及基于所述co設(shè)定點(diǎn)而應(yīng)用溫度控制，其中所述正常負(fù)載路徑與所述冷負(fù)載路徑相比包括更高的排放物溫度。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，所述指令配置成通過將co目標(biāo)溫度設(shè)定為高于所預(yù)測出的co水平或高于調(diào)節(jié)co水平的系數(shù)而確定所述co設(shè)定點(diǎn)。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，所述指令配置成在某一時(shí)段內(nèi)維持所述co目標(biāo)溫度。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，所述指令配置成確定所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)是否在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行，并且在所述冷負(fù)載路徑運(yùn)行的同時(shí)，如果所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)經(jīng)歷瞬態(tài)狀況，則通過應(yīng)用igv增益控制來應(yīng)用細(xì)微調(diào)諧控制。

附圖說明

在參考附圖來閱讀以下的詳述時(shí)，將更清楚地理解本公開的這些及其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)，在所有的附圖中，相同的字符表示相同的零件，在附圖中：

圖1是按照本公開的實(shí)施例的包括用于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的排放物的控制器的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的框圖；

圖2是nlp運(yùn)行和clp運(yùn)行以及從nlp運(yùn)行至clp運(yùn)行的轉(zhuǎn)變的實(shí)施例的圖表視圖；

圖3是適用于使瞬態(tài)最小化或消除的控制過程的實(shí)施例的框圖；以及

圖4是圖3的控制過程的實(shí)施例的流程圖。

零件列表

10渦輪系統(tǒng)

12控制器

14燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

16底循環(huán)

22壓縮機(jī)

24渦輪燃燒器

26渦輪

28燃料噴嘴

34增壓燃?xì)?/p>

36軸

38排出氣體

40負(fù)載

42空氣引入口

44增壓空氣

46方向

100正常負(fù)載路徑(nlp)

102冷負(fù)載路徑(clp)

101軸線

103軸線

104第一點(diǎn)

106初始負(fù)載水平

108初始燃料焚燒量

110第二點(diǎn)

112期望的基本負(fù)載水平

114第三點(diǎn)

116第四點(diǎn)

118第五點(diǎn)

120第六點(diǎn)

122轉(zhuǎn)變線

62轉(zhuǎn)變控制器

64細(xì)微調(diào)諧控制器

65co控制器

68存儲(chǔ)器

66處理器

70傳感器

78壓縮機(jī)出口傳感器

80燃料傳感器

84致動(dòng)器

86致動(dòng)器

88致動(dòng)器

94用戶輸入系統(tǒng)

140控制過程

142高溫啟動(dòng)

144低溫啟動(dòng)

146塊

148塊

150塊

152co極限模型

154co極限

156時(shí)間濾波

158塊

160起始點(diǎn)

162點(diǎn)

164點(diǎn)

166點(diǎn)

170偏壓

168負(fù)載改變

172調(diào)諧模型

200過程

202塊

204塊

208塊。

具體實(shí)施方式

將在下文中描述本公開的一個(gè)或更多個(gè)具體的實(shí)施例。為了提供對(duì)這些實(shí)施例的簡明的描述，可能未在說明書中描述實(shí)際的實(shí)施方式的所有的特征。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在任何這樣的實(shí)際的實(shí)施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須作出許多實(shí)施方式特有的決策，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如與系統(tǒng)相關(guān)的約束和商業(yè)相關(guān)的約束的依從性，其可能從一個(gè)實(shí)施方式到另一個(gè)而改變。此外，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這樣的開發(fā)努力可能復(fù)雜而費(fèi)時(shí)，但對(duì)于得益于本公開的普通技術(shù)人員，將不過是設(shè)計(jì)、制備和制造的常規(guī)工作。

在介紹本公開的各種實(shí)施例的元件時(shí)，詞語“一”、“一個(gè)”、“該”以及“所述”旨在意指存在一個(gè)或更多個(gè)元件。用語“包括”、“包含”以及“具有”旨在為包含的，并且意指可能存在除了所列出的元件之外的另外的元件。

如上文中所注意到的，渦輪系統(tǒng)可以在由某些排放物溫度(例如，排氣溫度、著火溫度)、燃料流量、空氣流量以及其他參數(shù)限定的穩(wěn)態(tài)條件下運(yùn)行，以產(chǎn)生指定的功率輸出。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以在連續(xù)的基礎(chǔ)(例如，基本負(fù)載)上運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生基本負(fù)載功率。例如，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還可以在部分負(fù)載(例如，基本負(fù)載的部分)下運(yùn)轉(zhuǎn)。在啟動(dòng)的期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以沿著例如正常負(fù)載路徑(nlp)和冷負(fù)載路徑(clp)的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)定的(例如，編程的)路徑對(duì)基本負(fù)載進(jìn)行操作。各預(yù)定的路徑可以包括使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在路徑的各種部分處以特定的一組運(yùn)行參數(shù)(諸如燃料流量、空氣流量、著火溫度、co排放量等)運(yùn)行。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)從預(yù)定的路徑切換至另一預(yù)定的路徑時(shí)，可以調(diào)整一個(gè)或更多個(gè)運(yùn)行參數(shù)。例如，在給定的負(fù)載水平下，nlp可以與較高的著火溫度或排氣溫度相對(duì)應(yīng)，并且，clp可以與較低的著火溫度或排氣溫度相對(duì)應(yīng)。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)從nlp切換至clp時(shí)，可以(例如，通過減少燃料流量而)降低著火溫度或排氣溫度。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的著火溫度降低時(shí)，可能(例如，通過燃燒系統(tǒng)的冷區(qū)而)將co至co2的氧化反應(yīng)熄滅，且因此，co排放量可能增加。因此，轉(zhuǎn)變可能導(dǎo)致高于期望的閾值(例如，調(diào)節(jié)極限)的著火溫度及對(duì)應(yīng)的co排放量水平。

在本文中提供的是用于對(duì)渦輪系統(tǒng)的瞬態(tài)運(yùn)行進(jìn)行控制的技術(shù)。更具體地，按照本公開的技術(shù)可以應(yīng)用于當(dāng)在啟動(dòng)期間或在關(guān)閉期間，將燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)從nlp運(yùn)行切換至clp運(yùn)行時(shí)，對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)控制。在啟動(dòng)期間或在關(guān)閉期間，本文中所描述的技術(shù)可以取決于提高的或降低的負(fù)載請(qǐng)求而將入口導(dǎo)葉(igv)控制回路增益向上或向下調(diào)整，這可以保持渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在比穩(wěn)態(tài)溫度參考值更高的著火溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因而降低瞬態(tài)可操作性的問題的可能性?？梢曰谡{(diào)節(jié)co極限的最小值和乘以某一系數(shù)而預(yù)測出的co而規(guī)定co水平的目標(biāo)，這瞬時(shí)地提高co排氣溫度，且然后，基于時(shí)間濾波而對(duì)溫度下降進(jìn)行控制。因此，可以使排氣溫度參考值的較大的改變最小化或消除，這使igv中的顯著變化和燃料行程參考值(fsr)控制最小化，因而減少或消除可能導(dǎo)致爆裂的諸如igv的開度太遠(yuǎn)或太小且/或燃料輸送太多或太少的可操作性的問題。

考慮到前文，圖1是渦輪系統(tǒng)10的框圖，渦輪系統(tǒng)10包括用于對(duì)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的運(yùn)行進(jìn)行控制的按照本公開的控制器12。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14和底循環(huán)16。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14可以包括簡單循環(huán)重型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)或飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)衍生燃燒系統(tǒng)，但不限于此。底循環(huán)16配置成利用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14所生成的熱(例如，來自排氣的廢熱)來生成電力，并且，可以包括其他構(gòu)件，諸如廢熱回收鍋爐和蒸汽渦輪，例如余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14包括壓縮機(jī)22、渦輪燃燒器24以及渦輪26。渦輪燃燒器24包括一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴28，燃料噴嘴28可以將諸如柴油、天然氣或合成氣的液體燃料和/或氣體燃料發(fā)送至渦輪燃燒器24中。在所圖示的實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14包括一個(gè)渦輪燃燒器24，然而，應(yīng)當(dāng)注意到，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14可以包括任意數(shù)量的渦輪燃燒器24。

渦輪燃燒器24點(diǎn)燃空氣燃料混合物而使空氣燃料混合物燃燒，然后，將熱增壓燃?xì)?4(例如，排氣)傳遞至渦輪26中。渦輪26的渦輪葉片與軸36聯(lián)接，在整個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14中，軸36還與若干個(gè)其他構(gòu)件聯(lián)接。在一些實(shí)施例中，渦輪燃燒器24是可向紐約斯克內(nèi)克塔迪的通用電氣公司購買的干式低氮氧化物(nox)(dln)燃燒器24。dln燃燒器24可以按若干個(gè)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，例如，以降低排放物水平。模式可以包括：主模式，僅將燃料輸送至主噴嘴；貧-貧模式，將燃料輸送至主噴嘴和副噴嘴兩者，并且，主噴嘴和副噴嘴兩者都具有火焰；副模式，僅將燃料輸送至副噴嘴；以及預(yù)混合模式，將燃料輸送至主噴嘴和副噴嘴兩者，但火焰僅出現(xiàn)于副噴嘴中。在部分負(fù)載下，輸送至dln燃燒器24的燃料可以按主模式運(yùn)行，而不是以預(yù)混合模式運(yùn)行。隨著燃?xì)?4經(jīng)過渦輪26中的渦輪葉片，渦輪26被驅(qū)動(dòng)成旋轉(zhuǎn)，這促使軸36旋轉(zhuǎn)。最終，燃?xì)?4作為排出氣體38的流而退出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14。而且，軸36可以與負(fù)載40聯(lián)接，經(jīng)由軸36的旋轉(zhuǎn)而給負(fù)載40提供動(dòng)力。例如，負(fù)載40可以是可以經(jīng)由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的旋轉(zhuǎn)輸出而生成動(dòng)力的任何合適的裝置，諸如發(fā)電機(jī)、飛機(jī)螺旋槳等。

作為壓縮機(jī)22的構(gòu)件，包括壓縮機(jī)葉片。壓縮機(jī)葉片與軸36聯(lián)接，并且，當(dāng)如上所述地通過渦輪26而將軸36驅(qū)動(dòng)成旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)葉片將旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)22內(nèi)的壓縮機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)將來自空氣引入口42的空氣壓縮成增壓空氣44。然后，將增壓空氣44供給至渦輪燃燒器24的燃料噴嘴28中。一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴28使增壓空氣44和燃料混合，以產(chǎn)生適合于燃燒(例如，促使燃料更充分地焚燒的燃燒)的混合物比，以便于不浪費(fèi)燃料或造成過量的排放物。

排出氣體流38可以退出渦輪26而繼續(xù)沿下游方向46朝向底循環(huán)16流動(dòng)。作為燃燒過程的結(jié)果，排出氣體流38可能包括某些副產(chǎn)物，諸如氮氧化物(nox，包括no和no2)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox，包括co)以及未燃的烴。然后，可以將排出氣體流38輸送至底循環(huán)16，以用于進(jìn)一步處理和/或使用。例如，底循環(huán)16可以包括氣體處理系統(tǒng)、余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)以及蒸汽渦輪。

如上文中所注意到的，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10包括控制器12，控制器12可以用于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的運(yùn)行，包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10在啟動(dòng)期間或在關(guān)閉期間的瞬態(tài)運(yùn)行。更具體地，在瞬態(tài)運(yùn)行的期間，控制器12配置成，例如，在系統(tǒng)10啟動(dòng)或關(guān)閉的期間，控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的運(yùn)行，以從遵循nlp運(yùn)行切換至遵循clp運(yùn)行。為了使瞬態(tài)(例如，如co和氮氧化物的某些種類的太高的排氣排放)最小化或防止這些瞬態(tài)且/或?yàn)榱朔乐贡褷顩r，控制器12可以將co目標(biāo)設(shè)定為新的co參考值，使得co目標(biāo)基于調(diào)節(jié)co極限的最小值和乘以某一系數(shù)而預(yù)測出的co。一旦控制器12遵循clp運(yùn)行，控制器12就可以另外或備選地基于某些負(fù)載請(qǐng)求(例如，操作人員負(fù)載請(qǐng)求)而將入口導(dǎo)葉(igv)控制回路增益向上或向下調(diào)整，這可以保持渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在比穩(wěn)態(tài)溫度參考值更高的著火溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因而降低瞬態(tài)可操作性的問題的可能性。

描述nlp運(yùn)行和clp運(yùn)行以及從nlp至clp(或反之亦然)的轉(zhuǎn)變可以是有益的。因此，圖2圖示nlp100的實(shí)施例和clp102的實(shí)施例，nlp100和clp102可以用于在啟動(dòng)期間控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10。如圖2中所圖示的，由于在軸線101上顯示的燃料焚燒量或燃料消耗量關(guān)于在軸線103上顯示的期望的負(fù)載水平而增加，因而nlp100和clp102各自顯示大體上向上的趨勢。如圖所示，在啟動(dòng)期間，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以從第一點(diǎn)104開始而朝向第二點(diǎn)110行進(jìn)，其中，第一點(diǎn)104可以與初始負(fù)載水平106和初始燃料焚燒量108相對(duì)應(yīng)，第二點(diǎn)110可以與期望的基本負(fù)載水平112相對(duì)應(yīng)。從第一點(diǎn)104至第二點(diǎn)110，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以沿著例如nlp100和/或clp102的一個(gè)或更多個(gè)路徑或曲線(例如，隨著負(fù)載水平而變化的燃料焚燒量)運(yùn)行。在大體上維持較低的排氣溫度的同時(shí)，clp102可能導(dǎo)致比nlp100更高的凈效率。更具體地，典型地，在nlp100中，著火溫度和排氣溫度更高，但在nlp100中，co更低，而nox更高。較低的排氣溫度可以延長零件壽命，并且，提高凈效率。clp102通過增大入口導(dǎo)葉角度(更高的空氣流量和壓縮比)而大體上改進(jìn)系統(tǒng)10的效率，對(duì)于同一負(fù)載，與nlp100相比，著火溫度降低。nlp100具有典型地更高的排放物溫度，例如，與clp102相比，在nlp100中，著火溫度和排氣溫度典型地更高。在nlp100中，發(fā)現(xiàn)更高的著火溫度和排氣溫度，但在nlp100中，co更低，而nox更高。

在初始負(fù)載水平106與基本負(fù)載水平112之間的負(fù)載水平的一部分的期間，nlp100和clp102可能重疊。經(jīng)由示例，在第一點(diǎn)104與第三點(diǎn)114之間和第四點(diǎn)116與第二點(diǎn)110之間，nlp100和clp102可能重疊。在第三點(diǎn)114與第四點(diǎn)116之間，nlp100和clp102不重疊，并且，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以在nlp100與clp102之間切換。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以從第一點(diǎn)104開始而沿著nlp100朝向基本負(fù)載點(diǎn)110行進(jìn)。在nlp100上的第五點(diǎn)118，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以例如經(jīng)由轉(zhuǎn)變線122而切換至clp102而到達(dá)clp102上的第六點(diǎn)120。雖然轉(zhuǎn)變線122被描繪為豎直線，但轉(zhuǎn)變122可以是具有正斜率或負(fù)斜率的線，或可以是非線性的(例如，曲線)。由于在第三點(diǎn)114與第四點(diǎn)116之間，clp102包括在任何負(fù)載水平下都比nlp100更少的燃料焚燒量，因而與nlp100相比，在沿著clp102運(yùn)行時(shí)，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)100可能具有較低的著火溫度和排氣溫度。

對(duì)于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10，較低的著火溫度可以與較高的co排放量水平相對(duì)應(yīng)。正因如此，在沿著clp102運(yùn)行時(shí)，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以近似于預(yù)定的co閾值(例如，調(diào)節(jié)co極限)而運(yùn)行。即，在一個(gè)實(shí)施例中，clp102可以有意地導(dǎo)致近似于預(yù)定的co閾值的co排放量。因此，當(dāng)(例如，在轉(zhuǎn)變線122上)從nlp100切換至clp102時(shí)，應(yīng)當(dāng)減小或消除燃料焚燒量水平的顯著變化，以便于不導(dǎo)致co排放量超過預(yù)定的co閾值。如在下文中更詳細(xì)地討論的，控制器12可以在從nlp100至clp102(或反之亦然)的轉(zhuǎn)變運(yùn)行中對(duì)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10進(jìn)行控制，以便于遵從預(yù)定的co閾值。

更具體地，現(xiàn)在翻回到圖1，控制器12可以包括轉(zhuǎn)變控制器62和細(xì)微調(diào)諧控制器64，在啟動(dòng)期間或在關(guān)閉期間，轉(zhuǎn)變控制器62和細(xì)微調(diào)諧控制器64可以一起工作而控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10，以(例如，沿著轉(zhuǎn)變過程122)從nlp100切換至clp102，并且，沿著clp102朝向基本負(fù)載水平(例如，基本負(fù)載點(diǎn)110)繼續(xù)，或者，從clp102切換至nlp100(例如，轉(zhuǎn)變過程122的逆過程)，并且，沿著nlp100朝向基本負(fù)載水平(例如，基本負(fù)載點(diǎn)110)繼續(xù)。在某些實(shí)施例中，可以使用co控制器65和/或其他控制器(例如，氮氧化物[nox]控制器)。co控制器65可以包括以模型為基礎(chǔ)的控制技術(shù)，諸如系統(tǒng)10的以化學(xué)制品、流體流量以及/或物理成分為基礎(chǔ)的模型。co控制器65可以接收諸如溫度輸入(例如排氣溫度輸入)、燃料流量、壓力、速度等的某些輸入，然后，推導(dǎo)適合于維持期望的co水平的控制輸入(例如，igv輸入、燃料流量輸入)?？刂破?例如，62、64、65)可以在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器68中的軟件中實(shí)現(xiàn)，并且，可由一個(gè)或更多個(gè)處理器66執(zhí)行，且/或在硬件中實(shí)現(xiàn)。

轉(zhuǎn)變控制器62配置成基于排氣38中的co排放量水平而對(duì)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10在nlp100與clp102之間的切換進(jìn)行控制。可以由諸如傳感器70的任何合適的裝置對(duì)排氣38中的co排放量水平連續(xù)地且/或周期地進(jìn)行監(jiān)測，該裝置與渦輪26的出口可操作地聯(lián)接、安置于渦輪26的出口中或與渦輪26的出口流體連通。一旦燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10切換至新的負(fù)載路徑(例如，從nlp100至clp102)，細(xì)微調(diào)諧控制器64就配置成將燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10控制成沿著新的負(fù)載路徑朝向基本負(fù)載水平運(yùn)行。

如圖所示，處理器66可以是任何(多個(gè))通用或?qū)Ｓ锰幚砥鳌４鎯?chǔ)器68可以包括一個(gè)或更多個(gè)有形的非暫時(shí)的機(jī)器可讀介質(zhì)，這些介質(zhì)共同地存儲(chǔ)指令，這些指令可由處理器66執(zhí)行，以執(zhí)行本文中所描述的方法和控制動(dòng)作。例如，存儲(chǔ)器68可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom、閃速存儲(chǔ)器或其他光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其他磁存儲(chǔ)裝置。控制器12可以進(jìn)一步包括用于對(duì)輸入至控制器12的各種模擬輸入進(jìn)行處理的一個(gè)或更多個(gè)模擬-數(shù)字(a/d)轉(zhuǎn)換器和用于將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成可以致動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器(例如，igv致動(dòng)器、燃料閥)的模擬信號(hào)的數(shù)字-模擬(d/a)轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，除了處理器66和存儲(chǔ)器68之外或代替處理器66和存儲(chǔ)器68，轉(zhuǎn)變控制器62和細(xì)微調(diào)諧控制器64可以各自包括單獨(dú)的處理器和存儲(chǔ)器，以用于促進(jìn)執(zhí)行如本文中所描述的控制運(yùn)行。將理解到，轉(zhuǎn)變控制器62和細(xì)微調(diào)諧控制器64顯示為示例，并且，可以將這些控制器的功能組合且合并于控制器12中。

控制器12可以對(duì)來自定位于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的各種位置的包括傳感器70的一個(gè)或更多個(gè)傳感器的一個(gè)或更多個(gè)輸入進(jìn)行監(jiān)測。傳感器可以包括例如壓力傳感器、水平傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、成分傳感器、濃度傳感器、狀態(tài)指示器以及位置指示器(例如，限位開關(guān)、霍爾效應(yīng)開關(guān)、聲學(xué)接近開關(guān)、線性可變差動(dòng)變壓器、位置換能器)等。傳感器可以與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的各種構(gòu)件聯(lián)接、安置于各種構(gòu)件中或安置于各種構(gòu)件周圍或者與各種構(gòu)件流體連通，以獲得各種構(gòu)件的運(yùn)行信息。例如，壓縮機(jī)出口傳感器78可以與壓縮機(jī)22的出口操作聯(lián)接，并且，獲得包括流入燃燒器24中的空氣的溫度、氣體流速以及壓力的信息。一個(gè)或更多個(gè)燃料傳感器80可以與一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴28操作聯(lián)接，并且，獲得包括流入燃燒器24中的燃料的溫度、氣體流速以及壓力的信息。燃料傳感器80和壓縮機(jī)出口傳感器78的組合可以提供關(guān)于燃燒器24中的燃料與空氣的比的信息。

另外，控制器12可以與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的各種構(gòu)件操作聯(lián)接，以控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的運(yùn)行。例如，控制器12可以控制一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器的運(yùn)行，這些致動(dòng)器與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的各種構(gòu)件聯(lián)接，并且，配置成移動(dòng)或控制各種構(gòu)件(例如，經(jīng)由開關(guān)、閥、電動(dòng)機(jī)、螺線管、定位器等)。經(jīng)由另外的示例，控制器12可以控制空氣引入口42(例如，經(jīng)由致動(dòng)器84，諸如入口導(dǎo)葉致動(dòng)器)和/或壓縮機(jī)22(例如，經(jīng)由致動(dòng)器86)的運(yùn)行，以調(diào)節(jié)空氣引入口，包括流速、溫度、壓力等?？刂破?2可以控制一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴28的運(yùn)行(例如，經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器88)，以調(diào)節(jié)流入燃燒器24中的燃料，包括流速、溫度、壓力、燃料分離等。

此外，控制器12可以包括用戶輸入系統(tǒng)94，用戶輸入系統(tǒng)94配置成接收來自用戶且以用戶輸入為基礎(chǔ)的輸入(例如，命令、函數(shù))，以控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的運(yùn)行。例如，用戶輸入系統(tǒng)94可以包括預(yù)定的co排放量水平(例如，隨著負(fù)載水平、著火溫度等而變化)、負(fù)載路徑(例如，nlp100、clp102)、切換點(diǎn)(例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10從一個(gè)負(fù)載路徑切換至另一負(fù)載路徑的負(fù)載水平)、期望的功率(例如，兆瓦)，期望的燃料比、電力價(jià)格、電力需求、燃料價(jià)格、燃燒器斷供時(shí)間間隔以及/或與渦輪系統(tǒng)10的運(yùn)行有關(guān)的其他信息。

現(xiàn)在，翻到圖3，附圖是控制過程140的實(shí)施例的框圖，控制過程140適合于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的瞬態(tài)運(yùn)行，諸如在nlp100至clp102之間切換且然后在clp102上繼續(xù)，直到例如達(dá)到基本負(fù)載為止時(shí)的運(yùn)行。如上文中所注意到的，在啟動(dòng)的期間或在部分負(fù)載的期間，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可以沿著一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載路徑(例如，nlp100、clp102)朝向基本負(fù)載運(yùn)行。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可以利用nlp或高溫啟動(dòng)142(例如，如在圖2中由nlp100圖示)和/或clp或低溫啟動(dòng)144(例如，如在圖2中由clp102圖示)來運(yùn)行。用戶可以隨時(shí)在啟動(dòng)(或關(guān)閉)的期間例如使用控制器12的用戶輸入系統(tǒng)94來選擇(塊146)特定的負(fù)載路徑。換句話說，用戶可以從一個(gè)負(fù)載路徑切換至另一負(fù)載路徑。在一些實(shí)施例中，在啟動(dòng)或關(guān)閉的期間，控制器12(例如，處理器66和存儲(chǔ)器68)可以自動(dòng)地選取負(fù)載路徑且/或自動(dòng)地從一個(gè)負(fù)載路徑切換至另一負(fù)載路徑。

出于圖示的目的，下文的討論將基于例如沿著如圖2中所圖示的轉(zhuǎn)變122從nlp100切換至clp102的過程。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，本文中所描述的系統(tǒng)及方法還可應(yīng)用于沿著任何轉(zhuǎn)變線或曲線從nlp100切換至clp102的過程和/或逆過程(例如，從clp102切換至nlp100)。如圖所示，控制過程140包括例如經(jīng)由co控制器65而利用傳感器70和/或使用中的模型來測量或以另外的方式推導(dǎo)(塊148)排氣38中的co排放量水平。然后，可以基于應(yīng)用調(diào)整函數(shù)或co極限模型152而確定(塊150)所測量且/或推導(dǎo)出的co排放量水平至預(yù)定的co閾值的接近性。即，塊150可以著眼于所預(yù)計(jì)的溫度和由此而產(chǎn)生的所預(yù)計(jì)的co(經(jīng)由模型152而預(yù)計(jì))，將所預(yù)計(jì)的co與所測量出的co比較，并且，基于比較而推導(dǎo)co極限154。co極限154可以遵從例如調(diào)節(jié)排放物水平。然后，在溫度控制(塊158)的期間，可以例如經(jīng)由系數(shù)和/或時(shí)間濾波156而應(yīng)用co極限154。可以例如經(jīng)由轉(zhuǎn)變控制器62和/或co控制器65而應(yīng)用溫度控制(塊158)。例如，可以通過將co極限154乘以某一系數(shù)(例如，0.08至1.20之間)而控制(塊158)諸如排氣38的溫度的溫度。因而，提高的溫度可以遵從排放物調(diào)節(jié)極限。然后，當(dāng)溫度降回至例如非與系數(shù)相乘的范圍時(shí)，可以將時(shí)間濾波或時(shí)間范圍用于控制溫度(塊156)。更具體地，起始點(diǎn)160圖示上升的溫度控制的開始，然后，溫度控制上升至點(diǎn)162，且繼續(xù)上升至點(diǎn)164。因而，時(shí)間濾波是162與164之間和/或160、162以及164之間的時(shí)間。在時(shí)間濾波之后，溫度降回至點(diǎn)166。因此，在瞬態(tài)狀況(例如，更高的或更低的負(fù)載時(shí)期)的期間，可以使排氣溫度參考值的顯著變化最小化或消除，這可以減少或消除igv和fsr控制問題。

一旦轉(zhuǎn)變120進(jìn)入clp運(yùn)行102，則控制器系統(tǒng)12(例如，經(jīng)由細(xì)微調(diào)諧控制器64)就可以通過應(yīng)用igv增益或偏壓170而響應(yīng)于瞬態(tài)狀況。更具體地，控制系統(tǒng)12(例如，細(xì)微調(diào)諧控制器64)可以響應(yīng)于負(fù)載改變168而接入調(diào)諧模型172，以基于當(dāng)前狀況而提高或降低igv增益170。例如，較高的負(fù)載改變可能導(dǎo)致較低的igv增益170，而較低的負(fù)載改變可能導(dǎo)致較高的igv增益170。因此，可以減少或消除在渦輪系統(tǒng)10處于clp運(yùn)行102時(shí)出現(xiàn)的瞬態(tài)。

圖4是按照本公開的用于控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的瞬態(tài)運(yùn)行的過程200的實(shí)施例的流程圖。過程200可以由上述的構(gòu)件(例如，控制器12、傳感器70)執(zhí)行。過程200可以實(shí)現(xiàn)為可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)代碼或指令，這些代碼或指令可經(jīng)由處理器66而執(zhí)行，并且，存儲(chǔ)于控制器系統(tǒng)12的存儲(chǔ)器68中。在所圖示的實(shí)施例中，過程200包括在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的啟動(dòng)或關(guān)閉的期間，開始(塊202)在諸如nlp100和clp102的兩個(gè)負(fù)載路徑之間轉(zhuǎn)變(例如，轉(zhuǎn)變120)。如果在出現(xiàn)轉(zhuǎn)變(例如，轉(zhuǎn)變120)瞬態(tài)的期間，過程可以應(yīng)用瞬態(tài)轉(zhuǎn)變控制(塊204)，例如，如上所述，則可以基于調(diào)節(jié)co極限的最小值和乘以某一系數(shù)而預(yù)測出的co而規(guī)定co水平的目標(biāo)，這瞬時(shí)地提高co排氣溫度。然后，控制可以基于時(shí)間濾波而應(yīng)用溫度下降。

然后，過程200可以確定(決策204)運(yùn)行是否轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆匚挥赾lp102上。如果不是，則過程200迭代回到塊204。如果控制現(xiàn)在位于clp102上，則過程200應(yīng)用細(xì)微調(diào)諧控制(塊208)。例如，可以取決于提高的或降低的負(fù)載請(qǐng)求而將igv控制回路增益170向上或向下改變，這可以保持渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在比穩(wěn)態(tài)溫度參考值更高的著火溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因而降低瞬態(tài)可操作性的問題的可能性。以該方式，即使當(dāng)在nlp100至clp102之間轉(zhuǎn)變且以clp102運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)12也可以使瞬態(tài)問題最小化或防止瞬態(tài)問題。

本發(fā)明的技術(shù)效果包括使與從nlp轉(zhuǎn)變至clp運(yùn)行(或反之亦然)的期間和clp運(yùn)行的期間的瞬態(tài)狀況有關(guān)的問題最小化或防止這些問題。clp運(yùn)行典型地比nlp運(yùn)行更高效，因?yàn)椋琧lp運(yùn)行可以增大igv角度(更高的空氣流量和壓縮機(jī)壓力比)，對(duì)于同一負(fù)載，與nlp運(yùn)行相比，著火溫度降低。同樣地，可以使由于瞬態(tài)狀況而導(dǎo)致的控制過度補(bǔ)償最小化或消除。通過為更優(yōu)化的對(duì)瞬態(tài)狀況的處置作準(zhǔn)備，從而可以使設(shè)備壽命最大化，并且，運(yùn)行可以按更高效的方式進(jìn)行。

本書面描述使用包括最佳模式的示例來公開實(shí)施例，并且，還允許本領(lǐng)域任何技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法。本公開的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且，可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有并非與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些示例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)的差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，則這些示例旨在屬于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。