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CN113357016B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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CN113357016B
CN113357016B CN202110152873.4A CN202110152873A CN113357016B CN 113357016 B CN113357016 B CN 113357016B CN 202110152873 A CN202110152873 A CN 202110152873A CN 113357016 B CN113357016 B CN 113357016B
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阿贾伊·凯沙瓦·拉奥
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General Electric Co PLC
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Abstract

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)。

Description

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
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。
本公开的第二方面提供了一种包括程序代码的计算机程序产品，该程序代码在由至少一个计算装置执行时，使得至少一个计算装置通过执行包括以下的过程来调整包括具有入口导向轮叶的压缩机的气体涡轮系统的操作参数：调整由定位在该气体涡轮系统内或附近的至少一个传感器测量的操作特性，以及调整由定位在该气体涡轮系统附近的压力传感器测量的环境流体压力，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。
本公开的第三方面提供了一种用于调整气体涡轮系统的操作参数的方法，该气体涡轮系统包括具有入口导向轮叶的压缩机。该方法包括：调整由定位在该气体涡轮系统内或附近的至少一个传感器测量的操作特性，以及调整由定位在该气体涡轮系统附近的压力传感器测量的环境流体压力，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。
本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
图1示出了根据本公开的各种实施方案的包括控制系统的气体涡轮系统的示意图；
图2示出了根据本公开的实施方案的图1的气体涡轮系统的控制系统的示意图；
图3示出了根据本公开的实施方案的包括操作气体涡轮系统的压缩机的常规方法和调整图1的压缩机的操作极限(OL)阈值的方法的示例性压缩机操作图；
图4示出了根据本公开的实施方案的调整图1的气体涡轮系统的操作参数的示例性过程；并且
图5示出了根据本公开的实施方案的包括用于调整图1的气体涡轮系统的操作参数的控制系统的环境。
应当注意，本公开的附图未按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
作为初始事项，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述联合循环发电厂内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。
此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体流动的方向的术语，诸如通过涡轮引擎的工作流体，或者例如通过燃烧器的空气流或通过涡轮机的部件系统之一的冷却剂。术语“下游”对应于流体流动方向，并且术语“上游”是指与流动相反的方向。在没有任何另外的特殊性的情况下，术语“前”和“后”是指方向，其中“前”是指引擎的前端或压缩机端，并且“后”是指引擎的后端或涡轮机端。通常需要描述相对于中心轴线处于不同径向位置的零件。术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。在诸如此类的情况下，如果第一部件比第二部件更靠近轴线驻留，则本文将说明第一部件是第二部件的“径向向内”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴线的移动或位置。最后，术语“圆周”是指围绕轴线的移动或位置。应当理解，此类术语可以相对于涡轮的中心轴线应用。
如上所述，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。
下面参考图1至图5讨论这些和其他实施方案。然而，本领域技术人员将容易理解，本文相对于这些附图给出的详细描述仅用于说明目的并且不应当被解释为限制。
图1示出了根据本公开的实施方案的包括气体涡轮系统11的系统10的示意图。系统10的气体涡轮系统11可包括压缩机12和可变或可调整入口导向轮叶(IGV)18，该可变或可调整入口导向轮叶联接或定位在压缩机12上和/或定位在压缩机12的入口的上游。压缩机12压缩能够流经IGV 18进入压缩机12中的流入流体20(例如，空气)。如本文所讨论的，IGV 18可在流体20流经IGV 18到达压缩机12时调控该流体的质量流或流率。压缩机12将压缩流体流22(例如，压缩空气)输送到燃烧器24。燃烧器24将压缩流体流22与由燃料源28提供的加压燃料流26混合，并且点燃混合物以产生燃烧气体流30。
燃烧气体流30继而被输送到涡轮部件32，该涡轮部件通常包括多个涡轮叶片(未示出)。燃烧气体流30驱动涡轮部件32产生机械功。涡轮部件32中产生的机械功经由轴34驱动压缩机12，并且可用于驱动发电机36(例如，外部部件)，该发电机被配置为发电和/或产生负载。流经并驱动涡轮部件32的涡轮叶片的燃烧气体30可经由排气外壳或导管38从涡轮部件32排出并释放到大气中，或者另选地(再)由另一个系统(例如，蒸汽涡轮系统)使用。
尽管图1中示出的气体涡轮系统11包括单轴构型，但应当理解，在其他非限制性示例中，气体涡轮系统11可包括双轴或转子构型。
如图1所示，系统10还可包括可操作地耦接到气体涡轮系统11和/或被配置为控制或调整该气体涡轮系统的操作参数的至少一个计算装置100。计算装置100可经由任何合适的电子连通部件或技术硬连线和/或无线连接到气体涡轮系统11以及其各种部件(例如，压缩机12、IGV 18、涡轮部件32等)和/或与之连通。如本文所讨论，计算装置100可与气体涡轮系统11的各种部件(为清楚起见未示出)连通以控制/调整各部件的操作和/或操作参数，从而提高气体涡轮系统11的性能和/或防止不期望的操作状况(例如，压缩机结垢)。在各种实施方案中，计算装置100可包括控制系统102和多个传感器104、106(如本文所述)以获取或测量气体涡轮系统11的操作特性。如本文所讨论的，控制系统102可用于控制/调整气体涡轮系统11及其各种部件的操作参数。
系统10的计算装置100可包括多个传感器104、106和/或可与该多个传感器电连通。如图1的非限制性示例所示，计算装置100的和/或连接到该计算装置的至少一个或多个传感器104(部分以虚线示出)可定位在气体涡轮系统11内或附近的各个位置，以测量、检测和/或获取气体涡轮系统11在操作期间的操作特性。这样，传感器相对于气体涡轮系统11的位置和/或传感器104的类型/构型可确定测量或检测到的操作特性。例如，传感器104直接定位在压缩机12的附近和/或上游，并且更具体地，压缩机12的入口包括IGV 18。在该非限制性示例中，传感器104可由能够测量、检测或获取流向压缩机12的流体20的入口温度的任何合适传感器配置和/或形成；通常称为压缩机入口温度。除此之外或另选地，定位在包括IGV 18的压缩机12的入口内和/或直接定位在压缩机12内(以及IGV 18的下游)的不同传感器104也可由能够基于流体20测量、检测或获取压缩机入口温度的任何合适传感器定位、配置和/或形成。
在图1所示的非限制性示例中，计算装置100可包括通过气体涡轮系统11定位的附加传感器104。例如，多个不同的传感器104可定位在涡轮部件32、发电机36、排气导管38、压缩机12/涡轮部件32与燃烧器24(未示出)之间的供应管线、轴34(未示出)等内、附近和/或与其连通。这些传感器104中的每个传感器可被定位和/或配置为识别、检测和/或测量气体涡轮系统11的附加或不同的操作特性。基于流体20，不同的操作特性可不同于压缩机入口温度。另外，并且如本文所讨论，不同的操作特性可明确地用于帮助控制或调整气体涡轮系统11的操作参数，并且/或者可用于计算用于帮助控制或调整气体涡轮系统11的操作参数的输入或信息。操作特性可包括但不限于燃烧气体30流经排气导管38的排气温度、气体涡轮系统11或周围的环境湿度、压缩机排气温度(例如，压缩流体22的温度)、压缩机排气压力(例如，压缩流体22的压力)、由燃料源28供应的气体涡轮系统11的燃料流率、基于例如发电机36的操作的气体涡轮系统11的功率输出、压缩机12的入口温度、在压缩机12/IGV 18内经历的入口压降、在涡轮部件32内经历的排气压降、IGV 18的位置(例如，打开的角度或程度)、入口引热阀位置等。
尽管示出了六个传感器104，但应当理解，在其他非限制性示例中，系统10可包括更多或更少的传感器104，该传感器可被配置成为计算装置100(并且具体地为控制系统102)提供与气体涡轮系统11在操作期间的操作特性相关的信息或数据。
另外，如图1所示，计算装置100的传感器106可定位在气体涡轮系统11附近。更具体地，传感器106可被直接定位在压缩机12和/或IGV 18的附近和/或上游，该压缩机和/或IGV可在操作期间接收流体20。在非限制性示例中，传感器106可形成为压力传感器，该压力传感器可被配置和/或形成为测量在操作期间气体涡轮系统11周围的流体20和/或气体涡轮系统11利用的流体20的环境流体压力。如本文所讨论的，传感器106和所测量/检测到的环境流体压力可用于确定在操作期间流经压缩机12的流体20的质量流率，并且最终有助于调整气体涡轮系统11在操作期间的操作参数。
在非限制性示例中，传感器104、106可间歇地感测、检测和/或获取与气体涡轮系统11在操作期间的操作特性和/或环境流体压力相关的数据。可通过例如气体涡轮系统11的操作时间、气体涡轮系统11的操作寿命、操作状态(例如，启动、稳态)、由传感器104、106获取的数据的类型等来确定传感器获取数据的间歇间隔或周期。在另一个非限制性示例中，传感器104、106可连续感测、检测和/或获取与气体涡轮系统11在操作期间的操作特性和/或环境流体压力相关的数据。
转到图2，示出了用于计算装置100的控制系统102的示意图。在非限制性示例中，并且如本文所讨论的，图2所示的每个单独部件或特征部可识别或表示控制系统102的一部分或“模块”，并且可为了在调整气体涡轮系统11的参数时更清楚地限定控制系统102(和每个模块)的功能或操作而分开。另外，应当理解，类似编号和/或命名的部件可能以基本类似的方式起作用。为清楚起见，已经省略了对这些部件的冗余解释。
如图2所示，并且如本文相对于图1所讨论的，可测量与气体涡轮系统11的操作相关的数据。更具体地，可由定位在气体涡轮系统11内和/或附近的传感器104和压力传感器106测量、检测和/或获取与气体涡轮系统11的操作相关的数据。如本文类似地讨论，可由传感器104获取操作特性数据108。操作特性数据108可包括但不限于用于或基于进入压缩机12的流体20的压缩机入口温度(参见图1)。另外，操作特性数据108可包括但不限于燃烧气体30流经排气导管38的排气温度、气体涡轮系统11或周围的环境湿度、压缩机排气温度(例如，压缩流体22的温度)、压缩机排气压力(例如，压缩流体22的压力)、由燃料源28供应的气体涡轮系统11的燃料流率、基于例如发电机36的操作的气体涡轮系统11的功率输出等。压力传感器106可获取或检测基于气体涡轮系统11周围的环境流体压力的环境流体压力数据110。一旦获取、检测到和/或测量，操作特性数据108和环境流体压力数据110就可从定位在气体涡轮系统11内和/或附近的传感器104、106提供或供应给计算装置100(参见图1)的控制系统102内的各个部分或模块以用于附加处理和/或操纵。
在非限制性示例中，可将与气体涡轮系统11的操作相关的测量数据(并且更具体地，操作特性数据108和环境流体压力数据110)提供给控制系统102的第一模块，该第一模块被配置为有助于调整气体涡轮系统11的操作参数。在非限制性示例中，可接收操作特性数据108和环境流体压力数据110的控制系统102的第一模块可包括和/或可被配置为自适应实时引擎模拟模型(ARES)模块。第一ARES模块112在2010年6月22日公布的美国专利7,742,904中详细讨论，该专利全文以引用方式并入本文。在非限制性示例中，第一ARES模块112可接收并利用气体涡轮系统11的操作模型内的操作特性数据108和环境流体压力数据110来生成预测ARES操作特性。气体涡轮系统11的操作模型可至少部分地基于与气体涡轮系统11相同(例如，相同的构建参数、相同的压缩机/燃烧器/涡轮部件类型等)的模型的理想的、优化的、未抑制的和/或“新且洁净的系统”性能或操作。测量或检测到的操作特性数据108与环境流体压力数据110和由第一ARES模块112中的模型生成的对应的预测ARES操作特性/环境流体压力之间的差值可被确定并用于例如使用卡尔曼滤波器或卡尔曼滤波过程来修改、调整和/或调谐GT系统11的模型。一旦调整或调谐，第一ARES模块112就可向基于模型的控制模块120生成气体涡轮系统11的预测输出或预测操作参数118(例如，点火温度、IGV上的位置等)。基于模型的控制模块120可分析预测操作参数118以及本文讨论的其他信息或数据，以调整气体涡轮系统11的操作参数。
测量或检测到的操作特性数据108和环境流体压力数据110也可直接提供给测量协调和第一质量流(MRFMF)模块122(在下文中称为“MRFMF模块122”)。MRFMF模块122可接收或获取测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110，并且可使用该测量的数据执行各种过程。例如，MRFMF模块122可被配置为调整测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110。即，MRFMF模块122可调整、改变、缩放和/或改变如由传感器104、106测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110的测量数据值。在非限制性示例中，MRFMF模块122可基于传感器104和压力传感器106的预先确定的测量不确定性以及气体涡轮系统11的计算的操作原理来调整测量的操作特性108和环境流体压力数据110。更具体地，在气体涡轮系统11内使用的每个传感器104、106可包括基于操作和/或制造变量的预先确定的不确定性、灵敏度和/或数据检测偏差。因此，包括气体涡轮系统11和控制系统102的系统10的操作者或用户可理解，与测量的操作特性数据108和测量的环境流体压力数据110相关联的数据值可基于已知的不确定性而偏斜。
使用测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110，MRFMF模块122可使用测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110作为输入来计算气体涡轮系统11的操作原理。气体涡轮系统11的操作原理可包括用于估计气体涡轮系统11的操作细节的任何可计算的热力学公式。例如，气体涡轮系统11的计算的操作原理可包括能量守恒(例如，ΔU＝Q-W)、质量守恒(例如，ρin Ain Vin＝ρout Aout Vout)等。然后，MRFMF模块122可将气体涡轮系统11的计算的操作原理与气体涡轮系统11的预定义的操作原理进行比较。预定义的操作原理可基于气体涡轮系统11的操作模型，类似于本文相对于第一ARES模块112所讨论的。即，MRFMF模块122使用的气体涡轮系统11的操作模型可至少部分地基于与气体涡轮系统11相同(例如，相同的构建参数、相同的压缩机/燃烧器/涡轮部件类型等)的模型的理想的、优化的、未抑制的和/或“新且洁净的系统”性能或操作。另外，预定义的操作原理可以是相同的原理或热力学公式(例如，能量守恒)，并且可基于在与测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110相同的条件下操作的操作模块。例如，MRFMF模块112可基于测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110来确定、计算或获取预定义的操作原理值。在气体涡轮系统11的计算的操作原理与气体涡轮系统11的预定义的操作原理之间存在差异的情况下，MRFMF模块112可调整测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110的值。MRFMF模块112可基于在气体涡轮系统11的操作期间获取、测量和/或检测这些值的每个传感器104、106的预先确定的测量不确定性来调整所测量的操作特性数据108和环境流体压力数据110的每个值。
一旦调整，MRFMF模块112就可使用调整的操作特性数据108和调整的环境流体压力数据110重新计算气体涡轮系统11的操作原理，并且基于该模型将重新计算的操作原理与气体涡轮系统11的预定义的操作原理进行比较。如果需要，MRFMF模块112还可重新调整经调整的操作特性数据108和经调整的环境流体压力数据110的值，直到气体涡轮系统11的计算原理基本上等于气体涡轮系统11的预定义的操作原理。当MRFMF模块112确定气体涡轮系统11的计算原理基本上等于气体涡轮系统11的预定义的操作原理而不是经调整的值时，测量的操作特性数据108ADJ以及经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ的值可以最终进行调整、可以是准确的，并且/或者可以“补偿”每个传感器104、106的预先确定的测量不确定性。
如图2所示，经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ可进一步由MRFMF模块112和/或控制系统102的其他部分利用。例如，MRFMF模块112还可被配置为估计气体涡轮系统11的压缩机12(参见图1)的实际或第一质量流率124。压缩机12的第一质量流率124可表示在操作特性数据108和环境流体压力数据110由传感器104、106测量的时间和/或操作条件下的估计流率，如本文所讨论的。另外，并且如本文所讨论的，第一质量流率124还可表示基于例如操作时间、基于压缩机12的特征部(例如，叶片和喷嘴)积聚的杂质等的压缩机12的“劣化”质量流率。MRFMF模块112可基于经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ的值来估计第一质量流率124。在非限制性示例中，经调整的操作特性数据108ADJ可对应于基于或针对由压缩机12使用的流体20的压缩机入口温度的经调整的值(参见图1)。使用压缩机入口温度的经调整的值(例如，经调整的测量的操作特性数据108ADJ)、经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ以及气体涡轮系统11和/或压缩机12的已知或预先确定的信息，MRFMF模块112可估计压缩机12的第一质量流率124。如本文所讨论的，可将估计的第一质量流率124提供给控制系统102的不同部分或模块以进行附加处理，从而有助于调整气体涡轮系统11的操作参数。
经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ也可由控制系统102的其他部分利用。例如，并且如图2所示，一旦MRFMF模块112形成或生成经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ，MRFMF模块112就可将经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ提供给控制系统102的第二ARES模块126。第二ARES模块126可被配置为基本上类似于本文所讨论的第一ARES模块112。然而，不同于第一ARES模块112，第二ARES模块126可被配置为利用不同的输入或数据，并且随后提供不同的输出或计算。例如，第二ARES模块126可被配置为接收/获取并使用经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ来计算气体涡轮系统11的压缩机12的第二质量流率128。第二质量流率128可表示压缩机11在操作特性数据108和环境流体压力数据110由传感器104、106测量的时间和/或操作条件下的理想的、优化的、未抑制的、期望的、“最佳情况场景”和/或“新且洁净的压缩机”性能或操作，如本文所讨论的。同样不同于第一ARES模块112，第二ARES模块126可不包括任何滤波器(例如，卡尔曼滤波器)，因为第二ARES模块126利用气体涡轮系统11的预定义的操作模型，如本文所讨论的。
第二ARES模块126可基于和/或使用如由MRFMF模块122生成的经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ来计算压缩机12的第二质量流率128。在非限制性示例中，经调整的操作特性数据108ADJ可对应于基于或针对由压缩机12使用的流体20的压缩机入口温度的经调整的值(参见图1)。使用压缩机入口温度的经调整的值(例如，经调整的测量的操作特性数据108ADJ)、经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ和气体涡轮系统11的预定义的操作模型，第二ARES模块126可计算压缩机12的第二质量流率128。具体地讲，第二ARES模块126可基于在与经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ相同的条件下操作的气体涡轮系统11的预定义的操作模型来计算压缩机12的第二质量流率。类似于在MRFMF模块122中使用的模型，由第二ARES模块126使用的预定义的操作模型可至少部分地基于与气体涡轮系统11相同(例如，相同的构建参数、相同的压缩机/燃烧器/涡轮部件类型等)的模型的理想的、优化的、未抑制的和/或“新且洁净的”性能或操作。因此，一旦计算，第二质量流率128可能不会由于在第二ARES模块126内调谐(例如，卡尔曼滤波器调谐)而改变或调整，因为第二质量流率128的计算值可表示压缩机12在与用于估计第一质量流率124的那些操作条件相同的操作条件下的期望质量流率。除此之外或另选地，第二ARES模块126可在计算第二质量流率128时利用附加的经调整的操作特性数据108ADJ。例如，当计算第二质量流率128时，第二ARES模块126可使用由燃料源28(参见图1)供应的气体涡轮系统11的经调整的测量的燃料流率。
一旦MRFMF模块122估计了第一质量流率124并且第二ARES模块126计算了第二质量流率，相应质量流率就可确定气体涡轮系统11的压缩机12的质量流损失130。即，可在与经调整的测量的操作特性数据108ADJ和经调整的测量的环境流体压力数据110ADJ相同的条件下操作的气体涡轮系统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之间和/或基于这两者来确定质量流损失130。在图2所示的非限制性示例中，可以从计算的第二质量流率128中减去估计的第一质量流率124以确定质量流损失130。在另一个非限制性示例中，质量流损失130可被确定为压缩机12的估计的第一质量流率124与计算的第二质量流率128之间的损失百分比。然后可将气体涡轮系统11的压缩机12的确定的质量流损失130提供给控制系统102的流量损失模块132以进行附加处理，从而有助于调整气体涡轮系统11的操作参数。
虽然在图2中示出为首先被确定，但质量流损失130可以由流量损失模块132确定，而不是提供给流量损失模块132。即，并且在另一个非限制性示例中，压缩机12的估计的第一质量流率124和计算的第二质量流率128两者均可单独提供给流量损失模块132，并且流量损失模块132可以被配置为确定估计的第一质量流率124和计算的第二质量流率128之间的质量流损失130，如本文所讨论的。
流量损失模块132可接收和/或获取压缩机12的所确定的质量流损失130，并且分析所确定的质量流损失130以确定(是否以及如何)可如何调整气体涡轮系统的操作参数。更具体地，流量损失模块132可分析所确定的质量流损失130，并且可被配置为提供关于如何调整气体涡轮系统11的压缩机12的操作管线(OL)阈值以改善操作效率和/或输出以及降低压缩机12内结垢的风险的指令输入和/或数据134。压缩机12的OL阈值的调整可基于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，如所讨论的。
转到图3，并且继续参考图2，示出了包括各种阈值的压缩器12操作图。图3的曲线图可进一步有助于描述流量损失模块132的功能和/或操作和/或由流量损失模块132生成的用于有助于调整气体涡轮系统11在操作期间的操作参数的指令134。如图3所示，压缩机12的操作曲线图或关系以压缩机压力比(CPR)与压缩机12内的流体流量示出，如气体涡轮系统11的校正流量(Wc)所示(参见图1)。在图3中，示出了两种不同的操作关系：新且洁净的操作压缩机136的操作关系(例如，实线)，以及劣化压缩机的操作关系(例如，长虚线)。压缩机12的劣化继而形成劣化关系138，这可能是由于压缩机12基于检测到或计算出的零件或部件劣化(例如，叶片/喷嘴劣化或蠕变)运行了特定小时数、气体涡轮系统11的检测到或计算出的操作效率降低等导致的。另外，如图3所示，压缩机12的每个新且洁净的操作关系136和压缩机12的劣化关系138可包括喘振阈值140、142。喘振阈值140、142可表示基于由传感器104、106检测到的气体涡轮系统11的关系和/或操作特性可能发生结垢的压缩机12的压力比，例如，流体流与压缩机内的叶片/喷嘴分离并反转方向。在非限制性示例中，用于压缩机12的每个新且洁净的操作关系136和压缩机12的劣化关系138的喘振阈值140、142可由控制系统102的质量流损失模块132预先确定、计算和/或知道(参见图2)。
如本文所讨论的，质量流损失模块132(参见图2)可基于所确定的压缩机12的质量流损失130来调整在气体涡轮系统11的操作期间压缩机12的OL阈值144。如图3所示，并且如本文所讨论的，OL阈值144可表示在气体涡轮系统11的操作期间压缩机12的操作压力比的上限。另外，OL阈值144可至少部分地取决于气体涡轮系统11的操作特性，包括但不限于由传感器106检测到的气体涡轮系统11的环境流体压力、气体涡轮系统11的轴34的操作速度、气体涡轮系统11的操作时间、压缩机12内的操作劣化等。此外，OL阈值144以及OL阈值144的调整可取决于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。即，流量损失模块132(参见图2)可以获取所确定的质量流损失130，并且可以根据新且洁净的操作关系136、劣化关系138和预定义的喘振阈值140、142来分析和/或比较质量流损失130，以确定是否应该以及如何调整压缩机12的OL阈值144。如本文所讨论的，流量损失模块132可向基于模型的控制模块120提供指令134，该指令确定如何调整压缩机12的OL阈值144。
在非限制性示例中，流量损失模块132可以接收质量流损失130，该质量流损失指示估计的第一质量流率124与计算的第二质量流率128之间的差值最小、低于预先确定的差值、和/或在预先确定的范围内或低于预先确定的范围。流量损失模块132可确定质量流损失130的最小值或在预先确定的范围内的值可指示气体涡轮系统11的压缩机12尽可能有效地或接近期望/最佳操作效率地操作(例如，基本上等于模型操作效率)，继而结垢的风险或可能性显著较低。这也可指示气体涡轮系统11的压缩机12尚未长时间操作和/或可非常类似于气体涡轮系统11内的理想的、优化的和/或“新且洁净的”压缩机12。这样，流量损失模块132可以基于质量流损失130向基于模型的控制模块120提供指令134，该指令指示可以提高OL阈值144和/或可以减小OL阈值144与喘振阈值140之间的裕度。如图3所示，OL阈值144A可被定位成接近喘振阈值140和/或可具有分隔OL阈值144和喘振阈值140的最小裕度。因此，当气体涡轮系统11(并且更具体地，压缩机12)被确定为具有最小流量损失时，压缩机12可在低于喘振阈值140的OL阈值144A下操作以避免结垢，但具有增加的操作效率和/或气体涡轮系统11的输出。
然而，当压缩机12和/或气体涡轮系统11随时间推移而劣化并且/或者操作特性数据108和/或环境流体压力数据110劣化或降低气体涡轮系统11的效率时，压缩机11的质量流损失130可增加。当质量流损失130增加超过最小量、高于预先确定的差值和/或在预先确定的范围之外或高于预先确定的范围时，质量流损失模块132可进一步调整OL阈值144。响应于确定由于压缩机劣化引起的质量流损失130的值(以及随时间推移)增加，质量流损失模块132可以基于质量流损失130向基于模型的控制模块120提供指令134，该指令指示可以降低OL阈值144和/或可以增加OL阈值144与喘振阈值140之间的裕度。如图3所示，由质量流损失模块132提供的指令134可以指示随着质量流损失130增加，压缩机12可能需要在OL阈值144B、144C或144D下操作。可由质量流损失模块132基于质量流损失130的值来确定降低的OL阈值144B、144C、144D，如本文所讨论的。如图3所示，降低的OL阈值144B、144C、144D可在预先确定的喘振阈值140、142之间具有比OL阈值144A更大的裕度。在OL阈值144B、144C、144D下操作压缩机12可基于劣化压缩机12的操作压力比来减轻和/或降低结垢风险。
如本文所讨论的，由质量流损失模块132基于质量流损失130向基于模型的控制模块120提供的指令134可指示压缩机12的期望OL阈值144。另外，指令134可提供与压缩机12和/或气体涡轮系统11的操作参数相关的输入和/或信息，可调整该输入和/或信息以确保压缩机11在OL阈值144下操作。例如，流量损失模块132可提供指令134以通过调整气体涡轮系统11的轴34的旋转速度来调整OL阈值144，其中轴34的至少一部分定位在压缩机11内和/或为该压缩机的一部分(参见图1)。除此之外或另选地，流量损失模块132可提供指令134以通过调整气体涡轮系统11的压缩机12的IGV 18的位置来调整OL阈值144(参见图1)。调整轴34的速度和/或调整IGV 18的位置可确定由气体涡轮系统11的压缩机12引入和/或压缩的流体20的量，这继而可影响(例如，增加、减小)压缩机11的操作压力比和/或OL阈值144。
在本文所讨论的非限制性示例中，确定质量流损失130可允许压缩机12在例如气体涡轮系统11的开始寿命期间和/或在气体涡轮系统11的操作条件达到理想或最佳时在更高的OL阈值144A下操作。这继而增加了气体涡轮系统11的功率输出。此外，通过基于确定的质量流损失130动态地、连续地或间歇地调整压缩机12的OL阈值144，压缩机12能够以提高的效率操作，同时仍然降低和/或消除结垢风险。即，确定质量流损失130允许控制系统102在操作寿命内以变化的OL阈值144操作压缩机12，以改善气体涡轮系统的操作效率和输出两者，以及降低或消除压缩机12内结垢的风险。
图4示出了示出调整气体涡轮系统11的操作参数的非限制性示例过程的流程图。这些过程可例如由包括控制系统102(参见图1)的至少一个计算装置100来执行，如本文所述。在其他情况下，这些过程可根据调整气体涡轮系统11的操作参数的计算机实现的方法来执行。在其他实施方案中，这些过程可通过在计算装置100上执行计算机程序代码来执行，从而使得计算装置100(并且具体地，控制系统102)调整气体涡轮系统11的操作参数。
在过程P1中，可测量和/或计算气体涡轮系统的操作特性。更具体地，可测量和/或计算气体涡轮系统的操作特性以及气体涡轮系统周围的环境流体压力。可使用定位在气体涡轮系统附近和/或内的传感器来测量操作特性和环境流体压力。另选地，可基于由定位在气体涡轮系统附近和/或内的传感器获取的信息或数据来计算气体涡轮系统的操作特性。所测量/计算的操作特性可包括但不限于基于气体涡轮系统的压缩机内使用的流体的压缩机入口温度、流经排气导管的燃烧气体的排气温度、气体涡轮系统或周围的环境湿度、压缩机排气温度(例如，压缩流体的温度)、压缩机排气压力(例如，压缩流体的压力)、由连接到燃烧器的燃料源供应的气体涡轮系统的燃料流率、基于例如气体涡轮系统的发电机的操作的气体涡轮系统的功率输出、压缩机的入口温度、在压缩机/IGV内经历的入口压降、在涡轮部件内经历的排气压降、IGV的位置(例如，打开的角度或程度)、入口引热阀位置等。
在过程P2中，可调整所测量/计算的操作特性和环境流体压力。更具体地，可分别基于测量操作特性和环境流体压力的传感器的预先确定的测量不确定性来调整值或数据或者所测量/计算的操作特性和环境流体压力。在气体涡轮系统内使用的传感器的预先确定的不确定性可包括或涉及基于操作和/或制造变量的灵敏度和/或数据检测偏差。调整所测量/计算的操作特性和环境流体压力还可包括使用所测量的操作特性和所测量的环境流体压力来计算气体涡轮系统的操作原理。气体涡轮系统的操作原理可包括用于估计气体涡轮系统的操作细节的任何可计算的热力学方程，例如能量守恒方程、质量守恒方程等。一旦计算，就可将气体涡轮系统的操作原理与气体涡轮的预定义的操作原理进行比较。预定义的操作原理可基于在与所测量的操作特性和所测量的环境流体压力相同的条件下操作的气体涡轮系统的操作模型。另外，气体涡轮系统的操作模型可至少部分地基于与气体涡轮系统相同(例如，相同的构建参数、相同的压缩机/燃烧器/涡轮部件类型等)的模型的理想的、优化的、未抑制的和/或“新且洁净的”性能或操作。最后，调整所测量/计算的操作特性和环境流体压力还可包括基于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环境流体压力，直到气体涡轮系统的所计算的操作原理基本上等于气体涡轮系统的预先确定的操作原理。
在过程P3中，估计气体涡轮系统的压缩机的第一质量流率。气体涡轮系统的压缩机的所估计的第一质量流率可基于经调整的测量的操作特性和经调整的测量的环境流体压力。压缩机12的第一质量流率可表示在由传感器104、106测量操作特性数据和环境流体压力数据和/或在调整操作特性数据和环境流体压力数据的时间/操作条件下的估计流率，如本文所讨论的。另外，并且如本文所讨论的，第一质量流率还可表示基于例如操作时间、基于压缩机的特征部(例如，叶片和喷嘴)积聚的杂质等的压缩机的“劣化”质量流率。
在过程P4中，可计算气体涡轮系统的压缩机的第二质量流率。更具体地，可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第二质量流率。计算第二质量流率还可包括基于在与经调整的测量的操作特性和经调整的测量的环境流体压力相同的条件下操作的气体涡轮系统的预定义的操作模型来计算压缩机的第二质量流率。在非限制性示例中，气体涡轮系统的预定义的操作模型可基本上类似于在过程P3中使用的模型。第二质量流率可表示压缩机在由传感器测量/计算(例如，过程P1)操作特性数据和环境流体压力数据的时间和/或操作条件下的理想的、优化的、未抑制的、期望的和/或“最佳情况场景”性能或操作。
在过程P5中，可确定气体涡轮系统的压缩机的质量流损失。更具体地，可确定所估计的第一质量流率(例如，过程P3)与所计算的第二质量流率(例如，过程P4)之间的质量流损失。在非限制性示例中，可从所计算的第二质量流率中减去所估计的第一质量流率以确定质量流损失。在另一个非限制性示例中，质量流损失可被确定为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损失百分比。
在过程P6中，可调整气体涡轮系统的压缩机的操作线(OL)阈值。更具体地，可基于由所估计的第一质量流率和所计算的第二质量流率确定的压缩机的所确定的质量流损失来调整压缩机的OL阈值。压缩机的OL阈值可低于压缩机的预先确定的喘振阈值。在非限制性示例中，OL阈值可表示操作期间压缩机的操作压力比的上限，而预先确定的喘振阈值可表示可能发生结垢(例如，流体流与压缩机内的叶片/喷嘴分离并反转方向)的压缩机的压力比。OL阈值和预先确定的喘振阈值中的每一者可至少部分地取决于气体涡轮系统的操作特性，包括但不限于气体涡轮系统周围的环境流体压力、气体涡轮系统的轴的操作速度、气体涡轮系统的操作时间、压缩机内的操作劣化等。在过程P6中调整压缩机的OL阈值还可包括调整气体涡轮系统的轴的速度和/或调整气体涡轮系统的压缩机的入口导向轮叶的位置(例如，打开、关闭)。调整轴的速度和/或调整入口导向轮叶的位置可确定由气体涡轮系统的压缩机引入和/或压缩的流体的量，这继而可影响(例如，增加、减小)压缩机的操作压力比和/或OL阈值。
因此，调整压缩机的OL阈值还可包括基于所确定的质量流损失来增大或减小OL阈值与压缩机的预先确定的喘振阈值之间的裕度。在非限制性示例中，响应于确定质量流损失最小和/或在预先确定的范围之间，OL阈值与预先确定的喘振阈值之间的裕度可减小，并且/或者OL阈值可移动到更接近喘振阈值，但可保持与喘振阈值间隔开。可减小裕度和/或可将OL阈值移动得更接近预先确定的喘振阈值，因为最小质量流损失可指示气体涡轮系统的压缩机尽可能有效地或尽可能接近期望/最佳操作效率地操作，并且因此结垢的风险或可能性显著较低。然而，随着质量流损失增加和/或增加超过预先确定的范围，压缩机的OL阈值与预先确定的喘振阈值之间的裕度可增加。即，所确定的质量流损失的增加可指示压缩机没有尽可能有效地/根据需要操作，因此结垢的风险可能增加。这样，OL阈值可减小和/或OL阈值与喘振阈值之间的裕度可增加，以基于压缩机的操作压力比来减轻和/或降低结垢风险。在该非限制性示例中，确定质量流损失可允许压缩机在例如气体涡轮系统的开始寿命期间和/或在气体涡轮系统的操作条件达到理想、最佳和/或“新且洁净的系统”时在更高的OL阈值下操作，这继而增加了气体涡轮系统的功率输出。
应当理解，在本文所示和所述的流程图中，可执行未示出的其他过程或操作。根据各种实施方案，过程的顺序也可重新排列。例如，尽管示出为连续执行，但过程P3和P4可同时执行。另外，中间工艺可在一个或多个所述工艺之间执行。此外，过程P1-P6可连续执行和/或过程P1可连续或间歇执行，而不依赖于执行其他过程，以改善气体涡轮系统的操作和/或有助于调整气体涡轮系统的操作参数，如本文所讨论的。本文所示和所述的工艺流程不应理解为受各种实施方案的限制。
图5示出了示例性环境。就此而言，该环境包括计算装置100，该计算装置可执行本文所述的各种处理步骤以用于控制气体涡轮系统11的操作和/或调整其操作参数。具体地，示出了包括控制系统102的计算装置100，该控制系统使得计算装置100能够通过执行本公开的处理步骤中的一者或多者来控制气体涡轮系统11的操作和/或调整其操作参数。
计算装置100被示出为包括存储部件146、处理器部件148、输入/输出(I/O)部件150以及总线152。此外，计算装置100被示出为与气体涡轮系统11和/或传感器104、106连通。如本领域中已知的，一般来讲，处理部件148执行存储在存储部件146或外部存储部件(未示出)中的计算机程序代码，诸如控制系统102。在执行计算机程序代码时，处理部件148可向或从存储部件146和/或I/O部件150读取和/或写入数据，诸如控制系统102。总线152在计算装置100中的部件中的每个部件之间提供通信链路。I/O部件150可包括使得用户153能够与计算装置100交互的任何装置或使得计算装置100能够与一个或多个其他计算装置连通的任何装置。输入/输出装置(包括但不限于键盘、显示器、指向装置等)可直接或通过中间I/O控制器耦接到系统。
在任何情况下，计算装置100可包括能够执行由用户153安装的计算机程序代码(例如，个人计算机、服务器、手持式装置等)的任何通用计算制品。然而，应当理解，计算装置100和控制系统102仅表示可执行本公开的各种处理步骤的各种可能的等效计算装置。就此而言，在其他实施方案中，计算装置100可包括具有用于执行特定功能的硬件和/或计算机程序代码的任何专用计算制品、包括专用和通用硬件/软件的组合的任何计算制品等。在每种情况下，程序代码和硬件可分别使用标准编程和工程技术来创建。
类似地，计算装置100仅示出用于实现本公开的各种类型的计算机基础设施。例如，在一个实施方案中，计算装置100包括通过任何类型的有线和/或无线通信链路(诸如网络、共享存储器等)连通以执行本公开的各种过程步骤的两个或更多个计算装置(例如服务器集群)。当通信链路包括网络时，网络可包括一种或多种类型的网络(例如，互联网、广域网、局域网、虚拟专用网络等)的任何组合。网络适配器还可耦接到系统，以使得数据处理系统能够通过居间专用或公共网络耦接到其他数据处理系统或远程打印机或存储装置。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡仅是当前可用类型的网络适配器中的几种。无论如何，计算装置之间的通信可利用各种类型的传输技术的任何组合。
如本文先前所提及和讨论的，控制系统102使得计算基础结构102能够控制气体涡轮系统11的操作和/或调整其操作参数。就此而言，控制系统102被示出为包括各种模块，包括第一ARES模块112、基于模型的控制模块120、测量协调和第一质量流(MRFMF)模块122、第二ARES模块126和流量损失模块132，以及测量/计算的操作特性和环境压力数据108、110、操作原理数据154和预定义的操作模型数据156。本文进一步讨论了这些数据中的每一者的操作。然而，应当理解，图5所示的各种数据中的一些可针对包括在计算装置100中的一个或多个单独计算装置独立地实现、组合和/或存储在存储器中。此外，应当理解，数据和/或功能中的一些可不被实现，或者附加的数据和/或功能可被包括为计算装置100的一部分。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能具体实施的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示代码的模块、区段或部分，其中包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当指出的是，在一些另选的具体实施中，框中所述的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可基本上同时执行，或者框有时可以相反的顺序执行，具体取决于所涉及的功能。还应当指出的是，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
如本文所述，各种系统和部件被描述为“获取”数据(例如，获取操作特性108等)。应当理解，可使用任何解决方案来获得对应的数据。例如，对应的系统/部件可生成和/或用于生成数据，从一个或多个数据存储装置(例如，数据库)检索数据，从另一个系统/部件接收数据等。当数据不是由特定系统/部件生成时，应当理解，除了所示的系统/部件之外，还可实现另一个系统/部件，所述另一个系统/部件生成数据并将其提供给系统/部件并且/或者存储数据以供系统/部件访问。
如本领域技术人员将理解的，本公开可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可采取以下形式：完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或在本文中通常全部可称为“电路”、“模块”或“系统”的组合软件和硬件方面的实施方案。此外，本公开可采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品体现在任何有形表达介质中，在该介质中体现有计算机可用程序代码。
可利用一个或多个计算机可用或计算机可读介质的任何组合。计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播介质。计算机可读介质的更特定示例(不完全列表)将包括以下项：具有一根或多根线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、传输介质(诸如支持互联网或内联网的那些)或磁存储装置。需注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是纸张或程序印刷在其上的另一种合适的介质，因为程序可经由例如光学扫描纸张或其他介质以电子方式捕获，然后在必要时以合适的方式编译、解释或以其他方式处理，并且然后存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可以是可包含、存储、传达、传播或传送程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与它们结合使用的任何介质。计算机可用介质可包括在基带中或作为载波的一部分的、其中体现有计算机可用程序代码的传播数据信号。计算机可用程序代码可使用任何适当的介质传输，该任何适当的介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等。
用于执行本公开的操作的计算机程序代码可以一种或多种编程语言的任何组合来写入，该一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java、Smallalk、C++等)和常规的过程编程语言(诸如，“C”编程语言或类似编程语言)。程序代码可完全在用户计算机上、部分地在用户计算机上、作为独立的软件包、部分地在用户计算机上，以及部分地在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形下，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者该连接可以至外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。
此处参考根据本公开的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图解和/或框图来描述本公开。应当理解，流程图图解和/或框图中的每个框以及流程图图解和/或框图中的框的组合可通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个框或多个框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令也可存储在计算机可读介质中，该计算机程序指令可指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令装置的制品，该指令装置实现流程图和/或框图的一个框或多个框中指定的功能/动作。
计算机程序指令也可加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以致使在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个框或多个框中指定的功能/动作的过程。
技术效果是提供用于调整气体涡轮系统的操作参数以改善操作效率和/或发电的系统。具体地，该系统可基于气体涡轮系统的压缩机的质量流损失来动态地调整气体涡轮系统的操作极限阈值。调整操作极限阈值可基于压缩机的质量流损失来增大或减小压缩机的操作极限阈值与喘振阈值之间的裕度。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此和整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，此类范围被识别并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。应用于范围的特定值的“大约”适用于两个值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示所述值的+/-10％。
本文权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。

Claims (15)

1.一种用于气体涡轮系统(11)的系统(10)，所述系统包括：
至少一个计算装置(100)，所述至少一个计算装置与以下装置通信：
气体涡轮系统(11)，所述气体涡轮系统包括具有入口导向轮叶的压缩机(12)，
至少一个传感器(104)，所述至少一个传感器定位在所述气体涡轮系统(11)内或附近，所述至少一个传感器(104)测量所述气体涡轮系统(11)的操作特性，和
压力传感器(104)，所述压力传感器定位在所述气体涡轮系统(11)附近以用于测量所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力，
其中所述至少一个计算装置(100)被配置为通过执行包括以下的过程来调整所述气体涡轮系统(11)的操作参数：
分别基于所述至少一个传感器(104)和所述压力传感器(104)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(20)压力；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来估计所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第一质量流率(124)；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来计算所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第二质量流率(128)；
确定所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所估计的第一质量流率(124)与所计算的第二质量流率(128)之间的质量流损失(130)；以及
基于所述质量流损失(130)来调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的操作极限阈值(144,144A,144C)，所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)低于所述压缩机(12)的预先确定的喘振阈值(140)。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述至少一个计算装置(100)被配置为通过执行包括以下中的至少一者的过程来调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)：
调整所述气体涡轮系统(11)的轴(34)的速度，所述轴(34)的至少一部分定位在所述压缩机(12)内，或者
调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述入口导向轮叶的位置。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述至少一个计算装置(100)被配置为通过执行包括以下的过程来调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)：
基于所确定的质量流损失(130)来增大或减小所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)与所述预先确定的喘振阈值(140)之间的裕度。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述至少一个计算装置(100)被配置为通过执行包括以下的过程来调整所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力：
使用所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力来计算所述气体涡轮系统(11)的操作原理；
将所述气体涡轮系统(11)的所计算的操作原理与所述气体涡轮系统(11)的预定义的操作原理进行比较，所述预定义的操作原理基于在与所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力相同的条件下操作的所述气体涡轮系统(11)的操作模型；以及
分别基于所述至少一个传感器(104)和所述压力传感器(104)的所述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(20)压力，直到所述气体涡轮系统(11)的所计算的操作原理基本上等于所述气体涡轮系统(11)的所述预定义的操作原理。
5.根据权利要求4所述的系统(10)，其中所述至少一个计算装置(100)被配置为通过执行包括以下的过程来计算所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述第二质量流率(128)：
基于在与经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的环境流体(20)压力相同的条件下操作的所述气体涡轮系统(11)的所述预定义的操作模型，计算所述压缩机(12)的所述第二质量流率(128)。
6.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述至少一个传感器(104)包括定位在所述压缩机(12)附近或内的温度传感器(104)，并且其中所述操作特性包括压缩机(12)入口温度。
7.根据权利要求6所述的系统(10)，其中由所述至少一个计算装置(100)执行以调整所述气体涡轮系统(11)的操作参数的所述过程还包括：
测量和/或计算与所述压缩机(12)入口温度不同的至少一个不同的操作特性，所述至少一个不同的操作特性选自：
所述气体涡轮系统(11)的排气温度；
所述气体涡轮系统(11)的环境湿度；
压缩机(12)排气温度；
压缩机(12)排气压力；
所述气体涡轮系统(11)的燃料(26)流率；和
所述气体涡轮系统(11)的功率输出。
8.一种包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码在由至少一个计算装置(100)执行时使得所述至少一个计算装置(100)通过执行包括以下的过程来调整包括具有入口导向轮叶的压缩机(12)的气体涡轮系统(11)的操作参数：
调整由定位在所述气体涡轮系统(11)内或附近的至少一个传感器(104)测量的操作特性，以及调整由定位在所述气体涡轮系统(11)附近的压力传感器(104)测量的环境流体(20)压力，分别基于所述至少一个传感器(104)和所述压力传感器(104)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(20)压力；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来估计所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第一质量流率(124)；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来计算所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第二质量流率(128)；
确定所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所估计的第一质量流率(124)与所计算的第二质量流率(128)之间的质量流损失(130)；以及
基于所述质量流损失(130)来调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的操作极限阈值(144,144A,144C)，所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)低于所述压缩机(12)的预先确定的喘振阈值(140)。
9.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其中调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)还包括：
基于所确定的质量流损失(130)来增大或减小所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)与所述预先确定的喘振阈值(140)之间的裕度。
10.一种用于调整气体涡轮系统(11)的操作参数的方法，所述气体涡轮系统包括具有入口导向轮叶的压缩机(12)，所述方法包括：
调整由定位在所述气体涡轮系统(11)内或附近的至少一个传感器(104)测量的操作特性，以及调整由定位在所述气体涡轮系统(11)附近的压力传感器(104)测量的环境流体(20)压力，分别基于所述至少一个传感器(104)和所述压力传感器(104)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(20)压力；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来估计所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第一质量流率(124)；
基于经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的所述气体涡轮系统(11)周围的环境流体(20)压力来计算所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的第二质量流率(128)；
确定所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所估计的第一质量流率(124)与所计算的第二质量流率(128)之间的质量流损失(130)；以及
基于所述质量流损失(130)来调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的操作极限阈值(144,144A,144C)，所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)低于所述压缩机(12)的预先确定的喘振阈值(140)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)还包括以下中的至少一者：
调整所述气体涡轮系统(11)的轴(34)的速度，所述轴(34)的至少一部分定位在所述压缩机(12)内，或者
调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述入口导向轮叶的位置。
12.根据权利要求10所述的方法，其中调整所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)还包括：
基于所确定的质量流损失(130)来增大或减小所述压缩机(12)的所述操作极限阈值(144,144A,144C)与所述预先确定的喘振阈值(140)之间的裕度。
13.根据权利要求10所述的方法，其中调整所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力还包括：
使用所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力来计算所述气体涡轮系统(11)的操作原理；
将所述气体涡轮系统(11)的所计算的操作原理与所述气体涡轮系统(11)的预定义的操作原理进行比较，所述预定义的操作原理基于在与所测量的操作特性和所测量的环境流体(20)压力相同的条件下操作的所述气体涡轮系统(11)的操作模型；以及
分别基于所述至少一个传感器(104)和所述压力传感器(104)的所述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(20)压力，直到所述气体涡轮系统(11)的所计算的操作原理基本上等于所述气体涡轮系统(11)的所述预定义的操作原理。
14.根据权利要求13所述的方法，其中计算所述气体涡轮系统(11)的所述压缩机(12)的所述第二质量流率(128)还包括：
基于在与经调整的所测量的操作特性和经调整的所测量的环境流体(20)压力相同的条件下操作的所述气体涡轮系统(11)的所述预定义的操作模型，计算所述压缩机(12)的所述第二质量流率(128)。
15.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
测量和/或计算与压缩机(12)入口温度不同的至少一个不同的操作特性，所述至少一个不同的操作特性选自：
所述气体涡轮系统(11)的排气温度；
所述气体涡轮系统(11)的环境湿度；
压缩机(12)排气温度；
压缩机(12)排气压力；
所述气体涡轮系统(11)的燃料(26)流率；和
所述气体涡轮系统(11)的功率输出，
其中所述至少一个传感器(104)包括定位在所述压缩机(12)附近或内的温度传感器(104)，并且其中所述操作特性包括压缩机(12)入口温度。
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