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用于涡轮机的冷却系统和方法
技术领域
本发明涉及涡轮机的操作，并且更具体而言，涉及用于涡轮机的冷却系统和方法。
背景技术
一些涡轮机(例如燃气轮机、航改燃气轮机，等等)在燃烧过程期间燃烧燃料和空气混合物以产生能量。图1示出了涡轮机100的示例。通常，涡轮机100包括引导空气流朝向容纳在压缩机机壳110中的压缩机的进口室105。空气流被压缩，并且然后被排出至燃烧系统115，在该燃烧系统115中，燃料(例如天然气)燃烧以提供驱动涡轮段120的高能量燃烧气体。在涡轮段120中，热气体的能量被转换为功，其中的一些功用于驱动压缩机，剩余功可用作驱动例如发电机、机械传动装置等(均未示出)的负载的有用功。
在涡轮机100的操作期间监测燃烧过程期间所生成的火焰。各种形式的火焰检测系统用于监测。火焰检测系统可设置成极接近涡轮机100的燃烧系统115。这导致火焰检测系统变热，进而导致不合格的火焰检测。应使用冷却系统以移除由火焰检测系统所接收的热量。
出于上述原因，需要在涡轮机100的操作期间冷却火焰检测系统的系统和方法。该方法和系统应允许冷却系统的实时监测和控制。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于涡轮机(100)的冷却系统，该系统包括：构造成用于给至少一个火焰检测系统(130)输送冷却剂的冷却回路(140)，其中，火焰检测系统(130)的一部分安装在涡轮机(100)上；至少一个用于确定冷却剂的物理性质的装置(160)；以及用于操作冷却系统的控制系统(180)；其中，控制系统(180)从该至少一个装置(160)中接收数据。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的涡轮机的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的冷却系统的示例的示意图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的冷却系统的控制的方法的流程图。
图4是根据本发明的一个实施例的冷却系统的控制的示范性系统的方框图。部件列表

  100  涡轮机  105  进口室  110  压缩机机壳
  100  涡轮机  115  燃烧系统  120  涡轮段  125  燃烧罐  130  火焰检测系统  140  冷却系统  145  CS供应管线  150  CS回流管线  155  阀  160  反馈装置  165  热交换装置  170  HX供应管线  175  HX回流管线  180  控制系统
具体实施方式
下文优选实施例的详细描述参考附图，这些附图示出了本发明的具体实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本发明的范围。
通常，如所描述的，可采用冷却系统以移除火焰检测系统所受的一些热量。本发明的一个实施例可提供一种监测和/或冷却本发明的冷却系统的方法。
再次参考图(在其中，遍及数个视图，许多数字表示相似的元件)，图2是示出根据本发明的一个实施例的冷却系统140的示例的示意图。燃烧系统115的一个实施例可包括至少一个燃烧罐125。一些涡轮机100可包括多个燃烧罐125。通常，在各燃烧罐125内均发生前述的燃烧过程。火焰检测系统130监测一些燃烧罐125中的火焰燃烧。火焰检测系统130可为火焰探测器(flame scanner)的形式，该火焰探测器的一部分可插入在燃烧罐125内。例如(但不局限于)，火焰探测器可利用红外线技术、光学技术等以检测火焰。
冷却系统140的一个实施例可包括冷却系统回路。冷却系统回路可包括：冷却系统(CS)供应管线145，冷却系统(CS)回流管线150、至少一个阀155、至少一个反馈装置160、至少一个热交换装置165、热交换器(HX)供应管线170、以及热交换器(HX)回流管线175。控制系统180可控制冷却系统140的操作。如图2中所示，冷却回路的一部分可安装在涡轮机100的机壳(例如，但不局限于，压缩机机壳110)上方。
CS供应管线145通常用作给火焰检测系统130供应冷却剂。冷却剂可流动通过火焰检测系统130的一部分以移除从燃烧系统115中所接收的热量。在本发明的一个实施例中，CS供应管线145可包括至少一个阀155和至少一个反馈装置160。该至少一个阀155可用作控制给冷却系统140的冷却剂的供应。该至少一个阀155可设置在各反馈装置160的上游。该至少一个阀155的一个实施例可具有电磁阀、电动阀(motor operated valve)等的形式。
该至少一个反馈装置160通常用作确定冷却剂的物理性质。例如(但不局限于)，该至少一个反馈装置160可确定冷却系统140内的冷却剂的压力或流率。该至少一个反馈装置160可包括以下形式：压力开关、压力变送器、压力传感器、流量计，等等。
在本发明的一个实施例中，第一反馈装置可设置在各火焰检测系统130的上游处，并且第二反馈装置可设置在各火焰检测系统130的下游。在本发明的一个实施例中，该至少一个反馈装置160可将关于冷却剂的物理性质的数据提供给控制系统180。
CS回流管线150用作从火焰检测系统130中移动加热的冷却剂。在本发明的一个实施例中，CS回流管线150可连接至火焰检测系统130的一部分。冷却剂可以这样的温度(即，其反映从火焰检测系统130移除热量)离开火焰检测。
在本发明的一个实施例中，冷却系统140可包括用于调节冷却剂的温度的热交换装置165。热交换装置165的形式可包括：热交换器、冷却器，等等。热交换装置165可包括HX供应管线170和HX回流管线175。当与CS供应管线145和CS回流管线150相连接时，热交换装置165可形成闭合的或部分闭合的环路系统。如图2中所示，CS供应管线145可连接至热交换装置165的排出端；并且CS回流管线150可连接至热交换装置165的进入端。
控制系统180可实施算法等，以控制冷却系统140的操作。控制系统180可从该至少一个反馈装置160中接收数据。控制系统180可利用该数据确定该至少一个阀155的位置。例如(但不局限于)，算法可包括CS供应管线145内的冷却剂压力的操作范围。这可用于确定火焰检测系统130是否接收了CS供应管线145中的冷却剂。例如(但不局限于)，低压力值可指示冷却剂泄漏。在此，泄漏可指示冷却剂正在接触(engage)涡轮机100的机壳。
如将意识到的，本发明可具体化为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件的实施例，完全软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码，等等)，或结合本文中全部通称为“回路”、“模块”、或“系统”的软件方面和硬件方面的实施例的形式。此外，本发明可采用计算机可用的存储介质上的、具有在介质中具体化的计算机可用的程序代码的计算机程序产品的形式。
可利用任何适合的计算机可读取的介质。计算机可用或计算机可读取的介质可为例如(但不局限于)电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外线的、或半导体的系统、设备、装置、或传播介质。计算机可读取的介质的更多具体示例(非穷举性列举)将包括下列者：具有一根或多根导线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程序只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、，例如那些支持因特网或内联网的传输介质、或磁存储装置。注意的是，计算机可用或计算机可读取的介质甚至可为在其上印有程序的纸或其它适合的介质，因为程序可电子地通过例如纸或其它介质的光学扫描而获取，然后编译、解释、或另外地以适合的方式处理，如果必要的话，然后存储在计算机存储器内。在本文件的上下文中，计算机可用或计算机可读取的介质可为可包含、存储、通信、传播、或传输用于由指令执行系统、设备、或装置所使用或与指令执行系统、设备、或装置相结合使用的程序的任何介质。
用于实现本发明的操作的计算机程序代码可以面向对象的编程语言(例如Java7、Smalltalk或C++，等等)加以编写。但是，用于实现本发明的操作的计算机程序代码还可以传统的过程编程语言(例如“C”编程语言、或类似的语言)加以编写。程序代码可完全在用户的计算机上、作为独立的软件包部分地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上、或完全在远程计算机上加以执行。在后者的情况中，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接至用户的计算机，或可连接至外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。
下文中参考根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或方框图来描述本发明。将理解的是，流程图图示和/或方框图的各方框、以及流程图图示和/或方框图中的方框的组合可由计算机程序指令实施。可将这些计算机程序指令提供给公用计算机、专用计算机、或其它可编程的数据处理设备的处理器以生成机器，以使得通过计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器所执行的指令创建用于实施流程图和/或方框图方框或多个方框中所指定的功能/行为的手段。
这些计算机程序指令还可存储在可读取的存储器中，其可指导计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用，以使得存储在计算机可读取的存储器中的指令生成包括实施流程图和/或方框图方框或多个方框中所指定的功能/行为的指令手段的制品(article of manufacture)。这些计算机程序指令还可加载在计算机或其它可编程的数据处理设备上以促使将在计算机或其它可编程的设备上实行一系列操作步骤以生成计算机实施过程，以使得在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于实施流程图和/或方框图多个方框中所指定的功能/行为的步骤。
控制系统180的一个实施例具有控制冷却系统140的操作的技术效果。本发明的一个实施例的控制系统180可构造成自动地和/或连续地监测冷却系统140以确定是否应改变该至少一个阀155的位置。
备选地，控制系统180可构造成需要用户动作以启动冷却系统140的操作。本发明的控制系统180的一个实施例可作为独立的系统起作用。备选地，控制系统180可作为模块等集成在更大的系统(例如可支配涡轮机100的操作的涡轮控制或工厂控制系统)内。
图3是示出根据本发明的一个实施例的冷却系统140的控制的方法300的流程图。在本发明的一个实施例中，实施方法300的控制系统180可与图形用户界面(GUI)等相集成。GUI可允许操作者浏览(navigate through)下文所描述的方法300。GUI还可提供冷却系统140的状态的至少一个通告。方法300可适于控制包括已描述的实施例的冷却系统140的多种构造的操作。
在方法300的步骤305中，涡轮机100产生排气。依赖于涡轮机100的类型和/或操作，所产生的排气典型地指示在燃烧系统115内存在火焰。在此，火焰检测系统130可正在检测燃烧系统115内的火焰的存在。
在步骤310中，方法300可接收关于冷却系统参数的数据。用于监测冷却系统140的操作的控制系统180的算法可使用冷却系统参数。该算法还可使用冷却系统参数以控制冷却系统的操作。冷却系统参数可包括冷却剂的物理性质。物理性质可包括(但不局限于)冷却剂的压力和/或流率。在本发明的一个实施例中，用户可限定冷却系统的参数。在本发明的一个备选实施例中，算法可利用多个冷却系统参数。
在步骤315中，方法300可确定冷却系统参数的当前数据是否在可容许的范围内。本发明的一个实施例可允许用户设置可容许的范围。例如(但不局限于)，用户可选择CS供应管线145中的冷却剂的压力作为冷却系统参数。在方法300在步骤310中接收关于压力值的数据后，可将压力值与可容许的压力范围进行比较。如果当前数据在可容许的范围内，则方法300可返回至步骤310；否则方法300可前进至步骤320。
在步骤320中，方法300可启动校正动作。方法300的一个实施例可同时自动地启动多个校正动作。如图3中所示，方法300在步骤325中可调整该至少一个阀155的位置。这可作为降低冷却剂可能正在流动处的不确定性的措施而自动地发生。例如(但不局限于)，低压力值可指示冷却系统140中的冷却剂泄漏。为了避免与冷却剂泄漏相关的浪费，方法300可自动地关闭该至少一个阀155以阻止冷却剂流在CS供应管线145中流动。在此，校正动作可包括隔断冷却系统140。
同时发生地，在本发明的一个实施例中，方法300在步骤330中可自动地产生通告。通告可用作告知用户冷却系统参数可能未在可容许的范围内。在本发明的一个实施例中，GUI可提供如弹出窗口、警告、或其它类似方法的通告。
在步骤335中，方法300可确定通告是否确认收到。由于冷却系统140的重要性，因此可要求即时确认收到步骤330中所发出的通告。如果确认收到通告，则然后方法300可前进至步骤340，否则方法300可前进至步骤345。
在步骤340中，方法300可给用户提供校正动作。例如(但不局限于)，方法300可给用户提供涡轮机100上应检查的区域。备选地，方法300可建议用户检验冷却系统140的部件的操作。
如果未确认收到通告，则在步骤345中，方法300可启动涡轮机的停机。例如(但不局限于)，方法300可包括用于当确认收到通告时进行监测的计时器等。在此，如果在指定时间内未确认收到通告，则然后方法可启动涡轮机100的停机以减少冷却剂泄漏接触涡轮机100的机壳的可能性。
图4是根据本发明的一个实施例的冷却系统140的控制的示范性系统400的方框图。方法300的要素可在系统400中具体化并通过系统400实行。系统400可包括一个或多个用户或客户通信装置402或类似的系统或装置(如图4中所示的两个)。各通信装置402均可为例如(但不局限于)计算机系统、个人数字助理、便携式电话、或能够发送和接收电子消息的任何装置。
通信装置402可包括系统存储器404或本地文件系统。系统存储器404可包括例如(但不局限于)只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。ROM可包括基本输入/输出系统(BIOS)。BIOS可包括有助于在通信装置402的元件或部件之间传送信息的基本例行程序。系统存储器404可包括操作系统406以控制通信装置402的总体操作。系统存储器404还可包括浏览器408或网络浏览器。系统存储器404还可包括可类似于或包括图3中方法300的要素的用于控制冷却系统140的数据结构410或计算机可执行的代码。
系统存储器404还可包括模板高速缓冲存储器412，其可与图3中的方法300相结合而使用，以用于控制根据本发明的一个实施例的冷却系统140。
通信装置402还可包括处理器或处理单元414以控制通信装置402的其它部件的操作。操作系统406、浏览器408、以及数据结构410可在处理单元414上为可操作的。处理单元414可通过系统总线416联接至存储器系统404和通信装置402的其它部件。
通信装置402还可包括多个输入装置(I/O)、输出装置或组合的输入/输出装置418。各输入/输出装置418可通过输入/输出接口(图4中未显示)联接至系统总线416。输入和输出装置或组合的I/O装置418允许用户操作通信装置402和与该通信装置402交互，并控制浏览器408和数据结构410的操作，以访问、操作和控制软件而控制根据本发明的一个实施例的冷却系统140。I/O装置418可包括键盘和计算机点击装置等以实行本文中所论述的操作。
I/O装置418还可包括例如(但不局限于)磁盘驱动器，光学的、机械的、磁性的、或红外线的输入/输出装置，调制解调器，等等。I/O装置418可用于访问存储介质420。介质420可包含、存储、通信、或传输用于由例如通信装置402的系统所使用或与例如通信装置402的系统相结合使用的计算机可读取或计算机可执行的指令或其它信息。
通信装置402还可包括或连接至其它装置(例如显示器或监测器422)。监测器422可允许用户与通信装置402交互。
通信装置402还可包括硬盘驱动器424。硬盘驱动器424可通过硬盘驱动器接口(图4中未显示)联接至系统总线416。硬盘驱动器424还可形成本地文件系统或系统存储器404的一部分。程序、软件、以及数据可在系统存储器404和硬盘驱动器424之间传送和交换以用于通信装置402的操作。
通信装置402可与至少一个单元控制器426通信，并可通过网络428访问其它服务器或类似与通信装置402的其它通信装置。系统总线416可通过网络接口430联接至网络428。网络接口430可为调制解调器、以太网卡、路由器、网关等以用于联接至网络428。联接可为有线或无线连接。网络428可为因特网、专用网络、内联网，等等。
该至少一个单元控制器426还可包括系统存储器432，该系统存储器432可包括文件系统、ROM、RAM，等等。系统存储器432可包括类似与通信装置402中的操作系统406的操作系统434。系统存储器432还可包括数据结构436以用于控制根据本发明的一个实施例的冷却系统140。数据结构436可包括类似与关于方法300所描述的那些操作的操作，以用于控制根据本发明的一个实施例的冷却系统140。服务器系统存储器432还可包括其它文件438、应用程序、模块，等等。
该至少一个单元控制器426还可包括处理器442或处理单元以控制该至少一个单元控制器426中的其它装置的操作。该至少一个单元控制器426还可包括I/O装置444。I/O装置444可类似与通信装置402的I/O装置418。该至少一个单元控制器426还可包括例如监测器等的其它装置446，以将接口连同I/O装置444一起提供给该至少一个单元控制器426。该至少一个单元控制器426还可包括硬盘驱动器448。系统总线450可连接该至少一个单元控制器426的不同部件。网络接口452可通过系统总线450将该至少一个单元控制器426联接至网络428。
图中的流程图和步骤图示出了根据本发明的各实施例的系统、方法、以及计算机程序产品的可能实施的体系结构、功能性、以及操作。在这点上，流程图或步骤图中的各步骤可表示包括一个或多个用于实施(多个)指定的逻辑功能的可执行的指令的代码的模块、片段、或部分。还应注意的是，在一些备选的实施方案中，步骤中所指明的功能可以不同于图中所指明的顺序的方式而发生。例如，依赖于有关的功能，连续显示的两个步骤实际可基本上同时执行，或这些步骤有时可以相反的顺序执行。还将注意到的是，步骤图和/或流程图图示中的各步骤、以及步骤图和/或流程图图示中的步骤的组合可通过基于专用硬件的系统(其实行指定的功能或行为)、或专用硬件和计算机指令的组合而实行。
本文中所使用的术语仅为了描述具体实施例，并且不意在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”、以及“该”意在同样包括复数形式，除非上下文中清楚地另有说明。还应理解的是，用词“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时特指所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但并未排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其组件的存在或附加。
虽然本文中已示出和描述了具体实施例，但是应意识到的是，任何旨在实现相同目的的布置可替代所示的具体实施例，并且本发明在其它的环境中具有其它的应用。本申请意在涵盖本发明的任何的修改和变化。所附权利要求书决不意在将本发明的范围局限于本文中所描述的具体实施例。