Система управления потоком, электрогенераторная система и способ восстановления турбинного двигателя в такой системе
Изобретение относится к энергетике. Система управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом турбинного двигателя, при этом упомянутый управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении или втором направлении. Первое направление соответствует ситуации, когда текучую среду направляют из компрессора в сопло, а второе направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из сопла в секцию выпуска упомянутого турбинного двигателя. С управляющим клапаном связан контроллер, который сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя и для изменения направления потока текучей среды с первого направления на второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя. Также представлены электрогенераторная система и способ восстановления турбинного двигателя в электрогенераторной системе. Изобретение позволяет обеспечить противодействие засорению охлаждающих каналов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предпосылки создания изобретения
[0001] Изобретение относится, в общем, к электрогенераторным системам, а именно к системам и способам восстановления турбинных двигателей в электрогенераторных системах при помощи изменения направления потока охладителя на противоположное.
[0002] По меньшей мере часть существующих на сегодняшний день турбинных двигателей используют в электрогенераторных системах, например в парогенераторных установках и электростанциях. К таким двигателям могут предъявляться высокие требования по удельной работе и мощности на единицу массового потока. Для повышения эксплуатационного коэффициента полезного действия (КПД) по меньшей мере некоторые из существующих турбинных двигателей эксплуатируют с повышенными температурами горения. По меньшей мере в некоторых существующих газотурбинных двигателях КПД двигателя может увеличиваться с ростом температуры газообразных продуктов сгорания.
[0003] Вследствие увеличения температур газообразных продуктов сгорания по меньшей мере в некоторых из существующих газотурбинных двигателей для доставки охлаждающего воздуха в критические области применяют охлаждающие отверстия или каналы небольшого диаметра. Однако частицы пыли, которые могут всасываться через впуск турбинного двигателя, а также другие отложения и инородные частицы, могут застревать в этих охлаждающих отверстиях и каналах и значительно ограничивать поток охлаждающего вещества через них. Аналогично, малые металлические фрагменты, отрывающиеся от двигателя, также могут застревать в этих охлаждающих отверстиях или каналах. При засорении охлаждающих отверстий или каналов рабочая температура охлаждаемых деталей может увеличиваться, при этом рост температуры может приводить к повреждению этих деталей и/или к преждевременному выходу из строя этих деталей и/или турбинного двигателя.
[0004] Чтобы предотвратить возникновение подобного засорения, по меньшей мере в некоторых из существующих газотурбинных двигателей применяют относительное более крупные отверстия или каналы. Однако, несмотря на это, со временем частицы пыли и малые металлические фрагменты накапливаются и вызывают засорение и более крупных отверстий или каналов. Как следствие, по меньшей мере в некоторых существующих газотурбинных двигателях применяют подачу воздуха для очистки от отложений внутренних охлаждающих отверстий или каналов. А именно, по меньшей мере некоторые из существующих газотурбинных двигателей могут прочищаться, или восстанавливаться, с помощью смеси, включающей воду, пар и/или воздух. Смесь впрыскивают на впуске газотурбинного двигателя, чтобы попытаться удалить отложения, формирующиеся, например, на поверхности лопаток в газовом тракте. Однако направление смеси во внутренний объем охлаждающих каналов, выполненных в лопатках, может быть затруднено. В результате, несмотря на принятые меры, может происходить засорение охлаждающих отверстий или каналов.
Краткое описание настоящего изобретения
[0005] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложена система управления потоком. Система управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом турбинного двигателя, при этом упомянутый управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении или во втором направлении. Упомянутое первое направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из компрессора в упомянутое сопло, а упомянутое второе направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из упомянутого сопла в секцию выпуска упомянутого турбинного двигателя. С управляющим клапаном связан контроллер, который сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя и для изменения упомянутого направления потока текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
[0006] В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложена электрогенераторная система. Электрогенераторная система включает турбинный двигатель, который включает компрессор, по меньшей мере одно сопло, связанное с упомянутым компрессором, и секцию выпуска, связанную с упомянутым соплом. Электрогенераторная система включает также систему управления потоком, связанную с упомянутым турбинным двигателем. Упомянутая система управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом турбинного двигателя, при этом упомянутый управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении или во втором направлении. Упомянутое первое направление соответствует ситуации, когда текучую среду направляют из компрессора в упомянутое сопло, а упомянутое второе направление соответствует ситуации, когда текучую среду направляют из упомянутого сопла в упомянутую секцию выпуска. С упомянутым управляющим клапаном связан контроллер, который сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя и для изменения упомянутого направления потока текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
[0007] В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ восстановления турбинного двигателя в электрогенераторной системе. По меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом упомянутого турбинного двигателя, конфигурируют для регулирования потока текучей среды в первом направлении или во втором направлении. Упомянутое первое направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из компрессора в упомянутое сопло, а второе направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из упомянутого сопла в секцию выпуска газотурбинного двигателя. Потоком текучей среды в первом направлении управляют в первом направлении во время работы упомянутого двигателя при помощи контроллера, который связан с упомянутым управляющим клапаном. Направление потока упомянутой текучей среды изменяют с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление при помощи упомянутого контроллера для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг.1 представляет собой блок-схему одного из примеров электрогенераторной системы;
[0009] Фиг.2 представляет собой блок-схему одного из примеров системы управления потоком, которая может использоваться вместе с электрогенераторной системой, проиллюстрированной на фиг.1; и
[0010] Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма одного из примеров способа восстановления турбинного двигателя в электрогенераторной системе, проиллюстрированной на фиг.1.
Подробное описание изобретения
[0011] В примерах систем и способов, описанных в настоящем документе, предложена система управления потоком вместе с примером потоковой сети, которые могут использоваться в электрогенераторной системе для обеспечения возможности восстановления исправного состояния охлаждающего трубопровода двигателя. Система управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом турбинного двигателя, при этом упомянутый управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении или втором направлении. Первое направление соответствует ситуации, когда текучую среду направляют из компрессора в упомянутое сопло, а второе направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из упомянутого сопла в секцию выпуска турбинного двигателя. С упомянутым управляющим клапаном связан контроллер, который сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя и для изменения упомянутого направления потока текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя. За счет изменения направления или обращения потока текучей среды, которое осуществляется с возможностью выбора, частицы и отложения, находящиеся внутри охлаждающих каналов и/или в упомянутых соплах и в кожухе турбинного двигателя, могут быть удалены и канализированы в секцию выпуска турбинного двигателя. В силу этого может быть значительно снижено засорение охлаждающих отверстий или каналов в турбинном двигателе.
[0012] Фиг.1 иллюстрирует пример электрогенераторной системы 90, которая включает по меньшей мере один турбинный двигатель 100. А именно в данном примере осуществления настоящего изобретения турбинный двигатель 100 представляет собой газотурбинный двигатель. Несмотря на то, что данный пример осуществления изобретения ориентирован на газотурбинный двигатель, настоящее изобретение не ограничено только одним конкретным типом двигателей, при этом специалисты в настоящей области техники должны понимать, что настоящее изобретение может применяться в связи с другими турбинными двигателями, например с паротурбинными или парогазотурбинными системами. Следует отметить, что в настоящем документе термин «связан» не ограничен прямым механическим, тепловым, коммуникационным и/или электрическим соединением между компонентами, он может также включать непрямое механическое, тепловое, коммуникационное и/или электрическое соединение между несколькими компонентами.
[0013] Также в данном примере осуществления настоящего изобретения турбинный двигатель 100 включает секцию 112 впуска, секцию 114 компрессора, расположенную ниже по потоку относительно секции 122 впуска, секцию 116 камер сгорания, расположенную ниже по потоку относительно секции 114 компрессора, секцию 118 турбины, расположенную ниже по потоку относительно секции 116 камер сгорания, и секцию 120 выпуска. Секция 118 турбины связана с секцией 114 компрессора при помощи вала 122 ротора. В данном примере осуществления настоящего изобретения секция 116 камер сгорания включает множество камер 124 сгорания. Секция 116 камер сгорания связана с секцией 114 компрессора таким образом, что каждая из камер 124 сгорания сообщается по потоку с секцией 114 компрессора.
[0014] Электрогенераторная система 90 включает также систему 126 управления потоком, которая связана с турбинным двигателем 100. А именно в данном примере осуществления настоящего изобретения система 126 управления потоком может быть связана одновременно с секцией 118 турбины, секцией 114 компрессора и секцией 120 выпуска. При этом секция 118 турбины связана с секцией 114 компрессора и с нагрузкой 128, например, без ограничения перечисленным, с электрогенератором и/или с нагрузкой в виде силового привода. В данном примере осуществления настоящего изобретения и секция 114 компрессора, и секция 118 турбины включают по меньшей мере один узел 130 диска ротора, который связан с валом 122 ротора, образуя роторный блок 132.
[0015] При работе секция 112 впуска направляет воздух в секцию 114 компрессора, в которой воздух сжимается до более высокого давления и температуры перед выпуском в секцию 116 камер сгорания. Сжатый воздух смешивается с топливом и поджигается, в результате чего формируются газообразные продукты сгорания, которые направляют в секцию 118 турбины. Более детально, в камерах 124 сгорания топливо, например, природный газ и/или жидкое топливо, впрыскивают в воздушный поток, и затем эту воздушно-топливную смесь поджигают, получая высокотемпературные газообразные продукты сгорания, которые направляют в секцию 118 турбины. Секция 118 турбины преобразует тепловую энергию газового потока в механическую энергию вращения за счет сообщения газообразными продуктами сгорания энергии вращения секции 118 турбины и роторному блоку 132. При этом, в соответствии с дальнейшим более подробным описанием, система 126 управления потоком управляет, с возможностью выбора, потоком текучей среды, например потоком охлаждающего вещества в турбинном двигателе 100, для обеспечения чистки, или восстановления, турбинного двигателя 100.
[0016] Фиг.2 представляет собой блок-схему системы 126 управления потоком. В данном примере осуществления настоящего изобретения система 126 управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан 200. А именно система 126 управления потоком включает три управляющих клапана 200, при этом каждый клапан 200 связан с компрессором 202 (например, это может быть многоступенчатый компрессор) и с соплом 204. В данном примере осуществления настоящего изобретения турбинный двигатель 100 (проиллюстрированный на фиг.1) включает три сопла 204, каждое из которых расположено вблизи лопасти, или лопатки, 206 вращающегося ротора, при этом каждая из лопаток 206 расположена вблизи лопатки 208 статора. Внутри турбинного двигателя имеется множество охлаждающих каналов (не показаны на чертеже), например, между соплами 204 и секцией 120 выхлопа.
[0017] Также в данном примере осуществления настоящего изобретения от компрессора 202 к соплам 204 проходит по меньшей мере один трубопровод для текучей среды. А именно по одному трубопроводу 210 проложено от компрессора 202 к каждому соплу 204. С каждым из трубопроводов 210 связан управляющий клапан 200 таким образом, что управляющий клапан 200 расположен между компрессором 202 и соплом 204. Более детально, каждый управляющий клапан 200 включает первую часть 212, позволяющую каждому управляющему клапану 200 быть связанным по потоку с компрессором 202 и соплом 204. Также, по одному трубопроводу 216 для текучей среды проложено от секции 120 выпуска к каждому из сопел 204. Трубопровод 216 связан со второй частью 214 управляющего клапана таким образом, что управляющий клапан 200 может быть связанным по потоку с секцией 120 выпуска и соплом 204. В данном примере осуществления настоящего изобретения трубопроводы 210 и 216 сконфигурированы для канализирования в своем объеме охлаждающего вещества. Альтернативно, трубопроводы 210 и 216 могут канализировать текучие среды любых других типов.
[0018] В данном примере осуществления настоящего изобретения положение каждого из управляющих клапанов 200 может быть изменено на открытое, частично открытое, закрытое и/или частично закрытое с целью управления потоком текучей среды в трубопроводах 210 и 216. Например, управляющий клапан 200 сконфигурирован для регулировании потока текучей среды в первом направлении, проиллюстрированном стрелками 218, из компрессора 202 в сопло 204. Управляющий клапан 200 регулирует также, с возможностью выбора, поток текучей среды в противоположном втором направлении, проиллюстрированном стрелками 219, из сопла 204 в секцию 120 выпуска. Альтернативно, управляющий клапан может регулироваться любым другим способом, обеспечивающим возможность функционирования системы 126 управления потоком и/или электрогенераторной системы 90 (показанной на фиг.1) в соответствии с описанием в настоящем документе.
[0019] Система 126 управления потоком включает также контроллер 120, который функционально связан с каждым из управляющих клапанов. В данном примере осуществления настоящего изобретения контроллер 220 сконфигурирован для управления каждым из управляющих клапанов 200 с целью регулирования потока текучей среды в трубопроводах 210 и 216. Например, контроллер 220 сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении 216 и/или втором направлении 219. Контроллер 220 сконфигурирован для переключения потока с первого направления 218 на второе направление 219 и/или со второго направления 219 на первое направление 218. Контроллер 220 выполнен с возможностью обеспечения функций управления, связанных с открыванием и закрыванием каждого из клапанов 200, при помощи функций, которые включают, без ограничения перечисленным, прием разрешающих входных данных, передачу разрешающих выходных данных, а также передачу команд открывания и закрывания.
[0020] В данном примере осуществления настоящего изобретения контроллер может представлять собой контроллер реального времени и может включать любую подходящую систему на базе процессора или микропроцессора, например, компьютерную систему, которая включает микроконтроллеры, схемы с ограниченным набором команд (reduced instruction set circuits, RISC), заказные интегральные схемы (application-specific integrated circuits, ASIC), логические схемы и/или любые другие схемы или процессоры, способные выполнять описанные в настоящем документе функции. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 220 может представлять собой микропроцессор, который включает память в режиме «только для чтения» (read-only memory, ROM) и/или память с произвольным доступом (random access memory, RAM), например, 32-битную микроЭВМ с 2 Мб ROM и 64 Кб RAM. В настоящем документе выражение «реального времени» относится к получению результатов за период времени, являющийся пренебрежимо малым с практической точки зрения, после изменения входных сигналов, влияющих на упомянутый результат, при этом упомянутый период времени является параметром, задаваемым при проектировании, который может быть выбран исходя из важности упомянутого результата и/или способности системы обрабатывать входные сигналы с целью формирования упомянутого результата.
[0021] В данном примере осуществления настоящего изобретения контроллер 220 включает запоминающее устройство 230, которое хранит исполняемые инструкции и/или один или более рабочих параметров, отражающих и/или указывающих на режим работы турбинного двигателя 100. В данном примере осуществления настоящего изобретения контроллер 220 включает также процессор 232, который связан с запоминающим устройством 230 при помощи системной шины 234. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения процессор 232 может включать процессорный блок, например, без ограничения перечисленного, интегральную схему (integrated circuit, 1C), заказную интегральную схему (ASIC), микроЭВМ, программируемый логический контроллер (programmable logic controller, PLC) и/или любую другую программируемую схему. Альтернативно, процессор 232 может включать несколько процессорных блоков (например, в многоядерной конфигурации). Описанные выше примеры являются исключительно иллюстративными, и, следовательно, не имеют целью ограничить каким-либо образом определение и/или значение термина «процессор».
[0022] Также, в данном примере осуществления настоящего изобретения контроллер 220 включает управляющий интерфейс 236, который связан с клапанами 200 и сконфигурирован для управления каждым из клапанов 200. Например, процессор 232 может быть запрограммирован для формирования одного или более управляющих параметров, передаваемых в управляющий интерфейс 236. Вслед за этим управляющий интерфейс 236 может передавать параметр управления для регулирования, открывания или закрывания клапанов 200.
[0023] Между управляющим интерфейсом 236 и клапанами 200 могут существовать различные соединения. Такие соединения могут включать, без ограничения перечисленным, электрический проводник, низкоуровневое последовательное соединение для передачи данных, например, соединение по рекомендованному стандарту (Recommended Standard, RS) RS-232 или RS-485, высокоуровневое последовательное соединение для передачи данных, например USB, магистральная шина (field bus), PROFIBUS®, шина по стандарту IEEE 1394 (Electrical and Electronics Engineers, Института инженеров по электротехнике и электронике) (которую также называют FIREWIRE), параллельное соединение для передачи данных, например, IEEE 1284 или IEEE 488, канал беспроводной связи малой дальности, например, BLUETOOTH, и/или частное (например, недоступное за пределами турбинного двигателя 100) сетевое соединение, проводное или беспроводное. Наименование IEEE является зарегистрированным товарным знаком Института инженеров по электротехнике и электронике (Electrical and Electronics Engineers, Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США). Наименование BLUETOOTH является зарегистрированным товарным знаком организации Bluetooth SIG, Inc., Киркланд, штат Вашингтон, США. Наименование PROFIBUS является зарегистрированным товарным знаком организации Profibus Trade Organization, Скоттсдейл, штат Аризона, США.
[0024] В данном примере осуществления настоящего изобретения система 126 управления потоком может также иметь в своем составе пользовательское вычислительное устройство 250, которое связано с контроллером 220 через сеть 249. А именно пользовательское вычислительное устройство 250 включает интерфейс 251 связи, который имеет соединение с интерфейсом 253 связи контроллера 220. Пользовательское вычислительное устройство 250 включает процессор 252 для исполнения инструкций. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения исполняемые инструкции хранят в запоминающем устройстве 254. Процессор 252 может включать один или более процессорных блоков (например, в многоядерной конфигурации). Запоминающее устройство 254 представляет собой любое устройство, допускающее хранение и извлечение информации, например, исполняемых инструкций и/или других данных.
[0025] Пользовательское вычислительное устройство 250 включает также по меньшей мере один компонент 256 вывода медиаданных, применяемый для представления информации пользователю (не показан на чертеже). Компонент 256 вывода медиаданных представляет собой любой компонент, способный передавать информацию пользователю. Компонент 256 вывода медиаданных может включать, без ограничения перечисленным, дисплейное устройство (не показано не чертеже) (например, жидкокристаллический дисплей (liquid crystal display, LCD), дисплей на органических светодиодах (organic light emitting diode, OLED), или звуковое устройство вывода (например, громкоговоритель или головные телефоны).
[0026] Также в данном примере осуществления настоящего изобретения пользовательское вычислительное устройство 250 включает интерфейс 260 ввода для приема ввода от пользователя. Интерфейс 260 ввода может включать, например, клавиатуру, указывающее устройство, мышь, компьютерное перо, сенсорную панель (например, тачпад или сенсорный экран), гироскоп, акселерометр, датчик положения и/или устройство звукового ввода. Один компонент, например сенсорный экран, может функционировать одновременно как устройство вывода компонента 256 вывода медиаданных и как интерфейс 260 ввода.
[0027] При работе пользователь может вводить команды при помощи интерфейса 260 ввода вычислительного устройства 250. В данном примере осуществления настоящего изобретения команды могут включать первую команду, обеспечивающую поток текучей среды в первом направлении 218 во время штатной работы турбинного двигателя 100 с целью обеспечения его охлаждения. Сигналы, представляющие эту команду, передают в интерфейс 253 контроллера 220. Затем этот сигнал передается в каждый управляющий клапан 200. Каждый управляющий клапан регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах 210 таким образом, что текучая среда может быть направлена из компрессора 202 в сопла 204. Например, текучая среда может быть направлена в охлаждающих каналах или отверстиях внутри турбинного двигателя 100. В данном примере осуществления настоящего изобретения каждый управляющий клапан 200 регулируют также таким образом, что поток текучей среды в трубопроводах 216 перекрывается, при этом текучая среда не направляется во втором направлении 219, от сопел 204 в секцию 120 выпуска.
[0028] Система 126 управления потоком может также управлять потоком текучей среды для обеспечения чистки, или восстановления, турбинного двигателя 100. Например, пользователь может вводить в вычислительное устройство 250 команду на изменение, или обращение, потока текучей среды с первого направления 218 на второе направление 219 во время остановки турбинного двигателя 100. Сигналы, представляющие эту команду, передают в интерфейс 253 связи контроллера 220. Этот сигнал затем передается в каждый управляющий клапан 200. Затем каждый управляющий клапан 200 регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах таким образом, что текучая среда может быть направлена из сопел 204 в секцию 120 выпуска. В данном примере осуществления настоящего изобретения каждый из управляющих клапанов 200 регулируют таким образом, что поток текучей среды в трубопроводах 210 перекрывается, при этом текучая среда больше не направляется в первом направлении 218, из компрессора 202 в сопла 204. Когда поток текучей среды обращен, или его направление изменено с первого направления 218 на второе направление 219, текучая среда проходит через множество охлаждающих каналов между соплами 204 и секцией 120 выпуска. Поток текучей среды обеспечивает удаление и направление в секцию 120 выпуска твердых частиц, таких как частиц пыли, отложений и/или малых металлических фрагментов, которые могут застревать в охлаждающих каналах. Соответственно обеспечивается противодействие засорению охлаждающих каналов, вызванному упомянутыми твердыми частицами.
[0029] При этом, поскольку поток текучей среды во втором направлении 219 обеспечивается во время остановки турбинного двигателя 100, температуры в турбинном двигателе 100 могут поддерживаться в пределах допусков материалов. Поток текучей среды во втором направлении может обеспечиваться также и во время пуска турбинного двигателя, чтобы гарантировать возможность поддержания температуры внутри турбинного двигателя в пределах допусков материалов. Фактически, для восстановления турбинного двигателя 100 достаточно обеспечить поток текучей среды во втором направлении 219, противоположном направлению потока при работе турбинного двигателя 100, во время пуска и/или остановки турбинного двигателя 100. В силу этого, температуры в турбинном двигателе 100 могут поддерживаться в пределах допусков материалов.
[0030] Помимо команд, задаваемых оператором, контроллер 220 может программироваться для управления потоком текучей среды автоматически в различных рабочих состояниях турбинного двигателя 100. Например, контроллер 220 может быть запрограммирован для обеспечения потока текучей среды в первом направлении 218 во время работы турбинного двигателя 100 и во втором направлении 219 во время пуска и остановки турбинного двигателя 100 с целью его восстановления. В связи с этим, во время работы турбинного двигателя 100 контроллер 220 передает сигнал в каждый из управляющих клапанов 200. Каждый управляющий клапан регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах 210 таким образом, что текучая среда может быть направлена из компрессора 202 в сопла 204. Каждый управляющий клапан 200 регулируется также затем таким образом, что поток текучей среды в трубопроводах 216 перекрывается, при этом текучая среда не направляется во втором направлении 219, от сопел 204 в секцию 120 выпуска. Затем, во время пуска или остановки турбинного двигателя 100, контроллер 220 передает сигнал в каждый управляющий клапан 200 для переключения потока текучей среды с первого направления 218 на второе направление 219, с целью очистки, или восстановления, турбинного двигателя 100. А именно, каждый управляющий клапан 200 регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах таким образом, что текучая среда может быть направлена из сопел 204 в секцию 120 выпуска. Каждый из управляющих клапанов 200 регулируется также таким образом, что поток текучей среды в трубопроводах 210 перекрывается, при этом текучая среда больше не направляется в первом направлении 218, из компрессора 202 в сопла 204.
[0031] Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма для примера способа 300 восстановления турбинного двигателя, например турбинного двигателя 100 (проиллюстрированного на фиг.1) в электрогенераторной системе, например электрогенераторной системе 90 (проиллюстрированной на фиг.1). По меньшей мере один управляющий клапан 200 (проиллюстрированный на фиг.2), который связан по меньшей мере с одним соплом 204 (проиллюстрировано на фиг.2), сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении 218 (проиллюстрировано на фиг.2) или во втором направлении 219 (проиллюстрировано на фиг.2), при этом упомянутое направление 218 включает направление текучей среды из компрессора 202 (проиллюстрировано на фиг.2) в сопло 204, а второе направление 219 включает направление текучей среды из сопла 204 в секцию 120 выпуска (проиллюстрировано на фиг.1 и 2).
[0032] Потоком текучей среды в первом направлении 218 управляют (шаг 304) во время работы турбинного двигателя при помощи контроллера 200 (проиллюстрированного на фиг.2), который связан с управляющим клапаном 200. Например, пользователь может вводить в вычислительное устройство 250 (проиллюстрировано на фиг.2) команду для обеспечения протекания потока текучей среды в первом направлении 218 во время штатной работы турбинного двигателя 100 с целью обеспечения его охлаждения. Сигналы, представляющие эту команду, передают в контроллер 220 (проиллюстрировано на фиг.2) таким образом, что этот сигнал может быть передан в каждый управляющий клапан 200 (проиллюстрирован на фиг.2). Каждый управляющий клапан регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах 210 (проиллюстрированы на фиг.2) таким образом, что текучая среда может быть направлена из компрессора 202 в сопла 204.
[0033] Для обеспечения восстановления турбинного двигателя 100 во время его пуска и/или остановки поток текучей среды переключают (шаг 306) во время пуска и/или остановки турбинного двигателя с первого направления 218 на второе направление 219 при помощи контроллера 220. Например, пользователь может вводить в вычислительное устройство 250 команду на переключение, или обращение, потока текучей среды с первого направления 218 на второе направление 219 во время пуска и/или остановки турбинного двигателя 100.
[0034] По меньшей мере один управляющий параметр передают (шаг 308) при помощи по меньшей мере одного сигнала от контроллера 220 в управляющие клапаны 200. По завершении шага 308 передачи управляющего параметра в управляющие клапаны 200, каждый управляющий клапан 200 регулируется для обеспечения потока текучей среды в трубопроводах 216 таким образом, что текучая среда может быть направлена из сопел 204 в секцию 120 выпуска. Также каждый из управляющих клапанов 200 регулируется таким образом, что поток текучей среды в трубопроводах 210 перекрывается, при этом текучая среда больше не направляется в первом направлении 218 из компрессора 202 в сопла 204.
[0035] Обеспечивается направление (шаг 310) в секцию 120 выпуска множества твердых частиц, находящихся в множестве охлаждающих каналов (не показаны на чертеже) турбинного двигателя 100, и/или твердых частиц, находящихся в сопле 204. А именно поток текучей среды обеспечивает удаление и канализацию в секцию 120 выпуска твердых частиц, таких как частицы пыли, отложения и/или малые металлические фрагменты, которые могут застревать в охлаждающих каналах. Поток текучей среды обеспечивает также удаление и канализацию в секцию 120 выпуска твердых частиц, расположенных вблизи и/или внутри сопел 204. Соответственно способ 300 позволяет противодействовать засорению охлаждающих каналов, вызванному упомянутыми твердыми частицами.
[0036] По сравнению с существующими системами управления, которые применяются для чистки, или восстановления, турбинных двигателей, в описанных в настоящем документе вариантах осуществления изобретения предложена система управления потоком, которая изменяет направление потока текучей среды, например потока охлаждающего вещества, в турбинном двигателе на противоположное, так что обеспечивается возможность удаления твердых частиц из турбинного двигателя. Система управления потоком включает по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом турбинного двигателя, при этом упомянутый управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды в первом направлении или втором направлении. Первое направление соответствует ситуации, когда текучую среду направляют из компрессора в упомянутое сопло, а второе направление соответствует ситуации, когда упомянутую текучую среду направляют из упомянутого сопла в секцию выпуска турбинного двигателя. С упомянутым управляющим клапаном связан контроллер, который сконфигурирован для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя и для изменения упомянутого направления потока текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя. За счет изменения направления или обращения, с возможностью выбора, потока текучей среды, частицы и отложения, находящиеся внутри охлаждающих каналов и/или в соплах турбинного двигателя, могут быть удалены и канализированы в секцию выпуска турбинного двигателя. В силу этого засорение охлаждающих отверстий или каналов в турбинном двигателе может быть значительно снижено.
[0037] Технический результат использования систем и способов, описанных в настоящем документе, включает по меньшей мере одно из следующего: (a) управление потоком текучей среды в первом направлении во время работы турбинного двигателя; и (b) изменение направления потока текучей среды с первого направления на второе направление с целью обеспечения восстановления турбинного двигателя.
[0038] Выше подробно описаны примеры осуществления упомянутых систем и способов. Эти системы и способы не ограничены конкретными описанными в настоящем документе вариантами осуществления, напротив, компоненты систем и/или шаги способов могут применяться независимо и отдельно от остальных компонентов и/или шагов, описанных в настоящем документе. К примеру, упомянутые системы могут применяться также в комбинации с другими системами и способами, и не ограничены практическим применением только с системами, описанными в настоящем документе. Напротив, данный пример осуществления настоящего изобретения может быть реализован и использован в сочетании с множеством других применений.
[0039] Для удобства определенные отличительные признаки различных вариантов осуществления настоящего изобретения могли быть показаны на некоторых чертежах и не показаны на других. В соответствии с концепцией настоящего изобретения, любой отличительный признак, показанный на любом из чертежей, может использоваться в комбинации с любым другим отличительным признаком, показанным на любом другом чертеже.
[0040] В данном описании для раскрытия настоящего изобретения использованы примеры, включая вариант его осуществления, рассматриваемый как наилучший, чтобы любой специалист в данной области техники мог применить данное изобретение на практике, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых входящих в его состав способов. Рамки настоящего изобретения заданы пунктами формулы изобретения и могут включать дополнительные примеры, которые могут быть очевидны специалистам в настоящей области техники. Все такие дополнительные примеры также попадают в рамки приложенной формулы изобретения, если они включают структурные элементы, не отличающиеся от буквальной формулировки пунктов формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с незначительными отличиями от буквальных формулировок формулы изобретения.
1. Система управления потоком, включающая:
по меньшей мере один управляющий клапан, связанный по меньшей мере с одним соплом в турбинном двигателе, для регулирования потока текучей среды в первом направлении и во втором направлении, при этом в упомянутом первом направлении текучую среду направляют из компрессора в упомянутое по меньшей мере одно сопло, а в упомянутом втором направлении текучую среду направляют из упомянутого по меньшей мере одного сопла в секцию выпуска упомянутого турбинного двигателя; и
контроллер, связанный с упомянутым по меньшей мере одним управляющим клапаном, при этом упомянутый контроллер сконфигурирован:
для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя; и
для изменения направления потока упомянутой текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
2. Система управления потоком по п.1, в которой упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан включает первый управляющий клапан, второй управляющий клапан и третий управляющий клапан, при этом упомянутый первый управляющий клапан связан с первым соплом, упомянутый второй управляющий клапан связан со вторым соплом, а упомянутый третий управляющий клапан связан с третьим соплом.
3. Система управления потоком по п.1, в которой упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока упомянутой текучей среды внутри множества охлаждающих каналов, проходящих внутри упомянутого турбинного двигателя.
4. Система управления потоком по п.3, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды для обеспечения направления в упомянутую секцию выпуска твердых частиц, находящихся внутри упомянутого множества охлаждающих каналов.
5. Система управления потоком по п.1, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды для обеспечения направления в упомянутую секцию выпуска множества твердых частиц, находящихся внутри по меньшей мере одного сопла.
6. Система управления потоком по п.1, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды во время пуска упомянутого турбинного двигателя и/или остановки упомянутого турбинного двигателя.
7. Система управления потоком по п.1, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды путем передачи по меньшей мере одного управляющего параметра при помощи по меньшей мере одного сигнала в упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан.
8. Электрогенераторная система, включающая:
турбинный двигатель, включающий компрессор, по меньшей мере одно сопло, связанное с упомянутым компрессором, и секцию выпуска, связанную с упомянутым по меньшей мере одним соплом; и
систему управления потоком, связанную с упомянутым турбинным двигателем, при этом система управления потоком включает:
по меньшей мере один управляющий клапан, связанный с упомянутым по меньшей мере одним соплом, для регулирования потока текучей среды в первом направлении или во втором направлении, при этом в упомянутом первом направлении текучую среду направляют из компрессора в упомянутое по меньшей мере одно сопло, а в упомянутом втором направлении текучую среду направляют из упомянутого по меньшей мере одного сопла в упомянутую секцию выпуска; и
контроллер, связанный с упомянутым по меньшей мере одним управляющим клапаном, при этом упомянутый контроллер сконфигурирован:
для управления потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого турбинного двигателя; и
для изменения упомянутого направления потока текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
9. Электрогенераторная система по п.8, в которой упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан включает первый управляющий клапан, второй управляющий клапан и третий управляющий клапан, при этом упомянутый первый управляющий клапан связан с первым соплом, упомянутый второй управляющий клапан связан со вторым соплом, а упомянутый третий управляющий клапан связан с третьим соплом.
10. Электрогенераторная система по п.8, в которой упомянутый турбинный двигатель включает также множество охлаждающих каналов, проходящих между упомянутым по меньшей мере одним соплом и упомянутой секцией выпуска, при этом упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан сконфигурирован для регулирования потока текучей среды внутри упомянутого множества охлаждающих каналов.
11. Электрогенераторная система по п.10, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды для обеспечения направления в упомянутую секцию выпуска твердых частиц, находящихся внутри упомянутого множества охлаждающих каналов.
12. Электрогенераторная система по п.8, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды для обеспечения направления в упомянутую секцию выпуска множества твердых частиц, находящихся внутри по меньшей мере одного сопла.
13. Электрогенераторная система по п.8, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока текучей среды во время пуска упомянутого турбинного двигателя и/или остановки упомянутого турбинного двигателя.
14. Электрогенераторная система по п.8, в которой упомянутый контроллер сконфигурирован для изменения направления потока упомянутой текучей среды путем передачи по меньшей мере одного управляющего параметра при помощи по меньшей мере одного сигнала в упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан.
15. Способ восстановления турбинного двигателя в электрогенераторной системе, включающий:
конфигурирование по меньшей мере одного управляющего клапана, который связан по меньшей мере с одним соплом упомянутого турбинного двигателя, для регулирования потока текучей среды в первом направлении и во втором направлении, при этом в упомянутом первом направлении текучую среду направляют из компрессора в упомянутое по меньшей мере одно сопло, а в упомянутом втором направлении текучую среду направляют из упомянутого по меньшей мере одного сопла в секцию выпуска упомянутого турбинного двигателя;
управление потоком текучей среды в первом направлении во время работы упомянутого двигателя при помощи контроллера, который связан с упомянутым по меньшей мере одним управляющим клапаном; и
изменение направления потока упомянутой текучей среды с упомянутого первого направления на упомянутое второе направление при помощи упомянутого контроллера для обеспечения восстановления упомянутого турбинного двигателя.
16. Способ по п.15, в котором конфигурирование по меньшей мере одного управляющего клапана включает также конфигурирование упомянутого по меньшей мере одного управляющего клапана для регулирования потока упомянутой текучей среды внутри множества охлаждающих каналов, проходящих между упомянутым по меньшей мере одним соплом и упомянутой секцией выпуска.
17. Способ по п.16, в котором изменение направления потока текучей среды включает изменение направления потока текучей среды таким образом, что твердые частицы, находящиеся внутри упомянутого множества охлаждающих каналов, направляют в упомянутую секцию выпуска.
18. Способ по п.15, в котором изменение направления потока текучей среды включает изменение направления потока текучей среды таким образом, что твердые частицы, находящиеся внутри упомянутого по меньшей мере одного сопла, направляют в упомянутую секцию выпуска.
19. Способ по п.15, в котором изменение направления потока текучей среды включает изменение направления потока текучей среды во время пуска упомянутого турбинного двигателя и/или остановки упомянутого турбинного двигателя.
20. Способ по п.15, в котором изменение направления потока текучей среды включает также изменение направления потока текучей среды путем передачи по меньшей мере одного управляющего параметра при помощи по меньшей мере одного сигнала в упомянутый по меньшей мере один управляющий клапан.
