[發明專利]用校準的性能模型控制機械

有效

• 申請號: 201710290321.3
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107315403B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: A.辛赫;S.迪帕爾馬
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉林華

本公開的實施例包括用于控制機器的方法、系統和程序產品。根據本公開的方法可以包括：使用所述機器的性能模型計算對應于所述機器的操作期間的輸入狀況的集合和輸出狀況的集合中的一個的所述機器的級間狀況的集合，其中所述機器包括在其中具有流體路徑的渦輪機部件，所述流體路徑穿過多個渦輪機級和多個級間位置；基于所述機器的性能模型中的預測值與所述輸入狀況的集合和所述輸出狀況的集合中的一個之間的差異校準所述機器的性能模型；以及基于校準的性能模型和計算的所述機器的級間狀況的集合調節所述機器的操作參數。

技術領域

本公開一般涉及用于機械設備的控制系統和方法，并且更具體地，包括基于機器的各種狀況和輸出生成性能模型以主動地控制機器的操作。

背景技術

基于燃燒的動力源(例如燃氣渦輪機組件)可以通過燃燒與壓縮空氣混合的燃料源來生成機械能。這些燃燒反應產生用于驅動附連到基于燃燒的動力源(例如，通過可旋轉軸)的負載部件的機械動力。基于燃燒的動力源和類似的發電裝置的有效性可以取決于其實現方式、環境和/或其它因素，例如制造質量和操作狀態(例如，瞬態或穩態)。大量的用戶驅動和環境因素可以影響機器的性能，包括能量輸出的程度，機器及其部件的效率，以及部件和/或系統壽命的估計。

傳統的控制系統可以使用預先建模的和估計的質量來計算預定時段和若干位置上的有限數量的機器的物理性質。盡管建模技術隨著時間的推移和計算機系統的進步而改進，但是機器的模型與其實際性能之間的微小差異甚至會轉化為成本節省、產生的能量的量、未滿足或超過需求、制造和安裝成本等的顯著經濟損失。當能量需求隨季節、時間、地點等變化時，經濟效益的潛力可能更加顯著。

發明內容

本公開的第一方面提供了一種用于控制機器的方法，方法包括：使用機器的性能模型計算對應于機器的操作期間的輸入狀況的集合和輸出狀況的集合中的一個的機器的級間狀況的集合，其中機器包括在其中具有流體路徑的渦輪機部件，流體路徑穿過多個渦輪機級和多個級間位置，并且其中輸入狀況的集合、輸出狀況的集合和級間狀況的集合的每一個包括溫度、壓力和流率中的一個；基于機器的性能模型中的預測值與輸入狀況的集合和輸出狀況的集合中的一個之間的差異校準機器的性能模型；以及基于校準的性能模型和計算的機器的級間狀況的集合調節機器的操作參數。

根據本發明的一個實施例，機器的性能模型包括機器的渦輪機部件內的熱應力和熱膨脹的閾值。

根據本發明的一個實施例，校準性能模型包括調節熱應力和熱膨脹的閾值。

根據本發明的一個實施例，調節機器的操作參數包括響應熱應力和熱膨脹超過閾值而減小入口內的流率。

根據本發明的一個實施例，流體路徑的性能模型包括機器的渦輪機部件中的多個渦輪機級的每一個的啟動速率。

根據本發明的一個實施例，調節操作參數包括調節渦輪機部件的控制閥的位置。

根據本發明的一個實施例，該方法還包括用校準的性能模型重復計算、校準和調節。

根據本發明的一個實施例，性能模型對應于與正被控制的機器不同的機器。

本公開的第二方面提供了一種用于控制機器的系統，系統包括：與機器的監視系統通信的系統控制器，系統控制器可操作以：使用機器的性能模型計算對應于機器的操作期間的輸入狀況的集合和輸出狀況的集合的機器的級間狀況的集合，其中機器包括在其中具有流體路徑的渦輪機部件，流體路徑穿過多個渦輪機級和多個級間位置，其中輸入狀況的集合、輸出狀況的集合和級間狀況的集合的每一個包括溫度、壓力和流率中的一個，并且基于機器的性能模型中的預測值與輸入狀況的集合和輸出狀況的集合中的一個之間的差異校準機器的性能模型；以及可操作地聯接到系統控制器和渦輪機部件的入口的控制閥，控制閥可操作以基于校準的性能模型和計算的機器的級間狀況的集合調節機器的操作參數。

根據本發明的一個實施例，機器的性能模型包括機器的渦輪機部件內的熱應力和熱膨脹的閾值。