壓力傳感器系統及利用其的質量流量計算器和燃氣渦輪機系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明大致設及壓縮機，更加具體地，設及一種用于利用壓縮機的氣室和入口平 面處的傳感器計算壓縮機質量流量的壓力傳感器系統。還公開了一種質量流量計算器和采 用該質量流量計算器的燃氣滿輪機系統。
【背景技術】
[0002] 通向比如為燃氣滿輪機壓縮機的工業用設備的氣流入口包括作用為收集、初始壓 縮和例如朝向壓縮機的旋轉部分引導氣流的入口卿趴口。在許多設置中，在操作期間，例如 利用皮托管（Pitot化bes)的方法在入口卿趴口中測量總靜壓。總靜壓測量被用于確定空 氣的質量流量，空氣的質量流量用來更好地控制其他部件的操作，例如控制燃氣滿輪機的 燃燒器的點火溫度。在另一個例子中，質量流量可被用于確定壓縮機運行極限及其老化。
[0003] 一個挑戰在于壓縮機入口卿趴口中的總靜壓的皮托管測量W及相關質量流量計 算方法可能是不準確的。例如，傳統的質量流量方法尤其需要對測量總靜壓的入口環形區 域的準確認識。但是，傳統的入口卿趴口通常制造為在內表面中具有顯著偏差和大的公差 的鑄型部件，即入口卿趴口不平坦或粗糖，使得無法確定準確的環形區域。另外，皮托管還 必須存在于流動路徑中，運增加了系統的復雜性，并且因此增加了不準確度和成本。
【發明內容】
[0004] 本發明的第一方面提供一種用于包括入口卿趴口的壓縮機的壓力傳感器系統，該 系統包括：定位在入口卿趴口的上游的氣室的平面內的第一靜壓傳感器；W及定位在壓縮 機的進口平面處的第二靜壓傳感器。
[0005] 其中，所述第一靜壓傳感器包括關于所述氣室的平面基本不均勻地布置的多個傳 感器。
[0006] 其中，所述第一靜壓傳感器包括關于所述氣室的平面基本均勻地布置的多個傳感 器。
[0007] 其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，所述多個傳感器中的每一個關于所 述氣室的平面的位置基于計算流體動態仿真。
[0008] 其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，每個傳感器包括差動式傳感器。
[0009] 其中，所述計算器用于基于所述氣室的平面與所述壓縮機的所述進口平面之間的 壓差計算通過所述壓縮機入口的流的質量流量。
[0010] 其中，所述質量流量根據W下等式計算：
[0012] 其中Q是質量流量，K(RJ是作為雷諾數的函數的標定流動系數，P是空氣密度， AP是所述氣室的平面與所述壓縮機的所述進口平面的靜壓差。W及Apkwm是所述氣室的 平面的面積。
[0013] 其中，所述壓縮機還包括入口導流葉片，所述壓縮機的所述進口平面與所述入口 導流葉片的進口平面基本對準。
[0014] 本發明的第二方面提供一種用于包括入口卿趴口的壓縮機的質量流量計算器系 統，該系統包括：定位在所述入口卿趴口的上游的氣室的平面內的第一靜壓傳感器；定位 在壓縮機的進口平面處的第二靜壓傳感器；W及質量流量計算器，其用于基于氣室的平面 與壓縮機的進口平面之間的壓差計算質量流量。
[0015] 其中，所述第一靜壓傳感器包括關于所述氣室的平面基本均勻地布置的多個傳感 器。
[0016] 其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，所述多個傳感器中的每一個關于所 述氣室的平面的位置基于計算流體動態仿真。
[0017] 其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，每個傳感器包括差動式傳感器。
[0018] 其中，所述質量流量根據W下等式計算：
[0020] 其中Q是質量流量，K(RJ是作為雷諾數的函數的標定流動系數，P是空氣密度， AP是所述氣室的平面與所述入口導流葉片的所述進口平面的靜壓差，W及Api。。。。是所述氣 室的平面的面積。
[0021] 其中，所述壓縮機還包括入口導流葉片，所述壓縮機的所述進口平面與所述入口 導流葉片的進口平面基本對準。
[0022] 本發明的第=方面提供一種燃氣滿輪機系統，其包括：包括燃燒器的燃氣滿輪機； 向燃燒器提供壓縮氣流的壓縮機，該壓縮機包括入口導流葉片和入口卿趴口；用于壓縮機 的質量流量計算器，質量流量計算器包括：定位在入口卿趴口的上游的氣室的平面內的第 一靜壓傳感器，W及定位在壓縮機的進口平面處的第二靜壓傳感器；質量流量計算器，其用 于基于氣室的平面與壓縮機的進口平面之間的壓差計算質量流量；W及燃氣滿輪機控制 器，其基于量流量控制所述燃燒器的點火溫度。
[0023] 其中，所述第一靜壓傳感器包括關于所述氣室的平面基本不均勻地布置的多個傳 感器。
[0024] 其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，所述多個傳感器中的每一個關于所 述氣室的平面的位置基于計算流體動態仿真。
[00巧]其中，所述第一靜壓傳感器包括多個傳感器，每個傳感器包括差動式傳感器。
[00%] 其中，所述壓縮機還包括入口導流葉片，所述壓縮機的所述進口平面與所述入口 導流葉片的進口平面基本對準。
[0027] 其中，所述質量流量根據W下等式計算：
[0029] 其中Q是質量流量，K(RJ是作為雷諾數的函數的標定流動系數，P是空氣密度， AP是所述氣室的平面與所述入口導流葉片的所述進口平面的靜壓差，W及Api。。。。是所述氣 室的平面的面積。
[0030] 本發明的示例性方面設計成解決本文中說明的問題和/或沒有論述的其他問題。
【附圖說明】
[0031] 通過結合描繪本發明的各個實施例的附圖所作出的對本發明的各個方面的W下 詳細說明將更加容易地理解本發明的運些W及其他特征，在附圖中：
[0032] 圖1示出根據本發明的實施例的壓力傳感器系統、質量流量計算器和/或燃氣滿 輪機系統的局部橫截面示意性框圖。
[0033] 注意到，本發明的附圖未按比例繪制。附圖旨在僅描繪本發明的典型的方面，因此 不應被視為限制本發明的范圍。在附圖中，相同的附圖標記在附圖中代表相同的元件。
【具體實施方式】
[0034] 如上所述，本發明提供一種用于包括入口卿趴口的壓縮機的壓力傳感器系統。該 系統包括定位在向入口卿趴口供給氣流的氣室處的第一靜壓傳感器；W及定位在壓縮機的 進口平面處的第二靜壓傳感器。與傳統方法相比，質量流量計算器可W基于氣室的平面與 壓縮機的進口平面之間的壓差計算質量流量。燃氣滿輪機系統可W采用質量流量計算器作 為燃氣滿輪機控制器的一部分W控制燃燒器的點火溫度。盡管本發明的教導將被說明應用 于燃氣滿輪機設置，可W理解的是，壓力傳感器系統100和質量流量計算器132可W應用于 采用壓縮機的各種其他工業設置。
[0035] 圖1示出根據本發明的實施例的壓力傳感器系統100的局部橫截面示意圖。如將 通過例示說明的，壓力傳感器系統100相對于具有入口卿趴口 106的壓縮機102應用。壓縮 機102還可W包括入口導流葉片104。根據所理解的，壓縮機102包括多個活動葉片126， 活動葉片126作用為吸引并且軸向地壓縮氣流108,其可被用于其他工業目的，比如向燃燒 器122供給。入口卿趴口 106經由氣室110從周圍環境接收氣流108,并且用于處理氣流 108。氣室110可W包括位于入口卿趴口 106的緊上游的任何腔室，氣流108穿過上述腔室。 壓縮機102的入口平面144AU44B可被限定為入口導流葉片104的入口平面，在此設置有 一個入口平面。入口導流葉片（IGV) 104包括多個活動定子葉片（未單獨示出），多個活動 定子葉片作用為在主動地壓縮氣流的葉片126的入口之前控制壓縮機的容量。在另一個實 施例中，進口平面144AU44B可W限定為與葉片126的入口對準的平面（IGV104的右側邊 緣，如圖所示）。在所示的設定中，葉片126作用為在向燃燒器122供給之前更加充分地壓 縮氣流108,氣流108在燃燒器122中與燃料混合并且在進入燃氣滿輪機124內之前W已知 方式燃燒。運樣，壓縮機102可W是還尤其包括燃燒器122或滿輪機124的燃氣滿輪機系 統120的一部分。氣流108的質量流量是確定燃燒器122內的點火溫度的一個因素。
[0036] 燃氣滿輪機（GT)控制器130尤其用于控制壓縮機102,即IGV104和/或葉片126， W控制氣流108的質量流量，并且因此控制燃燒器122的點火溫度。根據所理解的，GT控 制器130還可W控制燃氣滿輪機系統120的其他幾個運行參數。如將在此所描述的，質量 流量計算器132作用為計算氣流108的質量流量，并且可W提供作為GT控制器130的一部 分或作為與GT控制器130通信的獨立結構。
[0037] 壓力傳感器系統100提供來自壓縮機102內的選定點的壓力讀數W用于質量流量 計算器132, W計算氣流108的質量流量Q。根據本發明的實施例，并且與傳統方法相比，壓 力傳感器系統100包括第一靜壓傳感器140和第二靜壓傳感器146,第一靜壓傳感器140 定位在入口卿趴口 106的上游的氣室110的平面142內，第二靜壓傳感器146定位在例如 位于通向IGV104(144A)的進口或通向葉片126(144B)的進口處的壓縮機102的進口平面 144AU44B上。氣室110的平面142可W限定為入口卿趴口 106的上游的氣室110內的任 何平面，例如，為入口卿趴口 106的軸線的緊上游或稍微上游并且垂直于上述軸線的平面， 使得該位置位于入口卿趴口中的進入空氣的急劇加速之前。由于氣室110和/或進口平面 144A、144B制造有光滑的內部和基本一致的表面，因此其環形面積易于確定。特別地，Api。。^ 氣室110的面積是易于確定的，并且可被用于計算質量流量Q。因此，避免了面對確定入口 卿趴口 106的鑄造的粗糖內表面的環形面積的挑戰。因此，如將說明的，利用不同的質量流 量計算方法學，可W計算更加準確的質量流量。壓縮機102的進口平面144AU44B可W是 壓縮機102的緊上游的任何平面，例如，在IGV104的大約10-30厘米內，在此之前IGV104 作用在氣流（平面144A)上；或在通向葉片126 (平面144B)的進口的大約10-30厘米內。 在前述情況下，進口平面144A可W與壓縮機入口法蘭（在IGV104的左側邊緣處）基本對 準。 陽03引在實施例中，每個傳感器140、146可W包括多個靜壓傳感器140、146 (例如2個、3 個等等，但為了清楚起見對于每個傳感器僅示出3-4個）。在一個實施例中，第一靜壓傳感 器140可W關于氣室110的平面142基本不均勻地布置，例如W獲得良好表現的平均靜壓。 如圖所示，=個傳感器140