Система и способ обнаружения утечки топлива и способ обнаружения утечки текучей среды
SYSTEM AND METHOD OF FUEL LEAK DETECTION AND METHOD OF FLUID MEDIUM LEAK DETECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты осуществления изобретения относятся в общем к газотурбинным двигателям и, в частности, к системам и способам обнаружения утечек топлива в газотурбинных двигателях.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Когда в газотурбинных двигателях во внутренних коллекторах или каналах имеется утечка, желательно, чтобы такая утечка была быстро обнаружена, и было предпринято действие до воспламенения топливовоздушной смеси. Наиболее опасны такие утечки в таких топливных цепях, как цепи четвертичного или позднего введения обедненного топлива, поскольку в эти топливные цепи топливо вводят выше по потоку от процесса сгорания; однако возможны и другие места утечки, где топливные форсунки стыкуются с другими частями оборудования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Некоторые или все указанные выше проблемы могут быть решены с помощью вариантов осуществления изобретения. Варианты осуществления изобретения могут включать системы и способы обнаружения утечек топлива в газотурбинных двигателях. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предлагается способ обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе. Способ может включать регулирование клапана управления для соответствия требуемому расходу топлива. Способ может также включать определение фактического расхода топлива на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор и одного или более параметров газотурбинного двигателя. Способ может также включать сравнение требуемого расхода топлива с фактическим расходом топлива. Кроме того, способ может также включать определение разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива.
[0004] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается система для обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе. Система может содержать клапан управления и контроллер. Контроллер может содержать по меньшей мере одно запоминающее устройство, которое хранит исполняемые компьютером команды, и по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью доступа к по меньшей мере одному запоминающему устройству. Упомянутый по меньшей мере один процессор может быть выполнен с возможностью выполнения исполняемых компьютером команд для регулирования клапана управления для соответствия требуемому расходу топлива; определения фактического расхода топлива на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор и одного или более параметров газотурбинного двигателя; сравнения требуемого расхода топлива с фактическим расходом топлива и определения разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива.
[0005] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается способ обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе. Способ может включать регулирование клапана управления для соответствия требуемому расходу топлива. Способ может также включать определение фактического расхода топлива на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор и одного или более параметров газотурбинного двигателя. Способ может также включать сравнение требуемого расхода топлива с фактическим расходом топлива. Кроме того, способ может включать определение разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива. На основе, по меньшей мере частично, упомянутой разности способ может включать инициирование по меньшей мере одного корректирующего действия для уменьшения опасности, связанной с утечкой топлива.
[0006] Другие варианты, аспекты и признаки изобретения станут понятными для специалистов из последующего подробного описания, прилагаемых чертежей и формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Далее будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые не обязательно выполнены в масштабе.
[0008] Фиг.1 представляет схему газотурбинного двигателя в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
[0009] Фиг.2 представляет структурную схему, подробно иллюстрирующую пример потока данных для обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
[0010] Фиг.3 представляет схему последовательности операций, подробно иллюстрирующую пример способа обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Варианты осуществления изобретения будут подробно описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления изобретения. Системы и способы могут быть выполнены в самых разных формах и не ограничены описанными вариантами осуществления изобретения. Эти варианты представлены для того, чтобы настоящее описание удовлетворяло требованиям законодательства. Одинаковые номера относятся к одинаковым элементам.
[0012] Варианты осуществления изобретения направлены, наряду с прочим, на системы и способы обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе. Некоторые варианты осуществления изобретения могут быть направлены на определение разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива.
Например, может регулироваться клапан управления для соответствия требуемому расходу топлива. Далее фактический расход топлива может быть определен на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор и одного или более параметров газотурбинного двигателя. Следует отметить, что посредством регулирования клапана управления регулируют фактический расход топлива и давление на входе в топливный коллектор. Требуемый расход топлива может сравниваться с фактическим расходом топлива, так что может быть определена разность между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива. Таким образом, разность между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива может указывать на утечку топлива. Например, обнаружение утечки топлива может быть основано, по меньшей мере частично, на заранее заданном отклонении между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, что указывает на утечку топлива.
[0013] В некоторых примерах на основе, по меньшей мере частично, разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива может быть предпринято по меньшей мере одно корректирующее действие для уменьшения утечки топлива. Упомянутое по меньшей мере одно корректирующее действие может включать изменение одного или более распределений в топливной цепи, изменение одного или более условий эксплуатации или отключение одной или более топливных цепей. Например, топливо может быть перенаправлено к различным цепям и/или полностью отключено.
[0014] В некоторых аспектах изобретения один или более параметров газотурбинного двигателя могут включать один или более известных параметров и/или один или более расчетных параметров. Например, один или более известных параметров могут включать известный состав топлива или известную эффективную площадь топливной цепи. Другие известные параметры могут включать температуру на входе, давление на входе, влажность на входе, состав входящего воздуха, давление топлива и т.д. Один или более расчетных параметров могут включать расчетное давление на выходе или расчетную температуру топлива. Другие расчетные параметры могут включать расчетную температуру топлива на выходе.
[0015] Некоторые варианты осуществления изобретения могут представлять собой техническое решение для обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе. При обнаружении утечки и принятии мер против нее возможность нанесения утечкой вреда резко сокращается и возрастает возможность уменьшения утечки с минимальными затратами. Без обнаружения утечки такие утечки топлива могут нарастать, что, в конечном счете, может создать ситуацию постоянного горения или обратного зажигания, когда топливовоздушная смесь воспламеняется, вызывая горение в зонах камеры сгорания, где горение нежелательно. Такие нежелательные условия могут привести к повреждению оборудования и частей тракта горячего газа. При раннем обнаружении утечек и принятии мер против них место утечки может быть оценено и может быть произведено изменение аппаратного обеспечения, прежде чем возникнет какое-либо повреждение. В результате сбои в работе и простои могут быть сокращены и удешевлены по сравнению с ситуацией, когда аппаратное обеспечение выходит из строя из-за нежелательного горения, вызванного утечкой.
[0016] В некоторых вариантах осуществления изобретения датчики давления могут быть расположены в топливном коллекторе топливной цепи и могут выдавать давление на входе. Исходя из давления на входе, а также давления на выходе, температуры топлива и эффективной площади топливной цепи может быть рассчитан фактический расход топлива. Таким образом, требуемый расход топлива может быть задан системой управления (например, контроллером), так что происходит регулирование клапана управления подачей топлива для достижения требуемого расхода топлива. Давление в топливном коллекторе изменяется при регулировании клапана управления подачей топлива для достижения требуемого расхода топлива. Как указывалось выше, фактический расход топлива может быть получен с помощью обратного расчета на основе знания значения давления в топливном коллекторе и других параметров газотурбинного двигателя. Требуемый расход топлива и расчетный (то есть фактический) расход топлива могут затем сравниваться для определения относительной разности. Разность между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива может быть использована для определения, произошла ли утечка топлива в топливных цепях. Если обнаруживается утечка, давление в топливном коллекторе будет отклоняться от ожидаемого, в результате чего расчетный расход топлива будет отличаться от прогнозируемого. Таким образом, относительное отклонение между значением, указанным в команде, (то есть требуемым расходом топлива) и расчетным значением (то есть фактическим расходом топлива) увеличится.
[0017] Как уже отмечалось, один или более параметров, необходимых для расчета фактического расхода, не являются параметрами, которые измеряются непосредственно; вместо этого эти параметры могут быть рассчитаны (то есть получены обратным расчетом) исходя из многих других параметров газотурбинного двигателя, которые измеряются. В некоторых примерах изобретения необходимо, чтобы была известна температура топлива, так что нужно учитывать любой рост тепла или любую потерю тепла, а также то, насколько эта температура топлива изменяется при изменении условий.
[0018] Фиг.1 представляет схематический вид газотурбинного двигателя 10 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как известно, газотурбинный двигатель 10 может содержать компрессор 15. Компрессор 15 сжимает входящий поток воздуха 20 и выдает сжатый поток воздуха 20 в камеру сгорания 25. Камера 25 сгорания может включать один или более топливных коллекторов и одну или более топливных цепей. Камера 25 сгорания смешивает сжатый поток воздуха 20 с подаваемым под давлением потоком топлива 30 и воспламеняет смесь для создания потока газообразных продуктов 35 сгорания. Хотя показана только одна камера 25 сгорания, газотурбинный двигатель 10 может содержать любое число камер 25 сгорания. Поток газообразных продуктов 35 сгорания, в свою очередь, доставляется к турбине 40. Поток газообразных продуктов 35 сгорания приводит в движение турбину 40 так, чтобы производить механическую работу. Механическая работа, произведенная в турбине 40, приводит в движение компрессор 15 посредством вала 45 и внешнюю нагрузку 50, такую как электрический генератор и т.п.
[0019] Газотурбинный двигатель 10 может использовать природный газ, различные виды синтетического газа и/или другие виды топлива. Газотурбинный двигатель 10 может иметь различные конфигурации и может использовать другие типы компонентов. Более того, в настоящем изобретении могут использоваться другие типы газотурбинных двигателей. Многочисленные газотурбинные двигатели, другие типы турбин и другие типы энергетического оборудования могут вместе использоваться в настоящем изобретении.
[0020] Как видно из фиг.1, компрессор 15, камера 25 сгорания, турбина 40 и внешняя нагрузка могут быть связаны с контроллером 55. Таким образом, контроллер 55 может быть выполнен с возможностью управления, регулирования и/или контроля любого числа компонентов газотурбинного двигателя 10. Контроллер 55 может быть также связан с любым количеством датчиков или устройств контроля, связанных с газотурбинным двигателем 10 в целом или его отдельными компонентами. Контроллер 55 может быть выполнен в виде любого подходящего вычислительного устройства, способного реализовать раскрытые признаки изобретения и соответствующие способы, например, не ограничиваясь этим, способы, описанные со ссылкой на фиг.1-3. В качестве примера, не ограничивающего изобретение, подходящие контроллеры 55 могут включать персональные компьютеры (PC), серверы, фермы серверов, центры данных или любое другое устройство, способное хранить и исполнять все описанные признаки или их часть.
[0021] В одном примере конфигурации, показанном на фиг.2, контроллер 55 содержит по меньшей мере одно запоминающее устройство 102 и одно или более обрабатывающих устройств (или процессор (процессоры)) 104. Процессор или процессоры 104 могут быть реализованы при необходимости в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, встроенном программном обеспечении или их комбинации. Реализации процессора (процессоров) 104 в программном или встроенном программном обеспечении могут включать исполняемые компьютером или машиной команды, записанные на любом подходящем языке программирования, для выполнения различных описанных функций. Более того, процессор или процессоры 104 могут быть связаны с сетью, сервером, компьютером или мобильным устройством.
[0022] Запоминающее устройство 102 может хранить программные команды, загружаемые и исполняемые процессором (процессорами) 104, а также данные, формируемые в процессе исполнения этих программ. В зависимости от конфигурации и типа контроллера 55 запоминающее устройство 102 может быть энергозависимым (таким как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (random access memory, RAM)) и/или энергонезависимым (таким как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (read-only memory, ROM), флэш-память и т.д.). Вычислитетельное устройство или сервер могут также включать дополнительное съемное запоминающее устройство 106 и/или несъемное запоминающее устройство 108, включая, не ограничиваясь этим, магнитный накопитель, оптические диски и/или накопитель на ленте. Накопители на дисках и связанные с ними машиночитаемые носители могут обеспечить энергонезависимое хранение машиночитаемых команд, структур данных, программных модулей и других данных для вычислительных устройств. В некоторых вариантах осуществления изобретения запоминающее устройство 102 может включать множество различных типов памяти, таких как статическое оперативное запоминающее устройство (static random access memory, SRAM), динамическое оперативное запоминающее устройство (dynamic random access memory, DRAM) или ПЗУ.
[0023] Запоминающее устройство 102, съемное запоминающее устройство 106 и несъемное запоминающее устройство 108 являются примерами машиночитаемых носителей информации. Например, машиночитаемый носитель может включать энергозависимый и энергонезависимый, съемный и несъемный носители, выполненные любым способом или по любой технологии хранения информации, такой как машиночитаемые команды, структуры данных, программные модули или другие данные. Запоминающее устройство 102, съемное запоминающее устройство 106 и несъемное запоминающее устройство 108 являются примерами компьютерных носителей данных. Дополнительные типы компьютерных носителей данных, которые могут присутствовать, включают, не ограничиваясь этим, программируемое оперативное запоминающее устройство (programmable random access memory, PRAM), статическое ОЗУ (SRAM), динамическое ОЗУ (DRAM), ОЗУ (RAM), ПЗУ (ROM), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) (electrically erasable programmable read-only memory, EEPROM), флэш-память или другую технологию памяти, постоянную память на компакт-диске (compact disc read-only memory, CD-ROM), цифровые универсальные диски (digital versatile discs, DVD) или другое оптическое запоминающее устройство, магнитные кассеты, магнитную ленту, накопитель на магнитных дисках или другие магнитные запоминающие устройства или любой другой носитель, который может быть использован для хранения необходимой информации, и к которому может осуществляться доступ посредством сервера или другого вычислительного устройства. Комбинации любых из вышеуказанных средств также охватываются термином "машиночитаемый носитель".
[0024] Альтернативно, машиночитаемая среда связи может включать машиночитаемые команды, программные модули или другие данные, передаваемые в сигнале данных, таком как несущая волна, или передаваемые иначе.
[0025] Контроллер 55 может также содержать соединение (соединения) 110 связи, которое позволяет контроллеру 55 связываться с хранимой базой данных, другим вычислительным устройством или сервером, пользовательскими терминалами и/или другими устройствами в сети. Контроллер 55 может также содержать устройство или устройства 112 ввода, такие как клавиатура, мышь, перо, устройство речевого ввода, устройство сенсорного ввода и т.д., и устройство или устройства 114 вывода, такие как дисплей, динамики, принтер и т.д.
[0026] Если говорить более подробно о содержании запоминающего устройства 102, то запоминающее устройство 102 может содержать операционную систему и одну или более программ приложений или сервисов для реализации признаков, описанных в настоящем документе, включая модуль 116 утечки. Модуль 116 утечки может быть выполнен с возможностью определения разности между требуемым расходом 120 топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива. Например, контроллер 55 может определять требуемый расход 120 топлива. Клапан 118 управления может регулироваться для соответствия требуемому расходу 120 топлива. Посредством регулирования клапана 118 управления регулируют фактический расход топлива, что приводит к изменению давления 122 в топливном коллекторе.
[0027] После того как определен требуемый расход 120 топлива и соответствующим образом отрегулированы топливный клапан 118, расход 120 топлива и давление 122 в топливном коллекторе, в блоке 124 может быть определен фактический расход 130 топлива. Фактический расход 130 топлива может быть определен в блоке 124 на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор 122 и одного или более параметров 126 газотурбинного двигателя. В некоторых аспектах изобретения один или более параметров 126 газотурбинного двигателя могут включать один или более известных параметров и/или один или более расчетных параметров. Например, один или более известных параметров могут включать известный состав топлива и/или известную эффективную площадь топливной цепи. Используя давление на входе в топливный коллектор 122 и другие известные параметры, могут быть определены один или более расчетных параметров. Один или более расчетных параметров могут включать расчетное давление на выходе и/или расчетную температуру топлива. Может быть использовано любое число алгоритмов для определения расчетного давления на выходе и/или расчетной температуры топлива.
[0028] Далее требуемый расход 120 топлива может сравниваться с фактическим расходом 130 топлива, так что может быть определена 128 разность между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива. Разность между требуемым расходом 120 топлива и фактическим расходом 130 топлива может указывать на утечку топлива в топливной цепи.
Например, обнаружение утечки топлива может быть основано, по меньшей мере частично, на заранее заданном отклонении фактического расхода 130 топлива от требуемого расхода 120 топлива, что указывает на утечку топлива в топливной цепи.
[0029] Различные команды, способы и технологии, описанные в настоящем документе, могут рассматриваться в общем контексте исполняемых компьютером команд, таких как программные модули, исполняемые одним или более компьютерами или другими устройствами. В общем случае программные модули включают подпрограммы, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д. для выполнения конкретных задач или реализации конкретных абстрактных типов данных. Эти программные модули и аналогичные структуры могут быть выполнены в виде собственного кода данной машины или могут быть загружены и выполнены, например, в виртуальной машине или другой среде исполнения с компиляцией согласно концепции "точно в нужный момент времени". Как правило, функциональные возможности программных модулей могут быть скомбинированы или распределены по желанию в различных вариантах реализации. Реализация этих модулей и способов может сохраняться на машиночитаемом носителе.
[0030] Система, показанная на фиг.2, приводится только в качестве примера. Возможны многочисленные другие операционные среды, системные архитектуры и конфигурации устройств. Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены конкретной операционной средой, системной архитектурой или конфигурацией устройства.
[0031] На фиг.3 представлен пример схемы последовательности операций способа 300 для реализации других аспектов изобретения для обнаружения утечки топлива в газотурбинном двигателе, как обсуждалось выше. В одном примере изобретения пример контроллера 55, показанного на фиг.1 и 2, и/или один или более модулей примера контроллера 55, по отдельности или в комбинации, могут выполнять описанные операции способа 300.
[0032] В этой конкретной реализации способ 300 может начинаться в блоке 302 на фиг.3, в котором способ 300 может включать регулирование клапана управления для соответствия требуемому расходу топлива. Посредством регулирования клапана управления для соответствия требуемому расходу топлива регулируют фактический расход топлива и давление в топливном коллекторе. Далее, в блоке 304 способ 300 может включать определение фактического расхода топлива на основе, по меньшей мере частично, давления на входе в топливный коллектор и одного или более параметров газотурбинного двигателя. В некоторых аспектах изобретения один или более параметров газотурбинного двигателя могут включать один или более известных параметров и/или один или более расчетных параметров. Например, один или более известных параметров могут включать известный состав топлива и/или известную эффективную площадь топливной цепи. С использованием давления на входе в топливный коллектор и других известных параметров могут быть определены один или более расчетных параметров. Один или более расчетных параметров могут включать расчетное давление на выходе и/или расчетную температуру топлива. В блоке 306 способ 300 может включать сравнение требуемого расхода топлива с фактическим расходом топлива. В блоке 308 способ 300 может включать определение разности между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива, которая указывает на утечку топлива. Например, в некоторых случаях разность между требуемым расходом топлива и фактическим расходом топлива может находиться за пределами заранее заданного отклонения, что указывает на утечку в топливной цепи. Далее, в блоке 310, способ 300 может включать принятие корректирующих действий для снижения опасности, связанной с утечкой топлива. Например, по меньшей мере одно корректирующее действие может включать изменение одного или более распределений в топливной цепи, изменение одного или более условий эксплуатации или отключение одной или более топливных цепей.
[0033] Выше были описаны примеры систем и способов обнаружения утечек топлива в газотурбинных двигателях. Некоторые или все эти системы и способы могут, но не обязательно, быть реализованы, по меньшей мере частично, с помощью архитектур, например, показанных на фиг.1 и 2. Более того, хотя варианты осуществления изобретения были описаны в отношении обнаружения утечек топлива, следует понимать, что любая утечка текучей среды может быть обнаружена посредством систем и способов, описанных выше, включая утечку воздуха, пара, воды, топливовоздушной смеси и т.п.
[0034] Хотя варианты осуществления изобретения были описаны на языке, специфическом для структурных признаков и/или действий способа, следует понимать, что изобретение не ограничено описанными конкретными признаками или действиями. Конкретные признаки и действия приведены в качестве примеров реализации вариантов осуществления изобретения.