用于涡轮发动机的主动燃烧控制的制作方法

专利名称：用于涡轮发动机的主动燃烧控制的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧控制的系统和方法，更具体地涉及用于涡轮发动机的主动燃烧控制的系统和方法。
背景技术：
燃气涡轮发动机用于在包括地基发电设施的各种应用中产生动力。涡轮发动机通过从燃料和空气在涡轮的燃烧腔室(“燃烧室”)中燃烧所产生的热气流中提取能量来产生动力。这些热气在被释放到大气之前被引导通过可旋转的叶片以产生机械动力。涡轮发动机可设计成在燃烧室中燃烧宽范围的碳氢化合物燃料、例如天然气、煤油、柴油等。碳氢化合物燃料的燃烧导致产生燃烧副产品，其中一部分燃烧副产品被认为是被管制的排放物。 这些被管制的排放物包括各种形式的氮氧化物，统称为N0X。为了减少向大气的NOx排放， 政府法规限制涡轮(发动机)的允许NOx排放。已知来自涡轮发动机的NOx排放随着燃烧温度的升高而显著增加。一种限制涡轮排放中的NOxW方法是在燃烧室中使用稀的(低燃空比)的燃料空气混合物。稀的燃料空气混合物使燃烧温度降低到减少NOx生成的程度。虽然稀的燃料空气混合物减少了 NOx排放，但将混合物中的燃料含量减小到阈值以下可导致燃烧室中的火焰不稳定。燃烧火焰的不稳定可导致燃烧室中动态压力波的发展/形成。这些动态压力波可处于从数赫兹至数千赫兹的频率范围，并且由于燃烧过程而出现。这些压力脉冲会导致涡轮构件的机械损伤和使燃烧室中的火焰熄灭(“稀燃熄火”)。增加燃料空气混合物中的燃料浓度可稳定燃烧过程并减少(或消除)有害的压力脉冲。增加的燃料浓度可提高形成的火焰的温度和热释放率，从而稳定燃烧过程。然而，该方法会使控制NOx产生的问题加剧。因此，在减少排放与稳定燃烧的考虑之间必须存在平衡。授予Ryan等人的美国专利No. 6，877，307 ( ‘307专利)描述了一种通过向燃烧室增加燃料来控制涡轮发动机的燃烧过程以实现稳定燃烧的方法。‘307专利的方法使用传感器来检测燃烧室内的压力脉冲。当传感器检测到压力脉冲高于一阈值时，少量增加经调节器(Pilot)流向燃烧室的燃料。增加流经调节器的燃料便增加了 NOx排放。继续对燃烧室压力进行监测，并且使调节器燃料流逐渐增加至使压力脉冲低于阈值的水平。因此，‘307 的方法通过将调节器燃料逐渐增加至刚好足以稳定燃烧过程的值(通过消除燃烧室中高于阈值的压力脉冲)来稳定燃烧过程。虽然‘307专利的燃烧控制系统可以在将NOx排放刚好增加至实现稳定燃烧需要的量的同时最终稳定燃烧过程，但该系统可能存在缺陷。例如，如‘307专利中所公开的，为实现稳定燃烧逐渐增加调节器燃料可延长涡轮发动机在不稳定状态下运行的时间，因此增加损坏涡轮的潜在可能性。

发明内容
一方面，(本发明)公开了一种用于涡轮发动机的燃烧控制系统。该燃烧控制系统包括燃料喷射器，所述燃料喷射器具有与涡轮发动机的燃烧室相联接的主燃料供给和调节器燃料供给。燃烧控制系统还包括与传送管相联接的传感器。传送管与燃烧室流体联接， 传感器配置成检测燃烧室中的压力脉冲。一半无限盘管(semi-infinite coil)也与传送管相联接。燃烧控制系统还包括与传感器电连接的控制器。该控制器配置成将在一频率范围内的压力脉冲的幅值与一阈幅值相对比，并响应于所述对比来调节调节器燃料供给。另一方面，(本发明)公开了一种运行燃气涡轮发动机的方法。该方法包括经主流路将第一量的燃料引入燃烧室，和经调节器流路将第二量的燃料引入燃烧室。该方法还包括在燃烧室中燃烧主燃料和调节器燃料，由于燃烧在燃烧室中引起压力脉冲。该方法还包括使用与燃烧室流体联接的传感器检测在一频率范围内的压力脉冲的幅值，以及响应于检测到的幅值高于一阈值而将调节器燃料量增加至第三量。该第三量是足以使幅值减小至低于阈值的调节器燃料量。该方法还包括将调节器燃料量从第三量减小至第四量。该第四量是比所述第一量大一增量的调节器燃料量。另一方面，(本发明)公开了一种燃气涡轮发动机的燃烧控制方法。该方法包括将第一量的第一燃料引入涡轮发动机的燃烧室，以沿周向围绕该第一燃料的方式将第二量的第二燃料引入燃烧室。第一量和第二量的总和为燃烧室的总燃料供给。该方法还包括在燃烧室中产生由燃烧引起的压力脉冲，检测在一频率范围内的压力脉冲的幅值。该方法还包括响应于高于阈值的幅值将第一燃料量增加至第三量。所述第三量大于总燃料供给的约 10%。该方法还包括将第一燃料量从第三量减小至第四量。第四量比第一量增加约0. 05% 至约1 %。


图1是示例性公开的涡轮发动机系统的图示；图2是与图1的涡轮发动机的燃烧室相联接的燃料喷射器的示意图；图3是图1的涡轮发动机的示例性公开的燃烧控制系统的图示；以及图4是示出图1的涡轮发动机的燃烧控制方法的示例性公开的实施例的流程图。
具体实施例方式图1示出一示例性的燃气涡轮发动机100。涡轮发动机100可另外还具有压缩机系统10、燃烧室系统20、涡轮系统70和排气系统90。一般而言，压缩机系统10将进气压缩至高压，燃烧室系统20将压缩空气与燃料混合并燃烧混合物以产生高压、高速气体，而涡轮系统70从流出燃烧室系统20的高压、高速气体中提取能量。应当强调的是，在本说明书中将仅说明涡轮发动机100的对于描述燃烧控制方法有用的方面。压缩机系统10可包括任何能够压缩空气的装置。这种被压缩的空气可被引导至燃烧室系统20的入口。燃烧室系统20可包括多个燃料喷射器30，所述燃料喷射器配置成将压缩空气与燃料混合并且将混合物传送至燃烧室系统20的一个或多个燃烧室50。被传送至燃烧室50的燃料可包括任何液态或气态的燃料，例如柴油或天然气。被传送至燃烧室 50的燃料可经历燃烧以形成燃烧副产品的高压混合物。来自燃烧室50的高温高压混合物可被引导至涡轮系统70。在涡轮系统70中可以从这些热的加压气体中提取能量。例如，热的燃烧气体可使与涡轮轴连接的叶片转动，从而产生动力。然后，燃烧气体可离开涡轮系统 70,并可选择地在经排气系统90被排放至大气之前流经排气后处理系统(未示出)。
图2示出一与燃烧室50相联接的燃料喷射器30。燃料喷射器30可将燃料和空气传送至燃烧室50以用于燃烧。燃料在燃烧室50中的燃烧可产生副产品，例如NOx、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和未燃的碳氢化合物。政府法规另外还可限制经排气系统90排放的NOx量。燃烧室50中的NOx生成可由氧气和氮气在高温下的反应引起。可通过在燃烧期间降低火焰温度来减少NOx的生成。可通过降低被传送至燃烧室50的(在燃料空气混合物中的)燃料浓度来降低火焰温度。但是，当燃料浓度过低时，燃烧过程可变得不稳定。燃烧过程中的不稳定可引起燃烧率的振荡，所述振荡可在燃烧室50中产生压力脉冲。燃烧过程中的不稳定还可引起燃烧室50中的火焰熄灭(称为“稀燃熄火”)。可通过升高燃烧室50 中的火焰温度来使燃烧室50中的燃烧过程稳定。因此，为使NOx排放低会期望(降低火焰温度的)稀的燃料空气混合物，而为稳定燃烧则会期望较高的燃料浓度。燃料喷射器的一些实施例包括将不同浓度的燃料和空气传送至燃烧室50的多个流路。所述多个流路可包括主流路35和调节器流路45。主流路35可将预混合的稀的燃料空气混合物(下文称为“主燃料”流)传送至燃烧室50。主燃料流中的燃料浓度可低到足以实现目标NOx排放而不会导致不稳定的燃烧。主燃料可在燃烧室50中燃烧以形成预混合的火焰38。预混合的火焰38是当燃料和空气首先在燃料喷射器30中混合、随后在燃烧室 50中燃烧时形成的火焰。调节器流路45可将加压的燃料喷射连同压缩空气一起(下文称为“调节器燃料”流)传送至燃烧室50。调节器燃料流可在燃烧室50中燃烧以形成扩散火焰48。扩散火焰48是当燃料和空气同时进行混合和燃烧时形成的火焰。扩散火焰48可具有比预混合火焰38更高的温度，并且可用作局部热火焰以稳定燃烧过程并防止稀燃熄火。在一些实施例中，在正常运行期间，传送至燃烧室50的燃料的主要部分可通过主流路35传送，其中一小部分可通过调节器流路45传送。在一些实施例中，在正常运行期间， 对燃烧室的总燃料供给的约90 99%可作为主燃料传送，而10 的燃料可作为调节器燃料传送。高比例的主燃料供给可使涡轮发动机在正常运行期间能够以低NOx排放模式运行。在涡轮发动机100的一些运行条件(负载、温度等)下，燃烧过程可能变得不稳定并导致燃烧室50中的压力脉冲。这些压力脉冲一旦出现便会持续，直到影响燃烧过程的参量改变以使涡轮发动机100的运行移出不稳定区为止。在涡轮发动机100的一些实施例中， 可通过增加传送至燃烧室50的调节器燃料量来转变不稳定运行条件。如前文所述，调节器燃料形成处于使燃烧过程稳定的温度下的扩散火焰48。燃料喷射器30 —般可具有拥有内管和外管的管状构型，所述内管和外管围绕纵轴线60同心地设置。燃料喷射器30的外管可包括预混合筒32，内管可包括调节器40。预混合筒可在一端部与燃烧室50相联接，而在相对置的端部与喷射器壳体30a相联接。在预混合筒32与调节器40之间的环形空间可包括将主燃料流传送至燃烧室50的主流路35。 壳体30a可包括将燃料传送至燃烧喷射器30的燃料通路和燃料通道(未示出)。可通过空气旋流器34将来自压缩机系统10的压缩空气引入燃料喷射器30。空气旋流器34可包括安装至燃料喷射器30的多个弯曲或平直的叶片以使进入的压缩空气旋流。与壳体30a相联接的燃料喷嘴36可将燃料喷入旋流的空气流中。使压缩空气旋流可有助于形成包括主燃料供给的、混合良好的燃料空气混合物。在配置成传送气态燃料、或既传送气态燃料又传送液态燃料的燃料喷射器的实施例中，燃料喷射器30还可包括气体口(未示出)以将气态燃料传送至燃烧室50。
调节器40可设置在预混合筒32的径向内侧。在一些实施例中，调节器40和预混合筒32均可沿纵轴线60排列。调节器40可包括配置成传送调节器40中的燃料和压缩空气的构件。所述燃料可包括液态和/或气态燃料。调节器40还可包括调节器流路45。调节器流路45可包括配置成将燃料和压缩空气喷射到燃烧室50中的构件(例如，管道和喷嘴)。在配置成传送气态燃料、或既传送气态燃料又传送液态燃料的燃料喷射器30的实施例中，调节器流路45可包括配置成将加压的液态燃料流和气态燃料流喷入燃烧室50中的构件。经调节器流路45传送至燃烧室50的加压的燃料和空气流可包括调节器燃料流。在前述说明中，主要参考主流路35和调节器流路45对燃料喷射器30进行描述， 所述主流路35和调节器流路45分别将主燃料流和调节器燃料流传送至燃烧室50。在此描述的燃料喷射器30的构型中，主流路35可沿周向围绕调节器流路45。在这种构型中，主燃料可以以沿周向围绕调节器燃料的方式被引导至燃烧室50，预混合火焰38可围绕扩散火焰48形成。应当强调的是，虽然利用燃料喷射器30的特定构型来说明所公开的燃烧控制方法，但本发明的燃烧控制方法可应用于任何将调节器燃料供给和主燃料供给引入燃烧室 50的涡轮发动机。如前文所述，当燃烧室50中的燃烧变得不稳定时，在燃烧室50中会产生压力(或声)脉冲。这些压力脉冲的频率可处于数赫兹至数千赫兹的范围内。频率较低的压力脉冲有时被称为“隆隆声(rumble)”，而频率较高的压力脉冲有时被称为“振荡(oscillation)” 或“尖叫声(screech)”。当压力脉冲的频率与燃烧室50的固有频率匹配时，可在燃烧室50 中引起破坏性的结构振动。这些结构振动可损坏燃烧室50和/或涡轮发动机100的其它构件。燃烧控制系统可监测燃烧室50中的压力脉冲并且调节进入燃烧室的燃料流以防止在接近燃烧室50的固有频率的频率下的压力脉冲。图3示出监测燃烧室50内的压力脉冲并当检测到压力脉冲时采取校正操作的燃烧控制系统。该燃烧控制系统可包括与燃烧室50流体联接的传感器74以检测燃烧室50 内的压力脉冲52。传感器74可设置在可准确地检测压力脉冲52而又不会暴露于严苛的环境条件的位置。燃烧室50可包括与燃烧室50流体联接的火焰点火器62。火焰点火器 (Torch igniter)62可配置成点燃在燃烧室50中的燃料空气混合物。火焰点火器62可包括与火焰接口(Torch access port)63相联接的点火器64。火焰接口 63可包括与其联接的侧口 66。传送管68可在一个端部与侧口 66相联接。传送管68的对置端部可与一 T形段72的一个端部相联接。传感器74可与T形段72的第二端部相联接以测量压力脉冲52。 T形段72的第三端部可与半无限盘管76的第一端部相联接。半无限盘管76可包括盘绕成大致圆柱形的管件。排泄阀78可与半无限盘管76的第二端部相联接，所述第二端部与第一端部相对置。当涡轮发动机100运行时排泄阀78可以保持在关闭位置，也可以在涡轮发动机100运行期间打开该排泄阀以排放聚集在半无限盘管76中的残余物。半无限盘管76可用于在传送管68中耗散反射的压力脉冲。在半无限盘管76中的耗散可防止反射的压力脉冲影响传感器74的测量。半无限盘管76因此可用于提高传感器 74对压力脉冲52的(测量的)精确度和灵敏度。在一些实施例中，半无限盘管可由金属材料制成，例如不锈钢或铜。一般而言，半无限盘管的尺寸和形状可取决于涡轮发动机100的燃烧和声学特性。在一些实施例中，半无限盘管76可包括总长介于约20英尺至60英尺之间并且外径介于约0. 125英寸至0. 375英寸之间的管件，该管件被盘绕成直径介于约7英寸至12英寸之间的基本呈圆柱形的形状。然而，应当强调的是，所公开的燃烧控制方法并不受半无限盘管76的尺寸和形状的限制。例如，在一些实施例中，半无限盘管76可具有基本上为直管的形状。一般而言，任何能够突出压力脉冲52的幅值的结构都可用作半无限盘管76。传感器74可以是配置成测量燃烧室50内的压力脉冲52的压电传感器。设想传感器74可包括能够测量压力脉冲52的、本领域公知的任何类型的传感器。传感器74可输出对应于压力脉冲52的信号73。信号73可被输入到信号调节器80中。信号调节器80可执行一个或多个信号调节操作，例如将信号73从时域转换到频域。信号调节器80还可包括配置成允许预定频率范围内的信号通过的带通滤波器。这些预定频率范围可包括一个或多个包含燃烧室50固有频率的频率范围。来自信号调节器80的输出信号83可包括对应于压力脉冲52在预定频率范围内的幅值的电信号。输出信号83可被输入控制器82中。控制器82可配置成将输出信号83与一个或多个阈值进行对比，并响应于该对比(结果)执行一个或多个操作。这些阈值可被储存在控制器82的存储器中，或者也可以通过硬件设置(例如，开关或标度件的设置)而被选出。 例如，如果输出信号83的幅值高于一阈幅值，则控制器82可使警报装置84发声。控制器 82还可以响应于对比(结果)主动控制涡轮发动机100。主动控制可包括改变对燃烧室50 的燃料供给。例如，如果对比表明输出信号的幅值高于一阈幅值，则控制器82可增加经调节器40传送至燃烧室50的燃料量。如前文所述，增加调节器燃料供给会通过升高燃烧火焰的温度而趋向于消除压力脉冲52 (或降低其幅值)。在一些实施例中，控制器82还可减少经主流路35传送至燃烧室的燃料量(即主燃料供给)。在一些实施例中，调节器燃料的增加和主燃料的减少可使供给至燃烧室的总燃料保持恒定。工业实用性所公开的实施例涉及用于涡轮发动机的主动燃烧控制的系统和方法。燃料喷射器将多股燃料和压缩空气流传送至涡轮发动机的燃烧室。这些多股(燃料和压缩空气)流包括经主流路传送的稀的预混合燃料空气混合物以及经调节器流路传送的加压的燃料和空气流。所述稀的预混合燃料空气混合物在燃烧室中低温燃烧，从而产生低NOx排放，而燃料和空气流在相对较高的温度燃烧从而产生较高的NOx排放。在正常运行期间，送入燃烧室的大部分燃料可经主流路传送并且涡轮可在低NOx排放模式下运行。在一些运行条件下，涡轮发动机中的燃烧可能不稳定。不稳定的燃烧可在燃烧室中产生压力脉冲。与燃烧室流体联接的传感器可输出一指示燃烧室中的压力脉冲的信号。与所述传感器电连接的控制器可主动控制经主流路和调节器流路传送至燃烧室的燃料量以防止燃烧室中的压力脉冲并使NOx 排放最小化。为了说明所公开的燃烧控制方法的应用，下面描述一示例性实施例。图4示出一图示涡轮发动机100的主动燃烧控制的方法500的实施例的流程图。 涡轮发动机100可包括燃料喷射器30，所述燃料喷射器具有与涡轮发动机的燃烧室50相联接的主流路35和调节器流路45 (如图2所示)。主流路35可将稀的预混合燃料空气混合物传送至燃烧室50，而调节器流路45可将加压的燃料和空气流传送至燃烧室50。一般而言，主流路35可将第一燃料量传送至燃烧室50，调节器流路45可将第二燃料量传送至燃烧室50(步骤110)。在涡轮发动机100的正常运行期间，第一(燃料)量可占燃烧室50的总燃料供给的约98%，而第二(燃料)量可占余下的2%。在这种燃料流动条件下，涡轮发动机100可在一稳定的燃烧区中运行，涡轮发动机100的NOx排放可处于可接受的界限内。 涡轮发动机100的负载的改变可使涡轮发动机100的运行转入一不稳定区中。不稳定燃烧可在燃烧室50中产生压力脉冲52 (参见图3)。在涡轮发动机100运行期间，与传送管68联接的传感器74可连续测量在燃烧室 50内产生的压力波动，从而当涡轮发动机100进入不稳定区时检测出压力信号的变化(步骤120)。因此，传感器74可测量指示压力脉冲52的信号。传感器74可与配置成识别超过阈值的压力脉冲的装置电连接。在一些实施例中，该阈值可代表频率接近燃烧室50的固有频率的压力脉冲的幅值。在一示例性实施例中，燃烧室50可具有350Hz和550Hz的固有频率。来自传感器74的测量信号可与信号调节器80相连，该信号调节器可包括信号放大器和 /或带通滤波器，所述信号放大器用于放大信号，所述带通滤波器仅允许在预定的频率范围内的信号通过。在该示例性实施例中，涡轮发动机100的两个固有频率为350Hz和550Hz， 这些预定的频率范围可为约300 400Hz和约500 600Hz。因此，信号调节器80可过滤噪声并放大由传感器74测量的信号(步骤130)。被过滤的信号可输入控制器82，所述控制器可配置成控制向燃烧室50的燃料供给。在控制器82中可存储有一个或多个幅值的阈值。如前文所述，这些阈值可包括频率在 (信号调节器80的)预定频率范围内的压力脉冲52的阈幅值。例如，在前述示例性实施例中，信号调节器80可将频率为约300 400Hz或约500 600Hz的输出信号83输入控制器82。控制器82可将输出信号83的幅值与一个或多个储存在该控制器82中的阈幅值进行对比(步骤140)，并且响应于对比结果激活一操作。如果输出信号83不高于所述一个或多个阈值，控制器82可以不激活任何校正操作，并且将继续监测由传感器74测量的信号。如果输出信号83高于一阈值，控制器82可将调节器燃料供给增加至一预定值(步骤150)。在一些实施例中，该预定值可以是可足以稳定燃烧过程的调节器燃料供给值。燃烧过程的稳定可减少或消除压力脉冲52。在一些实施例中，增加调节器燃料供给可将压力脉冲的幅值改变为低于阈值。调节器燃料流的预定值可通过计算或以前的经验来确定。在一些实施例中，调节器燃料供给的预定值可高于总燃料供给的约10%。虽然该预定值可取决于涡轮发动机100的特性和运行条件，但在一些应用中，该预定值可介于总燃料供给的约30%至40%之间。在主动燃烧控制方法的一些实施例中，除增加调节器燃料供给以外，步骤150还可包括减少主燃料供给以保持向燃烧室50的总燃料供给恒定。例如，在将调节器燃料供给增加至总燃料供给的约30%以稳定燃烧过程的实施例中，可将主燃料供给减少至该总燃料供给的约70%以保持向燃烧室50的总燃料供给与正常运行期间大致相同。在一些实施例中，如果测得的压力脉冲的幅值高于一阈值，控制器82可激活附加的操作。所述附加的操作可包括使警报装置发声、闪光或其它设计成使操作人员得知燃烧室50中的不稳定燃烧的操作。在将调节器燃料供给增加至预定值后，控制器82可等待预定时间(步骤160)。等待预定时间可允许燃烧过程稳定并且使燃烧室50中的压力脉冲52减小。该预定时间可为通过软件或硬件方法在控制器82中预设的值。软件方法可包括在存储器中输入时间值，硬件方法可包括在标度件上设定时间。在一些实施例中，该预定时间可介于约10秒至数分钟之间。
在等待预定时间量后，控制器82可使调节器燃料供给降回到第三量。该第三量可等于第一量加上一附加量(步骤170)。在一些实施例中，步骤170还可包括将主燃料供给增加至第四量以保持向燃烧室50的总燃料供给恒定。该第四量可等于第二量减去所述附加量。所述附加量一般可以是任何小的增量值，该小的增量值稍微增加调节器燃料供给并且趋于使燃烧过程稳定。虽然所述附加量可取决于应用，但一般而言，附加量的变化范围在约0. 05%至1%。在一个实施例中，第一值为总燃料供给的约2%，调节器燃料供给增加至总燃料供给的30%以稳定燃烧过程，步骤170可包括将调节器燃料供给减少至约2. 125%。将调节器燃料供给减少至第三量的影响可取决于应用。在涡轮发动机100的运行条件的微小扰动使燃烧略有不稳定的情况下，使调节器燃料供给降回到第三量可以不干扰通过在步骤150中增加调节器燃料供给实现的稳定燃烧条件。然而，在燃烧过程明显不稳定的情况下，将调节器燃料供给减小到第三量会再次使燃烧不稳定。因此，控制器82可继续监测由传感器74测得的信号以识别不稳定的燃烧(步骤120)。如果测得的信号表明燃烧再次不稳定，控制器可将调节器燃料流再次增加至足以稳定燃烧的值(步骤150)，等待预定量的时间(步骤160)，将调节器燃料供给减小至一略高于第三量的值(即第三量加上所述附加量)。例如，在将调节器燃料供给增加至总燃料流的约30%以抑制压力脉冲52并且随后将调节器燃料供给减少至约2. 125%的第三值的实施例中，在又感测到不稳定时，控制器82可使调节器燃料供给升回到总燃料流的约30%， 再使之减少至约2. 25% (2. 125%+0.125%).当燃烧稳定时控制器82还可减少调节器燃料供给。减少调节器燃料供给以与增加调节器燃料供给相同的方式执行。例如，当在一运行点感测到稳定运行时，控制器82可使调节器燃料流减少一增量，并且等待预定时间。当在降低一增量的新调节器燃料流下感测到燃烧稳定(也就是说，未检测到在预定频率范围内、幅值高于阈幅值的压力脉冲)时，可再次减少调节器燃料流。该过程可一直持续到达到原始调节器(燃料)流水平或检测到不稳定为止。因此，控制器可将调节器燃料流调节至刚好足以稳定燃烧而不会过度增加NOx排放的值。测量燃烧室50内的压力脉冲并修改调节器燃料流的过程可一直持续到检测到涡轮发动机100的运行条件改变为止。运行条件的改变可包括例如负载、环境温度等条件的改变。在感测到运行条件改变(步骤180)时，可重设调节器燃料供给和主燃料供给。在一些实施例中，可将调节器燃料供给重设为所述第一量，可将主燃料供给重设为所述第二量。 传感器74可持续监测燃烧室50内的压力脉冲。在感测到由燃烧不稳定产生的压力脉冲时，控制器82通过将调节器燃料供给增加至能稳定燃烧过程的值从而快速稳定燃烧过程， 并且将调节器燃料流调节至刚好足以防止燃烧不稳定的值。通过快速稳定燃烧过程，快速消除了燃烧室50中的压力脉冲。快速消除破坏性压力脉冲降低了由于这些压力脉冲而损坏涡轮发动机100的可能性。对本领域技术人员来说显而易见的是，可对所公开的用于涡轮发动机的燃烧控制的系统和方法作出各种改型和变型。通过对说明书的考虑以及所公开的用于涡轮发动机的燃烧控制的系统和方法的实施，其它实施例对本领域技术人员来说将显而易见。本说明书和示例只用于举例，其真实范围由以下权利要求和它们的等效方案给出。
权利要求
1.一种用于涡轮发动机(100)的燃烧控制系统，包括燃料喷射器(30)，所述燃料喷射器具有与所述涡轮发动机的燃烧室(50)相联接的主燃料供给和调节器燃料供给；传感器(74)，所述传感器与传送管(68)相联接，该传送管与所述燃烧室流体联接，其中所述传感器配置成检测所述燃烧室中的压力脉冲(52)；半无限盘管(76)，所述半无限盘管与所述传送管相联接；以及控制器(8 ，所述控制器与所述传感器电连接，所述控制器配置成将在一频率范围内的压力脉冲的幅值与一阈幅值进行对比并响应于所述对比来调节所述调节器燃料供给。
2.根据权利要求1的燃烧控制系统，其特征在于，所述传送管与所述燃烧室的火焰接口(6 相联接，所述半无限盘管包括盘绕成基本呈柱形形状的管件，该管件的一端部与一排泄阀(78)相联接。
3.根据权利要求1的燃烧控制系统，其特征在于，所述燃烧控制系统还包括与所述控制器电联接的警报装置(84)。
4.一种运行燃气涡轮发动机的方法，包括经主流路(3 将第一量的燃料引入燃烧室(50)；经调节器流路0 将第二量的燃料引入所述燃烧室；在所述燃烧室中燃烧主燃料和调节器燃料；使用与所述燃烧室流体联接的传感器(74)检测在一频率范围内的压力脉冲(5 的幅值；响应于检测到的幅值高于一阈值，将所述调节器燃料量增加至第三量；在所述增加之后等待预定量的时间；以及在所述等待之后将所述调节器燃料从所述第三量减少至第四量，所述第四量是比所述第一量大一增量的调节器燃料量。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，引导第一量的燃料包括经沿周向围绕所述调节器流路的主流路引导所述第一量的燃料。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述第三量是足以使所述幅值减少至低于所述阈值的调节器燃料量。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于，该方法还包括响应于高于所述阈值的幅值，将所述调节器流从所述第四量增加至所述第三量。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，该方法还包括将所述调节器流从所述第三量减少至第五量，所述第五量是比所述第四量大所述增量的调节器燃料量。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述将所述调节器燃料增加至第三量包括将所述主燃料减少至一较低量以使被传送至所述燃烧室的主燃料和调节器燃料的总量基本上保持恒定，以及将所述调节器燃料从所述第三量减少至第四量包括将所述主燃料增加至一较高量以使被传送至所述燃烧室的主燃料和调节器燃料的总量基本保持恒定。
10.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述第二量介于被传送至燃烧室的主燃料和调节器燃料的总量的约至约10%之间，所述增量介于所述总量的约0. 05%至之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于涡轮发动机(100)的燃烧控制系统。该燃烧控制系统包括燃料喷射器(30)，该燃料喷射器具有与涡轮发动机的燃烧室(50)相联接的主燃料供给和调节器燃料供给。该燃烧控制系统还包括与传送管(68)相联接的传感器(74)。所述传送管与所述燃烧室流体联接，传感器配置成检测燃烧室中的压力脉冲(52)。半无限盘管(76)也与传送管相联接。燃烧控制系统还包括与所述传感器电连接的控制器(82)。该控制器配置成将在一频率范围内的压力脉冲的幅值与一阈幅值进行对比，并响应于该对比来调节调节器燃料供给。
文档编号F23N5/16GK102216688SQ200880118060
公开日2011年10月12日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月28日
发明者M·E·里奥, P·E·莫里森, R·E·曼杜扎, T·M·博格努达, 伊藤正利 申请人:索拉透平公司