专利名称：用于燃烧系统的燃料供应之间的转换的系统和方法
技术领域：
本文公开的主题涉及具有多燃料系统的燃烧系统。
背景技术：
一般而言，燃气轮机发动机燃烧压缩空气和燃料的混合物而产生热的燃烧气体。某些燃气轮机发动机包括使用例如气体燃料和液体燃料两者的多燃料系统，其中，多燃料系统允许从一种燃料转变成另一种燃料。在从一种燃料转变成另一种燃料期间，终止对当前燃料的使用，而且从燃料管道系统中排除当前燃料。使用吹扫系统来进行燃料的排除，吹扫系统采用气体来置换燃料管道系统中的当前燃料。但是，终止使用的当前燃料的某个排序和吹扫系统的使用可导致燃烧产物过热和逆流到燃料管道系统中，从而导致硬件损伤
发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的各种形式。根据第一个实施例，一种系统包括涡轮燃料控制器。该涡轮燃料控制器包括构造成在第一燃料停止期间控制混合吹扫气体与第一燃料的吹扫序列的吹扫控制逻辑，其中，吹扫序列构造成在完全关闭用于第一燃料的燃料阀之前，打开用于吹扫气体的吹扫阀。根据第二个实施例，一种系统包括燃料控制器。该燃料控制器包括构造成控制从第一燃料到用于燃烧系统的第二燃料的燃料转换的燃料转换逻辑。燃料控制器还包括构造成在燃料转换期间控制混合吹扫气体与第一燃料的吹扫序列的吹扫控制逻辑，其中，吹扫序列构造成在完全关闭用于第一燃料的燃料阀之前，打开用于吹扫气体的吹扫阀。根据第三个实施例，一种方法包括使燃烧系统从第一燃料转换到第二燃料。该方法还包括在转换期间，混合吹扫气体与第一燃料，其中，混合包括在完全关闭用于第一燃料的燃料阀之前，打开用于吹扫气体的吹扫阀。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中图I是用于燃烧系统的燃料管理系统的一个实施例的示意性框图；图2是用于涡轮系统的燃料管理系统的一个实施例的示意性框图；图3是用于涡轮系统的燃料管理系统的另一个实施例的示意性框图；图4是吹扫序列的一个实施例的图示，其示出了燃料阀和吹扫阀的打开和关闭；图5是在吹扫序列期间的燃料流量的一个实施例的图示；图6是在吹扫序列期间的气体流量的一个实施例的图示；以及图7是用于从燃料线路中吹扫出燃料的工序的一个实施例的流程图。
部件列表10燃料管理系统12燃烧系统14燃料控制器16燃料喷射系统18第一燃料20第二燃料
22燃料线路24燃料线路26 阀28 阀30吹扫系统32吹扫气体线路34 阀36吹扫气体38燃料转换控制逻辑40吹扫控制逻辑50涡轮系统52燃料喷嘴54燃料喷嘴58燃烧器60燃料燃烧器62燃料燃烧器64 涡轮66 轴68压缩机70发电机72主燃料线路74主燃料线路76分流器80第一燃料线路82第一燃料线路88吹扫气体线路90吹扫气体线路92吹扫阀94吹扫阀104 图示106 纵轴108 顶部
110 底部112 横轴114 曲线116 曲线118 时间120 区域122 区域124 时间 126 区域128关闭位置130 时间132 区域134打开位置144 图示146 纵轴148 横轴150 虚线152 虚线154 曲线155 曲线156参考标号158小峰值160参考标号161 峰值170 图示172 纵轴174 横轴176 虚线177 曲线178 曲线180参考标号182小峰值184参考标号186 区域187 区域196 工序198 框200 框202 框
204 框206 框208 框210 框212 框
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件本公开涉及用于具有多燃料系统的燃烧系统(例如燃气轮机发动机、内燃机、燃气锅炉或熔炉)的燃料供应之间的转换的系统和方法。在具有多燃料系统的燃烧系统中，一种燃料(例如气体燃料)可为由燃烧系统使用的主燃料源，而另一种燃料(例如液体燃料)可为偶尔使用的辅助或备用燃料源。本公开的实施例提供了一种包括燃料控制器(例如涡轮燃料控制器)的系统，该燃料控制器构造成控制从第一燃料到用于燃烧系统的第二燃料的燃料转换。燃料控制器包括用以在第一燃料(例如气体燃料)和第二燃料(例如液体燃料)之间进行转换的逻辑(例如存储在非暂时性的有形计算机可读介质上的存储指令)。例如，燃料控制器可包括构造成控制从第一燃料到第二燃料的燃料转换的燃料转换逻辑。而且，燃料控制器可包括构造成在第一燃料停止期间控制混合吹扫气体与第一燃料的吹扫序列的吹扫控制逻辑。具体而言，吹扫序列可构造成在完全关闭用于第一燃料的燃料阀之前，打开用于吹扫气体的吹扫阀。这些系统设计成允许同时终止第一燃料供应和吹扫第一燃料供应，以通过减少在第一燃料阀关闭之后添加到燃烧系统中的意外的燃料的量来避免在燃烧系统内有过热，以及通过持续地保持向前流动的状态来避免有燃烧产物逆流到燃料管道系统中。图I是用于燃烧系统12的燃料管理系统10的一个实施例的示意性框图。如下面详细地描述的那样，公开的燃料管理系统10采用燃料控制器14 (例如涡轮燃料控制器)来控制对燃烧系统12 (例如涡轮发动机或燃气锅炉)的燃料供应，具体而言，终止一种燃料供应而转换成另一种燃料供应。燃烧系统12可使用多种燃料(例如液体燃料和/或气体燃料)来供给燃烧系统12。如燃烧系统12中描绘的那样，燃料喷射系统16吸入燃料供应(例如液体燃料和/或气体燃料)，混合燃料与空气，并且以适当的比率来将空气-燃料混合物分配到燃烧系统12中，以便有最佳的燃烧、排放、燃料消耗和动力输出。燃料管理系统10通过第一燃料线路22和第二燃料线路24而将第一燃料18和第二燃料20两者的流提供给燃烧系统12。如所示出的那样，各个燃料18和20包括通往燃料喷射系统16的单个燃料线路22和24 ;但是，在其它实施例中，各个燃料18和20可包括通往燃料喷射系统16的多个燃料线路(例如2个至28个)。在某些实施例中，第一燃料18包括气体燃料，而第二燃料20包括液体燃料。在其它实施例中，第一燃料18和第二燃料20可为不同的气体燃料。液体燃料可包括馏出油、轻原油、生物液体燃料和其它液体燃料。气体燃料可包括天然气和/或作为工业过程的副产物而产生的可燃气体(一种或多种)，它们可包含或可不包含氢气。这些可燃气体可称为合成气、合成气体、合成天然气、精炼废气、精炼烟道气、高炉气、焦炉煤气或其它可燃气体，并且可包括这些气体。各个燃料线路22和24包括构造成分别控制分别通往燃料喷射系统16的第一燃料18和第二燃料20的流的相应的阀26和28 (例如燃料阀)。
如所示出的那样，燃料管理系统10包括构造成在第一燃料流终止期间从第一燃料线路22和燃料喷射系统16中吹扫出第一燃料18的吹扫系统30 (例如稀释吹扫系统)。吹扫系统30包括在燃料阀26的下游和燃料喷射系统16的上游联接到第一燃料线路22上的吹扫气体线路32。吹扫气体线路32包括阀34(例如吹扫阀)，阀34构造成控制通过吹扫气体线路32进入第一燃料线路22中的吹扫气体36的流，以从燃料线路22和燃料喷射系统16中吹扫出第一燃料18。在某些实施例中，吹扫气体36可包括惰性吹扫气体36。例如，当第一燃料18具有低的自燃温度(例如含有超过5% (体积)的氢的燃料)时，可使用惰性吹扫气体36来阻止燃料/吹扫气体混合物自燃。惰性吹扫气体36还可用于其它类型的气态燃料。惰性吹扫气体36可包括氮气、二氧化碳、氩气或氦气，或在某些情况下，包括蒸汽。在某些实施例中，当第二燃料20是气态燃料时，吹扫系统30如描述的那样还可构造成控制进入第二燃料线路24中的吹扫气体36的流，以从燃料线路24和燃料喷射系统16中吹扫出第二燃料20。在某些实施例中，燃烧系统12以第一燃料18 (例如气体燃料)作为主燃料来运行，并且选择性地以第二燃料20 (例如液体燃料)作为辅助燃料来运行。可将逻辑设置在非暂时性的有形计算机可读介质上。燃料控制器14构造成控制第一燃料(例如气体燃料)对燃烧系统12的供应、第二燃料(例如液体燃料)对燃烧系统12的供应，以及在使用用于燃烧系统12的第一燃料18和第二燃料20之间的转换。燃料控制器14联接到分别用于第一燃料18和第二燃料20的燃料阀26和28上以及吹扫阀34上。具体而言，燃料控制器14构造成打开和关闭阀26、28和38，以控制第一燃料18、第二燃料20和吹扫气体36的流。燃料控制器14包括构造成管理用于燃烧系统12的燃料18和20的供应的逻辑。例如，燃料控制器14包括构造成控制从第一燃料18到用于燃烧系统12 (例如燃气轮机发动机)的第二燃料20的燃料转换的燃料转换控制逻辑38。燃料控制器14还包括吹扫控制逻辑40，吹扫控制逻辑40构造成在燃料转换期间，尤其在第一燃料停止或终止期间，控制混合吹扫气体36与第一燃料18 (即稀释吹扫)的吹扫序列。与在停止之后相反，在第一燃料停止期间混合吹扫气体36与第一燃料18会阻止在第一燃料停止之后有第一燃料18从燃料线路22意外地添加到燃烧系统12中(目前这种情况是一般常规)，从而，阻止系统12过热。另外，稀释吹扫保持有一些流通过燃料喷射系统16，以阻止燃烧产物逆流到管道系统(例如第一燃料线路22)中，直到建立空气吹扫来保持上面提到的逆流保护为止。在某些实施例中，吹扫序列构造成在完全关闭用于第一燃料18的燃料阀26之前，打开用于吹扫气体36的吹扫阀34。具体而言，吹扫序列构造成在开始关闭燃料阀26之后，开始打开吹扫阀34。在一些实施例中，吹扫序列构造成在燃料阀26关闭特定的百分比(范围为阀26关闭大约60%至90% )之后，开始打开吹扫阀34。例如，可在燃料阀26关闭大约60 %、70 %、80 %或90 %或它们之间的任何其它百分比时，进行吹扫阀34的开始打开。备选地，开始打开吹扫阀34可以第一燃料流量达到燃烧系统12所需的总燃料的预定百分比为基础。而且，打开吹扫阀34的速率可取决于燃烧系统12中的状况。例如，吹扫序列可构造成在燃烧系统12 (例如燃气轮机发动机)中火焰熄灭的情况下，增加吹扫阀34的打开速率，以消除逆流风险，直到可容许关闭吹扫阀34为止。在一些实施例中，吹扫序列包括从打开位置到关闭位置逐渐关闭燃料阀26的燃料阀关闭时期、从关闭位置到打开位置逐渐打开吹扫阀34的吹扫阀打开时期，并且燃料阀
关闭时期与吹扫阀打开时期重叠。在某些实施例中，在燃料阀关闭时期期间，在燃料阀26到达关闭位置之前，吹扫阀打开时期结束。如上所述，吹扫阀打开时期在燃料阀关闭时期启动之后开始。而且，如上所述，在燃料阀关闭时期期间，在燃料阀26关闭特定的百分比(例如70% )之后，吹扫阀打开时期开始。由于这个逻辑，通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到燃烧系统12的意外的燃料的量，燃料管理系统10避免了燃烧系统12内有过热，并且通过持续地保持向前流动的状态，燃料管理系统10避免了有燃烧产物逆流到燃料管道系统中。如上面提到的那样，燃烧系统12可包括涡轮系统50 (例如燃气轮机发动机)。图2是用于涡轮系统50的燃料管理系统10的一个实施例的示意性框图，其中第一燃料18是气体燃料，并且第二燃料20是气体燃料。类似于以上情况，燃料管理系统10采用燃料控制器14 (例如涡轮燃料控制器14)来控制对涡轮系统50的燃料供应，具体而言，终止一种燃料供应和转换成另一种燃料供应。而且，涡轮系统50可如上面描述的那样使用多种燃料(例如多种气体燃料)作为涡轮系统50的热源。如涡轮系统50中所描绘的那样，一个或多个燃料喷嘴52和54 (例如主燃料喷嘴52和辅助燃料喷嘴54)吸入燃料供应(例如气体燃料)，混合燃料与空气，并且以适当的比率来将空气-燃料混合物分配到燃烧器58 (例如燃料燃烧器60和燃料燃烧器62)中，以便有最佳的燃烧、排放、燃料消耗和动力输出。在某些实施例中，各个燃烧器58包括一个或多个主燃料喷嘴52和一个或多个辅助燃料喷嘴54。空气-燃料混合物在各个燃烧器58内的室中燃烧，从而产生热的加压排气。各个燃烧器58朝向排气口而将排气引导通过涡轮64。在排气穿过涡轮64时，气体迫使涡轮叶片使轴66沿着涡轮系统50的轴线旋转。如所示出的那样，轴66可连接到涡轮系统50的各种构件上，包括压缩机68。压缩机68也包括联接到轴66上的叶片。在轴66旋转时，压缩机68内的叶片也旋转，从而压缩来自进气口的空气，该空气通过压缩机68且进入燃料喷嘴52和54和/或燃烧器58中。轴66还可连接到负载上，诸如例如电功率装置中的发电机70。负载可包括能够由涡轮系统50的旋转机械动力输出提供动力的任何适当的装置。燃料管理系统10将第一燃料18 (例如第一气体燃料)和第二燃料20 (例如第二气体燃料)两者的流提供给涡轮系统50。如所示出的那样，燃料18和20的各个供应分别包括主燃料线路72和74。各个主燃料线路72和74包括构造成分别控制通往辅助燃料喷嘴54的第一燃料18和第二燃料20的流的相应的阀26和28 (例如燃料阀)。主燃料线路72包括分流器76。例如，如所示出的那样，分流器76将第一燃料流分到第一燃料线路80和82中。第一燃料线路80分开，以在主燃料喷嘴52之间分割第一燃料流。第一燃料线路82在阀28的下游联接到主燃料线路74上，但是，在其上游，主燃料线路86分开，以将第一燃料18、第二燃料20或第一燃料18和第二燃料20两者的组合提供给燃料喷嘴54。在某些实施例中，第一燃料线路80将第一燃料18 (例如第一气体燃料)提供给主燃料喷嘴52，而主燃料线路74和86则将第一燃料18、第二燃料20或第一燃料18和第二燃料20两者的组合提供给辅助燃料喷嘴54。而且，燃料管理系统10包括吹扫系统30 (例如稀释吹扫系统)，吹扫系统30构造成在第一燃料流终止期间，从第一燃料线路80和82、主燃料线路74和86以及燃料喷嘴52和54中吹扫出第一燃料18。吹扫系统30包括在分流器76的下游和燃料喷嘴52和54的上游联接到相应的第一燃料线路80和82上的吹扫气体线路88和90。吹扫气体线路88和90包括相应的阀92和94 (例如吹扫阀)，相应的阀92和94构造成控制通过线路88和90进入到第一燃料线路80和82中的吹扫气体36 (例如惰性吹扫气体)的流，以从线路80、86、88和90以及燃料喷嘴52和54中吹扫出第一燃料18。如上面提到的那样，惰性吹扫气体36可包括氮气、二氧化碳、氩气或氦气，或在某些情况下，包括蒸汽。在第一燃料18或第 一燃料18和第二燃料20的组合仅在线路74、82、86和90以及燃料喷嘴54中受控制地转变成第二燃料20期间，如果第二燃料20具有足够的时间来置换线路74、82、86和90以及燃料喷嘴54中的第一燃料18，则可以不需要吹扫线路74、82、86和90和辅助燃料喷嘴54。燃料管理系统10包括燃料控制器14，燃料控制器14构造成控制对涡轮系统50的第一燃料18 (例如第一气体燃料)的供应、对涡轮系统50的第二燃料20 (例如第二气体燃料)的供应，以及使用用于涡轮系统50的第一燃料18和第二燃料20之间的转换。燃料控制器14联接到分别用于第一燃料18和第二燃料20的燃料阀26和28以及吹扫阀92和94上。具体而言，燃料控制器14构造成打开和关闭阀26、28、92和94，以控制第一燃料18、第二燃料20和吹扫气体36的流。燃料控制器14包括逻辑，如上面描述的那样，该逻辑(例如燃料转换控制逻辑38和吹扫控制逻辑40)构造成控制从第一燃料18到第二燃料20的转换，以及在第一燃料停止或终止期间控制混合吹扫气体36与第一燃料18 (即稀释吹扫)的吹扫序列。燃料控制器14可采用该逻辑以及同时或独立地控制用于燃料线路74、80、82和86的吹扫系统30。由于这个逻辑，通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到涡轮系统50的意外的燃料的量，燃料管理系统10避免了涡轮系统50内有过热，并且通过持续地保持向前流动的状态，燃料管理系统10避免了有燃烧产物逆流到燃料管道系统中。图3是用于涡轮系统50的燃料管理系统10的一个实施例的示意性框图，其中第一燃料18包括气体燃料，而第二燃料20包括液体燃料。大体上，燃料管理系统10和涡轮系统50如上面在图2中描述的那样。燃料管理系统10对涡轮系统50提供第一燃料18 (例如气体燃料)和第二燃料20 (例如液体燃料)两者的流。如所示出的那样，燃料18和20的各个供应分别包括主燃料线路72和74。各个主燃料线路72和74包括构造成分别控制通往燃料喷嘴52和54的第一燃料18和第二燃料20的流的相应的阀26和28 (例如燃料阀)。如所示出的那样，主燃料线路72分开，以分割通往燃料喷嘴52的第一燃料18的流，而主燃料线路74分开，以分割通往燃料喷嘴54的第二燃料20的流。在某些实施例中，燃料线路的数量可有所改变(例如2个至28个燃料线路)。而且，燃料管理系统10包括吹扫系统30 (例如稀释吹扫系统)，吹扫系统30构造成在第一燃料流终止期间，从主燃料线路72和燃料喷嘴52中吹扫出第一燃料18。吹扫系统30包括在阀26的下游和燃料喷嘴52 (和主燃料线路72的分流处)的上游联接到主燃料线路72上的吹扫气体线路88。吹扫气体线路88包括阀92 (例如吹扫阀)，阀92构造成控制通过线路88进入到燃料线路72和80中的吹扫气体36 (例如惰性吹扫气体)的流，以从燃料线路72和80以及燃料喷嘴52中吹扫出第一燃料18。如上面提到的那样，惰性吹扫气体36可包括氮气、二氧化碳、氩气或氦气，或在某些情况下，包括蒸汽。燃料管理系统10包括燃料控制器14，燃料控制器14构造成控制对涡轮系统50的第一燃料18 (例如气体燃料)的供应、对涡轮系统50的第二燃料20 (例如液体燃料)的供应，以及使用用于涡轮系统50的第一燃料18和第二燃料20之间的转换。燃料控制器14联接到分别用于第一燃料18和第二燃料20的燃料阀26和28以及吹扫阀92上。具体而言，燃料控制器14构造成打开和关闭阀26、28、92，以控制第一燃料18、第二燃料20和吹扫气体36的流。燃料控制器14包括逻辑，如上面描述的那样，该逻辑(例如燃料转换控制逻辑38和吹扫控制逻辑40)构造成控制从第一燃料18到第二燃料20的转换，以及在第一燃 料停止或终止期间控制混合吹扫气体36与第一燃料18 (即稀释吹扫)的吹扫序列。由于这个逻辑，通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到涡轮系统50的意外的燃料的量，燃料管理系统10避免了涡轮系统50内有过热，并且通过持续地保持向前流动的状态，燃料管理系统10避免了有燃烧产物逆流到燃料管道系统中。图4是上面描述的吹扫序列的一个实施例的图示104，其示出了第一燃料阀26和吹扫阀34的打开和关闭。示图104包括表示燃料阀26和吹扫阀34的阀位置的纵轴106。纵轴106的顶部108表示完全打开的阀位置，而纵轴106的底部110则表示完全关闭的阀位置。示图104还包括表示时间的横轴112。时间沿着横轴112从左到右增加。示图104包括由实线示出的曲线114和由虚线示出的曲线116，曲线114表示第一燃料阀26 (例如气体燃料阀)的阀位置，曲线116表示吹扫阀34的阀位置。如上面描述的那样，燃料控制器14联接到第一燃料阀26和吹扫阀34两者上，并且包括构造成控制吹扫序列的吹扫控制逻辑40。在时间118处，燃料阀26保持由曲线114的区域120指示的基本打开的位置，而吹扫阀34则保持由曲线116的区域122指示的完全关闭的位置。在时间124处，控制器14启动吹扫序列，并且开始由曲线114的区域126表示的、从打开位置120到关闭位置128逐渐关闭燃料阀26的燃料阀关闭时期。燃料阀关闭时期取决于燃料气体阀26的大小。燃料气体阀26的关闭的范围可为大约15秒至大约3分钟。例如，燃料阀关闭时期可持续大约15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、175或180秒，或它们之间的任何时间。在时间130处，控制器14启动由曲线116的区域132表示的、从关闭位置122到打开位置134逐渐打开吹扫阀36的吹扫阀打开时期。吹扫阀打开时期132比燃料阀关闭时期132更短，因为吹扫阀34可小于燃料阀26。如所示出的那样，吹扫阀打开时期132在燃料阀关闭时期126的启动124之后开始，并且与燃料阀关闭时期126重叠。在示出的实施例中，在燃料阀关闭时期126期间，吹扫阀打开时期132结束(即吹扫阀34到达完由曲线116的区域134表示的全打开的位置)。如上面提到的那样，在燃料阀关闭时期126期间，吹扫阀打开时期132可在燃料阀26关闭某个百分比(例如关闭大约70%)之后开始。在一些实施例中，在燃料阀关闭时期期间触发吹扫阀打开时期的开始的燃料阀26的关闭的特定百分比的范围可为阀26关闭大约60%至90%。例如，可在燃料阀26关闭大约60 %、70 %、80 %或90 %或它们之间的任何其它百分比时出现吹扫阀打开时期132。备选地，吹扫阀打开时期132可在第一燃料18 (例如气体燃料)的流达到阈值流率之后开始。如所示出的那样，通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到燃烧系统12的意外的燃料的量，吹扫序列避免了燃烧系统12内有过热，并且通过持续地保持向前流动的状态，吹扫序列避免了有燃烧产物逆流到燃料管道系统中。如上面提到的那样，通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到燃烧系统12的意外的燃料的量，在关闭第一燃料阀26 (例如气体燃料阀)之前启动吹扫阀34的打开避免了燃烧系统12内有过热。图5是在上面描述的吹扫序列期间的燃料流量(例如气体燃料流量)的一个实施例的图示144。示图144包括表示第一燃料18 (例如气体燃料)的燃料流量的纵轴146。燃料流量沿着纵轴146从底部到顶部增加。示图144还包括表示时间的横轴148。时间沿着横轴148从左到右增加。示图148进一步包括表示发动机(例如燃气轮机发动机)的过热警报极限的虚线150，过热警报极限基于燃烧温度、发动机排气温度或由于意外的燃料增加而引起的额外的动力发生，并且与燃料流量相关。另外，示图144包括表示发动机的过热触发极限的虚线152，过热触发极限基于燃烧温度、发动机排气温度或由于 意外的燃料增加而引起的额外的动力发生，并且与燃料流量相关。示图144还进一步包括在存在吹扫序列的情况下包括的表示燃料流量与时间(的关系)的曲线154。示图148还包括表示在不存在吹扫序列的情况下的燃料流量与时间(的关系)的曲线155。曲线154示出了燃料流量在上面描述的燃料阀关闭时期期间减少。由参考标号156指示的吹扫阀34的打开的启动会在燃烧系统12处的燃料流量中产生小峰值158。这种情况的发生是由于吹扫气体36置换第一燃料18 (例如气体燃料)而暂时导致更多燃料流进入到燃烧系统12中。随着吹扫气体36的流量增加且第一燃料18的燃料流量逐渐减少，第一燃料阀26最终会如参考标号160指示的那样完全关闭。如所示出的那样，第一燃料阀26的关闭160不会导致燃料流率有尖峰，尖峰会导致燃烧系统12中有意外的量的第一燃料18，并且结果导致发动机内会过热。具体而言，燃料流量不会增加到触发过热警报极限150和过热警报极限152的水平。相反，在没有吹扫序列的情况下在燃料阀26的关闭160之后，燃料流量可如曲线155的峰值161所指示的那样冒尖，并且由于在阀26关闭之后意外地对燃烧系统12增加燃料而触发警报极限150和152。因而，吹扫序列如上面描述的那样避免对发动机输送意外的燃料，对发动机输送意外的燃料可使装备过热和受损。而且，如上面提到的那样，在关闭第一燃料阀26 (例如气体燃料阀)之前启动吹扫阀34的打开会保持有一些流在燃料阀26关闭之后通过燃料喷射系统16，从而阻止燃烧产物逆流到燃料管道系统中。图6是在上面描述的吹扫序列期间的气体流量的一个实施例的图示170。示图170包括表示第一燃料18和吹扫气体36的气体流量(例如通过燃料喷嘴)的纵轴172。气体流量沿着纵轴172从底部到顶部增加。示图170还包括表示时间的横轴174。时间沿着横轴174从左到右增加。示图170进一步包括表示用以阻止逆流到例如燃料喷嘴和燃料管道系统中的最小气体流率的虚线176。示图170还包括表示在没有吹扫序列的情况下的气体流量与时间(的关系)的曲线177。曲线178示出了气体流量在上面描述的燃料阀关闭时期和吹扫阀打开时期期间减少。在如参考标号180所指示的那样启动吹扫阀34的打开之前，气体流完全由第一燃料18 (例如气体燃料)流构成。在打开180吹扫阀34之后，由于吹扫气体36补充第一燃料18而暂时导致有更大的整体气体流量的原因，在气体流量中出现小峰值182。参考标号184所指示的、从吹扫阀34的打开180到第一燃料阀26 (例如气体燃料阀)的关闭的气体流量表示第一燃料流量和吹扫气体流量两者。如所示出的那样，气体流量逐渐减少，直到第一燃料阀26关闭184为止。在第一燃料阀26关闭184时，仍然会在最小气体流率176之上出现曲线178的区域186所指示的一些气体流量(即大部分吹扫气体流量)，以阻止逆流到燃料喷嘴和燃料管道系统中，逆流可对装备引起损害。相反，燃料阀26在没有吹扫序列的情况下关闭184之后，气体流量可降到最小气体流率176之下，如曲线177的区域187所指示的那样，从而潜在地导致燃烧产物逆流到燃料管道系统中。因而，在燃料阀关闭时期期间，吹扫气体流补充第一燃料流以使气体流保持在最小气体流率之上，并且然后在第一燃料阀26关闭184之后继续。 在以下工序中描述了对图1、2和3中参照的燃料管理系统10的以上实施例的使用。图7是用于从第一燃料线路中吹扫出第一燃料18 (例如气体燃料)的工序196的一个实施例的序列流程图。具体而言，工序196采用上面描述的吹扫序列来避免在燃烧系统12内有过热，以及避免燃烧产物逆流到燃料管道系统中。燃料控制器14如上面描述的那样实施工序196。工序196包括启动从第一燃料18 (例如气体燃料)到第二燃料20 (例如液体燃料)的转换(框198)。实际上，转换包括开始第一燃料阀26的关闭(框200)。控制器14通过监测一个或多个参数来监测第一燃料阀26的关闭(框202)。控制器14所监测的参数包括燃料阀26的关闭百分比、第一燃料流率、燃烧系统12的温度和/或其它参数。控制器14可监测这些参数中的一个或多个。具体而言，控制器14可询问燃料阀的关闭是否等于或大于燃料阀26的关闭的阈值百分比(例如大约70% )(框204)。在一些实施例中，燃料阀26的关闭的阈值百分比的范围可为阀26的关闭的大约60%至90%。例如，阈值百分比可为燃料阀26的关闭的大约60%、70%、80%或90%或在它们之间的任何其它百分比。如果燃料阀的关闭百分比保持在阈值百分比之下，则控制器14继续监测第一燃料阀26的关闭(框202)。但是，如果燃料阀的关闭百分比等于或超过燃料阀26的关闭的阈值百分比，则控制器14还可询问第一燃料18的燃料流量是否降到燃料流量的期望阈值之下(框206)。如果燃料流量保持在燃料流量阈值之上，则控制器14继续监测第一燃料阀的关闭(框202)。但是，如果燃料流量等于燃料流量阈值或降到燃料流量阈值之下，则控制器14开始打开吹扫阀34，以混合吹扫气体36与第一燃料18 (框208)。最终，在开始吹扫阀的打开之后(框208)，控制器14逐渐将吹扫阀34打开到完全打开的位置(框210)。如上面提到的那样，如果在燃烧系统12中火焰熄灭(例如机械触发)，则打开吹扫阀的速率可增加，以便保持有一些气体流进入到系统12中，以及避免硬件损伤。在完全打开吹扫阀34之后，最后控制器14完全关闭用于第一燃料18的燃料阀26。工序196使得燃料管理系统10能够通过减少在第一燃料阀26关闭之后添加到燃烧系统12中的意外的燃料的量来避免在燃烧系统12内有过热，以及通过持续地保持向前流动的状态来阻挡燃烧产物逆流到燃料管道系统中。公开的实施例的技术效果包括提供这样的系统和方法其控制对燃烧系统12的供应和在通往燃烧系统12的燃料(例如气体燃料和液体燃料)之间的转换，以阻挡燃烧产物逆流，阻止由于燃料浪涌而引起的温度尖峰、由于燃料浪涌而引起的排放尖峰，以及转换的其它不合需要的结果。控制器14包括用以控制第一燃料18 (例如气体燃料)到第二燃料20 (例如液体燃料)的转换的各种逻辑(例如存储在非暂时性的有形计算机可读介质上的指令)。具体而言，控制器14包括用以控制吹扫序列的逻辑，该吹扫序列构造成在完全关闭第一燃料阀26之前打开吹扫阀34，以允许在燃料转换期间混合吹扫气体与第一燃料18。通过阻止意外的第一燃料流进入到系统12中，公开的实施例可避免燃烧系统12内有过热。另外，通过保持有一些前向的流通过管道，公开的实施例可避免燃烧产物逆流到燃料管道中。因此，可避免由于过热或燃烧产物的逆流而对装备引起的损伤。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之 内。
权利要求
1.一种系统，包括 涡轮燃料控制器(14)，其包括 吹扫控制逻辑(40)，其构造成在第一燃料停止期间控制混合吹扫气体(36)与第一燃料(18)的吹扫序列，其中，所述吹扫序列构造成在完全关闭用于所述第一燃料(18)的燃料阀(26)之前，打开用于所述吹扫气体(36)的吹扫阀(34，92，和94)。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述吹扫序列构造成在完全关闭所述燃料阀(26)之前，完全打开所述吹扫阀(34，92，和94)。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述吹扫序列构造成在开始关闭所述燃料阀(26)之后，开始打开所述吹扫阀(34，92，和94)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述吹扫序列构造成在所述燃料阀(26)的关闭等于或大于燃料阀关闭阈值百分比之后，开始打开所述吹扫阀(34，92和94)。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述吹扫序列构造成在燃气轮机发动机中火焰熄灭的情况下，增加打开所述吹扫阀(34，92和94)的速率。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述涡轮燃料控制器(14)的燃气轮机发动机。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述涡轮燃料控制器(14)包括构造成控制从所述第一燃料(18)到用于燃气轮机发动机的第二燃料(20)的燃料转换的燃料转换控制逻辑(38)。
8.一种系统,包括 燃料控制器(14)，其包括 燃料转换控制逻辑(38)，其构造成控制从第一燃料(18)到用于燃烧系统(12)的第二燃料(20)的燃料转换；以及 吹扫控制逻辑(40)，其构造成在所述燃料转换期间控制混合吹扫气体(36)与所述第一燃料(18)的吹扫序列，其中，所述吹扫序列构造成在完全关闭用于所述第一燃料(18)的燃料阀(26)之前，打开用于所述吹扫气体(36)的吹扫阀(34，92和94)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述吹扫序列包括从第一打开位置到第一关闭位置逐渐关闭所述燃料阀(26)的燃料阀关闭时期，所述吹扫序列包括从第二关闭位置到第二打开位置逐渐打开所述吹扫阀(34，92和94)的吹扫阀打开时期，并且所述燃料阀关闭时期与所述吹扫阀打开时期重叠。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述燃料阀关闭时期期间，在所述燃料阀(26)到达所述第一关闭位置之前，所述吹扫阀打开时期结束。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述燃料阀关闭时期启动之后，所述吹扫阀打开时期开始。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，在所述燃料阀关闭时期期间，在所述燃料阀(26)关闭大约70%之后，所述吹扫阀打开时期开始。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述吹扫阀打开时期期间，在所述燃烧系统(12)中火焰熄灭的情况下，打开所述吹扫阀(34，92和94)的速率增加。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述具有所述燃料控制器(14)的燃烧系统(12)。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述燃烧系统(12)包括燃气轮机发动 机。
全文摘要
本发明涉及用于燃烧系统的燃料供应之间的转换的系统和方法。一种系统包括涡轮燃料控制器(14)。涡轮燃料控制器(14)包括构造成在第一燃料停止期间控制混合惰性吹扫气体(36)与第一燃料(18)的吹扫序列的吹扫控制逻辑(40)，其中，吹扫序列构造成在完全关闭用于第一燃料(18)的燃料阀(26)之前，打开用于惰性吹扫气体(36)的吹扫阀(34，92和94)。
文档编号F02C7/22GK102678337SQ20121007158
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者M·J·罗兹多尔斯基, R·J·基拉, V·R·嫩梅尼 申请人:通用电气公司