专利名称：燃油流量脉动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃气轮机燃油管路技术，尤其涉及一种燃油流量脉动控制装置。
背景技术：
振荡燃烧是非稳定燃烧放热和压力脉动相互耦合而导致系统振荡的过程，其最终表现为燃烧室内高强度的压力振荡。振荡燃烧现象普遍存在于各类工业及推进装置，例如锅炉，燃气轮机，火箭等。对于航空发动机而言，传统的扩散燃烧方式虽有较好的燃烧稳定性，但其产生大量NOx已无法满足国际上日益严苛的污染排放需求。而新兴的预混燃烧方式虽然能较好地控制NOx生成，但却面临着严重的振荡燃烧问题。由不稳定燃烧带来的压力和速度振荡会对燃烧室乃至整个系统造成巨大危害:高强度的压力振荡会对燃烧室壁面施加额外振动，从而对燃烧室部件造成破坏。另外，伴随不稳定燃烧而来的放热不均匀现象，则会导致燃烧室内局部区域过热，产生所谓的“热斑”，从而增加产生NOx和CO的可能性。影响燃烧不稳定性的因素主要是油气比振荡，燃油管道内的燃油流量脉动则是引起油气比振荡的重要因素之一，而目前工业界还缺乏对燃油管内的燃油流量脉动的抑制措施。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种燃油流量脉动控制装置，能够抑制燃油管内的燃油流量脉动，以提高燃烧室内的燃烧稳定性。为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃油流量脉动控制装置，包括:流量传感器、振动器和信号采集及处理单元，所述流量传感器和振动器设置在燃油管内，所述信号采集及处理单元分别与所述流量传感器和振动器相连，所述信号采集及处理单元从所述流量传感器接收所述燃油管内的压力脉动信号，根据所述压力脉动信号估计所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，并驱动所述振动器发出与估计的幅值相同、振荡角频率相同，而相位相反的振动信号。进一步的，还包括用来消除所述振动器发出的振动影响的振动消除器，所述振动消除器设置在所述燃油管的外部。进一步的，还包括设置在燃烧室腔内所述燃油管的燃油喷嘴附近的压力传感器，所述压力传感器与所述信号采集及处理单元相连，所述信号采集及处理单元根据所述压力传感器所反馈的压力脉动信号对驱动所述振动器发出的振动信号的相位及幅值进行微调。进一步的，所述振动器为扬声器类振动器。进一步的，所述振动消除器为套设在所述燃油管外周表面的消声套。进一步的，所述消声套采用消声材料制成，并包括直管结构部分和U形结构部分，所述振动器设在所述燃油管的内部与所述直管结构结构对应的位置，所述U形结构部分处于燃油流动方向上所述直管结构部分的下游。[0012]进一步的，所述消声材料为波峰消声棉。进一步的，所述扬声器类振动器为压电陶瓷微型声波发生器。进一步的，还包括设置在所述振动器和信号采集及处理单元之间的功率放大器。进一步的，所述信号采集及处理单元能够根据所述流量传感器所在位置的压力脉动信号和所述流量传感器与所述振动器之间的距离估计所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，或者直接将所述流量传感器所在位置的压力脉动信号作为所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率的估计值。基于上述技术方案，本实用新型在燃油管中靠上游的位置设置流量传感器和振动器，采用主动控制方式，通过实时监测流量传感器所在位置的压力脉动信号，通过振动器在燃油管内发出特定频率和振幅的声波，来抑制流量脉动，以确保燃油喷入燃烧室时燃油量和油气比不产生较大脉动。在另一个实施例中，还包括用来消除所述振动器发出的振动影响的振动消除器，所述振动消除器设置在所述燃油管的外部。为了避免振动器所产生的振动影响到燃油管附近的其他装置，可以利用设在燃油管外部的振动消除器来消除不必要的振动。在另一个实施例中，还包括设置在燃烧室腔内所述燃油管的燃油喷嘴附近的压力传感器，所述压力传感器与所述信号采集及处理单元相连，所述信号采集及处理单元根据所述压力传感器所反馈的压力脉动信号对驱动所述振动器发出的振动信号的相位及幅值进行微调。增加压力传感器可以实时的了解到在振动器发出振动信号后实际上对燃油喷嘴附近的燃油压力的影响，并且可以以此作为反馈控制的基础，通过反馈控制可以获得更有效、更精确的燃油流量脉动抑制效果。在另一个实施例中，所述振动器为扬声器类振动器，且设计成向燃油管下游定向传播声波。由于燃油管内的燃油流量和压力脉动的频率较高，通常在IOOHz以上，因此选择扬声器类振动器在频率范围、体积和可调性上都十分合适。在另一个实施例中，所述振动消除器为套设在所述燃油管外周表面的消声套。消声套可以使扬声器类振动器产生的声波更容易被消除和吸收，避免了声波对燃油管附近的其他装置的影响。在另一个实施例中，所述消声套采用消声材料制成，并包括直管结构部分和U形结构部分，所述振动器设在所述燃油管的内部与所述直管结构部分对应的位置，且设计成向燃油管下游定向传播声波，所述U形结构部分处于燃油流动方向上所述直管结构部分的下游。在直管部分振动器所发出的定向声波可以控制振动传递的方向，而且振动可以被直管结构部分和U形结构部分更容易吸收，避免对声波对燃油管附近的其他装置的影响。而且将振动器设在所述燃油管的内部与所述直管结构对应的位置，且设计成向燃油管下游定向传播声波，这样也使得振动器所产生的振动尽量不传递回燃油管的上游，造成新的脉动影响因素。U形结构部分可以使振动确保在燃油管内耗散，使得该振动不至于传递到下游喷嘴位置，而对该处的燃油流量和压力造成脉动影响。在另一个实施例中，还包括设置在所述振动器和信号采集及处理单元之间的功率放大器。通过功率放大器可以获得需要的声波振动功率。在另一个实施例中，所述信号采集及处理单元能够根据所述流量传感器所在位置的压力脉动信号和所述流量传感器与所述振动器之间的距离估计所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，或者直接将所述流量传感器所在位置的压力脉动信号作为所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率的估计值。在计算振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率时，可以考虑振动器与流量传感器之间的实际距离，根据其实际距离可以根据流量传感器所在位置的幅值、相位和振荡角频率来估算出振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，而如果脉动的波长大于振动器与流量传感器之间的实际距离3倍以上时，就无需计算两者的相位差，可以直接将流量传感器所在位置的压力脉动信号作为振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率的估计值。
此处所 说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:图1为本实用新型燃油流量脉动控制装置的一实施例的结构示意图。图2为本实用新型燃油流量脉动控制装置的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。首先对燃油管的上下游以及喷嘴系统的脉动影响进行分析。流经燃油管的燃油流量主要受到燃烧室腔内压力和燃油管上游的压力影响，可表示为:
权利要求1.一种燃油流量脉动控制装置，其特征在于，包括:流量传感器、振动器和信号采集及处理单元，所述流量传感器和振动器设置在燃油管内，所述信号采集及处理单元分别与所述流量传感器和振动器相连，所述信号采集及处理单元从所述流量传感器接收所述燃油管内的压力脉动信号，根据所述压力脉动信号估计所述振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，并驱动所述振动器发出与估计的幅值相同、振荡角频率相同，而相位相反的振动信号。
2.根据权利要求1所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，还包括用来消除所述振动器发出的振动影响的振动消除器，所述振动消除器设置在所述燃油管的外部。
3.根据权利要求1所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，还包括设置在燃烧室腔内所述燃油管的燃油喷嘴附近的压力传感器，所述压力传感器与所述信号采集及处理单元相连，所述信号采集及处理单元根据所述压力传感器所反馈的压力脉动信号对驱动所述振动器发出的振动信号的相位及幅值进行微调。
4.根据权利要求2所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，所述振动器为扬声器类振动器。
5.根据权利要求4所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，所述振动消除器为套设在所述燃油管外周表面的消声套。
6.根据权利要求5所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，所述消声套采用消声材料制成，并包括直管结构部分和U形结构部分，所述振动器设在所述燃油管的内部与所述直管结构部分对应的位置，且设计成向燃油管下游定向传播声波，所述U形结构部分处于燃油流动方向上所述直管结构部分的下游。
7.根据权利要求6所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，所述消声材料为波峰消声棉。
8.根据权利要求4所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，所述扬声器类振动器为压电陶瓷微型声波发生器。
9.根据权利要求4所述的燃油流量脉动控制装置，其特征在于，还包括设置在所述振动器和信号采集及处理单元之间的功率放大器。
专利摘要本实用新型涉及一种燃油流量脉动控制装置，包括流量传感器、振动器和信号采集及处理单元，流量传感器和振动器设置在燃油管内，信号采集及处理单元分别与流量传感器和振动器相连，信号采集及处理单元从流量传感器接收燃油管内的压力脉动信号，根据压力脉动信号估计振动器所在位置的幅值、相位和振荡角频率，并驱动振动器发出与估计的幅值相同、振荡角频率相同，而相位相反的振动信号。本实用新型在燃油管中靠上游的位置设置流量传感器和振动器，采用主动控制方式，通过实时监测流量传感器所在位置的压力脉动信号，通过振动器在燃油管内发出特定频率和振幅的声波，来抑制流量脉动，以确保燃油喷入燃烧室时燃油量和油气比不产生较大脉动。
文档编号F02C9/28GK202954883SQ20122061475
公开日2013年5月29日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者李辰恺 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司