[发明专利]用于点燃燃烧器的系统与方法

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及一种用于点燃燃烧器的系统与方法。在特定实施例中，所述系统与方法可以采用激光器来提供聚焦光束用于点燃燃烧器内的燃料。

背景技术

用于用空气点燃燃料以产生高温高压燃烧气体的燃烧器在本领域内为人所知。例如，燃气涡轮系统、航空发动机以及众多其他基于燃烧的系统包括一或多个燃烧器，其将诸如空气的工作流体和燃料进行混合、并点燃该混合物以产生高温高压燃烧气体。各燃烧器一般包括点火器以启动燃烧，这种燃烧随后变为自我维持燃烧。另外，点火器可以用于在需要时重新启动燃烧。例如，具有多个燃烧器的燃气涡轮系统在单一燃烧器偶尔中断燃烧时，若不立即重新点火，会引起燃烧涡轮系统不可预见的或未按计划的关闭。同样地，航空发动机偶尔在所知的在通常自持燃烧下产生不稳定性的状态下运行，并因此可能在需要时使用可以快速地并可靠地重新启动燃烧的点火器。

用于点燃燃烧器的各种系统在本领域内为人所知。例如，常规点火器通常包括火花塞，其在燃烧器内提供火花以点燃燃料和空气混合物。为了有效地操作，由火花塞产生的火花必须与燃料足够近以点燃所述燃料。这一般要求将火花塞插入燃烧室以到达燃料喷雾或者增加燃料喷雾的宽度以使其到达火花塞。将火花塞插入燃烧器会干扰燃烧器内的燃料、空气和燃烧气体的流动，且增加到达火花塞的燃料喷雾的宽度会降低一旦燃烧启动并保持燃烧时燃烧器的效率。有用的解决方案是将火花塞伸进燃烧器以启动燃烧、并一旦燃烧启动就缩回火花塞。然而，如果伸缩火花塞的机构失灵，那么火花塞就变得不可操作了。

最近，多次尝试并入激光器作为点火源。激光器可以位于燃烧器的外侧，并仍能在燃烧器内较狭窄的燃料喷雾的路径上产生具有焦点的激光束。在激光器与焦点之间的窗口或者透镜在燃烧气体与激光器之间提供一个遮板以保护聚焦镜。然而，异物碎片、油、燃料、燃烧气体以及其他污染物易于随着时间的流逝而污染窗口或者透镜。随着窗口或者透镜受到污染，窗口或者透镜可能会折射或者扭曲激光束。所述激光束的折射或者扭曲可能移动所述激光束的焦点，从而使得所述激光束的焦点不再与狭窄的燃料喷雾相一致，导致点火器不能操作。此外，激光束的新焦点可能会对燃烧器和/或激光器产生损害。透镜表面的物质污染可能由于污染物质对激光能量的吸收而快速加热透镜表面。透镜表面快速的温度改变可以导致透镜永久的老化或者故障。因此，用于点燃燃烧器的改良的系统与方法将会有用。

发明内容

本发明的各方面和优点在以下的描述中进行阐述，或者从所描述中显而易见，或者可以通过实践本发明而加以了解。

本发明提供一种用于燃烧器的点燃系统，其包括：一个入口，其穿过所述燃烧器的壁；一个激光器，设于所述燃烧器的外部并与所述入口对准，其中所述激光器沿一路径产生光束；一个透镜，位于所述光束的所述路径上，其中所述透镜在所述燃烧器内将所述光束聚焦在焦点上；以及一个遮板，其具有在所述路径上的第一位置以及在所述路径外的第二位置。其中，在所述燃烧器内的所述光束的所述路径与流过所述燃烧器的流体基本上垂直。其中所述遮板相对于所述光束基本上透明。

所述点燃系统进一步包括一个用于在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述遮板的装置，一个与所述遮板接触的擦拭器，一个用于检测所述遮板的状态的装置，一个光纤束，和/或一个偏置部件，其可操作地连接到所述遮板以将所述遮板偏置到所述第二位置。

本发明可进一步提供一种用于燃烧器的点燃系统，其包括：入口，其穿过所述燃烧器的壁；激光器，设于所述燃烧器的外部并与所述入口对准，其中所述激光器沿一路径产生光束；以及光纤束，位于所述路径上，其中所述光纤束在所述燃烧器内将所述光束聚焦在焦点上。所述光束的所述路径与流过所述燃烧器的流体基本上垂直。

所述点燃系统进一步包括一个遮板，其具有在所述路径上的第一位置以及在所述路径外的第二位置；一个用于在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述遮板的装置；一个与所述遮板接触的擦拭器；一个偏置部件，其可操作地连接到所述遮板以将所述遮板偏置到所述第二位置；和一个用于检测所述遮板的状态的装置。其中，所述遮板对于所述光束基本上透明。

本发明还提供一种用于点燃燃烧器的方法，其包括：沿路径产生光束；在所述燃烧器内将所述光束聚焦在焦点上；以及从所述路径上的第一位置将遮板移动至所述路径外的第二位置。所述方法还可包括采用光纤束聚焦所述光束，自所述第二位置将所述遮板移动至所述第一位置，和检测所述遮板的状态等步骤。

本领域技术人员在阅读说明书后更加领会此类以及其他实施例的特征和各方面及其他。

附图说明