[发明专利]控制燃烧动态的系统和方法

说明书

技术领域

该发明总体涉及燃烧动态现象(combustion dynamics)，并且更具体地涉及通过声学控制和/或消除燃料喷射位置处的燃料流波动对基于航空的燃气涡轮和基于地面的燃气涡轮(aviation and land-based gas turbine)进行燃烧动态控制的系统和方法。

背景技术

当火焰的内在不稳定性与燃烧室的固有模式耦合并建立反馈循环时，燃烧动态现象产生，由此导致高振幅的压力扰动并且对相应硬件可能造成重大损坏。已知的是，燃烧动态现象困扰着燃气涡轮在发电、原动机、航空、航海领域的应用。

由于预混合燃烧系统的引入，因此燃烧动态现象对于燃气涡轮制造商是普遍的问题，并且成为燃气涡轮制造商所面临的最大挑战之一。已采用各种技术来解决燃烧动态现象，包括但不局限于改变产生的机构、变更燃烧室的尺寸或者通过使用主动/被动装置/方法阻止和控制/抑制该问题。

当保持于非常高的振幅时，燃烧动态现象导致灾难性的燃烧室的损坏/失效。即使不太严重，它也限制了燃气涡轮的工作包线(operational envelope)并且阻碍了最佳可能性能。燃烧动态现象仍然是现有已安装的燃气涡轮的普遍问题。进一步地，由于更严格的排放法规和燃料适应性，有关燃烧动态现象的问题预期将变得更糟。

鉴于前述内容，需要一种用于控制基于航空的燃气涡轮和基于地面的燃气涡轮中的燃烧动态现象的系统和方法，以获得关于排放和功率输出的最佳操作性能。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种燃烧动态控制系统，其包括：燃料喷射器，其构造成经由燃料喷射口接收预混合燃料；以及声学驱动器，其构造成响应于控制信号驱使跨过燃料喷射口的压力扰动基本上为零，使得响应于该控制信号跨过燃料喷射口的燃料流扰动基本上为零。

所述的烧动态控制系统还包括：传感器，所述传感器构造成测量跨过所述燃料喷射口的声压并由此产生信号；信号调节装置，所述信号调节装置构造成调节所述传感器信号并由此产生经调节的传感器信号；以及控制器，所述控制器构造成响应于所述经调节的传感器信号产生声学驱动器控制信号。

所述燃料喷射器是选自基于航空电子设备的燃气涡轮燃料喷射器和基于地面的燃气涡轮燃料喷射器的燃气涡轮燃料喷射器。所述信号调节装置被构造成将时域传感器信号转换成频域传感器信号以产生所述经调节的传感器信号。或者，所述信号调节装置被构造成对所述传感器信号进行带通过滤以产生所述经调节的传感器信号。

本发明的另一个实施例涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃烧动态控制系统，该燃烧动态控制系统包括：燃料喷射器；预混合燃料管，成经由预混合燃料管喷射口将预混合燃料输送至燃料喷射器；以及声学驱动器，其构造成响应于控制信号驱使跨过预混合燃料管喷射口的压力扰动基本上为零，使得响应于该控制信号跨过预混合燃料管喷射口的燃料流扰动基本上为零。

所述燃烧动态控制系统还包括：传感器，所述传感器构造成测量跨过所述预混合燃料喷射口的声压并由此产生信号；信号调节装置，所述信号调节装置构造成调节所述传感器信号并由此产生经调节的传感器信号；以及控制器，所述控制器构造成响应于所述经调节的传感器信号产生声学驱动器控制信号。

所述燃气涡轮发动机选自基于航空电子设备的燃气涡轮发动机和基于地面的燃气涡轮发动机。所述信号调节装置被构造成将时域传感器信号转换成频域传感器信号以产生所述经调节的传感器信号。或者，所述信号调节装置被构造成对所述传感器信号进行带通过滤以产生所述经调节的传感器信号。

根据本发明的另一个实施例，一种操作燃气涡轮发动机的方法包括：经由预混合燃料管喷射口将预混合燃料喷射入燃气涡轮发动机燃料喷射器的主流道；以及在将预混合燃料喷射入主流道的同时，将声脉冲传输至主流道内，从而使得声脉冲响应于控制信号驱使跨过预混合燃料管喷射口的压力扰动基本上为零，使得响应于该控制信号跨过预混合燃料管喷射口的燃料流扰动基本上为零。

所述的方法还包括：在所述预混合燃料的喷射期间测量跨过所述预混合燃料喷射口的声压，并且由此产生传感器信号；调节所述传感器信号，并且由此产生经调节的传感器信号；以及响应于所述经调节的传感器信号产生所述声学驱动器控制信号。

调节所述传感器信号包括将时域传感器信号转换成频域传感器信号以产生所述经调节的传感器信号。调节所述传感器信号包括对所述传感器信号进行带通过滤以产生所述经调节的传感器信号。

附图说明

在参照附图阅读下面的详细说明之后，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中：