[发明专利]对具有排气再循环的燃气涡轮系统的化学计量燃烧控制

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求2013年10月30日提交的名称为“对具有排气再循环的燃气涡轮系统的化学计量燃烧控制(STOICHIOMETRICCOMBUSTIONCONTROLFORGASTURBINESYSTEMWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION)”的美国非临时专利申请号14/067,797，2012年12月28日提交的名称为“对具有排气再循环的燃气涡轮系统的化学计量燃烧控制(STOICHIOMETRICCOMBUSTIONCONTROLFORGASTURBINESYSTEMWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION)”的美国临时专利申请号61/747,209，2012年11月2日提交的名称为“用于在化学计量排气再循环燃气涡轮系统中扩散燃烧的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORDIFFUSIONCOMBUSTIONINASTOICHIOMETRICEXHAUSTGASRECIRCULATIONGASTURBINESYSTEM)”的美国临时专利申请号61/722,118，2012年11月2日提交的名称为“用于在化学计量排气再循环燃气涡轮系统中利用燃料-稀释剂混合扩散燃烧的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORDIFFUSIONCOMBUSTIONWITHFUEL-DILUENTMIXINGINASTOICHIOMETRICEXHAUSTGASRECIRCULATIONGASTURBINESYSTEM)”的美国临时专利申请号61/722,115，2012年11月2日提交的名称为“用于在化学计量排气再循环燃气涡轮系统中利用氧化剂-稀释剂混合扩散燃烧的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORDIFFUSIONCOMBUSTIONWITHOXIDANT-DILUENTMIXINGINASTOICHIOMETRICEXHAUSTGASRECIRCULATIONGASTURBINESYSTEM)”的美国临时专利申请号61/722,114，和2012年11月2日提交的名称为“用于在化学计量排气再循环燃气涡轮系统中利用扩散燃烧负载控制的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORLOADCONTROLWITHDIFFUSIONCOMBUSTIONINASTOICHIOMETRICEXHAUSTGASRECIRCULATIONGASTURBINESYSTEM)”的美国临时专利申请号61/722,111的优先权和权益，所有这些出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

发明背景

本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，以及更具体地涉及燃气涡轮的化学计量控制系统和方法。

燃气涡轮发动机在各种各样的应用中使用，例如发电、航空器以及多种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧室部分中燃烧燃料与氧化剂(例如，空气)以产生热的燃烧产物，其然后驱动涡轮部分的一个或多个涡轮级(stage)。依次地，涡轮部分驱动压缩机部分的一个或多个压缩机级，从而压缩氧化剂以连同燃料一起进气到燃烧室部分中。再一次，燃料和氧化剂在燃烧室部分中混合，然后燃烧以产生热的燃烧产物。燃气涡轮发动机一般沿着燃烧室部分的燃烧腔的上游的一条或多条流动路径预混合燃料和氧化剂，并且因此燃气涡轮发动机一般使用预混合火焰操作。不幸地，预混合火焰可能难以控制或维持，其可影响各种排气排放物和动力需求。此外，燃气涡轮发动机通常消耗大量空气作为氧化剂，并将大量排气输出到大气中。换句话说，排气通常作为燃气涡轮运行的副产物被浪费。

发明内容

在下面概括与最初要求保护的发明范围相称的某些实施方式。这些实施方式不意欲限制要求保护的发明的范围，而是这些实施方式仅意欲提供发明的可能形式的简要概括。事实上，发明可包括多种形式，其可类似于或不同于下面提出的实施方式。

在第一实施方式中，系统包括传感器，其配置为通信代表燃气涡轮运行的信号。该系统进一步包括控制器，其通信地连接至传感器。该系统额外地包括化学计量模型，其配置为接收代表燃气涡轮运行的一个或多个输入和测量的当量比，其中控制器配置为将信号转换为一个或多个输入并基于目标当量比使用化学计量模型来导出致动信号(actuationsignal)。

在第二实施方式中，方法包括感测燃气涡轮发动机的运行，并且传送代表燃气涡轮运行的传感器信号。该方法进一步包括将传感器信号转化为模型输入并将模型输入通信至化学计量模型中。该方法额外地包括使用化学计量模型导出目标当量比并将目标当量比与测量的当量比进行比较。该方法还包括基于比较目标当量比与测量的当量比导出致动信号和将致动信号传送至致动器。