[发明专利]燃气涡轮机燃烧动态变化控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于控制燃气涡轮发动机的运行的方法，且更特别地，涉及在燃气涡轮机中控制燃烧动态变化(combustion dynamics)的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和联接到压缩机上的涡轮。燃烧器可包括多个燃烧器管。将压缩的空气和燃料输送至燃烧器管中以产生高速且高压的燃烧气体。将这些燃烧气体排至涡轮。涡轮从燃烧气体中提取能量，以产生可以以若干方式使用的功率，比方说，例如驱动压缩机、驱动发电机或驱动飞行器。

燃气涡轮发动机在不同的负载状况下运行，这使得对于燃烧器需要变化的燃烧运行状况，以满足期望的性能。在一些状况下，燃烧现象会与燃烧器的自然态互相作用，建立反馈循环。这导致了高振幅的压力波动或扰动。这些压力扰动称为燃烧动态变化。燃烧动态变化会限制燃气涡轮机的运行状况并且还会导致硬件损坏或计划外的停机。

燃烧动态变化是所有类型的燃烧器面对的问题。归因于设计，燃烧动态变化对为实现降低的排放而开发的现代预混合燃烧系统而言相对更严重。因而需要提供一种用来在燃气涡轮发动机中控制燃烧动态变化的方法。

发明内容

根据本文公开的一个实施例，燃气涡轮发动机控制系统包括数据获取和分析系统及燃烧动态变化控制系统，数据获取和分析系统用于从燃烧动态变化传感器接收信号并且提供输出信号，燃烧动态变化控制系统用于基于输出信号控制燃烧动态变化。控制系统与吹扫空气流相关，并且包括声学驱动器、或流操纵装置、或两者，以扰动进入燃烧器管的吹扫空气流，从而控制燃烧动态变化。

根据本文公开的另一个实施例，燃气涡轮发动机控制方法包括从燃烧动态变化传感器接收信号，并且基于接收到的信号通过使用声学信号、流操纵或它们的组合而扰动进入燃烧器管的吹扫空气流，从而控制燃烧动态变化。

根据本文公开的另一个实施例，一种用于燃气涡轮发动机的系统包括数据获取和分析系统及燃烧动态变化控制系统，数据获取和分析系统用于从燃烧动态变化传感器接收信号并且提供输出信号，燃烧动态变化控制系统用于基于输出信号控制燃烧动态变化。该控制系统包括控制器，以及声学驱动器、流操纵装置和用于输送流进入燃烧器管的专用流通道中的至少一个，以扰动进入燃烧器管的吹扫空气流、扰动燃烧器管中的涡旋现象(vortex phenomenon)或扰动两者，从而控制燃烧动态变化。

根据本文公开的另一个实施例，一种燃气涡轮发动机控制方法包括从燃烧动态变化传感器接收信号，并且基于接收到的信号，通过使用声学信号、流操纵、进入燃烧器管中的专用流或它们的组合而扰动进入燃烧器管的吹扫空气流或燃烧器管中的涡旋现象或两者，从而控制燃烧动态变化。

附图说明

当参考附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，贯穿这些附图，在其中，相同标号代表相同部件，其中：

图1是燃气涡轮发动机系统的示意图。

图2是燃气涡轮机燃烧器的示意图。

图3图示了燃气涡轮机燃烧器系统的一部分。

图4图示了根据本文公开的多个方面的燃气涡轮发动机控制系统的功能方块图。

图5图示了根据本文公开的多个方面的数据获取和分析系统的方块图。

图6图示了根据本文公开的多个方面的燃气涡轮机控制方法的方块图。

部件列表

10 燃气涡轮发动机

12 压缩机

14 多管式燃烧器

16 涡轮

18 燃烧室

20 燃气涡轮机燃烧系统

22 燃烧器管

24 燃烧室

26 衬里

28 喷嘴

30 燃烧器管道

32 旋流器

34 吹扫空气供应管路

36 涡旋结构

38 火焰表面

40 燃气涡轮发动机控制系统

42 数据获取和分析系统

44 燃烧动态变化传感器

46 燃烧动态变化控制系统

48 燃烧器管

50 来自传感器的信号

52 输出信号

54 控制器

56 声学驱动器

58 声学驱动器

60 流操纵装置

62 专用流通道

64 吹扫空气流

66 声学信号

70 扰动阀

72 流

80 信号处理技术

82 信号

84 抗混叠滤波器

86 带通滤波器

88 块