[发明专利]用于监测燃烧器的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于监测燃烧器的系统和方法。在特定的实施例中，燃烧器喷嘴可包括传感器，以便监测燃烧器中的一个或者多个条件。

背景技术

燃气涡轮、飞行器发动机及许多其它的基于燃烧的系统包括一个或者多个燃烧器，燃烧器将工作流体(诸如空气)与燃料混合，并且点燃燃料－空气混合物以便产生高温和高压的燃烧气体。图1示出了示范性的燃烧器10的简化截面图，其例如可包括在燃气涡轮中。外壳12可围绕燃烧器10，以便容纳流到燃烧器10的压缩的工作流体，并且燃烧器10可包括径向地布置在顶盖16和端罩18之间的一个或者多个喷嘴14。端罩18可包括用于将气态燃料、液态燃料、空气和/或水供给穿过喷嘴14的多个管、歧管、相关联的阀等(未示出)。顶盖16和衬套20大体围绕和限定位于喷嘴14下游的燃烧室22，并且衬套20下游的过渡件24将燃烧室22连接到涡轮入口26。具有流孔30的冲击套筒28可围绕过渡件24，以便在冲击套筒28和过渡件24之间限定环形通道32。压缩的工作流体可穿过冲击套筒28中的流孔30以流过环形通道32，以便向过渡件24和衬套20提供对流冷却。当压缩的工作流体到达端罩18时，压缩的工作流体反转方向，以便流过一个或者多个喷嘴14，在喷嘴处，压缩的工作流体与燃料混合，之后在燃烧室22中点燃，以便产生具有高温和高压的燃烧气体。

在燃烧器10运行期间，可能会发生异常，其增加被管制的燃烧产物的排放、降低燃烧器的效率和/或降低燃烧器10内的构件的寿命。例如，燃烧器10内的过高的火焰温度可造成过度燃烧的状态，因此导致对燃烧室22或者下游构件的损伤。另外，过高的火焰温度可导致增加的排放物，并且可能需要到达燃烧器10的增加的冷却流，因此降低了燃烧器的效率。相似地，贫燃熄火(LBO)事件（以由于太稀薄的空气/燃料混合物而引起的熄灭的火焰为特征）增加了排放物且还降低了燃烧器效率。没有足够的监测，燃烧器10可能不会满足排放标准，可能会经历缩短的寿命，并且/或者可能以降低的效率运行。

对于监测燃烧器10中的条件而言，本领域中已知许多系统。例如，燃烧器10可包括一个或者多个传感器34，传感器34探测和/或测量燃烧器10中的各种条件，诸如温度、压力、光和燃烧器10中实质上任何其它可测量的操作参数。如在图1中所示，传感器34可安装在穿过外壳12和/或衬套20的一个或者多个口36中，以便允许传感器34访问或者探测燃烧室22内部的条件。沿着燃烧室22的侧面定位传感器34具有若干缺点。例如，图1中示出的传感器34各自都需要通过燃烧器10的外壳12和/或衬套20的穿孔(penetration)，产生了穿过穿孔或在穿孔周围的潜在泄漏和/或湍流源。另外，沿着燃烧器10的侧面定位的传感器34必然干扰沿着衬套20外部流动的工作流体流，因此增加了越过燃烧器10的工作流体的压差，这会降低燃气涡轮的总的效率。这两个缺点，以及与侧面安装的传感器34相关的其它缺点，减少了可用来在喷嘴14中与燃料混合的工作流体的量和/或流率。可用于与燃料预混合的工作流体的量对最高燃烧温度和NOx排放有直接的影响。

已经做出了更多新近的尝试来将传感器34结合到燃烧器10的尾端，以便减少或者消除与工作流体流的任何干扰。尽管如此，位于燃烧器的尾端中的喷嘴14的尺寸和数量必然限制可用于传感器34的表面面积。因此，用于监测燃烧器10的、减少或者消除了穿过燃烧器10的侧面的穿孔和/或与工作流体的干扰的改进的系统和方法将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点下面在随后的描述中阐明，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践来学习。

本发明的一个实施例是燃烧器喷嘴，其包括限定轴向中心线的中心体。围罩周向地围绕中心体的至少一部分，以便在中心体和围罩之间限定环形通道。腔室在中心体内部，并且基本上平行于轴向中心线而对齐(align)。传感器在中心体内部延伸，并且大体与腔室邻近，其中，传感器探测燃烧器喷嘴附近的条件。

本申请的另一个实施例是燃烧器，其包括端盖和径向地设置在端盖中的多个喷嘴。多个喷嘴中的至少一个包括限定轴向中心线的中心体和中心体内部的传感器，其中，传感器探测燃烧器喷嘴附近的条件。

本发明的实施例还可包括用于监测燃烧器的方法。该方法包括：使燃料流过在喷嘴中沿轴向对齐的中心体；和使工作流体流过基本与中心体平行且径向地在中心体外侧的环形通道。该方法进一步包括使用位于中心体内部的传感器来感测燃烧器内部的条件。

在审阅说明书之后，本领域内的普通技术人员将更好地了解这些实施例和其它实施例的特点和方面。

附图说明