[发明专利]用于衰减燃气涡轮发动机中的燃烧动力学的燃烧系统和方法

说明书

本公开涉及操作燃烧系统以衰减燃烧动力学的方法。所述方法包括：使总空气供应通过压缩机区段流动到所述燃烧系统；使总燃料流通过燃料供应系统流动到所述燃烧系统；使第一燃料供应流动到所述燃烧系统的第一燃料喷嘴，所述第一燃料供应在所述第一燃料喷嘴处形成富燃燃料空气混合物；使第二燃料供应流动到所述燃烧系统的第二燃料喷嘴，所述第二燃料供应在所述第二燃料喷嘴处形成贫燃燃料空气混合物；以及点燃所述富燃燃料空气混合物和所述贫燃燃料空气混合物，在所述燃烧系统的燃烧室处产生总燃料空气比。

本申请是2018年08月20日所提出的申请号为201810947074.4，发明名称为“用于衰减燃气涡轮发动机中的燃烧动力学的燃烧系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的主题大体上涉及用于衰减燃气涡轮发动机燃烧器中的燃烧动力学的方法和结构。

背景技术

用于燃气涡轮发动机的燃烧系统任务通常是降低多种排放，例如，一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、未燃烧碳氢化合物(UHC)、烟以及氮的氧化物(NO_x)，并降低燃烧动力学，例如可导致不期望的振动和声音从而损害发动机硬件、性能和可操作性的压力振荡。同时，燃烧器组件必须操作到期望的总燃料空气比，来为燃气涡轮发动机产生期望的输出能量。更进一步，对于航空、工业或航海目的，燃烧器组件必须保持相对简单。

然而，在产生必需的能量输出时降低排放、衰减燃烧动力学、保持简单大体上包括相冲突的设计标准。用于降低排放的一种已知解决方案包括分级燃烧，其中，燃烧器组件的多个燃料喷嘴在各种发动机操作条件下限定几次“打开”燃料喷嘴和几次“关断”燃料喷嘴，例如点火/再点火，次空转，空转及通常低功率条件。尽管分级燃烧提供例如CO和UHC的排放物的某种降低，但对打开/关断燃料喷嘴的部分的选择性燃料喷射导致在由打开/关断燃料喷嘴的交替部分产生的个别燃烧区的外边缘的燃烧过程的衰减，因此会降低燃烧效率，导致在燃烧过程中其它地方形成例如UHC、CO或两者的排放物。更进一步，这些布置还遇到升高的燃烧动力学。而且，燃料喷嘴的打开/关断布置导致更大的环形或周向温度变化(即热点)，这会不利地影响涡轮效率。更进一步，尽管这些布置提供在低功率的某种贫油熄灭(LBO)益处，但已知布置不可以提供燃烧动力学的降低以及排放物的降低，不可以缓解高功率输出的热点。

因此，需要能提供衰减燃烧动力学，降低排放并减少周向温度分布的变化的燃烧系统。

发明内容

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。

本公开涉及操作燃烧系统以衰减燃烧动力学的方法。所述方法包括：通过压缩机区段使总空气供应流动到所述燃烧系统；通过燃料供应系统使总燃料流流动到所述燃烧系统；使第一燃料供应流动到所述燃烧系统的第一燃料喷嘴，所述第一燃料供应限定在所述第一燃料喷嘴处的富燃料空气混合物；使第二燃料供应流动到所述燃烧系统的第二燃料喷嘴，所述第二燃料供应限定在所述第二燃料喷嘴处的贫燃料空气混合物；以及点燃所述富燃料空气混合物和所述贫燃料空气混合物，在所述燃烧系统的燃烧室处产生总燃料空气比。

在各个实施例中，所述方法还包括至少基于所述总空气供应和所述总燃料供应，确定在所述燃烧室处的期望总燃料空气比。

在一个实施例中，所述方法还包括基于所述总燃料流确定对于所述第一燃料喷嘴和对于所述第二燃料喷嘴的燃料分配，所述总燃料流还至少基于发动机的操作条件、所述总空气供应和所述期望的总燃料空气比。

在另一实施例中，所述燃料分配将对于所述第一燃料喷嘴的第一燃料供应限定为所述总燃料供应的至少50％。

在又一实施例中，当所述发动机的操作条件小于最大功率操作条件时，所述燃料分配限定与对于所述第二燃料喷嘴的第二燃料供应不同的对于所述第一燃料喷嘴的第一燃料供应的量，所述第一燃料喷嘴限定第一当量比，所述第二燃料喷嘴限定第二当量比。