專利名稱：燃料噴嘴回火檢測的制作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及燃料噴嘴回火檢測。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器具有限定在其中的燃燒區(qū)，并且包括對燃燒區(qū)提供可燃 物質的一個或多個燃料噴嘴。燃料噴嘴包括一個或多個燃燒裝置的組件，燃燒裝置各自具 有限定在其中的通道，例如燃料和空氣的混合物的可燃物質可通過通道朝向燃燒區(qū)行進。 當可燃物質到達燃燒裝置的后端時，可燃物質被點燃并燃燒。通常，這種燃燒出現在燃燒區(qū) 的初級及次級再循環(huán)區(qū)內，并且同時燃燒裝置處的溫度可達到相對高度提升的水平，這些 溫度通常在用于燃燒裝置操作而確立的溫度參數內，而不帶有重大損害。但是，有時會發(fā)生回火。在回火期間，可燃物質的燃燒異常地靠近燃燒裝置或在燃 燒裝置內發(fā)生，并且燃燒裝置處的溫度超過確立的溫度參數。因為燃燒裝置構件典型地未 設計成經受住這樣的條件，因此可相繼導致對燃燒裝置和燃料噴嘴的損害。這種損害可迫 使燃氣渦輪發(fā)動機的高代價的停機、燃燒裝置和燃料噴嘴的修理和/或更換。減小關于任何特定燃料噴嘴或燃燒裝置的回火的可能性可包括設計對于給定燃 料在燃燒裝置管速度方面具有20%余量的燃料噴嘴。也就是說，各特定的燃料噴嘴設計成 用于與選定的燃料一起使用，并且期望在燃氣渦輪操作期間一定數量的那些燃料將以一定 速度供應到燃料噴嘴。但是，存在與20%余量相關聯的缺點，因為在沒有至少重大的測試和 損害風險的情況下代用燃料后期不能代替給定的燃料。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有限定在其中的燃燒區(qū)的渦輪發(fā)動機的燃 燒器，并且燃燒器包括燃料噴嘴，該燃料噴嘴包括兩個或更多個燃燒裝置，各燃燒裝置具 有限定在其中的通道，允許可燃物質通過通道朝向燃燒區(qū)行進；多個傳感器，該多個傳感器 設置成與各燃燒裝置相關聯，以分別探測各燃燒裝置的通道內的靜壓力，并且相應地分別 發(fā)送探測到的靜壓力信號；以及聯接至傳感器且可接收信號的控制器，該控制器構造成從 信號的分析中來確定燃燒裝置中的任何一個是否與回火風險相關聯，并且根據該確定來減 小回火風險。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種渦輪發(fā)動機燃燒器(其具有限定在其中的 燃燒區(qū))的燃料噴嘴的燃燒裝置，并且該燃燒裝置包括在燃燒器的前端處終止的環(huán)形護 罩；中心體，該中心體設置在環(huán)形護罩內以限定在環(huán)形護罩和中心體之間延伸的環(huán)形通道， 可燃物質通過該環(huán)形通道朝向燃燒區(qū)行進；以及多個傳感器，該多個傳感器設置成與護罩 相關聯，以分別探測通道內的靜壓力并且相應地分別發(fā)送探測到的靜壓力信號，以用于確 定回火風險并且用于減小回火風險。根據本發(fā)明的又一個方面，提供了一種控制渦輪發(fā)動機燃燒器的燃料噴嘴的方 法，該燃料噴嘴包括兩個或更多個燃燒裝置，該方法包括探測限定在各燃燒裝置中的通道內的靜壓力；分析靜壓力，以計算各燃燒裝置中的通道內的平均靜壓力；相互比較平均靜 壓力；從比較的結果中確定燃燒裝置中的一個或多個是否與回火風險相關聯；以及根據該 確定來減小與燃燒裝置中的一個或多個相關聯的回火風險。從結合附圖得到的下文描述中，這些和其它優(yōu)點以及特征將變得更加顯而易見。


在說明書結論處的權利要求書中特別指出并明確要求保護了視為本發(fā)明的主題。 從結合附圖得到的下文詳細描述中，本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點是顯而易見的，其 中圖1是渦輪發(fā)動機的燃燒器的側面截面圖；圖2是圖1的燃燒器的燃料噴嘴的透視圖；圖3是燃燒裝置和靜壓力傳感器的放大的側面截面圖；圖4是包括靜壓力傳感器的燃燒裝置的示意圖；以及圖5是示出了操作燃料噴嘴的方法的流程圖。通過參照附圖的實例，詳細描述解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。部件列表
10渦輪發(fā)動機
11首端
20燃燒器
21燃燒區(qū)
30過渡件
40燃料噴嘴
50噴嘴組件
60燃燒裝置
61平面底座
62底座部件
70環(huán)形護罩
71中心體
80環(huán)形通道
90,91 入口92燃料噴射器100燃料輸送系統(tǒng)101, 102, 103 管路110 閥120壓力傳感器121測壓接頭(pressure tap)122 管道130控制器131處理單元
132存儲單元500探測靜壓力510分析靜壓力520比較靜壓力530確定回火風險540減小回火風險550,551 回路
具體實施例方式參照圖1，提供了一種渦輪發(fā)動機10的燃燒器20。燃燒器20具有限定在其中的 燃燒區(qū)21，在該燃燒區(qū)21中可燃物質燃燒以用于產生動力。燃燒器20聯接至過渡件30， 通過該過渡件30將燃燒產物提供給渦輪，在渦輪中燃燒產物促使渦輪葉片圍繞轉子旋轉。參照圖1和2，燃燒器20包括首端11，首端11本身包括至少一個燃料噴嘴40。燃 料噴嘴40可以各種構造被提供，包括但不限于DLN2. 0、DLN 2+、DLN 2. 5+、DLN 2. 6以及DLN 2. 6+構造。作為實例，圖2的燃料噴嘴40表示DLN 2. 6+構造，并且包括噴嘴組件50，在噴 嘴組件50中燃燒裝置60由另外五個燃燒裝置60包圍，其中，各燃燒裝置60定向成彼此平 行。在該組件中，燃燒裝置60由平面底座61 (該平面底座61在結構上由首端11支承)和 底座部件62 (該底座部件62將燃燒裝置60聯接至底座61)支承。參照圖3，各燃燒裝置60包括在燃燒器20的燃燒區(qū)21附近終止的環(huán)形護罩70和 中心體71，中心體71設置在環(huán)形護罩70內。這樣，環(huán)形通道80在環(huán)形護罩70和中心體 71之間的環(huán)形空間中限定在各燃燒裝置60內。允許可燃物質通過環(huán)形通道80朝向燃燒區(qū) 行進。基于渦輪發(fā)動機負載要求、排放要求以及另外的考慮，可燃物質包括處于變化量 的空氣和燃料的混合物?？蓪⒖諝馓峁閴嚎s機產生的壓縮空氣，壓縮空氣通過入口 90和 91進入通道80?？蓪⑷剂咸峁楦鞣N類型的預混合燃料、擴散燃料和/或液體燃料，并且 可通過聯接至燃料源的燃料輸送系統(tǒng)100經由燃料噴射器92以這些形式中的至少一種或 多種被輸送到環(huán)形通道80，該燃料輸送系統(tǒng)100包括管路101、102以及103。沿著各管路 101,102以及103提供閥110，閥110允許控制可輸送到通道80的燃料的量。 參照圖3和4，三個或更多個壓力傳感器120設置成與各燃燒裝置60相關聯，以分 別探測各燃燒裝置60的通道80內的靜壓力。壓力傳感器120還構造成根據探測到的靜壓 力來分別發(fā)送探測到的靜壓力信號。壓力傳感器120可包括測壓接頭121，該測壓接頭121 例如在入口 90和91后面的旋流器的位置和燃料噴射器92的位置之間的燃燒裝置60的軸 向位置處穿過各燃燒裝置60的環(huán)形護罩70。壓力傳感器120還可包括管道122，管道122 安裝到護罩70的外部上，或作為備選方案，管道122限定在護罩70內且作為護罩70本身 的一部分。 參照圖4，各燃燒裝置60的壓力傳感器120周向地設置在對應的燃燒裝置60周 圍，并且以規(guī)則的間距彼此隔開。因此，如圖4中所示，其中，三個壓力傳感器120設置成與 各燃燒裝置60相關聯，各燃燒裝置60的壓力傳感器120彼此隔開120°。當然，應理解的 是超過三個壓力傳感器120可設置成與各燃燒裝置60相關聯，并且在這種情況下，壓力傳感器120之間的間距相應地減小。雖然上文所描述的壓力傳感器120構造與用于各燃燒裝置60的三個或更多個壓 力傳感器120的構造有關，但是這些構造僅是示例性的，并且理解的是一個或兩個壓力傳 感器120的構造是可行的。燃燒器20還包括控制器130，該控制器130聯接至各壓力傳感器120?？刂破?30 可接收探測到的靜壓力信號，并且包括處理單元131和聯接至處理單元131的存儲單元 132。存儲單元132可體現為在其上已存儲了可執(zhí)行的指令的計算機可讀介質，當執(zhí)行指令 時，這些指令使處理單元131從信號的分析中確定燃燒裝置60中的任何一個是否與回火風 險相關聯。處理單元131通過首先計算各燃燒裝置60的通道80內的平均靜壓力來分析信 號。然后充當比較器的處理單元131比較各燃料裝置60相互的平均靜壓力。在此，處理單 元131通過以下方式判定燃燒裝置60中的一個或多個與回火風險相關聯，即，如果燃燒裝 置60中的該一個或多個的相應的通道80內的平均靜壓力比燃燒裝置中的其它的平均值小 了閾值水平。可通過在燃燒裝置60制造的時候完成的測試來建立閾值水平。還可在渦輪 發(fā)動機的生命周期中根據正在進行的性能分析來更新閾值水平。在控制器130的處理單元131判定燃燒裝置60與回火風險相關聯的情況下，控制 器130還構造成減小回火風險。為此，控制器130可可控制地聯接至至少燃料輸送系統(tǒng)100 的閥110。這樣，控制器130可打開或關閉閥110，以便增加或減少可輸送到處于風險的燃 燒裝置60的燃料量。因此，通過關閉與處于風險的燃燒裝置60相關聯的閥110可使處于 風險的燃燒裝置60缺乏燃料，并且可避免關于該燃燒裝置60的回火事件。附加地或備選 地，控制器130可構造成降低渦輪發(fā)動機負載。這樣，渦輪發(fā)動機的整體燃料需求與至少燃 燒區(qū)21內的溫度一起降低。在此，相應地降低了任何特定燃燒裝置60中發(fā)生回火的可能 性。參照圖5和根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種控制渦輪發(fā)動機燃燒器的燃料 噴嘴40的方法，燃料噴嘴40包括兩個或更多個燃燒裝置60。該方法包括探測500限定在各 燃燒裝置中的通道80內的靜壓力、分析510靜壓力以計算各燃燒裝置中的通道80內的平 均靜壓力以及相互比較520靜壓力。根據比較的結果，然后確定530燃燒裝置60中的一個 或多個是否與回火風險相關聯。如果沒有發(fā)現燃燒裝置60處于風險，則控制沿著回路550 返回到靜壓力探測510。相反，如果發(fā)現任何燃燒裝置60處于風險，則減小540與燃燒裝置 60中的一個或多個相關聯的回火風險。隨后，控制沿著回路551返回到靜壓力探測510。如上文所描述的那樣，確定包括通過以下方式判定燃燒裝置60中的一個或多個 與回火風險相關聯，即，如果燃燒裝置60中的該對應的一個或多個的平均靜壓力比燃燒裝 置60中的其它的平均靜壓力小了閾值水平。類似地，減小包括降低可輸送到處于風險的燃 燒裝置60中的一個或多個的燃料量以及/或者降低渦輪發(fā)動機負載。雖然已經結合僅僅有限數量的實施例來描述了本發(fā)明，但是應容易地理解，本發(fā) 明不限于這些公開的實施例。相反，本發(fā)明可修改成結合迄今未描述但與本發(fā)明的精神和 范圍相當的任何數量的變化、修改、替換或等同布置。另外，雖然已經描述了本發(fā)明的各種 實施例，但應理解的是本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實施例中的一些。因此，本發(fā)明不應 被視為由前文的描述限制，而是僅由所附權利要求的范圍限制。
權利要求
一種渦輪發(fā)動機(10)的燃燒器(20)，所述燃燒器(20)具有限定在其中的燃燒區(qū)(21)，所述燃燒器(20)包括包括兩個或更多個燃燒裝置(60)的燃料噴嘴(40)，各燃燒裝置(60)具有限定在其中的通道(80)，可燃物質允許通過所述通道(80)朝向所述燃燒區(qū)(21)行進；多個傳感器(120)，所述多個傳感器(120)設置成與各燃燒裝置(60)相關聯，以分別探測各燃燒裝置(60)的通道(80)內的靜壓力，并且相應地分別發(fā)送所探測的靜壓力信號；以及聯接至所述傳感器(120)且可接收所述信號的控制器(130)，所述控制器(130)構造成從所述信號的分析中來確定所述燃燒裝置(60)中的任何一個是否與回火風險相關聯，并且根據所述確定來減小所述回火風險。
2.根據權利要求1所述的燃燒器(20)，其特征在于，所述控制器(130)通過計算各燃 燒裝置(60)的平均靜壓力以及將平均值與所述燃燒裝置(60)中的其它燃燒裝置的平均值 進行比較來分析所述信號。
3.根據權利要求2所述的燃燒器(20)，其特征在于，在以下情況中所述燃燒裝置(60) 中的一個或多個與所述回火風險相關聯，即，如果所述燃燒裝置(60)中的對應的一個或多 個的平均值比所述燃燒裝置(60)中的其它的平均值小了閾值水平。
4.根據權利要求3所述的燃燒器(20)，其特征在于，通過測試來確立所述閾值水平。
5.根據權利要求4所述的燃燒器(20)，其特征在于，通過測試來確立所述閾值水平，并 且在所述渦輪發(fā)動機(10)的壽命周期期間對所述閾值水平進行更新。
6.根據權利要求1所述的燃燒器(20)，其特征在于，所述控制器(130)可控制地聯接 至燃料系統(tǒng)(100)，通過所述燃料系統(tǒng)(100)可將一定量的燃料輸送到各燃燒裝置(60)，以 改變燃料的量。
7.根據權利要求1所述的燃燒器(20)，其特征在于，所述控制器(130)構造成降低渦 輪發(fā)動機(10)負載。
8.一種渦輪發(fā)動機(10)燃燒器(20)的燃料噴嘴(40)的燃燒裝置(60)，所述燃燒器 (20)具有限定在其中的燃燒區(qū)(21)，所述燃燒裝置(60)包括在所述燃燒器(20)的前端處終止的環(huán)形護罩(70)；中心體(71)，所述中心體(71)設置在所述環(huán)形護罩(70)內以限定在所述環(huán)形護罩 (70)和所述中心體(71)之間延伸的環(huán)形通道(80)，可燃物質通過所述環(huán)形通道(80)朝向 所述燃燒區(qū)(21)行進；以及多個傳感器(120)，所述多個傳感器(120)設置成與所述護罩(70)相關聯，以分別探測 所述通道(80)內的靜壓力，并且相應地分別發(fā)送探測到的靜壓力信號，以用于確定回火風 險并且用于減小所述回火風險。
9.一種控制渦輪發(fā)動機(10)燃燒器(20)的燃料噴嘴(40)的方法，所述燃料噴嘴(40) 包括兩個或更多個燃燒裝置(60)，所述方法包括探測限定在各燃燒裝置(60)的通道(80)內的靜壓力；分析所述靜壓力，以計算各燃燒裝置(60)的通道(80)內的平均靜壓力；對各燃燒裝置(60)的平均靜壓力進行相互比較；從所述比較的結果中來確定所述燃燒裝置(60)中的一個或多個是否與回火風險相關聯；以及根據所述確定來減小與所述燃燒裝置(60)中的一個或多個相關聯的回火風險。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，通過以下方式判定所述燃燒裝置(60)中 的一個或多個與所述回火風險相關聯，即，如果所述燃燒裝置(60)中的對應的一個或多個 的平均值比所述燃燒裝置(60)中的其它的平均值小了閾值水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料噴嘴回火檢測，具體而言，提供了一種具有限定在其中的燃燒區(qū)(21)的渦輪發(fā)動機(10)的燃燒器(20)，并且燃燒器包括燃料噴嘴(40)，該燃料噴嘴包括兩個或更多個燃燒裝置(60)，各燃燒裝置具有限定在其中的通道(80)，允許可燃物質通過通道朝向燃燒區(qū)行進；多個傳感器(120)，該多個傳感器設置成與各燃燒裝置相關聯，以分別探測各燃燒裝置中的通道內的靜壓力，并且相應地分別發(fā)送探測到的靜壓力信號；以及聯接至傳感器且可接收信號的控制器(130)，該控制器構造成從信號的分析中確定燃燒裝置中的任何一個是否與回火風險相關聯，并且根據該確定來減小回火風險。
文檔編號F23D14/00GK101876434SQ20101017518
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者G·C·弗里德里克 申請人:通用電氣公司