本發(fā)明涉及控制燃燒裝置、特別地是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料分流的方法和裝置。

背景技術(shù)：

燃燒裝置(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))的燃燒器完成提供熱工作流體以機(jī)械地驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步下游的部件的任務(wù)，例如以對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)葉片起作用以產(chǎn)生附接有渦輪機(jī)葉片的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)主要目標(biāo)是以高效率操作這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，燃燒器中或渦輪機(jī)部的初始區(qū)域中的溫度必須停留在可接受的特定溫度水平以下(歸因于所使用的材料和涂層)。更進(jìn)一步的目標(biāo)是減少發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。另一目標(biāo)使具有可靠且穩(wěn)定的操作。這些目標(biāo)中的大多數(shù)彼此沖突。

例如可以使用中等熱值燃料(MCV燃料)和低熱值燃料(LCV燃料)以減少NOx排放。另一方面這些燃料會(huì)造成不穩(wěn)定的燃燒。選擇具有特定熱值的燃料可能不是選項(xiàng)，因?yàn)榭赡艿哪繕?biāo)是提供可用不同類型的燃料可靠地操作的燃燒器。

為支持穩(wěn)定的燃燒并為了可靠的火焰點(diǎn)火和起動(dòng)程序，可以在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器內(nèi)的不同位置處給燃燒器提供燃料。也可以給這些不同位置提供單獨(dú)燃料供給量。可以在第一位置處提供主燃料，其應(yīng)該在穩(wěn)態(tài)操作模式期間對(duì)于設(shè)計(jì)的穩(wěn)定工作點(diǎn)來說是充分?？梢栽谌紵鲀?nèi)的第二位置或部位處提供所謂的先導(dǎo)燃料，其可以特別地在起動(dòng)、瞬態(tài)或不穩(wěn)定操作期間被噴射。

在燃燒器的操作期間，燃料分流(主、先導(dǎo)燃料之間的分流)可以調(diào)整，特別地經(jīng)由閥來調(diào)整。這允許了遍及起動(dòng)、瞬態(tài)和/或穩(wěn)定的操作具有優(yōu)化的配置。

燃料分流設(shè)定可以是預(yù)定的，特別地從計(jì)算中給出和從發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試推導(dǎo)出。在操作期間，燃料分流設(shè)定根據(jù)預(yù)定值來控制。

根據(jù)WO 2011/137110 A1，由自動(dòng)調(diào)諧控制器控制實(shí)施的調(diào)諧處理被提供用于測(cè)量和調(diào)整燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒動(dòng)力學(xué)和排放組成。調(diào)諧處理包括監(jiān)測(cè)諸如燃燒動(dòng)力學(xué)和排放組成等的參數(shù)。在確定所監(jiān)測(cè)的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)超過臨界值時(shí)，將這些“失調(diào)”參數(shù)與掃描順序表進(jìn)行比較。接著將第一失調(diào)參數(shù)作為重疊的斜率繪制在各自的圖上，其中圖代表燃料-流動(dòng)分流。當(dāng)選擇燃料-流動(dòng)分流用于調(diào)整時(shí)，通過考慮到對(duì)各失調(diào)參數(shù)的組合影響將針對(duì)各圖的斜率一起考慮。

GB 2 434 437 A和US 2007/271024 A1還示出了可以如何在操作期間選擇和調(diào)整燃料分流設(shè)定的程序。

如果所供給的燃料的化學(xué)組成隨著時(shí)間而改變、例如當(dāng)進(jìn)行不同燃料的切換時(shí)、當(dāng)來自不同源的燃料被共混時(shí)或者當(dāng)所供給的燃料隨著時(shí)間而改變其化學(xué)組成時(shí)，變得甚至更加復(fù)雜。所有這些都可以造成燃料的發(fā)熱值(heating value)的改變。作為結(jié)果，即使燃燒器假定在穩(wěn)定的條件下操作，發(fā)熱值的改變也可以導(dǎo)致部件的不穩(wěn)定性或壓力動(dòng)力學(xué)或過熱。

因此，問題是提供一種允許對(duì)于任何給定的燃料組成并通過滿足排放要求而在所有所提到的操作模式中可靠地操作的控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明尋求減輕這些問題和缺陷。

該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利發(fā)展和修改。

根據(jù)本發(fā)明，基本上遵循兩個(gè)步驟途徑：首先，選擇燃料分流設(shè)定的預(yù)定操作波段(band)，以限定操作安排(schedule)所位于的允許的范圍。該選擇基于與所供給的燃料的發(fā)熱值相關(guān)聯(lián)的第一信息項(xiàng)。其次，一旦通過步驟1選擇出燃料分流設(shè)定的操作范圍，就在步驟2中從處于所選擇的范圍內(nèi)的多個(gè)可能的安排中選擇出待遵循的燃料分流安排。

操作波段或范圍限定，相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載或任何燃燒器操作條件用于先導(dǎo)分流設(shè)定的可允許的操作點(diǎn)波段。于是安排是相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載或任何燃燒器操作條件用于先導(dǎo)分流設(shè)定的特定曲線(在該波段內(nèi))。

先導(dǎo)分流自身于是根據(jù)所選擇的安排來控制或調(diào)整，特別地基于驗(yàn)證另一參數(shù)(例如負(fù)載或排放)。優(yōu)選地，調(diào)整可以通過另一子程序來執(zhí)行，另一子程序可從用于調(diào)整的一組可能的子程序中選擇。

更詳細(xì)地，依照本發(fā)明提議了一種用于確定燃料分流設(shè)定值的方法，燃料分流設(shè)定值可用于調(diào)整用于燃燒裝置的燃料分流設(shè)定，燃料分流設(shè)定限定在初級(jí)燃料噴射點(diǎn)處提供的主燃料與在至少一個(gè)次級(jí)燃料噴射點(diǎn)處提供的先導(dǎo)燃料之間的關(guān)系，兩者被供給至燃燒裝置，用于被燃燒成燃燒后流體，特別地兩者具有相同的化學(xué)組成、特別地兩者是氣體燃料，方法包括如下步驟：

-獲取與所供給的主燃料的發(fā)熱值相關(guān)聯(lián)的第一信息項(xiàng)；

-獲取與使主燃料和先導(dǎo)燃料燃燒時(shí)的燃燒器操作條件相關(guān)聯(lián)的第二信息項(xiàng)，第二信息項(xiàng)特別地是點(diǎn)火溫度、離開燃燒裝置的燃燒后流體的離開溫度、燃燒后流體的推力、和在燃燒裝置的下游并且響應(yīng)于燃燒后流體的流動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器特別地是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；

-獲取至少一個(gè)第三信息項(xiàng)，第三信息項(xiàng)代表燃燒裝置中的燃燒的穩(wěn)定性，特別地代表燃燒動(dòng)力學(xué)壓力、NOx的排放、CO的排放、燃燒裝置表面溫度、燃燒動(dòng)力學(xué)噪聲排放、燃燒裝置的振動(dòng)、和火焰不穩(wěn)定性中的至少一個(gè)；

-基于第一信息項(xiàng)和第二信息項(xiàng)，從多個(gè)預(yù)定的成對(duì)邊界曲線中選擇出用于燃料分流設(shè)定的預(yù)定的成對(duì)最小和最大邊界曲線，成對(duì)的最小和最大邊界曲線限定對(duì)于第二信息項(xiàng)值范圍來說準(zhǔn)許的燃料分流設(shè)定的波段；

-基于第三信息項(xiàng)，在所選擇的一對(duì)最小和最大邊界曲線內(nèi)確定燃料分流設(shè)定值，其中所確定的燃料分流設(shè)定值可用于調(diào)整用于燃燒裝置的燃料分流設(shè)定。

如所提到的，燃料分流限定主燃料與先導(dǎo)燃料之間的關(guān)系，例如作為百分比給出。燃料分流還稱為先導(dǎo)分流。具有基本上相同組成的兩部分燃料通過燃料分流來控制。燃料分流代表被提供至不同燃料噴射點(diǎn)的初級(jí)燃料流動(dòng)與次級(jí)燃料流動(dòng)之間的關(guān)系。

以上方法可在跨越寬操作模式范圍的燃燒裝置的操作期間應(yīng)用。它還可以適用于起動(dòng)。盡管很可能可以在一些發(fā)動(dòng)機(jī)中使用特定起動(dòng)程序。

主燃料在用于良好分布的燃料分布的初級(jí)燃料噴射點(diǎn)處被提供。初級(jí)燃料噴射點(diǎn)的部位可以允許燃料和空氣混合物在該混合物被燃燒之前良好地混合。

先導(dǎo)燃料如下的部位處的至少一個(gè)次級(jí)燃料噴射點(diǎn)處被提供，在該部位處先導(dǎo)燃料與主燃料相比不太良好地與空氣混合。存在次級(jí)燃料噴射點(diǎn)以向火焰充分地供給燃料以保證穩(wěn)定的燃燒。

存在燃燒裝置用于將燃燒后氣體流動(dòng)提供至轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器、特別地是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，燃燒裝置可以特別地是燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，例如環(huán)形或環(huán)筒型的。

如所述的，第一信息項(xiàng)與所供給的主燃料或先導(dǎo)燃料的發(fā)熱值相關(guān)聯(lián)。第一信息項(xiàng)可以是所供給的燃料的發(fā)熱值、推導(dǎo)值或沃泊指數(shù)。第一信息項(xiàng)還可以是一對(duì)較低發(fā)熱值和較高發(fā)熱值。

第二信息項(xiàng)可以反映離開燃燒裝置的燃燒后流體的離開溫度。這對(duì)應(yīng)于渦輪機(jī)入口溫度，該渦輪機(jī)入口溫度因此也可以被確定為第二信息項(xiàng)。

如果第二信息項(xiàng)是指發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，很可能也可以確定在軸處的扭矩。

確定第一、第二信息項(xiàng)的步驟可以同時(shí)進(jìn)行。

第三信息項(xiàng)對(duì)應(yīng)于燃燒的穩(wěn)定性。大量的物理效應(yīng)可以用來給穩(wěn)定性分等級(jí)。除了已經(jīng)提到的參數(shù)，可以確定壓力波動(dòng)和動(dòng)力學(xué)壓力振蕩。為了檢測(cè)也可以通過光學(xué)傳感器確定火焰不穩(wěn)定性。

第三信息項(xiàng)的所有值可以連續(xù)地確定或在時(shí)間上的離散點(diǎn)處周期性地確定。

用于燃料分流設(shè)定的預(yù)定的一對(duì)最小和最大邊界曲線限定用于操作的點(diǎn)的邊界?？山邮艿牟僮鼽c(diǎn)(準(zhǔn)許的工作點(diǎn))落在這些邊界曲線之間。這可以稱作波段。

成對(duì)的最小和最大邊界曲線可以預(yù)設(shè)。它們可以基于沃泊指數(shù)的范圍來限定。

成對(duì)的最小和最大邊界曲線的選擇可以響應(yīng)于燃料讀數(shù)被連續(xù)地更新(如上面限定的)。如果燃料讀數(shù)不改變，那么最小/最大設(shè)定、即成對(duì)最小和最大邊界曲線的選擇，不改變。

操作點(diǎn)的準(zhǔn)許區(qū)域的多個(gè)這樣的波段可能潛在地至少部分彼此重疊。提議，波段不是分離的。優(yōu)選地存在重疊，因?yàn)槟菢涌刂品椒◤囊粋€(gè)波段轉(zhuǎn)變到新的波段可以不太頻繁的發(fā)生。

如果工作點(diǎn)落入兩個(gè)波段重疊的區(qū)域中，則潛在的兩個(gè)波段可以由控制方法選擇。也很可能是歷史數(shù)據(jù)(特別地是第一和/或第二和/或第三信息項(xiàng)的歷史數(shù)據(jù))可以用來決定應(yīng)該由控制方法選擇重疊的波段上的哪一個(gè)。

如前面所提到的，最小和最大邊界曲線限定對(duì)于第二信息項(xiàng)值范圍來說準(zhǔn)許的燃料分流設(shè)定的波段，例如對(duì)于某一范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的燃料分流設(shè)定的波段。這意味著對(duì)于多個(gè)或某一范圍的潛在的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載限定多個(gè)或某一范圍的可容許的燃料分流設(shè)定。

根據(jù)本發(fā)明的方法允許確定優(yōu)選的燃料分流設(shè)定值。應(yīng)該選擇哪個(gè)特定燃料分流設(shè)定值的最終確定可以由另一嵌入式程序再次執(zhí)行。

本發(fā)明方法特別有利的是所選擇的波段不需要頻繁地更新。它允許在前面選擇最佳波段，這樣的話可以在該波段內(nèi)使詳細(xì)控制優(yōu)化。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，方法可以包括如下步驟：基于所確定的燃料分流設(shè)定值，設(shè)定用以控制被提供至初級(jí)燃料噴射點(diǎn)的主燃料給送的量和/或被提供至至少一個(gè)次級(jí)燃料噴射點(diǎn)的先導(dǎo)燃料的量的控制參數(shù)。特別地可以控制燃料閥。

在另一實(shí)施例中，從第一信息項(xiàng)、和第二信息項(xiàng)及至少一個(gè)第三信息項(xiàng)中選擇出的至少兩個(gè)可以被同步獲取。特別地，第一信息項(xiàng)和第二信息項(xiàng)可以被同步獲取，特別地僅在離散時(shí)間獲取。

可選地，可以在第一時(shí)間間隔中獲取第一信息項(xiàng)一次?？梢栽诘诙r(shí)間間隔中獲取第二信息項(xiàng)和至少一個(gè)第三信息項(xiàng)一次。第一時(shí)間間隔可以比第二時(shí)間間隔長(zhǎng)，特別地第一時(shí)間間隔可以比多個(gè)第二時(shí)間間隔長(zhǎng)。這可以在預(yù)料到燃料組成不會(huì)隨時(shí)間快速改變時(shí)是有利的。

在另一實(shí)施例中，可以響應(yīng)于對(duì)于所供給的主燃料和/或所供給的先導(dǎo)燃料在組成上的改變而獲取第一信息項(xiàng)。優(yōu)選地，可以響應(yīng)于僅在組成改變的情況下或在切換至不同源的情況下而獲取第一信息項(xiàng)。這意味著可以響應(yīng)于到用于所供給的主燃料和/或所供給的先導(dǎo)燃料的不同源的切換而獲取第一信息項(xiàng)。

如果來自相同源的燃料組成隨時(shí)間而極大地變化(漂移)，那么剛剛提到的方法可以是適用的，例如當(dāng)燃料被共混時(shí)。如果改變是有意的，那么它可以是指在第一情況中在相同類型的兩燃料之間的切換，即，燃料可以保持為氣體或液體。

在可選方案中，這樣的切換或共混也可以是對(duì)于作為氣體的第一燃料和作為液體的第二燃料，或者反過來。

確定燃料分流設(shè)定值的步驟可以優(yōu)選地連續(xù)地執(zhí)行或響應(yīng)于第二信息項(xiàng)的改變和/或至少一個(gè)第三信息項(xiàng)的改變而執(zhí)行。

控制方法可以使用傳感器信號(hào)來獲取第一、第二和/或第三信息項(xiàng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)中可以存在不同類型的傳感器?？刂品椒ㄟ€可以使用經(jīng)由存在的其他控制算法已經(jīng)導(dǎo)出的信號(hào)和數(shù)據(jù)。

特別地，對(duì)于第一信息項(xiàng)的獲取的步驟，所供給的主燃料的發(fā)熱值和/或所供給的先導(dǎo)燃料的發(fā)熱值可以經(jīng)由燃料供給或燃料供給線路內(nèi)的傳感器信號(hào)來確定。

對(duì)于第二信息項(xiàng)的獲取，特定傳感器信號(hào)也可以從傳感器導(dǎo)出，特別是用于確定點(diǎn)火溫度、離開燃燒裝置的燃燒后流體的離開溫度、燃燒后流體的推力、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))的渦輪機(jī)部的渦輪機(jī)入口溫度。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載可以經(jīng)由負(fù)載指示器、通過對(duì)響應(yīng)于由燃燒裝置產(chǎn)生的燃燒而驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器的軸的扭矩和/或軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行評(píng)價(jià)來確定。

對(duì)于獲取至少一個(gè)第三信息項(xiàng)，可以對(duì)至少一個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)，傳感器信號(hào)代表燃燒動(dòng)力學(xué)壓力、NOx的排放、CO的排放、燃燒裝置表面溫度、噪聲排放、燃燒裝置的振動(dòng)、和火焰故障中的至少一個(gè)。

如先前所說的，用于燃料分流設(shè)定的預(yù)定的一對(duì)最小和最大邊界曲線可以至少由在第二信息項(xiàng)值范圍上提供的預(yù)定的最大燃料分流水平(上閾值)和預(yù)定的最小燃料分流水平(下閾值)來限定。所提到的范圍可以很可能覆蓋從起動(dòng)、瞬態(tài)條件直到滿負(fù)載穩(wěn)定條件的可能的操作條件中的所有或一定范圍。

最大燃料分流水平可以代表在先導(dǎo)燃料與主燃料之間的如下關(guān)系，先導(dǎo)燃料相對(duì)于主燃料具有最高可容忍的百分比。最小燃料分流水平可以代表在先導(dǎo)燃料與主燃料之間的如下關(guān)系，先導(dǎo)燃料相對(duì)于主燃料具有最低可容忍的百分比。當(dāng)在該段落中使用術(shù)語“先導(dǎo)燃料”或“主燃料”時(shí)，它代表在時(shí)間上的特定點(diǎn)被提供至燃燒器的燃料量或燃料水平。

在稍微修改的限定中，燃料分流也可以被限定為先導(dǎo)燃料的量除以主燃料和先導(dǎo)燃料的量的總和。

可選地，最大和最小燃料分流水平可以以相反的方式限定，即，最大燃料分流水平可以可選地代表在主燃料與先導(dǎo)燃料之間的如下關(guān)系，主燃料相對(duì)于先導(dǎo)燃料具有最高可容忍的百分比。最小燃料分流水平可以于是代表在主燃料與先導(dǎo)燃料之間的如下關(guān)系，主燃料相對(duì)于先導(dǎo)燃料具有最低可容忍的百分比。

可容忍的意味著是在排氣方面或在不穩(wěn)定性方面是可接受的。

在一個(gè)實(shí)施例中，控制方法可以包括如下步驟：基于第一信息項(xiàng)和/或第二信息項(xiàng)和/或第三信息項(xiàng)，從多個(gè)預(yù)定的控制邏輯方法中選擇出預(yù)定的控制邏輯方法，其中確定燃料分流設(shè)定值的步驟通過執(zhí)行所選擇出的控制邏輯方法來進(jìn)行。

本發(fā)明還指向于一種進(jìn)行先前提到的方法步驟的燃燒裝置控制單元。燃燒裝置控制單元特別地包括：

-第一數(shù)據(jù)獲取部件，用于獲取與主燃料的所供給的初級(jí)燃料的發(fā)熱值相關(guān)聯(lián)的第一信息項(xiàng)；

-第二數(shù)據(jù)獲取部件，用于獲取與使主燃料和先導(dǎo)燃料燃燒時(shí)的燃燒器操作條件相關(guān)聯(lián)的第二信息項(xiàng)，第二信息項(xiàng)特別地是點(diǎn)火溫度、離開燃燒裝置的燃燒后流體的離開溫度、燃燒后流體的推力和在燃燒裝置的下游并且響應(yīng)于燃燒后流體的流動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器(特別地是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)；

-第三數(shù)據(jù)獲取部件，用于獲取至少一個(gè)第三信息項(xiàng)，第三信息項(xiàng)代表燃燒裝置中的燃燒的穩(wěn)定性，特別地代表燃燒動(dòng)力學(xué)壓力、NOx的排放、CO的排放、燃燒裝置表面溫度、燃燒動(dòng)力學(xué)噪聲排放、燃燒裝置的振動(dòng)和火焰不穩(wěn)定性中的至少一個(gè)；

-選擇部件，用于基于第一信息項(xiàng)和第二信息項(xiàng)，從多個(gè)預(yù)定的成對(duì)邊界曲線中選擇出用于燃料分流設(shè)定的預(yù)定的一對(duì)最小和最大邊界曲線，最小和最大邊界曲線限定對(duì)于第二信息項(xiàng)值范圍來說準(zhǔn)許的燃料分流設(shè)定的波段；

-確定單元，用于基于第三信息項(xiàng)，在所選擇的一對(duì)最小和最大邊界曲線內(nèi)確定燃料分流設(shè)定值，其中所確定的燃料分流設(shè)定值可用于調(diào)整用于燃燒裝置的燃料分流設(shè)定。

燃燒裝置控制單元可以優(yōu)選地包括控制輸出接口，用于基于所確定的燃料分流設(shè)定值來設(shè)定用以控制待供給至燃燒裝置的主燃料的量和/或先導(dǎo)燃料的量的控制參數(shù)，特別地借助于一個(gè)或多個(gè)閥來控制。

此外，本發(fā)明還指向于一種轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器、特別地是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括：

-燃燒裝置，

-如上面所限定的燃燒裝置控制單元，以根據(jù)如上所限定的方法步驟來控制燃燒裝置的燃料分流設(shè)定值，

-軸，和

-渦輪機(jī)部，在燃燒裝置的下游，用于在操作期間響應(yīng)于從燃燒裝置提供至渦輪機(jī)部的燃燒后流體而驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

先前對(duì)于主燃料和先導(dǎo)燃料說明了本發(fā)明。不過，也可以存在多個(gè)組的可獨(dú)立控制的燃料噴射點(diǎn)。于是燃料分流將限定提供至不同組的燃料噴射點(diǎn)的燃料的比率。

應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的實(shí)施例是參照不同主題描述的。特別是，一些實(shí)施例是參照設(shè)備類型權(quán)利要求描述的，而其他實(shí)施例是參照方法類型權(quán)利要求描述的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下描述中收獲的是：除非另有指出，否則除了屬于一個(gè)類型的主題的特征的任何組合之外，涉及不同主題的特征之間的、特別是設(shè)備類型權(quán)利要求的特征與方法類型權(quán)利要求之間的任何組合也被視為用該申請(qǐng)公開。

上面所限定的方面和本發(fā)明的進(jìn)一步方面從下文中將描述的實(shí)施例的示例看是顯而易見的并且參照這些實(shí)施例的示例進(jìn)行說明。

附圖說明

現(xiàn)在將參照隨附示意圖通過僅示例的方式來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中：

圖1：示出典型燃?xì)鉁u輪機(jī)的縱向截面；

圖2A：示出典型燃燒器的縱向截面；

圖2B：示出沿著圖2A中的線III-III的截面；

圖3：示出圖示出具有多個(gè)燃燒器的典型燃?xì)鉁u輪機(jī)中的主、先導(dǎo)燃料供給的導(dǎo)出的框圖；

圖4：示出與圖2A相似的圖，其中圖示出控制單元、傳感器和控制線路；

圖5：示出用于不同燃料的多個(gè)波段的操作范圍；

圖6：示出用以圖示出控制回路的圖。

附圖中的圖示是示意性的。需要注意的是，對(duì)于不同的圖中類似的或同樣的元件，將使用相同的參考標(biāo)記。

將對(duì)于組裝好的燃?xì)鉁u輪機(jī)來說明特征并且尤其是優(yōu)點(diǎn)中的一些，但是顯然特征也可以應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的單個(gè)部件，只是僅一旦組裝好并且在操作期間可以示出出優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)借助于在操作期間的燃?xì)鉁u輪機(jī)來說明時(shí)，沒有一個(gè)細(xì)節(jié)應(yīng)該限于在操作中的燃?xì)鉁u輪機(jī)。因?yàn)楸景l(fā)明與穩(wěn)定的燃燒相關(guān)，所以特征也可以應(yīng)用于包括燃燒器并可由不同類型的燃料供給的不同類型的機(jī)器。

具體實(shí)施方式

燃燒裝置被用在許多不同的環(huán)境中，包括燃?xì)鉁u輪機(jī)、熔爐和鍋爐。

作為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器的一個(gè)示例的典型燃?xì)鉁u輪機(jī)布置1的示例被示出在圖1中。燃?xì)鉁u輪機(jī)(燃?xì)鉁u輪機(jī)布置1的簡(jiǎn)稱)包括：在一個(gè)端部處的空氣入口10，跟著是壓氣機(jī)級(jí)11，在該壓氣機(jī)級(jí)中進(jìn)來的空氣被壓縮用于施加至作為燃燒裝置的一個(gè)或多個(gè)燃燒器12，一個(gè)或多個(gè)燃燒器12圍繞渦輪機(jī)軸線13周向分布。燃料例如經(jīng)由供給14被引入燃燒器內(nèi)，并且在那里與離開壓氣機(jī)級(jí)11的壓縮空氣的主要部分混合。由燃燒器12中的燃燒創(chuàng)建的熱氣體被導(dǎo)向至渦輪機(jī)部3內(nèi)的一組渦輪機(jī)葉片15，該一組渦輪機(jī)葉片15在過程中由一組引導(dǎo)翼片16引導(dǎo)，結(jié)果，形成轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)葉片15和軸(渦輪機(jī)葉片15被固定至軸2)圍繞軸線13旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子進(jìn)而使壓氣機(jī)級(jí)11的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，使得一旦燃?xì)鉁u輪機(jī)處于操作中就由其自身供給壓縮空氣。

典型燃燒器(這里也稱作燃燒裝置)的一部分被示出在圖2A中。(圖2B是沿著圖2A中示出的線III-III的截面。)燃燒器包括至少以下部分：前端部分20、旋流器部分21、點(diǎn)火器預(yù)燃室部分22和燃燒容積23。主燃料(在該文件中也稱作初級(jí)燃料)經(jīng)過導(dǎo)管24途徑前端部分20被引入旋流器21內(nèi)，而先導(dǎo)燃料(在該文件中也稱作次級(jí)燃料)經(jīng)過導(dǎo)管25進(jìn)入點(diǎn)火器空間，導(dǎo)管25在其端部具有先導(dǎo)燃料噴嘴29，即次級(jí)燃料噴射點(diǎn)。先導(dǎo)燃料噴嘴可以位于中心點(diǎn)火器31的前端面。

主、先導(dǎo)燃料流動(dòng)從燃料分流閥26導(dǎo)出，燃料分流閥26被給送有代表著到燃燒器的總?cè)剂瞎┙o的燃料供給27。主燃料流動(dòng)經(jīng)過作為初級(jí)燃料噴射點(diǎn)的一組主燃料噴嘴(或噴射器)28進(jìn)入旋流器(21)，從那里它被沿著旋流器翼片21A引導(dǎo)、在過程中與進(jìn)來的壓縮空氣混合。所產(chǎn)生的空氣和燃料混合物使點(diǎn)火器火焰30維持。熱空氣和燃料混合物從該火焰進(jìn)入燃燒容積23。

圖2B示出具有多個(gè)旋流器翼片21A和多個(gè)燃料噴射點(diǎn)的旋流器21。主燃料噴嘴28被示出在旋流器翼片21A之間的各旋流器通道中。若干其他部位是可能的。先導(dǎo)燃料噴嘴29(在這里只示出了單個(gè)但可以存在更多的先導(dǎo)燃料噴嘴)位于主燃料和空氣應(yīng)被充分混合所在的中心區(qū)域中。先導(dǎo)燃料噴嘴29然后可以提供額外量的燃料(先導(dǎo)燃料)，以在至少一些操作模式中使燃燒穩(wěn)定。

燃?xì)鉁u輪機(jī)往往會(huì)包括許多這樣的燃燒器，在該情況中主、先導(dǎo)燃料流動(dòng)分布通常如圖3中所示。

所提供的燃料可以是氣體燃料。在另一實(shí)施例中燃料可以是液體燃料。

根據(jù)圖3，燃料供給27(共用于所有燃燒室并且共用于主、先導(dǎo)燃料)被提供至燃料分流閥26。燃料分流閥26由控制單元控制并且將燃料分流到用于主燃料的線路50和用于先導(dǎo)燃料的線路51內(nèi)。主燃料然后(優(yōu)選地以平均份額)被提供至存在的許多燃燒室，在該圖中作為示例至燃燒室121(也指示為燃燒室“#1”)、燃燒室122(也指示為燃燒室“#2”)和燃燒室123(也指示為燃燒室“#n”，因?yàn)樗鼞?yīng)該反映n個(gè)燃燒室中任何可能的編號(hào))。

本發(fā)明方法也可以用在初級(jí)燃料可以是一種類型的氣體燃料并且次級(jí)燃料可以是第二類型的氣體燃料的進(jìn)一步的實(shí)施例中。對(duì)于兩個(gè)不同源的液體燃料同樣也是可能的。

不過，在下文中，將看提供至初級(jí)、次級(jí)燃料給送兩者的氣體燃料供給。

正常情況下期望維持到燃燒器(或一組燃燒器，其中具有多于一個(gè)燃燒器)的恒定總?cè)剂瞎┙o，以便匹配施加在設(shè)備(其可以是例如燃?xì)鉁u輪機(jī)上)的恒定負(fù)載。在燃?xì)鉁u輪機(jī)上的負(fù)載改變的情形下，則有必要改變到燃?xì)鉁u輪機(jī)的總?cè)剂瞎┙o，否則正常情況下不改變。

現(xiàn)在簡(jiǎn)要地參見對(duì)應(yīng)于圖2A的圖4，測(cè)量在該燃燒器布置中的溫度和壓力振蕩，作為示例通過首先將溫度傳感器32放置在燃燒容積23內(nèi)并且接著將壓力傳感器33放置在燃燒容積23內(nèi)來測(cè)量。來自兩個(gè)傳感器32、33的輸出34和35被送到控制單元36并且控制單元的輸出37控制經(jīng)過燃料分流閥26的主、先導(dǎo)燃料的比率。

控制單元36含有處理設(shè)備，用以執(zhí)行適于使燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作保持在希望的區(qū)域內(nèi)的算法，現(xiàn)在通過參照其它圖進(jìn)一步進(jìn)行說明。

根據(jù)圖5，示出了操作的數(shù)個(gè)波段，各波段是針對(duì)特定燃料類型限定的。

更特別地，在圖中相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載102預(yù)限定并示出燃料分流101的預(yù)定波段100、100'、100”和100”'(即，不同的燃料分流設(shè)定值)。波段100、100'、100”和100”'均對(duì)于燃料的給定的沃泊指數(shù)范圍被預(yù)設(shè)。沃泊指數(shù)范圍限定對(duì)于所供給的燃料的允許的發(fā)熱值范圍。

圖5中的所示圖的Y軸指示出燃料分流，也可以被限定為先導(dǎo)燃料的量除以主燃料和先導(dǎo)燃料的量的總和。X軸可指示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的范圍。所示出的波段大體限定用于低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的較高供給的先導(dǎo)燃料和用于高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的減小的先導(dǎo)燃料供給。

應(yīng)當(dāng)注意的是，波段100、100'、100”和100”'部分重疊使得兩個(gè)相鄰波段具有如下區(qū)域：在該區(qū)域中，對(duì)于給定的負(fù)載和給定的沃泊指數(shù)及給定的燃料分流來說，方法可以選擇兩個(gè)波段中的一個(gè)作為對(duì)于應(yīng)該使用控制的波段。

各波段被限定為處于一對(duì)最小和最大邊界曲線之間的允許的值。對(duì)于第一波段100限定最小最大邊界曲線100B和最大邊界曲線100A。類似地，對(duì)于第二波段100'限定最小最大邊界曲線100B'和最大邊界曲線100A'，對(duì)于第三波段100”限定最小最大邊界曲線100B”和最大邊界曲線100A”，并且對(duì)于第四波段100”'限定最小最大邊界曲線100B”'和最大邊界曲線100A”'。可接受的、可容忍的和/或希望的操作點(diǎn)范圍處于這些閾值之間?？梢栽谑纠詧D5中看出，對(duì)于較低負(fù)載，波段100、100'、100”和100”'具有明顯的重疊，即最小最大邊界曲線100B低于最大邊界曲線100A'。利用較高負(fù)載，該重疊被減小使得在高負(fù)載時(shí)最小最大邊界曲線100B可以與最大邊界曲線100A'會(huì)聚。

最大邊界曲線100A、100A'、…均限定用于特定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的最大燃料分流水平，并且最小邊界曲線100B、100B'、…均限定用于各波段的預(yù)定最小燃料分流水平。

在操作期間(參見圖5和如圖6所示的處理)，方法在處理步驟200處開始。作為第一校驗(yàn)，測(cè)試是否提供恒定的燃料發(fā)熱輸入，步驟201。

如果不存在恒定的燃料發(fā)熱輸入，則獲取燃料發(fā)熱值信息(步驟202)。獲取到的信息被稱作根據(jù)專利權(quán)利要求的第一信息項(xiàng)。與所提供的燃料的發(fā)熱值相關(guān)聯(lián)的任何參數(shù)都可以被用作第一信息項(xiàng)。

基于燃料發(fā)熱值的讀數(shù)，并基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載102(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載102對(duì)應(yīng)于如權(quán)利要求中所限定的第二信息項(xiàng))選擇波段100、100'、100”和100”'中的一個(gè)(步驟203)。因此，選擇和/或設(shè)定從多個(gè)預(yù)定的成對(duì)邊界曲線中取得的用于燃料分流設(shè)定的一對(duì)最小和最大邊界曲線。

如果操作點(diǎn)落在圖5中的重疊區(qū)域中，則兩個(gè)波段是待選擇作為用于進(jìn)行控制的相關(guān)波段的候選。為了從兩個(gè)潛在波段中選擇出更適當(dāng)?shù)牟ǘ?，可?duì)可能的歷史數(shù)據(jù)或外推的未來數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目標(biāo)可以是選擇出允許在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的未來操作期間在波段之間切換最少數(shù)量的那個(gè)波段。

因此，認(rèn)為，現(xiàn)在(在步驟203之后)從多個(gè)預(yù)定的成對(duì)邊界曲線中選出的成對(duì)邊界曲線中，選擇用于燃料分流設(shè)定的最適當(dāng)或最有益的預(yù)定的一對(duì)最小和最大邊界曲線。該選擇基于第一信息項(xiàng)和第二信息項(xiàng)來進(jìn)行。如顯而易見的，最小和最大邊界曲線限定對(duì)于第二信息項(xiàng)值范圍來說(即在示例中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載值范圍)準(zhǔn)許的燃料分流設(shè)定波段。

重要強(qiáng)調(diào)的是，在該步驟中，僅選擇波段，而不選擇用于燃料分流設(shè)定的單個(gè)安排或單獨(dú)值。

先前的分析并不總是要求在線和連續(xù)監(jiān)測(cè)燃料發(fā)熱值。燃料發(fā)熱值也可以由操作者配置或設(shè)定?？蛇x地，將連續(xù)地監(jiān)測(cè)或讀取值。

步驟204跟隨步驟203，對(duì)燃燒動(dòng)力學(xué)壓力、NOx的排放、CO的排放、燃燒裝置表面溫度、燃燒動(dòng)力學(xué)噪聲排放、燃燒裝置的振動(dòng)和/或火焰不穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。這對(duì)應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求的第三信息項(xiàng)。

對(duì)于所選擇的波段和對(duì)于獲取到的第三信息項(xiàng)，進(jìn)行燃料分流設(shè)定值的控制，其中燃料分流設(shè)定值用于控制閥(見例如圖3或圖4中的燃料分流閥26)。根據(jù)處理步驟220調(diào)整燃料分流設(shè)定值。

為了獲得理想的燃料分流設(shè)定值，可以執(zhí)行數(shù)個(gè)子程序(或子模型)中的至少一個(gè)。特別地，可以啟動(dòng)子程序210以對(duì)燃燒動(dòng)力學(xué)或壓力動(dòng)力學(xué)恰當(dāng)?shù)刈龀龇磻?yīng)。如果這不要求燃料分流設(shè)定值的調(diào)整，則可以啟動(dòng)進(jìn)一步的子模塊211以對(duì)點(diǎn)火器溫度恰當(dāng)?shù)刈龀龇磻?yīng)。再次，如果這不要求燃料分流設(shè)定值的調(diào)整，則可以啟動(dòng)子模塊212，其響應(yīng)于排放而進(jìn)行動(dòng)作，諸如以使排放最小化。作為該示例中的最終步驟，如果再次仍然不要求調(diào)整燃料分流設(shè)定值，則可以啟動(dòng)進(jìn)一步的子模塊213以選擇如圖5所示的新的波段，即選擇燃料安排。

如果子模塊中的一個(gè)造成希望燃料分流設(shè)定值的調(diào)整，那么在步驟220中將進(jìn)行調(diào)整。

如果子模塊中的一個(gè)造成希望或需要燃料分流設(shè)定值的調(diào)整，那么前一設(shè)定保持有效(步驟221)。使用所存儲(chǔ)的設(shè)置。

最后，控制方法可以終止(步驟222)或可以跳回到開始位置200。

如先前所述，作為第一校驗(yàn)，測(cè)試是否提供恒定的燃料發(fā)熱輸入，見步驟201。

如果存在恒定的熱聯(lián)接熱輸入，則可以繞過該改進(jìn)的控制方法并且可以執(zhí)行其他控制方法，步驟223。

根據(jù)圖6所說明的執(zhí)行僅是用以圖示出本發(fā)明的一個(gè)示例。其他實(shí)施例是可能的。

注意，在圖6中，“+”意味著在校驗(yàn)是肯定的情況下的分支，如果校驗(yàn)是否定的則是“-”。