專利名稱：用于發(fā)電的陸上簡單循環(huán)pdc混合式發(fā)動機的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及脈沖爆震發(fā)動機，并且更詳細地講，涉及包括用于控制啟動、停機 及由基于脈沖爆震燃燒器的混合式發(fā)動機產(chǎn)生的逐漸升高/逐漸降低(ramp up/down)的 功率的控制系統(tǒng)和方法的、用于發(fā)電的基于地面的簡單循環(huán)的脈沖爆震燃燒(PDC)發(fā)動 機。
背景技術(shù)：
脈沖爆震燃燒器通過燃燒氣體(通常為空氣)和碳氫燃料的混合物產(chǎn)生高壓及高 溫的爆震波。爆震波作為脈沖離開脈沖爆震燃燒器管道，由此提供推力。隨著脈沖爆震燃燒器(PDC)和脈沖爆震發(fā)動機(PDE)最近的發(fā)展，正在進行各種 努力，以便在諸如在航空發(fā)動機的實際應(yīng)用場合中使用PDC/PDE，和/或諸如在基于地面的 發(fā)電系統(tǒng)中作為產(chǎn)生附加推力/推進力的手段來使用PDC/PDE。另外，人們還努力將PDC/ PDE設(shè)備應(yīng)用到“混合”型發(fā)動機中，該“混合”型發(fā)動機使用常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機技術(shù)和 PDC/PDE技術(shù)兩者的組合，以努力使運行效率最大化。以下討論將涉及這些應(yīng)用中的任一 種。注意到，以下討論將涉及“脈沖爆震燃燒器”(即PDC)。但是，該術(shù)語的使用意圖包括 脈沖爆震發(fā)動機等等。認識到爆震引發(fā)可能不能在低壓及低溫的燃燒器入口條件下在所關(guān)注的燃 料-空氣混合物中實現(xiàn)，所以以下這一點將是有利的，即提供一種機構(gòu)，以用于使由基于 PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)出的功率逐漸升高，直到燃燒器入口壓力和溫度使得能夠?qū)崿F(xiàn)燃 料-空氣混合物的爆震引發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動 機控制系統(tǒng)包括可編程控制器，該可編程控制器由算法軟件引導(dǎo)，以響應(yīng)功率差信號(該 功率差信號基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)出的實際功率之間的差值)， 并且還響應(yīng)關(guān)于PDC的燃料填充時間信號，來控制基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸速度、 關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度，以及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充 分數(shù)(fraction)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速 模式中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機控制系 統(tǒng)包括可編程控制器，該可編程控制器由算法軟件引導(dǎo)，以響應(yīng)相應(yīng)的低壓渦輪(LPT)軸 速度，并且還響應(yīng)關(guān)于PDC的燃料填充時間信號，來控制基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸 速度、關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度，以及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃 料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式 中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機包括
4渦輪和壓縮機，該渦輪和壓縮機一起構(gòu)造成具有公共的旋轉(zhuǎn)軸的單轉(zhuǎn)子發(fā)動機；PDC，該 PDC包括構(gòu)造成在渦輪上提供時間上均勻的載荷平衡和空間上均勻的載荷平衡的多個多管 道脈沖放電燃燒器；控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括可編程控制器，該可編程控制器由算法軟件 引導(dǎo)，以響應(yīng)功率差信號(該功率差信號基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn) 出的實際功率之間的差值)，并且還響應(yīng)關(guān)于PDC的燃料填充時間信號，來控制旋轉(zhuǎn)軸速 度、關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度，以及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料 填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式中 運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機包括 渦輪和壓縮機，該渦輪和壓縮機一起構(gòu)造成具有公共的旋轉(zhuǎn)軸的單轉(zhuǎn)子發(fā)動機；PDC，該 PDC包括構(gòu)造成在渦輪上提供時間上均勻的載荷平衡和空間上均勻的載荷平衡的多個多管 道脈沖放電燃燒器；控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括可編程控制器，該可編程控制器由算法軟件 引導(dǎo)，以響應(yīng)相應(yīng)的低壓渦輪(LPT)軸速度，并且還響應(yīng)關(guān)于PDC的燃料填充時間信號，來 控制旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度，以及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持 了所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式 或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相 匹配。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，一種控制基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動 機的方法包括基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)出的實際功率之間的差值 產(chǎn)生功率差信號；產(chǎn)生關(guān)于PDC的燃料填充時間信號；以及響應(yīng)功率差信號和關(guān)于PDC的 燃料填充時間信號，控制基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速 度，以及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且 還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì) 量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，一種控制基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動 機的方法包括產(chǎn)生用于基于PDC的混合式發(fā)動機的相應(yīng)的低壓渦輪(LPT)軸速度信號； 產(chǎn)生關(guān)于PDC的燃料填充時間信號；以及響應(yīng)相應(yīng)的LPT軸速度信號和關(guān)于PDC的燃料填 充時間信號，控制基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度，以 及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使 得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空 氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細說明時，將會更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方 面和有利之處，在全部附圖中，相同的符號代表相同的零件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的簡化系統(tǒng)框圖，其顯示了用于發(fā)電的陸上 (land-based)的簡單循環(huán)的基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在圖1中描繪的PDC的截面軸向視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的顯示控制系統(tǒng)的視圖，該控制系統(tǒng)用于在啟動、停機期間控制圖1中所描繪的基于PDC的混合式發(fā)動機，并用于控制由混合式發(fā)動機產(chǎn) 出的功率的逐漸升高及逐漸降低；圖4是顯示基于PDC的混合式發(fā)動機運行階段的視圖，該基于PDC的混合式發(fā)動 機運行由圖3中所描繪的控制系統(tǒng)來控制；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、顯示了控制基于PDC的混合式發(fā)動機的方法 的流程圖。盡管以上標(biāo)明的視圖闡明了備選的實施例，但是，如在討論中所說明的，還可以想 到本發(fā)明的其它實施例。在所有情況下，該公開內(nèi)容通過陳述而不是限制來提出本發(fā)明的 所顯示的實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可設(shè)計出落在本發(fā)明原理的范圍和精神內(nèi)的許多其它 變更和實施例。部件清單(10)陸上的簡單循環(huán)的基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā) 動機(12)壓縮機(13)氣室(14)PDC(IS)進氣閥(19)PDC管道延長部分(20)燃料進入閥 (21)高壓渦輪(HPT) (22) PDC集束(23)氣室(24) PDC集束管道(26)爆燃燃燒器管道(27) 低壓渦輪(LPT) (28)高壓渦輪入口(30)基于PDC的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(32)可編程 控制器(37)氣體噴嘴(38)加速階段(40)減速階段(42)燃料傳感器(44)火花點火裝置 (50)關(guān)于控制基于PDC的混合式發(fā)動機的方法的流程圖(52)流程圖(50)中所描繪的第一 步驟54)流程圖(50)中所描繪的第二步驟(56)流程圖(50)中所描繪的最終步驟
具體實施例方式增大或減小從常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機輸送的功率，可簡單地通過調(diào)節(jié)發(fā)動機旋轉(zhuǎn) 速度和質(zhì)量流率，并隨著相應(yīng)的增大或減小的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度來增加或減少燃料的量來實 現(xiàn)，以獲得所需的輸出功率。然而，與常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機所要求的相比，基于PDC的混 合式發(fā)動機要求控制更多的操作變量，以引起所產(chǎn)生的發(fā)動機功率的所需的增大或減少。增大或減小從基于PDC的發(fā)動機輸送的功率仍然需要增大或減小發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速 度。另外，基于PDC的發(fā)動機要求調(diào)節(jié)PDC操作的頻率，以便為相應(yīng)的增大或減小的輸出功 率做準(zhǔn)備。一個實例為以如下方式操作PDC 每秒鐘10次脈沖以達到10%的發(fā)動機輸出功 率，每秒鐘50次脈沖以達到50%的發(fā)動機輸出功率，每秒鐘100次脈沖以達到100%的發(fā) 動機輸出功率，等等。當(dāng)然，PDC脈沖速率將取決于許多因素，包括(例如)基于PDC的混 合式發(fā)動機的類型和大小，并且可(例如)基于實際的試驗數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)來探試性地確 定。根據(jù)在以下進一步詳細描述的特定的實施例，PDC脈沖速率通過以下方式來實現(xiàn) 即響應(yīng)功率差信號(該功率差信號基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)出的實 際功率之間的差值)，并且還響應(yīng)關(guān)于PDC的燃料填充時間信號，來調(diào)節(jié)關(guān)于PDC的進氣閥 打開時間段及關(guān)于PDC的燃料填充時間段，使得所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比得以保 持，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓 縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例顯示了控制基于PDC的混合式發(fā)動機的方法的流 程圖。首先，如在框52中所顯示的，測量基于PDC的混合式發(fā)動機輸出功率。然后，如在框 54中所顯示的，產(chǎn)生基于所測得的發(fā)動機輸出功率與所需的發(fā)動機輸出功率的功率差信 號。最后，如在框56中所顯示的，響應(yīng)功率差信號來調(diào)節(jié)基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速
6度、進氣閥打開時間段以及基于燃料填充時間信號的關(guān)于PDC的燃料填充時間段，以便1) 實現(xiàn)所需的燃料分數(shù)和化學(xué)計量比，以及2)當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速 模式中運行時，使來自相應(yīng)的空氣壓縮機的質(zhì)量流率與由PDC吸入的質(zhì)量流率相匹配。本文參照附圖所描述的實施例基于以下假設(shè)i.混合式發(fā)動機具有幾個集束 (bundle)；并且各集束為包括至少4個管道的多管道的PDC。集束的數(shù)目選擇成使得渦輪上 的載荷平衡在時間上是均勻的。管道的數(shù)目選擇成使得渦輪上的載荷平衡在空間上是均勻 的。ii.各PDC包括經(jīng)閥調(diào)節(jié)的(valved)空氣流和經(jīng)閥調(diào)節(jié)的燃料流。加燃料的時間可不 依賴于空氣閥旋轉(zhuǎn)速度來衡量。iii.渦輪和壓縮機安裝在同一根軸上(單轉(zhuǎn)子)。iv.在 渦輪上給定的載荷下，閥旋轉(zhuǎn)速度在方位方向上均勻并且連續(xù)。v. PDC管道徹底吹掃。沒有 殘余的燃燒產(chǎn)物保留在PDC管道中。吹掃分數(shù)+已加燃料分數(shù)=1.0。vi.填充馬赫數(shù) 0. 3 (使填充損失降低到最低程度)，并且由在給定的頻率及燃燒器入口條件下可用的填充 時間確定。vii.準(zhǔn)爆震(爆震+高速爆燃)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認識到，上述假設(shè) 可能適用或者可能不適用根據(jù)本文所述的新穎原理而構(gòu)造及運行的其它發(fā)電的發(fā)動機實 施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的簡化系統(tǒng)框圖，其顯示了用于發(fā)電的陸上的簡 單循環(huán)的基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機10。壓縮機12產(chǎn)生壓縮空氣，并經(jīng)由 氣室13將壓縮空氣供應(yīng)給PDC14。通過相應(yīng)的進氣閥18控制壓縮空氣到PDC集束管道24 的供應(yīng)，該進氣閥18可以是例如旋轉(zhuǎn)型閥。從進氣閥18下游供應(yīng)給各PDC集束管道24的 燃料通過相應(yīng)的燃料進入閥20來控制。所產(chǎn)生的空氣/燃料混合物穿過PDC集束22 (在 圖2中進一步詳細地進行了描述)，并經(jīng)過相應(yīng)的氣體噴嘴37離開而進入PDC管道延長部 分19，該PDC管道延長部分19構(gòu)造成經(jīng)由渦輪入口 28將所產(chǎn)生的空氣/燃料混合物傳輸 給高壓渦輪21。然后，離開高壓渦輪的所產(chǎn)生的空氣/燃料混合物經(jīng)由氣室23傳輸給低壓 渦輪27。來自壓縮機12的壓縮空氣也經(jīng)由爆燃燃燒器管道26傳輸給高壓渦輪入口 28。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在圖1中所描繪的PDC燃燒器14的截面軸向視 圖。可以看出，PDC燃燒器14包括四個集束22，各集束22具有四個PDC管道24和單個爆 燃燃燒器管道26。各集束22將燃料/空氣混合物輸送到相應(yīng)的渦輪入口 28。PDC管道24 布置成圓形的方式，以便在PDC14點火期間在高壓渦輪上提供平衡的載荷。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例顯示控制系統(tǒng)30的視圖，該控制系統(tǒng)30用于在 啟動和停機期間控制圖1中所描繪的基于PDC的混合式發(fā)動機10，并用于控制由該混合 式發(fā)動機產(chǎn)出的功率的逐漸升高及逐漸降低?？刂破?2配置成以便控制包括壓縮機12、 卩0(14和渦輪21，27的渦輪機的速度?？刂破?2還配置成以便控制進氣閥18的旋轉(zhuǎn)速度， 并通過燃料進入閥20控制燃料填充時間?？刂破?2由算法軟件引導(dǎo)，該算法軟件響應(yīng)固 定的設(shè)定值和感測變量來確定所需的渦輪機速度、進氣閥旋轉(zhuǎn)速度和燃料填充時間。由算法軟件使用的固定的設(shè)定值可包括(不限制)所需的輸出功率(作為額定的 基于PDC的混合式發(fā)動機功率的百分比)、燃料填充分數(shù)、燃料吹掃分數(shù)和化學(xué)計量比。由 算法軟件所使用的感測變量可包括(不限制)燃料填充長度、燃料供應(yīng)壓力、燃料流率和所 產(chǎn)生的功率。通過使用發(fā)電發(fā)動機領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的一種或多種控制極限技術(shù)，可確定及 控制由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)生的功率。這些控制極限可包括(不限制)速度極限、
7壓力極限、溫度極限和/或質(zhì)量流量極限。為了簡明起見，并且為了提高關(guān)于本文所描述的 原理的清楚程度，這些已知的控制極限技術(shù)的進一步細節(jié)不在本文中進行討論。圖4是顯示基于PDC的混合式發(fā)動機運行的加速和減速階段38，40的視圖，該基 于PDC的混合式發(fā)動機運行由圖3中所描繪的控制器32控制。在加速模式38中，渦輪機 速度N逐漸升高至對應(yīng)于額定功率條件的所需百分比的速度。該動作使通過系統(tǒng)的質(zhì)量流 率( N)提高至對應(yīng)于額定功率條件的所需百分比的質(zhì)量流率。在減速模式40期間，根據(jù)本發(fā)明的一方面比例為N3的渦輪機速度N逐漸降低至 對應(yīng)于額定功率條件的所需百分比的速度。該動作使通過系統(tǒng)的質(zhì)量流率( N)降低至 對應(yīng)于額定功率條件的所需百分比的質(zhì)量流率。算法軟件使用以下根據(jù)特定的實施例由等式1-15代表的關(guān)系式來引導(dǎo)控制器 32，以控制渦輪機速度N、進氣閥18的旋轉(zhuǎn)速度θ valve和燃料進入閥20的燃料填充時間tff。 燃料填充時間tff通過保持燃料填充分數(shù)的燃料傳感器42來確定。吹掃時間tpurge也是已 知的，因為燃料填充時間tff固定。備選地，Vfill可使用由以下等式(3)，(7)，(8)和(14)限 定的關(guān)系式來確定，從而允許燃料填充時間tff也使用由以下等式(13)代表的關(guān)系式確定。 相對于參考時間，當(dāng)PDC燃燒室內(nèi)的靜壓力等于或小于上游的總壓力時的時間在 等式(11)中表示為tVQ，其中參考時間是閥18關(guān)閉、并且當(dāng)火花通過火花點火裝置44引燃 時的時間。比例、。/、^固定，并且、_ € evalre。因此，對于給定功率水平，由以上 等式(3)，(9)，(10)和(11)可以看出，、作為渦輪機速度N的函數(shù)而按比例變化(scale) 0總結(jié)起來說，基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機包括控制系統(tǒng)30，該控制系統(tǒng)30包括可編程控制器32，該可編程控制器32由算法軟件引導(dǎo)，以響應(yīng)功率差信號 (該功率差信號基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機10產(chǎn)出的實際功率之間的差 值)，并且還響應(yīng)關(guān)于PDC14的燃料填充時間信號，來控制基于PDC的混合式發(fā)動機10的旋 轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于PDC14的進氣閥18打開時間段，以及關(guān)于PDC14的燃料填充時間段，使得所 需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比得以保持，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機10在加 速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機12的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC14吸入的質(zhì)量 空氣流率相匹配。在加速階段38期間，隨著產(chǎn)生的功率逐漸升高至額定功率值的指定百分比時，控 制變量(包括渦輪機的速度N、進氣閥18旋轉(zhuǎn)速度θ valve以及燃料填充時間tff)逐漸升高。 控制這些變量的作用在于使來自壓縮機12的質(zhì)量流率與可通過PDC14吸入的質(zhì)量流率相 匹配，其中來自壓縮機12的質(zhì)量流率直接隨著壓縮機的速度N變化。這一點通過改變相應(yīng) 的進氣閥18和燃料進入閥的開關(guān)頻率θ valve, tff來實現(xiàn)。使用本文所描述的系統(tǒng)和方法，基于PDC的混合式發(fā)動機功率可以以離散的間隔 (其可以是例如10%的間隔)逐漸升高或降低，一直到100%的功率條件。升高通過以下方 式實現(xiàn)，即隨著燃燒器入口壓力和溫度上升，從爆燃模式開始，直到脈沖爆震操作可行。降 低通過以下方式實現(xiàn)，即隨著燃燒器入口壓力和溫度下降，從脈沖爆燃模式開始，直到僅僅 爆燃模式可行。盡管本文僅顯示并描述了本發(fā)明的某些特征，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許 多變更和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附的權(quán)利要求旨在涵蓋落在本發(fā)明的真正精神內(nèi)的所有 這樣的變更和變化。
權(quán)利要求
一種基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(30)，所述控制系統(tǒng)(30)包括可編程控制器(32)，所述可編程控制器(32)由算法軟件(50)引導(dǎo)，以響應(yīng)基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機(10)產(chǎn)出的實際功率之間的差的功率差信號，并且還響應(yīng)關(guān)于所述PDC(14)的燃料填充時間信號，來控制所述基于PDC的混合式發(fā)動機(10)的旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于所述PDC(14)的進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度以及關(guān)于所述PDC(14)的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)所述基于PDC的混合式發(fā)動機(10)在加速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機(12)的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由所述PDC(14)吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDC的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述 基于PDC的混合式發(fā)動機(10)包括構(gòu)造成在相應(yīng)的渦輪(21)上提供時間上均勻的載荷平 衡和空間上均勻的載荷平衡的多個多管道脈沖放電燃燒器(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDC的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述 燃料填充時間段不依賴于所述進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDC的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(30)，其特征在于，在相 應(yīng)的渦輪(21)上給定的載荷下，所述進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度在方位方向上均勻并且連續(xù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDC的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述 可編程控制器(32)進一步由算法軟件(50)引導(dǎo)，以響應(yīng)PDC燃料進入閥(20)的關(guān)閉來控 制火花的點火。
6.一種基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機(10)，包括渦輪(21)和壓縮機(12)，所述渦輪(21)和壓縮機(12) —起構(gòu)造成具有公共旋轉(zhuǎn)軸的 單轉(zhuǎn)子發(fā)動機；PDC(14)，所述PDC(14)包括構(gòu)造成在所述渦輪(21)上提供時間上均勻的載荷平衡和 空間上均勻的載荷平衡的多個多管道脈沖放電燃燒器；以及控制系統(tǒng)(30)，所述控制系統(tǒng)(30)包括可編程控制器(32)，所述可編程控制器(32) 由算法軟件(50)引導(dǎo)，以響應(yīng)基于所需的功率與由所述基于PDC的混合式發(fā)動機(10) 產(chǎn)出的實際功率之間的差的功率差信號，并且還響應(yīng)關(guān)于所述PDC(14)的燃料填充時間 信號，來控制所述旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于所述PDC(14)的進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度以及關(guān)于所述 PDC (14)的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比，并且還使得當(dāng) 所述基于PDC的混合式發(fā)動機(10)在加速模式(38)或減速模式(40)下運行時，來自空氣 壓縮機(12)的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由所述PDC(14)吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PDC的混合式發(fā)動機(10)，其特征在于，所述燃料填充 時間段不依賴于所述進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PDC的混合式發(fā)動機(10)，其特征在于，在相應(yīng)的渦輪 (21)上給定的載荷下，所述進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度在方位方向上均勻并且連續(xù)。
9.一種基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機(10)，包括渦輪(21)和壓縮機(12)，所述渦輪(21)和壓縮機(12) —起構(gòu)造成具有公共旋轉(zhuǎn)軸的 單轉(zhuǎn)子發(fā)動機；PDC (14)，所述PDC (14)包括構(gòu)造成在所述渦輪(21)上提供時間上均勻的載荷平衡和 空間上均勻的載荷平衡的多個多管道脈沖放電燃燒器(22)；以及控制系統(tǒng)(30)，所述控制系統(tǒng)(30)包括可編程控制器(32)，所述可編程控制器(32) 由算法軟件(50)引導(dǎo)，以響應(yīng)相應(yīng)的低壓渦輪(LPT) (27)軸速度，并且還響應(yīng)關(guān)于所述 PDC(14)的燃料填充時間信號，來控制所述旋轉(zhuǎn)軸速度、關(guān)于所述PDC(14)的進氣閥(18)旋 轉(zhuǎn)速度，以及關(guān)于所述PDC(14)的燃料填充時間段，使得保持了所需的燃料填充分數(shù)和化 學(xué)計量比，并且還使得當(dāng)所述基于PDC的混合式發(fā)動機(10)在加速模式(38)或減速模式 (40)下運行時，來自空氣壓縮機(12)的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由所述PDC(14)吸入的質(zhì)量空氣 流率相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于PDC的混合式發(fā)動機(10)，其特征在于，所述燃料填充 時間段不依賴于所述進氣閥(18)旋轉(zhuǎn)速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于發(fā)電的陸上簡單循環(huán)PDC混合式發(fā)動機的控制系統(tǒng)。一種基于脈沖爆震燃燒器(PDC)的混合式發(fā)動機控制系統(tǒng)包括由算法軟件引導(dǎo)的可編程控制器，以響應(yīng)相應(yīng)的低壓渦輪(LPT)軸速度信號或者功率差信號(該功率差信號基于所需的功率與由基于PDC的混合式發(fā)動機產(chǎn)出的實際功率之間的差值)，并且還響應(yīng)PDC的燃料填充時間信號，來控制基于PDC的混合式發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸速度、PDC的進氣閥旋轉(zhuǎn)速度及PDC的燃料填充時間段，使得所需的燃料填充分數(shù)和化學(xué)計量比得以保持，并且還使得當(dāng)基于PDC的混合式發(fā)動機在加速模式或減速模式中運行時，來自空氣壓縮機的質(zhì)量空氣流率與經(jīng)由PDC吸入的質(zhì)量空氣流率相匹配。
文檔編號F02C9/48GK101915167SQ200910215178
公開日2010年12月15日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者A·拉希德, K·M·欣克利, N·D·喬世, V·E·唐吉拉拉 申請人:通用電氣公司