CN102168614B - 与燃气涡轮发动机中的燃料输送相关的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及与燃气涡轮发动机中的燃料输送相关的方法和系统。燃料输送系统包括：燃料管线(50)，其具有燃料压缩机(39)和在燃料压缩机(39)下游的平行分支：包括后冷却器(51)的冷分支(55)；和旁通后冷却器(51)的热分支(60)；快速热值仪(83)，其构造成测量来自燃料源的燃料的热值，并传送与测量相关的热值数据；用于控制引导通过冷分支(55)的燃料量和引导通过热分支(60)的燃料量的装置；以及燃料混合接点(64)，冷分支(55)与热分支(60)在该燃料混合接点处会聚；其中，燃料混合接点(64)接近燃烧器气体控制阀(66)。

Description

与燃气涡轮发动机中的燃料输送相关的方法和系统

技术领域

本申请大体上涉及用于改善燃气涡轮发动机的效率、性能和操作的方法、系统和设备，如在此所使用的并且除非另有特定说明，否则燃气涡轮发动机意指包括所有类型的燃气涡轮或旋转发动机、包括飞机发动机、动力设备的发动机等等。更具体地，但并非作为限制，本申请涉及与燃气涡轮发动机中的燃料输送有关的方法、系统和设备。

背景技术

通常，燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮通常包括轴向分级地叠置的叶片排。每级均包括固定的周向分开的定子叶片排和围绕中心轴线或轴旋转的转子叶片排。操作中，通常压缩机转子叶片围绕轴旋转，并且同定子叶片一致作用以压缩空气流。然后，压缩空气的供应用于燃烧器，以燃烧燃料供应。得到的热的燃烧气体流通过涡轮分段膨胀。通过涡轮的工作流体的流动引起转子叶片旋转。转子叶片连接至中心轴，使得转子叶片的旋转使轴旋转。这样，包含在燃料中的能量转化成旋转轴的机械能，该旋转轴例如可用于使压缩机的转子叶片旋转，使得产生燃烧所需的压缩空气的供应，并且该旋转轴例如可用于使发电机的线圈旋转，使得产生电力。

本领域中已知预热燃料供应，使得可以以高温向燃烧器输送燃料供应。由于很多原因，加热的燃料促进有效的发动机操作。有时，需要基于变化的燃料特性改变燃料的温度。然而，常规的燃料输送系统具有某些限制，该限制导致在燃料输送至燃烧器时在精确控制燃料温度方面的困难或延迟。这可导致以不可接受的温度输送燃料。

更具体地，燃气涡轮发动机通常设计成利用具有与热值相关的某些特性的燃料操作。也可称为总发热值、总能量或沃泊指数等级(WobbeIndexrating)的燃料的热值通常描述在燃料燃烧时释放的热或能量的量。但在燃气涡轮发动机应用中，如果考虑向喷嘴输送燃料的温度，则可更精确地描述由以给定的压力比通过燃料喷嘴燃烧的燃料释放的能量的量。考虑或补偿燃料温度的燃料特性通常称为修正沃泊指数等级或MWI等级。因此，该术语将用于本申请；但该术语的使用不意图为限制性的。(如在此所使用的，修正沃泊指数等级或MWI等级意图宽广地表示由以给定的压力比通过燃料喷嘴燃烧的燃料释放的能量的量的燃料测量，其考虑或补偿了向喷嘴输送燃料的温度。)因此，燃气涡轮发动机通常设计成利用具有特定的修正沃泊指数等级或属于可接受的修正沃泊指数等级范围的燃料操作。事实如此，具有修正或控制输送至燃烧器的燃料的温度(从而将燃料的修正沃泊指数等级修正或控制到优选范围)的能力是一种有用的方式，以确保发动机使用促进有效操作并减小燃烧器损坏危险的燃料。

然而，给定常规系统的限制，如以下更详细讨论的，可变的燃料状态常常导致向燃烧器输送的燃料在可接受的或目标修正沃泊指数等级外。换句话说，在常规系统中，常常向燃烧器输送在提供可接受的或目标沃泊指数等级的温度范围外的燃料。这可导致对燃烧器的损坏和效率低的发动机性能。此外，这可导致涡轮发动的“快速减负(runback)”情形，在该快速减负情形期间，通常，发动机的操作系统自动地减小或中断发动机输出，以避免由于燃料不满足发动机规格而可出现的发动机损坏。当然，发动机输出的急剧下降诸如在峰值需求期间可得到不恰当的力矩，并独自地导致明显的问题。

通常，对于常规燃料输送系统中这些类型的性能缺点存在多种原因。原因之一是在操纵燃料温度中出现的热滞后。例如，在包括燃料压缩机的系统中，该燃料压缩机通过压缩来加热燃料，然后通过燃料后冷却器的使用来冷却加热流的组分，该滞后至少部分地由于两种流混合的点的位置。也就是说，根据常规系统，两种流(即由后冷却器冷却的流和未冷却的流)以预期的量混合，使得向燃烧器输送具有预期温度的燃料供应。如以下更详细讨论的，混合点的位置对燃料流的温度在燃料流进入燃烧器时可被改变的速率产生影响。

另一问题与燃料供应内诸如热值特性的可变燃料特性的及时检测相关。检测变化的状态的延迟使得难于及时确定应向燃烧器输送燃料的合适温度(或温度范围)。结果，存在对与燃气涡轮发动机中的燃料输送相关的改善的方法、系统和设备的需求，尤其地对有效并且高效地控制至少间歇地使用燃料压缩机的系统中的燃料温度的需求，使得可始终以对于发动机合适地给予其燃料热值和目标修正沃泊指数等级的温度向燃烧器输送燃料。

发明内容

因此，本申请描述了一种用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统，包括：燃料管线，其具有位于到燃料源的第一连接与到燃气涡轮发动机的燃烧器的第二连接之间的燃料压缩机，其中燃料管线还包括在燃料压缩机下游的平行分支：包括后冷却器的冷分支；和旁通后冷却器的热分支；快速热值仪，其构造成测量来自燃料源的燃料的热值，并传送与测量相关的热值数据；用于控制引导通过冷分支的燃料量和引导通过热分支的燃料量的装置；以及燃料混合接点，冷分支与热分支在该燃料混合接点处会聚；其中燃料混合接点接近燃烧器气体控制阀。

本申请还描述了一种控制燃料输送到燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中燃气涡轮发动机的燃料输送系统包括：燃料管线，其具有位于到燃料源的第一连接与到燃气涡轮发动机的燃烧器的第二连接之间的燃料压缩机，其中燃料管线还包括在燃料压缩机下游的平行分支：包括后冷却器的冷分支；和旁通后冷却器的热分支；快速热值仪，其构造成测量来自燃料源的燃料的热值，并传送与测量相关的热值数据；用于控制引导通过冷分支的燃料量和引导通过热分支的燃料量的装置；以及接近燃烧器气体控制阀设置的燃料混合接点，冷分支与热分支在该燃料混合接点处会聚；该方法包括步骤：利用快速热值仪测量燃料的热值；基于测得的热值和燃烧器的目标修正沃泊指数范围确定燃料的目标温度范围；以及控制通过冷分支和热分支的燃料流，使得向燃烧器输送的燃料的温度包括在目标温度范围内的温度。

当结合附图和所附权利要求时，在阅读优选实施例的以下详细说明时，本申请的这些及其它特征变得明显。

附图说明

结合附图，通过以下本发明的示例性实施例的更详细的说明的仔细研究，将更完全地理解并意识到本发明的这些及其它的特征，其中：

图1是可使用本申请的某些实施例的示例性涡轮发动机的示意图；

图2是图1的燃气涡轮发动机的压缩机分段的剖视图；

图3是图1的燃气涡轮发动机的涡轮分段的剖视图；

图4是根据常规设计的燃气涡轮系统的燃料输送系统的示意图；

图5是根据本申请的示例性实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图6是根据本申请的替代性实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图7是根据本申请的替代性实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图8是根据本申请的替代性实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图9是示出本申请的示例性实施例的操作的流程图；以及

图10是示出本申请的替代性实施例的操作的流程图。

部件列表：

10燃气涡轮发动机

11压缩机

12涡轮

13燃烧器

14压缩机转子叶片

15压缩机定子叶片

16涡轮转子叶片

17涡轮定子叶片

20燃气涡轮系统

22发电机

24转子

26压缩机

28涡轮

30燃烧器

32进气管线

39燃料压缩机

50燃料管线

51后冷却器

55冷分支

60热分支

62上游叉

64燃料混合接点

65阀

66燃烧器气体控制阀

67气相色谱仪

70燃气涡轮系统

78热燃料控制阀

79冷燃料控制阀

80三通阀

82控制单元

83快速热值仪

85温度测量装置

具体实施方式

现在参考附图，图1示出燃气涡轮发动机10的示意图，该燃气涡轮发动机10将用于描述可采用本发明的示例性环境。本领域技术人员应理解的是，本发明不局限于这类使用。如上所述，本发明可用于其它类型的燃气涡轮发动机。

通常，燃气涡轮发动机通过从由燃料在压缩空气流中的燃烧产生的加压热气流提取能量而操作。如图1所示，燃气涡轮发动机10可配置有通过共用轴或转子机械地联接至下游涡轮分段或涡轮12的轴流式压缩机11、和位于压缩机11与涡轮12之间的燃烧器13。

图2示出可用于图1的燃气涡轮发动机的示例性多级轴流式压缩机11的视图。如图所示，压缩机11可包括多级。每级均可包括由压缩机定子叶片排15跟随的压缩机转子叶片排14。因此，第一级可包括由压缩机定子叶片排15跟随的压缩机转子叶片排14，该压缩机转子叶片排围绕中心轴旋转，而该压缩机定子叶片排在操作期间保持固定。压缩机定子叶片15通常彼此周向分开，并围绕旋转轴线固定。压缩机转子叶片14周向分开并附接至轴；当轴在操作期间旋转时，压缩机转子叶片14围绕该轴旋转。如本领域技术人员应意识到的，压缩机转子叶片14构造成使得当围绕轴自旋时，压缩机转子叶片向流过压缩机11的空气或流体给予动能。压缩机11可具有超出图2中所示出的级的其它级。附加的级可包括由多个周向分开的压缩机定子叶片15跟随的多个周向分开的压缩机转子叶片14。

图3示出可用于图1的燃气涡轮发动机的示例性涡轮分段或涡轮12的局部图。涡轮12同样可包括多级。示出了三个示例性的级，但在涡轮12中可存在更多或更少的级。第一级包括在操作期间围绕轴旋转的多个涡轮动叶或涡轮转子叶片16和在操作期间保持固定的多个喷嘴或涡轮定子叶片17。涡轮定子叶片17通常彼此周向分开，并围绕旋转轴线固定。涡轮转子叶片16可安装在涡轮叶轮(未示出)上用于围绕轴(未示出)旋转。还示出了涡轮12的第二级。第二级类似地包括由多个周向分开的涡轮转子叶片16跟随的多个周向分开的涡轮定子叶片17，该多个周向分开的涡轮转子叶片同样安装在涡轮叶轮上用于旋转。还示出了第三级，并且类似地包括多个涡轮定子叶片17和转子叶片16。应意识到的是，涡轮定子叶片17和涡轮转子叶片16处于涡轮12的热气路径中。热气通过热气路径的流向由箭头指示。如本领域技术人员应意识到的，涡轮12可具有超出图3中所示出的级的其它级。每个附加的级均可包括由涡轮转子叶片排16跟随的涡轮定子叶片排17。

在使用中，轴流式压缩机11内的压缩机转子叶片14的旋转可压缩空气流。在燃烧器13中，当压缩空气与燃料混合并点燃时，可释放能量。然后在涡轮转子叶片16上引导得到的来自燃烧器13的可称为工作流体的热气流，工作流体的流动引起涡轮转子叶片16围绕轴的旋转。因此，工作流体的流动的能量转换成旋转叶片的机械能，并且由于转子叶片与轴之间的连接，转换成旋转轴的机械能。于是，轴的机械能可用于驱动压缩机转子叶片14的旋转，使得产生必需的压缩空气的供应，并且轴的机械能还可用于驱动例如发电机，以产生电。

为了清楚地表达本申请的发明，可能需要选择参考和描述涡轮发动机的某些机器构件或部件的术语。只要有可能，将以与其公认的意义一致的方式使用并采用共用行业术语。然而，这里指的是，任何这样的术语被给予宽广的意义，并且不被狭窄地解释，使得不合理地限制在此意图的意义和所附权利要求的范围。本领域技术人员应意识到的是，常常利用多个不同的名称指示某些构件。另外，在此可描述成单个部件的部件可包括并在另一背景下引用为由多个构件部件组成，或者在此可描述成包括多个构件部件的部件可被制成并且有时称为单个部件。因此，在理解在此描述的本发明的范围中，不仅应注意所提供的术语和说明，而且应注意如在此所描述的构件的结构、构造、功能和/或使用。

另外，在此可使用为涡轮发动机应用所共用的多个描述性术语。这些术语的定义如下。术语“下游”和“上游”是指示相对于通过涡轮或室(condo)的工作流体的流动的方向的术语。因此，术语“下游”是指沿流动的方向，而术语“上游”是指沿通过涡轮的流动的相反的方向。与这些术语相关，术语“后”和/或“后缘”指的是被描述的构件的下游方向、下游端和/或沿下游端的方向。并且，术语“前”和/或“前缘”指的是被描述的构件的上游方向、上游端和/或沿上游端的方向。术语“径向”指的是与轴线垂直的运动或位置。它常常需要用于描述相对于轴线位于不同的径向位置的部件。在该情况下，如果第一构件比第二构件更靠近轴线，则在此可陈述为第一构件在第二构件“内侧”或“径向向内”。另一方面，如果第一构件比第二构件更远离轴线，则在此可陈述为第一构件在第二构件“外侧”或“径向向外”。术语“轴向”指的是与轴线平行的运动或位置。并且，术语“周向”指的是围绕轴线的运动或位置。

再次参考附图，图4示出根据常规设计的燃气涡轮系统的示例：燃气涡轮系统20。燃气涡轮系统20可包括由转子轴24连接至压缩机26和涡轮28的发电机22。可依据常规技术实现这些构件的连接和构造。燃烧器30可位于压缩机26与涡轮28之间。如图所示，进气管线32可连接至压缩机26。进气管线32向压缩机26提供入口。于是，第一导管可将压缩机26连接至燃烧器30，并且可将由压缩机26压缩的空气引导到燃烧器30中。如上所述，燃烧器30通常以已知的方式燃烧压缩空气的供应与燃料，以产生热的压缩动力气体。动力气体从燃烧器30由第二导管传导并引导至涡轮28。燃烧气体的供应驱动涡轮28。由动力气体驱动的涡轮28转动转子轴24，使轴或转子轴24旋转，转子轴的能量可用于驱动压缩机26和发电机22，从而产生电。

涡轮系统20还可包括燃料压缩机39。应意识到的是，燃气涡轮发动机常常需要燃料压缩机，使得在操作期间满足燃烧器的供应压力需要。取决于可用的系统和燃料供应，可间歇地(即当需要升高燃料供应的压力时)或恒定地(即当燃料压力总是需要升高使得以所期望的压力向燃烧器输送燃料时)使用燃料压缩机39。应意识到的是，在使用时，燃料压缩机39由于压缩热而加热燃料供应。

燃料管线50可通过燃料压缩机39从燃料源(未示出)延伸至燃烧器30，用于向燃烧器30输送燃料。如燃气涡轮系统中常规的，燃料管线50可传送液体燃料或诸如甲烷的气体燃料。如上所述，通过压缩过程，当燃料流过燃料压缩机39时加热燃料。常规系统通常包括必要时从燃料供应去除热的燃料后冷却器或后冷却器(在下文中“后冷却器51”)。如在此所使用的，后冷却器51指的是可用于从燃料供应去除热的常规系统构件。例如，后冷却器51可以是空气到气体热交换器、液体到气体热交换器、或者可用于完成从燃料供应去除热的功能的另一构件。

如图4所示，给定这些构件，燃料管线50可描述成具有两个平行分支。第一分支是通过后冷却器51引导燃料的分支。该分支在此称为冷分支55。在此称为热分支60的第二分支是旁通后冷却器51的分支。应指出的是，如在此所使用的，“冷”和“热”仅用于区别流过每个分支的燃料与另一分支相比的相对温度。也就是说，“热”分支60通常承载具有比由“冷”分支55承载的燃料供应更高的温度的燃料供应。如图所示，冷分支55和热分支60可在后冷却器51上游且在燃料压缩机39下游的点处分叉。该点在此称为上游叉62。于是，冷分支55和热分支60可在后冷却器51下游且在燃烧器30上游的点会聚。该点在此称为燃料混合接点64。这样，应意识到的是，平行燃料管线允许某些燃料旁通后冷却器51。一个或多个阀可用于控制移动通过热分支60的燃料量和移动通过冷分支55的燃料量，使得所期望的量分别流过。如图所示，这可利用位于热分支60中的单个双通阀65实现。还可能存在用于以所期望的方式控制该流动的其它阀构造。另外，系统可包括未示出的诸如止回阀的其它构件，所述其它构件维持流向(如在管线上由箭头所指示的)并防止回流。这在整个图5至8中也是如此。

给定系统20的构造，阀65可用于调节旁通后冷却器51的燃料量，并且通过这样，阀65可用于控制流向燃烧器30的燃料供应的温度。也就是说，通过操纵旁通后冷却器51的燃料供应量，然后在下游将冷却的燃料流与未冷却的燃料流相结合，常规的涡轮系统20可至少部分地控制向燃烧器30输送的燃料的温度。

然而，如以下更详细讨论的，在操作中，常规系统具有温度滞后，该温度滞后使相对及时的且精确的燃料温度修正或调整基本无效。连同其它原因，这是因为诸如图4所示的常规系统的常规系统在燃料混合接点64与燃烧器30之间包括燃料管线50相对冗长的伸展。该燃料管线的伸展通常终止于正好在燃烧器30上游的阀，在此称为燃烧器气体控制阀66。如图4所示，该距离称为距离“L1”，并指示在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66或燃烧器30的入口之间的导管的长度。在常规系统中，距离L1至少大于20m，并且通常大于50m。导管在混合接点64与燃烧器30之间冗长的延伸使向燃烧器30输送的燃料的温度的相对快速的调节不可能。应意识到的是，该延迟由导管长度的阻碍改变燃料温度的热沉特性所引起、和/或由在调节温度的燃料可输送至燃烧器30之前需要的已在导管中的燃料的清洗所引起。

在某些情况下，常规系统还可包括常规气相色谱仪67或其它类似的装置。如本领域技术人员应意识到的，气相色谱仪67可用于测试燃料供应，以确定燃料供应单独组分的组成和/或燃料供应的热值。更具体地，气相色谱仪67可用于对燃料供应取样，并测量燃料供应各种组分的相对量。这样，常规系统可确定燃料供应内的不同碳氢化合物的分类，并提供与燃料供应的热值相关的数据。然而，通常存在与通常用于常规系统的气相色谱仪67和其它类似的测试装置相关的明显的时间延迟。也就是说，在色谱仪67从燃料供应取得样本与为控制系统提供与燃料的化学组成或热值相关的相关或必需的测试结果或信息的时间之间存在明显的延迟。与色谱仪(和/或通常为相同的目的用于常规系统的其它类似的装置)相关的延迟相对显著(常常几分钟或更长)，并且如以下更详细讨论的，常常在对发动机控制设置的修正是必需的之后提供(即不“及时”的测试结果)。换句话说，测试结果提供得太迟。色谱仪和/或其它类似的装置不提供关于燃料供应的热值的容易可用且及时的信息，这可导致向发动机输送的燃料在发动机的目标修正沃泊指数范围外。这可导致发动机损坏、快速减负或其它性能问题。在许多情况下，该延迟由于上述温度滞后而加剧。

如本领域技术人员应意识到的，除所示构件之外，燃气涡轮系统20以及此后、即图5至10描述的示例性实施例的燃气涡轮系统可包括诸如聚结过滤器、燃气洗涤器、启动加热器等的其它构件。然而，这些元件的包括和构造对于在此要求保护的本发明的操作不是关键性的，并因此这些构件在提供的附图中未示出或者未详细地讨论。

图5至8示出根据本申请的燃料输送和燃气涡轮发动机系统的示例性实施例。在图5至8示出的系统中的许多构件大致与以上相对于图4的系统描述的构件相同或类似。因此，为了清楚和简洁起见，用于图4的附图标记对于共用构件同样用于图5至9。

根据常规设计，图5和6的燃气涡轮系统70可包括由转子轴24连接至压缩机26和涡轮28的发电机22。燃烧器30可位于压缩机26与涡轮28之间。进气管线32可连接至压缩机26，使得提供用于空气供应的入口。第一导管可将由压缩机26压缩的空气引导至燃烧器30，在该燃烧器处，空气可用于燃烧燃料供应。得到的热气流可通过涡轮28膨胀，如上所述，在该涡轮处，能量转换成旋转轴24的机械能。于是，旋转轴的能量可用于驱动压缩机26和发电机22，从而分别产生压缩空气供应和电。但是，该燃气涡轮发动机应用是示例性的；本发明还可用于其它燃气涡轮发动机应用。

根据本申请的示例性实施例，燃气涡轮系统70构造成使得可由系统操作员或控制单元以及时的方式控制向燃烧器30输送的燃料的温度，使得燃料满足用于发动机的目标MWI值。如上所述，燃气涡轮发动机通常设计成利用具有与热值相关的某些特性的燃料操作。也可称为总发热值、总能量或沃泊指数等级的燃料的热值通常描述在燃料燃烧时释放的热或能量的量。但在燃气涡轮发动机应用中，如果考虑向喷嘴输送燃料的温度，则可更精确地描述由以给定的压力比通过燃料喷嘴燃烧的燃料释放的能量的量。考虑或补偿燃料温度的燃料特性通常称为修正沃泊指数等级或MWI等级。如在此所使用的，修正沃泊指数或MWI意图宽广地指示由以给定的压力比通过燃料喷嘴的燃料释放的能量的量的燃料测量，其考虑或补偿了向喷嘴输送燃料的温度。因此，燃气涡轮发动机通常设计成利用具有特定的修正沃泊指数等级或属于可接受的修正沃泊指数等级范围的燃料操作。如在此所使用的，燃气涡轮发动机所设计用于的特定的修正沃泊指数或可接受的修正沃泊指数的范围都称为“目标修正沃泊指数范围”或“目标MWI范围”。具有修正或控制输送至燃烧器的燃料的温度(从而修正或控制燃料的修正沃泊指数等级)的能力是一种有用的方式，以确保发动机使用在发动机的目标MWI范围内的燃料。

如图5和6所示，燃料管线50可从燃料源(未示出)延伸至燃烧器30。通过压缩过程，在燃料压缩机39中压缩燃料时可加热燃料，使得需要位于燃料压缩机39下游的后冷却器51，以便在需要满足燃料温度需要时可冷却流过燃料压缩机39的燃料供应的一部分。如前所述，燃料管线50可描述成具有两个平行分支。冷分支55是引导燃料通过后冷却器51的分支，而热分支60是旁通后冷却器51的分支。图5和6的冷分支55和热分支60在某些方面可类似于图4的冷分支55和热分支60。如图所示，热分支60在后冷却器51上游的点、即在上游叉62与冷分支55分叉，并在后冷却器51下游的点、即在燃料混合接点64与冷分支55会聚。这样，热分支60形成替代或旁通路线，通过该替代或旁通路线，燃料供应可在不被后冷却器51冷却的情况下从燃料压缩机39移动至燃烧器30。结果，流过热分支60的燃料通常具有比流过冷分支55的燃料更高的温度。

如以下更详细描述的，可通过一个或多个常规阀的操作，控制或操纵流过冷分支55和热分支60的燃料量，所述一个或多个常规阀中的每个阀均可至少具有允许不同燃料流量水平通过的多个流动设置。在某些实施例中，燃气涡轮系统70可经由可位于任一分支中的单个常规双通阀控制两个平行分支之间的流量水平。如图5所示，燃气涡轮系统70可经由两个常规双通阀(位于热分支60上的热燃料控制阀78和位于冷分支55上的冷燃料控制阀79)更精确地控制流量水平。另外，如图6所示，可用常规三通阀80替代冷燃料控制阀79和热燃料控制阀78。如图6所示，三通阀80可位于燃料混合接点64处。在其它实施例中，三通阀90可位于上游叉62处。另外，应意识到的是，系统70可包括诸如止回阀(未示出)的其它构件，所述其它构件维持流向(如在管线上的箭头所指示的)并防止回流。

依据常规装置和方法，可由控制单元82控制相关阀的操作和设置，所述相关阀可包括冷燃料控制阀79和热燃料控制阀78(在图5的实施例的情况下)或三通阀80(在图6的实施例的情况下)。尤其地，可依据从控制单元82接收的信号(如附图上由虚线所指示的)控制对通过热分支60和冷分支55的燃料流进行调节的阀的设置。如以下更详细讨论的，控制单元82可包括电子或计算机实现装置，该电子或计算机实现装置包括与一个或多个阀的操作有关的控制逻辑。依据该控制逻辑和/或由控制单元82监测的一个或多个操作参数(如以下更详细讨论的)，控制单元82可向一个或多个阀发送电子信号，从而控制阀的设置。这样，可控制一个或多个阀，例如以减小通过热分支60的流量和增大通过冷分支55的流量，或替代性地增大通过热分支60的流量和减小通过冷分支55的流量。

应意识到的是，可通过操纵穿过后冷却器51的燃料供应的百分比来控制向燃烧器30输送的燃料供应的温度(从而MWI等级)。例如，如果需要降低向燃烧器输送的燃料供应的温度(从而提高MWI等级)，可控制一个或多个控制阀(即热燃料控制阀78、冷燃料控制阀、三通阀80、或其它类型的阀和其它阀构造)，使得通过后冷却器51引导提高的燃料供应百分比。这将促进冷却，并导致燃料混合接点64下游的降低的燃料温度。替代性地，如果需要提高向燃烧器输送的燃料供应的温度(从而降低MWI等级)，可控制一个或多个控制阀，使得通过后冷却器51引导降低的燃料供应百分比。这将导致较少的冷却，该较少的冷却将导致燃料混合接点64下游的提高的燃料温度。

根据本发明的示例性实施例，燃气涡轮系统70还可包括快速热值仪83。如在此所使用的，快速热值仪83限定成包括可用于测试诸如天然气的燃料并快速地提供与被测燃料的热值相关的测试结果或数据的仪器或装置。此外，如在此所使用的，提供“快速的”测试结果限定成及时地提供测试结果、或者关于本发明的其它实施例于在此指定的时间段内提供测试结果。在某些实施例中，快速的燃料热值仪83可包括气体热量计。如本领域技术人员应意识到的，气体热量计是测量燃料的热值的仪器。如上所述，也称为总发热值、总能量或沃泊指数等级的燃料的热值在此限定成通常描述在燃料燃烧时释放的热或能量的量。在某些实施例中，本发明的快速热值仪83可包括构造成满足本文描述的其它操作需要的以下装置和/或其它类似装置：沃泊仪、气体热量计或热值发射器。如图所示，在某些实施例中，快速热值仪83可位于上游叉62上游和燃料压缩机39上游。

在某些实施例中，快速热值仪83在操作中可构造成使得其周期性地对输送至燃烧器30的燃料供应的热值取样和测试。燃料供应通过快速热值仪83的周期性测试可在至少大约每隔60秒内进行。在其它更优选的实施例中，燃料供应通过快速热值仪83的周期性测试可在至少大约每隔30秒内进行。在还有其它更优选的实施例中，燃料供应通过快速热值仪83的周期性测试可在至少大约每隔15秒内进行。

如上所述，快速热值仪83可构造成在相对短的时间段内完成燃料的测试并提供关于燃料热值的数据。在某些实施例中，快速热值仪83包括构造成在取得测试样本并开始测试程序的至少大约2分钟内完成热值测试并提供结果的装置。在其它更优选的实施例中，快速热值仪83可构造成在取得测试样本并开始测试程序的至少大约1分钟内完成热值测试并提供结果。在还有其它更优选的实施例中，快速热值仪83可构造成在取得测试样本并开始测试程序的至少大约30秒内完成热值测试并提供结果。理想地，在其它实施例中，快速热值仪83可构造成在取得测试样本并开始测试程序的至少大约10秒内完成热值测试并提供结果。

快速热值仪83和控制单元82通常可构造成彼此电子通信，但这在附图中没有描绘。尤其地，快速热值仪83可根据常规装置和方法向控制单元82发送与燃料供应的热值测试相关的数据。

燃气涡轮系统70还可包括常规仪器，以在燃料输送系统内的一个或多个位置测量燃料供应的温度。例如，在快速热值仪83的位置处，第一热电偶或其它温度测量装置85可被设置或者集成到快速热值仪83中，使得可在确定并向控制单元82传送热值的同时测量燃料供应的温度。在该位置，温度测量可提供在此称为“原燃料温度”的温度、即原燃料供应在其加热或压缩之前的温度。第二温度测量装置85可在燃料压缩机39的出口与上游叉62之间或者沿热分支60在上游叉62与燃料混合接点64之间设置。该温度测量提供在此称为“压缩燃料温度”的温度、即燃料在其由燃料压缩机39压缩并加热之后的温度。第三温度测量装置可位于后冷却器51的出口与燃料混合接点64之间。该温度测量提供在此称为“冷却燃料温度”的温度、即燃料在其由后冷却器51冷却之后的温度。第四温度测量装置85可位于燃料混合接点64下游。例如，该温度测量装置85可位于燃烧器30的入口处或位于燃烧器气体控制阀66的入口处。在该位置的温度测量提供在此称为“混合燃料温度”的温度、即通常在燃料混合接点64下游和/或在燃烧器30的入口处的燃料温度。温度测量装置85可根据常规装置和方法向控制单元82传送测得的温度数据。另外，与以下相对于图7和8描述的实施例相关，第五温度测量装置85可位于诸如沐浴加热器的辅助热源下游。例如，该温度测量装置85可沿可称为热压缩机旁路的旁路位于热源的出口处。该温度测量提供在此称为“加热燃料温度”的温度、即通常在辅助热源下游并在燃料混合接点64上游的燃料的温度。用于测量温度的仪器可根据常规装置和方法向控制单元82传送测得的温度数据。

如上所述，在常规系统中，导管或燃料管线50在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66或燃烧器30的入口之间的距离相对冗长。(应指出的是，“燃烧器气体控制阀66”意指正好在燃烧器30上游并接近燃烧器30出现的控制阀，并因此在此大致可与“燃烧器30的入口”互换，以描述将燃料供应引入燃烧器30的近似位置。具体地，如在此所意图的，对“燃烧器气体控制阀66”的参考大致与对燃烧器30的入口的参考相同。因此，在无论什么原因正好在燃烧器30上游或接近燃烧器30没有控制阀的系统中，在此对“燃烧器气体控制阀66”的参考替代地意指燃烧器30的入口。)应意识到的是，由于导管的延伸长度通常形成抵抗快速温度变化的热沉和/或在燃烧器气体控制阀66或者燃烧器30的入口处感觉到燃料温度的显著变化之前(并因此在燃料的MWI等级的显著变化之前)必须显著冲洗导管的延伸长度，所以燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66之间的距离在冗长时使得更加难以快速地改变向燃烧器30输送的燃料供应的温度。结果，在常规系统中，在用于改变燃料温度的动作与当在燃烧器气体控制阀66或燃烧器30的入口处感觉到得到的变化时之间存在明显的延迟。

此外，在常规燃气涡轮系统中，改变燃料供应的温度的能力的这种延迟通常由于与从气相色谱仪或用于该用途的其它类似装置获得燃料供应的热值数据相关的典型延迟而加剧。结果，常规的燃气涡轮系统可在检测燃料供应的热值变化中经历延迟，该延迟然后可通过通常在引起于燃烧器30处供应的燃料的温度变化中出现的第二延迟而复合。如以下更详细描述的，构造成根据本发明的示例性实施例操作的燃气涡轮系统通过快速热值仪83的使用减小或大致消除这些延迟问题，该快速热值仪可构造成向控制单元82提供更及时的并且快速的燃料供应热值数据。

此外，本发明的示例性实施例提供旁通燃料管线60，其允许燃料旁通后冷却器51，使得可在燃烧器30的入口处更快速地感觉到燃料温度变化(和得到的燃料MWI等级变化)。在本发明的某些实施例中，该结果可通过定位燃料混合接点64(即将未加热燃料与加热燃料的供应混合至预期温度的位置)获得，使得减小导管在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66之间的长度。如上所述，通过减小导管的该长度，可接近燃烧器气体控制阀66出现加热燃料与未加热燃料的混合，这通常允许到达燃烧器30的燃料的温度变化以相对快速的方式进行。

还发现的是，在某些情况下，在加热燃料与未加热燃料混合的位置与燃烧器气体控制阀66之间应保留最短距离。该最短距离允许加热燃料与冷却燃料充分混合，使得在燃料输送至燃烧器30并在燃烧器30内燃烧之前获得通过燃料供应的相对均匀的燃料温度。应意识到的是，具有通过燃料供应的相对均匀的燃料温度尤其对于燃烧器30的操作促进较好的发动机性能。给定这些竞争性的考虑，作为在此描述的本发明的一部分，已形成导管长度的优选范围。因此，在某些优选实施例中，燃料混合接点64可定位成使得管道在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66(或者燃烧器30的入口)之间的长度在大约2与20米之间。更优选地，燃料混合接点64可定位成使得管道在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66(或者燃烧器30的入口)之间的长度在大约4与15米之间。并且，理想地，燃料混合接点64可设置成使得管道在燃料混合接点64与燃烧器气体控制阀66(或者燃烧器30的入口)之间的长度在大约6与10米之间。这些范围中的每个范围均提供提高的性能。如上所述，在导管在控制燃料供应温度的位置与燃烧器的近似入口之间较短的跨距的情况下，可使温度变化(以及因此燃料的MWI等级的变化)更快速(即需要较少的冲洗或清洗并减少用作热沉的导管)。并且，最短导管距离的保持提供获得两种燃料供应的充分混合。

本领域技术人员应意识到的是，与以上相对于图5和6描述的一个或多个方面一致的系统可用于有效地且及时地控制向燃烧器输送的燃料的温度，因而促进有效的发动机操作。以下相对于图9和10提出示出示例性操作方法的流程图。

在一种典型的应用中，当燃料供应需要燃料压缩机的持续使用以满足燃烧器的燃料压力需要时，可采用图5和6的实施例。如本领域技术人员应意识到的，在某些情况下，由于燃料供应有时已充分地加压，所以许多燃气涡轮系统不需要持续的燃料压缩。这种系统通常只需要燃料压缩机的间歇操作，以升高供应压力，这当然意味着由燃料的压缩提供的热仅间歇地可利用。图7和8示出根据本发明的示例性实施例的涡轮系统构造的方面。应意识到的是，可在仅需要燃料压缩机的间歇使用的涡轮系统中有效地使用根据图7和8的系统。

图7示出包括用于向燃料供应提供热的替代性热源的燃气涡轮系统90。如以下更详细描述的，该替代性热源可用于在燃料压缩机离线时将燃料流加热至期望的温度水平。如图所示，涡轮系统90的替代性热源可以是沐浴加热器91。应意识到的是，也可使用其它热源，并且沐浴加热器91仅作为优选实施例提供。例如，在其它实施例中，替代性热源可以是直接火力加热器、电加热器、热管热交换器、蒸汽加热器、热水加热器、或使用来自燃机的排气的热的热交换器、以及其它类型的常规热源。如本领域技术人员应意识到的，沐浴加热器91通常包括可以是水或者对于更高的温度可以是导热油的传热流体，该传热流体被加热并用于热交换器93，以加热穿过的燃料。沐浴加热器91包括使传热流体在加热器与热交换器93之间循环的泵94。尽管未示出，但可从燃料管线50放出用于沐浴加热器91的燃料供应。利用沐浴加热器91的优点之一是其可在不使用来自涡轮发动机的热的情况下加热燃料，这可当基本不可得到来自涡轮发动机的热时在发动机启动期间有利。

如图7所示，涡轮系统90可具有从燃料源(未示出)延伸至燃烧器30的燃料管线50。如前所述，燃料管线50具有平行分支。在该情况下，依据示例性实施例，燃料管线50可描述成具有冷分支55、热分支60、以及旁通燃料压缩机39的两个分支：冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97。如前所述，冷分支55是通过后冷却器51从燃料压缩机39引导燃料的分支，而热分支60是来自燃料压缩机39的燃料流通过其旁通后冷却器51的分支。如图所示，冷压缩机旁路96是从燃料管线50的在燃料压缩机39上游的点取得燃料流并将该燃料流输送至冷分支55上的点的分支，如图所示，该冷分支55上的点优选地在后冷却器51下游。应意识到的是，冷压缩机旁路96旁通燃料压缩机39和替代性热源，在该情况下为沐浴加热器91的热交换器93，使得燃料保持未加热。热压缩机旁路97是如下分支，该分支引导从在燃料压缩机39上游的点取得的燃料流，并引导该流动通过替代性热源的热交换器93，然后将加热流输送至热分支60上的点。当讨论图7和8中的四种燃料流(即通过冷分支55、热分支60、冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97的燃料流)时，应意识到的是，流可在与所示不同的构造中会聚或分叉，并且其它阀构造可用于控制不同的流在燃料混合接点64处的混合。例如，为了控制燃料流的混合，图7示出分别在热分支60和冷分支55上的热燃料控制阀78和冷燃料控制阀79，而图8示出位于燃料混合接点64处的三通阀80。还应理解的是，在此对“燃料混合接点”的参考应考虑将相对“热的”燃料流与相对“冷的”燃料流混合的任一布置。在所有的实施例中，应意识到的是，燃料混合接点64位于接近燃烧器30的位置，并包括具有不同温度的至少两种燃料流的会聚。

燃气涡轮系统90如图所示可具有快速热值仪83，该快速热值仪如上所述起作用。系统90在所示的位置同样可具有温度测量装置85，并且这些装置可与相对于图5和6描述的装置相类似地起作用。系统90可具有在燃料穿过热交换器93之后测量燃料的温度的附加的温度测量装置85。该温度测量提供在此称为“加热燃料温度”的温度、即在燃料已由沐浴加热器91或其它替代性的或辅助的热源加热之后燃料的温度。

系统90可在需要燃料压缩机39升高燃料的压力时操作；并且给定替代性热源91，系统90还可在不使用燃料压缩机39时操作。应意识到的是，当燃料压缩机39操作时，由于图5和6的实施例适用于燃料压缩机39通过压缩过程向燃料供应提供热的系统，所以系统90可以以与相对于图5和6的实施例描述的大致相同的方式操作。当燃料压缩机39离线时，系统90可通过利用该系统可利用的替代性热源(即沐浴加热器91)以不同的方式操作。操作的说明在此将集中于这种其它类型的操作，如本领域技术人员应意识到的，这为某些应用提供灵活性和性能优点。

当燃料压缩机39操作时，热压缩机旁路97关闭，使得没有燃料流过。应意识到的是，热压缩机旁路97用于引导旁通压缩机39的燃料流通过热交换器93。如果燃料压缩机39在操作中，则燃料很可能缺乏足够的压力，以满足燃烧器供应需要，并因此必须关闭分支97，使得引导所有的燃料通过提供增压的燃料压缩机39。热压缩机旁路97的关闭可经由利用如图7和8所示设置的三通阀98实现。同样地，由于冷压缩机旁路96同样允许燃料旁通燃料压缩机39，所以冷压缩机旁路96在这类操作中同样关闭。如图所示，冷压缩机旁路96可由双通阀99关闭。可能有其它的阀构造。

在该模式中，图7和8所示的构件的操作和构造通常与相对于以上为图5和6提供的那些构件所描述的类似或相同。这些构件包括燃料压缩机39、后冷却器51、冷分支55、热分支60、燃料混合接点64(和它的位置)、控制单元82、快速热值仪83和用于流量控制的各种阀。

由于系统90具有可用于在燃料压缩机39不可用于加热燃料时(即当不需要燃料压缩机39以升高燃料的压力时)加热燃料的替代性热源91，所以系统90提供操作灵活性，以当燃料压缩机39操作和当燃料压缩机39不工作时以期望的温度供应加热燃料。应意识到的是，当燃料压缩机39不工作时，不存在从压缩机39通过冷分支55和热分支60的流动，并且后冷却器51不工作。在燃料压缩机39离线时工作的其它构件的操作和构造通常与以上在涉及这些构件的说明中提供的类似或相同，这些构件通常包括燃料混合接点64(和它的位置)、控制单元82、快速热值仪83和各种阀的控制。

应意识到的是，在没有从燃料压缩机39通过冷分支55和热分支60的流动的情况下，系统90基本上减小至两个平行流：1)通过热压缩机旁路97的未压缩的燃料流，该燃料流经由替代性热源(即沐浴加热器91)加热；和2)通过冷压缩机旁路96的未加热的并且未压缩的燃料流。这两种流可在燃料混合接点64处集合，并且根据在此相对于本发明的多个实施例(例如可包括燃料混合接点64接近燃烧器30入口的位置和快速热值仪83)描述的系统和方法以使得得到的温度给燃烧器提供在优选的MWI范围内的燃料的方式混合。

如上所述，控制单元82可具有监测一个或多个操作参数并可控制一个或多个阀的功能的程序逻辑，使得根据本发明的示例性实施例，以优选的MWI等级或者在优选的MWI等级范围内向燃烧器输送燃料供应，所述优选的MWI等级或优选的MWI等级范围在此称为目标MWI范围。如本领域技术人员应意识到的，如以下详细描述的，可形成算法、控制程序、逻辑流程图和/或软件程序，以监测燃气涡轮发动机系统的变化的操作参数，使得通过控制向燃烧器输送燃料的温度，到燃烧器的燃料供应的MWI等级属于目标MWI范围。如本领域技术人员应意识到的，这样的系统可包括如以上讨论地监测相关的涡轮发动机操作参数的多个传感器和仪器。这些硬件装置和仪器可向诸如控制单元82的常规计算机实现控制系统发送数据和信息，并可由诸如控制单元82的常规计算机实现控制系统控制和操纵。也就是说，依据常规装置和方法，诸如控制单元82的控制系统可依据指令组或逻辑流程图从燃气涡轮系统70接收和/或获得数据、处理数据、与燃气涡轮系统的操作员通信、和/或控制系统的各种机械装置，如本领域技术人员应意识到的，所述指令组或逻辑流程图可成为由控制单元82操作的软件程序的一部分，并且可包括本发明的实施例。

图9和10示出根据本申请的实施例的逻辑流程图。图9提供表示可如何选择操作模式的顶级图，即是否需要燃料压缩机39升高供应压力以及是否需要辅助热源向燃料系统提供热。在图5和6的示例性实施例中，应意识到的是，由于燃料压缩机39总是操作并且没有辅助热源，所以不需要该顶级逻辑流程图。图10示出不同的操作模式可如何起作用的示例。应意识到的是，如由所附权利要求所描述的，根据本申请的实施例可包括多种操作模式中的一种或多种或所有、它们的任何部分、或任何其它组合。

图9示出逻辑流程图100。如本领域技术人员应意识到的，图9和10的逻辑流程图可由控制单元82实现和执行。在某些实施例中，控制单元82可包括任何合适的高功率固态开关装置。控制单元82可以是计算机；然而，这仅是在本申请的范围内的合适的高功率控制系统的示例。控制单元82还可实现为诸如ASIC的单个专用集成电路，其具有用于整体的系统级控制的主处理器分段或中央处理器分段、以及在中央处理器分段的控制下专门进行各种不同的特定组合、功能及其它处理的单独分段。本领域技术人员应意识到的是，还可利用各种单独专用的或可编程的集成的或其它的电子电路或装置实现控制单元，诸如包括诸如PLD、PAL、PLA等的离散元件电路或可编程逻辑装置的硬连线的电子或逻辑电路。还可利用单独的或与一个或多个外围数据和信号处理装置结合的合适编程的通用计算机实现控制单元82，诸如微处理器或微控制器、或其它处理器装置、诸如CPU或MPU。通常，有限状态机能在其上实现图10的逻辑流程图的任何装置或类似装置可用作控制单元82。

逻辑流程图100可开始于步骤或方框102，在该步骤或方框102处，可确定到系统的燃料供应是否需要通过燃料压缩机39的增压。(如上所述，图5和6的系统实施例构造成使得燃料压缩机39总是起作用，使得不需要该查询。)给定与输入燃料供应相关的常规压力读数，通常作出关于是否需要燃料压缩机39的决定。如果确定“否”，则不需要增压，该方法可继续至步骤104。如果确定“是”，则需要增压，该方法可继续至步骤105。

在步骤104处，由于不需要对燃料供应的增压，故该过程通常中止燃料压缩机39的操作，并配置系统阀99，使得燃料供应旁通燃料压缩机39。尤其地，在燃料压缩机39上游的燃料管线50上的点处，根据常规装置或设备(未示出)，燃料供应路由通过冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97，并且到燃料压缩机39的通路被关闭。图10的流程图描述了如下方法，通过冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97的两种流可在燃料混合接点64处混合，使得得到的燃料温度给燃烧器30提供目标MWI范围的燃料。

在步骤105处，由于过程确定需要对燃料供应的增压，所以该过程可开始或继续燃料压缩机39的操作，并配置系统控制阀，使得大致引导所有的燃料供应通过燃料压缩机39。尤其地，控制阀可构造成关闭冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97，并打开到燃料压缩机39的导管。过程还可配置控制阀，使得以期望的方式引导离开燃料压缩机39的燃料供应通过冷分支55和热分支60。图10的流程图描述了这两种流(即来自冷分支55和热分支60的流)如何在燃料混合接点64处混合，使得得到的燃料温度给燃烧器30提供目标MWI范围的燃料。

现在参考图10，可以以期望的方式集合并混合不同温度的两种或多种燃料流使得进入燃烧器30的燃料的MWI等级在目标范围内的示例性操作模式。在步骤202处，依据以上讨论的任一方法，控制单元82可接收、监测、和记录与燃气涡轮系统70、90的操作参数相关、尤其地与燃气涡轮系统70、90的燃料输送系统的操作参数相关的数据。如所描述的，操作参数可包括以下的一个或多个：燃料供应的热值(例如可经由快速热值仪83测量)；燃料供应在燃料输送系统内的各种位置处的温度(如以上讨论的，例如可包括原燃料温度测量、加热燃料温度测量、压缩燃料温度测量、冷却燃料温度测量和混合燃料温度测量)；和/或与通过冷分支55、热分支60、冷压缩机旁路96和热压缩机旁路97的流速相关的测量(例如可包括控制通过这些导管的流量的任何阀的设置，并且还可包括在这些导管中的任何导管内取得的可经由设置在导管内的常规压力换能器实现的燃料压力测量)。从步骤202，该过程可继续至步骤204。应意识到的是，操作参数的测量、监测和/或记录可连续地或定期地进行并更新，使得不管在图10中是否存在将步骤202连接至另一步骤的直线，均可在整个逻辑流程图200的多个步骤中的任一步骤使用当前的数据。

在步骤204处，给定燃料供应的热值的当前测量，该过程可确定应向燃烧器30输送燃料供应的可接受的温度或温度范围，以满足目标MWI范围。如所描述的，燃气涡轮发动机通常设计成利用具有某个热值或热值范围的燃料操作。尤其地，发动机可设计用于目标MWI范围。实际上，发动机的燃料供应的热值通常改变。通过改变燃料的温度，可补偿变动的热值水平，使得满足目标MWI范围。具体地，可通过提高或降低燃料供应的温度来调节燃料供应的MWI等级，使得向发动机的燃烧器输送的燃料处于发动机所设计用于的规定的或优选的MWI等级处、或在规定的或优选的MWI等级范围内。如上所述，发动机所设计用于的规定的或优选的MWI等级或规定的或优选的MWI等级范围在此都称为目标MWI范围。如本领域技术人员应意识到的，当以与目标MWI范围一致的MWI等级向燃烧器输送燃料时，燃气涡轮发动机运行较好、包括更加高效和可靠。向燃烧器输送在目标MWI范围外的燃料(即可出现向燃烧器输送的燃料的温度不产生在目标MWI范围内的MWI等级)可引起发动机性能和效率损失和/或可损坏涡轮构件。此外，如上所述，向燃烧器30输送在合适的范围外的燃料可导致燃气涡轮“快速减负”情形，由于这通常导致发动机自动地采用明显降低发动机输出的预防步骤，所以这可能是非常不合需要的。尽管实现该预防性动作以使在燃料的MWI等级不属于推荐范围时可能发生的潜在损坏最小，但输出的急剧损失可引起同样非常不合需要的其它问题。

燃料的MWI等级与燃料的温度之间的关系为反向关系。也就是说，当燃料的温度升高时，MWI等级降低。替代性地，当燃料的温度降低时，MWI等级升高。因此，例如，假定燃料具有“X”的热值，并给定涡轮发动机所设计用于的目标MWI范围，则可输送该燃料以将MWI等级维持在目标MWI范围内的可接受的温度范围构成在“Z”与“Y”之间的温度范围。如果燃料供应的热值升高至(X+10)的值，则通常向燃烧器输送燃料以将MWI等级维持在目标MWI范围内的可接受的温度范围通常减小至例如在(Z-20)与(Y-20)之间的温度范围。因此，燃气涡轮发动机通常具有应向燃烧器输送给定燃料热值的燃料的接受的或推荐的温度和/或温度范围(即将MWI等级维持在目标MWI范围内的温度范围)。在步骤204处，确定此后称为“目标温度范围”的该优选的温度或推荐的温度范围。总之，目标温度范围是如下的温度值或范围：基于通过快速的燃料热值仪83进行的热值测量，该温度值或范围在向燃烧器输送燃料时将燃料的MWI等级维持在目标MWI等级内。从步骤204，该过程然后可继续至步骤206。

在步骤206处，给定(如作为步骤202的持续操作的一部分测量和监测的)在燃料混合接点64与燃烧器30的入口之间测量的混合燃料温度的温度，该过程可确定以下：混合燃料温度是否在步骤204处计算的目标温度范围内？如图所示，如果确定燃料供应在燃烧器的入口处的温度处于目标温度范围或在目标温度范围内，则该过程可返回至步骤204。如果确定燃料供应在燃烧器的入口处的温度未处于目标温度范围或没有在目标温度范围内，则该过程可继续至步骤208。

在步骤208处，控制单元可操纵各种系统阀99的设置，使得以使混合燃料温度靠近或在目标温度范围内的方式修正混合燃料温度。因此，如果确定混合燃料温度需要降低(即如果测量的混合燃料温度比目标温度范围高)，则可修正多个控制阀的设置，使得通过工作分支的重新分配的流动降低混合燃料温度。如以上所讨论的，这可取决于系统如何运行以多种方式实现。例如，在图5和6的系统70中，可引导较多的燃料通过冷分支55，并引导较少的燃料通过热分支60，使得由后冷却器51冷却较多的在燃料混合接点64处混合的燃料。应意识到的是，当燃料压缩机39操作而辅助热源不工作时，在图7和8的系统90中同样可利用该相同的温度降低的方法。另一方面，当燃料压缩机39在系统90中不操作时，可重新分配通过系统的燃料流，使得引导较多的燃料通过冷压缩机旁路96，并引导较少的燃料通过热压缩机旁路97，使得加热较少的在燃料混合接点64处混合的燃料。

替代性地，如果确定混合燃料温度需要升高(即如果测量的混合燃料温度比目标温度范围低)，则可修正多个系统控制阀的设置，使得通过工作分支的重新分配的流动提高混合燃料温度。如以上所讨论的，这可取决于系统如何运行以多种方式实现。例如，在图5和6的系统70中，可引导较少的燃料通过冷分支55，并引导较多的燃料通过热分支60，使得由后冷却器51冷却较少的在燃料混合接点64处混合的燃料。应意识到的是，当燃料压缩机39操作而辅助热源不工作时，在图7至9的系统90中同样可利用该相同的提高温度的方法。另一方面，当燃料压缩机39在系统90中不操作时，则可重新分配流动，使得引导较少的燃料通过冷压缩机旁路96，并引导较多的燃料通过热压缩机旁路97，使得加热较多的在燃料混合接点64处混合的燃料。

在步骤210处，给定由在步骤208处采取的动作产生的修正的混合燃料温度，该过程可确定以下：混合燃料温度的温度是否在步骤204处计算的目标温度范围内？如果确定混合燃料温度(应意识到的是，可在到燃烧器30的入口处测量)在目标温度范围内(从而产生在目标MWI范围内的燃料)，则该过程可前进至步骤212。然而，如果确定混合燃料温度仍未在目标温度范围内(从而未能产生目标MWI范围内的燃料)，则该过程可返回至步骤208，在该步骤208处，可再一次调节系统控制阀。应意识到的是，该过程可重复在步骤208与210之间的控制循环，直到向燃烧器输送的燃料的温度处于或在目标温度范围内。在步骤212处，该过程可结束。替代性地，(未示出)该过程可返回至步骤202，以重新开始。

作为示例示出图9和10的示例过程要素。应意识到的是，其它的过程和流程图实施例可具有较小或较大数量的元素或步骤，并且根据本发明的其它实施例在替代性构造中可布置这样的要素或步骤。如本领域技术人员应意识到的，还可有选择地应用以上相对于多个示例性实施例描述的许多变化的特征和构造，以形成本发明的其它可能的实施例。为了简洁起见并考虑本领域技术人员的能力，在此未详细讨论各种可能的重复，但由以下多项权利要求包含的所有组合和可能的实施例意图为本申请的一部分。另外，从本发明的以上多个示例性实施例的说明，本领域技术人员将认识到改善、变化和变型。这样的本领域的技术范围内的改善、变化和变型也意图由所附权利要求覆盖。此外，显然的是，上文仅涉及本申请描述的实施例，并且可在本文中作出许多变化和变型，而不偏离由以下权利要求及其等同物所限定的本申请的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的燃料输送系统，包括：

燃料管线(50)，其具有位于到燃料源的第一连接与到燃气涡轮发动机(10)的燃烧器(13)的第二连接之间的燃料压缩机(39)，其中，所述燃料管线(50)还包括在所述燃料压缩机(39)下游的平行分支：包括后冷却器(51)的冷分支(55)；和旁通所述后冷却器(51)的热分支(60)；

快速热值仪(83)，其构造成测量来自所述燃料源的燃料的热值，并传送与所述测量相关的热值数据；

控制装置，用于控制引导通过所述冷分支(55)的燃料量和引导通过所述热分支(60)的燃料量；以及

燃料混合接点(64)，所述冷分支(55)与所述热分支(60)在所述燃料混合接点处会聚；

其中，所述燃料混合接点(64)设置于靠近燃烧器气体控制阀(66)；

其中，所述燃料管线进一步包括：

热压缩机旁路(97)，其在所述燃料压缩机的上游位置连接到所述燃料管线，所述热压缩机旁路构造成使得从中通过的燃料流旁路绕过所述燃料压缩机、并被送到加热器被加热，从所述加热器出来所述热压缩机旁路在所述燃料混合接点的上游位置连接到所述热分支；和

冷压缩机旁路(96)，其在所述燃料压缩机的上游位置连接到所述燃料管线，所述冷压缩机旁路构造成使得从中通过的燃料流旁路绕过所述燃料压缩机和所述加热器、并在所述燃料混合接点的上游及所述后冷却器的下游位置连接到所述冷分支；

所述燃料输送系统进一步包括用于测量燃料温度并传送与所述燃料温度相关的燃料温度数据的多个温度测量装置，所述多个温度测量装置沿所述燃料管线设置于多个位置以至少测量以下各项：包括在由所述燃料压缩机(39)压缩之后的燃料温度的压缩燃料温度；包括在由所述后冷却器(51)冷却之后的燃料温度的冷却燃料温度；包括由所述加热器加热后的加热燃料温度；包括在所述冷压缩旁路中的原始燃料温度；和包括在所述燃料混合接点(64)下游的燃料温度的混合燃料温度；

其中，所述控制装置包括构造成控制沿所述燃料管线设置的一个或多个阀的操作的控制单元；

其中，所述控制单元构造成接收来自所述多个温度测量装置的燃料温度数据和来自所述快速热值仪的热值数据；以及

其中，给定从所述温度测量装置(85)接收的燃料温度数据和从所述快速热值仪(83)接收的热值数据，所述控制单元(82)构造成计算目标温度范围，并控制所述一个或多个阀，使得将燃料的期望部分被引导通过所述冷分支(55)、燃料的期望部分被引导通过所述热分支(60)、以及燃料的期望部分被引导通过所述冷压缩旁路，以便在所述燃料混合接点(64)下游的混合燃料温度达到所述目标温度范围。

2.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其特征在于，所述燃烧器气体控制阀(66)包括位于到所述燃烧器(13)的入口上游的燃料阀；以及

其中，所述燃料混合接点(64)位于如下位置：a)靠近所述燃烧器气体控制阀(66)，使得通过用于控制引导通过所述冷分支(55)的燃料量和引导通过所述热分支(60)的燃料量的所述装置的变化引起所述燃烧器气体控制阀(66)处的燃料温度的及时变化；和b)远离所述燃烧器气体控制阀(66)，使得燃料在到达所述燃烧器气体控制阀(66)之前混合至均匀的温度。

3.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其特征在于，

燃料的所述目标温度范围包括如下温度范围，即在所述温度范围处，给定测得的燃料的热值，燃料包括用于所述燃气涡轮发动机(10)的目标修正沃泊指数范围；

所述后冷却器(51)包括空气到气体热交换器和液体到气体热交换器中的一个；

所述快速热值仪(83)构造成测量燃料的热值，并传送与所述测量相关的热值数据；以及

所述一个或多个阀包括下列之一：a)位于所述热分支(60)上的双通热燃料控制阀(78)和位于所述冷分支(55)上的双通冷燃料控制阀(79)；以及b)位于所述燃料混合接点(64)处的三通阀(80)。

4.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其特征在于，所述控制单元(82)构造成使得：

如果给定所述目标温度范围，需要所述混合燃料温度的升高，则控制单元(82)控制所述一个或多个阀，以增加燃料的引导通过所述燃料管线(50)的热分支(60)的部分；以及

如果给定所述目标温度范围，需要所述混合燃料温度的降低，则控制单元(82)控制所述一个或多个阀，以增加燃料的引导通过所述燃料管线(50)的冷分支(55)的部分。

5.根据权利要求2所述的燃料输送系统，其特征在于，所述快速热值仪(83)包括在短于开始测试过程的30秒之内提供热值测试结果的装置；并且其中，所述燃料输送系统构造成定期测试燃料，所述定期短于30秒；以及

其中，所述燃料混合接点(64)设置成使得所述燃料管线(50)在所述燃料混合接点(64)与所述燃烧器气体控制阀(66)之间的长度在6与10米之间。

6.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其特征在于，所述燃料管线(50)还包括：

热压缩机旁路，其在所述燃料压缩机(39)上游的位置连接至所述燃料管线(50)，并构造成使得通过的燃料流旁通所述燃料压缩机(39)并传送至加热器且被加热，并从所述加热器，所述热压缩机旁路在所述燃料混合接点(64)上游的位置连接至所述热分支(60)；以及

冷压缩机旁路，其在所述燃料压缩机(39)上游的位置连接至所述燃料管线(50)，并构造成使得通过的燃料流旁通所述燃料压缩机(39)和所述加热器，且在所述燃料混合接点(64)上游并在所述后冷却器(51)下游的位置连接至所述冷分支(55)；

还包括构造成测量燃料温度并传送与燃料温度测量相关的燃料温度数据的多个温度测量装置(85)，所述多个温度测量装置(85)沿所述燃料管线(50)设置在多个位置，以至少测量：包括在由所述燃料压缩机(39)压缩之后的燃料温度的压缩燃料温度；包括在由所述后冷却器(51)冷却之后的燃料温度的冷却燃料温度；包括在由所述加热器加热之后的燃料温度的加热燃料温度；包括在所述冷压缩机旁路中的燃料温度的原始燃料温度；和包括在所述燃料混合接点(64)下游的燃料温度的混合燃料温度。

7.根据权利要求6所述的燃料输送系统，其特征在于，所述燃料输送系统能够有选择地在至少两种操作模式之间操作，包括：a)第一操作模式，其中所述燃料压缩机(39)操作以压缩到所述燃烧器的燃料流；和b)第二操作模式，其中所述燃料压缩机(39)不工作；

其中：

在所述第一操作模式中，所述控制单元(82)构造成控制所述一个或多个阀，使得将所有的燃料引导通过所述燃料压缩机(39)；以及

在所述第二操作模式中，所述控制单元(82)构造成控制所述一个或多个阀，使得将所有的燃料引导通过所述热压缩机旁路和所述冷压缩机旁路，并且没有燃料引导通过所述燃料压缩机(39)。

8.根据权利要求7所述的燃料输送系统，其特征在于，在所述第一操作模式中：

燃料的引导通过所述热压缩机旁路的期望部分没有；

燃料的引导通过所述冷压缩机旁路的期望部分没有；以及

所述控制单元(82)控制燃料的引导通过所述冷分支(55)的期望部分和燃料的引导通过所述热分支(60)的期望部分，使得所述燃料混合接点(64)下游的混合燃料温度维持在所述目标温度范围内。

9.根据权利要求7所述的燃料输送系统，其特征在于，在所述第二操作模式中：

燃料的从所述燃料压缩机(39)引导通过所述热分支(60)的期望部分没有；

燃料的从所述燃料压缩机(39)引导通过所述冷分支(55)的期望部分没有；以及

所述控制单元(82)控制燃料的引导通过所述冷压缩机旁路的期望部分和燃料的引导通过所述热压缩机旁路的期望部分，使得所述燃料混合接点(64)下游的混合燃料温度维持在所述目标温度范围内。

10.根据权利要求7所述的燃料输送系统，其特征在于，还包括用于测量所述燃料源的压力并向所述控制单元(82)传送与压力测量相关的压力数据的装置；

其中，所述控制单元(82)构造成如果所述燃料源的压力低于预定阈值压力，则自动地以所述第一操作模式操作所述燃料输送系统；以及

其中，所述控制单元(82)构造成如果所述燃料源的压力高于所述预定阈值压力，则自动地以所述第二操作模式操作所述燃料输送系统，所述预定阈值压力包括所述燃烧器的优选燃料压力水平。

11.一种控制燃料输送到燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，所述燃气涡轮发动机的燃料输送系统包括：燃料管线(50)，其具有位于到燃料源的第一连接与到所述燃气涡轮发动机的燃烧器的第二连接之间的燃料压缩机(39)，其中所述燃料管线(50)还包括在所述燃料压缩机(39)下游的平行分支：包括后冷却器(51)的冷分支(55)；和旁通所述后冷却器(51)的热分支(60)；快速热值仪(83)，其构造成测量来自所述燃料源的燃料的热值，并传送与所述测量相关的热值数据；控制装置，用于控制引导通过所述冷分支(55)的燃料量和引导通过所述热分支(60)的燃料量；以及设置于靠近燃烧器气体控制阀(66)的燃料混合接点(64)，所述冷分支(55)与所述热分支(60)在所述燃料混合接点处会聚；所述方法包括步骤：

利用所述快速热值仪(83)测量燃料的热值；

基于测得的热值和所述燃烧器的目标修正沃泊指数范围确定燃料的目标温度范围；以及

控制通过所述冷分支(55)和所述热分支(60)的燃料流，使得向所述燃烧器输送的燃料的温度包括在所述目标温度范围内的温度；

其中，所述燃料管线进一步包括：热压缩机旁路(97)，其在所述燃料压缩机的上游位置连接到所述燃料管线，所述热压缩机旁路构造成使得从中通过的燃料流旁路绕过所述燃料压缩机、并被送到加热器被加热，从所述加热器出来所述热压缩机旁路在所述燃料混合接点的上游位置连接到所述热分支；和冷压缩机旁路(96)，其在所述燃料压缩机的上游位置连接到所述燃料管线，所述冷压缩机旁路构造成使得从中通过的燃料流旁路绕过所述燃料压缩机和所述加热器、并在所述燃料混合接点的上游及所述后冷却器的下游位置连接到所述冷分支；

所述燃料输送系统进一步包括用于测量燃料温度并传送与所述燃料温度相关的燃料温度数据的多个温度测量装置，所述多个温度测量装置沿所述燃料管线设置于多个位置以至少测量以下各项：包括在由所述燃料压缩机(39)压缩之后的燃料温度的压缩燃料温度；包括在由所述后冷却器(51)冷却之后的燃料温度的冷却燃料温度；包括由所述加热器加热后的加热燃料温度；包括在所述冷压缩旁路中的原始燃料温度；和包括在所述燃料混合接点(64)下游的燃料温度的混合燃料温度；

所述方法进一步包括以下步骤；

周期性地测量所述压缩燃料温度、所述冷却燃料温度、所述加热燃料温度、所述原始燃料温度和所述混合燃料温度；以及

基于所述热值测量和所述温度测量，控制燃料流，使得将燃料的期望部分引导通过所述冷分支(55)，将燃料的期望部分引导通过所述热分支(60)，将燃料的期望部分引导通过所述热压缩机旁路，和将燃料的期望部分引导通过所述冷压缩机旁路，以便在所述燃料混合接点(64)下游的混合燃料温度达到所述目标温度范围。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述燃料输送系统构造成能够有选择地在至少两种操作模式之间操作，包括：a)第一操作模式，其中所述燃料压缩机(39)操作以压缩到所述燃烧器的燃料流；和b)第二操作模式，其中所述燃料压缩机(39)不工作；

还包括步骤：

如果以所述第一操作模式操作，则控制燃料流，使得将所有的燃料引导通过所述燃料压缩机(39)；以及

如果以所述第二操作模式操作，则控制燃料流，使得将所有的燃料引导通过所述热压缩机旁路和所述冷压缩机旁路，并且没有燃料引导通过所述燃料压缩机(39)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料输送系统构造成测量所述燃料源的压力；

还包括步骤：

如果所述燃料源的压力低于预定阈值压力，则自动地以所述第一操作模式操作所述燃料输送系统；以及

如果所述燃料源的压力高于所述预定阈值压力，则自动地以所述第二操作模式操作所述燃料输送系统；

其中，所述预定阈值压力包括所述燃烧器的优选燃料压力水平；以及

其中，燃料的所述目标温度范围包括如下温度范围，即在所述温度范围处，给定测得的燃料的热值，燃料在所述燃气涡轮发动机的目标修正沃泊指数范围内。