CN102680070A - 状况测量设备和方法 - Google Patents

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CN102680070A CN2012100967608A CN201210096760A CN102680070A CN 102680070 A CN102680070 A CN 102680070A CN 2012100967608 A CN2012100967608 A CN 2012100967608A CN 201210096760 A CN201210096760 A CN 201210096760A CN 102680070 A CN102680070 A CN 102680070A
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G·D·迈尔斯
V·纳拉
S·K·斯里尼瓦桑
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Abstract

本发明涉及状况测量设备和方法。具体而言，本发明提供了一种状况测量设备(10)，其包括：燃气涡轮发动机燃烧器(20)，该燃烧器(20)具有端盖(210)、限定衬套内部(220)的衬套(22)以及与衬套内部连通的燃料喷嘴(230)，端盖(210)形成为用以将其相对低温环境的冷侧与其相对高温环境的热侧相分离，衬套(22)和燃料喷嘴(23)布置在该相对高温环境中，燃烧器(20)形成为用以限定延伸穿过布置在端盖(210)冷侧处的管道(30)的燃料流通道，通过该通道可将燃料输送到燃料喷嘴(23)；以及可操作地安装在管道(30)上的状况传感装置(40)。

Description

状况测量设备和方法
技术领域
文中所公开的主题涉及状况测量设备和方法。
背景技术
现代的燃气涡轮燃烧器通常需要干式低NOx(DLN)技术来获得相对降低的NOx排放水平。然而，示范性DLN燃烧器运行中的关键问题之一是将要产生的燃烧动态特性(dynamics)。燃烧动态特性由燃烧器中的火焰产物所引起的热释放和与其相关的声压波的相干交互作用而产生，并导致燃烧器和热燃气通道构件的耐久性降低。对燃烧动态特性的处理和可能进行的修正至少需要对燃烧器中声压振幅的精确测量。
一种测量燃烧器中声压振幅的常用方法包括：穿过燃烧器衬套的“热侧”安置端口；以及通过波导管(或波导，waveguide)或者不使用波导管而直接将传感器安装在传感端口以将该传感器定位在距离传感位置的一定距离处。在上述任一情形中，就传感器的耐久性和精度而言，热侧应用需要足够的冷却和安装特征，这在不同情况下可用来与燃料预先混合以进一步降低NOx排放。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种状况测量设备，其包括：燃气涡轮发动机燃烧器，该燃烧器具有端盖、限定衬套内部的衬套以及与衬套内部连通的燃料喷嘴，该端盖形成为用以将其相对低温环境的冷侧与其相对高温环境的热侧相分离，衬套和燃料喷嘴布置在该相对高温环境中，燃烧器形成为用以限定延伸穿过布置在端盖冷侧的管道的燃料流通道，通过该通道燃料可输送到燃料喷嘴；以及可操作地安装在管道上的状况传感装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种状况测量设备，其包括：燃气涡轮发动机燃烧器，该燃烧器具有壳体、布置在壳体中且形成为用以限定内部的衬套以及与衬套内部连通的燃料喷嘴，该壳体包括端盖，所述端盖形成为用以将其相对低温环境的冷侧与其相对高温环境的热侧相分离以及用以限定在燃料喷嘴上游的孔口以及歧管，通过该歧管，将要在衬套内部中燃烧的燃料经由孔口可输送到燃料喷嘴中；布置在端盖的冷侧以供送燃料到歧管的管道以及可操作地安装在管道上的状况传感装置。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的状况测量的方法，其包括：测量燃烧器端盖冷侧处的状况，测量燃烧器端盖热侧处的状况，以及使燃烧器端盖的冷侧和热侧处的状况测量结果相互关联。
根据以下描述并结合附图将更容易理解这些及其它的优点和特征。
附图说明
作为本发明的主题在权利要求中被特别地指出和明确地主张。本发明的前述和其它特征以及优点将根据以下详细描述并结合附图而清楚，其中：
图1是状况测量设备的示意图；
图2是根据备选实施例的状况测量设备的示意图；
图3是示出了操作燃气涡轮发动机的方法的流程图。
详细描述参照附图通过实例的方式阐释了本发明的实施例以及优点和特征。
标号列表
10        状况测量设备
20        燃气涡轮发动机燃烧器
21     壳体
210    端盖
211    孔口
212    歧管
22     衬套
220    内部
23     燃料喷嘴
230    燃料喷射器
30     管道
40     状况传感装置
51     声压传感器
52     波导管
53     线圈
60     附加状况感测装置
61     传感孔
62     声压传感器
63     波导管
64     线圈
100    测量冷侧状况
110    测量热侧状况
120    使结果相关联
130    估算精度
具体实施方式
参看图1，提供了一种状况测量设备10。状况测量设备10包括燃气涡轮发动机燃烧器20，该燃烧器具有壳体21、布置在壳体21中并形成为用以限定内部220的衬套22，以及燃料喷嘴23。燃料喷嘴23与衬套内部220相连通，使得输送到燃料喷嘴23的燃料可经由燃料喷射器230喷射到空气流中并与空气流相混合，且随后将燃料和空气的混合物供送至衬套内部220并在其中燃烧。壳体21包括端盖210，该端盖210形成为用以限定位于燃料喷嘴23上游的孔口211以及歧管212。将要在衬套内部220中燃烧的燃料可通过歧管212经由孔口211输送至燃料喷嘴23。
燃料喷嘴23可为多个且可提供在多组回路中，同时燃料类似地输送到该多个燃料喷嘴23中的每一个中。具体而言，对于DLN燃烧器，燃料喷嘴23可以6个燃料喷嘴23提供作为一套，其中一组为1个燃料喷嘴23、一组为2个燃料喷嘴23，以及一组为3个燃料喷嘴23。
端盖210可形成为用以将其“冷侧”与其“热侧”相分离。如文中所用，“冷侧”指的是相对低温的环境。比较而言，“热侧”指的是相对高温的环境。衬套22和燃料喷嘴23二者可操作地布置在端盖210的“热侧”中，其中燃料喷嘴23至少从端盖210延伸到衬套22。
状况测量设备10还包括管道30和状况传感装置40。管道30布置在端盖210的“冷侧”并供送燃料到歧管212，该“冷测”如上述所述为相对低温的环境。状况传感装置40可操作地安装在管道30上且构造成用以感测燃烧动态特性产生的从衬套内部220向上游传播的声压波。为此，状况传感装置40可包括声压传感器51以感测管道30中的声压波动。
根据实施例，且如图1中所示，声压传感器51可直接地可操作地安装在管道30上。这样，可以不需要波导管和无限线圈或半-无限线圈并避免了与其相关的花费。比较而言，根据备选实施例，且参看图2，状况传感装置40还可包括波导管52和无限线圈或者半-无限线圈53。波导管52可操作地置于声压传感器51和管道30之间，且因而从管道30将声压波动传输到声压传感器51。无限或半-无限线圈53流体地联接到声压传感器51。在图2的实施例的情形中，状况传感装置40的“冷侧”定位可至少获得波导管52延长的耐久性和可靠度。
参看图1和图2，状况测量设备10还可包括可操作地布置在端盖210的“热侧”处的附加状况传感装置60，该“热侧”如上述所述为相对高温的环境。附加状况传感装置60可在形成于衬套22中的传感孔61处可操作地安装在衬套22上，并且可包括声压传感器62、可操作地置于声压传感器62和衬套22之间的波导管63，以及如上文所述的联接到声压传感器62的无限线圈64。
在状况传感装置40感测端盖220“冷侧”处的声压而附加传感器装置60感测盖220“热侧”处的声压的情况下，状况测量设备10可提供超出那些常规系统的附加优点。例如，状况传感装置40可提供作为后备传感器以检测故障衬套传感器操作，这可能由于长期暴露于热燃气中而发生。
另外，参看图3，状况传感装置40和附加传感装置60的使用还可提供一种用于燃气涡轮发动机的状况测量的方法。该方法可包括：测量端盖220的“冷侧”处的状况，例如声压(操作100)，测量端盖220的“热侧”处的状况(操作110)，以及通过例如导出描述越过端盖220的声压振幅的传递函数而使在端盖220的热侧和冷侧处的状况测量结果相互关联(操作120)。该方法还可包括：估算测量的精度(操作130)，其中，该估算是基于状况测量结果之间的关系进行的(也即，基于该传递函数)。
此外，通过导出或建立在例如标准的衬套位置(也即，附加状况传感装置60的位置)和上游燃料管线位置(也即，状况传感装置40的位置)之间的声压振幅的传递函数，可消除在标准衬套位置处使用波导管63并且冷却空气可用于更多空气和燃料的预先混合，这可能有助于获得相对降低的NOx排放水平。
在燃料喷嘴23为多个且提供在多组回路中同时可将燃料以类似方式输送到该多个燃料喷嘴23的每一个中的情况下，这些回路中的一个或多个可用来获得传递函数。
尽管仅结合有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明并不限于此类所公开的实施例。确切而言，本发明可进行修改以结合此前未曾描述但与本发明的精神和范围相应的任何数量的变型、更换、替换或者等同布置。另外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应视作为受限于以上描述，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (10)

1.一种状况测量设备(10)，包括：
燃气涡轮发动机燃烧器(20)，其具有端盖(210)、限定衬套内部(220)的衬套(20)，以及与所述衬套内部(220)连通的燃料喷嘴(23)，
所述端盖(210)形成为用以将其相对低温环境的冷侧与其相对高温环境的热侧相分离，所述衬套(22)和所述燃料喷嘴(23)布置在所述相对高温环境中，
所述燃烧器(20)形成为用以限定延伸穿过布置在所述端盖(210)的冷侧处的管道(30)的燃料流通道，通过所述燃料流通道可将燃料输送到所述燃料喷嘴(23)；和
状况传感装置(40)，其可操作地安装在所述管道(30)上。
2.如权利要求1所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述燃料喷嘴(23)为多个且布置成一组为1个燃料喷嘴(23)、一组为2个燃料喷嘴(23)以及一组为3个燃料喷嘴(23)，所述燃料可输送到所述多个燃料喷嘴(23)中的每一个。
3.如权利要求1所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述状况传感装置(40)感测燃烧动态特性产生的沿上游方向传播的声压波。
4.如权利要求1所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述状况传感装置(40)包括声压传感器(51)。
5.如权利要求4所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述声压传感器(51)直接地可操作地安装在所述管道(30)上。
6.如权利要求4所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述状况传感装置(40)还包括：
波导管(52)，其可操作地置于所述声压传感器和所述管道之间；以及
无限或半-无限线圈(53)，其联接到所述声压传感器。
7.如权利要求1所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述状况测量设备还包括可操作地布置在所述端盖的热侧处的附加状况传感装置(60)。
8.如权利要求7所述的状况测量设备(10)，其特征在于，所述附加状况传感装置(60)包括：
声压传感器(62)；和
波导管(63)以及联接到所述声压传感器(62)上的无限或半-无限线圈(64)。
9.一种状况测量设备(10)，包括：
燃气涡轮发动机燃烧器(20)，其具有壳体(21)、布置在所述壳体(21)内且形成为用以限定内部(220)的衬套(22)，以及与所述衬套的内部(220)连通的燃料喷嘴(23)，
所述壳体(21)包括端盖(210)，所述端盖(210)形成为用以将其相对低温环境的冷侧与其相对高温环境的热侧相分离以及用以限定在所述燃料喷嘴(23)上游的孔口(211)以及歧管(212)，所述衬套(22)和所述燃料喷嘴(23)布置在所述相对高温环境中，将要在所述衬套的内部(220)中燃烧的燃料通过所述歧管经由所述孔口(211)可输送到所述燃料喷嘴(23)；
管道(30)，其布置在所述端盖(210)的冷侧以将所述燃料供送到所述歧管(212)中；和
状况传感装置(40)，其可操作地安装在所述管道(30)上。
10.一种用于燃气涡轮发动机的状况测量的方法，包括：
测量燃烧器端盖的冷侧处的状况(100)；
测量所述燃烧器端盖的热侧处的状况(110)；和
使所述燃烧器端盖的冷侧和热侧处的状况测量结果相互关联(120)。
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