CN103807025A

CN103807025A - 燃料计量阀系统

Info

Publication number: CN103807025A
Application number: CN201310548453.3A
Authority: CN
Inventors: A.J.凯默勒; M.范斯坦
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-05-21
Also published as: DE102013112159A1; GB2510662B; GB201319537D0; US20140123654A1; GB2510662A

Abstract

本发明公开一种燃料计量阀系统。所述燃料计量阀系统用于燃气涡轮发动机中的燃料流，可包括多个孔板线路、多个不同大小的孔板以及多个孔板线路阀。所述孔板线路阀中的一者使得所述多个孔板线路上的所述多个孔板中的一者打开和关闭。

Description

燃料计量阀系统

技术领域

本发明以及相应专利大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种燃料计量阀系统（Fuel metering valve system），所述燃料计量阀系统带有多个不同大小孔板（Orifice plate），所述孔板根据需要以开和关形式操作。

背景技术

总体来说，可以仔细监视并且控制通到燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料流，以便使燃气涡轮发动机产生所要求的输出，同时仍会符合排放条例。输出需求上的变化以及各种其他类型操作参数中的变化可能导致燃料需求变化。燃料流控制器因此需要对燃料流提供极精确地调整以使其符合此类需求的能力。确切地说，燃料流控制器必须提供对大范围的负载的可靠操作以及排放控制、环境条件、燃料成分以及其他类操作参数。

一般来说，燃气涡轮发动机在每个燃料进入线路上使用燃料计量阀。举例来说，这些已知燃料计量阀可以包括带有机载(Onboard)电子位置控制器的电子致动球阀，电子致动球阀被定位在燃料线路内。燃料流控制器因此基于位置控制器来致动球阀，以便控制通过燃料线路的燃料流体积。然而，此类已知燃料计量阀可能略为复杂，可能略为昂贵，可能要求周期性的校准，并且可能在现场中是易于修理的。

因此，需要一种改进燃料计量阀系统以供在燃气涡轮发动机中使用。此种改进燃料计量阀系统能以快速并有效的方式对燃料流提供精确调整，同时改进总体可靠程度并且降低成本。

发明内容

因此，本发明以及相应专利提供一种燃料计量阀系统，以供用于通到燃气涡轮发动机中的燃烧器的燃料流。所述燃料计量阀系统可以包括多个孔板线路、多个不同大小孔板以及多个孔板线路阀。所述孔板线路阀中的一者使得所述孔板线路上的所述孔板中的一者打开并且关闭。

所述的燃料计量阀系统进一步包括入口歧管，所述入口歧管与所述多个孔板线路连通。

所述的燃料计量阀系统进一步包括位于所述多个孔板线路上游的上游压力温度传感器。

所述的燃料计量阀系统进一步包括出口歧管，所述出口歧管与所述多个孔板线路连通。

所述的燃料计量阀系统进一步包括位于所述多个孔板线路下游的下游压力温度传感器。

其中，所述多个不同大小的孔板包括并联布置。

其中，所述多个孔板线路阀包括多个电磁阀或多个开关阀。

所述的燃料计量阀系统，其进一步包括流控制器，所述流控制器与所述多个孔板线路阀连通。

其中，所述多个不同大小的孔板中的第一孔板包括第一大小，其中所述多个不同大小的孔板中的第二孔板包括第二大小，并且其中所述第二大小是所述第一大小两倍。

所述的燃料计量阀系统进一步包括燃料计量阀，所述燃料计量阀以并联或者串联方式定位。

其中，所述多个不同大小的孔板包括六个或更多个孔板。

其中，所述多个不同大小的孔板包括十二或更多个孔板。

其中，所述多个不同大小的孔板包括第一大小，用以容纳0.1%或更少的燃料流，并且包括第N大小，用以容纳约50%的燃料流。

本发明以及相应专利进一步地描述一种提供通到燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料流的方法。所述方法可以包括以下步骤：提供并联布置且与所述燃料流连通的多个不同大小孔板；打开所述不同大小孔板中的第一孔板使其符合第一燃料要求；打开所述不同大小孔板中的第二孔板使其符合第二燃料要求；以及打开所述不同大小孔板中的所有孔板使其符合满载燃料要求。

本发明以及相应专利进一步地提供一种燃料计量阀系统，以供用于燃气涡轮发动机中的燃料流。所述燃料计量阀系统可以包括：多个孔板线路，其以并联布置定位；多个不同大小孔板；多个孔板线路阀；以及流控制器，其与所述孔板线路阀通信以使所述孔板打开并且关闭。

所述的燃料计量阀系统进一步包括与所述多个孔板线路连通的入口歧管和出口歧管。

所述的燃料计量阀系统进一步包括位于所述多个孔板线路上游的上游压力温度传感器以及位于所述多个孔板线路下游的下游压力温度传感器。

其中，所述多个孔板线路阀包括多个电磁阀。

其中，所述多个不同大小的孔板中的第一孔板包括第一大小，其中所述多个不同大小的孔板中的第二孔板包括第二大小，并且其中所述第二大小是所述第一大小的两倍。

当结合若干附图以及所附权利要求书来阅读以下详细描述时，本领域的技术人员可以清楚了解本发明以及相应专利的这些和其他特征以及改进。

附图说明

图1是示出压缩机、燃烧器、涡轮机以及负载的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是已知燃料计量阀的示意图，所述已知燃料计量阀带有电气致动球阀。

图3是可如本发明所述燃料计量阀的示意图。

具体实施方式

现在参阅附图，其中相似数字指代多幅附图中的相似元件，图1示出可如本发明所描述的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15压缩进入气流20。压缩机15将压缩气流20递送到燃烧器25上。燃烧器25将压缩气流20与加压的燃料流30混合，并且使混合物点燃以便生成燃烧气流(Combustiongases)35。尽管仅示出单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。然后，将燃烧气流35递送到涡轮机40。燃烧气流35驱动涡轮机40以产生机械功。涡轮机40中所产生的机械功是经由轴45来驱动压缩机15和诸如发电机以及相似负载的外部负载50。

燃气涡轮发动机10可以使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其他类型燃料以及上述项的组合。燃气涡轮发动机10可以是位于美国纽约斯卡奈塔第市（Schenectady,New York）的通用电气公司（General Electric Company）提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任何一种，包括（但不限于）7或9系列重型燃气涡轮发动机等。该燃气涡轮发动机10可以具有不同配置并可以使用其他类型部件。本发明也可以使用其他类型燃气涡轮发动机。本发明还可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型涡轮机以及其他类型发电设备。

图2示出已知燃料计量阀55实例。燃料计量阀55可以定位在燃料线路60上，所述燃料线路60与燃烧器25连通，用以使燃料流30从中通过。如上所述，燃料计量阀55可以包括球阀65，所述球阀65定位在燃料线路60内。球阀65可以由电子位置控制器（Electronicposition controller）70致动。电子位置控制器70可以与总体燃气涡轮控制器或其他类型装置通信。电子位置控制器70还可以与上游压力/温度传感器75和下游压力/温度传感器80以及其他类型的传感器通信，以便提供关于任何类型操作参数的反馈和/或信息。本发明所述燃料计量阀55仅仅用作实例目的。许多其他类型燃料计量阀和部件也可以是已知的。

图3示出可如本发明所述燃料计量阀系统100。燃料计量阀100可以围绕燃料进入线路110定位。燃料进入线路110可以与燃烧器25连通以便使燃料流30从中通过。上游压力/温度传感器120可以在燃料计量阀系统100上游定位。下游压力/温度传感器130可以在燃料计量阀系统100下游定位。压力/温度传感器120、130可以采用常规设计，并且可与总体燃气涡轮控制器（Overall gas turbine controller）或其他类型装置通信。本发明可以使用其他类型的传感器，以便监测不同类型操作参数以及相似参数。

燃料计量阀系统100可以包括入口歧管140。入口歧管140可与燃料系统110连通。入口歧管140可与多个孔板线路150连通。尽管示出共十二（12）个孔板线路150，但本发明也可以使用任何数量。确切地说，示出第一孔板线路160、第二孔板线路170、第三孔板线路180、第四孔板线路190、第五孔板线路200，第六孔板线路210、第七孔板线路220、第八孔板线路230、第九孔板线路240，第十孔板线路250、第十一孔板线路260、第十二孔板线路270。因此，可如附图所示，孔板线路150具有并联布置290。孔板线路150可以具有任何大小、形状或者配置。

孔板线路150中的每者可以包括孔板300，所述孔板在所述孔板线路上。尽管示出共十二（12）个孔板300，但本发明也可以使用任何数量。确切地说，示出第一孔板310、第二孔板320、第三孔板330、第四孔板340、第五孔板350，第六孔板360、第七孔板370、第八孔板380、第九孔板390，第十孔板400、第十一孔板410、第十二孔板420。每个孔板300可以具有不同大小孔口，如将在下文中更详细地描述，以便允许预定体积的燃料流30在给定流率下从中通过。然而，孔板300可以具有任何大小、形状或者配置。

每个孔板线路150还可包括孔板线路阀440，所述孔板线路阀440在所述板线路上。孔板线路阀440可为电磁阀（Solenoid valve）450。然而，本发明可以使用任何类型的打开/关闭阀（on/off valve）。本发明也可使用其他类型的流控制装置。尽管示出共十二（12）个孔板线路阀440，但本发明也可以使用任何数量。确切地说，示出第一孔板线路阀450、第二孔板线路阀460、第三孔板线路阀470、第四孔板线路阀480、第五孔板线路阀490，第六孔板线路阀500、第七孔板线路阀510、第八孔板线路阀520、第九孔板线路阀530，第十孔板线路阀540、第十一孔板线路阀550、第十二孔板线路阀560。孔板线路阀440可以具有任何大小、形状或者配置。

每个孔板线路150还可以与出口歧管570连通。出口歧管570可与燃料线路110连通以便使燃料流30通到燃烧器25中。本发明可以使用其他部件以及其他配置。

燃料计量阀系统100还可包括燃料流控制器580。燃料流控制器580可与孔板线路阀440中的每者通信。燃料流控制器580能够二进制形式即打开或关闭控制而来操作孔板线路阀440。燃料流控制器580可为任何类型的可编程逻辑装置。燃料流控制器580可以与总体燃气涡轮发动机控件以及类似装置通信。燃料流控制器580也可以与压力/温度传感器120、130和/或其它类型的传感器以及操作参数通信。

孔板300可以根据本发明所预期的最大燃料流30的百分比进行大小调整。例如，最小孔板、即第十二孔板420可以针对最小预期燃料流30来进行大小调整，然而，下一孔板即第十一孔板410可以进行大小调整以使该流翻倍或者以任何预定的百分比来增加该流。例如，孔板300可以根据流百分比进行大小调整，具体如下：

阀	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													流%	50	25	12.5	6.25	3.10	1.60	0.80	0.40	0.20	0.10	0.05	0.03

这些流百分比仅仅作为实例给出。本发明可以使用许多其他百分比的燃料流30以及其他孔板300定向。仅仅作为实例，对应孔板300有效面积可以部分基于其中临界压力比率（Critical pressure ratio）以及阀排气压力对阀进气压力的比率是否大于或者小于临界压力比率。本发明可以考虑其他参数。

因此，本发明所述燃料计量阀系统100提供呈并联布置290的孔板300，其中带有公共入口歧管140以及公共出口歧管570。尽管示出共十二（12）个孔板300，但本发明也可以使用任何数量，采用任何大小、形状或者配置。因此，燃料流控制器580以二进制形式操作孔板线路阀440，以便产生与打开孔板300的大小成比例的预定的流。因此，燃料计量阀系统100精确并且快速满足变化的燃料流需求。燃料流30的变化还可以是可预测的并且是准确的。另外，本发明所述燃料计量阀系统100复杂程度可比已知系统明显要小，以使可靠程度改进、可利用性改进并且使得成本降低。燃料计量阀系统100可为现场可修理的，可以提供冗余，并且可不要求进行校准。

本发明所述燃料计量阀系统100还可用于上述已知燃料计量阀55或任何类型的常规燃料计量阀。燃料计量阀系统100能与任何此类常规燃料计量阀以及类似阀以并联或者串联方式定位。

应当清楚，前述内容仅仅涉及本发明以及相应专利中的某些实施方案。本领域的技术人员可以在不背离本发明的总体精神和范围情况下对本发明做出多种变化以及修改，其中本发明的总体精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。

Claims

1.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料流的燃料计量阀系统，所述燃料计量阀系统包括：

多个孔板线路；

多个不同大小的孔板；以及

多个孔板线路阀；

其中所述多个孔板线路阀中的一者使得所述多个孔板线路上的所述多个孔板中的一者打开和关闭。

2.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括入口歧管，所述入口歧管与所述多个孔板线路连通。

3.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括位于所述多个孔板线路上游的上游压力温度传感器。

4.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括出口歧管，所述出口歧管与所述多个孔板线路连通。

5.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括位于所述多个孔板线路下游的下游压力温度传感器。

6.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板包括并联布置。

7.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其中所述多个孔板线路阀包括多个电磁阀或多个开关阀。

8.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括流控制器，所述流控制器与所述多个孔板线路阀连通。

9.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板中的第一孔板包括第一大小，其中所述多个不同大小的孔板中的第二孔板包括第二大小，并且其中所述第二大小是所述第一大小两倍。

10.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其进一步包括燃料计量阀，所述燃料计量阀以并联或者串联方式定位。

11.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板包括六个或更多个孔板。

12.如权利要求1或11所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板包括十二或更多个孔板。

13.如权利要求1所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板包括第一大小，用以容纳0.1%或更少的燃料流，并且包括第N大小，用以容纳约50%的燃料流。

14.一种为燃气涡轮机的燃烧器提供燃料流的方法，所述方法包括：

提供并联布置且与所述燃料流连通的多个不同大小的孔板；

打开所述多个不同大小的孔板中的第一孔板，以满足第一燃料要求；

打开所述多个不同大小的孔板中的第二孔板，以满足第二燃料要求；以及

打开所述多个不同大小的孔板中的所有孔板，以满足满载燃料要求。

15.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料流的燃料计量阀系统，所述燃料计量阀系统包括：

以并联布置定位的多个孔板线路；

多个不同大小的孔板；

多个孔板线路阀；以及

流控制器，其与所述多个孔板线路阀连通，以使所述多个孔板打开和关闭。

16.如权利要求15所述的燃料计量阀系统，其进一步包括与所述多个孔板线路连通的入口歧管和出口歧管。

17.如权利要求15所述的燃料计量阀系统，其进一步包括位于所述多个孔板线路上游的上游压力温度传感器以及位于所述多个孔板线路下游的下游压力温度传感器。

18.如权利要求15所述的燃料计量阀系统，其中所述多个孔板线路阀包括多个电磁阀。

19.如权利要求15所述的燃料计量阀系统，其中所述多个不同大小的孔板中的第一孔板包括第一大小，其中所述多个不同大小的孔板中的第二孔板包括第二大小，并且其中所述第二大小是所述第一大小的两倍。