CN109028143B - 抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置包括：油箱、增压泵以及相位频率调节装置；油箱用于储存燃油，用于为管路中的燃油增压，相位频率调节装置根据管路中和燃烧室内燃油相位的差值，实时调整喷入燃烧室的燃油的频率及相位，抑制燃烧室内的压力脉动。本公开提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置通过设置第一动态压力传感器和高频动态压力传感器实时测量管路中与燃烧室中的燃油的相位，并且通过设置高频电磁阀和移相器实时调整供油的频率和相位，从而能够在管路中和燃烧室中的燃油相位差值小于90°时，及时调整供油的频率和相位，有效抑制燃烧室内燃烧产生的压力脉动。

Description

抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法

技术领域

本公开涉及动力装置燃烧不稳定控制技术领域，尤其涉及一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法。

背景技术

在燃气轮机或航空发动机燃烧室工作时，采用贫油预混燃烧可降低燃烧温度和NOx排放，同时贫油预混燃烧也容易出现燃烧不稳定现象，不稳定的燃烧过程所产生的低频高幅压力脉动，不但影响燃烧性能，严重时可导致燃烧室结构的破坏，因此解决贫油预混燃烧中容易出现的燃烧不稳定问题十分重要。燃烧中热声不稳定现象产生的机理由瑞利准则判定决定：当火焰热释放脉动和燃烧室声场相同时，燃烧室内的压力振荡不断加强，最后形成大幅压力振荡。热释放脉动和燃烧室声压波动相位相差0～90度时，热释放率的波动加强压力的振动；热释放脉动和燃烧室声压波动相位相差90～180度时，热释放率的波动减小压力的振动。在燃烧系统中，不稳定的热释放传递能量到声场，并非必然导致燃烧不稳定。在热释放脉动和燃烧室声压波动相位相差0～90度时，只有周期性的热释放过程给声场提供能量的速度快于声波通过燃烧时的边界条件衰减和扩散的能量速度时，燃烧过程才变得不稳定。

现有技术中的燃烧不稳定控制方法主要采用被动控制方法，被动控制方法通过为某特定工况的燃烧器开发特定的燃烧室结构，从设计上解决燃烧热声不稳定现象的发生。

然而在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，由于燃烧热声不稳定很难预测，因此被动燃烧控制方法存在两方面的不足：一是应用有效范围小，被动控制仅仅针对某特定的设备运行状态起作用，而且往往在低频区域失去效果，而低频振荡的破坏力相当大；二是被动控制只能是针对某一具体类型燃烧器进行开发，不具备通用性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法，以缓解现有技术中的被动燃烧控制方法应用有效范围小，只能是针对某一具体类型燃烧器进行开发，不具备通用性的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，包括：油箱，用于储存燃油；增压泵，与所述油箱连接，用于为管路中的燃油增压；以及相位频率调节装置，分别与所述增压泵和燃烧室连接，其根据所述管路中和所述燃烧室内燃油相位的差值，实时调整喷入所述燃烧室的燃油的频率及相位，抑制所述燃烧室内的压力脉动。

在本公开的一些实施例中，所述相位频率调节装置包括：高频电磁阀，设置在所述增压泵和所述燃烧室之间，用于调整供油的频率；移相器，设置在所述高频电磁阀和所述燃烧室之间，用于调整供油的相位；第一动态压力传感器，设置在所述移相器的下游，用于测量移相器下游管路中燃油的相位；高频动态压力传感器，与所述燃烧室连接，用于测量所述燃烧室内的燃油的相位；以及控制器，其分别与所述高频电磁阀、所述移相器、所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器连接，并执行如下操作：若所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器采集的燃油的相位差值小于90°，控制器调节所述高频电磁阀和所述移相器来调整实时喷入燃烧室的燃油的频率及相位，直至所述第一动态压力传感器与所述高频动态压力传感器采集的燃油相位之间的差值大于90°为止。

在本公开的一些实施例中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：电动开关阀，设置在所述增压泵和所述移相器之间，与所述高频电磁阀并联设置，且与所述控制器连接，用于在所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器采集的燃油的相位差值大于90°时，开启管路，替代所述高频电磁阀和所述移相器，为所述燃烧室供油。

在本公开的一些实施例中，其中：该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：油滤器，设置在所述油箱和所述增压泵之间，用于过滤燃油的杂质；以及溢流阀，设置在所述增压泵的下游，且与所述油箱连通，用于在管路内压力高于设定值时，将燃油传输回所述油箱内；所述增压泵上设置有：电机，与所述控制器连接，用于驱动和控制所述增压泵。

在本公开的一些实施例中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：三通阀，分别与所述燃烧室、所述移相器和所述油箱连接，用于将多余的燃油分流，传输回所述油箱中；以及单向阀，设置在所述三通阀和所述油箱相连的支路上，用于抑制燃油回流。

在本公开的一些实施例中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：燃油计量阀，设置在所述增压泵和所述高频电磁阀之间，且与所述控制器连接，该燃油计量阀通过控制其开度的大小来控制流过其的燃油流量；以及第二动态压力传感器，设置在所述燃油计量阀的下游，用于测量燃油计量阀下游的燃油的压力脉动和相位。

在本公开的一些实施例中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：点火器，与所述燃烧室连接，用于在所述燃烧室内产生高能电火花。

在本公开的一些实施例中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：第一温度传感器和压力传感器，分别设置在所述油滤器和所述增压泵之间，且与所述控制器连接，用于采集所述油滤器后的管路中的燃油的温度和压力；以及第二温度传感器，与所述燃烧室连接，用于测量所述燃烧室内的温度。

根据本公开的另一个方面，还提供一种燃烧设备，包括：本公开提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置；以及燃烧室，与所述抑制燃烧不稳定的燃料供应装置连接，用于将通入其中的燃油和空气进行燃烧，把燃料化学能转换热能，并将高温气输入到涡轮中做功。

根据本公开的再一个方面，还提供一种抑制燃烧不稳定的控制方法，包括：步骤A：通过增压泵向燃烧室内供油，并点火燃烧；步骤B：采集管路内的燃油的压力脉动及相位；步骤C：采集燃烧室内的燃油的压力脉动及相位；步骤D：利用高频电磁阀和移相器实时调节供油的频率和相位，使所述管路中的燃油的压力脉动相位和所述燃烧室内的燃油的压力脉动相位的差值维持在90°以上。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法具有以下有益效果：

通过设置第一动态压力传感器和高频动态压力传感器实时测量管路中与燃烧室中的燃油的相位，并且通过设置高频电磁阀和移相器实时调整供油的频率和相位，从而能够在管路中和燃烧室中的燃油相位差值小于90°时，及时调整供油的频率和相位，有效抑制燃烧室内燃烧产生的压力脉动。

附图说明

图1为本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置(及燃烧设备)的结构示意图。

图2为本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的控制方法的流程示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-油箱； 2-增压泵；

3-燃烧室； 4-高频电磁阀；

5-移相器； 6-第一动态压力传感器；

7-高频动态压力传感器； 8-控制器；

9-电动开关阀； 10-油滤器；

11-溢流阀； 12-电机；

13-三通阀； 14-单向阀；

15-燃油计量阀； 16-第二动态压力传感器；

17-点火器； 18-第一温度传感器；

19-压力传感器； 20-第二温度传感器。

具体实施方式

本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法通过实时测量管路中与燃烧室中的燃油的相位，并且通过设置高频电磁阀和移相器实时调整供油的频率和相位，从而能够在管路中和燃烧室中的燃油相位差值小于90°时，及时调整供油的频率和相位，有效抑制燃烧室内燃烧产生的压力脉动。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置(及燃烧设备)的结构示意图。

根据本公开的一个方面，提供一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，如图1所示，包括：油箱1、增压泵2以及相位频率调节装置；其中，油箱1用于储存燃油；增压泵2，与油箱1连接，用于为管路中的燃油增压；相位频率调节装置，分别与增压泵2和燃烧室3连接，其根据管路中和燃烧室3内燃油相位的差值，实时调整喷入燃烧室3的燃油的频率及相位，抑制燃烧室3内的压力脉动。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，相位频率调节装置包括：高频电磁阀4，设置在增压泵2和燃烧室3之间，用于调整供油的频率；移相器5，设置在高频电磁阀4和燃烧室3之间，用于调整供油的相位；第一动态压力传感器6，设置在移相器5的下游，用于测量移相器5下游管路中燃油的相位；高频动态压力传感器7，与燃烧室3连接，用于测量燃烧室3内的燃油的相位；以及控制器8，其分别与高频电磁阀4、移相器5、第一动态压力传感器6和高频动态压力传感器7连接，并执行如下操作：

若第一动态压力传感器6和高频动态压力传感器7采集的燃油的相位差值小于90°，控制器8调节高频电磁阀4和移相器5来调整实时喷入燃烧室3的燃油的频率及相位，直至第一动态压力传感器6与高频动态压力传感器7采集的燃油相位之间的差值大于90°为止。

通过设置第一动态压力传感器6和高频动态压力传感器7实时测量管路中与燃烧室3中的燃油的相位，并且通过设置高频电磁阀4和移相器5实时调整供油的频率和相位，从而能够在管路中和燃烧室3中的燃油相位差值小于90°时，及时调整供油的频率和相位，有效抑制燃烧室3内燃烧产生的压力脉动。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：电动开关阀9，设置在增压泵2和移相器5之间，与高频电磁阀4并联设置，且与控制器8连接，用于在第一动态压力传感器6和高频动态压力传感器7采集的燃油的相位差值大于90°时，开启管路，替代高频电磁阀4和移相器5，为燃烧室3供油。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：油滤器10，设置在油箱1和增压泵2之间，用于过滤燃油的杂质；以及溢流阀11，设置在增压泵2的下游，且与油箱1连通，用于在管路内压力高于设定值时，将燃油传输回油箱1内。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，增压泵2上设置有：电机12，与控制器8连接，用于驱动和控制增压泵2。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：三通阀13，分别与燃烧室3、移相器5和油箱1连接，用于将多余的燃油分流，传输回油箱1中；以及单向阀14，设置在三通阀13和油箱1相连的支路上，用于抑制燃油回流。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：燃油计量阀15，设置在增压泵2和高频电磁阀4之间，且与控制器8连接，该燃油计量阀通过控制其开度的大小来控制流过其的燃油流量；以及第二动态压力传感器16，设置在燃油计量阀15的下游，用于测量燃油计量阀15下游的燃油的压力脉动和相位。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：点火器17，与燃烧室3连接，用于在燃烧室3内产生高能电火花。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：第一温度传感器18和压力传感器19，分别设置在油滤器10和增压泵2之间，且与控制器8连接，用于采集油滤器10后的管路中的燃油的温度和压力；以及第二温度传感器20，与燃烧室3连接，用于测量燃烧室3内的温度。

根据本公开的另一个方面，如图1所示，还提供一种燃烧设备，包括：本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置；以及燃烧室3，与抑制燃烧不稳定的燃料供应装置连接，用于将通入其中的燃油和空气进行燃烧，把燃料化学能转换热能，并将高温气输入到涡轮中做功。

图2为本公开实施例提供的抑制燃烧不稳定的控制方法的流程示意图。

根据本公开的再一个方面，还提供一种抑制燃烧不稳定的控制方法，如图2所示，包括：步骤A：通过增压泵2向燃烧室3内供油，并点火燃烧；步骤B：采集管路内的燃油的压力脉动及相位；步骤C：采集燃烧室内的燃油的压力脉动及相位；步骤D：利用高频电磁阀4和移相器5实时调节供油的频率和相位，使管路中的燃油的压力脉动相位和燃烧室3内的燃油的压力脉动相位的差值维持在90°以上。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置、燃烧设备及控制方法通过实时测量管路中与燃烧室中的燃油的相位，实时调整供油的频率和相位，使管路中和燃烧室中的燃油相位差值维持在90°以上，从而有效抑制燃烧室内燃烧产生的压力脉动。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，包括：

油箱，用于储存燃油；

增压泵，与所述油箱连接，用于为管路中的燃油增压；以及

相位频率调节装置，包括：高频电磁阀，设置在增压泵和燃烧室之间，用于调整供油的频率；移相器，设置在所述高频电磁阀和所述燃烧室之间，用于调整供油的相位；第一动态压力传感器，设置在所述移相器的下游，用于测量移相器下游管路中燃油的相位；高频动态压力传感器，与所述燃烧室连接，用于测量所述燃烧室内的燃油的相位；以及控制器，其分别与所述高频电磁阀、所述移相器、所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器连接，并执行如下操作：

若所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器采集的燃油的相位差值小于90°，所述控制器调节所述高频电磁阀和所述移相器来调整实时喷入所述燃烧室的燃油的频率及相位，直至所述第一动态压力传感器与所述高频动态压力传感器采集的燃油相位之间的差值大于90°为止；其中，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：

电动开关阀，设置在所述增压泵和所述移相器之间，与所述高频电磁阀并联设置，且与所述控制器连接，用于在所述第一动态压力传感器和所述高频动态压力传感器采集的燃油的相位差值大于90°时，开启管路，替代所述高频电磁阀和所述移相器，为所述燃烧室供油。

2.根据权利要求1所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，其中：该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：

油滤器，设置在所述油箱和所述增压泵之间，用于过滤燃油的杂质；以及

溢流阀，设置在所述增压泵的下游，且与所述油箱连通，用于在管路内压力高于设定值时，将燃油传输回所述油箱内；

所述增压泵上设置有：电机，与所述控制器连接，用于驱动和控制所述增压泵。

3.根据权利要求1所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：

三通阀，分别与所述燃烧室、所述移相器和所述油箱连接，用于将多余的燃油分流，传输回所述油箱中；以及

单向阀，设置在所述三通阀和所述油箱相连的支路上，用于抑制燃油回流。

4.根据权利要求1所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：

燃油计量阀，设置在所述增压泵和所述高频电磁阀之间，且与所述控制器连接，该燃油计量阀通过控制其开度的大小来控制流过其的燃油流量；以及

第二动态压力传感器，设置在所述燃油计量阀的下游，用于测量燃油计量阀下游的燃油的压力脉动和相位。

5.根据权利要求1所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：点火器，与所述燃烧室连接，用于在所述燃烧室内产生高能电火花。

6.根据权利要求2所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置，该抑制燃烧不稳定的燃料供应装置还包括：

第一温度传感器和压力传感器，分别设置在所述油滤器和所述增压泵之间，且与所述控制器连接，用于采集所述油滤器后的管路中的燃油的温度和压力；以及

第二温度传感器，与所述燃烧室连接，用于测量所述燃烧室内的温度。

7.一种燃烧设备，包括：

如上述权利要求1至6中任一项所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置；以及

燃烧室，与所述抑制燃烧不稳定的燃料供应装置连接，用于将通入其中的燃油和空气进行燃烧，把燃料化学能转换热能，并将高温气输入到涡轮中做功。

8.一种基于如权利要求1至6中任一项所述的抑制燃烧不稳定的燃料供应装置的抑制燃烧不稳定的控制方法，包括：

步骤A：通过增压泵向燃烧室内供油，并点火燃烧；

步骤B：采集管路内的燃油的压力脉动及相位；

步骤C：采集燃烧室内的燃油的压力脉动及相位；

步骤D：利用高频电磁阀和移相器实时调节供油的频率和相位，使所述管路中的燃油的压力脉动相位和所述燃烧室内的燃油的压力脉动相位的差值维持在90°以上。

Images