CN109595080A - 操作燃烧系统的方法和包括燃烧系统的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本公开内容大体上提供了用于操作燃烧系统的方法和包括燃烧系统的燃气涡轮发动机，该燃烧系统包括限定有至少一个主燃料回路和至少一个引燃燃料回路的燃料喷嘴。所述方法包括：确定总燃料流量，该总燃料流量限定了通过主燃料回路和引燃燃料回路的燃料总数；确定总燃料流量中通过主燃料回路的主燃料流量与通过引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中燃烧标准的层次提供燃烧标准的优先级排序；以及基于所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使总燃料流量流到主燃料回路和引燃燃料回路。

Description

操作燃烧系统的方法和包括燃烧系统的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明主题大体上涉及燃气涡轮发动机燃烧器组件。更具体地，本发明主题涉及一种相对于多个期望的操作参数来操作具有主燃料回路和引燃燃料回路的燃烧系统的方法。

背景技术

飞行器燃气涡轮发动机包括一种燃烧器，燃料在燃烧器中燃烧以输入热量实现发动机循环。典型的燃烧器结合一个或多个燃料喷射器，所述一个或多个燃料喷射器的功能是将液体燃料引入到空气流动流中，从而使得所述空气流动流能够雾化并燃烧。分级燃烧器已被建立来在低污染、高效率、低成本、高发动机输出和良好发动机可操作性下操作。在分级燃烧器中，燃烧器的燃料喷嘴可操作来通过两个或更多个离散级选择性地喷射燃料，每个级由燃料喷嘴内的个别燃料流动路径界定。举例来说，燃料喷嘴可包括连续操作的引燃级和仅在更高发动机动力水平下操作的主级。这种燃料喷嘴的示例是双环形预混合旋流器(TAPS)燃料喷嘴，其要求喷射器内具有两个喷射/混合级用于实现低排放。

已知的控制燃烧系统的系统和方法包括利用一个或多个固定的引燃燃料/主燃料分流相对于循环参数时间表来控制引燃燃料至主燃料的燃料分流。例如，循环参数可限定燃烧系统处的一个或多个发动机条件，包括燃烧入口温度、燃烧入口压力、主燃料压力或流量以及引燃燃料压力或流量。然而，此类已知的时间表通常不足以确定低功率操作和排放控制、中高功率操作和排放控制、燃烧稳定性、燃烧中断/贫燃料熄火保护和燃料消耗/燃料效率。因此，需要一种操作燃烧系统的方法，该燃烧系统控制主燃料回路和引燃燃料回路，弥补上述不足之处。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

大体上提供了一种用于操作燃烧系统的方法，该燃烧系统包括限定至少一个主燃料回路和至少一个引燃燃料回路的燃料喷嘴。该方法包括：确定总燃料流量，该总燃料流量限定通过主燃料回路和引燃燃料回路的燃料总数；根据总燃料流量来确定通过主燃料回路的主燃料流量与通过引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中燃烧标准的层次提供燃烧标准的优先级排序；以及基于所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使总燃料流量流动到主燃料回路和引燃燃料回路。

在各种实施例中，该方法还包括确定在所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率，其中主燃料流量与引燃燃料流量的比率基于发动机操作条件。在一个实施例中，基于发动机操作条件确定主燃料流量与引燃燃料流量的比率还基于发动机操作条件是稳态操作条件还是瞬态操作条件。

在另一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的比率还包括：基于稳态发动机操作条件确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率；以及基于瞬态发动机操作条件确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率。

在一个实施例中，该方法还包括确定到引燃燃料回路的引燃燃料流量的多个范围。引燃燃料流量的每个范围限定了到引燃燃料回路的多个最小燃料流量值和多个最大燃料流量值。燃料流量的每个范围都基于燃烧标准。

在各种实施例中，燃烧标准包括排放极限、贫燃料熄火极限、富燃料熄火极限、燃烧稳定性极限、期望燃烧效率和燃料压力范围中的两个或更多个。

在另外的各种实施例中，该方法还包括确定相对于压缩机出口压力(P3)的最小主燃料流量，在该压力下通过主燃料回路提供主燃料流量。在一个实施例中，确定通过主燃料回路提供主燃料流量的最小P3基于通过主燃料回路的最大净化流体压力。

在另一个实施例中，该方法还包括至少基于压缩机出口温度(T3)和P3，确定压缩机出口压力(P3)和通过主燃料回路的主燃料压力(Pfm)的最小差。

在一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括基于燃烧器衬套、拱顶组件、燃料喷嘴或涡轮喷嘴中的一个或多个的耐久性参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率范围。

在另一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括基于使燃料流过所有燃料喷嘴的最小阀压力来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率范围。

在又一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括基于燃烧声学参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第三比率范围。

在再一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括至少基于压缩机出口压力(P3)、压缩机出口温度(T3)和燃烧燃料空气比(FAR4)来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第四比率范围。

在一个实施例中，该方法还包括基于发动机操作条件的变化来调节流向主燃料回路和引燃燃料回路的燃料流量。

本公开的另一方面涉及一种燃气涡轮发动机，其包括燃烧系统，燃烧系统包括燃料控制器和燃料喷嘴。燃料喷嘴限定主燃料回路和引燃燃料回路。燃料控制器包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。一个或多个存储器装置存储指令，当由一个或多个处理器执行时，这些指令使得一个或多个处理器执行操作。所述操作包括：通过燃料控制器根据总燃料流量来确定通过主燃料回路的主燃料流量与通过引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；通过燃料控制器基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中燃烧标准的层次提供燃烧标准的优先级排序；以及基于所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使总燃料流量通过燃料喷嘴流到主燃料回路和引燃燃料回路。所述操作还可包括确定和执行本文大体上提供的方法的各种实施例的一个或多个步骤。

技术方案1.一种操作燃烧系统的方法，所述燃烧系统包括限定有至少一个主燃料回路和至少一个引燃燃料回路的燃料喷嘴，所述方法包括：

确定总燃料流量，所述总燃料流量限定了通过所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的燃料总数；

确定所述总燃料流量中通过所述主燃料回路的主燃料流量与通过所述引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中，每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；

基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中，燃烧标准的所述层次提供所述燃烧标准的优先级排序；以及

基于所述所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使所述总燃料流量流到所述主燃料回路和所述引燃燃料回路。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，还包括：

确定在所述所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率，其中，主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率基于发动机操作条件。

技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其中，基于所述发动机操作条件确定主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率还基于所述发动机操作条件是稳态操作条件还是瞬态操作条件。

技术方案4.根据技术方案2所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率还包括：

基于稳态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率；以及

基于瞬态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，还包括：

确定到所述引燃燃料回路的引燃燃料流量的多个范围，其中，引燃燃料流量的每个范围限定到所述引燃燃料回路的多个最小燃料流量值和多个最大燃料流量值，其中，燃料流量的每个范围都基于燃烧标准。

技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其中，所述燃烧标准包括排放极限、贫燃料熄火极限、富燃料熄火极限、燃烧稳定性极限、期望燃烧效率和燃料压力范围中的两个或更多个。

技术方案7.根据技术方案1所述的方法，还包括：

确定相对于压缩机出口压力(P3)的最小主燃料流量，在所述压缩机出口压力下通过所述主燃料回路提供主燃料流量。

技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其中，确定通过所述主燃料回路提供所述主燃料流量的所述最小P3基于通过所述主燃料回路的最大净化流体压力。

技术方案9.根据技术方案1所述的方法，还包括：

至少基于压缩机出口温度(T3)和P3，确定压缩机出口压力(P3)和通过所述主燃料回路的主燃料压力(Pfm)的最小差。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于燃烧器衬套、拱顶组件、燃料喷嘴或涡轮喷嘴中的一个或多个的耐久性参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率范围。

技术方案11.根据技术方案1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于使燃料流过所有燃料喷嘴的最小阀压力来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率范围。

技术方案12.根据技术方案1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于燃烧声学参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第三比率范围。

技术方案13.根据技术方案1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

至少基于压缩机出口压力(P3)、压缩机出口温度(T3)和燃烧燃料空气比(FAR4)来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第四比率范围。

技术方案14.根据技术方案1所述的方法，还包括：

基于发动机操作条件的变化来调节流向所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的所述燃料流量。

技术方案15.一种包括燃烧系统的燃气涡轮发动机，所述燃烧系统包括燃料控制器和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定有主燃料回路和引燃燃料回路，所述燃料控制器包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储指令，当由所述一个或多个处理器执行时，所述指令使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：

通过所述燃料控制器确定总燃料流量，所述总燃料流量限定了通过所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的燃料总数；

通过所述燃料控制器确定所述总燃料流量中通过所述主燃料回路的主燃料流量与通过所述引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中，每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；

通过所述燃料控制器基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中，燃烧标准的所述层次提供所述燃烧标准的优先级排序；以及

基于所述所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使所述总燃料流量通过所述燃料喷嘴流到所述主燃料回路和所述引燃燃料回路。

技术方案16.根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，所述操作还包括：

通过所述燃料控制器确定在所述所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率，其中，主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率基于发动机操作条件。

技术方案17.根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，其中，所述确定主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率的操作还包括：

通过所述燃料控制器基于稳态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率；以及

通过所述燃料控制器基于瞬态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率。

技术方案18.根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，所述操作还包括：

通过所述燃料控制器确定到所述引燃燃料回路的引燃燃料流量的多个范围，其中，引燃燃料流量的每个范围限定到所述引燃燃料回路的多个最小燃料流量值和多个最大燃料流量值，其中，燃料流量的每个范围都基于燃烧标准。

技术方案19.根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，所述操作还包括：

通过所述燃料控制器确定相对于压缩机出口压力(P3)的最小主燃料流量，在所述压缩机出口压力下通过所述主燃料回路提供主燃料流量。

技术方案20.根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，所述操作还包括：

通过所述燃料控制器至少基于压缩机出口温度(T3)和P3，确定压缩机出口压力(P3)和通过所述主燃料回路的主燃料压力(Pfm)的最小差。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1提供根据本发明主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。

图2提供根据本发明主题的示例性实施例的图1的燃气涡轮发动机的燃烧器系统的示意性横截面图。

图3提供根据本发明主题的示例性实施例的图2的燃烧器系统的燃料喷嘴组件的示意性横截面图。

图4、5和6提供图3中所说明的燃料喷嘴组件的区段的放大视图。

图7A和7B提供了流程图，该流程图概述了相对于多个期望的操作参数操作具有主燃料回路和引燃燃料回路的燃烧系统的方法的示例性步骤。

在本说明书和图中参考标号的重复使用意图表示本发明的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，在图中说明本发明的实施例的一个或多个示例。每个示例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。

如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”等可以互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意图表示各个部件的位置、重要性或序数序列。类似地，术语“初级”、“次级”和“三级”等可以互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意图表示位置、重要性或序数序列。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。

本文大体上提供了操作包括主燃料回路和引燃燃料回路的燃烧系统的方法的实施例。本文所述方法可以确定到燃烧系统的主燃料回路和引燃燃料回路的燃料压力/流量，该燃烧系统提供低功率操作和排放控制、中高功率操作和排放控制、燃烧稳定性、燃烧中断/贫燃料熄火保护、燃料消耗/燃料效率、不期望的低、中、高功率燃烧动力学/声学的缓解、燃烧器组件和喷嘴损坏以及燃料喷嘴结焦。

现参看附图，其中贯穿各图的相同标记表示相同的元件，图1是根据本发明的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更确切地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁路涡扇喷气发动机(high-bypass turbofan jet engine)10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中所示，涡扇发动机10限定了轴向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)和径向R。一般而言，涡扇10包括风扇部段14和设置在风扇部段14下游的核心涡轮发动机16。

所描绘的示例性核心涡轮发动机16通常包括限定了环形入口20的大体上为管状的外壳体18。外壳体18包覆了具有串联流关系的：压缩机部段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧部段26；涡轮部段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴部段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。在涡扇发动机10的其它实施例中，可提供附加转轴，使得发动机10可被描述为多转轴发动机。

对于所描绘的实施例，风扇部段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘，风扇叶片40从盘42大体沿着径向方向R朝外延伸。风扇叶片40和盘42可通过LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。在一些实施例中，可包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。

仍参看图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，前机舱48具有空气动力学轮廓以促进气流穿过所述多个风扇叶片40。另外，示例性风扇部段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其沿圆周包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，机舱50可以被配置成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周间隔开的出口导叶52支承。此外，机舱50的下游部段54可在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道56。

在涡扇发动机10的操作期间，大量空气58穿过机舱50的相关联入口60和/或风扇部段14进入涡扇10。当大量空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导引到旁路气流通路56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导引到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁路比。在空气的第二部分64被导引通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧部段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧部段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在HP涡轮28处经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此使HP轴或转轴34旋转，进而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过LP涡轮30，在LP涡轮30处经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，因此使LP轴或转轴36旋转，进而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴部段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气部段76排出之前被导引通过旁路气流通道56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴部段32至少部分地限定了热气体路径78，以用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。

应了解，尽管相对于具有核心涡轮发动机16的涡扇10来描述，但本发明主题可适用于其它类型的涡轮机械。举例来说，本发明主题可适合与涡轮螺桨、涡轮轴、涡轮喷气发动机、工业和海洋燃气涡轮发动机和/或辅助动力单元一起使用或用于以上各项中。

图2提供根据本发明主题的示例性实施例的例如供图1的燃气涡轮发动机使用的燃烧器系统100的示意性横截面视图。如图2中所示出，燃烧器系统100包括具有前端101a和后端101b的燃烧器101。燃烧器101还包括环形内衬套102和环形外衬套104。内衬套102大体上沿着轴向A在上游端106和下游端108之间延伸。类似地，外衬套套104大体上沿着轴向A在上游端110和下游端112之间延伸。

燃烧器拱顶114大体上沿着径向R在内衬套102的上游端106和外衬套104的上游端110之间延伸。如图2中所示出，内衬套102、外衬套104和燃烧器拱顶114在其间界定有燃烧腔室116。在一些实施例中，燃烧器拱顶114与内衬套102成一体，即，内衬套102和燃烧器拱顶114一体形成为单件结构，但在其它实施例中，燃烧器拱顶114与外衬套104成一体，即，外衬套104和燃烧器拱顶114一体形成为单件结构。在又一些其它实施例中，燃烧器拱顶114与内衬套102和外衬套104分开形成，或在又一些其它实施例中，燃烧器拱顶114与内衬套102和外衬套104两者成一体，例如，燃烧器拱顶114的至少第一部分可与内衬套102成一体且燃烧器拱顶114的至少第二部分可与外衬套104成一体。燃烧器拱顶114可由任何合适的材料形成，例如，CMC材料或金属材料，如金属或金属合金。

此外，燃烧器系统100包括燃料喷嘴组件117，所述燃料喷嘴组件117具有燃料喷嘴118，所述燃料喷嘴118在燃料喷嘴118的出口端119处界定有燃料喷嘴出口120。主混合器190围绕燃料喷嘴出口120延伸，如下文更详细地描述。燃料喷嘴118通过燃烧器拱顶114安置，使得燃料喷嘴出口120安置在燃烧器101的前端101a处或邻近于所述前端101a安置以将燃料-空气混合物引导到燃烧腔室116中。更具体地说，示例性燃料喷嘴118属于被配置成将液体烃燃料喷射到燃烧器系统100的空气流动流中的类型。燃料喷嘴118属于“分级”类型，意味着其可操作来通过两个或更多个离散级选择性地喷射燃料，每个级由燃料喷嘴118内的个别燃料流动路径界定。

燃料流速在级中的每一个内可以是可变的。在图2中所描绘的示例性实施例中，燃料喷嘴118连接到燃料系统122，所述燃料系统122可操作来根据需要以不同流速供应液体燃料流。燃料系统122将燃料供应至引燃控制阀124，引燃控制阀124联接到引燃燃料导管126，引燃燃料导管126又将燃料供应至引燃燃料供应管线127。在各种实施例中，例如结合图3-6所示，引燃燃料供应管线127进一步细分成燃料喷嘴118内的初级引燃燃料供应管线128和次级引燃燃料供应管线130(图3)。在另一些实施例中，引燃燃料供应管线127进一步细分成三级或更多级引燃燃料供应管线。燃料系统122还将燃料供应到联接于主燃料导管134的主阀132，其中主燃料导管134又供应燃料喷嘴118的主燃料回路136(图3)。在多种实施例中，主燃料回路136可以进一步细分成将燃料排出到燃烧腔室116中的两个或更多个主燃料回路管线。

现在参看图3，提供了燃料喷嘴组件117的一部分的横截面视图。另外，图4、5和6提供了图3中所说明的燃料喷嘴组件117的部分的区段的放大视图。出于描述的目的，将参考燃料喷嘴组件117的中心线轴线CL。在一些实施例中，中心线轴线CL大体上平行于发动机10的轴向中心线12，但在其它实施例中，中心线轴线CL可相对于发动机轴向中心线12成一角度。所说明的燃料喷嘴组件117的部件被安置成平行于且包围中心线轴线CL延伸，大体上如一系列同心环。举例来说，引燃燃料喷射器138安置在燃料喷嘴118的出口120处或附近并且与中心线轴线CL对准。如图4中最清楚地示出，引燃燃料喷射器138包括界定了初级燃料孔142的大体上环形的内壁140和界定了次级燃料孔146的大体上环形的外壁144。初级引燃供应线128通过初级燃料孔142将燃料供应到燃料喷嘴118，且次级引燃供应线130通过次级燃料孔146将燃料供应到燃料喷嘴118。

如图3和4中所示出，内壁140相对于外壁144径向向内安置，使得外壁144大体上包围内壁140并且次级燃料孔146包围初级燃料孔142。此外，在所描绘的实施例中，初级燃料孔142大体上与次级燃料孔146径向对准。也就是说，初级燃料孔142和次级燃料孔146大体上安置在燃料喷嘴118内的相同轴向位置处。

环形引燃分流器148沿圆周包围引燃燃料喷射器138。引燃分流器148包括上游部分150和下游部分152。上游部分150大体上是圆柱形形状，而下游部分152大体上是圆锥形形状。下游部分152大体上相对于中心线轴线CL汇聚，具有逐渐变小到更窄第二部段152b的更宽第一部段152a，其中第二部段152b相对于第一部段152a在下游。多个孔径154界定在第二部段152b中，例如，多个分流器孔径154可沿着第二部段152b的圆周界定且大体上可与彼此均匀间隔开。分流器孔径154准许气流通过，例如，以加强引燃分流器148的冷却并且由此改进分流器的耐久性。下文更详细地描述气流。

环形外边界壁156沿圆周包围引燃分流器148并且界定燃料喷嘴118的引燃部分P的外边界。外边界壁156包括大体上为圆柱形的第一部分156a、汇聚第二部分156b和发散第三部分156c，使得导入口158界定在第二部分156b和第三部分156c之间。如图3中所示出，第一部分156a、第二部分156b和第三部分156c以流动次序轴向布置，即，第一部分156a在第二部分156b的上游，所述第二部分156b在第三部分156c的上游。此外，外边界壁156的汇聚第二部分156b大体上循着或平行于引燃分流器148的汇聚下游部分152。因而，引燃分流器148的下游端160大体上安置在由外边界壁156的汇聚部分156b和发散部分156c界定的导入口158内。

如图3和4中所说明，内部空气回路162界定在引燃燃料喷射器138和引燃分流器148之间，并且外部空气回路164界定在引燃分流器148和外边界壁156之间。内部旋流轮叶166的圆周阵列从引燃燃料喷射器138径向延伸到引燃分流器148的上游部分150。类似地，外部旋流轮叶168的圆周阵列从引燃分流器148的上游部分150径向延伸到外边界壁156的第一部分156a。内部旋流轮叶166被成形和定向成在通过内部空气回路162的气流中引发旋流，并且外部旋流轮叶168被成形和定向成在通过外部空气回路164的气流中引发旋流。

在内部空气回路162和外部空气回路164的上游，燃料喷嘴118界定准许空气进入引燃部分P的引燃空气入口170。空气流入引燃气流通道172，所述空气被引燃分流器148分流到内部空气回路162和外部空气回路164中。在引燃分流器148的下游端160处，内部空气回路162和外部空气回路164往回合并成单个引燃气流通道172，所述单个引燃气流通道172延伸通过燃料喷嘴118的引燃部分P的其余部分。如图3中所示出，外边界壁156的第三部分156c界定通过引燃部分P的下游端的气流通道172的外边界。内部空气回路162和外部空气回路164、包括内部旋流轮叶166和外部旋流轮叶168，以及外边界壁156的第三部分156c形成引燃旋流器171。引燃旋流器171引导并控制流体流动，包括空气以及空气和燃料的混合物通过燃料喷嘴118的引燃部分P的流动。更具体地说，空气旋流通过内部旋流轮叶166和外部旋流轮叶168，并且接着当其在由外边界壁第三部分156c界定的引燃旋流器171的大体上圆锥形形状的下游部分中与燃料混合时膨胀。

此外，燃料喷嘴118沿圆周包围引燃部分P。具体地说，燃料喷嘴118的外壁121界定燃料喷嘴出口120并且轴向延伸到挡热板176的径向最外末端178。如图3中所说明，外壁121与外边界壁156径向间隔开。另外，外壁121界定开口123，所述开口123准许空气流入外壁121和外边界壁156之间的空间。气流可实现燃料喷嘴出口端119和出口端119附近的燃料喷嘴部件的冷却。

引燃燃料喷射器138界定相对小的、稳定的引燃火焰或燃烧区。引燃燃烧区在径向方面居中定位于环形燃烧器流场内。燃料经由初级引燃供应管线128和次级引燃供应管线130供应到引燃燃料喷射器138。空气通过引燃气流通道172供应。引燃气流通道172提供相对高的气流；换句话说，被引导通过引燃气流通道172的总燃烧器气流的部分是相对高的，具体地说，与已知TAPS燃烧器设计相比是相对高的。

继续图3，环形主要部分M沿圆周围绕燃料喷嘴118的环形引燃部分P延伸。主要部分M包括主燃料喷射器180，所述主燃料喷射器180通过主燃料回路136被供应燃料。主燃料回路136联接到主燃料导管134并且通过主燃料导管134被供应燃料。如图3、5和6所示，主燃料喷射器180包括多个喷射端口184。尽管通常被描绘为相对于燃料喷嘴组件117的中心线轴线CL向下游倾斜，但是在各种实施例中，多个喷射端口184可以相对于燃料喷嘴组件117的中心线轴线CL基本上平直或垂直地安置。也就是说，每个喷射端口184具有进口端186和出口端188，并且出口端188相对于进口端186向下游定向且相对于中心线轴线CL成一角度。进口端186准许燃料从主燃料回路136进入喷射端口184，并且出口端188准许燃料从喷射端口184出去。因而，倾斜的喷射端口184准许燃料从主燃料回路136朝向燃烧腔室116的中心出去，如下文更详细地描述。

燃料喷嘴组件117还包括沿圆周包围邻近于主燃料喷射器180的燃料喷嘴118的环形主混合器或旋流器190。主混合器190界定了围绕其圆周的多个入口孔径192以准许气流进入主混合器190。如图3、5和6中所示出，主混合器入口孔径192界定在主混合器190的前端或上游端194处。在一些实施例中，主混合器190和其入口孔径192可被成形和/或定向成使通过主混合器190的气流中引发旋流。在孔径192的下游或后面，主混合器190包括环形主混合器壁196，所述环形主混合器壁196延伸到主混合器190的后端或下游端198并且与燃料喷嘴118的外壁121径向间隔开。主气流通道200界定在主混合器壁196和燃料喷嘴外壁121之间。此外，主混合器壁196在下游端198处界定了主混合器出口202。因而，空气通过入口孔径192流入主混合器190，继续通过主气流通道200，并且通过主混合器出口202退出主混合器190。主混合器190提供相对低的气流；换句话说，被引导通过主混合器190的总燃烧器气流的部分是相对低的，具体地说，与已知TAPS燃烧器设计相比是相对低的。下文更详细地描述到和通过主要部分M的气流。

同样如图3、5和6中所说明，燃料喷嘴外壁121在其中界定了与喷射端口184对准的孔径204。应了解，外壁121界定了各自与喷射端口184中的一个对准的多个孔径204。如先前所述，喷射端口184可以相对于燃料喷嘴118的中心线轴线CL向下游倾斜，或者相对于中心线轴线CL平直/垂直，或者它们的组合。外壁孔径204类似地相对于中心线轴线CL以一角度界定；孔径204的角度可与喷射端口184的角度基本相同，如图3、5和6的示例性实施例中所示出。此外，外壁孔径204界定在入口孔径192的下游，使得燃料在界定于主混合器壁196和燃料喷嘴外壁121之间的主气流通道200内被喷射。因此，燃料与通过主混合器孔径192引入到主混合器190中的气流在主气流通道200中混合，并且燃料-空气混合物继续向下游流动且退出主混合器190、通过主混合器出口202进入燃烧腔室116。如先前所描述，倾斜的喷射端口184和出口壁孔径204帮助朝向燃烧器101的中间引导燃料，使得燃烧器内的燃料朝向燃烧器的中心更加集中。因而，倾斜的燃料喷射可帮助控制燃烧器101的轮廓和/或图案因素，以及允许发动机的更高动力操作且通过引导燃料和燃烧气体远离燃烧器硬件而增大内衬套102和外衬套104以及其它燃烧器硬件的耐久性。

如先前所描述，内衬套102和外衬套104可由陶瓷基质复合物(CMC)材料形成，所述CMC材料是具有耐高温能力的非金属材料。在一些实施例中，燃烧器拱顶114也可由CMC材料形成。更具体地说，燃烧器拱顶114可由CMC材料而与内衬套102和/或外衬套104一体地形成，使得燃烧器拱顶114和内衬套102和/或外衬套104是单件。在其它实施例中，燃烧器拱顶114可与内衬套和外衬套分开形成，作为分离的CMC部件或由例如金属或金属合金等另一合适的材料形成。此外，燃烧系统100的一个或多个部件或部分，例如但不限于衬套102、104、燃烧器拱顶114和燃料喷嘴组件117，可以由CMC材料或一种或多种金属或金属合金形成。金属或金属合金包括适用于燃气涡轮发动机燃烧系统的一种或多种金属或金属合金，包括但不限于镍、钛、铁或钢，或它们各自的合金，或它们的组合。

现在参看图7A和7B，大体提供了操作燃烧系统的方法(以下称为“方法1000”)的示例性流程图，该燃烧系统包括燃料控制器和限定了主燃料回路和引燃燃料回路的燃料喷嘴。燃烧系统、燃料控制器和燃料喷嘴可以被配置成基本上类似于关于图1-6所示出和描述的那样。例如，方法100可以用燃料系统122和燃烧器系统100来实现，燃烧器系统100包括燃料喷嘴组件117和燃料喷嘴118，如关于图1-6所示出和描述的。燃料系统122和燃料喷嘴组件117一起可以将主燃料回路限定为主燃料导管134和主燃料回路136，其中主燃料回路136将燃料排出到燃烧腔室116，例如图2所示。燃料系统122和燃料喷嘴组件117一起可以进一步将引燃燃料回路限定为引燃燃料导管126和穿过燃料喷嘴组件117流出到燃烧腔室116的引燃燃料供应管线127，例如图2所示。在各种实施例中，燃料系统122和燃料喷嘴组件117一起可以进一步将引燃燃料回路限定为引燃燃料导管126、初级引燃燃料供应管线128和次级引燃燃料供应管线130，其中供应管线128、130中的每一个将燃料通过它们相应的燃料孔142、146排出到燃烧腔室116，例如关于图1-6所示出和描述的。

然而，应当理解，方法1000通常可以用燃料系统和燃料喷嘴组件来实现，燃料系统和燃料喷嘴组件一起限定配置成提供第一燃料供应的一个或多个主燃料回路(例如，初级、次级、三级等)和配置成提供第二燃料供应的一个或多个引燃燃料回路(例如，初级、次级、三级等)。因此，方法1000的各种实施例可以用不限于关于图1-6所示出和描述的实施例的燃料系统和燃料喷嘴来实现。此外，关于图1-6所示出和描述的燃料系统和燃料喷嘴的实施例可以提供用于一般性地描述方法1000的实施例的说明性目的，而不必受限于关于图1-6所示出和描述的实施例。

本文所描述的方法1000的实施例可以控制通常配置用于启动/点火和低功率操作的引燃燃料回路与通常配置用于中高功率操作的主燃料回路之间的燃料分流，该控制通常提供改善的排放、燃烧稳定性、燃料消耗和燃烧中断/贫燃料熄火保护。此外，方法1000的实施例通常确定并提供满足多个期望输出的燃料分流，包括期望的燃料消耗、排放、燃烧稳定性、燃烧中断保护、结焦保护和燃烧器组件耐久性。

方法1000包括在1010处确定到燃烧器组件(例如，燃烧器组件100)的总燃料流量。总燃料流量限定通过主燃料回路和引燃燃料回路的燃料总数。如本文先前所描述，主燃料回路、引燃燃料回路或两者可包括一条或多条管线、导管、通道等，其向燃烧腔室(例如，燃烧腔室116)提供成比例或独立流速或压力的燃料。确定到燃烧器组件的总燃料流量还可包括确定燃烧腔室处的总燃料空气比。在各种实施例中，确定总燃料流量基于期望的风扇或低转轴速度(例如，N1或Nfan)或期望的发动机压力比。

方法1000还包括在1020处确定总燃料流量中通过主燃料回路的主燃料流量与通过引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围。每个比率范围都基于彼此不同的燃烧标准。

在各种实施例中，燃烧标准包括排放极限、贫燃料熄火极限、富燃料熄火极限、燃料结焦极限、燃烧稳定性极限、期望燃烧效率、燃料压力范围和耐久性参数中的两个或更多个。在多种实施例中，期望燃烧效率可包括相对于发动机操作条件的最小允许或期望的燃烧效率。排放极限可包括但不限于基于一种或多种氮氧化物(NO_x)的极限、排烟数(SN)、未燃烃极限(UHC)或一氧化碳极限(CO)的一个或多个标准。在多种实施例中，排放极限还可包括二氧化碳极限(CO₂)。在另外的多种实施例中，排放极限还可包括由一个或多个监管机构、国家或跨国公约或协议(例如，国际民用航空公约、联邦航空管理局、欧洲航空安全局等)控制或监管的一个或多个排放标准。然而，应当理解，尽管排放极限可包括一个或多个监管机构可以识别的一个或多个附加标准，但是排放极限的数量或大小不限于一个或多个监管机构包括或引用的标准。

在一个实施例中，方法1000还包括在1021处基于耐久性参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率范围。在多种实施例中，耐久性参数基于燃烧器衬套、拱顶组件、燃料喷嘴或涡轮喷嘴中的一个或多个。在多种实施例中，耐久性参数是表面温度、内部温度、热侧和冷侧之间的温差以及期望的所需寿命(例如，燃烧器组件或其部分能够在一个或多个操作条件下操作的时间段)中的一个或多个。热侧通常是指邻近燃烧腔室116或接近燃烧腔室116的部分，与作为冷侧的零件、部件或组件的相对部分、面或侧形成对比。

在另一个实施例中，方法1000还包括在1022处基于使燃料流过所有燃料喷嘴的最小阀压力来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率范围。例如，确定第二比率范围可以基于在通常所有发动机操作条件下的最小阀打开压力，以例如减轻单个燃料回路(例如，燃烧器组件100的每个燃料喷嘴组件117的每个主燃料导管134、主燃料回路136、引燃燃料导管126、引燃燃料供应管线127、初级引燃燃料供应管线128、次级引燃燃料供应管线130等)的关闭，并且准许燃料流向燃烧腔室116。作为另一示例，每个主燃料回路、引燃燃料回路或两者可限定最小流速与从回路到燃烧腔室的压差的比率。因此，确定第二比率范围还可包括确定通过每个主燃料回路和每个引燃燃料回路的最小燃料流量。

在又一个实施例中，方法1000还包括在1023处基于燃烧声学参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第三比率范围。在一个实施例中，方法1000在1023处还可包括确定主燃料流量与引燃燃料流量的最大比率，以减轻可听声音或轰鸣(例如，人耳可感知的不期望的音调或声音)。在各种实施例中，轰鸣可以限定在大约400Hz或更低。在各种实施例中，减轻可听声音还可减轻燃烧器组件和燃料系统(例如，燃烧器组件100、燃料系统122)的零件或部件的结构退化，例如通过减轻可能在燃烧器组件、燃料系统或两者的一个或多个部件或部分处引起疲劳的振动或压力振荡。在各种实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的第三比率范围可以更具体地基于低功率操作条件下的燃烧声学参数。

在还包括检测、监测或测量燃烧腔室处瞬时燃烧压力P4的传感器的发动机的各种实施例中，确定通过主燃料回路的主燃料流量与通过引燃燃料回路的引燃燃料流量的最大比率还基于波动压力P4’。在其它实施例中，该方法在1023处还基于定义P4或P4’的图表、表格、曲线或传递函数。在另外的各种实施例中，P4’限定高频燃烧动力学。例如，确定主燃料流量与引燃燃料流量的最大比率还基于期望的P4或P4’极限。确定到燃烧腔室的主燃料流量与引燃燃料流量的最大比率减轻了例如导致压力振荡、声音和振动的燃烧不稳定性。

在又一个实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的最大比率包括确定通过引燃燃料回路的燃料的固定流速。例如，在一个实施例中，确定主燃料与引燃燃料的最大比率包括通常适用于所有发动机操作条件的引燃燃料流速。

在另一个实施例中，方法1000还可包括在1024处至少基于压缩机出口压力(P3)、压缩机出口温度(T3)和燃烧燃料空气比(FAR4)来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第四比率范围。在其它实施例中，方法1020基于高转子转速N2、压缩机入口温度T2和到主燃料回路和引燃燃料回路的燃料的总流速(Wf)中的一个或多个。在又一个实施例中，该方法在1020处基于确定燃烧状态的一个或多个参数。

在又一个实施例中，方法1000还可包括在1025处基于燃烧标准的燃料压力范围来确定主燃料与引燃燃料的第五比率范围。燃料压力范围可以基于一个或多个供给泵、阀、计量或限流器开口，或者进一步基于燃料系统的一个或多个横截面积、体积或其他流量或压力能力，来指示最小和最大允许燃料压力。在一个实施例中，在1025处确定主燃料与引燃燃料的第五比率范围基于通过主燃料回路提供的最小主燃料流量。在各种实施例中，确定通过主燃料回路提供的最小主燃料流量限定了阈值主燃料压力，低于该阈值时，燃料被阻止流过主燃料回路。在各种实施例中，确定最小主燃料流量还包括限定当一个或多个主燃料回路没有向燃烧腔室116提供燃料时用来净化主燃料回路的最小空气压力。例如，在一个实施例中，在1025处，确定通过主燃料回路提供的最小主燃料流量基于通过主燃料回路的最大净化流体压力(例如，空气、惰性气体)。限定用来净化主燃料回路的最小空气压力可以限定主燃料回路处的防结焦，例如在每个燃料喷嘴组件117的主燃料导管134和主燃料回路136中的一个或多个处。在另外的各种实施例中，确定第五比率范围进一步基于确定相对于压缩机出口压力(P3)的最小主燃料流量，在该压力下通过主燃料回路提供主燃料流量。

方法1000还可包括在1026处根据至少基于P3确定P3和通过主燃料回路的主燃料压力(Pfm)的最小差，来确定主燃料与引燃燃料流量的第六比率范围。在各种实施例中，确定P3和通过主燃料回路的Pfm的最小差在燃料系统122的主燃料导管134和燃料喷嘴组件117的主燃料回路136中的一个或多个处确定。在一个实施例中，确定P3和Pfm的最小差更具体地在联接到每个燃料喷嘴组件117的每个主燃料回路136的主燃料导管134处确定。确定P3和Pfm之间的最小差可以确保每个燃料喷嘴组件117之间足够高的压差，以减轻每个燃料喷嘴组件117的每个主燃料回路136之间的压力或流量波动。

应当理解，尽管方法1000包括确定通过燃料系统和燃烧器组件用于燃烧的主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围，但是每个比率范围通常限定不相互排斥的不同范围的值。例如，两个或多个比率范围可以基本上相似，尽管是基于不同的标准确定的。作为另一示例，两个或多个比率范围可以是至少部分地排他性的，使得每个比率范围至少部分地不重叠。作为又一示例，两个或多个比率范围可以是互相排斥的，使得每个比率范围是完全不重叠的。

方法1000还包括在1030处基于燃烧标准的层次(hierarchy)来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围。燃烧标准的层次提供燃烧标准的优先级排序。例如，方法1000在1030处可包括限定每个燃烧标准的优先级或排序。该方法在1030处还可包括为每个比率范围限定对应于每个燃烧标准的优先级排序。如果在1020处确定的多个比率范围中的每个比率范围至少部分地重叠，则所得的比率范围可以限定主燃料流量与引燃燃料流量的重叠比率范围。否则，燃烧标准的层次被应用于确定是否使用了一个比率范围，而不是另一个比率范围。换句话说，当在1030处确定所得的比率范围时，应用燃烧标准的层次来确定在步骤1020处确定的比率范围中的哪一个可以被排除。

因此，将使用对应于较高优先级燃烧标准的比率范围，而不是与较高优先级燃烧标准不重叠的一个或多个较低等级的比率范围。换句话说，当确定所得的比率范围时，将排除与较低优先级燃烧标准相对应的比率范围，这些比率范围与对应于较高优先级燃烧标准的比率范围相互排斥。因此，方法1000还包括在1040处基于所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使总燃料流量流到主燃料回路和引燃燃料回路。

在各种实施例中，确定燃烧标准的层次可以至少基于但不限于推进系统或设备的类型(例如，船用或工业燃气涡轮、亚音速推进、超音速推进、旋转或固定翼设备等)、发动机操作条件(例如，推力或负载输出水平、部分负载或全负载状况、稳态或瞬态等)、环境条件(例如，海拔、气温、压力、湿度、风速等)或其变化率、或其组合。因此，燃烧标准的优先级排序可以至少基于一个或多个上述因素或其组合而变化。

在1050处，方法1000还可包括确定在所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率。主燃料流量与引燃燃料流量的比率基于发动机操作条件。在各种实施例中，确定在所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率还基于发动机操作条件是稳态操作条件还是瞬态操作条件。例如，确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率可以基于压缩机出口温度(T3)、压缩机入口温度(T2)、高转子转速(例如，N2或Nhigh)中的一个或多个或指示稳态或瞬态发动机操作的一个或多个控制信号。在另外的各种实施例中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的比率至少基于燃烧效率、排放或两者。

在各种实施例中，发动机操作条件可包括但不限于：稳态条件，其通常限定点火、地面空转、起飞、爬升、巡航、飞行空转和进场；或者通常介于它们之间的瞬态条件。启动、点火、地面空转、飞行空转和进场通常可以限定低功率条件。起飞、爬升和巡航通常可以限定中高功率条件。应当理解，发动机操作条件可以在其他环境中限定，例如用于船用和工业燃气涡轮发动机的那些环境，并且可以限定通常对应于前述条件的低、中和高功率条件。此外，一个或多个稳态条件可以限定在前述条件中的一个或多个之间。

在各种实施例中，方法1000可包括在1060处确定到引燃燃料回路的引燃燃料流量的多个范围。引燃燃料流量的每个范围可以限定到引燃燃料回路的多个最小燃料流量值和多个最大燃料流量值。燃料流量的每个范围都基于燃烧标准。

此外，在各种实施例中，方法1000在1020处可包括基于下列中的一个或多个来确定主燃料流量与引燃燃料流量的一个或多个比率范围：发动机入口温度(T1)、低压/中压压缩机入口温度(T2)、高压压缩机入口温度(T25)、P3、T3、燃料流速、燃烧器处的空气流速(Wa36)、主燃料/空气当量比、引燃燃料/空气当量比、FAR4、P4、燃烧出口温度(T41)、涡轮出口温度、排气温度、低或风扇转子速度(例如，N1、Nfan或Nlow)、高转子速度(例如，N2或Nhigh)、燃烧部段处的一种或多种抽气流速、以及本文所描述的一种或多种压力或流量极限、比率或范围。应当理解，T3和P3通常分别是指离开压缩机部段(例如，离开HP压缩机24进入燃烧部段26)的空气的温度和压力。FAR4通常是指在燃烧腔室(例如燃烧腔室116)处的总燃料空气比。例如，FAR4可以是指主燃料回路和引燃燃料回路处的总燃料流量与在燃烧腔室处的总空气流量的比率。

在一个实施例中，方法1000在1020处可包括确定到引燃燃料回路的最小和最大燃料流量。到引燃燃料回路的最小和最大燃料流量可以限定引燃燃料空气比率范围。例如，确定到引燃燃料回路的最小和最大燃料流量包括确定通过引燃燃料导管126和引燃燃料供应管线127的最小和最大燃料流量。作为另一示例，确定到引燃燃料回路的最小和最大燃料流量包括在引燃燃料然后被分流到两个或更多个引燃燃料供应管线(例如，图1-6中总体示出的初级引燃燃料供应管线128和次级引燃燃料供应管线130)中之前确定通过引燃燃料导管126的最小和最大燃料流量。

在其它实施例中，确定到引燃燃料回路的最小和最大燃料流量可包括确定通过多个引燃燃料回路、例如多个引燃燃料导管的燃料的最大流量总和，每个导管独立地联接到多个引燃燃料供应管线。例如，每个引燃燃料导管可以独立地联接到初级引燃燃料供应管线128和次级引燃燃料供应管线130。

方法1000的另一个实施例在1020处可包括根据基于T3的最小总引燃燃料流速(Wfp)来确定比率范围。确定最小总Wfp通常可以确定通过引燃燃料回路的燃料的最小允许流速，例如通过每个燃料喷嘴组件117的引燃燃料导管126、引燃燃料供应管线127或来自引燃燃料供应管线127的每个供应管线(例如，初级引燃燃料供应管线128和次级引燃燃料供应管线130)中的一个或多个。确定最小总Wfp可以防止引燃燃料回路内的燃料结焦(即，形成碳沉积)。例如，低于确定的最小值的引燃燃料流速Wfp可能导致引燃燃料回路内的燃料结焦。

在又一个实施例中，方法1000还可包括在1020处基于贫燃料熄火极限来确定比率范围。例如，确定主燃料流量与引燃燃料流量的最小比率可以确保燃烧器组件在所有发动机操作条件下保持点燃(即，燃料和空气的燃烧正在发生)。在各种实施例中，贫燃料熄火极限基于aP3、T3和FAR4中的一个或多个。在一个实施例中，贫燃料熄火极限基于参考表、图表或曲线中的一个或多个，参考表、图表或曲线至少包括最小总引燃燃料流量与P3、T3和FAR4的关系。

尽管图7A和7B出于说明和讨论的目的描绘了以特定次序执行的步骤，但是所属领域的普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，本文公开的任何方法的各个步骤可以以各种方式修改、变化、扩展、重新排列和/或省略。

执行方法1000的步骤和各种实施例的燃烧系统可以限定到燃烧系统的引燃燃料回路的总燃料量(Wf)的大约5％至大约30％，以及到主燃料回路的总燃料量Wf的大约95％至大约70％。因此，在限定初级引燃燃料供应管线和次级引燃燃料供应管线的燃烧系统和方法1000的一个实施例中，总燃料量Wf的大约5％至大约30％的一部分在初级引燃燃料供应管线和次级引燃燃料供应管线之间被细分。此外，燃烧系统和方法1000可包括三级或更高级引燃燃料供应管线，引燃燃料的一部分被进一步细分到其中。

在又一个实施例中，执行方法1000的步骤和各种实施例的燃烧系统可以限定进入燃烧器系统的总气流(Wa36)。在各种实施例中，Wa36的大约30％至大约70％流过主燃料喷射器180以与来自主燃料流量的燃料混合以用于燃烧。在一个实施例中，燃烧系统100和方法1000限定贫燃燃烧系统。在另一个实施例中，燃烧系统100和方法1000限定富燃燃烧系统。应当理解，在燃烧系统100和操作方法1000的各种实施例中，到燃烧腔室的总空气流量的一部分可以被虹吸或抽出以用于发动机冷却，或者在燃烧系统100内被引导以提供其中产生的燃烧产物的骤冷或冷却。这样，一个或多个流量小数或分数可应用于方法1000的一个或多个前述步骤或实施例，其可以对照燃烧腔室处的总空气流量应用。

还应当理解，方法1000的实施例可以由包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置的系统控制或执行。一个或多个存储器装置可存储指令，当由一个或多个处理器执行时，这些指令使得一个或多个处理器执行操作。指令或操作通常包括本文描述的方法1000的一个或多个步骤及其实施例。指令可以在处理器上的逻辑分离和/或虚拟分离的线程中执行。存储器装置还可以存储可由处理器访问的数据，包括但不限于发动机入口温度(T1)、低压/中压压缩机入口温度(T2)、高压压缩机入口温度(T25)、P3、T3、燃料流速、燃烧器处的空气流速(Wa36)、主燃料/空气当量比、引燃燃料/空气当量比、FAR4、P4、燃烧出口温度(T41)、涡轮出口温度、排气温度、低或风扇转子速度(例如，N1、Nfan或Nlow)、高转子速度(例如，N2或Nhigh)、燃烧部段处的一种或多种抽气流速、以及本文所描述的一种或多种压力或流量极限、比率或范围。

此外，应当理解，关于方法1000或用于执行方法1000的系统讨论的一个或多个参数可包括参数的测量、计算、外推、插值等。例如，一个或多个参数(例如，P1、T1、P2、T2、P25、T25、P3、T3、Wa3、Wa36、Wf、FAR4、T4、T41、T45、EGT、N1、N2、主燃料/空气当量比、引燃燃料/空气当量比等)可以从至少一个或多个另一参数来计算，以产生所述一个或多个参数的近似值或实际值。此外，本文所描述一个或多个参数可包括基于一个或多个其它参数的校正值(例如，N1或N2机械速度与基于流动路径温度例如T1、T2、T25等校正的N1或N2)。

该系统还可包括网络接口，用于向包括压缩机部段、燃料系统122、燃烧器组件100和燃料喷嘴组件117的发动机10传送、发送、传输、接收或处理一个或多个信号，以引导或调节到燃烧部段26的燃料和空气流量。网络接口可包括发射机、接收机、端口、控制器、天线或其它合适的通信部件或设备中的一个或多个。在各种实施例中，系统可以限定但不限于电子发动机控制器(EEC)、模拟控制器或全权限数字发动机控制器(FADEC)或其子系统，例如燃料控制器。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种操作燃烧系统的方法，所述燃烧系统包括限定有至少一个主燃料回路和至少一个引燃燃料回路的燃料喷嘴，所述方法包括：

确定总燃料流量，所述总燃料流量限定了通过所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的燃料总数；

确定所述总燃料流量中通过所述主燃料回路的主燃料流量与通过所述引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中，每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；

基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中，燃烧标准的所述层次提供所述燃烧标准的优先级排序；以及

基于所述所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使所述总燃料流量流到所述主燃料回路和所述引燃燃料回路。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定在所述所得比率范围内的主燃料流量与引燃燃料流量的比率，其中，主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率基于发动机操作条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述发动机操作条件确定主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率还基于所述发动机操作条件是稳态操作条件还是瞬态操作条件。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的所述比率还包括：

基于稳态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率；以及

基于瞬态发动机操作条件来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于燃烧器衬套、拱顶组件、燃料喷嘴或涡轮喷嘴中的一个或多个的耐久性参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第一比率范围。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于使燃料流过所有燃料喷嘴的最小阀压力来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第二比率范围。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

基于燃烧声学参数来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第三比率范围。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定主燃料流量与引燃燃料流量的多个比率范围还包括：

至少基于压缩机出口压力(P3)、压缩机出口温度(T3)和燃烧燃料空气比(FAR4)来确定主燃料流量与引燃燃料流量的第四比率范围。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于发动机操作条件的变化来调节流向所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的所述燃料流量。

10.一种包括燃烧系统的燃气涡轮发动机，所述燃烧系统包括燃料控制器和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定有主燃料回路和引燃燃料回路，所述燃料控制器包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储指令，当由所述一个或多个处理器执行时，所述指令使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：

通过所述燃料控制器确定总燃料流量，所述总燃料流量限定了通过所述主燃料回路和所述引燃燃料回路的燃料总数；

通过所述燃料控制器确定所述总燃料流量中通过所述主燃料回路的主燃料流量与通过所述引燃回路的引燃燃料流量的多个比率范围，其中，每个比率范围基于彼此不同的燃烧标准；

通过所述燃料控制器基于燃烧标准的层次来确定所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，其中，燃烧标准的所述层次提供所述燃烧标准的优先级排序；以及

基于所述所得的主燃料流量与引燃燃料流量的比率范围，使所述总燃料流量通过所述燃料喷嘴流到所述主燃料回路和所述引燃燃料回路。