CN109790981A - 使用引燃空气控制燃烧系统的操作点的技术 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于控制向燃烧系统的燃烧器提供的引燃燃料/引燃空气的比例以用于更改该燃烧系统的操作点的方法。首先，检查第一参数(例如，温度)的值，如果该值等于或超过将操作点置于第一不期望的操作区域的第一参数的预先确定的最大极限，则更改引燃燃料/引燃空气的比例，使得第一参数的值移动到低于第一参数的预先确定的最大极限。类似地，检查第二参数(例如，压力)的值，如果该值等于或超过将操作点置于第二不期望的操作区域的第二参数的预先确定的最大极限，则再次更改引燃燃料/引燃空气的比例，使得第二参数的值移动到低于第二参数的预先确定的最大极限。还提出了一种燃烧系统。

Description

使用引燃空气控制燃烧系统的操作点的技术

技术领域

本发明总体上涉及用于控制燃烧系统的操作点的技术，更特别地涉及使用引燃空气控制燃烧系统的操作点的技术。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，目的是标识注入到燃烧室中的引燃燃料和主燃料之间的最佳燃料分流比，从而可以实现燃气涡轮发动机的最佳的操作。引燃燃料和主燃料之间的分流比通常由默认分流曲线表示，该曲线示出了推荐用于不同负载水平或点火温度的引燃燃料与总燃料(即，主燃料和引燃燃料)的比例。特别地，要避免金属的高温(诸如燃烧器喷尖/燃烧器面的高温)，以及燃烧室中的高动态，同时期望在产生最少的污染物(诸如NOx之类)的情况下提高发动机的可靠性。例如，可以利用已知燃烧系统的大量经验，基于使用贫主燃料(lean main-fuel)和空气混合物来实现低NOx混合物排放。

然而，在实践中，由于在生成默认分流图的期间无法准确预测的多种原因，燃烧系统的操作点并不完全遵循默认分流图并且倾向于移动到不期望的操作区域中。一些原因是所使用的燃料类型，在一种类型与另一类型之间以及由于组分的百分比不同、环境条件变化、意外的负载波动等而在同一类型之间存在显著差异。为了解决这个问题，已经设计了用于实时监视和控制操作点的几种技术，这些技术允许相对于由默认分流曲线建议的默认分流来改变或调整引燃燃料和主燃料的比例，以用于随着逐渐增加的负载来导航操作点，并且避免不期望的操作区域。

WO 2007/082608公开了一种燃烧装置，包括进入燃料供应管线，该进入燃料供应管线向一个或多个燃烧器供应多个燃料供应管线中的燃料。燃烧器包括燃烧腔。温度传感器位于装置中，以便产生与装置的组成部分有关的温度信息，该组成部分要防止过热。该装置还包括控制装置，该控制装置检测温度传感器的输出，并且依据该输出来更改向燃烧器中的一个或多个燃烧器的燃料供应，以便将部件的温度保持在低于最大值，同时保持进入燃料供应管线中的燃料基本上恒定。控制单元还努力调整装置的操作条件，使得压力振荡保持在低于最大值。

EP 2442031 A1公开了一种燃烧设备控制单元以及一种燃烧设备(例如，燃气涡轮)，该燃烧设备控制单元在至少一个操作参数的基础上确定燃烧设备是否处于预先定义的操作阶段。响应于此来生成控制信号，该控制信号被配置为用于在燃烧设备处于预先定义的操作阶段的情况下，在预先确定的时间之内将至少两个不同的输入燃料流的比例设定为预先确定的值。

WO 2011/042037 A1公开了一种燃烧装置，具有控制装置，该控制装置被布置为基于温度信息和压力信息以及其他信息来改变向一个或多个燃烧器的燃料供应。该其他信息指示在由时间信息限定的时间跨度内，一个信号随时间的进展(诸如将要保护的期望部分的温度维持在低于预先确定的最大温度极限，并且诸如将燃烧腔内的压力变化保持在低于预先确定的最大压力变化极限)，同时保持供应到装置的燃料供应管线中的总燃料基本上恒定。

WO 2015/071079 A1公开了一种具有预测排放监视能力的智能控制方法。该公开提出了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧装置系统，具有燃烧室，引燃燃料和主燃料可注入到该燃烧室中并且在其中燃烧，其中由烧掉的引燃燃料和烧掉的主燃料生成的废气从燃烧室中被排出。控制单元被耦合到燃料控制单元，用于调整引燃燃料的比例。控制单元适于在温度信号、燃料信号、质量流量信号和燃料分流比的基础上来确定废气的预测污染物浓度。

所有上述技术通过更改不同负载水平的引燃燃料和主燃料的比例来导航燃烧系统的操作点或导航燃烧系统。然而，除了包含在默认分流曲线中的波动之外，这些改变导致引燃燃料供应中的大量波动，因此不利于燃烧系统和具有该燃烧系统的燃气涡轮发动机的操作。此外，为了实现上述技术，由于在某些情况下需要增加引燃燃料，所以总是出现由于引燃燃料的富集而导致的更高的温度并且造成更多的排放。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种技术，以实现如下有益效果：控制或导航燃烧组件或系统的操作点，而不仅仅是依靠相对于主燃料的量来更改引燃燃料的量。除了通过更改引燃燃料/主燃料的比例来控制或导航燃烧系统的操作点的技术(例如，上文所提及的技术)之外，本公开的目的还在于提供一种技术，允许控制或导航燃烧系统的操作点，而不更改引燃燃料/主燃料的比例。因此，本公开的技术能够独立于前述技术或与前述技术互补使用，例如，以进一步调谐或微调或进一步控制操作点。

上述目的通过本技术的根据权利要求1所述的用于控制向燃烧系统的燃烧器提供的引燃燃料/引燃空气的比例以用于更改燃烧系统的操作点的方法、根据权利要求11所述的计算机程序、根据权利要求12所述的计算机程序、根据权利要求13所述的燃烧系统、以及根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。

本技术利用了使用引燃空气来控制燃烧特点或调谐燃烧特点的新概念。燃烧系统(也被称为燃烧组件、或燃烧装置系统或组件、或简称为燃烧装置或燃烧器系统)的操作点由受控地引入引燃空气来调节，该引燃空气与引燃燃料预混合或与引燃燃料部分地预混合或通过燃烧器面从紧邻引燃燃料注入孔的一个或多个单独的注入孔注入。如图2所示，在传统的燃烧装置15中，对于燃气涡轮发动机，空气通过旋流器29被供应，主要与主燃料混合以形成具有主燃料和空气的预混合物可燃反应物。在传统上已知的控制燃烧装置15的操作点的技术中，通常没有供应空气作为引燃空气，因此不用引燃空气。

本公开中使用的术语“引燃空气”意指与引燃燃料一起被引入的空气，并且可能不包含通过旋流器29(如图2所示)而被引入的空气或通过与主燃烧器或燃烧室相关联的其他空气入口而被引入的空气。此外，术语“引燃空气”包括但不限于通过与本技术的实现相关联的燃烧系统或燃烧器组件的燃烧器面而被引入的空气，例如，“引燃空气”是通过燃烧器面而被引入的空气，该燃烧器面具有一个或多个引燃燃料注入孔。

例如，“引燃空气”是通过燃烧器面而被引入的空气，该燃烧器面具有一个或多个引燃燃料注入孔(通过该孔引入引燃燃料)和一个或多个其他新孔(被称为引燃空气注入孔)，通过这些孔引入空气(即，引燃空气)，并且其中引燃燃料注入孔和引燃空气注入孔存在于燃烧器面的同一表面上。“引燃空气”的又一示例是与引燃燃料预混合的空气，然后引燃燃料和引燃空气的混合物(即，预混合的引燃燃料和引燃空气)通过一个或多个开口而被引入燃烧腔。

本技术使用至少两个参数，即，第一参数和第二参数。通常，这些参数是定义或设定燃烧系统的操作条件的因素。这两个参数是这样一些因素(例如，燃烧系统的燃烧室内部的温度或燃烧腔中的压力的幅度)，这些因素独立地或结合起来，总体上倾向于将燃烧系统的操作点朝向具有该燃烧系统的燃气涡轮发动机的不期望的操作区域移动，特别是将燃烧系统的操作点朝向燃气涡轮发动机的燃烧系统的不期望的操作区域移动。操作点是燃烧系统和燃烧系统中的燃烧的操作特点或操作内的特定点。该点与由于燃气涡轮发动机的燃烧系统和其他部件的特性(诸如质量流量、点火温度)相关，还与源自燃气涡轮发动机外部的影响(例如，所使用的燃料质量、环境温度等)相关。一个或多个不期望的操作区域是这样的条件，不期望在这些条件下操作(即，燃烧燃料或操作燃烧系统)。两个不期望区域可以是但不限于具有推拉效应的不期望区域，即，操作点在远离不期望区域中的一个不期望区域移动的同时，会朝向另一不期望区域移动，反之亦然。

此外，多个不期望区域至少部分地非重叠，因此，当移出一个不期望区域并且朝向另一不期望区域移动时，允许操作点移动到一个或多个期望的操作区域中。

由于燃料在喷尖的高温下的燃烧使得操作不合期望，不期望区域的第一示例可以是但不限于燃烧器喷尖的高温，这是因为这使得从燃烧腔中排出的废气的排放物(诸如NOx，CO等)的水平更高，并且这是不期望的。此外，燃烧系统的一个或多个部分(对于本示例，燃烧器喷尖或燃烧器表面)的高温或过热缩短了部件的寿命并且对这些部分的结构完整性造成不利影响。由于在高动态条件下使燃烧系统工作也使得操作不合期望，不期望区域的另一示例可以是但不限于燃烧系统的燃烧腔或燃烧室中的高动态，这是因为这也缩短了寿命并且对与燃烧腔相关联的不同部分的结构完整性造成不利影响。此外，高动态增加了熄火的机会。

第一参数例如可以是燃烧系统的一部分的温度和燃烧系统的燃烧腔的位置处的压力中的一个，而第二参数可以是燃烧系统的一部分的温度和燃烧系统的燃烧腔的位置处的压力中的另一个。

当第一参数是燃烧系统的一部分(在下文中也被称为“部分”)的温度时，那么“第一参数的预先确定的最大极限”可能意指部分的“温度的预先确定的最大极限”，即，表示燃烧系统的部分的最高温度的值，该值对于燃烧系统在燃烧系统的给定负载水平和/或操作条件下的操作是可接受的。针对该部分的或该部分的高于或大于“第一参数的预先确定的最大极限”(即，“温度的预先确定的最大极限”)的任何温度值可能是不合期望的(由于会对部分造成热损坏和/或导致来自燃烧腔的废气中的高排放物)，因此这样的温度对于燃烧系统的操作是不可接受的。此外，当第二参数是燃烧系统的燃烧腔的位置(在下文中也被称为“位置”)处的压力时，那么“第二参数的预先确定的最大极限”意指该位置处的“压力的预先确定的最大极限”，即，表示该位置处的最大压力的值，该值对于燃烧系统在燃烧系统的给定负载水平和/或操作条件下的操作是可接受的。针对该位置的或该位置处的高于或大于“第二参数的预先确定的最大极限”(即，“压力的预先确定的最大极限”)的任何压力值可能是不合期望的(由于会引起高动态或熄火)，因此这样的压力对于燃烧器的操作是不可接受的。

备选地，当第二参数是部分的温度时，那么“第二参数的预先确定的最大极限”意指部分的“温度的预先确定的最大极限”，即，燃烧系统的部分的最大温度，该温度对于燃烧系统在燃烧系统的给定负载水平和/或操作条件下的操作是可接受的。针对该部分的或该部分的高于或大于“第二参数的预先确定的最大极限”(即，“温度的预先确定的最大极限”)的任何温度值可能是不合期望的(由于会对部件造成热损坏和/或导致来自燃烧腔的废气中的高排放物)，因此这样的温度对于燃烧系统的操作是不可接受的。此外，当第一参数是位置处的压力时，那么“第一参数的预先确定的最大极限”意指该位置处的“压力的预先确定的最大极限”，即，该位置处的最大压力，该压力对于燃烧系统在燃烧系统的给定负载水平和/或操作条件下的操作是可接受的。针对该位置的或该位置处的高于或大于“第一参数的预先确定最大极限”(即，“压力的预先确定的最大极限”)的任何压力值可能是不合期望的(由于会引起高动态或熄火)，因此这样的压力对燃烧系统的操作是不可接受的。

“温度的预先确定的最大极限”是预先确定的或预先知道的，即，在实施本技术之前(例如，在执行本技术的方法之前或在操作本技术的燃烧系统之前)得以确定或计算或知道，并且取决于多种因素，诸如部分的类型、部分的材料组成、部分的功能、部分相对于燃烧系统的其他部件的位置、燃烧系统的制造或设计、燃烧系统的操作阶段、类似或不同燃烧装置组件中类似部件已知的温度的最大极限、前述因素中的一个或多个因素的组合等等。

“压力的预先确定的最大极限”是预先确定的或预先知道的，即，在实现本技术之前(例如，在执行本技术的方法之前或在操作本技术的燃烧系统之前)得以确定或计算或知道，并且取决于多种因素，诸如相对于燃烧腔的位置的位置、容纳燃烧腔的燃烧室的制造或设计、燃烧系统的操作阶段、类似或不同燃烧装置组件中类似位置已知的压力的最大极限、前述因素中的一个或多个因素的组合等等。

“温度的预先确定的最大极限”从部分(具体而言)和燃烧系统(总体而言)的设计而被预先确定或预先知道，并且可以通过部分(具体而言)和燃烧系统(总体而言)的测试而被预先确定，该测试可以物理地或以模拟方式来执行。类似地，“压力的预先确定的最大极限”从燃烧室(具体而言)和燃烧系统(总体而言)的设计而被预先确定或者预先知道，并且可以通过燃烧室(具体而言)和燃烧系统(总体而言)的测试而被预先确定，该测试可以物理地或以模拟方式执行。“温度的预先确定的最大极限”和“压力的预先确定的最大极限”可以从与燃烧系统相关联或与燃烧系统一起供应的说明书、文档或数据库中提供，或者可以从这些材料来确定，例如，“温度的预先确定的最大极限”和“压力的预先确定的最大极限”可以从燃烧系统的分流图(与不同燃烧温度相对应的引燃燃料与总燃料的比例)来确定。

此外，在本技术中，第一参数或第二参数的术语“值”意指表明或表示诸如参数的幅度、数量或数目之类的代数项的指示或信号，例如，表示参数的幅度的数值量。当该值在幅度上与预先确定的最大极限相比相同时，则称为该参数的值“等于”所述参数的“预先确定的最大极限”，例如，如果温度的预先确定的最大极限是1500K，则与1500K相同的温度值被称为等于温度的预先确定的最大极限。类似地，当该值在幅度上与预先确定的最大极限相比更高或更大时，则称为该参数的值“超过”所述参数的“预先确定的最大极限”，例如，如果温度的预先确定的最大极限是1500K，则1600K(即，温度值)被称为超过温度的预先确定的最大极限。

可以使用用于感测第一参数的合适传感器来感测第一参数及其在给定条件下的值，例如，当第一参数或第二参数是部分的温度时，参数的值将是由温度传感器(例如，当燃烧器头部或燃烧器表面是该部分时，提供燃烧器头部或燃烧器表面的温度读数的热电偶)提供的温度读数。

可以使用用于感测第一参数的合适传感器来感测第二参数及其在给定条件下的值，例如，当第一参数或第二参数是位置处的压力时，参数的值将是由检测或确定或读取表示该位置处的压力的信息的合适的传感器(例如，当幅度读数表示或指示该位置处的压力时，提供该位置处的幅度读数的振动传感器)提供的读数。

在本技术的第一方面中，提出了一种用于控制向燃烧系统的燃烧器提供的引燃燃料/引燃空气的比例的方法。引燃燃料和引燃空气分别经由引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线以引燃燃料/引燃空气的比例而被提供给燃烧器。在该方法中，在步骤(a)中，确定第一参数的值是否等于或超过第一参数的预先确定的最大极限。第一参数是倾向于将燃烧系统的操作点朝向第一不期望的操作区域移动的因素或质量。在向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气呈所述比例时，确定第一参数的值。此后，在步骤(b)中，仅当如此确定的第一参数的值等于或超过第一参数的预先确定的最大极限时，才将所述比例改变为向燃烧器提供的引燃燃料/引燃空气的第一比例，以便将第一参数的值降低到低于第一参数的预先确定的最大极限。因此，作为步骤(b)的结果，可能是第一比例，也可能仍然继续是所述比例。应当注意的是，无论是在步骤(b)之后维持所述比例，还是在步骤(b)之后为第一比例，在任一情况下，引燃燃料和引燃空气的比例都可以被理解为第一比例。

在步骤(b)之后，执行步骤(c)，其中确定第二参数的值是否等于或超过第二参数的预先确定的最大极限。第二参数是倾向于将燃烧系统的操作点朝向第二不期望的操作区域移动的因素或质量。在向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气呈第一比例时，确定第二参数的值。最后，在步骤(d)中，第一比例被改变为引燃燃料/引燃空气的第二比例，以便将第二参数的值降低到低于第二参数的预先确定的最大极限。仅当如此确定的第二参数的值等于或超过第二参数的预先确定的最大极限时，才将第一比例改变为第二比例。因此，通过更改向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气的比例(特别是通过停止、启动、增加和/或减小引燃空气到燃烧器的流动)，来操纵操作点使得操作点避开不期望的操作区域。比如，当引燃燃料和引燃空气的比例增加时(例如，与引燃燃料相比，停止或减小引燃空气)，引燃燃料要么完全没有预混合要么更浓，因此使得燃烧的动态降低，并且因此操作点远离不期望的高燃烧动态区域行进。另一方面，当引燃燃料和引燃空气的比例减小时(例如，与引燃燃料相比，启动或增加引燃空气)，引燃燃料要么完全预混合要么更贫，因此使得燃烧在较低温度下发生，并且因此操作点远离不期望的高喷尖温度区域行进，由此带来较低的排放物。因此，通过使用本技术的方法，实现了燃烧系统在期望的操作区域内的操作。

用于控制向燃烧系统的燃烧器提供的引燃燃料/引燃空气的比例的方法可以包括以引燃燃料和引燃空气的期望比例预混合引燃燃料和引燃空气的步骤。该预混合步骤可以在预混合室中进行，预混合室形成在引燃器中。在将混合物注入到燃烧系统的预腔室中之前，执行以引燃燃料和引燃空气的期望比例预混合引燃燃料和引燃空气的步骤。然后，将以引燃燃料/引燃空气的期望比例预混合的混合物注入到燃烧系统的预腔室中。

在该方法的实施例中，第一参数是燃烧系统的一个部分的温度，而第二参数是燃烧系统的燃烧腔的一个位置处的压力。在该方法的相关实施例中，步骤(a)包括感测燃烧系统的该部分的温度的步骤，而步骤(c)是感测指示燃烧腔的一个位置处的压力的压力信息的步骤。

在该方法的另一实施例中，第一参数是燃烧腔的一个位置处的压力，而第二参数是燃烧系统的一个部分的温度。在该方法的相关实施例中，步骤(a)包括感测指示燃烧腔的一个位置处的压力的压力信息的步骤，而步骤(c)包括感测燃烧系统的该部分的温度的步骤。

在另一实施例中，在步骤(a)之前，该方法还包括在燃烧系统操作以向燃气涡轮供应负载期间确定负载水平的步骤。在该实施例中，如果如此确定的负载水平等于或超过期望的执行步骤(a)至步骤(d)的预先确定的负载水平，则执行步骤(a)至步骤(d)。因此，在燃烧系统达到预先确定的负载水平之后，实施本方法。因此，该方法准许在燃烧系统启动的非常早期阶段建立稳定的引燃火焰。

在另一实施例中，燃烧系统供应负载，该方法包括执行步骤(a)至步骤(d)的一个或多个迭代的步骤(e)。当第一次执行步骤(a)至步骤(d)时，这是一个实例，并且被称为步骤(a)至步骤(d)的第一集合。当对步骤(a)至步骤(d)进行一个迭代时，除了第一集合之外，还存在步骤(a)至步骤(d)的第二集合。在燃烧系统的操作期间，在不同的负载水平下执行第一集合和第二集合。因此，该方法可以在各种负载下被执行，并且可以是连续的，其中迭代在连续负载范围内逐步执行；或者可以是间歇的，其中在与执行第一集合时的负载水平不同的负载水平下执行至少一个迭代，但是不在执行第一集合以及该迭代的两个负载水平之间的负载水平下执行迭代。

在替代前述实施例的实施例中，该方法包括执行步骤(a)至步骤(d)的一个或多个迭代的步骤(e)。在该实施例中，一个或多个迭代至少包括步骤(a)至步骤(d)的第三集合和在第四集合之后接续执行的步骤(a)至步骤(d)的第四集合(即，在相同的负载水平下)。对于该实施例，在第四集合的步骤(a)中，所述比例被定义为第三集合的步骤(d)的第二比例。这提供了在相同的负载水平下一次或多次重复步骤(a)至步骤(d)的可能性。

在另一实施例中，燃烧系统供应负载，并且该方法包括执行步骤(a)至步骤(e)的一个或多个迭代的步骤(f)。当对步骤(a)至步骤(e)进行一个迭代时，除了步骤(a)至步骤(e)的第一集合之外，还存在步骤(a)至步骤(e)的第二集合。在燃烧系统的操作期间，在不同的负载水平下执行步骤(a)至步骤(e)的第一集合和步骤(a)至步骤(e)的第二集合。因此，该方法可以在各种负载下被执行，并且可以是连续的，其中迭代在连续负载范围内逐步执行；或者可以是间歇的，其中在与执行第一集合时的负载水平不同的负载水平下执行至少一个迭代，但是不在执行第一集合以及该迭代的两个负载水平之间的负载水平下执行迭代。

在该方法的另一实施例中，在步骤(b)中将所述比例改变为第一比例和/或在步骤(d)中将第一比例改变为第二比例，该改变是通过更改向燃烧器提供的引燃空气的速率并且通过维持向燃烧器提供的引燃燃料的速率而被执行的。因此，引燃燃料的流动保持恒定。除了通过更改引燃燃料和主燃料的分流来控制操作点的任何目前已知的方法之外，这还提供了使用本技术的方法的优点。

在本技术的第二方面中，提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有可由计算机系统的一个或多个处理器执行的指令，其中指令的执行使计算机系统执行根据本技术的第一方面的方法。在本技术的第三方面中，提出了一种计算机程序，该计算机程序由计算机系统的一个或多个处理器执行并执行根据本技术的第一方面的方法。计算机程序可以通过使用任何合适的编程语言(诸如例如，JAVA、C++)实现为计算机可读指令代码，并且可以存储在计算机可读存储介质(可移动磁盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等)上。指令代码可操作以对计算机或任何其他可编程设备进行编程以执行预期功能。计算机程序可以从诸如万维网之类的网络获得，计算机程序可以从该网络下载。

在本技术的第四方面中，提出了一种燃烧系统。该燃烧系统包括燃烧器、与燃烧器相关联的燃烧腔、引燃燃料供应管线、引燃空气供应管线、阀单元、温度传感器、压力传感器和控制单元。引燃燃料供应管线向燃烧器供应引燃燃料，而引燃空气供应管线向燃烧器供应引燃空气。当由控制单元指示以这样做时，阀单元变化或改变分别经由引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气的比例。温度传感器感测燃烧系统的一个部分的温度，并且向控制单元传送指示温度的温度信号，或者换句话说，如此感测到的温度值。压力传感器感测表示燃烧腔的一个位置处的压力的压力信息，并且向控制单元传送指示燃烧腔的该位置处的压力的压力信号，或者换句话说，该位置处的压力的值。

控制单元从温度传感器接收温度信号并且从压力传感器接收压力信号。然后，控制单元基于温度信号来控制阀单元，以改变向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气的比例，以用于将燃烧系统的一个部分的温度降低到低于预先确定的温度极限。通过从控制单元向阀单元发出指令或命令来执行控制单元对阀单元的控制。当温度等于或超过预先确定的温度极限时，执行控制。附加地或备选地，控制单元基于压力信号来控制阀单元，以改变向燃烧器提供的引燃燃料和引燃空气的比例，以用于将燃烧腔一个位置处的压力降低到低于预先确定的压力极限。通过从控制单元向阀单元发出指令或命令来执行控制单元对阀单元的控制。当压力等于或超过预先确定的压力极限时，执行控制。优点源于引入引燃空气以及引燃燃料，并且与根据本技术的第一方面所述的前述优点相同。

在燃烧系统的实施例中，燃烧器包括燃烧器面。燃烧器面具有多个引燃燃料注入孔和多个引燃空气注入孔。每个引燃燃料注入孔流体连接到引燃燃料供应管线，而每个引燃空气注入孔流体连接到引燃空气供应管线。这提供了能够向燃烧器输送或提供引燃空气以及引燃燃料的燃烧器的实施例。

在燃烧系统的另一实施例中，燃烧系统包括预混合室。在预混合室中，引燃燃料和引燃空气以引燃燃料和引燃空气的期望比例混合。预混合室流体连接到引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线，并且包括出口，该出口提供以期望比例预混合的引燃燃料和引燃空气的混合物。这提供了能够向燃烧器输送或提供引燃空气的燃烧器的实施例，该引燃空气与引燃燃料预混合，即，引燃空气和引燃燃料在注入到燃烧室之前被混合。

在本技术的第五方面中，提出了一种燃气涡轮发动机，包括至少一个燃烧系统。该燃烧系统根据本技术的前述第四方面。

附图说明

通过参考以下结合附图对本技术的实施例所进行的描述，本技术的上述属性和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且会更好地理解本技术本身，其中：

图1以剖面图示出了燃气涡轮发动机的一部分，其中结合有本技术的燃烧系统；

图2示意性地图示了与本技术的燃烧系统不同的传统的已知燃烧装置的剖面图；

图3示意性地图示了本技术的燃烧系统的示例性实施例；

图4示意性地图示了本技术的燃烧系统的另一示例性实施例；

图5示意性地图示了本技术的燃烧系统的又一示例性实施例；

图6示意性地图示了图3中所示的燃烧系统的实施例的燃烧器面/表面的示例性实施例；

图7示意性地图示了默认分流曲线；

图8描绘了表示本技术的方法的示例性实施例的流程图；以及

图9示意性地图示了根据本技术的各方面，图8的方法对操作点的影响。

具体实施方式

在下文中，本技术的上述特征以及其他特征将被详细描述。各种实施例参照附图而被描述，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。在以下描述中，为了说明的目的，给出了大量具体细节以便提供对一个或多个实施例的全面理解。应当注意的是，示出的实施例旨在说明而非限定本发明。显而易见的是，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。

图1以截面图示出燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压气机或压气机部14、燃烧装置部16及涡轮部18，这些构件总体上按流动顺序并且总体上围绕旋转轴线20并沿旋转轴线20的方向而被布置。燃气涡轮发动机10进一步包括轴22，轴22可以围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22驱动地将涡轮部18连接至压气机部14。

在燃气涡轮发动机10的操作中，通过进气口12吸入的空气24由压气机部14压缩并且被输送至燃烧部或燃烧器部16。燃烧器部16包括：燃烧器增压室26，沿纵向轴线35延伸的燃烧腔28，以及被固定至燃烧腔28的至少一个燃烧器30。燃烧腔28和燃烧器30位于燃烧器增压部26内部。穿过压气机14的压缩空气进入散流器32并从散流器32排出到燃烧器增压部26中，部分空气从燃烧器增压部26进入燃烧器30并与气态燃料或液体燃料混合。之后，空气/燃料混合物燃烧，并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管17穿过燃烧腔28而被引导至涡轮部18。

该示例性燃气涡轮发动机10具有管状燃烧装置部装置16，其由燃烧装置罐19的环状阵列构成，每个燃烧装置罐19具有燃烧器30和燃烧腔28，过渡管17具有与燃烧室28交界的大体圆形入口以及环形段形式的出口。过渡管出口的环形阵列形成用于将燃烧气体引导至涡轮18的环。

涡轮部18包括被附接至轴22的多个动叶承载盘36。在该示例中，两个盘36分别承载涡轮动叶38的环形阵列。然而，动叶承载盘的数目可以不同，即，仅有一个盘或多于两个盘。此外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导流静叶40被设置在涡轮动叶38的环形阵列的级之间。导流静叶44被设置在燃烧室28的出口与前涡轮动叶38的入口之间，并且导流静叶44将工作气体流转向至涡轮动叶38上。

来自燃烧腔28的燃烧气体34进入涡轮部18并驱动涡轮动叶38，涡轮动叶38转而使转子旋转。导流静叶40、44用于优化燃烧或工作气体34在涡轮动叶38上的角度。

涡轮部18驱动压气机部14。压气机部14包括轴向串联的静叶级46和转子动叶级48。压气机部14还包括壳体50，壳体50包围转子级并支撑静叶级46。导流静叶级包括径向延伸静叶的环形阵列，径向延伸静叶被安装至壳体50。壳体50限定压气机14的通路56的径向外表面52。通路56的径向内表面54至少部分由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分由转子动叶级48的环形阵列限定。

本技术结合上述具有单个轴或线轴的示例性涡轮发动机而被描述，该轴或线轴连接单个多级压气机及单个一级或多级涡轮。然而，应当理解的是，本技术同样适用于两轴发动机或三轴发动机，并且可以被用于工业、航空或海洋应用。此外，管状燃烧装置部装置16也被用于示例性目的，并且应当理解的是，本技术同样适用于环式燃烧室和罐式燃烧装置。

除非另有说明，术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于发动机的旋转轴线20而言。本技术提出了一种燃烧系统1(如图3至图5所示)，该燃烧系统1被结合在诸如图1的燃气涡轮发动机10之类的燃气涡轮发动机中。在解释本技术的燃烧系统1的细节之前，如果我们简要地看一下如图2中示意性地示出的传统的已知燃烧装置15，将会有助于理解本技术。

图2中示意性地示出的典型的传统燃烧装置15的一部分具有传统燃烧器27，该燃烧器27具有燃烧器表面33、旋流器29和通常由燃烧器预腔室8和燃烧室9形成的燃烧腔28。主燃料通过主燃料供应管线58而被引入旋流器29中，而引燃燃料通过燃烧器27(特别地，通过位于燃烧器表面33(也被称为燃烧器面33)上的引燃燃料注入孔3，通过被称为引燃燃料供应管线2的管道2)进入燃烧腔28。主燃料供应管线58和引燃燃料供应管线2来源于燃料分流阀57，表示到燃烧装置15的总燃料供应的燃料供应55供给到该燃料分流阀57。

主燃料经由主燃料供应管线58进入旋流器29并且从一组主燃料喷嘴(或注入器)59被喷射出，主燃料从这些主燃料喷嘴被沿着旋流器叶片(未示出)导向，在该过程中与进入的压缩空气混合。得到的旋流器空气/主燃料混合物维持燃烧器火焰31。来自该火焰31的热空气进入燃烧腔28。如图2所示，空气经由旋流器29供给传统的已知燃烧装置15，并且与经由主燃料喷嘴59供应的主燃料混合。在传统的已知燃烧器27或燃烧装置15中，并没有提供或作用有通过燃烧器表面33供应的、要么与引燃燃料预混合要么与引燃燃料同时并且相邻地被注入到燃烧腔28中的任何空气。相比之下，如图3和图4的示例性实施例中所示，本技术引入了引燃空气。

图3和图4示意性地表示根据本技术的各方面的燃烧系统1的两个示例性实施例。具有燃烧腔28(即，燃烧座)的燃烧系统1包括：旋流器29，例如，径向旋流器；以及具有燃烧器表面33的燃烧器30，该燃烧器表面33是燃烧器30的、邻接并且面向燃烧腔28的面或表面。燃烧腔28由燃烧器预腔室8和燃烧室9相对于图1所示的轴线28沿周向围合的空间而形成。类似于图2，燃烧器30包括主燃料供应管线58，用于通过主燃料喷嘴59将主燃料引入旋流器29中。主燃料供应管线58和引燃燃料供应管线2由燃料供应55供给，燃料供应55表示到燃烧系统1的总燃料供应，并且在燃烧系统1的不同操作负载水平下两种燃料各自的比例(引燃燃料与主燃料)由燃料分流阀57来控制。燃料分流阀57是众所周知的，因此为了简洁起见，未在本文中进一步详细地描述。燃料分流阀57通常由发动机控制单元(图3和图4中未示出)控制，该发动机控制单元指示燃料分流阀57在给定负载水平下将总燃料分流为被供应给燃烧器30的引燃燃料以及经由主燃料喷嘴59被注入到燃烧腔28中的主燃料。在发动机控制单元的指令下，按照默认分流图或者通过如根据监视和控制技术(例如，如WO 2007/082608、EP 2442031 A1、WO 2011/042037 A1或WO 2015/071079 A1中所提及的技术，所有这些文献均通过引用并入本文)实现的计算/调整的分流来执行分流。

如图3所示，引燃燃料经由引燃燃料注入管线2、通过燃烧器30、并且通过引燃燃料注入孔3而被注入到燃烧腔28中，这些引燃燃料注入孔在下文中也被称为位于燃烧器表面33(也被称为燃烧器面33)的引燃孔。如图3所描绘的，除了具有引燃孔3之外，燃烧器面33还具有多个引燃空气注入孔5，如图6所示意性地示出的，图6表示燃烧器面33，并且示出了多个交替布置的引燃孔3和引燃空气注入孔5。尽管图3中仅显示了通常位于燃烧器面33或燃烧器表面33上的一个引燃空气注入孔5(在下文中也被称为引燃空气孔5)，但是如图6所示，存在多个引燃燃料孔3和多个引燃空气孔5。在燃烧系统1(在下文中也被称为系统1)的该实施例中，每个引燃燃料孔流体连接到引燃燃料供应管线2，并且每个引燃空气孔5流体连接到引燃空气供应管线4。引燃空气和引燃燃料均能够彼此独立地(依次地或同时地)被注入到燃烧腔28中，特别是通过燃烧器表面33而被注入到燃烧腔28中。

在系统1的该实施例中，引燃燃料和引燃空气可以以任何期望的比例依次地或同时地被提供给燃烧腔28，例如，如果通过引燃孔5没有提供引燃空气但是仅通过引燃孔3供应引燃燃料，那么燃烧腔28仅接收引燃燃料，即，引燃燃料富集。另一方面，当以相等速率同时从引燃孔3和空气孔5提供引燃燃料和引燃空气时，那么在燃烧腔28中实现期望的比例1：1。类似地，当从引燃孔3提供的引燃燃料的速率是同时从空气孔5提供的引燃空气的速率的三倍时，那么在燃烧腔28中实现期望的比例3：1。

如图4所示，在系统1的另一实施例中，引燃燃料经由引燃燃料注入管线2通过燃烧器30而被供应到形成在燃烧器30中的预混合室7中。供应管线4也连接到预混合室7并且因此向预混合室7供应引燃空气。备选地，在另一实施例(未示出)中，预混合室7可以形成在燃烧器30外部，或者在又一实施例(未示出)中，当引燃空气经由引燃空气供应管线4而被直接引入引燃燃料供应管线2中时，引燃燃料供应管线2可以用作预混合室7。如果引燃空气被供应到预混合室7或者当引燃空气被供应到预混合室7时，引燃空气与引燃燃料混合以形成引燃燃料和引燃空气的混合物，该混合物在通过出口6(在下文中也被称为孔6)注入而被供应到燃烧腔28中之前被预混合，该出口6位于燃烧器表面33上。尽管图4仅示出了一个出口6，但是应当注意的是，通常有多个出口6存在于燃烧器面33上，并且通过设想如图6所示的表面33上的孔3就可以理解多个出口6的布置。在系统1的该实施例中，引燃燃料和引燃空气可以在任何预混合室7中以任何期望的比例混合，例如，如果没有向预混合室7提供引燃空气而是仅供应引燃燃料，则出口6仅能够向燃烧腔28提供引燃燃料，即，非预混合的引燃燃料。另一方面，引燃燃料和引燃空气可以在预混合室7中以相等的量混合，然后实现期望的比例1：1，然后，出口6能够向燃烧腔28提供预混合的引燃燃料，该引燃燃料与引燃空气的量相等。类似地，引燃燃料和引燃空气可以在预混合室7中以3：1的比例混合，然后，出口6能够向燃烧腔28提供混合了75％的引燃燃料与25％的引燃空气的预混合的引燃燃料。

图5示意性地示出了燃烧系统1的进一步细节。除了具有燃烧器表面33的燃烧器30、燃烧腔28、用于向燃烧器30提供引燃燃料的引燃燃料供应管线2、和用于向燃烧器30提供引燃空气的引燃空气供应管线4之外，系统1还包括阀单元80、温度传感器75、压力传感器85和控制单元90。应当注意的是，虽然图5被示出为与图4的实施例相对应的示例，然而，在下文中提供的图5的进一步描述同样适用于图3的实施例。

阀单元80用于通过启动、改变或停止供应经由引燃燃料供应管线2和引燃空气供应管线4向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气中的一种或两种来改变分别经由引燃燃料供应管线2和引燃空气供应管线4向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气的比例。阀单元80可以包括引燃燃料阀82，控制引燃燃料到预混合室7的流动，并且因此控制引燃燃料到燃烧腔28的流动(或者控制引燃燃料直接到图3的实施例中的燃烧腔28的流动)。阀单元80还可以包括引燃空气阀84，控制引燃空气到预混合室7的流动，并且因此控制引燃空气到燃烧腔28的流动(或者控制引燃空气直接到图3的实施例中的燃烧腔28的流动)。通过从控制单元90接收的指令来控制阀单元80，即，指示阀单元80关于引燃燃料和引燃空气的比例。阀单元80还向控制单元90报告现有比例。

温度传感器75感测燃烧系统1的一部分(例如但不限于燃烧器表面33)的温度。温度传感器75可以是热电偶，嵌入燃烧器30中，并且向控制单元90传送温度信号。因此，控制单元90接收的温度信号指示如此感测的部分33或燃烧器表面33的温度。压力传感器85感测压力信息，例如但不限于压力振动的幅度或频率，该压力信息表示燃烧腔28的位置处的压力。出于示例性目的，燃烧腔28的位置被描绘为预腔室8的本体。然后，压力传感器85向控制单元90传送压力信号，该压力信号指示燃烧腔28(即，图5的示例中的预腔室8的腔体)的位置处的压力。在图5中所描绘的温度传感器75和压力传感器85的位置仅出于示例性目的，并且监视燃烧装置的操作特点的本领域技术人员应当理解，温度传感器75和压力传感器85可以位于燃烧系统1中的其他各种位置，其中一些位置在WO 2007/082608中指示，并且通过引用并入本文。

控制单元90从温度传感器75接收温度信号并且从压力传感器85接收压力信号。控制单元90可以是但不限于数据处理器、微处理器、可编程逻辑控制器，可以是独立的单元或监视或调节燃气涡轮发动机10的一个或多个操作参数的发动机控制单元(未示出)的一部分。控制单元90基于温度信号，通过发送到阀单元82的一个或多个输出信号来指示或指导阀单元80，用于改变向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气的比例。如控制单元90所指示的这种改变使得当温度等于或超过预先确定的温度极限时，燃烧系统1的部分33的温度被降低到低于预先确定的温度极限。这方面结合图8和图9进行进一步的解释。此外，控制单元90基于压力信号，通过发送到阀单元82的一个或多个输出信号来指示或指导阀单元80，用于改变向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气的比例。控制单元90所指示的这种改变使得当压力等于或超过预先确定的压力极限时，燃烧系统1的位置处(即，预腔室8处)的压力被降低到低于预先确定的压力极限。这方面也结合图8和图9进行进一步的解释。

在下文中，参考图8和图9对本技术的方法100的示例性实施例以及本技术的方法100的效果进行解释。之前所解释的图5的系统1可以用于实施图8的方法100的示例性实施例。为了更好地理解方法100的效果，提供了图7，图7示意性地图示了根据本文中所公开的主题的实施例的、与预先定义的操作阶段相对应的各组操作参数。

在图7中，呈现了根据燃气涡轮的负载，引燃燃料与总燃料的分流曲线图。水平轴线99的左手侧表示燃气涡轮的低负载，并且右手侧表示燃气涡轮的高负载。竖直轴线97表示燃料分流，在竖直轴线97的上部范围内引燃燃料流的量较高，并且在竖直轴线97的下部范围内引燃燃料流的量较少。竖直轴线97没有示出引燃燃料供应的绝对值，而是示出了引燃燃料供应(即，由图3和图4的引燃燃料供应管线2供应的燃料)与总燃料供应(即，由燃料供应管线55供应的燃料)相比较的相对值。

根据一个实施例，在图2中标记为A的阴影区域表示一组操作条件，其中燃烧系统1的组成部分或者简单地诸如图3和图4的燃烧器表面33之类的部分面临由于过热而遭受损坏的危险。例如，可能存在这样的条件，其中特定的引燃燃料分流对于给定的负载会造成燃烧器表面33过热。根据本文中所公开的主题的实施例，图5的控制单元90被配置为用于向图5的阀单元80提供指令或输出信号，以便对于给定的负载，实现引燃燃料和引燃空气之间的划分(分流)，使得避开区域A。

根据其他实施例，控制单元90被配置为用于向阀单元80提供指令或输出信号，以便实现引燃燃料和引燃空气之间的比例，从而避开区域B。根据一个实施例，区域B表示一组操作条件，其中燃烧腔28中(特别是由预腔室8周向围合的、燃烧腔28的一个区域中)的动态压力振荡的幅度不期望地高。当这种动态压力振荡等于或超过可接受的水平时，燃气涡轮的操作和/或燃烧系统1的机械寿命会受到严重影响。

因此，期望保持操作点远离不期望的区域B(即，B区)，以及远离不期望的区域A(即，A区)。这是根据本文中所公开的主题的方法100和系统1的实施例而实现的。

图9示出了曲线60，曲线60是根据燃烧系统1(即，燃气涡轮发动机10)的渐进负载，引燃燃料与总燃料的示例性默认分流或者计算的分流，或者换句话说，曲线60表示通过实施默认分流或通过使用任何传统的已知用于引燃燃料和主燃料分流的监视和控制技术实施计算的分流来实现的操作点的轨迹。由不同点之间(例如，点62和点63之间，点64和点65之间，点66和点67之间，点67和点68之间，以及点69和点70之间等)的线段表示的、与曲线60的偏差是通过更改引燃燃料与引燃空气的比例，优选地，对于给定的负载水平，保持引燃燃料与总燃料的比例恒定，并且仅更改引燃空气的量以改变或变化引燃燃料和引燃空气的比例而实现的操作点的导航。

水平轴线99的左手侧表示燃气涡轮的低负载，并且右手侧表示燃气涡轮高负载。竖直轴线98表示引燃燃料和引燃空气分流，即，引燃燃料/引燃空气比例，其中在竖直轴线98的上部范围内引燃燃料流的量较高，即，引燃空气流的量较低以保持引燃燃料流恒定，并且在竖直轴线98的下部范围内引燃燃料流的量较少，即，引燃空气流的量较高以保持引燃燃料流恒定。竖直轴线98没有示出引燃燃料和引燃空气的绝对值，而是示出了到燃烧腔28的引燃燃料和引燃空气供应的相对值，该供应可以以适用于在图4和图5中描绘的系统1的实施例的、预混合的引燃燃料和引燃空气的形式实现，或者可以以适用于在图3中描绘的系统1的实施例的、同时但独立地注入引燃燃料和引燃空气的形式实现。

在方法100中，首先在步骤(a)中确定110第一参数(例如，部分33的温度或预腔室8的压力之一)的值是否等于或超过第一参数的预先确定的最大极限。在向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气呈给定比例时，确定第一参数的值。第一参数涉及这样的操作特点，该操作特点倾向于将操作点朝向第一不期望的操作区域A移动。此后，在方法100中，在步骤(b)中，如果如此确定110的第一参数的值等于或超过第一参数的预先确定的最大极限，则所述比例被改变120为引燃燃料/引燃空气的第一比例。现在，以第一比例向燃烧器30提供引燃燃料和引燃空气。如果在步骤(b)中没有进行改变，则继续以给定比例(即，初始比例)提供引燃燃料和引燃空气。改变后的比例(即，第一比例)使得以该比例操作燃烧系统1将第一参数的值降低到低于第一参数的预先确定的最大极限。

参考图9对步骤(a)和步骤(b)进行进一步解释。出于解释图9的目的，假设第一参数是部分33的温度。现在，当系统1在由轴线99上的负载水平61的范围表示的负载水平内的任何点处被操作时，并且当第一参数(即，来自热电偶75的温度)的值与针对该负载水平的、预先确定的最大温度极限进行比较时，发现由热电偶75感测的温度的值并未等于或超过预先确定的最大温度极限。因此，在方法100的步骤(a)中，所感测的温度的值并未超过或等于预先确定的最大温度极限，因此在该步骤(b)中没有执行引燃燃料和引燃空气的比例的改变。因此，在负载范围61内，无需与默认分流的偏差，因此引燃燃料与引燃空气比例可以保持恒定，例如，无需向燃烧腔28供应引燃空气，因此可以说以非预混模式来供应引燃燃料。

然后，操作点由引燃燃料与总燃料分流控制而继续在负载中行进。最后，在点62处，引燃燃料与总燃料分流使得操作点与不期望区域A接触，即，换句话说，由轴线99所描绘的对应负载水平的、由热电偶75感测的部分33的温度已经变为等于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限，因此作为步骤(a)的结果，确定第一参数的值等于(或者可以类似地理解为超过)预先确定的最大温度极限。此后，在步骤(b)中，引燃燃料和引燃空气的比例被改变为第一比例，即，在图9的示例中，引燃空气的量增加，这可以通过打开阀单元80的引燃空气阀84来实现。由于引燃燃料和引燃空气的新比例(即，第一比例)，操作点远离不期望区域A移动，即，部分33的温度下降到低于或者变为低于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限。由于通过预混合或同时注入引燃空气而实现的引燃燃料的更贫的化学计量法(leaner stoichiometry)，引燃空气使引燃燃料在较低温度下燃烧。

如图8所示，在方法100中，此后，在步骤(c)中确定130第二参数的值(例如，部分33的温度或预腔室8的压力中的另一个)是否等于或超过第二参数的预先确定的最大极限。在向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气呈第一比例时，确定第二参数的值。第二参数涉及这样的操作特点，该操作特点倾向于将操作点朝向第二不期望的操作区域B移动。此后，在方法100中，在步骤(d)中，如果如此确定130的第二参数的值等于或超过第二参数的预先确定的最大极限，则第一比例被改变140为引燃燃料/引燃空气的第二比例。此后，以第二比例向燃烧器30提供引燃燃料和引燃空气。如果在步骤(d)中没有进行改变，则继续以第一比例提供引燃燃料和引燃空气。改变后的比例(即，第二比例)使得以该比例操作燃烧系统1将第二参数的值降低到低于第二参数的预先确定的最大极限。

参考图9对步骤(c)和步骤(d)进行进一步解释。出于解释图9并且继续图9的示例的目的，假设第二参数是预腔室8的压力。现在，当系统1在点63处(即，具有第一比例的引燃燃料/引燃空气)操作时，并且当第二参数的值(即，来自压力传感器85的压力)与针对该负载水平的预先确定的最大压力极限进行比较时，发现由压力传感器85感测的压力值并未等于或超过预先确定的最大压力极限，即，点63没有重合或落入图9的不期望区域B中。因此，在方法100的步骤(c)中，所感测的压力的值并未超过或等于预先确定的最大压力极限，因此在步骤(d)中没有执行引燃燃料和引燃空气的比例的改变。因此，在与点63相对应的负载水平下，不需要其他比例改变，因此引燃燃料与引燃空气的比例可以保持恒定，即，保持处于第一比例。

进一步继续图9的上述示例，随后操作点由引燃燃料与总燃料分流控制而从点63到点64继续在负载中行进，并且在点63和64之间的操作期间，引燃空气与引燃燃料的比例保持处于在点63处确定的第一比例。此后，在点64处，尽管处于不同的负载水平下，引燃燃料与总燃料分流使得操作点再次与不期望区域A接触，即，换句话说，由轴线99所描绘的对应负载水平的、由热电偶75感测的部分33的温度已经再次等于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限，并且因此作为步骤(a)的结果，确定第一参数的值等于预先确定的最大温度极限。此后，在步骤(b)中，引燃燃料和引燃空气的比例被重置或调整为更新的比例，即，在图9的示例中，引燃空气的量增加，这可以通过打开阀单元80的引燃空气阀84来实现。由于引燃燃料和引燃空气的新比例，操作点远离不期望区域A移动而到达点65，即，部分33的温度低于或变为低于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限。由于通过预混合或同时注入引燃空气而实现的引燃燃料的更贫的化学计量法，引燃空气使引燃燃料在较低温度下燃烧。

在方法100的这个阶段，再次执行步骤(c)和(d)，然而，可以看出第二参数(即，压力)的值仍然没有重合或落入不期望区域B中，因此不会执行比例改变。这完成了在不同负载水平下执行的步骤(a)至(d)的一个迭代。在与点62和点63相对应的负载水平下执行步骤(a)至步骤(d)的第一集合，并且在与点64和点65相对应的负载水平下执行步骤(a)至步骤(d)的第二集合。

仍然继续图9的上述示例，然后操作点由引燃燃料与总燃料分流控制从点65到点66继续。此后，在点66处，尽管处于另一负载水平下，引燃燃料与总燃料分流使得操作点再次与不期望区域A接触，即，换句话说，由轴线99所描绘的对应负载水平的、由热电偶75感测的部分33的温度已经再次等于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限，并且因此作为步骤(a)的结果，确定第一参数的值等于预先确定的最大温度极限。此后，在步骤(b)中，引燃燃料和引燃空气的比例被重置或调整为更新的比例，即，在图9的示例中，引燃空气的量增加，这可以通过打开如上所述阀单元80的引燃空气阀84来实现。由于引燃燃料和引燃空气的新比例，操作点远离不期望区域A移动而到达点67，即，部分33的温度下降到低于或变为低于针对对应负载水平的预先确定的最大温度极限。

在方法100的这个阶段，再次执行步骤(c)和(d)，然而，可以看出第二参数(即，压力)的值现在重合或落入不期望区域B中，即，换句话说，由轴线99所描绘的对应负载水平的、由压力传感器85感测的预腔室8的压力已经变得等于针对对应负载水平的预先确定的最大压力极限，因此，作为步骤(c)的结果，确定第二参数的值等于(或者可以类似地理解为超过)预先确定的最大压力极限。此后，在步骤(d)中，引燃燃料和引燃空气的比例被改变为第二比例，即，在图9的示例中，引燃空气的量减少，这可以通过关闭或收紧阀单元80的引燃空气阀84来实现。由于引燃燃料和引燃空气的新比例(即，第二比例)，操作点远离不期望区域B移动而到达点68，即，预腔室8的压力下降到低于或变为低于针对对应负载水平的预先确定的最大压力极限。

然后，在点68处重复步骤(a)和(b)，并且可以看出温度的值并未等于或超过预先确定的最大温度极限。然而，如果温度的值已经等于或超过预先确定的最大温度极限，则执行步骤(b)，然后执行步骤(c)和(d)。这可能已经完成在相同负载水平下执行的步骤(a)至(d)的一个迭代。步骤(a)至步骤(d)的第三集合在与点66和点68相对应的负载水平下执行，而步骤(a)至步骤(d)的第四集合也将在相同的负载水平(即，与点66和点68相对应的负载水平)下执行。

在与点69和点70相对应的负载水平下执行操作点的类似导航。此后，在点71之后，由于在燃烧系统1的操作中清除了不期望区域A和B，所以可以结束方法100。应当注意的是，在上述说明中，仅出于示例性目的，第一参数被选择为温度，而第二参数被选择为压力。在方法100的另一实施例中，第一参数可以被选择为压力，而第二参数可以被选择为温度。此外，在执行步骤(a)和/或(c)之前，可以通过使用温度传感器75和/或压力传感器85来感测温度和/或压力的值。

在方法100的一个实施例中，在步骤(a)之前，可以在燃烧系统1的操作期间确定负载99的水平。在该实施例中，如果如此确定的负载99的水平等于或超过负载99的预先确定的水平61(在该预先确定的水平61下，期望执行步骤(a)至(d)，如图9中所示的位于该负载范围61内的负载水平)，则执行步骤(a)至(d)。因此，在初始启动阶段，可能并不期望向燃烧器30提供引燃空气。

如图9所示并且如在上文中所解释的，对于与点62和点63以及点64和点65相对应的负载水平，在方法100的另一实施例中，方法100包括执行150步骤(a)到步骤(d)的一个或多个迭代的步骤(e)。作为迭代的结果，方法100至少包括步骤(a)至步骤(d)的第一集合(即，与点62和点63相对应执行的步骤(a)至(d))和步骤(a)至步骤(d)的第二集合(即，与点64和点65相对应执行的步骤(a)至(d)，即，第一迭代)。在不同的负载99水平下执行第一集合和第二集合。

再者，如图9所示并且如在上文中所解释的，对于与点66和点68相对应的负载水平，在方法100的另一实施例中，方法100包括执行步骤(a)到步骤(d)的一个或多个迭代的步骤(e)。作为迭代的结果，方法100至少包括步骤(a)至步骤(d)的第三集合(即，与点66和点67相对应执行的步骤(a)至(d))和步骤(a)至步骤(d)的第四集合(即，也与点66和点67相对应执行的步骤(a)至(d)，即，第一迭代)。在相同的负载99水平下执行第三集合和第四集合。

在方法100的又一实施例中，方法100包括执行160步骤(a)至步骤(e)(即，由附图标记110、120、130、140和150表示的步骤或由附图标记110、120、130、140和155表示的步骤)的一个或多个迭代的步骤(f)。作为步骤(a)到步骤(e)的迭代的结果，方法100至少包括步骤(a)至步骤(e)的第一集合和步骤(a)至步骤(e)的第二集合。在燃烧系统1的操作期间，在不同负载水平99下执行步骤(a)至步骤(e)的第一集合和步骤(a)至步骤(e)的第二集合。该实施例可以被理解为类似于具有步骤(a)至步骤(d)的第一集合和步骤(a)至步骤(d)的第二集合的前述实施例。

应当注意的是，在本技术中，可以更改引燃燃料与引燃空气的比例，并且在方法100的实施例中，通过改变或更改或启动或停止向燃烧器30提供的引燃空气的速率，同时维持向燃烧器30提供的引燃燃料的速率处于恒定速率，在步骤(b)中从所述比例更改为第一比例和/或在步骤(d)中从第一比例更改为第二比例。因此，通过本技术的方法100和/或系统1，通过在给定负载水平更改引燃燃料/引燃空气比例同时对于该负载水平保持引燃燃料/总燃料比例或引燃燃料/主燃料比例恒定，可以导航操作点，使得在燃烧系统1或包括该燃烧系统1的燃气涡轮发动机10的操作中避开不期望区域A和B。

虽然已经参考某些实施例详细描述了本技术，但是应当理解的是，本技术不限于那些精确的实施例。应当注意的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的使用并不表示任何重要性的排序，而是用于区分一个元件与另一元件。相反地，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以做出许多修改和变化。因此，本发明的范围由以下权利要求而非前面的描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变、修改和变化都应当被视为在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种用于控制向一个燃烧系统(1)的一个燃烧器(30)提供的引燃燃料/引燃空气的比例的方法(100)，以用于更改所述燃烧系统(1)的操作点，所述引燃燃料和所述引燃空气分别经由一个引燃燃料供应管线(2)和一个引燃空气供应管线(4)以引燃燃料/引燃空气的一个比例而被提供给所述燃烧器(30)，所述方法(100)包括以下多个步骤：

(a)确定(110)一个第一参数的一个值是否等于或超过所述第一参数的一个预先确定的最大极限，所述第一参数倾向于将所述燃烧系统(1)的所述操作点朝向一个第一不期望的操作区域(A)移动，其中在向所述燃烧器(30)提供的所述引燃燃料和所述引燃空气呈所述比例时，确定所述第一参数的所述值；

(b)将所述比例改变(120)为向所述燃烧器(30)提供的引燃燃料/引燃空气的第一比例，以便将所述第一参数的所述值降低到低于所述第一参数的所述预先确定的最大极限，其中如果如此确定的所述第一参数的所述值等于或超过所述第一参数的所述预先确定的最大极限，则所述比例被改变为所述第一比例；

(c)确定(130)一个第二参数的一个值是否等于或超过所述第二参数的一个预先确定的最大极限，所述第二参数倾向于将所述燃烧系统(1)的所述操作点朝向一个第二不期望的操作区域(B)移动，其中在向所述燃烧器(30)提供的所述引燃燃料和所述引燃空气呈所述第一比例时，确定所述第二参数的所述值；以及

(d)将所述第一比例改变(140)为引燃燃料/引燃空气的第二比例，以便将所述第二参数的所述值降低到低于所述第二参数的所述预先确定的最大极限，其中如果如此确定的所述第二参数的所述值等于或超过所述第二参数的所述预先确定的最大极限，则所述第一比例被改变为所述第二比例。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述第一参数是所述燃烧系统(1)的一个部分(33)的温度，并且所述第二参数是所述燃烧系统(1)的一个燃烧腔(28)的一个位置处的压力。

3.根据权利要求2所述的方法(100)，

-其中所述步骤(a)确定(110)所述第一参数的所述值是否等于或超过所述第一参数的所述预先确定的最大极限包括以下步骤：感测所述燃烧系统(1)的所述部分(33)的温度；以及

-其中所述步骤(c)确定(130)所述第二参数的所述值是否等于或超过所述第二参数的所述预先确定的最大极限包括以下步骤：感测指示所述燃烧腔(28)的所述位置处的所述压力的压力信息。

4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述第一参数是一个燃烧腔(28)的一个位置处的压力，而所述第二参数是所述燃烧系统(1)的一个部分(33)的温度。

5.根据权利要求4所述的方法(100)，

-其中所述步骤(a)确定(110)所述第一参数的所述值是否等于或超过所述第一参数的所述预先确定的最大极限包括以下步骤：感测指示所述燃烧腔(28)的所述位置处的所述压力的压力信息；以及

-其中所述步骤(c)确定(130)所述第二参数的所述值是否等于或超过所述第二参数的所述预先确定的最大极限包括以下步骤：感测所述燃烧系统(1)的所述部分(33)的温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其中在步骤(a)之前，所述方法(100)还包括以下步骤：在所述燃烧系统(1)操作以供应负载期间，确定一个负载(99)水平，并且其中如果如此确定的所述负载(99)水平等于或超过负载(99)的一个预先确定的水平(61)，则执行所述步骤(a)至步骤(d)，在所述预先确定的水平(61)下，期望执行步骤(a)至步骤(d)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其中所述燃烧系统(1)供应一个负载，并且其中所述方法(100)包括以下步骤：

(e)执行(150)步骤(a)至步骤(d)的一个或多个迭代，并且其中所述一个或多个迭代至少包括步骤(a)至步骤(d)的第一集合和步骤(a)至步骤(d)的第二集合，其中所述第一集合和所述第二集合在所述燃烧系统(1)操作的期间以不同的负载水平(99)而被执行。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其中所述方法(100)包括以下步骤：

(e)执行(155)步骤(a)至步骤(d)的一个或多个迭代，并且其中所述一个或多个迭代至少包括步骤(a)至步骤(d)的第三集合和在所述第四集合之后接续执行的步骤(a)至步骤(d)的第四集合，并且其中所述第三集合和所述第四集合在所述燃烧系统(1)操作期间在相同的负载水平(99)下被执行。

9.根据权利要求7或8所述的方法(100)，其中所述燃烧系统(1)供应一个负载，并且其中所述方法(100)包括以下步骤：

(f)执行(160)步骤(a)至步骤(e)的一个或多个迭代，并且其中所述一个或多个迭代至少包括步骤(a)至步骤(e)的第一集合和步骤(a)至步骤(e)的第二集合，其中所述步骤(a)至步骤(e)的第一集合和所述步骤(a)至步骤(e)的第二集合在所述燃烧系统(1)操作期间以不同的负载水平(99)而被执行。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)，其中在步骤(b)中将所述比例改变(120)为所述第一比例和/或在步骤(d)中将所述第一比例改变(140)为所述第二比例，所述改变通过以下而被执行：更改向所述燃烧器(30)提供的所述引燃空气的速率，以及维持向燃烧器(30)提供的所述引燃燃料的速率。

11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有多个指令，所述多个指令能够由一个计算机系统的一个或多个处理器执行，其中执行所述多个指令使所述计算机系统执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法(100)。

12.一种计算机程序，

-所述计算机程序由一个计算机系统的一个或多个处理器执行，并且执行根据权利要求1至10中的一项所述的方法(100)。

13.一种燃烧系统(1)，包括：

-一个燃烧器(30)；

-一个引燃燃料供应管线(2)，用于向所述燃烧器(30)提供引燃燃料；

-一个引燃空气供应管线(4)，用于向所述燃烧器(30)提供引燃空气；

-一个阀单元(80)，被配置为使分别经由所述引燃燃料供应管线(2)和所述引燃空气供应管线(4)向所述燃烧器(30)提供的所述引燃燃料和所述引燃空气的一个比例变化；

-一个燃烧腔(28)，与所述燃烧器(30)相关联；

-一个温度传感器(75)，用于感测所述燃烧系统(1)的一个部分(33)的温度，并且被配置为传送指示如此感测的所述温度的一个温度信号；

-一个压力传感器(85)，用于感测表示所述燃烧腔(28)的一个位置处的压力的一个压力信息，并且被配置为传送指示所述燃烧腔(28)的所述位置处的所述压力的一个压力信号；

-一个控制单元(90)，被配置为从所述温度传感器(75)接收所述温度信号并且从所述压力传感器(85)接收所述压力信号，其中所述控制单元(90)还被配置为：

-基于所述温度信号来控制所述阀单元(80)，以改变向所述燃烧器(30)提供的所述引燃燃料和所述引燃空气的所述比例，以用于当所述温度等于或超过一个预先确定的温度极限时，将所述燃烧系统(1)的所述部分(33)的所述温度降低到低于所述预先确定的温度极限；和/或

-基于所述压力信号来控制所述阀单元(80)，以改变向所述燃烧器(30)提供的所述引燃燃料和所述引燃空气的所述比例，以用于当所述压力等于或超过一个预先定义的压力极限时，将所述燃烧腔(28)的所述位置处的所述压力降低到低于所述预先确定的压力极限。

14.根据权利要求13所述的燃烧系统(1)，其中所述燃烧器(30)包括一个燃烧器面(33)，所述燃烧器面(33)具有多个引燃燃料注入孔(3)和多个引燃空气注入孔(5)，并且其中每个引燃燃料注入孔(3)被流体连接到所述引燃燃料供应管线(2)，并且每个引燃空气注入孔(5)被流体连接到所述引燃空气供应管线(4)。

15.根据权利要求13所述的燃烧系统(1)，还包括：

一个预混合室(7)，用于以所述引燃燃料和引燃空气的一个期望的比例预混合所述引燃燃料和所述引燃空气，并且其中所述预混合室(7)被流体连接到所述引燃燃料供应管线(2)和所述引燃空气供应管线(4)，并且所述预混合室(7)包括一个出口(6)，所述出口(6)被配置为向所述燃烧腔(28)提供以所述期望的比例预混合的引燃燃料和引燃空气的混合物。