CN116529472A - 控制燃烧器的方法 - Google Patents

Abstract

控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，该方法包括以下步骤：根据燃气涡轮发动机的负载向燃烧器供应总燃料量，总燃料量通过预先安排的引燃燃料份额被分成引燃燃料量和主燃料量，引燃燃料份额是总燃料量中的引燃燃料量的百分比；监测燃烧不稳定性；当超过燃烧器的预定温度和/或超过燃烧不稳定性的预定值时，向预先安排的引燃燃料份额施加稳定状态主动引燃份额补偿以产生稳定状态引燃燃料份额；监测燃气涡轮发动机的影响燃烧器中空气/燃料比的状况；当燃气涡轮发动机的状况指示瞬态状况并且当超过燃烧不稳定性的阈值时，禁用稳定状态主动引燃份额补偿；以及向稳定状态引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿，同时保持在任何时间点供应总燃料量，瞬态主动引燃份额补偿和稳定状态主动引燃份额补偿产生总份额补偿，总份额补偿大于稳定状态主动引燃份额补偿，以及瞬态主动引燃份额补偿的变化速率比稳定状态主动引燃份额补偿的变化速率快。

Description

控制燃烧器的方法

技术领域

本发明涉及控制燃气涡轮发动机的燃烧系统的方法，并且特别是控制燃烧系统以在燃气涡轮发动机的瞬态状况期间提高可靠性和/或减少排放的方法。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，使用多条燃料供应管路将燃料从多个喷射点引入燃烧室内。通常，燃料将通过用于初级燃料或引燃燃料和主燃料的不同燃料供应管路被馈送。在燃烧室内，引燃火焰和主火焰是有区别的，尽管如众所周知的那样相互作用以提供火焰稳定性。主火焰具有相对高的空气燃料比，并且是给出良好效率和低排放的稀薄燃烧火焰。引燃火焰具有较低的空气燃料比，并且以较浓郁的火焰进行燃烧。引燃火焰比主火焰更稳定，并且有助于使主火焰稳定。发动机控制单元经由多个可控阀门来控制总燃料在引燃燃料和主燃料中的份额或比率。根据燃气涡轮发动机负载来预先安排总燃料供应至引燃燃料喷射器和主燃料喷射器中的每一个的量。

尽管燃料的总量被分成引燃燃料量和主燃料量，并且其具有引燃燃料份额与主燃料份额；通常燃料份额被称为引燃燃料份额，引燃燃料份额是引燃燃料量占总燃料量的份额或百分比。一般地，在较高的发动机负载下，按比例向主燃料喷射器供应更多的燃料，从而导致低的引燃燃料份额，而在较低的发动机负载下，按比例向引燃燃料喷射器供应更多的燃料，从而导致高的引燃燃料份额。常规地，根据燃气涡轮发动机的负载来预先安排引燃燃料份额。

发动机负载、燃料的产热值和环境状况的变化会引起燃烧不稳定性。这种燃烧不稳定性会引起增加的有害排放，增加的部件温度，对结构完整性有害的压力波动以及火焰熄灭(blow-out)。这些都是燃烧不稳定性的明显不良影响。

EP1974139B1公开了引燃燃料份额的主动调节，并且被设计成适于稳定状态操作即恒定负载需求期间经历的状况的变化。这样的状况的变化包括环境温度、制造公差和特定的现场需求。然而，考虑到限制排放，这种主动调节被设置在保守的水平处，以确保燃烧器的完全可操作性，特别是管理燃烧不稳定性。EP1974139B1的方法在本文中被称为主动引燃。

EP2486328B1公开了一种控制装置，该控制装置被布置成通过基于燃烧器的温度和压力并且基于随时间的进展的信号来改变至燃烧器的主燃料供应和引燃燃料供应的份额，即通过控制引燃燃料份额。该控制装置还被配置成使得该信号还表示指示燃烧设备的负载的负载信息。该控制装置旨在将燃烧器的温度保持在预定的最大温度限制以下，以及旨在将燃烧体积内的压力变化保持在预定的最大压力变化限制以下，同时保持至设备的燃料供应管路中的总体燃料供应基本恒定。EP2486328B1的控制装置被称为智能控制。

EP1974139B1和EP2486328B1中公开的控制燃料份额的方法，单独地或结合起来，在稳定状态状况下提供良好的燃烧可操作性和低排放。然而，一直期望进一步提高燃烧可操作性、可靠性以及更进一步减少排放。

发明内容

本发明至少具有以下目的，特别是在瞬态发动机状况期间，为了减少向引燃燃料份额施加补偿占用的时间，增加向引燃燃料份额施加补偿的速率，改善燃烧器动力并减少燃烧室中的压力波动，改善燃烧稳定性并限制燃烧部件温度，以减少瞬态燃烧不稳定性对燃气涡轮发动机的稳定状态排放并且特别是氮氧化物的影响。此外，本发明在瞬态事件之后的时段内，减少了对稳定状态操作下的排放的不利影响，并且可以在负载瞬态或从负载瞬态起恢复期间减少不稳定性或火焰失效事件。

上述目的是通过控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法实现的，该方法包括以下步骤：

-根据燃气涡轮发动机的负载向燃烧器供应总燃料量，总燃料量通过控制预先安排的引燃燃料份额被分成引燃燃料量和主燃料量。预先安排的引燃燃料份额是燃料的到引燃燃料供应和主燃料供应的预先安排的份额。预先安排的引燃燃料份额是在稳定状态操作期间被供应的总燃料中的初始份额，以供在理想且稳定的状况下使排放最小化和使效率最大化。在此，主火焰尽可能稀薄地燃烧，即空气/燃料比尽可能高，其中使引燃火焰最小化以确保燃烧稳定性。引燃火焰比主火焰更浓郁地燃烧，换言之，引燃火焰具有较低的空气/燃料比。引燃燃料份额是引燃燃料量占总燃料量的份额，

-监测燃烧不稳定性，

-当超过燃烧器的预定温度和/或超过燃烧不稳定性的预定值时，向引燃燃料份额施加稳定状态主动引燃份额补偿以产生稳定状态引燃燃料份额，稳定状态主动引燃份额补偿被自动调整，

-监测燃气涡轮发动机的影响燃烧器中空气/燃料比的状况，

-当燃气涡轮发动机的状况指示瞬态状况并且当超过燃烧不稳定性的阈值时，禁用稳定状态主动引燃份额补偿的调整，以及

-向稳定状态引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿，同时保持在任何时间点供应总燃料量，瞬态主动引燃份额补偿和稳定状态主动引燃份额补偿产生总份额补偿，

-总份额补偿大于稳定状态主动引燃份额补偿，以及

-瞬态主动引燃份额补偿的变化速率比稳定状态主动引燃份额补偿的变化速率快。换言之，如果稳定状态主动引燃份额补偿保持主动，则瞬态主动引燃份额补偿的变化速率比稳定状态主动引燃份额补偿的变化速率快。

针对瞬态主动引燃份额补偿的燃烧不稳定性的阈值和稳定状态主动引燃份额补偿的预定值被实现为单独的值，即使它们都被设置成相同的实际值。这将允许在必要时将瞬态状况响应调试成更高值或更低值，以在不影响稳定状态排放控制的情况下改善燃烧稳定性。

应当注意以下几点：

-稳定状态引燃燃料份额是预先安排的引燃燃料份额和稳定状态主动引燃份额补偿的和；

-引燃燃料份额是稳定状态引燃燃料份额和瞬态主动引燃份额补偿的和；

-预先安排的引燃燃料份额在任何时刻都不被禁用。这只是对发生的稳定状态主动引燃份额补偿的调整，而不是完全消除补偿，该方法针对燃烧不稳定性/对于减少排放或针对高的燃烧器温度(例如，燃烧器尖端温度)停止调整该稳定状态补偿；

-稳定状态份额补偿响应于高的燃烧器温度或燃烧不稳定性而被调节，并且稳定状态补偿始终存在。

优选地，当燃气涡轮发动机的状况指示稳定状态状况或当燃烧不稳定性低于燃烧不稳定性的预定值时，瞬态主动引燃份额补偿减少至零，并且重新启用稳定状态主动引燃份额补偿的调整，以调整引燃燃料份额，同时保持在任何时间点供应总燃料量。

燃气涡轮发动机的影响燃烧器中空气/燃料比的状况可以是以下一组中的任何一个或更多个：可变导向轮叶的位置、吹气阀的位置、放气阀的位置、燃料能量输入速率、发动机的旋转速度需求、负载需求值。

施加有稳定状态主动引燃份额补偿和/或瞬态主动引燃份额补偿的引燃燃料份额的最大值可以在2％至85％的范围内，优选地在40％至85％的范围内，更优选在60％至65％的范围内。

预先安排的引燃燃料份额可以在2％至80％的范围内，优选地在5％至25％的范围内，并且更优选地在5％至15％的范围内。

稳定状态主动引燃份额补偿可以在-5％至5％的范围内，优选地在-2％至2％的范围内。

当燃烧不稳定性高于阈值时，瞬态主动引燃份额补偿可以在0.01％至25％的范围内，优选地在1％至25％的范围内，更优选地在2％至10％的范围内。

通过向预先安排的引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿，同时保持在任何时间点供应总燃料量，瞬态主动引燃份额补偿可以使引燃燃料份额在2％至80％的范围内，优选地在5％至15％的范围内。

瞬态主动引燃份额补偿以每秒0.1％至5％的范围内的速率，优选地以每秒0.5％至1.0％的范围内的速率被施加。

当燃烧不稳定性超过阈值时，在向引燃燃料份额超驰稳定状态主动引燃份额补偿控制和施加瞬态主动引燃份额补偿之前存在确认延迟，同时保持在任何时间点供应总燃料量，确认延迟在0.1毫巴-秒至10毫巴-秒的范围内，优选地4毫巴-秒至5毫巴-秒，以及确认延迟是逆误差-时间延迟，其中延迟随着超过阈值的超调量增加而减小。

燃烧不稳定性的阈值可以是燃烧的设定频带中压力波动的幅值。燃烧不稳定性的阈值可以是15毫巴与50毫巴之间的值，优选地24毫巴与34毫巴之间的值。

该方法包括以下步骤：当燃烧不稳定性低于阈值时，在减少瞬态主动引燃份额补偿之前设置斜坡降低延迟。优选地，在燃烧不稳定性在已经高于阈值之后低于阈值时发生该步骤。

斜坡降低延迟可以是在0.1秒与5秒之间的值，优选地在2秒与3秒之间的值。

该方法包括以下步骤：在瞬态主动引燃燃料份额保持高于慢速斜坡降低速率启用阈值时，以快速斜坡降低速率减少瞬态主动引燃份额补偿，以及/或者当瞬态主动引燃份额补偿低于慢速斜坡降低速率启用阈值时，以慢速斜坡降低速率减少瞬态主动引燃份额补偿。

快速斜坡降低速率可以在每秒0.1％至5％的范围内，优选地在每秒0.5％至1.0％的范围内。

慢速斜坡降低速率可以在每秒0.01％至1％的范围内，优选在每秒0.2％至0.3％的范围内。

慢速斜坡降低速率启用阈值可以是在1％至10％的范围内，优选地在2％至5％的范围内的值。

该方法可以包括以下步骤：当用于瞬态状况的瞬态份额补偿和瞬态主动引燃份额补偿二者不再高于用于稳定状态主动引燃份额的最大量时，启用稳定状态主动引燃份额。

附图说明

通过参照结合附图对本技术的实施方式进行的以下描述，本技术的上述属性及其他特征和优点以及获得这些属性及其他特征和优点的方式将变得更加明显，并且当前所公开的燃烧器和操作方法将得到更好地理解，在附图中：

图1以截面图示出了涡轮发动机的一部分，并且根据本公开内容的本燃烧系统并入本涡轮发动机中，

图2是穿过根据本发明的燃气涡轮机的燃烧系统的燃烧器的示意截面，

图3是用于燃气涡轮机的燃烧系统的燃料供应系统的示意图，该燃料供应系统包括被编程为根据本发明控制燃烧器的控制器，

图4是示出根据本发明的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法的流程图。

具体实施方式

图1是涡轮发动机10的总体布置的示意截面图，该涡轮发动机10具有入口12、压缩机14、燃烧器系统16、涡轮机系统18、排气管道20和双轴装置22、24。涡轮发动机10通常围绕轴线26布置，对于旋转部件来说，轴线26是它们的旋转轴线。双轴装置22、24的轴可以具有相同或相反的旋转方向。燃烧器系统16包括燃烧器或燃烧器罐36的环形阵列，仅示出了燃烧器或燃烧器罐36中的一个。在一个示例中，存在围绕发动机10均匀间隔开的六个燃烧器36。涡轮机系统18包括通过双轴装置的第一轴22驱动地连接至压缩机14的高压涡轮机28。涡轮机系统18还包括经由双轴装置的第二轴24驱动地连接至负载(未示出)的低压涡轮机30。

术语径向、圆周和轴向是相对于发动机的旋转轴线26而言的，或者如以其他方式陈述的，例如是相对于燃烧器轴线44而言的。术语上游和下游是相对于燃气流动通过发动机的大致方向而言的，如图1中所示，通常是从左向右。

压缩机14包括以常规方式安装的轴向系列的定子轮叶和转子叶片。如众所周知，定子或压缩机轮叶可以是固定的或者具有可变的几何形状，以改善到下游转子或压缩机叶片上的气流。每个涡轮机28、30包括轴向系列的定子轮叶和转子叶片。定子轮叶可以安装至径向外壳或径向内筒。转子叶片通过以常规方式布置和操作的转子盘来安装。转子组件包括叶片或转子叶片的环形阵列和转子盘。

每个燃烧器36由两个壁——内壁37和外壁39——构成，在内壁37与外壁39之间限定了大致环形的空间或增压腔室35。在燃烧器36的头部处是径向旋流器40，该径向旋流器40包括旋流板或基板45、旋流器轮叶46的环形阵列和燃料喷射点，这稍后将更详细地描述。旋流器40之后是预燃室42，并且然后是主燃烧室38。这些燃烧器36部件通常围绕燃烧器轴线44布置。旋流器轮叶46的环形阵列限定了围绕基板45布置的旋流器槽47。

在操作中，空气32通过入口12被吸入到发动机10中并进入到压缩机14中，在压缩机14处，连续级的轮叶和叶片在将压缩空气34输送到燃烧器系统16中之前对空气进行压缩。压缩空气34流动通过增压腔室35并流入旋流器40。旋流器40产生高度湍流空气，燃料被喷射到该高度湍流空气中。空气/燃料混合物被输送到预燃室42中，在预燃室42中继续混合，并且然后输送到主燃烧室38中。在燃烧室38中，压缩空气和燃料的混合物被点燃并燃烧。所得到的热工作气体流被引导到高压涡轮机28中，使高压涡轮机28膨胀并驱动高压涡轮机28，该高压涡轮机28又经由第一轴22驱动压缩机14。在穿过高压涡轮机28之后，热工作气体流被引导到低压涡轮机30中，低压涡轮机30经由第二轴24驱动负载。

低压涡轮机30也可以被称为动力涡轮机，并且第二轴24也可以被称为动力轴。负载通常是用于产生电力的电机或诸如泵或过程压缩机的机械机器。其他已知负载可以经由低压涡轮机驱动。燃料可以呈气体和/或液体形式。

参照图1示出并描述的涡轮发动机10仅是本发明可以并入其中的许多发动机或涡轮机械的一个示例。这种发动机可以是燃气涡轮机或蒸汽涡轮机，并且包括应用于船舶、工业和航空航天领域的单轴、双轴和三轴发动机。

图2是穿过上述根据本发明的涡轮发动机10的一组燃烧器中的一个燃烧器36的一部分的截面图。径向旋流器40包括围绕燃烧器轴线44布置的轮叶46的环形阵列，并且轮叶46的环形阵列相对于燃烧器轴线44成切线角度，以赋予混合空气和燃料的涡旋流55，如众所周知。如图2中所见，涡旋流55围绕燃烧器轴线44旋转，并且以大致从左到右的方向流动。旋流器轮叶46在每个连续的旋流器轮叶46之间形成混合通道或旋流器槽47的阵列。旋流器40还包括用于喷射主燃料的主燃料喷射器48A、48B和用于喷射引燃燃料的引燃燃料喷射器50。旋流器40包括基板45，该基板45具有面向预燃室42并界定预燃室的上游轴向范围的引燃表面52。预燃室42还被围绕燃烧器轴线44对称布置的环形壁54限定。预燃室42具有入口66和出口68。出口68形成在预燃室42的唇缘69处或位于预燃室42的唇缘69处并且限定预燃室42终止的位置。然后预燃室42的环形壁54之后是主燃烧室38的大致环形壁37。从唇缘69向下游，大致环形壁37是发散且敞开的，以限定主燃烧室38。主燃烧室38具有大于预燃室42的横截面面积的横截面面积。

在燃烧室38中存在两种不同的燃料/空气混合物和随后的燃烧火焰；引燃火焰56来源于引燃燃料/空气混合物，而主火焰58来源于主燃料/空气混合物。指示56和58的线示出了火焰前沿和火焰前沿的继续下游的相应火焰。引燃火焰56和主火焰58由于空气流34A内的相应的燃料喷射点在混合通道47中或附近的位置而彼此不同。主燃料喷射器48A、48B将主燃料喷射到旋流器槽或混合通道47中，与引燃燃料喷射器50相比，主燃料喷射器48A、48B更远离燃烧器轴线44、即在燃烧器轴线44的径向外侧。因此，相应的燃料/空气混合物形成显著不同的火焰区域，其中，引燃火焰56通常在主火焰58的径向内侧。在这个示例中，引燃燃料喷射器50被定位穿过基板45，并且该引燃燃料喷射器50在旋流器40的径向内侧。

如此处的情况一样，径向旋流器具有或者可以定义为具有旋流数SN。上面描述的径向旋流器40具有0.5至0.8的范围内的SN。如在本领域中公知的，旋流数可以被计算，在此可以说，旋流数可以由燃料/空气混合物的角动量通量与线性动量通量之间的关系来定义。也就是说，角动量与绕燃烧器轴线44的旋转速度相关，而线性动量与沿着燃烧器轴线44的在轴向方向上的速度相关。因此，SN在本文中被定义为流体或燃料/空气混合物的切向动量与轴向动量的比率。

图3是用于向燃烧系统的燃烧器供应燃料的燃料供应装置70的示意图。燃料供应装置70包括主燃料供应72、引燃燃料供应74、总燃料供应76、主燃料阀80、引燃燃料阀82、燃烧监测器84和控制器86。控制器86是发动机的电子控制单元(ECU)的一部分，但控制器86可以是单独的部件。控制器86包括软件编程，软件编程是整个发动机控制软件的一部分。控制器86连接至每个燃烧器36的主燃料阀80、引燃燃料阀82和燃烧监测器84。燃烧监测器84通过动态压力波动来测量燃烧不稳定性。如所提到的，燃烧系统16具有多个燃烧器36，在这种情况下，存在围绕发动机的轴线26均匀间隔开的6个燃烧器36。每个燃烧器36具有其自己的由主燃料阀80控制的主燃料供应70和由引燃燃料阀82控制的引燃燃料供应72，以及每个主燃料阀80和引燃燃料阀82连接至控制器86并且能够由控制器86控制。每个燃烧器36具有至少一个燃烧监测器84，并且这些燃烧监测器84各自连接至控制器36。

控制器86连接至可变导向轮叶的位置、吹气阀的位置和放气阀的位置，并对其进行监测和控制。可变导向轮叶的位置、吹气阀的位置和放气阀的位置由控制器86连续监测。可变导向轮叶的位置、吹气阀的位置和放气阀的位置根据发动机的状况被预先安排并且一般被常规地操作。控制器86连接至发动机并且持续监测负载需求值和发动机的旋转速度。所有这些参数指示可能导致燃烧不稳定性的燃烧器中空气/燃料比率的变化和瞬态的发动机状况。在优选的实施方案中，控制单元86被编程有可变导向轮叶90的需求位置、吹气阀92的位置、放气阀94的位置和需求的燃料能量输入速率、需求的旋转速度和负载需求值的预先安排。在另一实施方式中，可以使用可变导向轮叶90、吹气阀92和放气阀94的物理位置。然而，与使用来自监测的位置的反馈相比，使用需求的位置提供由瞬态主动引燃份额补偿的更早干预。

在燃烧系统16的操作期间，燃烧监测器84监测燃烧室38中的压力波动，并且将压力波动的读数传输至控制器86。燃烧监测器84向控制器86连续地传输。

在发动机启动时，燃料被供应给燃烧器36中的一个或更多个燃烧器36中的引燃喷射器50，并且燃料被点燃。引燃燃料阀82被打开。主燃料阀80被关闭。当在燃烧器36中的任何一个燃烧器36中建立了引燃火焰56，并且存在增加发动机功率的需求时，燃料然后被供应给主喷射器48A、48B，并且主燃料阀80被打开，代表所需求的功率的量输出。当在每个燃烧器36中建立了主火焰58时，控制器86确定每个燃烧器36中的燃烧稳定性的状态，并且燃烧稳定性<预定值，该燃烧器36的引燃燃料阀82开始关闭并减少引燃燃料供应。总燃料供应76保持恒定或具有可忽略的变化，因此，本来是引燃燃料供应量的内容现在被引导到主燃料供应中，并且通过主燃料喷射器48A、48B被喷射。因此，在燃烧系统16或燃气涡轮发动机10的恒定需求输出下，当引燃燃料供应72减少至零时，燃烧室38中供应和燃烧的总燃料也保持恒定或非常接近恒定。每个燃烧监测器84监测每个燃烧室38中的压力波动，并且将读数传输至控制器86。替选地，燃烧监测器84监测燃烧室38紧靠外部的增压腔室35中的压力波动(燃烧器稳定性)。控制器86被编程成通过部分地取决于每个燃烧器36的压力波动打开或关闭引燃燃料阀82，来调整引燃燃料供应74。在此，燃烧器36中的任何一个或更多个燃烧器36可以根据其燃烧不稳定性，使其引燃燃料阀82关闭或打开。因此，燃烧器36中的任何一个或更多个燃烧器36可以仅靠其主燃料供应和主火焰58操作，而其他燃烧器36可以用引燃燃料供应72和主燃料供应操作，其中相应的引燃火焰56和主火焰58存在。然而，可能的是，一组燃烧器36或所有燃烧器36可以根据燃烧器中的任何一个或更多个燃烧器的燃烧稳定性而使引燃燃料供应72关闭或打开。例如，当关于所有的一组燃烧器36引燃燃料阀关闭，并且达到燃烧不稳定性阈值或值时，所有的该组引燃燃料阀82被打开。

燃气涡轮发动机的稳定状态状况是在一段时间内所需求的负载基本上恒定，使得存在至燃烧器的基本上恒定的总燃料供应。当所需求的功率输出或负载变化，例如变化发动机的最大功率输出或负载的至少1％时，燃气涡轮发动机的瞬态状态状况发生，并且供应给燃烧器的总燃料相应地变化。

现在参照图4，图4示出了根据本发明的控制燃烧器100的方法的流程图。如序言中提到的，现有的主动引燃控制——如EP1974139B1中所公开的主动引燃控制——是取决于发动机负载的对引燃燃料份额的预先安排的稳定状态补偿或修剪，并且被设计成满足环境或现场状况或制造公差的变化。主动引燃控制不能充分地控制负载瞬变期间的引燃燃料流量/主燃料流量。主动引燃控制使用燃烧器的温度，但是因为温度是不稳定的，并且由于温度对负载变化的响应的滞后，主动引燃控制甚至可能调整错误的引燃燃料份额/主燃料份额。这意味着在负载瞬变之后，引燃燃料份额/主燃料份额需要更长的时间来恢复至其应当处于的水平，并且导致更长时间的增加的排放。与如EP1974139B1中公开的主动引燃控制结合，EP2486328B1的控制装置能够操作成使得控制装置通过基于燃烧器的温度和压力并且基于随时间的进展的信号来改变至燃烧器的供应的燃料，即引燃燃料份额。该控制装置还被配置成使得该信号还代表指示燃烧设备的负载的负载信息。该控制装置旨在将燃烧器的温度保持在预定的最大温度限制以下，以及旨在将燃烧体积内的压力变化保持在预定的最大压力变化限制以下，同时保持至设备的燃料供应管路中的总燃料供应基本恒定。EP2486328B1中施加至引燃燃料份额的补偿在本文中被称为“智能控制补偿”。EP1974139B1的稳定状态主动引燃份额补偿控制和EP2486328B1的智能控制补偿二者在本文中被称为“稳定状态主动引燃份额补偿”。因此，稳定状态主动引燃份额补偿可以是适用于引燃燃料份额的主动引燃补偿和/或智能控制补偿。

本发明在瞬态发动机状况期间和当超过燃烧不稳定性的阈值时，用对预先安排的引燃燃料份额的瞬态份额补偿来超驰(override)或禁用如由EP1974139B1的稳定状态主动引燃份额补偿控制或EP2486328B1的智能控制装置所施加的对稳定状态补偿的调整。当稳定状态发动机状况明显，或者燃烧不稳定性低于阈值时，对预先安排的引燃燃料份额的瞬态主动引燃份额补偿被超驰或禁用，使得启用稳定状态主动引燃份额补偿控制。

“稳定状态主动引燃补偿”是适用于预先安排的引燃燃料份额的稳定状态补偿，所述预先安排的引燃燃料份额用于EP1974139B1的现有主动引燃控制。

“瞬态份额补偿”是在燃气涡轮发动机的瞬态状况下作为用于防止燃烧不稳定性的积极主动措施在除稳定状态补偿之外施加的补偿。

“瞬态主动引燃份额补偿”是在以下情况下作为用于减少燃烧不稳定性的积极主动措施在除稳定状态主动引燃份额补偿之外施加的补偿：当在已经施加上述瞬态份额补偿之后检测到燃烧不稳定性时；以及当高于燃烧不稳定性的设定阈值时，此时由现有稳定状态主动引燃份额补偿控制进行的干预不再有效或是期望的。

控制燃烧器的本方法一般指示为100。最初，如图4所示，该方法包括以下步骤：向燃烧器供应总燃料量，以及当超过燃烧器的预定温度和/或超过预定的燃烧不稳定性时，向预先安排的引燃燃料份额施加稳定状态主动引燃份额补偿。由于控制引燃燃料份额，总燃料量被分成引燃燃料量和主燃料量。引燃燃料份额是在任何时间点处引燃燃料量占总燃料量的百分比。

预定温度是燃烧器的温度，并且指示燃烧火焰的状态。燃烧不稳定性的预定值在15mbar至50mbar的范围内，其中典型值在24mbar至34mbar的范围内。这些值是绝对值。该预定值可以在燃烧压力波动的预定频率处。该预定值是燃烧室38内的预定值，但是如果在燃烧室外部，例如在增压腔室35内监测，则可以是相关值。

方法100监测燃气涡轮发动机的影响燃烧器中空气/燃料比的状况。如上所述，这些状况可以是可变导向轮叶的位置、吹气阀的位置、放气阀的位置、发动机的旋转速度需求和负载需求值或燃料能量输入速率中的任何一个或更多个，燃料能量输入速率可以根据燃料的热值和需求的总燃料流量来计算。该监测是持续且实时的。

在步骤110和112中，当燃气涡轮发动机的状况指示瞬态状况并且当燃烧不稳定性超过不稳定性阈值时，瞬态主动引燃控制被启用。瞬态状况由瞬态份额补偿指示，所述瞬态份额补偿针对燃气涡轮发动机的可能影响燃烧器中的空气与燃料份额的多个状况以及瞬态份额补偿超过针对稳定状态主动引燃控制的瞬态份额补偿阈值而被施加。燃气涡轮发动机的瞬态状况可以由以下中的任何一个或更多个指示：

可变导向轮叶的位置正在打开，即可变导向轮叶处于更打开的位置，并且可变导向轮叶“需求”正在减少，

吹气阀的位置正在关闭，即吹气阀处于更封闭的位置，并且吹气阀需求正在减少，

放气阀的位置正在关闭，即放气阀处于更封闭的位置，并且放气阀需求正在减少，

燃料能量输入速率，即以kW/秒测量的燃料能量输入速率正在减少，发动机的旋转速度需求正在减少；以及

负载需求值正在减少。

燃烧不稳定性的不稳定性阈值在15毫巴至50毫巴的范围内，其中典型值在24毫巴至34毫巴的范围内。燃烧不稳定性是燃烧室内的压力的波动，尽管压力可以在燃烧室外部测量，但是在这种情况下，如对技术人员来说将明显的，燃烧室外部的压力波动值是相对于燃烧室内的压力波动而言的。

用于启用瞬态主动引燃控制的瞬态份额补偿阈值在0.01％至5％的范围内，其中优选值在0.01％至2％的范围内。例如，在施加稳定状态补偿的情况下预先安排的引燃燃料份额可以是25％；如果瞬态份额补偿阈值是比方说2％；因此，启用瞬态主动引燃控制的阈值是27％的引燃燃料份额。

预先安排的引燃燃料份额具有2％至80％的实际范围，尽管通常大多数发动机将具有在5％至25％的范围内的预先安排的引燃燃料份额，而最频繁的操作在5％至15％的范围内。稳定状态主动引燃份额补偿在-5％至5％的范围内，优选地在-2％至2％的范围内。瞬态主动引燃份额补偿在1％至25％的范围内，并且最常见地在2％至10％的范围内。在极端情况下，瞬态主动引燃份额补偿可以在0.01％至25％的范围内。在瞬态主动引燃份额补偿被施加至预先安排的引燃燃料份额的情况下，引燃燃料份额可以在2％至80％的范围内，但是最常见地在5％至15％的范围内。

在启用瞬态主动引燃控制之后，在步骤114和116中存在延迟，以确认不稳定性是真实且持续的，从而需要附加引燃燃料份额被施加。如果不稳定性在该延迟内回落到不稳定性阈值以下，则主动引燃份额控制不需要干预。确认延迟在0.1毫巴-秒至10毫巴-秒的范围内，优选地4毫巴-秒至5毫巴-秒；确认延迟是逆误差-时间延迟，其中延迟随着超过阈值的超调量增加而减小，以更快地响应于更大的不稳定性。

当在步骤116中确认延迟完成时，如果在步骤118中瞬态主动引燃份额补偿低于适用于瞬态状况的当前瞬态份额补偿，则在步骤120中将瞬态主动引燃份额补偿初始化成该当前瞬态份额补偿。

在步骤112中燃烧不稳定性保持高于阈值的同时，然后在步骤122中以固定速率增加瞬态主动引燃份额补偿，从而增加引燃燃料份额以改善燃烧稳定性。该固定速率在0.1％/s至5％/s的范围内，并且其中优选值在0.5％/s至1％/s的范围内。同时，在步骤122中禁用稳定状态主动引燃份额补偿的控制。

已经检测到瞬态发动机状况，瞬态主动引燃份额补偿被设置成使得总引燃燃料份额被非常快速地调整至正确的值，以减少瞬态燃烧不稳定的影响和随后这可能引起的火焰失效的振动。

一旦在步骤112中燃烧不稳定性不再高于由瞬态主动引燃份额补偿进行的干预的阈值，方法100就会在步骤126和128中等待设定延迟，以在减少瞬态主动引燃份额补偿之前留出时间以供燃烧可接受地稳定下来，以便回到正常稳定状态操作。在减少瞬态主动引燃份额补偿之前的这个延迟在0.1秒至5秒的范围内，并且通常在2秒至3秒的范围内。

一旦在步骤128中完成设定延迟，瞬态主动引燃份额补偿就逐渐减少至零，以恢复燃气涡轮发动机10的正常稳定状态操作。

在步骤130中，瞬态主动引燃份额补偿的这种逐渐减少至零可以以快速斜坡降低(off)速率(步骤132)或慢速斜坡降低速率(步骤134)——如通过瞬态主动引燃份额补偿是否大于慢速斜坡降低速率启用阈值确定的——进行。慢速斜坡降低速率启用阈值具有在总燃料量的1％至10％的范围内的值，其中典型值在2％至5％的范围内，例如总燃料量的2.5％。

在步骤132中，在瞬态主动引燃份额补偿大于慢速斜坡降低速率启用阈值的情况下，快速斜坡降低速率在0.1％/s至5％/s范围内，其中典型值在0.5％/s至1％/s的范围内。

在步骤134中，在瞬态主动引燃份额补偿小于或等于慢速斜坡降低速率启用阈值的情况下，慢速斜坡降低速率在0.01％/s至1％/s的范围内，其中典型值在0.2％/s至0.3％/s的范围内。

任何燃气涡轮发动机的慢速斜坡降低阈值可以在发动机试运转期间和针对任何单个发动机的特定特性来设置，并且可以在使用中调整。

一旦瞬态主动引燃份额补偿被步骤132或134中发生的减少降低到步骤110中用于稳定状态操作的最大补偿以下，就在步骤124中重新启用稳定状态主动引燃份额补偿控制。

在步骤136中，针对要限制的任何份额补偿在任何瞬间确定最大份额补偿。最大份额补偿是以下二者中的较低者：

a)瞬态主动引燃份额补偿的预定最大限度或固定最大限度，并且其在10％至25％的范围内，其中典型值在15％到20％的范围内，以及

b)由施加有稳定状态主动引燃份额补偿的当前预先安排的份额与还施加有瞬态主动引燃份额补偿的允许的设定最大引燃份额之间的差确定的最大引燃燃料份额补偿，并且其在40％至85％的范围内，其中典型值在60％至65％的范围内。

在步骤138中，将瞬态主动引燃份额补偿与最大份额补偿进行比较。

在步骤140中，如果在步骤138中瞬态主动引燃份额补偿高于最大份额补偿，则最大份额补偿被施加至瞬态主动引燃份额补偿。最大份额补偿的确定和施加具有在较高的预先安排的引燃燃料份额处减少瞬态主动引燃份额补偿的允许的最大值的效果，在较高的预先安排的引燃燃料份额处施加至预先安排的引燃燃料份额的瞬态引燃燃料份额补偿具有较小的效果。在较低的燃气涡轮发动机输出下，例如，在低于40％的最大发动机输出功率下，出现较高的预先安排的引燃燃料份额。

预先安排的引燃燃料份额具有2％至80％的绝对最小和最大范围，多半地预先安排的引燃燃料份额在5％至25％的范围内，其中最频繁的范围是5％至15％。

由于该控制从不应当施加负的引燃燃料份额补偿，因此在步骤142中向瞬态主动引燃份额补偿施加为零的最小限制。

方法100是连续重复的，开始于110，并且一旦步骤142完成，就再次开始。

本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及/或者因此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合方式进行组合，但至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合除外。

除非另有明确说明，否则本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等效或类似目的的可替选的特征替代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是等同或类似特征的通用系列的一个示例。

本发明不限于前述一个或更多个实施方案的细节。本发明延伸到本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖特征或任何新颖特征的结合，或者延伸到因此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖方法或过程的步骤或任何新颖方法或过程的步骤的结合。

Claims (16)

1.一种控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，

所述方法包括以下步骤：

根据所述燃气涡轮发动机的负载向所述燃烧器供应总燃料量，所述总燃料量通过预先安排的引燃燃料份额被分成引燃燃料量和主燃料量，

所述引燃燃料份额是所述引燃燃料量占所述总燃料量的百分比，

监测燃烧不稳定性，

当超过所述燃烧器的预定温度和/或超过燃烧不稳定性的预定值时，向所述预先安排的引燃燃料份额施加稳定状态主动引燃份额补偿以产生稳定状态引燃燃料份额，所述稳定状态主动引燃份额补偿被自动调整，

其特征在于，

监测所述燃气涡轮发动机的影响所述燃烧器中空气/燃料比的状况，

当所述燃气涡轮发动机的状况指示瞬态状况并且当超过燃烧不稳定性的阈值时，禁用所述稳定状态主动引燃份额补偿的调整，以及

向所述稳定状态引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿，同时保持在任何时间点供应所述总燃料量，所述瞬态主动引燃份额补偿和所述稳定状态主动引燃份额补偿产生总份额补偿，

所述总份额补偿大于所述稳定状态主动引燃份额补偿，以及

所述瞬态主动引燃份额补偿的变化速率比所述稳定状态主动引燃份额补偿的变化速率快。

2.根据权利要求1所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

当所述燃气涡轮发动机的状况指示稳定状态状况或者当燃烧不稳定性低于燃烧不稳定性的预定值时，

所述瞬态主动引燃份额补偿减少至零，并且重新启用所述稳定状态主动引燃份额补偿的调整，以调整所述预先安排的引燃燃料份额，同时保持在任何时间点供应所述总燃料量。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述燃气涡轮发动机的影响所述燃烧器中空气/燃料比的状况是以下组中的任何一个或更多个：

可变导向轮叶的位置，

吹气阀的位置，

放气阀的位置，

燃料能量输入速率，

所述发动机的旋转速度需求，

负载需求值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

施加有所述稳定状态主动引燃份额补偿和/或所述瞬态主动引燃份额补偿的引燃燃料份额的最大值在2％至85％的范围内，优选地在40％至85％的范围内，更优选在60％至65％的范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述预先安排的引燃燃料份额在2％至80％的范围内，优选地在5％至25％的范围内，并且更优选地在5％至15％的范围内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述稳定状态主动引燃份额补偿在-5％至5％的范围内，优选地在-2％至2％的范围内。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

当燃烧不稳定性高于所述阈值时，所述瞬态主动引燃份额补偿在0.01％至25％的范围内，优选地在1％至25％的范围内，更优选地在2％至10％的范围内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，包括以下步骤：

向所述预先安排的引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿，同时保持在任何时间点供应所述总燃料量，

所述瞬态主动引燃份额补偿使所述引燃燃料份额在2％至80％的范围内，优选地在5％至15％的范围内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述瞬态主动引燃份额补偿以每秒0.1％至5％的范围内的速率，优选地以每秒0.5％至1.0％的范围内的速率被施加。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

当燃烧不稳定性超过所述阈值时，在超驰所述稳定状态主动引燃份额补偿控制并且向所述预先安排的引燃燃料份额施加瞬态主动引燃份额补偿之前存在确认延迟，同时保持在任何时间点供应所述总燃料量，

所述确认延迟在0.1毫巴-秒至10毫巴-秒的范围内，优选地4毫巴-秒至5毫巴-秒，并且所述确认延迟是逆误差-时间延迟，其中所述延迟随着超过所述阈值的超调量增加而减小。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

燃烧不稳定性的阈值是燃烧的设定频带中压力波动的幅值，优选地，燃烧不稳定性的阈值是15毫巴与50毫巴之间的值，更优选地，24毫巴与34毫巴之间的值。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

当所述燃烧不稳定性低于所述阈值时，在减少所述瞬态主动引燃份额补偿之前设置斜坡降低延迟。

13.根据权利要求12所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述斜坡降低延迟是在0.1秒与5秒之间的值，优选地在2秒与3秒之间的值。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

在所述瞬态主动引燃燃料份额保持高于慢速斜坡降低速率启用阈值时，以快速斜坡降低速率减少所述瞬态主动引燃份额补偿，以及/或者

当所述瞬态主动引燃份额补偿低于所述慢速斜坡降低速率启用阈值时，以慢速斜坡降低速率减少所述瞬态主动引燃份额补偿。

15.根据权利要求14所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，

所述快速斜坡降低速率在每秒0.1％至5％的范围内，优选地在每秒0.5％至1.0％的范围内，以及

所述慢速斜坡降低速率在每秒0.01％至1％的范围内，优选在每秒0.2％至0.3％的范围内，以及

所述慢速斜坡降低速率启用阈值是在1％至10％的范围内的值，优选地在2％至5％的范围内的值，高于所述稳定状态引燃燃料份额。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的控制燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

当用于所述瞬态状况的所述瞬态主动引燃份额补偿和所述瞬态份额补偿二者不再高于用于所述稳定状态主动引燃份额控制的最大量时，启用所述稳定状态主动引燃份额。