CN1231394A - 用于液体燃料的燃烧器的装置 - Google Patents

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奥尔多·A·佩拉奇奥
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Abstract

一种用于具有液体燃料供应器和燃烧器的系统的装置,包括致动器、控制器和预混器。控制器产生指示来自燃料致动器的指令信号。致动器接收来自供应器的液体燃料并提供具有调整流率的液体燃料。预混器接收来自致动器的燃料,并将燃料与空气混合,而将混合物供给燃烧器。控制器包括用于确定来自燃料致动器的动作而使致动器提供调整流率的液体燃料的装置;及用于产生所述动作的指令信号的装置。

Description

用于液体燃料的燃烧器的装置
本发明涉及燃烧器，特别是用于采用预混的液体燃料/空气混合物的燃烧器的装置。
各种燃气轮发动机已是公知的。通常的燃气轮发动机具有环形轴向延伸流路，用于引导工作流体依次通过压缩机部、燃烧部和涡轮部。燃烧部将工作流体(通常为空气)与燃料混合并点燃燃料/空气混合物。
燃气轮发动机通常烧的是煤。这种燃烧的负面结果是生成氮的氧化物，常写为NOx。氮氧化物是能引起健康和环境问题的污染物。国家标准对排放到空气中的NOx的含量制定了限制。
在燃气轮发动机中NOx产物的比率取决于燃烧室内的温度。当可燃烧的燃料/空气混合物具有理想配比的燃料与空气比，通常称为理想配比混合物时，产生最高的温度和最大的比率。具有燃料与空气比小于理想配比的混合物，通常称为贫混合物，产生比理想配比混合物低的温度和低的比率。提高贫混合物的贫度产生更低的温度和更低比率的NOx产物。
当采用贫混合物以获得低比率NOx时，需要在混合物到达燃烧器之前将液体燃料和大比例的空气混合。这种方法，通常称为预混，采用预混合器来提高供给燃烧器的混合物的均匀度。燃料在预混合器中经历足够长的时间以保证适当雾化，气化，并与空气混合。该时间通常称为滞留时间，可以为约1或2毫秒但一般超过4毫秒。不预混的情况下，燃烧器的一些区域最后得出的是极贫的混合物，而另一些区域最后得出的是配比较高或更接近理想配比的混合物。较高的混合物燃料空气比的均匀度导致燃烧器内较低的峰值温度和减少的NOx。
然而，即使经过预混，其它情况也会有效地限制混合物的贫度。燃料空气比太低的混合物不能维持燃烧并最终导致熄火状态，通常称为“贫熄火”。此外，具有较高燃料空气比的混合物能维持燃烧，但却在燃烧器的压力值和热量释放率上产生波动。在一些情况下，这两种波动时间关系为燃烧器压力值的波动引起热量释放率波动振幅的增大，反之亦然。这种状态，通常称为燃烧的不稳定性，会引起燃烧器内压力值大的波动。这种波动的重复率(频率)取决于应用。对于工业燃气轮发动机来说，该频率一般在大约100Hz到大约700Hz的范围内，通常为大约200Hz。因此周期通常为大约5毫秒。燃烧不稳定性的出现会导致诸多问题，包括机器的损坏。发生燃烧不稳定的可能性使得不能采用略高于贫熄火极限值的燃料空气比。
一种燃烧不稳定性被动控制的技术包括向燃烧器的侧壁喷射辅助性或导向的燃料混合物。授予McVey等人的美国专利No.5,263,325公开了这种技术的一个实例。然而，采用导向的燃料混合物并不能充分降低燃烧不稳定性而不引起NOx产物比率的明显提高。
另外几篇参考文献公开了燃烧不稳定性的主动控制。英国专利申请GB-A-2239691公开了一种主动控制，其采用压力转换器来测量燃烧室中的压力波动并用伺服阀来调整供应燃烧的燃料的量。授予Poinsot等人的美国专利No.5,145,355公开了一种装置，检测燃烧不稳定性并调整作为不稳定性函数的喷入燃烧室的燃料的流量。授予Brough的美国专利No.5,575,144公开了一种系统，检测燃烧器压力脉冲，计算抵消脉冲以抵消主压力脉冲并周期性地从燃烧器中抽出计量体积的空气以产生抵消脉冲。然而，这些参考文献都没有显示这些系统可以用于燃烧预混的液体燃料/空气混合物的燃烧器。
授予Kondou等人的美国专利No.5,445,517公开了一种燃烧器的自适应消音系统。该系统计算燃烧噪音的反相信号并向气流控制阀输入该信号，从而在燃气中产生压力变化并在燃烧室中产生压力变化，而通过相位干涉抑制燃烧噪音。该系统在气流控制阀和燃烧室之间采用混合室，但是Kondou并没有表示该系统可以用于燃烧预混的液体燃料/空气混合物的燃烧器。
授予Stickler等人的美国专利No.5,349,811公开了减少NOx产物形成的系统。该系统调整向燃烧器的燃料传输比以在燃烧室内产生燃烧器空气输入流波动和体积流波动，提高了整个燃烧室内的燃料/空气均匀性，并减少了有利于形成NOx的条件。然而，Stickler并没有表示该系统可以用于燃烧预混的液体燃料/空气混合物的燃烧器，而是采用该系统作为预混的供选择的方案。
因此至少在本发明的优选实施例中可以看出：本发明提供了能供应具有暂时调整的理想配比(即燃料空气比)的预混液体燃料/空气混合物的装置；控制燃烧器的燃烧不稳定性幅值的装置，其中燃烧器中燃烧预混液体燃料/空气混合物；控制燃气轮发动机燃烧器中压力振动幅值的装置，其中燃烧器中燃烧预混液体燃料/空气混合物；控制燃烧不稳性幅值并且不会明显提高燃烧器内NOx产物比率的装置。
根据本发明的第一方面，用于具有液体燃料供应器和燃烧器的系统的装置包括燃料致动器、控制器和预混器。控制器产生指示来自燃料致动器的指令信号。致动器接收来自液体燃料供应器的液体燃料，并响应指令信号而提供具有调整流率的液体燃料。预混器接收来自致动器的燃料，并将燃料与空气混合，而将混合物供给燃料器。
该系统可以是燃气轮发电厂，该装置还可以包括燃气轮发动机，该发动机包括具有所述预混器和燃烧器的燃烧炉，预混器接收来自致动器的燃料，将燃料与空气混合并将混合物供给燃烧器。
根据本发明的第二方面，用于具有燃料致动器的系统的控制器(该燃料致动器接收液体燃料和指令信号，根据指令信号以调整的流率向预混器提供液体燃料，其中预混器接收来自燃料致动器的调整的液体燃料流，将液体燃料与空气混合，并将液体燃料与空气的混合物供给燃烧器)包括用于确定来自燃料致动器的动作而使致动器提供调整流率(flow rate)的液体燃料的装置；及用于产生指示来自燃料致动器的所述动作的指令信号的装置。
在这里所采用的术语“调整”不包括准稳态操作，诸如在燃气轮发动机中广泛采用的操作，以根据发动机工作状态的变化而改变进入燃烧炉的燃料流率。这些燃料速度的变化通常很慢，通常经历许多秒或许多分钟的持续时间。与本发明中以周期性速度变化的调整的燃料速度相反，其频率通常为数百Hz。
尽管采用对进入燃烧器的燃料流率进行调整的系统是公知的，但迄今为止，这种调整不能用于燃烧预混液体燃料/空气混合物的燃烧器。预混器的作用是混合，因此，预混器实际上抵消，即消除调整。如果预混器燃料的滞留时间与调整周期的时间长短在同一水平上或更高，或者如果调整流率只占整个进入预混器的燃料流率的1/2，或1/3或1/6，则抵消发生的可能性更大。然而，已经确定：预混对于燃料流率的调整是合适的，即调整的燃料流率可以用于燃烧预混液体燃料/空气混合物。
下面参照附图示例性描述本发明的优选实施例，其中：
图1为采用本发明的燃气轮发电厂的简化示意图；
图2为局部剖开的预混燃料喷嘴和本发明采用的液体燃料致动器、控制器、传感器的简要表示的局部侧视图；
图3为沿3-3线的图2中预混燃料喷嘴的剖视图；
图4为示出在典型的燃烧不稳定性周期中燃烧器压力振动幅值的图形；
图5为示出在典型的燃烧不稳定性周期中燃烧器压力振动幅值的另一图形；
图6为用于本发明优选实施例的控制算法的简化流程图；
图7为示出采用或不采用本发明的优选实施例的燃烧器压力振动幅值的图形；
图8为采用和不采用本发明优选实施例的燃烧器压力振动幅值和NOx产物的振动幅值的图形。
根据在图1所示的燃气轮发电厂中使用的一实施例说明本发明。参照图1，燃气轮发电厂20包括燃气轮发动机22、动力涡轮和发生器26、燃料系统30和发动机控制器34。燃气轮发动机在发动机控制器34的控制下接收来自燃料系统30的燃料，并使燃料燃烧而向动力涡轮和发生器26提供动力。
燃气轮发动机22包括压缩机36、燃烧炉38(为清楚地表示而切去局部)和涡轮40。燃烧炉38通常包括多个(如16个)用44表示的预混器及一燃烧器48。预混器44绕燃烧炉38的上游端在圆周方向间隔布置。燃烧器48最好为环形的并位于预混器44的下游。预混器接收来自压缩机36的压缩空气50并将其与燃料混合，燃料从燃料系统30通过多条燃料线52提供。预混器44最好向燃烧器48提供在空间中大致均匀的混合物，燃烧器48随后将其燃烧。供给燃烧器48均匀的混合物有助于使燃烧器内NOx产物的比率最小化。
参照图2和3，各预混器44包括切向进气预混燃料喷嘴56。这种喷嘴是公知的，例如授予Synder等人的美国专利No.5,461,865和授予McCoomb等人的美国专利No.5,479,773。预混燃料喷嘴56包括一个或多个气道58、60、混合腔62、多个燃料管(有时称为辐条)66。气道和混合腔由具有纵轴72、74的部分圆柱体68、70相互偏心而形成(图3)。气道58、60各具有从压缩机36(图1)接收压缩空气50的入口76、78和与混合腔62连通的通气口80、82。各燃料管66具有与多条燃料线50之一相连的入口84(图1)和与混合腔62连通的喷头86。各燃料管66接收预混喷嘴56的总燃料流的等分部分，尽管这种均分并不是必需的。
预混喷嘴56还包括设置有在混合腔内径向对中的纵轴92的中心体90和出口94。中心体90在上游端96为锥形的而在下游端98为圆柱形的。空气和燃料在混合腔62内混合并从出口94排出喷嘴。
燃料要在混合腔62内经历足够长的时间，以保证它充分的雾化、气化并与空气混合。时间周期最好为至少3到4毫秒，尽管在一些实施例中较短的时间如1到2毫秒也是足够的。压缩空气从气道入口76、78运动到预混喷嘴56的出口94所花费的时间最好在8毫秒的数量级上。
再参照图1，燃料系统30可包括液体燃料供应器100和分配网102，将燃料供给多条(两条或更多条)燃料线，燃料线用第一燃料线104和第二燃料线106表示。各条燃料线104、106包括调节器108、110和计量器112、114。调节器108、110可以为通过信号线116与发动机控制器34电连接的阀，诸如伺服阀。计量器112、114可以为通过信号线117与发动机控制器34电连接的流量计，诸如涡轮流量计。第一和第二燃料线104、106连接多个向预混器44供应燃料的燃料线52。
发动机控制器34提供指令调节器108、110的电信号并确定通过调节器108、110的燃料流率。这些流率接下来确定通过燃料线104、106的平均燃料流率和供给燃烧器48的混合物燃料空气比的平均。计量器112、114向发动机控制器提供指示通过调节器108、110的实际燃料流率的电信号。通过调节器108、110的流率在很多秒甚至是很多分钟的持续时间内通常为准稳定的，意思是速度的变化非常慢。
混合物的燃料空气比最好为贫的，更可取的是略高于贫熄火的极限值。这种比率能维持燃烧并有助于使燃烧器内NOx的比率和量最小化。然而，该比率也会导致燃烧不稳定性，其中燃烧器压力值的振动会增大热量释放比率的振幅，反之亦然。燃烧的不稳定性会使燃烧器内的压力幅值引起更大的振动。
参照图4，图形118具有曲线119，示出这种振动的全振幅在20磅/平方英寸(psi)的数量级上。参照图5，图形120具有曲线121，示出振动的幅值可以用多个频率分量来表示，各分量与其它分量相比具有不同的幅值。此处幅值表示成相对于参考幅值的分贝数(dB)，采用以下的式子：20log(全振幅/参考幅值)。具有最高幅值的频率分量通常在较窄的频率范围内，这里称为基本振动频率范围。
参照图1，燃气轮发动机22还包括提供指示燃烧不稳定性出现的传感器122。在一优选实施例中，传感器122为检测燃烧室中压力的压力传感器，当然也可采用其它合适类型的传感器，包括但并不限于以下类型：热传感器、光传感器或振动传感器。压力传感器可包括位于燃烧器48内的探针123和通过信号线126与发动机控制器34电连接的远程变换器124。压力传感器提供具有在图形128中一定持续时间上简化示出的幅值的信号，图形128表示燃烧器中压力幅值的振动。
第二燃料线106还包括调整通过第二燃料线106的燃料流率的燃料致动器130。燃料致动器可以包括诸如螺线控制阀的阀和通过信号线136与发动机控制器34电连接的阀驱动器132。第二燃料线106还可以包括蓄能器134，位于致动器130的上游，稳定燃料线中的燃料压力而进入燃料致动器130。燃料线中的稳定压力有助于燃料系统30提供通过致动器130的调整的燃料流率。
发动机控制器响应来自传感器122的线126上的信号而在线136上发出指令信号。指令信号指示致动器130并产生通过燃料线106的调整燃料流率。燃料流率的调整有效地改变了燃烧器压力幅值振动和热量释放比率振动之间的时间关系，即相位关系。这种改变带来了振动之间耦合的降低并随之带来燃烧器压力振动幅值的减小。
在该优选实施例中，指令信号具有在图形138中一定持续时间上简化示出的幅值，该幅值表示对阀的周期性“开”指令140和“关”指令142。这使阀周期性地对应通过阀的最大流率调整燃料流“开”，并对应通过阀的最小流率调整燃料流“关”。“开/关”循环周期144的长度最好大致等于燃烧器压力幅值振动的周期146。控制器最好将“开/关”循环周期的开始时间147相对于燃烧器压力幅值振动的周期的开始时间148延迟(相移)。时间延迟或相移的大小可以选择，以便产生燃烧器振动幅值149最大程度的降低。调整的工作周期最好是对周期146的大约50％为“开”，大约50％为“关”。这种工作循环具有对称性，类似于燃烧器压力幅值的振动。该工作循环也会导致通过致动器130的平均燃料流率，大约为通过致动器的“开”燃料流率的一半。
在路线中，采用只具有一个预混燃料喷嘴的副燃烧炉(未示出)。第一燃料线104在燃料喷嘴56与五个燃料管66的入口84相连(图3)，第二燃料线106与一个燃料管66的入口84相连(图3)。设定通过致动器的“开”燃料流率的大小以便向燃料管提供大致等于供给其它五个燃烧管的平均燃料流率。因此，来自致动器130的燃料流率占喷嘴56的总燃料流率的1/6。第一燃料线104向喷嘴56提供总燃料流率的5/6。使致动器只供应流向预混器的总燃料流率的一部分的好处在于降低了通过致动器的平均流率，并因此使致动器易于设计和制造，同时还降低了燃烧的不稳定性，预混器提供一种具有空间均匀但是暂时调整的燃料空气比的混合物。
从通用阀公司(General Valve Corporation)可买到的螺线控制阀(P/N9-967-901)和螺线控制阀驱动器(Iora One)正适合于采用如上所述的副燃烧炉的本实施例。该螺线控制阀是P/N9-967-900螺线控制阀的一种变形，但其特别地构成为能具有尽可能快的响应时间和尽可能高的流率。阀采用枢轴/开口结构，流体流过阀的方向有助于阀从“关”变为“开”。对于许多阀来说，阀变为“开”所需的时间比变为“关”所需的时间更大程度上取决于流体流动的方向。阀驱动器接受来自控制器的指令信号并产生引起阀相应地“开”或“关”的信号。当指令信号为“开”指令时，阀驱动器通过提供高压，如300V，来响应螺线控制阀以加快阀从“关”状态转变为“开”状态，大约500毫秒之后，电压降至其大小只够螺线管阀维持在“开”状态。
存在多种可能构形用于调整进入燃烧炉38的燃料流率。例如，调整后的燃料流率可以供给一个或多个预混喷嘴。此外，调整后的燃料流率可以供给每个喷嘴上的一个或多个燃料管。此外，一些接收调整后的燃料流的喷嘴可能会比其它喷嘴接收更多的燃料流。
无论是哪种结构，致动器130应能提供所需的调整燃料流率而不会引起太大的压力下降而耗尽有效的燃料供应压力。适当的时候，致动器可以包括多个致动器，如并联的多个螺线控制阀。在一些实施例中，可以采用类似于汽车燃料喷射器的致动器来代替如上所述的螺线控制阀。然而，汽车燃料喷射器通常不具有上述螺线控制阀那么高的流率，因此，为了提供所需的调整后的流率，需要多个这样的燃料喷射器。当然，需要多于一个的燃料线来调整和/或将所需的调整的燃料流率传递给燃烧炉。
尽管该优选实施例采用螺线控制阀作为燃料致动器以提供“开/断”调整燃料流率，也可以采用任何其它合适的致动器和调整，包括(但并不限于)伺服阀和正弦调整的燃料流率。
发动机控制器34最好包括压缩机150，存储器152，输入/输出(I/O)部154及带有与控制器34的各元件相连的接头158的总线156。存储器中存储的程序包括：控制算法，控制发动机控制器34处理传感器信号122，并对燃料系统30产生适当的指令信号。I/O部154可包括过滤传感器信号幅值的滤波器。滤波器使明显高于或明显低于基本频率范围的频率分量的幅值衰减。例如，在该优选实施例中，滤波器包括在频率100HZ和300HZ处提供-3dB衰减的模拟带通滤波器。
参照图6，简化的流程图170示出了在该优选实施例中由发动机控制器34实施的控制算法的执行步骤。该算法最好以大致周期性的间隔执行，例如大约每隔2.5毫秒。算法在标有“开始”的步骤172开始，在指令步骤174，算法通过模数(A/D)转换器开始进行滤波传感器信号幅值的测量以获得此时幅值的数字表示。
在步骤176,178,180，算法执行递加相移。算法在存储部152采用了包括序列1到n的存储位置相移器，该相移器选择性地作为存储缓存器。每个存储位置存贮示为“幅值(位置1)”到“幅值(位置n)”的幅值大小。缓存器中存储位置的总数可以结合算法的执行速度进行选择，以提供所需的相移。这种相移器是公知的。在步骤176，最后存储位置的幅值移出缓存器，完成在该幅值的相移。在步骤178，以前存储在缓存器中的所有其它幅值移到下一个相应的存储位置。在步骤180，算法在第一存储位置存储最新测量的幅值。在该优选实施例中，相移的幅值在执行算法之前根据实验确定。然而，也可以采用其它合适的方法确定相移，包括(但不限于)自适应算法。
在步骤182,184,186，算法根据相移在步骤176最新完成的幅值而产生指令信号。步骤182确定幅值是否高于阈值幅值，如0，如果是的话，步骤184产生幅值代表“开”指令的指令信号。否则，步骤186产生幅值代表“关”指令的指令信号，步骤184,186可以采用数模转换器来产生随后输出到致动器130的指令信号，阈值幅值可以改变以便产生所需的开/关工作循环。如果振动相对于0对称，0阈值幅值导致50％开/50％关的工作循环。
算法在步骤180退出。随着算法170的执行持续了一段时间，步骤174产生一系列总地代表在持续时间内滤波传感信号的幅值的一系列的幅值。步骤176,178,180对在步骤174产生的每个幅值作用时间延迟或相移。步骤182、184、186根据相移幅值产生一系列指令信号幅值，这些幅值总地表示持续时间内的整个指令信号。
本领域的技术人员会认识到：尽管该优选实施例中的控制器包括编程硬件，即可以由计算机软件执行，控制器也可以采取其它形式，包括硬连线的硬件结构，制成集成电路形式的硬件，稳固器或上述各种形式的组合。应该明白尽管该优选实施例包括带周期性采样信号的数字系统，本发明也可以为带连续信号的模拟系统，或数字和模拟系统的组合。尽管本实施例的控制系统采用恒定的增益和预定的相移，但这并不排除采用具有变化的增益和变化的相移的自适应控制系统。
参照图7，图形190显示了本发明的一些可能的优点，图形190具有两条曲线192,194，提供在副燃烧炉实验中收集的信息。曲线192表示采用本发明一优选实施例的燃烧器压力振动的幅值。另一条曲线194示出不采用本发明该优选实施例的幅值。至于图形120(图5)，图形190表示作为多个频率分量的振动的幅值，各频率分量与其它分量相比具有不同的幅值。幅值相对于参考幅值用以下公式以dB表示：20log(全振幅/参考幅值)。曲线192、194的对比表明本发明在燃烧器压力振动幅值上提供14dβ的衰减。
参照图8，另一图形200显示本发明优选实施例的另外一些优点，图形200具有两条曲线202,204，提供在副燃烧炉实验中收集的信息，曲线202表示采用本发明一优选实施例时的不同燃料空气混合比下的燃烧室压力振动的幅值。另一条曲线204示出不采用本发明该优选实施例的不同混合比下的幅值。各曲线202、204上的点A代表燃料空气平衡比0.47(注意1.0对应理想配比)，各曲线上的点B代表混合比为0.49；点C代表混合比为0.51；占D代表混合比0.53；点E代表混合比0.56。其它点206示出不采用本发明的该优选实施例但采用各种导向喷射流率的幅值，所有的点206代表燃料空气平衡比0.49。水平虚线208示出振动的合适的幅值极限，振动的幅值相对于参考幅值用以下公式以dB表示：20log(全振幅/参考幅值)。
曲线202、204和点206也示出了各种情况下NOx产物的量，垂直虚线210表示NOx产物的量的合适的幅值极限。
曲线202、204的对比表明本发明的优选实施例无论燃料空气比的大小而提供振幅的衰减。该对比还表明本发明该优选实施例所获得的性能同时满足振动和NOx产物的幅值极限208、210。
本发明表明预混对于进入燃烧器的燃料流率的调整是适当的。预混器所提供的固有的混合不会抵消燃料流率的调整，即使燃料在预混喷嘴中的滞留时间比调整的周期长。即使在调整流率只占总流率的很小部分，如1/2或1/3或1/6时，情况也是如此。
尽管已参照优选实施例描述了本发明，本说明书并不意味着构成限定，本领域的技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的前提下参照本说明书可以对本发明优选实施例和附加实施例进行各种变形。例如，尽管公开的本发明用于控制燃烧不稳定性，但并不限于此。本发明还可以有其它合适的应用，因此权利要求书试图覆盖落入本发明真实范围内的各种修改和实施例。

Claims (15)

1．一种用于具有液体燃料供应器(100)和燃烧液体燃料和空气的混合物的燃烧器(48)的系统的装置，包括：
燃料致动器(130)，接收来自液体燃料供应器(100)的液体燃料，并响应指令信号而提供具有调整流率的液体燃料；
控制器(34)，产生对应所述调整流率的指令信号；以及
预混器(44)，接收来自所述燃料致动器的所述调整液体燃料，并将燃料与空气混合，而将混合物供给燃烧器(48)。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述系统进一步包括传感器(122)，提供指示燃烧器(48)内压力幅值振动的传感器信号，所述控制器(34)根据所述传感器信号提供所述指令信号，并且在燃烧器(48)内的所述混合物的燃烧导致所述振动幅值的减小。
3．如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述调整的流率具有循环周期，所述预混器(44)具有混合腔(62)，燃料在所述混合腔(62)中的滞留时间至少与所述调整流率循环周期的幅值在同一数量级上。
4．如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于，所述预混器(44)具有混合腔(62)，燃料在混合腔(62)中的滞留时间至少为约4毫秒。
5．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，由致动器(130)供给预混器(44)的燃料只占预混器(44)燃料流的一部分，其它部分的燃料流包括流率为准稳定流率的燃料流。
6．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，调整燃料流平均流率在大约进入燃烧器(48)的总燃料流的0.001到0.33的范围内。
7．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，调整燃料流平均流率在大约进入燃烧器(48)的总燃料流的0.01到0.16的范围内。
8．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，混合物的平衡燃料空气比在大约0.4到0.6的范围内。
9．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述控制器(34)包括；
测量所述传感器信号以产生指示燃烧器内压力幅值的测量信号的装置；
由所述测量信号产生相移信号的装置；
从所述相移信号产生所述指令信号的装置。
10．如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述系统为燃气轮发电厂，所述装置还包括；
具有压缩机(36)、燃烧炉(38)和涡轮(40)的燃气轮发动机(22)，所述燃烧炉(38)具有所述预混器(44)和所述燃烧器(48)，所述预混器(44)接收来自所述压缩机(36)的压缩空气并将其与来自所述燃料致动器(130)的所述调整液体燃料混合以产生燃料和空气的混合物，所述燃烧器(48)接收和燃烧所述所述燃料和空气的混合物，所述涡轮(40)接收所述燃烧产物。
11．一种用于具有燃料致动器(130)的系统的控制器(34)，所述燃料致动器(130)接收液体燃料和指令信号并响应指令信号而提供具有调整流率的液体燃料，所述系统还具有预混器(44)，预混器接收来自燃料致动器的调整液体燃料流，将液体燃料与空气混合，并将液体燃料和空气的混合物供给燃烧器(48)，所述控制器(34)包括：
用于确定来自燃料致动器(130)的动作而使致动器提供调整流率的液体燃料的装置；及
用于产生指示来自燃料致动器的所述动作的指令信号的装置。
12．如权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述系统进一步包括传感器(122)，提供指示燃烧器(48)内压力幅值振动的传感器信号，所述确定装置根据所述传感器信号确定动作，并且在燃烧器(48)内的所述混合物的燃烧导致所述振动幅值的减小。
13．如权利要求11或12所述的控制器，其特征在于，所述用于确定的装置包括；
测量所述传感器信号以产生指示燃烧器内压力幅值的测量信号的装置；
由所述测量信号产生相移信号的装置。
14．如权利要求11到13中任一项所述的控制器，其特征在于，所述用于产生指令信号的装置包括接收所述相移信号并由此产生指令信号的装置。
15．如权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述接收所述相移信号并由此产生指令信号的装置包括将所述相移信号与阈值幅值比较并根据结果产生具有表示开指令或关指令的幅值的指令信号的装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104204469A (zh) * 2012-03-16 2014-12-10 索拉透平公司 具有气体监测器的气轮机控制系统

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4633976B2 (ja) * 2001-08-24 2011-02-16 三菱重工業株式会社 ガスタービン用燃焼器の燃焼振動監視装置
US7775052B2 (en) 2004-05-07 2010-08-17 Delavan Inc Active combustion control system for gas turbine engines
US7337057B2 (en) * 2004-05-28 2008-02-26 General Electric Company Methods and apparatus for predicting and/or for avoiding lean blow-outs
US8162287B2 (en) 2005-12-29 2012-04-24 Delavan Inc Valve assembly for modulating fuel flow to a gas turbine engine
US7665305B2 (en) 2005-12-29 2010-02-23 Delavan Inc Valve assembly for modulating fuel flow to a gas turbine engine
US8239114B2 (en) 2008-02-12 2012-08-07 Delavan Inc Methods and systems for modulating fuel flow for gas turbine engines
US8200410B2 (en) 2008-03-12 2012-06-12 Delavan Inc Active pattern factor control for gas turbine engines
US8434310B2 (en) 2009-12-03 2013-05-07 Delavan Inc Trim valves for modulating fluid flow
US11015808B2 (en) 2011-12-13 2021-05-25 General Electric Company Aerodynamically enhanced premixer with purge slots for reduced emissions

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2765618A (en) * 1952-04-02 1956-10-09 Robert E Houle Fuel feeding to resonance type jet propulsion engines
FR2645247B2 (fr) 1988-06-22 1991-06-07 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de controle actif des instabilites de combustion
EP0428373A3 (en) * 1989-11-13 1991-08-28 Control Techtronics, Inc. Acoustical burner control system and method
IT222407Z2 (it) 1989-11-29 1995-04-01 Zanussi Elettromecc Valvola perfezionata per compressori frigoriferi
JPH07501137A (ja) * 1991-11-15 1995-02-02 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ガスタービン設備の燃焼室内の燃焼振動抑制装置
US5263325A (en) 1991-12-16 1993-11-23 United Technologies Corporation Low NOx combustion
KR0130635B1 (ko) 1992-10-14 1998-04-09 모리시타 요이찌 연소 장치의 적응 소음 시스템
US5349811A (en) 1992-12-16 1994-09-27 Avco Corporation Pulsed fuel injection system for reducing NOx emissions
US5461865A (en) 1994-02-24 1995-10-31 United Technologies Corporation Tangential entry fuel nozzle
US5479773A (en) 1994-10-13 1996-01-02 United Technologies Corporation Tangential air entry fuel nozzle
US5575144A (en) 1994-11-28 1996-11-19 General Electric Company System and method for actively controlling pressure pulses in a gas turbine engine combustor
GB2306216B (en) * 1995-10-13 1997-12-24 Us Energy Combustor oscillating pressure stabilization and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104204469A (zh) * 2012-03-16 2014-12-10 索拉透平公司 具有气体监测器的气轮机控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990063325A (ko) 1999-07-26
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EP0926325A2 (en) 1999-06-30
BR9805618A (pt) 2001-03-20

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