[發明專利]用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰的系統和方法

無效

• 申請號: 200910246835.4
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101900641A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: G·O·克拉梅;J·M·斯托里;J·利平斯基;J·E·梅斯特羅尼;D·L·威廉森;J·R·馬薩爾;A·克魯爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范曉斌;譚祐祥

技術領域

本申請總體上涉及用于檢測燃氣渦輪機部件內火焰的系統和方法，尤其涉及用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰的系統和方法。

背景技術

許多燃氣渦輪機包括壓縮機，燃燒器和渦輪機。壓縮機生成供應給燃燒器的壓縮空氣。燃燒器將壓縮空氣與燃料燃燒產生空氣-燃料混合物，該混合物被供應給渦輪機。渦輪機從空氣-燃料混合物中提取能量以驅動負載。

在許多情況下，燃氣渦輪機包括多個燃燒器。燃燒器可位于壓縮機和渦輪機之間。例如，壓縮機和渦輪機可沿公共軸線排列，且燃燒器可繞公共軸線以環形陣列的方式布置在壓縮機和渦輪機之間，處于渦輪機入口處，在運行中，來自壓縮機的空氣可通過其中一個燃燒器進入到渦輪機中。

燃燒器可在相對較高的溫度下運行以確保空氣和燃料充分燃燒，提高效率。燃燒器在高溫下運行會產生一個問題，即會產生相對較多的氮氧化物(NO_X)，這會對環境產生負面影響。

為了減小NO_X的排放，一些現代燃氣渦輪機使用燃料噴嘴。例如，每個燃燒器可配套多個燃料噴嘴，諸如預混合燃料噴嘴，這些燃料噴嘴可在燃燒器的入口處繞燃燒器以環形陣列的方式布置。在正常操作期間，來自壓縮器的空氣經燃料噴嘴進入燃燒器。在燃料噴嘴內，空氣與燃料預混合形成空氣-燃料混合物。然后空氣-燃料混合物在燃燒器內燃燒。預混合空氣和燃料使得燃燒器在相對較低的溫度下運行，這就減少了燃燒過程中生成的副產物NO_X。

雖然在燃料噴嘴內預混合可以減小NO_X的排放，但燃料噴嘴存在它們自身的問題。例如，燃料噴嘴可能著火或保留火焰。燃料噴嘴內有火焰的一個常見原因是回火，其中，火焰從燃燒器的燃燒區域向后進入燃料噴嘴。燃料噴嘴內有火焰的另一個常見原因是自燃，其中，由于燃料組分、燃料流動、空氣流動或燃料噴嘴表面等的不規則性會引起燃料噴嘴獨立地著火。不管什么原因，燃料噴嘴可傾向于持有或保留火焰，這會損壞燃料噴嘴或燃氣渦輪機的其他部分。

因此，可采取補救措施以減小或消除燃料噴嘴內的火焰，檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰存在的技術已經得到了發展。這些技術采用傳感器，諸如溫度傳感器，光子發射傳感器，或離子傳感器等。通常，在每個燃料噴嘴內設置傳感器，從而可以檢測任何一個燃料噴嘴內的火焰。然而，由于渦輪機可配套多個燃燒器，每個燃燒器可配套多個燃料噴嘴，因此，在每個燃料噴嘴內設置傳感器會很昂貴。

因此，就需要檢測燃氣渦輪機的部件(諸如燃氣渦輪機的燃料噴嘴)內火焰存在的系統和方法。

發明內容

一種系統，其可以檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴周圍的火焰。燃氣渦輪機可具有壓縮機和燃燒器。該系統可包括第一壓力傳感器，第二壓力傳感器，以及變換器。第一壓力傳感器可檢測燃料噴嘴上游的第一壓力。第二壓力傳感器可檢測燃料噴嘴下游的第二壓力。變換器可以可操作以檢測第一壓力傳感器和第二壓力傳感器之間的壓差。

在研究了下述附圖和詳細說明的基礎上，其他系統、裝置、方法、特征和優點對本領域技術人員來說將是顯而易見的或變得很明顯。所有這些另外的系統、裝置、方法、特征以及優點意在包括在說明書中且意在通過所附權利要求來保護。

附圖說明

參考附圖可以更好地理解本發明。圖中的相應部分采用相匹配的附圖標記表示，且圖中的部件不必按比例繪制。

圖1是燃氣渦輪機的局部剖視圖，示意性的表示用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰的系統。

圖2是圖示系統的實施例的框圖，該系統用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內的火焰。

圖3是燃氣渦輪機的燃燒器的局部剖視圖，圖示用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰的探針的實施例。

圖4是圖3所示探針的部分剖視圖。

圖5是示出本方法實施例的框圖，該方法用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內的火焰。

具體實施方式

以下描述用于檢測燃氣渦輪機的燃料噴嘴內火焰的系統和方法。該系統和方法可以通過檢測橫跨燃料噴嘴的壓降的增加來檢測燃料噴嘴內的火焰。例如，該系統和方法可以通過檢測橫跨與某燃燒器有關的燃料噴嘴陣列的壓降的增加來檢測燃料噴嘴內的火焰。由于火焰會導致壓降增加，這會使溫度增加和/或降低流過受影響的燃料噴嘴的空氣密度。由于空氣體積的增大，燃料噴嘴上游的壓力會增加，這就會增加橫跨燃料噴嘴的壓降。