[發明專利]用于控制具有多個燃燒區的燃氣渦輪發動機中的燃料分配的方法

有效

• 申請號: 201680089085.2
• 申請日: 2016-07-07
• 公開（公告）號: CN109690053B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 布賴恩·約翰·普賴斯;邁克爾·約翰遜;查爾斯·法拉哈;杰里米·布萊克伯恩;路易斯·德默斯
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F02C9/28
• 分類號: F02C9/28;F02C9/34
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 董敏;王蓓蓓

一種用于燃氣渦輪發動機的分配方法基于通過燃氣渦輪發動機中所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的計算的比值來分配燃料。該比值用于在燃氣渦輪發動機中獲得預定的火焰溫度。

背景

1.技術領域

公開的實施方式總體上涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及對燃氣渦輪發動機的多個燃燒區的燃料的分配。

2.相關技術的描述

燃氣渦輪發動機通常具有壓縮機部分、具有多個燃燒器的燃燒部分以及渦輪機部分。環境空氣在壓縮機部分中被壓縮并被輸送至燃燒部分中的燃燒器。燃燒器將壓縮空氣與燃料進行混合，并且點燃該混合物，從而產生燃燒產物。燃燒產物以湍流的方式且以高速流動。燃燒產物經由過渡管道輸送至渦輪機部分。在渦輪機部分內具有成排的輪葉組件。旋轉葉片組件聯接至渦輪機轉子。當燃燒產物通過渦輪機部分膨脹時，燃燒產物引起葉片組件和渦輪機轉子旋轉。渦輪機轉子可以連接至發電機并用于產生電力。

在燃氣渦輪發動機的運行期間，對燃料分配進行計劃以確保燃燒器在限定的溫度內運行。除了確保運行之外，燃燒器還必須為了控制排放的目的而運行。此外，在陸基燃氣渦輪發動機和空基燃氣渦輪發動機兩者中，可能需要適應快速加速和快速減速。燃料分配必須能夠快速響應，以避免熄火和燃燒器過熱。此外，燃氣渦輪發動機需要在各種環境條件下在寬的功率水平范圍內運行。

因此，有必要盡可能準確地計劃燃燒器周圍的燃料分配，以便維持運行溫度，從而滿足最佳的排放要求。此外，還需要足夠快速地計劃燃燒器周圍的燃料分配，以避免熄火和燃燒器過熱。

發明內容

簡要描述，本公開的方面涉及燃氣渦輪發動機中的燃料的分配。

本公開的一方面是用于分配燃氣渦輪發動機中的燃料的方法，該方法包括：確定通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值，其中，確定通過所有燃燒區的已燃燒空氣流的比值包括建立每單位質量的燃燒產物的焓的總加權和，其中，建立每單位質量的燃燒產物的焓的總加權和包括確定主加權和以及確定副加權和，其中，主加權和是在主燃燒區中的主燃燒溫度下的每單位質量的燃燒產物的焓，副加權和是在副燃燒區中的副燃燒溫度下的每單位質量的燃燒產物的焓；確定在快速瞬態條件期間要燃燒的空氣流的瞬態分數，其中，使用噴射器燃料流與在燃燒器處的入口壓力的比值來確定瞬態分數；以及使用所確定的通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值來分配燃氣渦輪發動機中的燃料，以獲得預定的火焰溫度。

本公開的另一方面是一種燃氣渦輪發動機，該燃氣渦輪發動機包括：控制器，該控制器構造成在燃氣渦輪發動機內傳送燃料分配信號，其中，控制器確定通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值，其中，確定通過所有燃燒區的已燃燒空氣流的比值包括建立每單位質量的燃燒產物的焓的總加權和，其中，建立每單位質量的燃燒產物的焓的總加權和包括：確定主加權和以及確定副加權和，其中，主加權和是在主燃燒溫度下每單位質量的燃燒產物的焓，副加權和是在副燃燒溫度下每單位質量的燃燒產物的焓；其中，控制器還構造成確定在快速瞬態條件期間要燃燒的空氣流的瞬態分數，其中，使用噴射器燃料流與在燃燒器處的入口壓力的比值來確定瞬態分數；并且其中，控制器使用所確定的通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值來分配燃氣渦輪發動機中的燃料，以獲得預定的火焰溫度。

本公開的又一方面是一種用于分配燃氣渦輪發動機中的燃料的方法，該方法包括：確定用于穩態條件的通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值，其中，確定通過所有燃燒區的已燃燒空氣流的比值包括建立每單位質量的燃燒產物的焓的總加權和；確定在快速瞬態條件期間要燃燒的空氣流的瞬態分數；以及使用所確定的通過燃氣渦輪發動機中的所有燃燒區的已燃燒空氣流與總空氣流的比值和要燃燒的空氣流的瞬態分數來分配燃氣渦輪發動機中的燃料，以獲得預定的火焰溫度。

附圖說明

圖1是燃氣渦輪發動機的構型的示意圖。