专利名称：用于诱发燃烧动态的方法和系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及诱发燃烧动态(combustion dynamics)，并且更具体而言，涉 及诱发燃烧动态以清除燃气涡轮发动机内的灰烬。
背景技术：
一般而言，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气和燃料的混合物以产生热燃烧气体。燃 烧气体可流经一个或多个涡轮级以产生用于负载和/或压缩机的动力。由于对能量的需求 日渐增加，燃气涡轮操作人员和制造人员不断开发重燃料油在燃气涡轮中的使用。然而，重 燃料油的燃烧可能产生灰烬，灰烬可沉积在燃气涡轮发动机的构件上。
发明内容
将与原始主张权利的发明的范围相称的某些实施例归纳如下。这些实施例并非意 图限制主张权利的发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要归 纳。实际上，本发明可包含可与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。在第一实施例中，一种方法包括测量涡轮发动机的第一参数；响应于第一参数 的测量控制涡轮发动机的第二参数以增加燃烧动态，从而至少部分地清除涡轮发动机内的 沉积物；以及控制涡轮发动机的第二参数以在清除沉积物后减少燃烧动态。在第二实施例中，一种系统包括涡轮发动机控制器，其构造成暂时增加燃烧不稳 定性以在涡轮发动机运行期间清除涡轮发动机内的燃烧沉积物。在第三实施例中，一种系统包括涡轮发动机、燃烧器和燃料喷嘴。该燃料喷嘴设计 成将多种流体供给到燃烧器中。流体包括燃料、雾化空气、水或它们的结合。该涡轮发动机 设计成调节流体的流量以暂时增加燃烧动态，从而在涡轮发动机运行期间清除涡轮发动机 内的沉积物。
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得 更好理解，所有附图中相同的标记代表相同的零件，其中图1是带有用于诱发燃烧动态以清除灰烬的控制器的燃气涡轮发动机的一个实 施例的示意性流程图；图2是图1的燃气涡轮发动机的一个实施例经纵向轴线剖切的剖视图；图3是图2所示的燃烧器的一个实施例的局部剖切图；图4是图3所示的一个喷嘴级的一个实施例的一部分的详图；以及图5是示出了用于诱发燃烧动态以清除灰烬的方法的流程图。标号列表10燃气涡轮发动机；12燃烧器；14燃料；16燃料供给系统；18加压空气；20雾化 空气；22雾化空气系统；24水；26水喷射系统；28进气；30进气段；32压缩机；34燃烧气体；36涡轮；38轴；40负载；42排气段；44控制器；46传感器；48传感器；50建模系统；52 燃料喷嘴；54头端；56连接部；58过渡段；60第一级；62叶片；64端盖；66燃烧室；68外壳； 70衬套；72导流套筒；74方向；76第一级喷嘴；78灰烬；80翼型件；82内带；84方法；86步 骤；88步骤；90步骤；92步骤；94步骤；96步骤
具体实施例方式下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简明 描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施 方案的开发过程中，与任何工程或设计项目一样，必须作出许多针对实施方案的决定以实 现开发者的特定目标，例如服从系统相关和商业相关的约束，其可能因实施方案而异。此 外，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技 术人员来说却是一项日常的设计、制作和制造工作。当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述的”意指
存在一个或多个元件。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的并意味着可存在有 别于所列元件的另外的元件。本公开内容涉及设计成诱发燃烧动态以清除沉积物如灰烬的燃气涡轮发动机。一 般而言，在燃烧期间，特别是重燃料油的燃烧期间，灰烬颗粒可沉积在燃气涡轮发动机构 件，如第一级涡轮喷嘴导叶和涡轮叶片上。灰烬在燃气涡轮发动机内的积累可改变燃烧气 体的流动通路，这又可损害燃气涡轮发动机的性能和/或效率。如下所述，在此公开的燃气 涡轮发动机的某些实施例可采用用于诱发燃烧动态以清除灰烬的控制器，而不是执行可能 导致动力减少或发动机停机的涡轮清洗，并且还可采用额外的硬件构件。因此，在本文提出的实施例中，燃气涡轮发动机设计成诱发燃烧动态以声波地 (sonically)清除灰烬。诱发的燃烧动态可大致包括燃气涡轮发动机内诱发的和/或增加 的压力振荡。燃烧动态可允许清除灰烬同时燃气涡轮发动机基本满功率运行。根据示例性 实施例，可基于时间、测定参数、模型参数或它们的结合诱发和/或管理燃烧动态。在某些 实施例中，燃气涡轮发动机可包括控制器，其基于从燃气涡轮发动机的传感器和/或建模 系统接收的参数检测灰烬堆积。例如，控制器可从设计成测量燃烧器或下游压力的动态压 力传感器接收压力值。压力可指示涡轮性能由于灰烬堆积而造成的降低。在某些实施例中， 燃气涡轮发动机可包括从传感器接收参数的实时建模系统。该建模系统可使用感测的参数 来计算预测燃气涡轮发动机的性能的系统建模参数，例如模型构件系数(model component multiplier)。除感测的参数之外或代替感测的参数，控制器可使用建模参数来确定灰烬何 时在燃气涡轮发动机内积累。控制器然后可调节燃气涡轮发动机的运行参数以诱发燃烧动态，从而清除灰烬。 例如，燃烧不稳定性可包括燃烧室中的动态压力振荡，其从涡轮发动机构件摇松灰烬沉积 物。根据示例性实施例，控制器可调节进入燃烧器的流体的流量以诱发燃烧动态。例如，控 制器可增加或减小进入燃烧器的一种或多种流体如空气、燃料、水、稀释剂等的流速、压力、 温度或脉冲频率。在另一实例中，控制器可增加或减小进入燃烧器的流体之间的比率。在特 定实例中，控制器可增加来自水喷射系统的水流速以增加进入燃烧器的水对燃料的比率。 在另一实例中，控制器可调节雾化空气的压力以改变燃料喷射喷射角。在又一实例中，控制器可使燃料以设计成诱发燃烧动态的频率进行脉冲。 现在转到附图并首先参照图1，其示出了燃气涡轮发动机10的一个实施例的框 图。燃气涡轮发动机10可为简单循环系统或联合循环系统的一部分。燃气涡轮发动机10 包括从燃料供给系统16接收燃料14的燃烧器12。燃料供给系统16可向燃气涡轮发动机 10提供液态或气态燃料14，例如天然气、轻质或重质馏分油、石脑油、原油、残余油或合成 气。在某些实施例中，燃料供给系统16可构造成用于双燃料操作以在燃气涡轮发动机10 带负荷运行时在液态和气态燃料之间选择性地切换。气态燃料和液态燃料可被引导到燃烧 器12内的两个分离的液体和气体通道(例如，经由燃料喷嘴)。当燃气涡轮发动机通过液 态燃料或液态及气态燃料的混合物运行时燃烧动态的诱发特别有用。
在燃烧器12内，燃料14可与通过箭头18示出的加压空气混合，并且可发生点燃， 产生驱动燃气涡轮发动机10的热燃烧气体。除了接收加压空气18以外，燃烧器12可从雾 化空气系统22接收雾化空气20。雾化空气系统22可处理加压空气18和/或来自分离的 空气源的空气的一部分。例如，雾化空气系统22可压缩并冷却加压空气18的一小部分以 产生雾化空气20。雾化空气系统22然后可将雾化空气20引导到燃烧器12，在其中雾化空 气20可使进入燃烧器12的燃料14雾化。在某些实施例中，雾化空气20可设计成产生进 入燃烧器12的液态燃料14的微细雾。燃烧器12还可从水喷射系统26接收水24 (或蒸汽)。如本文所用，用语“水喷射 系统”可大致包括设计成向燃烧器12供给水、蒸汽或它们的混合物的水喷射系统或蒸汽喷 射系统。水喷射系统26可调节从水供给源至燃烧器12的水24的流量。水喷射系统26可 包括整体成套设备，例如设备撬块(skid)，其容纳构造成调节流至燃烧器12的水24的流 量的设备，例如泵、流量计、阀、管道、压力开关、电机等。在某些实施例中，水喷射系统22可 向燃烧器12供给水24以减少化合物的排放，例如，氮氧化物(NOx)或二氧化碳，以及其它。 在其它实施例中，水喷射系统22可向燃烧器12提供水和/或稀释剂，例如，蒸汽、水或二氧 化碳，以及其它，以减少排放物和/或提高涡轮性能。在燃烧器12内，加压空气18可与燃料14燃烧而产生热燃烧气体40。加压空气 18可包括通过进气段30进入燃气涡轮发动机10的进气28。进气28可被压缩机32压缩 以产生进入燃烧器12的加压空气18。在某些实施例中，一个或多个燃料喷嘴可将燃料14、 雾化空气20和水24引导到燃烧器12的燃烧区域中。在燃烧区域内，加压空气18可与燃 料14燃烧以产生热燃烧气体34。从燃烧器12，热燃烧气体34可流经通过轴38来驱动压 缩机32的涡轮36。例如，燃烧气体34可向涡轮36内的涡轮转子叶片施加原动力以使轴 38旋转。轴28还可连接至负载40，例如，发电机、推进器、传动装置或驱动系统，以及其它。 在流经涡轮36后，热燃烧气体34可经排气段42离开燃气涡轮系统10。在燃烧期间，燃烧器12容易处于燃烧不稳定性或燃烧动态，例如压力波动。在稳 态运行期间，燃烧动态通常可保持为低以在长期暴露于动态驱动的循环应力期间支撑硬 件。然而，在某些燃料如重燃料油的燃烧期间，燃烧不稳定性在较短时间段内可能增加和/ 或诱发以从燃气涡轮发动机10的构件声波地清除灰烬。例如，燃烧动态可用来增加压力变 化以摇松燃烧器12内或涡轮36的构件如涡轮喷嘴、涡轮叶片或涡轮护罩内的沉积物。燃气涡轮发动机10包括控制器44，其可设计成基于时间、测定参数、建模参数或 它们的结合来诱发或增加燃烧动态。控制器44可操作地联接至流体供给管线或系统，例如
5燃料供给系统16、雾化空气系统22和/或水喷射系统26，以改变进入燃烧器12的流体如 燃料14、空气20和/或水24的参数。具体而言，控制器44可改变流体参数，例如流速、脉 冲频率、比率、压力、温度等，以诱发燃烧动态。例如，控制器44可使进入燃烧器12的燃料 14进行脉冲以诱发燃烧动态。在另一实例中，控制器44可改变雾化空气22的压力以诱发 燃烧动态。在又一实例中，控制器44可增加进入燃烧器12的水24的量以诱发燃烧动态。 此外，在某些实施例中，控制器44可改变一种流体或两种或多种流体的混合物的参数。控 制器44可管理燃料供给系统16、雾化空气系统22和/或水喷射系统26内、上游或下游的 阀或其它控制装置的操作。例如，阀可定位在系统16、22和26内，或阀可定位在燃烧器12 内，例如，作为燃料喷嘴的一部分。控制器44可基于从传感器46和48和/或建模系统50接收的输入改变燃料14、 空气20和/或水24的参数。具体而言，一个或多个传感器46可测量燃气涡轮发动机10 的参数以确定何时应当诱发燃烧动态以清除灰烬。例如，传感器46可包括定位在燃烧器12 内或燃烧器12的下游的压力传感器。在从传感器46接收压力值后，控制器44可确定压力 值是否落在指示应当执行灰烬清除的范围或阈值内。如果压力值落在该范围内，则控制器 44可诱发燃烧动态。在其它实施例中，传感器46可设计成测量可指示灰烬积累的燃气涡 轮发动机10的任何合适的参数。例如，传感器46可包括流量传感器、火焰检测传感器、湿 度传感器、排放物检测器、功率输出传感器、导叶角度传感器、阀位置传感器、温度传感器或 它们的结合，以及其它。此外，在其它实施例中，可不采用传感器46并且控制器44可从联 接至燃气涡轮发动机10的计算机和/或控制系统接收操作输入，例如运行小时、需求、效率 等。例如，控制器44可在一定量的运行小时过去后诱发燃烧动态。控制器44还可从一个或多个传感器48接收测定参数以确定应当如何诱发燃烧动 态。例如，传感器48可感测燃烧器12内的压力振荡。具体而言，传感器48可感测振动、火 焰温度、燃烧器压力或下游压力，以及其它参数。基于来自传感器48的测量，控制器可确定 改变进入燃烧器12的流体14、20和24的参数(S卩，流速、脉冲率或压力)的量。传感器48 可设计成测量与燃烧动态相关的燃气涡轮发动机10的合适参数。例如，传感器48可包括 压力传感器、加速度计、光电倍增器、光敏二极管、压力传感器、传声器、火焰检测器、温度传 感器或它们的结合，以及其它。在某些实施例中，除了传感器46之外可以不采用另一个传感器48。例如，在某些 实施例中，一个或多个传感器46可测量用于确定应当如何及何时诱发燃烧动态的参数。在 另一实例中，控制器44可使用模型、表格等来确定应当如何诱发燃烧动态。在这些实施例 中，可以不包括传感器48。控制器44还可使用来自传感器46的测定参数来确定何时停止诱发燃烧动态。例 如，当传感器46向控制器44提供落在用于灰烬清除的范围或阈值之外的压力值、振动水 平、火焰温度或其它参数时，控制器44可将流体14、20和24的参数返回为设计成减少燃烧 动态的值。在某些实施例中，传感器46提供的测量可指示何时已从燃气涡轮发动机10的 构件清除足够的灰烬以将燃气涡轮发动机的运行恢复至一定性能水平。换句话说，传感器 46所测量的参数，例如，压力、温度或它们的结合以及其它可指示燃气涡轮发动机10已恢 复指示低灰烬水平的性能或效率水平。控制器44还可在设定的时间后停止诱发燃烧动态。例如，控制器44可在小于约1分钟到10分钟的时间段以及它们之间的所有子范围之后停止诱发燃烧动态。更具体而言， 控制器44可在约4到6分钟的时间段后停止诱发燃烧动态。然而，在其它实施例中，可采 用任何合适的时间段。此外，该时间段可取决于诸如感测到的灰烬堆积量、发动机负荷、所 实现的效率或所利用的燃料以及其它的因素。在某些实施例中，代替或除了使用传感器46感测到的参数来指示何时诱发燃烧 动态，控制器44可基于从建模系统50接收的输入诱发燃烧动态。例如，燃气涡轮发动机10 可采用实时模型来预测燃气涡轮发动机10的性能。该模型可基于为新的和/或清洁的燃 气涡轮发动机预测的性能。建模系统50可测量运行的燃气涡轮发动机10的输入参数，例 如，环境温度、环境压力、环境湿度和燃料流量，以及其它。在某些实施例中，建模系统50可 从传感器46和/或传感器48接收测定参数。建模系统50然后可将测定输入参数与基于 模型计算出的值进行比较。基于测定参数与模型预测值之间的差值，建模系统50可计算模 型构件系数。建模系统50可使用模型构件系数来调节模型以使测定输入参数与模型预测 值匹配。例如，模型构件系数可包括压缩机效率系数、压缩机流量系数、涡轮效率系数、涡轮 流量系数以及燃烧器效率系数，以及其它。控制器44可从建模系统50接收模型构件系数并使用模型构件系数来确定何时诱 发燃烧动态。例如，模型构件系数可指示燃气涡轮发动机10内灰烬或污垢的水平。在某些 实施例中，控制器44可确定模型构件系数是否落在指示应当清除灰烬的范围或阈值内。在 检测到应当清除灰烬后，控制器44可通过改变流体14、20和24的参数诱发燃烧动态，如以 上所述。根据示例性实施例，控制器44可包括控制电路和控制构件，例如模拟_数字转换 器、微处理器、非易失性存储器和接口板。系统中当然可包括其它装置，例如，额外的开关、 变换器或测量压力、温度、流速、振动或湿度的传感器，以及其它。在某些实施例中，控制器 44可基于传感器46和48的结合以及建模系统50来调节燃烧动态。此外，控制器44还可 从例如通过操作人员输入而指定运行参数如燃料成分的单独的控制系统接收输入。图2是图1的燃气涡轮发动机10的一个实施例的横截面侧视图。燃气涡轮发动 机10包括燃烧器12的头端54内的一个或多个燃料喷嘴52。在某些实施例中，燃气涡轮发 动机10可包括环形排列地布置的多个燃烧器12。燃料喷嘴52可通过附接在头端52上的 连接部56接收燃料14 (图1)、雾化空气20(图1)和水24(图1)。如以上关于图1所述，空气可通过进气段30进入燃气涡轮发动机10并被压缩机 32压缩。来自压缩机32的压缩空气然后可被引导到燃烧器12中，在其中压缩空气18(图 1)可与燃料14(图1)混合。例如，燃料喷嘴52可以用于最佳燃烧、排放、燃料消耗和功率 输出的适当比率将燃料混合物喷射到燃烧器12中。燃烧所产生的热排放气体38 (图1)可 离开燃烧器12流至过渡段58并流过过渡段58至涡轮36的第一级60。在某些实施例中， 当热排气38流至涡轮36时灰烬可沉积在第一级60的构件上。此外，灰烬可积累在第一级 60的下游。如以上关于图1所述，可通过诱发燃烧动态清除灰烬。在涡轮36内，燃烧气体 可转动在涡轮36内径向延伸的叶片62以在通过排气段42离开前使轴38 (图1)旋转。图3示出了燃烧器12的一个实施例的详图。雾化空气、燃料和水连接部56在燃 烧器12的头端54附近附接在端盖64上。燃料喷嘴50可从连接部56将燃料14 (图1)、雾 化空气20(图1)和水24(图1)分配至燃烧器12内的燃烧室66。在某些实施例中，燃烧室66可设计成有利于诱发燃烧动态。例如，可优化燃烧室66的长度以产生可用于灰烬清 理的频率。在某些实施例中，燃料喷嘴50可包括用于将燃料14、雾化空气20和水24引导 到燃烧室66的同心通道。在某些实施例中，雾化空气20可将液态燃料从燃料喷嘴50引导 到环形环状的燃烧段66中。可调节雾化空气20的压力以改变进入燃烧段66的液态燃料 喷雾的形状和/或角度。此外，在某些实施例中，燃烧器12内，例如，连接部56或燃料喷嘴50内，可包括控 制装置如阀、压力调节器等，以改变进入燃烧器12的流体的参数，例如，流速、压力、流体比 率和脉冲频率以及其它。例如，控制装置可用来响应来自控制器44(图1)的信号而改变燃 料14、雾化空气20和/或水24的参数。例如，可通过控制器44调节雾化空气20的压力 以调节液态燃料的喷射角并诱发燃烧动态。在另一实例中，燃料14的流量可以设计成诱发 燃烧动态的频率脉冲地通过燃料喷嘴50。在又一实例中，可增加水24的流量以诱发燃烧动 态。当然，在其它实施例中，燃烧器12的上游可包括控制装置。燃烧室66大致由外壳68、衬套70和导流套筒72限定。导流套筒72可绕衬套70 同轴地定位以通过衬套70中的穿孔或其它开口和/或通过定位在头端54中的通道将加压 空气18(图1)从压缩机32 (图1)引导到燃烧室66中。在燃烧室66内，燃料14和加压空 气18可燃烧以形成可沿方向74向下游流至涡轮36的过渡段58和第一级60的燃烧气体 34。燃烧气体34可通过第一级喷嘴76进入第一级60。当燃烧气体34流经第一级喷嘴76 时，灰烬可积累在第一级喷嘴76内。图4是图3所示的第一级喷嘴76的一部分的剖切图。灰烬78可沉积在第一级喷 嘴76的构件上。例如，如图所示，灰烬78已沉积在第一级喷嘴76的导叶80和内带82上。 然而，在其它实施例中，灰烬78可积累在第一级喷嘴76的各种构件上和/或涡轮叶片和定 位在第一级喷嘴76的下游的其它构件上。在某些实施例中，灰烬78可改变燃烧气体流动 通路的形状，从而抑制涡轮性能。如上所述，可诱发燃烧动态以声波地清除灰烬78。图5是示出了用于诱发燃烧动态以从燃气涡轮发动机清除灰烬的计算机和/或控 制器实现的方法84的一个实施例的流程图。例如，方法84可通过硬件和/或软件(例如， 设置在存储器或其它机器可读介质上的代码)实现。方法84可通过测量燃气涡轮发动机 的参数(方框86)开始。例如，如图1所示，传感器46可测量参数，例如，压力、温度、流速、 湿度水平、排放值、功率输出水平、导叶角度、阀位置或它们的结合，以及其它。可采用大致 指示燃气涡轮发动机内灰烬堆积的任何合适的参数或参数的结合。传感器46可向控制器 44或建模系统50提供测定参数，建模系统50又可向控制器44提供计算出的参数，例如模 型构件系数。控制器44然后可确定参数是否落在应当发生灰烬清除的值或阈值的范围内(方 框88)。例如，控制器44可将参数与范围或值的表格进行比较。在另一实例中，控制器44 可结合算法使用多个参数来确定是否应当发生灰烬清除。如果参数落在灰烬清除范围之 外，则燃气涡轮发动机10可继续在稳定状态下运行直到控制器44接收到落在灰烬清除范 围内的参数为止。在检测到落在灰烬清除范围内的参数后，控制器44可诱发燃烧动态(方框90)。在 某些实施例中，控制器44可响应于检测到参数而自动诱发燃烧动态，而在其它实施例中， 控制器44可等待例如来自操作人员输入的确认。具体而言，控制器44可通过调节燃气涡轮发动机10的运行参数来诱发燃烧动态。例如，如图1所示，控制器44可改变进入燃烧器 12的流体如燃料14、雾化空气20或水24的流量。如可以理解的那样，水24可包括呈液体 形式、蒸汽形式或它们的结合的水。因此，本文关于水24所述的技术可包括水喷射和蒸汽
喷射二者。具体而言，控制器44可增加水24 (或蒸汽)的流速以增加水对燃料喷射比率至少 约 10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%^； 100%。更具体而言，控制器 44 可 增加水流速以增加水与燃料喷射比率约20-35%，或甚至更具体而言，约25-30%，以及它 们之间的所有子范围。在某些实施例中，控制器44可调节控制装置，例如水喷射系统26 (图 1)或燃料喷嘴50(图2)内包括的阀，以增加水流速。然而，在其它实施例中，可通过其它控 制装置，例如定位在水喷射系统26 (图1)的上游或下游的阀或压力调节器，来调节水流速。控制器44还可通过增加或减小进入燃烧器12的雾化空气20 (图1)的压力来诱发 燃烧动态。在某些实施例中，控制器44可增加或减小雾化空气压力至少约1%、5%、10%、 20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或100%。更具体而言，控制器44可调节雾化 空气压力约5-20%，以及它们之间的所有子范围。在某些实施例中，压力调节可改变离开燃 料喷嘴50的液态燃料14的喷射角以诱发燃烧动态。例如，喷射角可改变至少约1%、5%、 10 %、15 %、20 %、25 %或30 %。控制器44可管理控制装置如阀或压力调节器的操作以调节 雾化空气压力。控制器44还可通过使进入燃烧器12的燃料14的流量进行脉冲而诱发燃烧动态。 例如，燃料供给系统16中、燃料喷嘴50内或燃料供给系统16的上游或下游可包括阀以控 制进入燃烧器12的燃料流量的脉冲频率。在某些实施例中，控制器44可从传感器如传感 器48 (图1)接收测定参数以确定燃烧器12内存在的频率。控制器44然后可使流量在基 本匹配检测到的频率或为检测到的频率的倍数的速率进行脉冲。总体而言，控制器44可在燃气涡轮发动机10运行期间诱发燃烧动态。当诱发燃 烧动态以清除灰烬时，燃气涡轮发动机10可继续保持其以前的功率输出，即使当满功率运 行时。例如，在某些实施例中，可在燃气涡轮发动机10保持其功率输出的至少约1%、5%、 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或 100% 时诱发燃烧动态。更具体而言， 可在燃气涡轮发动机10保持其功率输出的至少约90-100%以及它们之间的所有子范围时 诱发燃烧动态。诱发燃烧动态可改变燃烧器12中压力振荡的频率和/或压力幅度以摇松燃气涡 轮发动机10的构件上的沉积物。在诱发燃烧动态期间，频率可增加100%、200%、300%、 400 %、500 %、600 %或700 %。在某些实施例中，频率可增加约200-500 %，以及其间的所有 子范围。例如，在某些实施例中，在稳态运行期间，压力振荡可具有约80Hz的频率，而在诱 发燃烧动态时，该频率可在约180-1000HZ的范围内。在诱发燃烧动态期间，该幅度可增加 其正常大小的1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或70倍。在某些实施例中， 在稳态运行期间该幅度可增加约2-50倍，以及其间的所有子范围。例如，在稳态运行下， 峰_峰幅度可为约2. 5psi。然而，当诱发燃烧动态时，峰-峰幅度可增加到约6-lOpsi。在某 些实施例中，峰_峰幅度可增加至少约100 %、200 %、300 %、400 %、500 %、600 %或700 %。在诱发燃烧动态之后，控制器44然后可测量燃气涡轮发动机10的另一参数(方 框92)。该参数可与前面通过传感器46 (图1)测量的参数相同以确定燃气涡轮发动机是否
9在灰烬清除范围内运行。例如，传感器46可连续或间歇地测量燃烧器压力并向控制器44 提供测定值。控制器44然后可使用该测定值来确定燃气涡轮发动机何时在灰烬清除范围 内运行，以诱发燃烧动态，以及燃气涡轮发动机何时在灰烬清除范围之外运行，以停止燃烧 动态。在其它实施例中，参数可为与前面通过传感器46测量的参数不同的参数。不论是否 测量相同或不同的参数，都可采用任何合适类型的参数，例如，从诱发燃烧动态以来经过的 时间、压力、温度或它们的结合，以及其它。此外，在某些实施例中，传感器46可向建模系统 50 (图1)提供测定参数，建模系统50又可向控制器44提供计算出的参数，例如模型构件系 数。因此，控制器44可使用测定参数(即，压力、温度、时间)、模型参数或它们的结合来确 定何时停止诱发燃烧动态。控制器44然后可使用该参数来确定燃气涡轮发动机10是否在灰烬清除范围之外 运行(方框94)。例如，控制器44可将参数与范围或值的表格进行比较。在另一实例中，控 制器可结合算法使用多个参数来确定是否应当停止燃烧动态。如果参数落在灰烬清除范围 内，则控制器44可继续诱发燃烧动态直到接收到落在灰烬清除范围之外的参数为止。在检测到参数落在灰烬清除范围之外后，控制器44可停止诱发燃烧动态(方框 96)。例如，控制器44可使水流速、雾化空气压力或燃料脉冲频率回到它们的之前的值或设 计成减少燃烧动态的值。控制器44然后可允许燃气涡轮发动机10在正常运行条件下运行 直到检测到参数在灰烬清除范围内为止。此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任 何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方 法。本发明可取得专利的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的 其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它 们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在 权利要求的保护范围内。
权利要求
一种方法(84)，包括测量涡轮发动机(10)的第一参数(86)；响应于所述第一参数的测量而控制(90)所述涡轮发动机(10)的第二参数以增加燃烧动态，从而至少部分地清除所述涡轮发动机内的沉积物(78)；以及在清除沉积物后控制(96)所述涡轮发动机的所述第二参数以减少燃烧动态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述第一参数包括测量压力、温度、 性能、效率、时间或它们的结合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述第二参数包括增加水对燃料喷 射比率至少约20%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述第二参数包括使燃料流量脉冲、 调节雾化空气压力、调节水流速、调节蒸汽流速或它们的结合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述第二参数包括增加压力幅度或 所述燃烧动态的频率，或它们的结合。
6.一种系统，包括涡轮发动机(10)，包括燃烧器(12)；以及燃料喷嘴(52)，构造成将多种流体供给到所述燃烧器内，其中，所述流体包括燃料 (14)、雾化空气(20)、水(24)或其结合，并且所述涡轮发动机(10)构造成调节所述流体 (14，20，24)的流量以临时增加燃烧动态，从而在所述涡轮发动机(10)运行期间清除所述 涡轮发动机(10)内的沉积物(78)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述涡轮发动机(10)构造成增加所述燃 料喷嘴(52)的水(24)对燃料(14)喷射比率以暂时增加所述燃烧动态，从而清除所述沉积 物(78)。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述涡轮发动机(10)构造成改变所述燃 料喷嘴(52)的喷射角度以暂时增加所述燃烧动态，从而清除所述沉积物(78)。
9.根据权利要求6所述的系统，包括构造成基于所述涡轮发动机的测定参数生成模 型构件系数的实时建模系统(50)，其中，所述模型构件系数构造成调节所述模型以预测所 述测定参数，并且其中，所述涡轮发动机(10)构造成基于所述模型构件系数调节所述流体 (14，20，24)的流量。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述涡轮发动机(10)构造成测量指示效 率或性能的一个或多个参数，并且所述涡轮发动机(10)构造成响应于所述测定参数而自 动调节所述流体(14，20，24)的流量以暂时增加所述燃烧动态，从而清除所述沉积物(78)。
全文摘要
本发明涉及用于在涡轮发动机内诱发燃烧动态以在涡轮发动机(10)运行期间清除涡轮发动机(10)内的燃烧沉积物(78)的方法(84)和系统。
文档编号F02C9/50GK101886577SQ20101018420
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者G·D·迈尔斯, K·W·麦马汉, M·A·哈德利, S·D·德雷珀 申请人:通用电气公司