專(zhuān)利名稱(chēng)：控制燃料分配量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制燃料分配量的方法，更具體地是控制燃?xì)廨啓C(jī) 的燃燒室中的燃料分配量的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)基本包括壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)和排氣通道。在壓縮機(jī)
中，壓縮空氣為燃燒過(guò)程做準(zhǔn)備。燃料被噴射到燃燒室內(nèi)，在燃燒室中 燃料與來(lái)自壓縮機(jī)的壓縮空氣混合并燃燒。然后，來(lái)自燃燒室的熱的加
壓氣體被導(dǎo)向渦輪葉片以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。在穿過(guò)渦輪機(jī)之后，燃燒氣體通 過(guò)排氣通道排出。
文獻(xiàn)WO 02/12795A2公開(kāi)了 一種燃燒室，該燃燒室的操作采用兩種 不同的燃料流。這些燃料流中的一種被稱(chēng)為引燃燃料流。該引燃燃料流
被直接噴射到燃燒室內(nèi)并且是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的唯一燃料流。 一旦發(fā) 動(dòng)機(jī)達(dá)到其運(yùn)轉(zhuǎn)速度的某個(gè)百分比，那么除了引燃燃料之外，還將預(yù)混 合燃料流(主燃料流)添加到燃燒室內(nèi)。該預(yù)混合燃料流在進(jìn)入燃燒室 之前與空氣混合，因此命名為"預(yù)混合"。通過(guò)控制引燃流與預(yù)混合流 的比率，能夠調(diào)節(jié)一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx)的排放水平。 在國(guó)際公開(kāi)No. WO 96/02796 ( Sjunneson等)中公開(kāi)了具有引燃燃料流 和預(yù)混燃料流的燃燒室的示例。文獻(xiàn)WO 02/12795A2還公開(kāi)了一種控 制，該控制用于調(diào)節(jié)預(yù)混燃料流與引燃燃料流之間的分配量以控制火焰 溫度并因此最少化排放物。
在文獻(xiàn) www.ecuinternational.com/pti, Mike Stock, Sermatec Powersolutions中，公開(kāi)一種對(duì)采用兩個(gè)燃料流的燃燒室進(jìn)行操作的方 法。該操作方法包括主操作模式、貧-貧(lean-lean)操作模式和預(yù)混 合操作模式。只有在預(yù)混合模式中才能獲得低的NOx和CO排放物。
引燃燃燒器包括通過(guò)主噴嘴的純?nèi)剂系膰娚浜腿紵魅紵靼?括通過(guò)副噴嘴的與空氣預(yù)先混合的燃料的噴射和燃燒。
某些燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速負(fù)載降低會(huì)導(dǎo)致火焰中斷，原因是引燃 流變得過(guò)貧，而引燃流變得過(guò)貧則是由于用來(lái)確定所需燃料分配量的溫度測(cè)量存在滯后所導(dǎo)致的。對(duì)于大的負(fù)載降低而言，最小引燃燃料分配 量基于燃料需求的階躍變化而觸發(fā)的，但是這對(duì)快速斜坡式負(fù)載變化不
化。 、、 '、",、，'、 ''"" 、 P
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有益的方法，該方法用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的 燃燒室中的燃料分配量，特別是在快速的負(fù)載變化情況下用于控制燃?xì)?輪機(jī)的燃燒室中的燃料分配量。
該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的控制燃料分配量的方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)。從屬權(quán)利要求記載了本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展。
在負(fù)載降低的情況下，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中的引燃燃料流和主燃 料流的燃料分配量進(jìn)行控制的創(chuàng)造性方法包括監(jiān)控燃料需求的變化率。 根據(jù)燃料流需求的變化率，添加附加的引燃燃料流。
在快速斜坡式負(fù)載降低的過(guò)程中，在總?cè)剂狭骺焖贉p少的同時(shí)以這 種方式臨時(shí)性地增大引燃燃料分配量會(huì)降低火焰中斷的幾率。
在本發(fā)明的有益實(shí)施方式中，在負(fù)載降低之后，附加的引燃燃料流 將被降低至零，使得在負(fù)載斜坡式降低之后引燃燃料流不會(huì)比所需量 高。過(guò)高的引燃燃料流對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的排放特性是有害的。
進(jìn)一步地，當(dāng)附加引燃燃料流的量降低至零時(shí)，對(duì)引燃燃料流施加 比率極限，以防止在附加燃料流降低至零之后引燃燃料流變得太小。太 小的引燃燃料流會(huì)對(duì)火焰的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。
在該創(chuàng)新性方法中，可例如在燃料需求的變化下沖給定的負(fù)值時(shí)， 添加附加的引燃燃料流。在該方法的更高級(jí)的版本中，附加引燃燃料流 的量取決于燃料流需求中的變化率，例如，燃料流需求中的變化率負(fù)得 越多，則附加引燃燃料流的量就越高。
附加引燃燃料流的量必須從主燃料流中扣除，以使總?cè)剂狭骶S持在 燃料流需求限定的水平。
通過(guò)下面參照附圖對(duì)實(shí)施方式的描述，本發(fā)明進(jìn)一步的特征、特性 和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


4圖1示出了燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的燃燒器組件。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的燃燒器組件23。該燃燒器 包括引燃燃燒器21,引燃燃燒器21具有液態(tài)燃料通道1、噴嘴2、引燃 氣體通道3和中央空氣通道5。燃燒器組件23還包括主燃燒器22,主 燃燒器22具有主氣體通道7、外部空氣通道9、噴嘴管道11和噴嘴13。
圖1中的引燃燃燒器21關(guān)于中心軸線A對(duì)稱(chēng)。引燃燃燒裝置21是 作為擴(kuò)散燃燒器實(shí)施的。液態(tài)燃料通道1居中地定位在該組件內(nèi)。液態(tài) 燃料通道1被引燃?xì)怏w通道3包圍，引燃?xì)怏w通道3與液態(tài)燃料通道1 同心，因此也與中心軸線A同心。引燃?xì)怏w通道3又^C中央空氣通道5 包圍。兩個(gè)通道3和5都與液態(tài)燃料通道1同心。
圖1中的作為預(yù)混合燃燒器實(shí)施的主燃燒器環(huán)繞引燃燃燒器21并 且關(guān)于中心軸線A基本對(duì)稱(chēng)。主燃燒裝置22的主氣體通道7也繞著中 心軸線A同心地設(shè)置，并與延伸穿過(guò)外部空氣通道9的噴嘴管道11相 接。在噴嘴管道ll中，噴嘴13被設(shè)置用于將主燃料排放到流動(dòng)穿過(guò)外 部通道的空氣流中。旋流器14在燃料空氣混合物被引入燃燒火焰之前 為燃料和空氣充分預(yù)先混合提供條件。
在燃?xì)廨啓C(jī)的操作中，燃燒主要是通過(guò)主燃燒器22供給，同時(shí)引 燃燃燒器21用于穩(wěn)定燃燒火焰，否則燃燒火焰很可能會(huì)變得不穩(wěn)定， 因?yàn)槿藗優(yōu)榱吮３值团欧盼?，?jīng)常試著使用盡可能貧(即，燃料份額盡 可能低)的預(yù)混合燃料/空氣混合物。
在控制燃料分配量的方法中，對(duì)燃料需求的變化率進(jìn)行監(jiān)控，并且 一旦燃料流需求表明將會(huì)產(chǎn)生快速負(fù)載變化(即，達(dá)到或超過(guò)負(fù)載的預(yù) 先給定的負(fù)梯度的負(fù)載變化)，就添加額外量的引燃燃料。
由于燃料需求中的變化先于負(fù)載變化，因此這種監(jiān)控能夠早期識(shí)別 負(fù)載將要降低的信息。由于這種早期識(shí)別的緣故，與監(jiān)控晚于負(fù)載變化 的燃燒(或排放)溫度的情形相比，能夠更早地啟動(dòng)對(duì)燃料分配量的改 變。
引燃燃燒器中的燃料供應(yīng)在點(diǎn)火和低負(fù)載時(shí)相對(duì)較高，在燃?xì)鉁u輪 機(jī)的高負(fù)載時(shí)相對(duì)較低。換句話說(shuō)，對(duì)引燃燃燒器和主燃燒器的燃料總 量的分配(即，燃料分配量)，對(duì)于低負(fù)載和高負(fù)載來(lái)說(shuō)是不一樣的。當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，相對(duì)于燃料總量中輸送給主燃燒器的份額，燃料總 量中輸送給引燃燃燒器的份額會(huì)增大。然而，當(dāng)負(fù)載降低快速進(jìn)行(其 由燃料流需求中的高變化率反映)時(shí)，燃料總量中輸送給引燃燃燒器的 份額也需要快速增大。
由于通常是基于尾隨在負(fù)載降低開(kāi)始之后的燃燒溫度來(lái)控制燃料 分配量，因此引燃燃料的增加是在負(fù)載降低已經(jīng)開(kāi)始之后才開(kāi)始的。盡 管為對(duì)負(fù)載緩慢降低的情形而言通常不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，但是當(dāng)在負(fù)載快速 變化的情形下，當(dāng)引燃燃料變化開(kāi)始時(shí)，引燃燃料的份額可能已經(jīng)太低。 因此，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)燃料流需求表明負(fù)載變化開(kāi)始時(shí)，將附加量的燃 料導(dǎo)至引燃燃燒器，以確?？偸怯凶懔康囊既剂媳灰牖鹧嬷?。然后，
當(dāng)基于燃燒溫度的常規(guī)控制能夠提供足夠高份額的引燃燃料時(shí)，該附加 的引燃燃料被再次降為零。
在所描述的實(shí)施方式中，燃料流需求中的變化率越高，附加引燃燃
料流的量越高。然而，如果燃料流需求中的變化率比給定的負(fù)值高(即，
負(fù)載降低比預(yù)先給定的比率慢)，則不給常規(guī)控制的燃料分配量增加附 加的引燃燃料流。
在主燃燒器的操作過(guò)程中，引燃燃料流不應(yīng)該超過(guò)一 定值以便保持 低排放物。因此，施加閾值，以防止引燃燃料流由于所添加的引燃燃料 量而變得比穩(wěn)定火焰所需的量高。當(dāng)達(dá)到該閾值時(shí)，便降低所添加的引 燃燃料的量。
僅在快速負(fù)載降低的過(guò)程中需要附加的引燃燃料，以避免引燃燃燒 器中的燃料含量過(guò)低。 一旦負(fù)載已經(jīng)降低并已通過(guò)規(guī)則性地增加引燃燃 料流而獲得了穩(wěn)定的火焰，便將附加引燃燃料流的量降回到零。
當(dāng)附加引燃燃料流已經(jīng)降低為零時(shí)，施加一個(gè)比率極限，以防止引
燃燃料流降低到低負(fù)載時(shí)穩(wěn)定燃燒火焰所需的最低水平以下。
當(dāng)添加附加的引燃燃料流時(shí)，相應(yīng)地減少主燃料流以便維持燃料流 的總量是有利的，即引燃燃料流和主燃料流的總和不受附加引燃燃料的影響。
權(quán)利要求
1.在負(fù)載降低的情況下控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中的引燃燃料流和主燃料流的燃料分配量的方法，其特征在于監(jiān)控燃料需求的變化率，并添加附加引燃燃料流，所述附加引燃燃料流的量取決于燃料流需求中的變化率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制燃料分配量的方法，其特征在于 在負(fù)載降低后，將所述附加引燃燃料降低至零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制燃料分配量的方法，其特征在于 當(dāng)所述附加分配量降低至零時(shí)，對(duì)所述引燃燃料流施加比率極限。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制燃料分配量的方法，其 特征在于當(dāng)燃料流需求的比率超過(guò)給定的負(fù)值時(shí)，添加所述附加引燃 燃料流。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制燃料分配量的方法，其 特征在于所述附加引燃燃料從所述主燃料流中扣除。
全文摘要
一種在負(fù)載降低的情況下控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中的引燃燃料流和主燃料流的分配量的方法，其特征在于(1)對(duì)燃料需求的變化率進(jìn)行監(jiān)控，并且(2)添加附加的引燃燃料流，所述附加的引燃燃料流的量取決于所述燃料流需求中的變化率。
文檔編號(hào)F23R3/34GK101600904SQ200880002293
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者D·斯基帕 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司