用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】提供了一種用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)及方法，其通過改進(jìn)火焰穩(wěn)定來(lái)防止初始的貧熄火。燃燒器輪廓選定成保持期望水平的功率輸出，同時(shí)最小化或消除機(jī)外空氣排放(50,52)并且最小化排放物。選定的燃燒器輪廓將平均軸功率保持在從大約50％高達(dá)全功率的范圍中，同時(shí)在保持此類功率設(shè)定時(shí)消除機(jī)外空氣排放(50,52)。實(shí)施例允許燃燒器在較低火焰溫度下以可接受的排放物操作。由于燃燒器可在部分功率操作期間以較低體積火焰溫度操作，故可減少或甚至消除低效機(jī)外排放的使用。
【專利說(shuō)明】用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)及方法

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0001] 圖1為示出用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)的實(shí)施例的所選特征的設(shè)置在燃燒器內(nèi)的預(yù)混 器的截面視圖。
[0002] 圖2-9示出了與用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的噴燃器模式中的 操作；其中，
[0003] 圖2為設(shè)置在燃燒器內(nèi)的預(yù)混器的截面視圖，其示出了發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噴燃器模 式1操作。
[0004] 圖3為設(shè)置在燃燒器內(nèi)的多個(gè)預(yù)混器的端視圖，其關(guān)于噴燃器模式1操作的圖2 中所示的截面視圖。
[0005] 圖4為示出噴燃器模式2操作的設(shè)置在燃燒器內(nèi)的預(yù)混器的截面視圖。
[0006] 圖5為設(shè)置在燃燒器內(nèi)的多個(gè)預(yù)混器的端視圖，其關(guān)于噴燃器模式2操作的圖4 中所示的截面視圖。
[0007] 圖6為示出噴燃器模式3操作的設(shè)置在燃燒器內(nèi)的預(yù)混器的截面視圖。
[0008] 圖7為設(shè)置在燃燒器內(nèi)的多個(gè)預(yù)混器的端視圖，其關(guān)于噴燃器模式3操作的圖6 中所示的截面視圖。
[0009] 圖8為示出噴燃器模式4操作的設(shè)置在燃燒器內(nèi)的預(yù)混器的截面視圖。
[0010] 圖9為設(shè)置在燃燒器內(nèi)的多個(gè)預(yù)混器的端視圖，其關(guān)于噴燃器模式4操作的圖8 中所示的截面視圖。
[0011] 圖1〇示出了隨功率和控制溫度變化的現(xiàn)有技術(shù)的典型DLE分級(jí)。
[0012] 圖11示出了隨功率和控制溫度變化的與用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例相 關(guān)聯(lián)的分級(jí)。
[0013] 圖12示出了隨平均軸功率和平均熱效率變化的相比于用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)和方 法的實(shí)施例的圖10的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0014] 在海洋和工業(yè)應(yīng)用，尤其是機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)用中利用的燃?xì)鉁u輪特征在于作為構(gòu)件的 燃燒器，并且通常在部分功率下操作達(dá)延長(zhǎng)的時(shí)間段。部分功率在本文中意思是在低于 100%負(fù)載下的操作。隨著燃料價(jià)格的上漲，改進(jìn)的部分功率效率是操作者非常期望的性 質(zhì)。
[0015] 噴嘴設(shè)置在渦輪燃燒器內(nèi)，該噴嘴用于將燃料引入到穿過燃燒器的空氣流中。點(diǎn) 火器典型地用于引起所得的空氣燃料混合物在燃燒器內(nèi)焚燒。焚燒的空氣燃料混合物發(fā)送 出燃燒器，并且穿過一個(gè)或更多個(gè)渦輪以提取功率，該功率驅(qū)動(dòng)壓縮系統(tǒng)，并且向操作者提 供有用功。
[0016] 干式低排放物（下文為DLE)燃燒器為依靠貧預(yù)混燃燒的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其 在體積火焰溫度（下文為T flaJ窗口內(nèi)操作，在該體積火焰溫度窗口內(nèi)，排放物在極限內(nèi)。 Tfl_為由進(jìn)入供燃料的燃燒器杯的空氣和燃料的完全燃燒引起的計(jì)算出的絕熱火焰溫度。 在Tfl_的最大值下，氮氧化物（NOx)的排放物劇烈地增加。在Tfl_的最小值下（下文為 TflaMlin)，作為不合乎需要的燃燒副產(chǎn)物的一氧化碳（C0)的排放物增加。在本領(lǐng)域中，典型 的操作在于向機(jī)外排放壓縮機(jī)空氣，以便減少該不合乎需要的排放副產(chǎn)物。然而，機(jī)外排放 空氣提取的此類現(xiàn)有技術(shù)的使用用于在期望的溫度范圍的窄帶中保持局部T flanre，但其還降 低了局部功率效率，從而增加了燃料操作費(fèi)用。
[0017] 因此，將解決的問題在于最大化DLE燃?xì)鉁u輪的部分功能率效率特性，同時(shí)最小 化不合乎需要的排放物副產(chǎn)物。機(jī)外排放空氣提取典型地在部分功率操作下使用，以通過 將燃燒器體積火焰溫度保持在窄帶中來(lái)保持DLE系統(tǒng)中的可接受排放物。此外，現(xiàn)有技術(shù) 中已經(jīng)看到限制量的預(yù)混環(huán)和杯的分級(jí)。隨著排放物法規(guī)變得更嚴(yán)格，體積火焰溫度的可 接受窗口變得更加窄，并且難以實(shí)現(xiàn)。隨著T fl_帶變窄，發(fā)動(dòng)機(jī)需要增加排放空氣的使用 來(lái)保持在可接受的體積火焰溫度的窗口中。
[0018] 避免排放技術(shù)（BAT)關(guān)于通過減少排放空氣提取量來(lái)改進(jìn)干式低排放物（DLE)發(fā) 動(dòng)機(jī)的部分功率效率的方法。提供了實(shí)施例，其包括BAT來(lái)實(shí)現(xiàn)低功率狀態(tài)下的擴(kuò)散焰操 作、高功率狀態(tài)下的預(yù)混焰操作，以及中間功率設(shè)定下的預(yù)混/擴(kuò)散焰的組合，從而提供了 降低排放空氣要求以改進(jìn)性能同時(shí)滿足嚴(yán)格的排放物要求的手段。加強(qiáng)的貧熄火（下文為 ELB0)是指如下構(gòu)想：選定的特征允許在如在現(xiàn)有系統(tǒng)可遭受火焰完全"熄火"的損失的 邊緣處看到的非常接近空氣/燃料比的貧空氣/燃料比和溫度下操作。可變的ELB0是指 以優(yōu)化貧操作的方式按期望改變?nèi)剂陷斔偷哪芰Α?br> [0019] 現(xiàn)有技術(shù)的DLE發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求主要集中于全負(fù)載效率和排放物。 盡管是值得的目標(biāo)并且人們開始滿足本領(lǐng)域中不斷增長(zhǎng)的需要，但利用可變ELB0燃料的 實(shí)施例在從啟動(dòng)到全功率的較寬闊功率設(shè)定范圍下提供了提高的效率和減少的排放物。備 選方案向大多數(shù)預(yù)混器提供了可變ELB0,以提高燃料系統(tǒng)的功能，并且優(yōu)化全功率排放物 的減少，并且實(shí)現(xiàn)T fl_下的部分功率下調(diào)。
[0020] 為了改進(jìn)傳統(tǒng)DLE應(yīng)用中的部分功率效率，主要途徑在于添加周向分級(jí)模式，其 中燃燒器的若干杯關(guān)閉（即，不供燃料）。該途徑將局部冷區(qū)引入在燃燒器中，從而增加了 C0排放物，并且需要附加的控制閥和附加的時(shí)間來(lái)映射（map)周向模式。
[0021] 本領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)包括使用兩個(gè)杯和三個(gè)杯的預(yù)混器。圖示提供了用于利用預(yù)混器 中的三個(gè)杯的那些系統(tǒng)的A杯、B杯和C杯。減少對(duì)排放空氣提取的需要的本領(lǐng)域中的其 它設(shè)計(jì)包括可變面積渦輪噴嘴（VATN)和排放再噴射（也稱為旁通排放）回到動(dòng)力渦輪中。 然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相對(duì)昂貴，已經(jīng)經(jīng)歷有限的可靠性，并且相比于本實(shí)施例在技術(shù) 上復(fù)雜。
[0022] 進(jìn)一步詳細(xì)而言，現(xiàn)有技術(shù)的DLE發(fā)動(dòng)機(jī)提取壓縮機(jī)排放來(lái)提供機(jī)外排放空氣提 取，作為保持燃燒器火焰溫度高于下閾值的手段，低于該下閾值，C0和UHC排放物快速增 力口。下閾值稱為初始貧熄火。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 相比之下，提供了實(shí)施例，其通過改進(jìn)火焰穩(wěn)定來(lái)提供防止初始貧熄火的手段，從 而使燃燒器能夠在較低火焰溫度下以可接受的排放物操作。實(shí)施例允許燃燒器在部分功率 操作期間在較低的體積火焰溫度下操作，從而減少或甚至消除低效機(jī)外排放空氣提取的使 用。
[0024] 在解決該問題時(shí)，提供了實(shí)施例，其利用可變ELB0來(lái)作為預(yù)混器的特征，并且將 燃料直接噴射到燃燒室中。ELB0燃料的該使用通過產(chǎn)生小高溫?cái)U(kuò)散焰來(lái)改進(jìn)火焰穩(wěn)定，該 小高溫?cái)U(kuò)散焰用作通過一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器進(jìn)入燃燒器的燃料空氣混合物的點(diǎn)火源。相比 之下，大部分燃燒為貧預(yù)混的。一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器均可具有一個(gè)或更多個(gè)杯，其中實(shí)施例 包括具有兩個(gè)杯A和B (如圖1中所示）的那些；并且備選方案包括具有三個(gè)杯A，B和C (未 示出）的那些。提供了實(shí)施例和備選方案，它們?cè)龃罅嘶鹧鏈囟龋═flaiJ的范圍，這允許在 可接受的排放物水平處或低于可接受的排放物水平的期望有效操作。該解決方案包括使用 可變且獨(dú)立地控制的ELB0燃料，從而允許在整個(gè)操作范圍內(nèi)優(yōu)化排放物，并且提供了特征 為控制/分級(jí)邏輯的控制系統(tǒng)以允許火焰在低功率狀態(tài)下在操作中主要是擴(kuò)散焰，而在高 功率狀態(tài)下主要是預(yù)混操作。操作者清楚地認(rèn)識(shí)到與部分功率熱效率的僅一個(gè)百分點(diǎn)的改 進(jìn)相關(guān)聯(lián)的成本節(jié)省。因此，這些實(shí)施例對(duì)于所有操作者具有較高的值，其中來(lái)自提供的實(shí) 施例的使用的可測(cè)量的結(jié)果包括在相比于在類似條件下操作的已知技術(shù)的DLE燃?xì)廨啓C(jī) 時(shí)的、部分功率熱效率的高達(dá)3個(gè)百分點(diǎn)的改進(jìn)。盡管增大了部分功率效率，但實(shí)施例還降 低了燃料系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。附加的備選方案利用擴(kuò)散焰并且從而降低燃燒聲音。就此而 言，實(shí)施例用于通過減小暫時(shí)的聲音來(lái)改進(jìn)燃燒系統(tǒng)的持久性。相比于現(xiàn)有技術(shù)的分級(jí)DLE 燃燒器，實(shí)施例還提供了在部分功率操作期間保持更一致的離開輪廓和圖案因素以及較低 的渦輪入口溫度的能力。這導(dǎo)致了改進(jìn)的熱區(qū)段持久性、測(cè)量排出溫度時(shí)的傳感器準(zhǔn)確性， 以及整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。大體上，擴(kuò)散燃料流允許良好的可操作性。預(yù)混燃料流允許良好 的排放物特性。組合的擴(kuò)散和預(yù)混燃料流允許可操作性和排放物兩者的優(yōu)化。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 參照?qǐng)D1，大體上，用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)10包括燃燒器15,燃燒器15具有帶一個(gè) 或更多個(gè)預(yù)混杯的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器20。一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混杯與形成在其中的一個(gè)或更 多個(gè)可變ELB0通道流體連通。
[0026] 選擇成僅出于實(shí)例目的而非意在限制而示出的實(shí)施例包括利用兩個(gè)預(yù)混杯的那 些，其中一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混杯包括ELB0特征，并且為A預(yù)混杯30和B預(yù)混杯40。未示出的 其它實(shí)施例利用各個(gè)預(yù)混器中的三個(gè)或更多個(gè)預(yù)混杯。備選方案包括其中一個(gè)或更多個(gè)預(yù) 混器總數(shù)為二十四（24)個(gè)預(yù)混器的那些。
[0027] 經(jīng)由提供兩個(gè)杯的預(yù)混器實(shí)施例的實(shí)例，可變ELB0通道22、A杯預(yù)混通道32和B 杯預(yù)混通道42設(shè)置和形成在各個(gè)預(yù)混器20內(nèi)?？勺兊腅LB0通道22用于A杯和B杯兩者，但 提供了備選方案（未示出），其中單獨(dú)的可變ELB0通道提供至各個(gè)杯。這些通道22, 32, 42 分別提供用于在燃燒器15中在預(yù)混器20的各個(gè)杯30, 40下游產(chǎn)生火焰34和44的燃料。如 期望的，燃料可僅通過可變ELB0通道22引入，從而產(chǎn)生火焰34, 44,擴(kuò)散焰。燃料還可通過 預(yù)混通道32, 42引入，從而使火焰34, 44為預(yù)混焰。注意，圖1中所示的火焰34, 44以如下 方式構(gòu)想和示出，以便提供參考系，其關(guān)于燃燒器10內(nèi)的位置，此類火焰34, 44的傳播大體 上在杯30, 40的下游開始。當(dāng)所有通道22, 32, 42用于將燃料引入到預(yù)混器20中并且進(jìn)一 步引入到燃燒器15中用于燃燒時(shí)，則火焰34, 44為擴(kuò)散焰和預(yù)混焰的組合。通過按期望可 選定地調(diào)整燃料流，或通過完全停止燃料流，在任何預(yù)混器20或其內(nèi)的任何通道22, 32, 42 中，可以實(shí)現(xiàn)提高的操作效率，同時(shí)還保持低排放物。
[0028] 在渦輪操作中，聲音為燃燒聲音/動(dòng)力，并且已知的是通常在DLE發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)現(xiàn)的 壓力振蕩。此類壓力振蕩按期望以多種方式控制；本文中提出的實(shí)施例通過使用一些擴(kuò)散 燃料或ELB0來(lái)這樣做。當(dāng)以擴(kuò)散燃料流（穿過可變ELB0通道22的流）操作時(shí)，附加益處 以減小此類壓力振蕩的形式可選定地提供至操作者。
[0029] 為了僅按需要使用，第一機(jī)外排放通道50和第二機(jī)外排放通道52提供成以便便 于排放空氣提取。備選方案包括其中排放空氣54從燃燒器外殼16 (見圖1)或從壓縮機(jī) (未示出）的級(jí)間端口或在壓縮機(jī)（未示出）之間的位置處提取的那些。機(jī)外排放大體上 用于DLE系統(tǒng)，以確保體積燃料溫度（下文為T flaJ保持在可接受水平處。具有可變ELB0 的BAT技術(shù)允許Tflame降低，同時(shí)保持良好的排放物，并且因此延遲排放空氣提取的開始，并 且從而提供改進(jìn)的部分功率效率。
[0030] 如上文詳細(xì)所述并且如圖1中所示，包括在各個(gè)預(yù)混器20中的可變ELB0特征允 許隨當(dāng)前功率輸出除以全負(fù)載功率額定值變化來(lái)加強(qiáng)部分功率操作。
[0031] 參照?qǐng)D2至9,示出了具有燃燒器15的系統(tǒng)10的代表視圖，燃燒器15具有在發(fā)動(dòng) 機(jī)操作的各種級(jí)處從低功率一直到全功率焚燒的燃料，以包括那兩個(gè)極限之間的部分功率 設(shè)定。選定的噴燃器模式通過各個(gè)噴燃器模式的成對(duì)附圖而在圖2至9中看到，其中一個(gè) 預(yù)混器20的截面視圖伴隨端視圖示出，端視圖為具有通過選自以下的組流動(dòng)的燃料的、所 有發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)混器的環(huán)形表示：擴(kuò)散、預(yù)混或兩者。此外，預(yù)混器20的任何子集可具有從以 上組得到的燃料流的任何選擇。大體上，對(duì)于低功率，利用了擴(kuò)散燃料流。對(duì)于高功率，利 用了預(yù)混燃料流。對(duì)于按期望的在這些極限之間的功率，選定的平衡為擴(kuò)散燃料流和預(yù)混 燃料流兩者的選擇。盡管提供了示出四個(gè)噴燃器模式的實(shí)例，但容易理解的是，提供的實(shí)施 例的可變性質(zhì)意味著存在設(shè)置在用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的模式直至全功率下的模式之間的無(wú)限 數(shù)量的噴燃器模式。
[0032] Tflame mini_通過使用擴(kuò)散焰穩(wěn)定改進(jìn)，該擴(kuò)散焰穩(wěn)定通過增加燃燒器15上的可變 ELB0(增強(qiáng)貧熄火）特征的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中燃料可選定地按期望發(fā)送穿過燃燒器15內(nèi)的 一些或每一個(gè)預(yù)混器20杯30, 40。
[0033] 提供了實(shí)施例，其中發(fā)送穿過排放通道50, 52并且實(shí)現(xiàn)噴燃器模式之間的過渡所 需的機(jī)外排放減少了超過50%，并且在峰值發(fā)動(dòng)機(jī)使用范圍內(nèi)被消除。
[0034] 作為不意在限制的實(shí)例并且參照至少圖2至9,如本文中使用的分級(jí)意味著發(fā)動(dòng) 機(jī)在噴燃器模式中操作，其中另外的細(xì)節(jié)如下。
[0035] 如圖2和圖3中所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，并且燃料焚燒在燃燒器15內(nèi)發(fā)生。 此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于噴燃器模式1，對(duì)應(yīng)于燃料為AELB0。盡管備選方案提供了僅穿過B杯的 燃料，但在該實(shí)例中，燃料僅流過A杯30的可變ELB0通道22。沒有燃料發(fā)送穿過B杯40。 發(fā)動(dòng)機(jī)開始在低功率下完全依靠通過可變ELB0通道22引入的燃料操作，結(jié)果在于，火焰34 為僅源自A杯30的擴(kuò)散焰34。進(jìn)一步詳細(xì)而言，關(guān)于形成和設(shè)置在其中的通道22, 32, 42， 形成在燃燒器20中的通道放置成僅與A杯30流體連通。此外，在該噴燃器模式1中，如此 利用的唯一通道為通道22。B杯40 (和C杯，對(duì)于利用未示出的三個(gè)杯的實(shí)施例）僅具有 穿過它們的空氣，并且沒有火焰44存在。這是從啟動(dòng)到大約15%功率設(shè)定的狀態(tài)。
[0036] 經(jīng)由另外的實(shí)例并且參照?qǐng)D4和圖5,在對(duì)功率的需求從大約15%增大到大約 50%并且在值的范圍內(nèi)的任何點(diǎn)處時(shí)，渦輪供有更多燃料來(lái)提供該功率，燃燒器15從僅為 低功率下的AELBO (僅A預(yù)混杯30擴(kuò)散流）操作的噴燃器模式1過渡至為AELBO連同BELBO 的組合的噴燃器模式2。如需要地進(jìn)一步詳細(xì)而言，燃料流按期望添加至預(yù)混器，其中一些 燃料繼續(xù)流過可變ELBO通道22,并且燃料如上文引入到任何數(shù)量的A預(yù)混杯30中，并且 現(xiàn)在還如需要地以沿周向分級(jí)方式引入到任何數(shù)量的B預(yù)混杯40 (和C杯，如果存在，未示 出）中，從而提供分級(jí)操作方式，其允許功率輸出的增加，同時(shí)最大化操作效率，并且最小 化來(lái)自渦輪的非期望排放物的輸出。在噴燃器模式2中，所得的火焰34, 44為分別源自A 杯30和B杯40的擴(kuò)散焰34, 44
[0037] 參照?qǐng)D6和圖7,在對(duì)功率的需求從大約50%增大至大約75%并且在該值的范 圍內(nèi)的任何點(diǎn)處，并且渦輪供有更多燃料來(lái)提供該功率時(shí)，燃燒器15從與低功率下的A ELBO (A杯30擴(kuò)散流）和B ELBO (B杯40擴(kuò)散流）操作相關(guān)聯(lián)的噴燃器模式1和2過渡至 在較高功率設(shè)定下的噴燃器模式3 (部分貧預(yù)混操作），由此一些燃料繼續(xù)流過可變ELB0 通道22,并且燃料還按期望引入到預(yù)混通道32, 42中的一些或所有中，在A杯和B杯（和C 杯，如果存在，未示出）中，從而提供分級(jí)操作方式，其允許功率輸出的增加，同時(shí)最大化操 作效率，并且最小化來(lái)自渦輪的非期望排放物的輸出。例如，圖6和圖7示出了 A預(yù)混+A ELBO+B ELB0燃料流的實(shí)例，其中A杯30已過渡到A杯預(yù)混通道32和A杯ELB0通道22兩 者中的燃料流，其中所得的火焰34為擴(kuò)散焰和預(yù)混焰的組合。來(lái)自B杯40的燃料為來(lái)自 可變ELB0通道22的擴(kuò)散燃料流，其中所得的火焰44為擴(kuò)散焰。按期望，在一些功率設(shè)定 下，一些預(yù)混器20完全沒有供有燃料，并且僅空氣穿過那些預(yù)混器20。
[0038] 對(duì)僅上文以補(bǔ)充方式描述，還可看到圖7和圖8示出了甚至更高的功率設(shè)定，但仍 低于全功率，其中燃料繼續(xù)流過所有杯。然而，在杯A30仍在ELB0中時(shí)，燃料繼續(xù)穿過杯A 中的可變ELBO通道22,其中杯A中的所得火焰34為擴(kuò)散焰，在該階段，燃料還通過B杯預(yù) 混通道42引入，從而使火焰44為預(yù)混焰。
[0039] 為了清楚，上文所述并且分別在圖4到5和圖6到7中示為噴燃器模式2和噴燃 器模式3的噴燃器模式并非在分級(jí)中相互排斥。換言之，按期望，操作者或控制系統(tǒng)可按期 望并且以任何順序?qū)⑾到y(tǒng)10可選定地置于噴燃器模式2或噴燃器模式3中，使得控制參數(shù) (諸如T flanre miniIM、排放量、功率輸出等）選擇成最大化效率，并且還最小化排放物。
[0040] 現(xiàn)在將我們的注意力轉(zhuǎn)到在全功率下操作，圖8和圖9示出了在對(duì)功率的需求從 大約75 %增大到大約全功率并且在值的范圍內(nèi)的任何點(diǎn)處時(shí)的噴燃器模式4下的燃料流 情形，渦輪供有更多燃料來(lái)提供該功率，燃燒器15過渡至具有觸動(dòng)的所有通道22, 32, 42的 所有杯30, 40,從而使火焰34, 44主要為預(yù)混焰，具有或不具有少量擴(kuò)散焰。
[0041] 總之并且關(guān)于出于圖示目的提供且并非意在限制的實(shí)例，對(duì)于噴燃器模式等同的 圖2到9、實(shí)施例和備選方案提供用于如下噴燃器模式中的分級(jí)操作：
[0042] 1. A ELB0(圖 2 和圖 3)
[0043] 2. A ELBO+B ELB0(圖 4 和圖 5)
[0044] (任何所需的情況允許其它噴燃器模式包括周向噴燃器模式）
[0045] 3. A ELBO+B ELB0+A PREMIXED (圖 6 和圖 7)
[0046] (任何所需的情況允許其它噴燃器模式包括周向噴燃器模式）
[0047] 4. A ELBO+B ELB0+A PREMIXED+B PREMIXED，其中 ELB0 在滿負(fù)載狀態(tài)下最小化至 接近零，以優(yōu)化NOx排放物（圖8和圖9)
[0048] 一種用于火焰穩(wěn)定的方法包括以下步驟：
[0049] 1)提供發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有用于燃料流的控制器（未示出），燃燒器15具有一個(gè)或更 多個(gè)預(yù)混器20,各個(gè)預(yù)混器20具有一個(gè)或更多個(gè)杯，例如而并未意在限制，A預(yù)混杯30和 B預(yù)混杯40、一個(gè)或預(yù)混器20形成并且設(shè)置在以下內(nèi)：可變ELB0通道22、各個(gè)杯30, 40的 預(yù)混通道32, 42,此類通道22, 32, 42放置成與杯30, 40流體連通，其中可變ELB0通道22在 利用時(shí)提供用于在各個(gè)杯下游產(chǎn)生擴(kuò)散焰的燃料，而預(yù)混通道32, 42在利用時(shí)提供用于在 各個(gè)杯下游產(chǎn)生預(yù)混焰的燃料。
[0050] 2)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由此燃料在啟動(dòng)時(shí)以噴燃器模式1按AELB0(擴(kuò)散）燃料提供，并 且保持噴燃器模式1，其中AELB0(擴(kuò)散）燃料流通過高達(dá)大約15%部分功率的需求而導(dǎo)致 火焰34為擴(kuò)散焰。
[0051] 3)當(dāng)功率需求升高到一水平以上時(shí)，超過該水平，A ELB0杯將提供燃料流，允許 在期望的操作參數(shù)內(nèi)操作，控制器使燃料流轉(zhuǎn)移到噴燃器模式2,其中A ELB0(擴(kuò)散）+B ELB0(擴(kuò)散）燃料流導(dǎo)致火焰34, 44為擴(kuò)散焰，并且通過大約15%到大約50%功率之間的 需求。
[0052] 4)當(dāng)功率需求升高到A ELB0或A ELBO+B ELB0閾值以上時(shí)，控制器使燃料流轉(zhuǎn) 移至噴燃器模式3,其中A ELBO+B ELB0 (擴(kuò)散）+A PREMIXED燃料流導(dǎo)致火焰44仍為擴(kuò)散 焰，并且火焰34從擴(kuò)散焰過渡至預(yù)混焰，并且通過大約50%到大約75%功率之間的需求。
[0053] 5)當(dāng)功率需求在噴燃器模式3中繼續(xù)增大時(shí)，實(shí)施例提供了 B PREMIXED杯被觸 動(dòng)，從而使火焰44按期望從擴(kuò)散焰過渡至預(yù)混焰，以便控制體積火焰溫度。
[0054] 6)當(dāng)功率需求升高至全功率設(shè)定時(shí)，控制器使燃料流轉(zhuǎn)移至噴燃器模式4,其中A ELBO+B ELBO+A PREMIXED+B PREMIXED燃料流導(dǎo)致火焰34, 44為預(yù)混焰，并且通過大約75% 到100 %或全功率之間的需求。
[0055] 可看到的是，對(duì)于具有三個(gè)杯的實(shí)施例，噴燃器模式以組合提供，該組合允許燃 料流以A ELB0開始，并且逐漸高達(dá)全功率，其中A ELBO+B ELBO+C ELBO+A PREMIXED+B PREMIXED+C PREMIXED杯在全功率設(shè)定下促動(dòng)用于噴燃器模式。同樣地，中間的三個(gè)杯噴燃 器模式對(duì)應(yīng)于上述噴燃器模式提供。
[0056] 此外，控制器分析因素，以包括功率需求、表達(dá)為Tfl_的控制溫度，以及平均熱效 率，并且調(diào)整通過噴燃器模式中的任一個(gè)的分級(jí)（包括無(wú)論如何以任何順序的沿周向分 級(jí)）、按順序遵循噴燃器模式、改變選定的噴燃器模式中的預(yù)混器的利用，或按需要跳過任 何噴燃器模式，以便保持期望水平的功率輸出，同時(shí)最小化或消除機(jī)外的空氣排放并且最 小化排放物。
[0057] 利用關(guān)于系統(tǒng)和方法10和相關(guān)聯(lián)的燃料流和噴燃器模式論述的這些原理和細(xì) 節(jié)，我們現(xiàn)在可將我們的注意力轉(zhuǎn)到特性的圖解表示。
[0058] 圖10單獨(dú)提供為用以參照用于DLE的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和與此類系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的典型 DEL分級(jí)的手段。示出了沿圖3的底部從左側(cè)的較低水平地延伸至右側(cè)的較高的功率的無(wú) 維圖示。在渦輪入口處測(cè)量的控制溫度示為沿附圖的左垂直緣從較低（在該處其滿足功 率）到較高?，F(xiàn)有技術(shù)的實(shí)例是指三個(gè)杯操作，并且其在使用最大排放空氣的各個(gè)四邊形 的上左手區(qū)中。該情形將對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)杯系統(tǒng)為相同的。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，需要 排放空氣的大量使用，其在一功率下增大渦輪入口溫度，從而保持排放物，但犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)效 率。
[0059] 相比之下，圖11設(shè)立成以類似方式顯示數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在用于系統(tǒng)和方法10的實(shí)施 例。如圖12中所示，通過將圖11與圖10相比較，清楚的是，實(shí)施例提供了控制高負(fù)載下需 要的任何排放的量和減少或完全消除高負(fù)載下需要的任何排放的非常不同的方式。
[0060] 具體參照?qǐng)D11，在功率從圖的上右手處的全功率減小時(shí)，你看到實(shí)施例的特征在 于如上文所述地可選定地選擇噴燃器模式，使得保持可接受的控制溫度，而不需要利用排 放通道和相關(guān)聯(lián)的機(jī)外排放提取。該特征解釋了關(guān)于圖10的系統(tǒng)的排放物的標(biāo)記的減少。 其提到了 NOx排放水平在接近滿負(fù)載下通過較低量的可變ELB0來(lái)實(shí)現(xiàn)。提供了實(shí)施例，其 使用可變ELB0來(lái)改進(jìn)火焰溫度下調(diào)或貧熄火（下文為L(zhǎng)B0)，以便最小化發(fā)動(dòng)機(jī)中的排放提 取的使用，并且從而改進(jìn)了部分功率效率。
[0061] 圖12提供了表達(dá)為功率對(duì)平均熱效率的百分比的平均軸功率的圖解表示。用于 火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)的實(shí)施例包括其中沒有排放在較高負(fù)載下使用的那些，并且它們遵循如指 示的曲線。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)（也參照?qǐng)D10)遵循描繪為從系統(tǒng)10實(shí)施例的無(wú)排 放線大體向下偏離的圖表。與本文提出的實(shí)施例和備選方案相比，此類現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)必 須在功率減小時(shí)增大排放量，并且接受較高水平的排放物和減小的效率（相比于本文提出 的實(shí)施例和備選方案），見右手曲線，其在圖12的圖表上以大約0.8的最大額定功率從主曲 線離開。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于火焰穩(wěn)定的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器的燃燒器，各個(gè) 預(yù)混器具有一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混杯，并且各個(gè)預(yù)混器形成并且設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO 通道內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括放置成與所述杯流體連通的所述 一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道，其中所述一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道提供用于在各個(gè)杯下 游產(chǎn)生擴(kuò)散焰的燃料，并且預(yù)混通道提供用于在各個(gè)杯下游產(chǎn)生預(yù)混焰的燃料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括總數(shù)為二十四個(gè)預(yù)混器的所述一 個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)或更多個(gè)機(jī)外排放通道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或更多個(gè)機(jī)外排放通道為第一 機(jī)外排放通道和第二機(jī)外排放通道。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括選定的燃燒器輪廓和圖案，其中所 述預(yù)混器具有選自擴(kuò)散、預(yù)混、兩者的組的燃料流，沒有燃料流；并且預(yù)混器的任何子集可 具有從所述組得到的燃料流的任何選擇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選定的燃燒器輪廓提供了通過所述 噴燃器模式中的任一個(gè)的分級(jí)，包括無(wú)論如何以任何順序的沿周向分級(jí)、按順序遵循噴燃 器模式、改變選定的噴燃器模式中的預(yù)混器的利用，或按需要跳過任何噴燃器模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選定的燃燒器輪廓保持期望水平的 功率輸出，同時(shí)最小化或消除機(jī)外空氣排放和最小化排放物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選定的燃燒器輪廓將平均軸功率保 持在從大約50%高達(dá)全功率的范圍中，同時(shí)在保持此類功率設(shè)定時(shí)消除機(jī)外空氣排放。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括為兩個(gè)杯的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混 杯；A預(yù)混杯和B預(yù)混杯，并且所述一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道為A預(yù)混杯預(yù)混通道和B預(yù) 混杯預(yù)混通道。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括為三個(gè)杯的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混 杯；A預(yù)混杯、B預(yù)混杯和C預(yù)混杯；所述一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道為A預(yù)混杯預(yù)混通道、 B預(yù)混杯預(yù)混通道，以及C預(yù)混杯預(yù)混通道。
12. -種用于火焰穩(wěn)定的方法，包括以下步驟： a. 提供發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有用于燃料流的控制器、具有一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混器的燃燒器，各個(gè) 預(yù)混器具有一個(gè)或更多個(gè)杯，所述一個(gè)或預(yù)混器形成并且設(shè)置在以下內(nèi)：可變ELBO通道、 用于各個(gè)杯的預(yù)混通道，此類通道放置成與所述杯流體連通，其中所述可變ELBO通道在利 用時(shí)提供用于在各個(gè)杯下游產(chǎn)生擴(kuò)散焰的燃料，并且所述預(yù)混通道在利用時(shí)提供用于在各 個(gè)杯下游產(chǎn)生預(yù)混焰的燃料； b. 起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)，由此燃料在啟動(dòng)時(shí)以噴燃器模式1按ELBO(擴(kuò)散）燃料提供，并且 保持噴燃器模式1，其中AELB0(擴(kuò)散）燃料流通過高達(dá)大約15%部分功率的需求而導(dǎo)致火 焰為擴(kuò)散焰； c. 在功率需求升高到一水平以上時(shí)，超過所述水平，所述AELB0杯將提供燃料流，允許 在期望操作參數(shù)內(nèi)操作，所述控制器將燃料流轉(zhuǎn)移至噴燃器模式2,其中A ELBO (擴(kuò)散）+B ELBO(擴(kuò)散）燃料流導(dǎo)致火焰為擴(kuò)散焰，并且通過大約15%到大約50%功率之間的需求； d. 在功率需求升高到所述A ELBO或所述A ELBO+B ELBO閾值以上時(shí)，所述控制器將燃 料流轉(zhuǎn)移至噴燃器模式3,其中A ELBO+B ELB0 (擴(kuò)散）+A PREMIXED燃料流導(dǎo)致由在所述B 杯中流動(dòng)的燃料引起的火焰仍為擴(kuò)散焰，并且由在所述A杯中流動(dòng)的所述燃料引起的火焰 從擴(kuò)散焰過渡至預(yù)混焰，并且通過大約50%到大約75%功率之間的需求； e. 在功率需求繼續(xù)在噴燃器模式3中增大時(shí)，實(shí)施例提供了 B PREMIXED杯被觸動(dòng)，從 而將由在所述B杯中流動(dòng)的所述燃料引起的火焰從擴(kuò)散焰過渡至預(yù)混焰，以便控制體積火 焰溫度； f. 在功率需求升高到全功率設(shè)定時(shí)，所述控制器將燃料流轉(zhuǎn)移至噴燃器模式4,其中 AELB0+BELB0+APREMIXED+BPREMIXED燃料流導(dǎo)致火焰為預(yù)混焰，并且通過大約75%到 100 %或全功率之間的需求。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括選定的燃燒器輪廓和圖案，其中 所述預(yù)混器具有選自擴(kuò)散、預(yù)混、兩者的組的燃料流，沒有燃料流；并且預(yù)混器的任何子集 可具有從所述組得到的燃料流的任何選擇。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制器分析選自以下組的因素：功 率需求、為Tfl_的控制溫度、平均熱效率，并且調(diào)整通過噴燃器模式中的任一個(gè)的分級(jí)，包 括無(wú)論如何以任何順序的沿周向分級(jí)、按順序遵循噴燃器模式、改變選定的噴燃器模式中 的預(yù)混器的利用，或按需要跳過任何噴燃器模式，以便保持期望水平的功率輸出，同時(shí)最小 化或消除機(jī)外空氣排放并且最小化排放物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，選定的燃燒器輪廓保持期望水平的功 率輸出，同時(shí)最小化或消除機(jī)外空氣排放和最小化排放物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選定的燃燒器輪廓將平均軸功率 保持在從大約50%高達(dá)全功率的范圍中，同時(shí)在保持此類功率設(shè)定時(shí)消除機(jī)外空氣排放。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或更多個(gè)杯為兩個(gè)杯：A預(yù)混 杯和B預(yù)混杯。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括為兩個(gè)杯的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混 杯；A預(yù)混杯和B預(yù)混杯；并且所述一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道為A預(yù)混杯預(yù)混通道和B 預(yù)混杯預(yù)混通道。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或更多個(gè)杯為三個(gè)杯：A預(yù)混 杯、B預(yù)混杯和C預(yù)混杯。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括為三個(gè)杯的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混 杯；A預(yù)混杯、B預(yù)混杯和C預(yù)混杯；并且所述一個(gè)或更多個(gè)可變ELBO通道為A預(yù)混杯預(yù)混 通道、B預(yù)混杯預(yù)混通道和C預(yù)混杯預(yù)混通道。
【文檔編號(hào)】F23R3/28GK104114951SQ201280070184
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月20日
【發(fā)明者】M.D.杜爾賓, M.A.米勒, L.K.布拉克曼, D.A.林德 申請(qǐng)人:通用電氣公司