用在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)換燃燒模式的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，且更確切地，涉及用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)處于燃燒直接邊界控制下時(shí)，控制燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，稱為燃燒直接邊界控制的控制類型被用于調(diào)節(jié)燃料和空氣到達(dá)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)燃燒器的不同噴嘴的流量。如本說明書中所使用，“燃燒直接邊界控制”是指例如通過控制空氣和/或燃料到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒器中的噴嘴的流量來調(diào)節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒，以使得一個(gè)或多個(gè)預(yù)定燃燒參數(shù)均維持在預(yù)定邊界或極限范圍內(nèi)，所述燃燒參數(shù)包括但不限于溫度、壓力、動(dòng)力學(xué)和/或燃燒副產(chǎn)物的濃度。在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括多個(gè)噴嘴。在至少一些這樣的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，燃料和/或空氣流是通過單獨(dú)的燃料和空氣供應(yīng)管路供應(yīng)至單獨(dú)噴嘴，所述供應(yīng)管路可彼此獨(dú)立地受控?？啥x供應(yīng)至燃燒器內(nèi)單獨(dú)噴嘴的空氣和/或燃料的量的一種方式是:確定需要輸送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃燒器的總空氣和/或燃料，隨后定義供應(yīng)至單獨(dú)噴嘴的燃料和/或空氣的量(有時(shí)稱為“分流(split)”)。給定噴嘴的“分流”定義燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃燒器總共需要的燃料流通過給定噴嘴輸送的部分。因此，在燃燒直接邊界控制期間，正引導(dǎo)至一個(gè)噴嘴的分流可以不同于正引導(dǎo)至同一燃燒器內(nèi)另一個(gè)噴嘴的分流。
[0003]在燃燒直接邊界控制期間，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)反饋回路來調(diào)整供應(yīng)至噴嘴的分流。每個(gè)回路可由邊界參數(shù)來定義。邊界參數(shù)可包括但不限于燃?xì)鉁u輪機(jī)排放物諸如NOx、CO等的預(yù)定數(shù)值或范圍、燃燒系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和/或任何燃燒器可操作性特征，包括指示貧媳火(lean blowout)的參數(shù)。對于每個(gè)反饋回路，所命令的分流輸出是邊界參數(shù)的定義極限或目標(biāo)值、對邊界參數(shù)的當(dāng)前值的反饋以及當(dāng)前分流的函數(shù)。可以通過邊界參數(shù)的直接測量、邊界參數(shù)的建模估計(jì)或兩者的組合來獲得對當(dāng)前邊界參數(shù)的反饋。另外的優(yōu)先級邏輯可以進(jìn)一步從多個(gè)反饋回路分流向下選擇(downselect)以定義給定噴嘴的最終命令分流。
[0004]在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以若干不同的燃燒模式操作。不同的燃燒模式出于本發(fā)明目的可以通過數(shù)字(1，2，3等)和/或字母(A，B，C，…，X，Y，Z等)標(biāo)識(shí))，其根據(jù)供應(yīng)至燃燒器內(nèi)每個(gè)噴嘴的燃料和/空氣量和/或根據(jù)供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)相應(yīng)燃燒器的燃料和/或空氣量而彼此區(qū)分開來。更確切地，不同的燃燒模式確定將啟用哪些噴嘴(即，被供應(yīng)一定量的燃料和/或空氣)以及將禁用哪些噴嘴(即，不被供應(yīng)燃料和/或空氣)。
[0005]在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，可要求不同的燃燒模式以在一定范圍的操作條件下最優(yōu)地操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。這個(gè)操作條件范圍包括施加于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的不同負(fù)載條件。因此，一種燃燒模式可對應(yīng)于低負(fù)載模式，另一種燃燒模式可對應(yīng)于中等負(fù)載模式，并且又一種燃燒模式可對應(yīng)于高負(fù)載模式。這些僅為實(shí)例，并且在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，不同的燃燒模式可與其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)。另外，可存在可能影響在一種給定燃?xì)鉁u輪機(jī)操作條件下的燃燒模式選擇的次要因素，諸如環(huán)境條件、燃?xì)鉁u輪機(jī)條件等。
[0006]在能夠以多種操作模式操作的這樣的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，可能期望在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)正連續(xù)操作時(shí)，從一種燃燒模式轉(zhuǎn)換至另一種燃燒模式。然而，在此類已知的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，在仍在燃燒直接邊界控制條件下操作時(shí)，尚不能夠在燃燒模式之間轉(zhuǎn)換。這是因?yàn)橹苯佑糜诳刂频暮?或用作輸入到用于控制的未測量邊界參數(shù)的模型中的輸入值的邊界測量值中的一些取決于當(dāng)前燃燒模式。這樣，這些測量值無法用于準(zhǔn)確地預(yù)測被動(dòng)分流。因此，控制系統(tǒng)有必要退出燃燒直接邊界控制并且在無直接反饋回路的情況下參考開回路分流調(diào)度表(open loop split schedule)。開回路分流可基于一種測量或建模的燃燒參考參數(shù)進(jìn)行調(diào)度，所述燃燒參考參數(shù)是不取決于燃燒模式并且通常將存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)器中，所述存儲(chǔ)器含有對應(yīng)于在不同操作條件下的各種燃燒模式的分流，以便實(shí)施燃燒模式之間的變化。在從分流調(diào)度表檢索出初始或“降落點(diǎn)(landing spot) ”分流后，并且相關(guān)測量值充分反映出燃?xì)鉁u輪機(jī)以新的燃燒模式操作，那么可以恢復(fù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒直接邊界控制操作。然而，這種方法具有若干缺點(diǎn)。首先是在運(yùn)行到開回路調(diào)度表的過程中缺乏穩(wěn)健性并且在禁用直接邊界控制時(shí)，可能違反邊界限制的風(fēng)險(xiǎn)增加。其次，針對每種模式確定并維持不同燃燒模式和不同條件(例如，不同負(fù)載路徑或排氣溫度)下的眾多分流調(diào)度表可能是勞動(dòng)強(qiáng)度大的且花費(fèi)高昂的，因?yàn)槿細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定分流調(diào)度表的生成和維護(hù)涉及利用維護(hù)人員來進(jìn)行燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重復(fù)周期性現(xiàn)場調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]下面概述其范圍與最初要求保護(hù)的本發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不是意在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，這些實(shí)施例而是僅預(yù)計(jì)提供本發(fā)明的可能形式的概述。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與下面提出的實(shí)施例相似或不同的多種形式。
[0008]技術(shù)方案1:一種用在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)換燃燒模式的方法，所述方法使用包括連接至存儲(chǔ)器裝置的處理器的計(jì)算裝置來實(shí)施，所述方法包括:利用所述計(jì)算裝置生成代表初始分流集合的數(shù)據(jù)，用于向所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)燃燒器提供燃料和空氣的至少一種；利用所述計(jì)算裝置生成所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的模型，其中所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)模型生成代表所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的至少一個(gè)操作條件的數(shù)據(jù)作為輸出；利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的第一分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)，用于使用所述初始分流數(shù)據(jù)作為輸入來在第一燃燒模式下控制所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；以及利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的至少第二分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)被動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)，用于使用自動(dòng)生成的控制分流數(shù)據(jù)集合作為輸入來在至少第二燃燒模式下控制所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0009]技術(shù)方案2:根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其中生成代表至少一個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)信號(hào)包括:利用所述第一分流計(jì)算模塊生成代表與多個(gè)燃燒參數(shù)邊界值相對應(yīng)的多個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)。
[0010]技術(shù)方案3:根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中所述方法包括利用所述計(jì)算裝置選擇代表與所述燃燒參數(shù)邊界值中的至少一個(gè)相對應(yīng)的主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)。
[0011]技術(shù)方案4:根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其中利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的第一分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)包括:利用第一邏輯節(jié)點(diǎn)接收并選擇性地重新傳輸所述初始分流數(shù)據(jù)；利用選擇性地連接至所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)和連接至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)模型模塊的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)生成代表所預(yù)測操作參數(shù)集合的數(shù)據(jù)，以用于基于至少一個(gè)預(yù)定燃燒參數(shù)邊界值計(jì)算一個(gè)或多個(gè)分流；利用選擇性地連接至所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)和連接至所述轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的處理節(jié)點(diǎn)，基于所述至少一個(gè)第一預(yù)定燃燒參數(shù)邊界值生成代表多個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)；利用連接至所述處理節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級選擇節(jié)點(diǎn)，從所述多個(gè)主動(dòng)控制分流集合中選擇與所選擇的至少一個(gè)燃燒參數(shù)邊界值相對應(yīng)的主動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)集合；以及利用所述優(yōu)先級選擇節(jié)點(diǎn)，將所選擇的主動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)傳輸至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)。
[0012]技術(shù)方案5:根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其中所述方法包括在所述計(jì)算裝置確定所監(jiān)視操作條件的閾值超過預(yù)定閾值后在燃燒模式之間轉(zhuǎn)換。
[0013]技術(shù)方案6:根據(jù)技術(shù)方案5所述的方法，其中在燃燒模式之間轉(zhuǎn)換包括:使用在燃燒模式轉(zhuǎn)換開始時(shí)捕獲的主動(dòng)控制分流和在所述燃燒模式轉(zhuǎn)換期間連續(xù)計(jì)算的被動(dòng)控制分流，以使得所述轉(zhuǎn)換開始時(shí)的所述主動(dòng)控制分流遞增地調(diào)整，以接近所述被動(dòng)控制分流。
[0014]技術(shù)方案7:根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其中利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的第二分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)被動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)包括:利用選擇性地連接至第一邏輯節(jié)點(diǎn)和連接至所述燃?xì)鉁u輪機(jī)模型模塊的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)生成代表所預(yù)測操作參數(shù)集合的數(shù)據(jù)，用于基于至少一個(gè)預(yù)定燃燒參數(shù)邊界值計(jì)算分流；利用選擇性地連接至所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)和連接至所述轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的處理節(jié)點(diǎn)，基于所述至少一個(gè)預(yù)定燃燒參數(shù)邊界值生成代表多個(gè)被動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)；利用連接至所述處理節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級選擇節(jié)點(diǎn)，從所述多個(gè)主動(dòng)控制分流集合中選擇與所選擇的至少一個(gè)燃燒參數(shù)邊界值相對應(yīng)的被動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)集合；利用所述優(yōu)先級選擇節(jié)點(diǎn)將所選擇的被動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)傳輸至所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)；以及利用所述第一邏輯節(jié)點(diǎn)接收所選擇的被動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)并將其選擇性地重新傳輸至所述轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和所述處理節(jié)點(diǎn)。
[0015]技術(shù)方案8:根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其中所述方法包括:利用第二邏輯節(jié)點(diǎn)接收所述主動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)和所述被動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)；以及使用所述主動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)來控制所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0016]技術(shù)方案9:根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中所述方法包括:利用所述計(jì)算裝置監(jiān)視所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的至少一個(gè)操作條件；以及當(dāng)所述監(jiān)視操作條件跨越預(yù)定閾值時(shí)，利用所述計(jì)算裝置將所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制從所述第一燃燒模式轉(zhuǎn)換至所述第二燃燒模式。
[0017]技術(shù)方案10:根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中利用所述計(jì)算裝置將所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制從所述第一燃燒模式轉(zhuǎn)換至所述第二燃燒模式包括:使用所述被動(dòng)控制分流數(shù)據(jù)來選擇性地控制所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；將所述第一分流計(jì)算模塊從主動(dòng)控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍?dòng)控制方式；以及將所述第二分流計(jì)算模塊從被動(dòng)控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)控制方式。
[0018]技術(shù)方案11: 一種用在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中在燃燒模式之間轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:包括處理器的計(jì)算裝置；以及其上編碼有計(jì)算機(jī)可讀指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)裝置，所述計(jì)算機(jī)可讀指令可由所述處理器執(zhí)行以執(zhí)行包括以下各項(xiàng)的功能:生成代表初始分流集合的數(shù)據(jù)，用于向所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)燃燒器提供燃料和空氣的至少一種；生成所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的模型，其中所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)模型生成代表所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的至少一個(gè)操作條件的數(shù)據(jù)作為輸出；利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的第一分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)主動(dòng)控制分流集合的數(shù)據(jù)，用于使用所述初始分流數(shù)據(jù)作為輸入來在第一燃燒模式下控制所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；利用所述計(jì)算裝置內(nèi)的至少第二分流計(jì)算模塊生成代表至少一個(gè)被動(dòng)控制