[发明专利]用在燃气涡轮发动机中转换燃烧模式的方法和系统

说明书

本发明公开一种用在燃气涡轮发动机中转换燃烧模式的方法和系统。处理器生成代表初始分流集合的数据，用于向所述燃气涡轮发动机中的至少一个燃烧器提供燃料和空气中的至少一种。燃气涡轮发动机模型模块生成代表至少一个发动机操作条件的数据。第一分流计算模块生成代表至少一个主动控制分流集合的数据，以使用所述初始分流数据作为输入来在第一燃烧模式下控制所述发动机。第二分流计算模块生成代表至少一个被动控制分流集合的数据，以在至少第二燃烧模式下控制所述发动机。燃烧模式之间的转换可通过使用所述主动控制分流和所述被动控制分流中的至少一个来完成。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机的控制，且更确切地，涉及用于在燃气涡轮发动机处于燃烧直接边界控制下时，控制燃烧模式之间的转换的方法和系统。

背景技术

在至少一些已知的燃气涡轮机系统中，称为燃烧直接边界控制的控制类型被用于调节燃料和空气到达燃气涡轮发动机内的一个或多个燃烧器的不同喷嘴的流量。如本说明书中所使用，“燃烧直接边界控制”是指例如通过控制空气和/或燃料到达发动机内燃烧器中的喷嘴的流量来调节燃气涡轮发动机内的燃烧，以使得一个或多个预定燃烧参数均维持在预定边界或极限范围内，所述燃烧参数包括但不限于温度、压力、动力学和/或燃烧副产物的浓度。在至少一些已知的燃气涡轮机系统中，燃气涡轮发动机包括多个燃烧器，并且每个燃烧器包括多个喷嘴。在至少一些这样的燃气涡轮机系统中，燃料和/或空气流是通过单独的燃料和空气供应管路供应至单独喷嘴，所述供应管路可彼此独立地受控。可定义供应至燃烧器内单独喷嘴的空气和/或燃料的量的一种方式是：确定需要输送至燃气涡轮发动机或燃烧器的总空气和/或燃料，随后定义供应至单独喷嘴的燃料和/或空气的量(有时称为“分流(split)”)。给定喷嘴的“分流”定义燃气涡轮发动机或燃烧器总共需要的燃料流通过给定喷嘴输送的部分。因此，在燃烧直接边界控制期间，正引导至一个喷嘴的分流可以不同于正引导至同一燃烧器内另一个喷嘴的分流。

在燃烧直接边界控制期间，燃气涡轮机系统的控制系统使用一个或多个闭环反馈回路来调整供应至喷嘴的分流。每个回路可由边界参数来定义。边界参数可包括但不限于燃气涡轮机排放物诸如NOx、CO等的预定数值或范围、燃烧系统动力学和/或任何燃烧器可操作性特征，包括指示贫熄火(lean blowout)的参数。对于每个反馈回路，所命令的分流输出是边界参数的定义极限或目标值、对边界参数的当前值的反馈以及当前分流的函数。可以通过边界参数的直接测量、边界参数的建模估计或两者的组合来获得对当前边界参数的反馈。另外的优先级逻辑可以进一步从多个反馈回路分流向下选择(downselect)以定义给定喷嘴的最终命令分流。

在至少一些已知的燃气涡轮机系统中，燃气涡轮发动机能够以若干不同的燃烧模式操作。不同的燃烧模式出于本发明目的可以通过数字(1，2，3等)和/或字母(A，B，C，…，X，Y，Z等)标识)，其根据供应至燃烧器内每个喷嘴的燃料和/空气量和/或根据供应至燃气涡轮发动机内相应燃烧器的燃料和/或空气量而彼此区分开来。更确切地，不同的燃烧模式确定将启用哪些喷嘴(即，被供应一定量的燃料和/或空气)以及将禁用哪些喷嘴(即，不被供应燃料和/或空气)。

在至少一些已知的燃气涡轮机系统中，可要求不同的燃烧模式以在一定范围的操作条件下最优地操作燃气涡轮发动机。这个操作条件范围包括施加于燃气涡轮发动机的不同负载条件。因此，一种燃烧模式可对应于低负载模式，另一种燃烧模式可对应于中等负载模式，并且又一种燃烧模式可对应于高负载模式。这些仅为实例，并且在至少一些已知的燃气涡轮机系统中，不同的燃烧模式可与其他有关标准关联。另外，可存在可能影响在一种给定燃气涡轮机操作条件下的燃烧模式选择的次要因素，诸如环境条件、燃气涡轮机条件等。