專利名稱：狀況測量設備和方法
技術領域：
文中所公開的主題涉及狀況測量設備和方法。
背景技術：
現代的燃氣渦輪燃燒器通常需要干式低NOx(DLN)技術來獲得相對降低的NOx排放水平。然而，示范性DLN燃燒器運行中的關鍵問題之ー是將要產生的燃燒動態特性(dynamics)。燃燒動態特性由燃燒器中的火焰產物所引起的熱釋放和與其相關的聲壓波的相干交互作用而產生，并導致燃燒器和熱燃氣通道構件的耐久性降低。對燃燒動態特性的處理和可能進行的修正至少需要對燃燒器中聲壓振幅的精確測量。
一種測量燃燒器中聲壓振幅的常用方法包括穿過燃燒器襯套的“熱側”安置端ロ ；以及通過波導管(或波導，waveguide)或者不使用波導管而直接將傳感器安裝在傳感端ロ以將該傳感器定位在距離傳感位置的一定距離處。在上述任一情形中，就傳感器的耐久性和精度而言，熱側應用需要足夠的冷卻和安裝特征，這在不同情況下可用來與燃料預先混合以進ー步降低NOx排放。
發明內容
根據本發明的ー個方面，提供了一種狀況測量設備，其包括燃氣渦輪發動機燃燒器，該燃燒器具有端蓋、限定襯套內部的襯套以及與襯套內部連通的燃料噴嘴，該端蓋形成為用以將其相對低溫環境的冷側與其相對高溫環境的熱側相分離，襯套和燃料噴嘴布置在該相對高溫環境中，燃燒器形成為用以限定延伸穿過布置在端蓋冷側的管道的燃料流通道，通過該通道燃料可輸送到燃料噴嘴；以及可操作地安裝在管道上的狀況傳感裝置。根據本發明的另一方面，提供了一種狀況測量設備，其包括燃氣渦輪發動機燃燒器，該燃燒器具有殼體、布置在殼體中且形成為用以限定內部的襯套以及與襯套內部連通的燃料噴嘴，該殼體包括端蓋，所述端蓋形成為用以將其相對低溫環境的冷側與其相對高溫環境的熱側相分離以及用以限定在燃料噴嘴上游的孔ロ以及歧管，通過該歧管，將要在襯套內部中燃燒的燃料經由孔ロ可輸送到燃料噴嘴中；布置在端蓋的冷側以供送燃料到歧管的管道以及可操作地安裝在管道上的狀況傳感裝置。根據本發明的又一方面，提供了一種用于燃氣渦輪發動機的狀況測量的方法，其包括測量燃燒器端蓋冷側處的狀況，測量燃燒器端蓋熱側處的狀況，以及使燃燒器端蓋的冷側和熱側處的狀況測量結果相互關聯。根據以下描述并結合附圖將更容易理解這些及其它的優點和特征。
作為本發明的主題在權利要求中被特別地指出和明確地主張。本發明的前述和其它特征以及優點將根據以下詳細描述并結合附圖而清楚，其中圖I是狀況測量設備的示意圖2是根據備選實施例的狀況測量設備的示意圖；圖3是示出了操作燃氣渦輪發動機的方法的流程圖。詳細描述參照附圖通過實例的方式闡釋了本發明的實施例以及優點和特征。標號列表10狀況測量設備20燃氣渦輪發動機燃燒器21殼體210端蓋211孔ロ·212歧管22襯套220內部23燃料噴嘴230燃料噴射器30管道40狀況傳感裝置51聲壓傳感器52波導管53線圈60附加狀況感測裝置61傳感孔62聲壓傳感器63波導管64線圈100測量冷側狀況110測量熱側狀況120使結果相關聯130估算精度
具體實施例方式參看圖1，提供了一種狀況測量設備10。狀況測量設備10包括燃氣渦輪發動機燃燒器20，該燃燒器具有殼體21、布置在殼體21中并形成為用以限定內部220的襯套22，以及燃料噴嘴23。燃料噴嘴23與襯套內部220相連通，使得輸送到燃料噴嘴23的燃料可經由燃料噴射器230噴射到空氣流中并與空氣流相混合，且隨后將燃料和空氣的混合物供送至襯套內部220并在其中燃燒。殼體21包括端蓋210，該端蓋210形成為用以限定位于燃料噴嘴23上游的孔ロ 211以及歧管212。將要在襯套內部220中燃燒的燃料可通過歧管212經由孔ロ 211輸送至燃料噴嘴23。燃料噴嘴23可為多個且可提供在多組回路中，同時燃料類似地輸送到該多個燃料噴嘴23中的每ー個中。具體而言，對于DLN燃燒器，燃料噴嘴23可以6個燃料噴嘴23提供作為ー套，其中ー組為I個燃料噴嘴23、ー組為2個燃料噴嘴23，以及ー組為3個燃料噴嘴23。端蓋210可形成為用以將其“冷側”與其“熱側”相分離。如文中所用，“冷側”指的是相對低溫的環境。比較而言，“熱側”指的是相對高溫的環境。襯套22和燃料噴嘴23二者可操作地布置在端蓋210的“熱側”中，其中燃料噴嘴23至少從端蓋210延伸到襯套22。狀況測量設備10還包括管道30和狀況傳感 裝置40。管道30布置在端蓋210的“冷側”并供送燃料到歧管212，該“冷測”如上述所述為相對低溫的環境。狀況傳感裝置40可操作地安裝在管道30上且構造成用以感測燃燒動態特性產生的從襯套內部220向上游傳播的聲壓波。為此，狀況傳感裝置40可包括聲壓傳感器51以感測管道30中的聲壓波動。根據實施例，且如圖I中所示，聲壓傳感器51可直接地可操作地安裝在管道30上。這樣，可以不需要波導管和無限線圈或半-無限線圈并避免了與其相關的花費。比較而言，根據備選實施例，且參看圖2，狀況傳感裝置40還可包括波導管52和無限線圈或者半-無限線圈53。波導管52可操作地置于聲壓傳感器51和管道30之間，且因而從管道30將聲壓波動傳輸到聲壓傳感器51。無限或半-無限線圈53流體地聯接到聲壓傳感器51。在圖2的實施例的情形中，狀況傳感裝置40的“冷側”定位可至少獲得波導管52延長的耐久性和可靠度。參看圖I和圖2，狀況測量設備10還可包括可操作地布置在端蓋210的“熱側”處的附加狀況傳感裝置60，該“熱側”如上述所述為相對高溫的環境。附加狀況傳感裝置60可在形成于襯套22中的傳感孔61處可操作地安裝在襯套22上，并且可包括聲壓傳感器62、可操作地置于聲壓傳感器62和襯套22之間的波導管63，以及如上文所述的聯接到聲壓傳感器62的無限線圈64。在狀況傳感裝置40感測端蓋220 “冷側”處的聲壓而附加傳感器裝置60感測蓋220 “熱側”處的聲壓的情況下，狀況測量設備10可提供超出那些常規系統的附加優點。例如，狀況傳感裝置40可提供作為后備傳感器以檢測故障襯套傳感器操作，這可能由于長期暴露于熱燃氣中而發生。另外，參看圖3，狀況傳感裝置40和附加傳感裝置60的使用還可提供一種用于燃氣渦輪發動機的狀況測量的方法。該方法可包括測量端蓋220的“冷側”處的狀況，例如聲壓(操作100)，測量端蓋220的“熱側”處的狀況(操作110)，以及通過例如導出描述越過端蓋220的聲壓振幅的傳遞函數而使在端蓋220的熱側和冷側處的狀況測量結果相互關聯(操作120)。該方法還可包括估算測量的精度(操作130)，其中，該估算是基于狀況測量結果之間的關系進行的(也即，基于該傳遞函數)。此外，通過導出或建立在例如標準的襯套位置(也即，附加狀況傳感裝置60的位置)和上游燃料管線位置(也即，狀況傳感裝置40的位置)之間的聲壓振幅的傳遞函數，可消除在標準襯套位置處使用波導管63并且冷卻空氣可用于更多空氣和燃料的預先混合，這可能有助于獲得相對降低的NOx排放水平。在燃料噴嘴23為多個且提供在多組回路中同時可將燃料以類似方式輸送到該多個燃料噴嘴23的每ー個中的情況下，這些回路中的ー個或多個可用來獲得傳遞函數。盡管僅結合有限數量的實施例詳細地描述了本發明，但是應當容易理解的是，本發明并不限于此類所公開的實施例。確切而言，本發明可進行修改以結合此前未曾描述但與本發明的精神和范圍相應的任何數量的變型、更換、替換或者等同布置。另外，盡管已描 述了本發明的各種實施例，但是應當理解的是，本發明的方面可僅包括所述實施例中的一些。因此，本發明不應視作為受限于以上描述，而是僅由所附權利要求的范圍來限制。
權利要求
1.一種狀況測量設備(10)，包括 燃氣渦輪發動機燃燒器(20)，其具有端蓋(210)、限定襯套內部(220)的襯套(20)，以及與所述襯套內部(220)連通的燃料噴嘴(23)， 所述端蓋(210)形成為用以將其相對低溫環境的冷側與其相對高溫環境的熱側相分離，所述襯套(22)和所述燃料噴嘴(23)布置在所述相對高溫環境中， 所述燃燒器(20)形成為用以限定延伸穿過布置在所述端蓋(210)的冷側處的管道(30)的燃料流通道，通過所述燃料流通道可將燃料輸送到所述燃料噴嘴(23);和 狀況傳感裝置(40)，其可操作地安裝在所述管道(30)上。
2.如權利要求I所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述燃料噴嘴(23)為多個且布置成ー組為I個燃料噴嘴(23)、一組為2個燃料噴嘴(23)以及ー組為3個燃料噴嘴(23)，所述燃料可輸送到所述多個燃料噴嘴(23)中的每ー個。
3.如權利要求I所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述狀況傳感裝置(40)感測燃燒動態特性產生的沿上游方向傳播的聲壓波。
4.如權利要求I所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述狀況傳感裝置(40)包括聲壓傳感器(51)。
5.如權利要求4所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述聲壓傳感器(51)直接地可操作地安裝在所述管道(30)上。
6.如權利要求4所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述狀況傳感裝置(40)還包括 波導管(52)，其可操作地置于所述聲壓傳感器和所述管道之間；以及 無限或半-無限線圈(53)，其聯接到所述聲壓傳感器。
7.如權利要求I所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述狀況測量設備還包括可操作地布置在所述端蓋的熱側處的附加狀況傳感裝置(60)。
8.如權利要求7所述的狀況測量設備(10)，其特征在于，所述附加狀況傳感裝置(60)包括 聲壓傳感器(62);和 波導管(63)以及聯接到所述聲壓傳感器(62)上的無限或半-無限線圈(64)。
9.一種狀況測量設備(10)，包括 燃氣渦輪發動機燃燒器(20)，其具有殼體(21)、布置在所述殼體(21)內且形成為用以限定內部(220)的襯套(22)，以及與所述襯套的內部(220)連通的燃料噴嘴(23)， 所述殼體(21)包括端蓋(210)，所述端蓋(210)形成為用以將其相對低溫環境的冷側與其相對高溫環境的熱側相分離以及用以限定在所述燃料噴嘴(23)上游的孔ロ(211)以及歧管(212)，所述襯套(22)和所述燃料噴嘴(23)布置在所述相對高溫環境中，將要在所述襯套的內部(220)中燃燒的燃料通過所述歧管經由所述孔ロ(211)可輸送到所述燃料噴嘴(23)； 管道(30)，其布置在所述端蓋(210)的冷側以將所述燃料供送到所述歧管(212)中；和 狀況傳感裝置(40)，其可操作地安裝在所述管道(30)上。
10.一種用于燃氣渦輪發動機的狀況測量的方法，包括測量燃燒器端蓋的冷側處的狀況(100)； 測量所述燃燒器端蓋的熱側處的狀況(110);和使所述燃燒器端蓋的冷側和熱側處的狀況測量結果相互關聯(120)。
全文摘要
本發明涉及狀況測量設備和方法。具體而言，本發明提供了一種狀況測量設備(10)，其包括燃氣渦輪發動機燃燒器(20)，該燃燒器(20)具有端蓋(210)、限定襯套內部(220)的襯套(22)以及與襯套內部連通的燃料噴嘴(230)，端蓋(210)形成為用以將其相對低溫環境的冷側與其相對高溫環境的熱側相分離，襯套(22)和燃料噴嘴(23)布置在該相對高溫環境中，燃燒器(20)形成為用以限定延伸穿過布置在端蓋(210)冷側處的管道(30)的燃料流通道，通過該通道可將燃料輸送到燃料噴嘴(23)；以及可操作地安裝在管道(30)上的狀況傳感裝置(40)。
文檔編號G01H1/16GK102680070SQ201210096760
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月8日 優先權日2011年2月8日
發明者G·D·邁爾斯, S·K·斯里尼瓦桑, V·納拉, 金冠佑 申請人:通用電氣公司