Способ запуска системы сгорания
Изобретение относится к способу запуска системы сгорания, содержащей первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему датчиков. Способ содержит, в качестве последовательности запуска, по меньшей мере следующие этапы: отслеживают во время работы системы сгорания рабочее состояние первого и по меньшей мере второго устройства воспламенения посредством системы датчиков; идентифицируют предопределенное состояние первого и/или по меньшей мере второго устройства воспламенения посредством узла обработки; и, в качестве дополнительного этапа: в случае идентификации предопределенного состояния изменяют по меньшей мере один параметр по меньшей мере одного из устройств воспламенения посредством узла обработки. Изобретение дополнительно относится к системе сгорания, выполненной с возможностью быть управляемой с помощью упомянутого способа, а также к поточному двигателю с такой системой сгорания. Изобретение позволяет повысить надежность воспламенения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу для запуска системы сгорания, в частности, используемой в поточном двигателе, и к системе сгорания, выполненной с возможностью быть управляемой с помощью упомянутого способа, а также к поточному двигателю с такой системой сгорания. В особенности, изобретение обращает внимание на надежность запуска поточных двигателей, например, газотурбинных двигателей, в частности, в отношении достижения зажигания или воспламенения (то есть, получения пламени).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Оптимальные условия воспламенения для газотурбинных двигателей подвергаются изменению между запусками из-за множества факторов, например, окружающей температуры, температур газовой турбины, теплотворной способности топлива, содержания топлива, давлений, повторяемости систем подачи топлива и воздуха, и т. д. В обычной системе запуска для газотурбинного двигателя используют вспомогательный приводной узел для приведения в действие газовой турбины и узел управления, обеспечивающий последовательность запуска, в которой скорость турбины и подача топлива координируются, чтобы снабжать устройство воспламенения топливно-воздушной смесью, обеспечивающей успешное воспламенение.
В обычной последовательности запуска, скорость газовой турбины, которая во время запуска приводится в движение посредством вспомогательного двигателя, и/или поток топлива в систему сгорания постепенно увеличиваются в течение установленного периода времени, так называемого окна зажигания. Длина окна зажигания является функцией диапазона скоростей двигателя, при которых зажигание произойдет с наибольшей вероятностью, обычно между 5% и 20% от номинальной скорости двигателя и скорости накопления топлива в камере сгорания. Во время окна зажигания появляется множество возможностей зажигания, реальное количество которых зависит от количества искр в секунду, которое может производиться воспламенителем газотурбинного двигателя, и длины (продолжительности) окна зажигания. Следовательно, желательно иметь как можно более длинное окно зажигания. Тем не менее, длина окна зажигания ограничена множеством факторов. Например, если турбина будет ускоряться слишком быстро, у системы впрыска топлива не будет достаточно времени для подачи достаточного количества топлива перед тем, как будет превышено окно скоростей двигателя, при которых с наибольшей вероятностью произойдет запуск. С другой стороны, если турбина ускоряется слишком медленно, может случиться так, что будет достигнуто количество топлива внутри камеры сгорания, которое может быть опасно для двигателя, в то время как скорость турбины все еще не достигла максимальной скорости в пределах окна зажигания. Однако, например, величина ускорения турбины зависит от окружающих условий. В холодный день, аккумуляторный стартерный двигатель может оказаться неспособным ускорить двигатель достаточно быстро из-за возможного слабого энергоснабжения. С другой стороны, в очень жаркий день, тот же самый двигатель с таким же аккумулятором может быть способен ускорить двигатель очень быстро. Чтобы удовлетворить упомянутым ограничениям, обычно требуется компромисс между максимизацией окна зажигания, чтобы покрыть большие изменения в реальном оптимальном окне, и минимизацией скорости изменения, чтобы увеличить количество возможностей воспламенения (искр) во время реального оптимального окна, не устанавливая потенциально опасное количество топлива внутри системы сгорания во время окна зажигания. Такая последовательность запуска для газотурбинных двигателей описана, например, в US 2010/0293960 Al или US 7,878,004 Bl.
В случаях, когда газовая турбина содержит более одной горелки, ситуация еще больше усложняется. Горелка имеет существенную разницу в так называемом коэффициенте падения давления воздушного потока перед тем (холодное состояние) и после того (холодное состояние), как она воспламеняется, из-за аэродинамических эффектов блокировки воздуха горящей горячей горелки. Вообще говоря, холодная горелка имеет более низкий коэффициент падения давления воздушного потока, чем горячая горелка. Грелки оптимизируются, чтобы иметь высокую надежность воспламенения в пределах рассчитанного окна воспламенения или зажигания соотношения топливо/воздух в смеси. Однако, из-за разницы в коэффициенте падения давления между горячей и холодной горелкой, уже воспламененная(ые) горелка(и) имеет/имеют более низкий коэффициент, и, следовательно, через эту/эти горячую(ие) горелку(и) будет протекать меньше воздуха. Следовательно, больше воздуха будет протекать через невоспламененную(ые) горелку(и). Неравномерное распределение воздуха между горячими и холодными горелками в двигателе заставляет больше воздуха проходить через невоспламененную(ые) горелку(и) и вызывает более высокое соотношение топливо/воздух в смеси в ней/них. Этот эффект заставляет невоспламененную(ые) горелку(и) работать вне оптимального окна воспламенения или зажигания, и, таким образом, приводит к неуспешному и проблематичному запуску двигателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, первой целью настоящего изобретения является предоставление способа запуска системы сгорания, в частности, используемой в поточном двигателе, содержащей первое и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему датчиков, посредством которого система сгорания может быть надежно воспламенена.
Дополнительной целью настоящего изобретения является предоставление системы сгорания, содержащей первое и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему датчиков, выполненной с возможностью быть управляемой с помощью способа согласно изобретению, и работающей надежно. Третьей целью настоящего изобретения является предоставление использования такой системы сгорания поточного двигателя, а четвертой целью настоящего изобретения является предоставление поточного двигателя с такой системой сгорания.
Эти цели могут быть достигнуты посредством способа, использования, системы сгорания и поточного двигателя согласно предмету независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения и описание изобретения определяют дополнительные улучшения изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, представлен способ для запуска системы сгорания, содержащей первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему (18) датчиков, при этом способ содержит, в качестве последовательности запуска, по меньшей мере следующие этапы: отслеживают, во время работы системы сгорания, рабочее состояние первого и по меньшей мере второго устройства воспламенения посредством системы датчиков; идентифицируют предопределенное состояние первого и/или по меньшей мере второго устройства воспламенения посредством узла обработки; и, в качестве дополнительного этапа: в случае идентификации предопределенного состояния, изменяют по меньшей мере один параметр по меньшей мере одного из устройств воспламенения посредством узла обработки.
Предпочтительно, система сгорания содержит множество устройств воспламенения, включающих в себя первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения. Поток топлива предпочтительно является потоком топлива воспламенения.
Благодаря сути изобретения может быть обеспечена надежная работа системы сгорания. Более того, процесс запуска системы сгорания может быть ускорен, приводя к эффективной работе системы сгорания, например, работе в поточном двигателе, таком как газовая турбина. Вдобавок, нежелательные события во время процесса запуска системы сгорания могут быть легко детектированы и нейтрализованы. Изобретение применимо к запускам как газовых, так и жидкостных двигателей.
Словесная формулировка «в качестве последовательности запуска» предназначена для обозначения того, что этапы способа применяются во время последовательности и/или процесса запуска системы сгорания. В данном контексте, устройство воспламенения предназначено для обозначения устройства, которое помогает, инициирует, поддерживает и/или осуществляет воспламенение, в частности, газообразного или жидкого топлива. Предпочтительно, устройство воспламенения является горелкой. Кроме того, узел обработки предназначен для обозначения узла, который способен принимать, обрабатывать и/или передавать далее по меньшей мере одну единицу информации и/или сигнал, и который содержит по меньшей мере процессор. Узел обработки может содержать несколько аппаратных или программных компонентов.
Кроме того, система датчиков предназначена для обозначения системы с по меньшей мере одним датчиком. Датчик может являться любым устройством идентификации, подходящим для специалиста в данной области техники, которое, например, выполнено с возможностью детектировать пламя, температуру, давление, объем, влажность, расстояние, движение или подобное. В варианте осуществления с двумя датчиками, эти датчики могут работать согласно одинаковому функциональному принципу, или оба датчика могут работать по-разному. Преимущественно, каждое устройство воспламенения отслеживается посредством отдельного датчика, таким образом могут быть получены высокоточные результаты отслеживания и/или измерения. Как правило, также возможно, чтобы все устройства воспламенения отслеживались одним датчиком. Тем не менее, необходимо убедиться, что разные рабочие состояния устройств воспламенения могут быть отслежены или детектированы.
Рабочие условия системы сгорания представляют состояние системы сгорания, в котором она должна работать, и, частности, рабочее состояние системы сгорания или поточного двигателя, соответственно. Дополнительно, рабочее состояние устройства воспламенения предназначено для обозначения реального состояния устройства воспламенения, такого как воспламененное, не воспламененное, прошедшее продувку, не прошедшее продувку, готовое к использованию, не готовое к использованию, и т. д. В данном контексте, предопределенное состояние устройства воспламенения может являться любым рабочим или реальным состоянием устройства воспламенения, которое определяется, оператором и/или узлом обработки, перед последовательностью запуска или в результате по меньшей мере одного из предыдущих применений устройства воспламенения, системы сгорания, поточного двигателя, и/или одной из предыдущих последовательностей запуска.
Параметр устройства воспламенения может являться любым параметром, удобным для специалиста в данной области техники, таким как пламя, температура, давление, объем, количество среды, такой как топливо и/или воздух, распределение состава, влажность или подобное. Термин «посредством узла обработки» должен пониматься здесь, как и в дальнейшем описании, как идентифицируемый, управляемый и/или инициируемый посредством узла обработки.
В предопределенном варианте осуществления, идентификация предопределенного состояния является идентификацией невоспламененного устройства воспламенения. Таким образом, состояние неэффективного горения может быть детектировано и отрегулировано, с тем, чтобы система сгорания могла работать более эффективно. Следовательно, событие воспламенения первого устройства воспламенения и/или по меньшей мере второго устройства воспламенения отслеживается. В качестве альтернативы и/или дополнительно, идентификация предопределенного состояния является идентификацией воспламененного устройства воспламенения. В результате могут быть установлены реальные условия, которые являются преимущественными для работы системы сгорания.
Преимущественно, изменение по меньшей мере одного параметра является изменением количества по меньшей мере одной среды. Таким образом, детектированное предопределенное состояние и/или реальное состояние по меньшей мере одного устройства воспламенения может быть изменено и/или отрегулировано с помощью простой конструкции. Среда может являться любым веществом, подходящим для специалиста в данной области техники, таким как текучая среда, газ, жидкое топливо, газообразное топливо, воздух, кислород, азот, инертный газ, и т. д. Преимущественно, изменение по меньшей мере одного параметра является изменением количества топлива. Это является особенно выгодным, так как изменение доли топлива может быть выполнено очень просто. В качестве альтернативы и/или дополнительно, изменение по меньшей мере одного параметра может являться изменением количества воздуха, подаваемого в по меньшей мере одно из устройств воспламенения. Это легко осуществить, так как подача воздуха зависит от скорости вращения поточного двигателя.
Изменение потока топлива воспламенения может зависеть от количества устройств воспламенения, из множества устройств воспламенения, находящихся в предопределенном состоянии. Если известно, что все устройства воспламенения имеют одинаковый воздушный поток, или предполагаемый или предопределенный воздушный поток, тогда изменение потока топлива воспламенения может быть произведено в зависимости от количества воспламененных/невоспламененных устройств воспламенения, так что потока топлива регулируется, чтобы обеспечить соотношение топливо/воздух в смеси в пределах диапазона, в котором с наибольшей вероятностью произойдет воспламенение устройств воспламенения. Таким образом, предложение увеличить или уменьшить количество топлива может быть сделано в зависимости от количества воспламененных или невоспламененных устройств.
По меньшей мере одно из множества устройств воспламенения может величину воздушного потока, проходящего через него, отличную от по меньшей мере одного другого устройства воспламенения. Изменение величины потока топлива воспламенения является таким, чтобы соотношение топливо/воздух в смеси находилось в диапазоне, в котором устройство воспламенения с отличающейся величиной воздушного потока с наибольшей вероятностью воспламенится.
Этап изменения величины потока топлива воспламенения повторяется до тех пор, пока все устройства воспламенения не будут воспламенены.
По меньшей мере одно из множества устройств воспламенения имеет величину воздушного потока, проходящего через него, отличающуюся от по меньшей мере одного другого устройства воспламенения, в силу любой одной или более из группы причин, содержащей различия в воздушном потоке между воспламененными и невоспламененными устройствами воспламенения, различия в геометрии, такие как допустимые отклонения, и различия в подаче воздушного потока. Различия воздушного потока между воспламененными и невоспламененными устройствами воспламенения могут быть вызваны тепловой деформацией оборудования или разными перепадами давления на воспламененных и невоспламененных устройствах.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, изменение по меньшей мере одного параметра выполняется посредством перенастройки по меньшей мере одного клапана, управляемого узлом обработки. Посредством такой конструкции по меньшей мере один параметр может быть изменен структурно просто и быстро. Термин «перенастройка» следует понимать, как открывание или закрывание, а также любое положение клапана между ними. Предпочтительно, изменение по меньшей мере одного параметра выполняется посредством перенастройки по меньшей мере одного клапана управления топливом, управляемого узлом обработки. Следовательно, центральное устройство системы сгорания может быть приведено в действие для изменения по меньшей мере одного параметра. Как правило, возможно также перенастраивать по меньшей мере один клапан.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, один клапан регулируется для всех устройств воспламенения посредством узла обработки; другими словами, регулируется только один клапан, подающий всем устройствам воспламенения по меньшей мере одну среду, такую как воздух, или, предпочтительно, топливо. Это приводит к конструкции, которая экономит детали, пространство, производственные работы и затраты. Например, посредством регулировки центрального клапана управления топливом, количество топлива увеличивается для всех устройств воспламенения системы сгорания. Это количество, в частности, выбирается, чтобы обеспечить невоспламененное или холодное устройство воспламенения соотношением топливо/воздух в смеси, которое является достаточным для обеспечения воспламенения этого невоспламененного устройства воспламенения в течение следующего окна зажигания или воспламенения. Но количество топлива для уже воспламененных устройств воспламенения также увеличивается, приводя к немного превышающему оптимальное выбросу отходов, таких как NOx или подобные. Тем не менее, этот эффект является пренебрежимо малым относительно выгоды от надежности воспламенения.
Согласно альтернативному и предпочтительному варианту осуществления, отдельный клапан регулируется для каждого устройства воспламенения. Следовательно, необходимо регулировать только клапан устройства воспламенения, для которого детектировано предопределенное состояние. Следовательно, управление системой сгорания может выполняться более выборочно и/или более точно в сравнении с системой, в которой всего один клапан регулируется для всех устройств воспламенения.
Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения работают (управляются) в зависимости друг от друга. Следовательно, они влияют друг на друга, и могут управляться центральным узлом обработки, как взаимодействующий узел. Таким образом, может быть получен преимущественно хорошо управляемый процесс сгорания.
Кроме того, способ дополнительно содержит по меньшей мере этап продувки по меньшей мере части системы сгорания, если узел обработки определяет предопределенное состояние. Таким образом, нежелательные условия и/или загрязнения могут быть эффективно устранены, что в результате дает надежную систему сгорания и/или ее последовательность запуска. Часть камеры сгорания может являться любым устройством, деталью и/или конструкцией, которая может подвергаться негативному воздействию во время последовательности запуска системы сгорания, например, устройство воспламенения, впуск для среды, например, для топлива или охлаждающей среды, клапан, стенка, поверхность, воспламенитель или подобное. В данном контексте, предопределенное состояние может являться любым состоянием, подходящим для специалиста в данной области техники, таким как невоспламененное устройство воспламенения, загрязненная часть или деталь системы сгорания, и т. д.
В частности, способ дополнительно содержит по меньшей мере этап продувки по меньшей мере части системы сгорания, если узел обработки определяет неуспешное воспламенение по меньшей мере по меньшей мере одного из устройств воспламенения. Таким образом, часть системы сгорания опять становится готовой к использованию после продувки, что минимизирует риск поломки или неисправностей во время следующего воспламенения. Более того, эта часть системы сгорания предпочтительно является невоспламененной горелкой, что приводит к минимизации и/или снижению времени простоя системы внутреннего сгорания и/или проточного двигателя. Продувка только одного устройства воспламенения во время работы другого(их) устройства(тв) воспламенения, например, становится возможной посредством производства дополнительных отдельных клапанов для продувочного воздуха для каждого устройства воспламенения.
Как правило, также возможно продувать все устройства воспламенения после остановки системы сгорания. Посредством продувки системы сгорания, накопленное топливо может быть выведено из системы сгорания, с тем, чтобы последовательность запуска могла быть повторена без опасности повреждения поточного двигателя из-за лишнего топлива в системе сгорания. Так как продувка может быть выполнена довольно быстро просто посредством остановки подачи топлива, в то время как двигатель все еще вращается, даже в этом альтернативном режиме работы последовательности запуска могут быть повторены довольно быстро.
Кроме того, последовательность запуска повторяется после продувки. Благодаря этому, запуск системы сгорания может быть осуществлен быстро и эффективно. Таким образом, в способе согласно изобретению для запуска системы сгорания используется последовательность сгорания, в которой подача топлива координируется, чтобы подавать топливно-воздушную смесь в устройства воспламенения, обеспечивая успешное воспламенение. Если успешное воспламенение не произошло к концу последовательности запуска, невоспламененное устройство воспламенения или поточный двигатель продувается, и, после продувки, последовательность запуска повторяется.
В дополнительном этапе способа, продувка и повторение последовательности запуска останавливается, если достигается предопределенное условие остановки. Следовательно, работа системы в потенциально бесконечном цикле может быть с пользой предотвращена. Это условие остановки может являться любым условием, подходящим для специалиста в данной области техники, таким как количество неуспешных попыток воспламенения, период времени, внешний сигнал и/или субоптимальное, критическое, опасное и т. д. состояние системы сгорания и/или поточного двигателя. В качестве примера условия остановки, может использоваться количество последовательностей запуска, при этом количество не должно быть превышено. Следовательно, счетчик неуспешных попыток записывает события и инициирует остановку последовательности запуска/воспламенения, когда количество событий превышает установленное значение.
Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, продувка и повторение последовательности запуска останавливается, если детектируется успешное воспламенение ранее невоспламененных устройств воспламенения и/или всех устройств воспламенения, гарантируя продолжительную и/или надежную работу системы сгорания и/или поточного двигателя.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложена система сгорания, содержащая первое и по меньшей мере второе устройство воспламенения, узел обработки и систему датчиков, выполненная с возможностью быть управляемой с помощью способа согласно изобретению. Благодаря этому может использоваться надежная система сгорания. Более того, процесс запуска системы сгорания может быть улучшен, что обеспечивает высококачественную систему сгорания. Вдобавок, нежелательные события во время процесса запуска системы сгорания могут быть легко детектированы и нейтрализованы. Дополнительно, такая система сгорания может оптимизировать поток топлива, чтобы приспособиться к более высокой доле воздуха невоспламененных устройств воспламенения, чтобы поддерживать соотношение топливо/воздух в смеси невоспламененного устройства воспламенения на рассчитанном уровне в течение оптимального окна воспламенения или зажигания.
Предпочтительно, система датчиков содержит по меньшей мере один датчик, при этом по меньшей мере один датчик является датчиком из группы, состоящей из оптического датчика, термопарного датчика, ионизационного датчика или датчика температуры.
Датчик может являться любым оптическим датчиком, термопарным датчиком, ионизационным датчиком или датчиком температуры, подходящим для специалиста в данной области техники. Например, термопарный или оптический датчик на наконечнике горелки детектирует излучение в спектре УФ, ближнего ИК, ИК или видимых длин волн или любой комбинации длин волн (УФ/ИК, ИК/ИК, ИК3, УФ/ИК/видимый, ИК/ИК/видимый, ИК/ИК/ИК/видимый), или используется устройство записи видео, такое как веб-камера, или датчик температуры внутри канала.
В дополнительном примерном варианте осуществления, первое устройство воспламенения и по меньшей мере второе устройство воспламенения работают в зависимости друг от друга. Следовательно, они влияют друг на друга, и могут управляться центральным узлом обработки, как взаимодействующий узел. Таким образом, может быть получена преимущественно хорошо управляемая система сгорания.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложено использование системы сгорания с поточном двигателе. Таким образом, система сгорания может использоваться в области, в которой требуются решения высокой сложности.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предложен поточный двигатель с вышеописанной системой сгорания. В результате может быть получен поточный двигатель широкого применения, который может работать надежно и/или долговечно.
В данном контексте, поточный двигатель предназначен для обозначения любого двигателя или машины, подходящей для специалиста в данной области техники, например, тепловой электростанции, газовой турбины или двигателя внутреннего сгорания.
Вышеописанные характеристики, признаки и преимущества данного изобретения, и способ, которым они достигаются, станут понятны и очевидны в соединении с дальнейшим описанием примерных вариантов осуществления, которые поясняются в соединении с чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров варианта осуществления, который будет описан далее в материалах настоящей заявки, и поясняются со ссылкой на примеры варианта осуществления. Изобретение будет описано более подробно далее в материалах настоящей заявки со ссылкой на примеры варианта осуществления, которым изобретение не ограничено.
Фиг.1 показывает схематический вид поточного двигателя с системой сгорания согласно изобретению, содержащей два изображенных устройства воспламенения, узел обработки и систему датчиков,
Фиг.2 показывает блок-схему последовательности операций, описывающей этапы способа согласно изобретению,
Фиг.3 схематически показывает систему сгорания по фиг.1, управляемую с шестью устройствами воспламенения,
Фиг.4 показывает график, изображающий примерную картину семи разных ситуаций воспламенения системы сгорания по фиг.3, и
Фиг.5 схематически показывает альтернативную систему сгорания с отдельным клапаном для каждого устройства воспламенения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Иллюстрации на чертежах является схематичными. Отметим, что на разных фигурах подобные или идентичные элементы снабжены одинаковыми символами ссылок.
Фиг.1 схематически показывает поточный двигатель 28, например, газовую турбину. Поточный двигатель 28 содержит компрессор 30, систему 10 сгорания и турбину 32, которые расположены друг за другом в направлении 34 потока среды потока, например воздуха (смотрите на стрелки, указывающие слева направо на фиг.1). В компрессоре 30 входящая среда потока сжимается для применения в одной или более камерах сгорания системы 10 сгорания. Система 10 сгорания в данном примерном варианте осуществления содержит несколько цилиндрических камер 36, 36' сгорания, которые разделяются не показанными стенками и расположены в направлении 38 вдоль окружности вокруг оси 40 поточного двигателя 28 друг за другом. В общем случае, также возможно сконструировать систему сгорания с одиночной кольцеобразной камерой сгорания, тянущейся в направлении вдоль окружности вокруг оси поточного двигателя. Дополнительно, система сгорания может содержать несколько цилиндрических камер сгорания, за которыми в направлении потока следует кольцеобразная камера сгорания.
Каждая камера 36, 36' сгорания содержит устройство 12, 14 воспламенения, осуществленное в виде горелки, при этом только два, для примера названные, как первое и второе устройства 12, 14 воспламенения, показаны на фиг.1. Топливо 20 вводится в камеры 36, 36' сгорания и там смешивается с частью сжатой среды потока, покидающей компрессор 30. Горячие газы, создаваемые посредством сгорания в камерах 36, 36' сгорания, направляются в турбину 32, содержащую набор лопастей 42 турбины, в процессе направляемые посредством набора направляющих лопаток 44, и в результате лопасти 42 турбины и вал, формирующий ось 40, приводятся во вращение. В свою очередь, лопасти 42 турбины вращают лопасти компрессора 30, с тем чтобы сжатая среда потока подавалась самим поточным двигателем 28, когда он находится в действии.
Система 10 сгорания дополнительно содержит устройство 46 управления для управления запуском поточного двигателя 28, которая для более наглядного представления схематически изображена снаружи поточного двигателя 28. Устройство 46 управления содержит узел 16 обработки, систему 18 датчиков, генератор 48 сигналов и счетчик 50. Узел 16 обработки соединен с поточным двигателем 28, чтобы начинать и управлять последовательностью запуска, чтобы зажигать систему 10 сгорания, и, следовательно, поточный двигатель 26. Узел 16 обработки соединен с генератором 48 сигналов для приема реального окна для последовательности запуска от генератора 48 сигналов, который приспособлен генерировать сигнал, представляющий диапазон соотношений топливо/воздух в смеси, при которых с наибольшей вероятностью произойдет запуск поточного двигателя 28. Другими словами, сигнал представляет окно воспламенения или зажигания для последовательности запуска. Генератор 48 сигналов приспособлен начинать последовательность запуска для поточного двигателя 28 и изменять, во время последовательности запуска, соотношение смешивания топливо/воздух в смеси (смотрите далее).
Узел 16 обработки содержит узел 52 отслеживания воспламенения, который отслеживает успех последовательности воспламенения каждого устройства 12, 14 воспламенения после того, как последовательность запуска завершилась, и выводит сигнал реального состояния, представляющий успешное или неуспешное зажигание каждого устройства 12, 14 воспламенения. Чтобы детектировать успешное или неуспешное зажигание, узел 52 отслеживания воспламенения соединен с системой 18 датчиков. Все узлы устройства 46 управления могут быть реализованы в виде аппаратного обеспечения или программного обеспечения.
Устройство 46 управления для управления запуском поточного двигателя 28 пригодно для выполнения способа согласно изобретению, который будет пояснен в дальнейшем тексте с помощью схемы последовательности операций, показанной на фиг.2, и схемы по фиг.3, которая показывает рабочее расположение системы 10 сгорания с шестью устройствами 12, 14 воспламенения.
После начала способа на этапе 100, значение счетчика i устанавливается на 1 на этапе 101 и последовательность запуска инициализируется на этапе 102. Инициализация 102 последовательности запуска включает в себя настройку диапазона соотношения топливо/воздух в смеси на значение, при котором с наибольшей вероятностью произойдет запуск 100. Значение может сохраняться в узле 16 обработки или генераторе 48 сигналов и может являться, например, вводом оператора перед началом работы и/или может быть получен из последовательности запуска, выполненной перед текущей последовательностью запуска. Во время последовательности запуска и/или рабочего состояния системы 10 сгорания, система 18 датчиков и узел 18 отслеживания воспламенения отслеживают, на этапе 103, рабочее состояние и/или воспламенение каждого устройства 12, 14 воспламенения поточного двигателя 28. Для этого система 18 датчиков содержит отдельный датчик 26 для каждого устройства 12, 14 воспламенения, которое является оптическим датчиком (см. фиг.3). Таким образом, так как воспламенение запуска является очень кратковременным процессом, может использоваться датчик с быстрым откликом. Как правило, также возможно использовать термопарный датчик, который является недорогим, надежным и менее чувствительным к поломкам.
На следующем этапе 104 узел 16 обработки идентифицирует предопределенное состояние всех устройств 12, 14 воспламенения. В данном варианте осуществления, идентификация 104 предопределенного состояния является идентификацией состояния 105 воспламенения или зажигания каждого устройства 12, 14 воспламенения по отдельности. Если идентификация 104 предопределенного состояния приводит к идентификации - в данном варианте осуществления (см. фиг.3) - шести воспламененных устройств 12, 14 воспламенения, или к успешному воспламенению всех устройств 12, 14 воспламенения, поточный двигатель 28 переводится в свой обычный рабочий режим на этапе 106.
Если идентификация 104 предопределенного состояния является идентификацией предопределенного состояния, а именно, неуспешного воспламенения по меньшей мере одного устройства 14 воспламенения, и/или идентификацией по меньшей мере одного невоспламененного устройства 14 воспламенения (см. фиг.1), и/или неуспешное зажигание 105 детектируется для по меньшей мере одного устройства 14 воспламенения к концу последовательности запуска, на этапе 107 выполняется проверка того, меньше ли значение счетчика i, чем максимальное значение счетчика imax. Если нет, способ завершается, и остановка поточного двигателя 28 выполняется на этапе 108. Если значение счетчика i все еще меньше, чем максимальное значение счетчика imax, сигнал продувки выводится узлом 16 обработки на проточный двигатель 28 на этапе 109, чтобы продуть по меньшей мере часть 24 системы 10 сгорания. Согласно данному примерному варианту осуществления, продувается только невоспламененное устройство 14 воспламенения. Это может быть выполнено посредством дополнительного отдельного клапана для продувочного воздуха, которым оборудовано каждое устройство 12, 14 воспламенения (не показано).
Если продувка 109 выполняется за определенный период времени, конец этого периода времени может обозначать конец продувки 109. Если период времени 109 не фиксирован, продувка 109 может быть завершена, когда детектируется, что содержание топлива в камере сгорания упало ниже определенного уровня или состояния. Как правило, также возможно опускать этап продувки, поэтому на фиг.2 блок этапа 109 изображен пунктирными линиями.
В случае идентификации предопределенного состояния, а именно, невоспламененного устройства 14 воспламенения, этап 110 изменения одного параметра устройства 14 воспламенения инициируется узлом 16 обработки. Таким образом, это заставляет генератор 48 сигналов генерировать другую последовательность запуска. В данном примерном варианте осуществления, изменение 110 параметра является изменением количества среды и/или количества топлива 20, подаваемого в устройства 12, 14 воспламенения. Изменение 110 параметра и/или количества топлива 20 выполняется посредством перенастройки клапана 22, который осуществлен в виде клапана 22 управления топливом и управляется узлом 16 обработки (фиг.3).
Благодаря регулировке клапана 22 управления топливом количество топлива 20 регулируется для всех устройств 12, 14 воспламенения посредством того же клапана 22. Посредством регулировки центрального клапана 22 управления топливом, количество топлива 20 увеличивается для всех устройств 12, 14 воспламенения системы 10 сгорания. Это количество, в частности, выбирается, чтобы обеспечить невоспламененное или холодное устройство 14 воспламенения соотношением топливо/воздух в смеси, которое является достаточным для обеспечения воспламенения этого невоспламененного устройства 14 воспламенения в течение следующего окна зажигания или воспламенения. Но количество топлива 20 для уже воспламененных устройств воспламенения также увеличивается (см. спецификацию фиг.4).
После продувки 109 и изменения 110 новая последовательность запуска выводится на узел 16 обработки, и значение счетчика i увеличивается на один на этапе 111. Способ затем возвращается на этап 102, на котором инициируется новая последовательность запуска. Следовательно, последовательность запуска повторяется с новым/измененным параметром, чтобы осуществит попытку еще одного воспламенения до сих пор невоспламененного устройства 14 воспламенения. Описанный способ продолжается до тех пор, пока все устройства 12, 14 воспламенения не будут успешно зажжены, или пока не будет достигнуто максимальное значение счетчика imax (см. выше). Таким образом, все устройства 12, 14 воспламенения работают в зависимости друг от друга.
Чтобы учесть завершение повторения последовательностей запуска, каждый сигнал начала последовательности запуска и/или каждый сигнал продувки, выводимый узлом 16 обработки на поточный двигатель 28, также принимается программным или аппаратным счетчиком 50. По приему сигнала запуска и/или продувки, счетчик 50 подсчитывает количество выполненных последовательностей запуска и/или продувок. Когда достигается предустановленное максимальное значение счетчика событий, сигнал остановки выводится из счетчика 50 на узел 16 обработки, что заставляет узел 16 обработки не начинать другую последовательность запуска или не продолжать выводить сигналы продувки, и вывести сигнал 108 остановки на поточный двигатель 28.
Как правило, также возможно, чтобы сигнал продувки заставлял поточный двигатель 28 останавливать подачу топлива, при этом продолжая подавать воздух. Следовательно, лишнее топливо 20, накапливаемое в устройствах 12, 14 воспламенения и камерах 36, 36' сгорания поточного двигателя 28, выдувается из поточного двигателя 28, с тем, чтобы после продувки 109 в системе 10 сгорания не присутствовало потенциально опасное соотношение топливо/воздух смеси. После продувки 109 поточного двигателя 28, узел 16 обработки выводит другую последовательность запуска на поточный двигатель 28, чтобы осуществить еще одну попытку зажечь невоспламененное устройство 14 воспламенения.
Фиг.4 показывает график, изображающий примерную картину семи разных ситуаций воспламенения системы 10 сгорания. Ось x показывает общее количество устройств 12, 14 воспламенения, воспламененных в каждой ситуации, а на ось y нанесена доля воздуха, протекающего через устройство воспламенения. Показаны следующие ситуации воспламенения: перед зажиганием (пустые круги), одно зажженное устройство воспламенения (заполненные квадраты), два зажженных устройства воспламенения (заполненные треугольники), три зажженных устройства воспламенения (крестики), четыре зажженных устройства воспламенения (звездочки), пять зажженных устройств воспламенения (заполненные круги) и шесть зажженных устройств воспламенения (символы плюса).
Для целей иллюстрации, предположим, что доля воздуха, протекающего через горячее воспламененное устройство 12 воспламенения, составляет 0,95 от холодного невоспламененного устройства 14 воспламенения, а оптимальная мощность горения топлива составляет 100 кВт для поточного двигателя 28. Когда поточный двигатель 28 запускает, на этапе 100, последовательность запуска, все устройства 12, 14 воспламенения являются холодными и содержат одинаковое количество воздуха, скажем, номинальную рассчитанную долю 1 (пустые круги). Таким образом, узлу 16 обработки всего лишь необходимо устанавливать номинальную рассчитанную долю топлива 1 (то есть 100 кВт для поточного двигателя 28).
Например, посмотрим на пять воспламененных устройств 12 воспламенения (заполненные круги). Пять воспламененных устройств 12 воспламенения имеют долю воздушного потока 0,9913. Однако шестое устройство 14 воспламенения не воспламенено и имеет более высокую долю воздуха, чем номинальная рассчитанная, в частности, 1,0435. В данном случае, узел 16 обработки должен регулировать потребность в топливе в 1,0435 раз больше, чем номинальный расход топлива (то есть, 1,0435*100 кВт = 104,35 кВт для двигателя 28), чтобы обеспечить воспламенение шестого холодного и невоспламененного устройства 14 воспламенения при номинальном рассчитанном соотношении топливо/воздух смеси и позволить ему воспламениться в пределах окна воспламенения или зажигания. Эта ситуация изображена стрелкой, представляющей увеличение доли топлива в последовательности воспламенения для поддержания оптимального для воспламенения соотношения топливо/воздух в смеси на невоспламененном(ых) устройстве(ах) воспламенения. Для других ситуаций, график можно читать аналогичным образом с описанной примерной ситуацией. Как видно из графика, все устройства 12, 14 воспламенения работают в зависимости друг от друга.
Фиг.5 показывает альтернативный примерный вариант осуществления системы 10 сгорания. Идентичные компоненты, признаки и функции обозначены одинаковыми номерами ссылок. Однако, чтобы отличать примерный вариант осуществления по фиг. 5 от такового по фиг. с 1 по 4, буква ‘a’ добавлена к номерам ссылок компонентов, которые сконструированы по-другому в примерном варианте осуществления по фиг.5. Приведенное ниже описание по существу ограничено этими отличиями в сравнении в с примерным вариантом осуществления по фиг. с 1 по 4, при этом делается ссылка на описание примерного варианта осуществления по фиг. с 1 по 4 относительно идентичных компонентов, признаков и функций.
Система 10a сгорания, показанная на фиг.5, отличается от системы 10 сгорания, показанной на фиг. с 1 по 4, тем, что система 10a сгорания по фиг.5 содержит отдельный клапан 22a, 22a' для каждого устройства 12, 14 воспламенения, который является регулируемым для изменения количества среды, такой как топливо, для дополнительного воспламенения в случае неудачного воспламенения. Следовательно, необходимо регулировать только клапан 22a' устройства 14 воспламенения, для которого детектировано предопределенное состояние, а именно, невоспламененного устройства 14 воспламенения. В данном варианте осуществления, центральный клапан 22 управления топливом может быть опущен.
Стоит отметить, что термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. К тому же, элементы, описанные в связи с разными вариантами осуществления, могут комбинироваться. Также стоит отметить, что символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем формулы изобретения.
Несмотря на то что изобретение проиллюстрировано и подробно описано посредством предпочтительных вариантов осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие вариации могут быть получены из него специалистом в данной области техники без отклонения от объема изобретения.
1. Способ для запуска (100) системы (10а) сгорания, содержащей множество устройств (12, 14) воспламенения, включающих в себя первое устройство (12) воспламенения и по меньшей мере второе устройство (14) воспламенения, поток (20) топлива воспламенения, узел (16) обработки и систему (18) датчиков, при этом способ содержит, в качестве последовательности запуска, по меньшей мере следующие этапы:
- отслеживают (103), во время работы системы (10а) сгорания, рабочее состояние первого и по меньшей мере второго устройства (12, 14) воспламенения посредством системы (18) датчиков;
- идентифицируют (104) предопределенное состояние первого и/или по меньшей мере второго устройства (12, 14) воспламенения посредством узла (16) обработки;
и, в качестве дополнительного этапа:
- в случае идентификации предопределенного состояния, изменяют (110) по меньшей мере поток (20) топлива воспламенения по меньшей мере одного из устройств (12, 14) воспламенения посредством узла (16) обработки, и при этом изменение (110) потока (20) топлива воспламенения выполняют путем перенастройки по меньшей мере одного клапана (22а, 22а'),
отличающийся тем, что
отдельный клапан (22а, 22а') настраивают для каждого устройства (12, 14) воспламенения.
2. Способ по п. 1,
в котором идентификация (104) предопределенного состояния является идентификацией невоспламененного устройства (14) воспламенения и/или воспламененного устройства (12) воспламенения.
3. Способ по п. 1 или 2,
в котором изменение потока топлива воспламенения зависит от количества устройств (12, 14) воспламенения в предопределенном состоянии.
4. Способ по п. 1 или 2,
- в котором по меньшей мере одно из множества устройств (12, 14) воспламенения имеет величину воздушного потока, проходящего через него, отличающуюся от по меньшей мере одного другого устройства (12, 14) воспламенения, и
- в котором изменение (110) величины потока (20) топлива воспламенения является таким, чтобы соотношение топливо/воздух в смеси находилось в диапазоне, в котором устройство (12, 14) воспламенения с отличающейся величиной воздушного потока с наибольшей вероятностью воспламенится.
5. Способ по п. 4,
в котором этап изменения (110) величины потока (20) топлива воспламенения повторяется до тех пор, пока все устройства (12, 14) воспламенения не будут воспламенены.
6. Способ по п. 4,
в котором по меньшей мере одно из множества устройств (12, 14) воспламенения имеет величину воздушного потока, проходящего через него, отличающуюся от по меньшей мере одного другого устройства (12, 14) воспламенения, в силу любой одной или более из группы причин, содержащей различия в воздушном потоке между воспламененными и невоспламененными устройствами воспламенения, различия в геометрии, такие как допустимые отклонения, и различия в подаче воздушного потока.
7. Способ по п. 1 или 2,
в котором изменение (110) по меньшей мере одного параметра выполняется посредством перенастройки по меньшей мере одного клапана (22) управления топливом, управляемого узлом (16) обработки.
8. Способ по п. 1 или 2,
в котором первое устройство (12) воспламенения и по меньшей мере второе устройство (14) воспламенения работают в зависимости друг от друга.
9. Способ по п. 1 или 2,
в котором способ дополнительно содержит по меньшей мере этап продувки (109) по меньшей мере части (24) системы (10, 10а) сгорания, если узел (16) обработки определяет предопределенное состояние и/или, в частности, неуспешное воспламенение по меньшей мере одного из устройств (12, 14) воспламенения.
10. Способ по п. 9,
в котором последовательность запуска повторяется после продувки (109).
11. Система (10а) сгорания, содержащая первое устройство (12) воспламенения и по меньшей мере второе устройство (14) воспламенения, узел (16) обработки и систему (18) датчиков, выполненная с возможностью быть управляемой с помощью способа по любому из пп. 1-10.
12. Система сгорания по п. 11,
в которой система (18) датчиков содержит по меньшей мере один датчик (26, 26'), при этом по меньшей мере один датчик (26, 26') является датчиком из группы, состоящей из оптического датчика, термопарного датчика, ионизационного датчика или датчика температуры.
13. Система сгорания по п. 11 или 12, в которой первое устройство (12) воспламенения и по меньшей мере второе устройство (14) воспламенения работают в зависимости друг от друга.
14. Применение системы (10а) сгорания по любому из пп. с 11 по 13 в поточном двигателе (28).
15. Поточный двигатель (28) с системой (10а) сгорания по любому из пп. 11-13.
