駐焰和回火的光學(xué)檢測(cè)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了駐焰和回火的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)和方法。示范性實(shí)施例包括燃燒器(12,40)，其包括燃燒器外殼(170)和火焰檢測(cè)器(180)，燃燒器外殼(170)限定了具有燃燒區(qū)域的燃燒室(46,140)，火焰檢測(cè)器(180)設(shè)置在燃燒器外殼(170)上，并與燃燒室(46,140)光學(xué)連通，其中，各個(gè)火焰檢測(cè)器(180)配置成檢測(cè)與一個(gè)或多個(gè)燃燒區(qū)域相關(guān)的光學(xué)屬性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)為2010年1月15日提交的專利申請(qǐng)“駐焰和回火的光學(xué)檢測(cè)”（申請(qǐng)?zhí)枺?01010005531.1，申請(qǐng)人：通用電氣公司）的分案申請(qǐng)。
本文公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪，更具體地說(shuō)涉及駐焰(flameholding)和回火(flashback)的光學(xué)檢測(cè)。
技術(shù)介紹
在燃?xì)鉁u輪中，燃料在一個(gè)或多個(gè)燃燒器中與由壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣一起燃燒，燃燒器具有一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴，燃料噴嘴配置成可在定位于燃燒區(qū)域(主燃燒區(qū)域)上游的預(yù)混合區(qū)域中提供燃料和空氣的預(yù)混合。當(dāng)在燃料/空氣預(yù)混合通道中發(fā)生駐焰或回火時(shí)，可能很快對(duì)燃燒器造成損傷。在燃燒器的所需操作期間，預(yù)混合的燃料和空氣在燃燒區(qū)域的燃料/空氣預(yù)混合通道下游燃燒。在駐焰或回火期間，燃料和空氣混合物在預(yù)混合通道中燃燒。回火情況通常發(fā)生在當(dāng)火焰從主燃燒區(qū)域向上游移動(dòng)到預(yù)混合區(qū)域中時(shí)，其并不支持燃燒反應(yīng)。結(jié)果，對(duì)于燃燒系統(tǒng)可能造成嚴(yán)重的損傷，可能造成毀滅性的系統(tǒng)故障和伴隨的極大的經(jīng)濟(jì)損失。使用離子傳感檢測(cè)器和其它裝置，例如熱電偶和光導(dǎo)纖維以檢測(cè)回火是眾所周知的。然而，這些檢測(cè)器只簡(jiǎn)單地檢測(cè)火焰的存在，而并不區(qū)分燃燒系統(tǒng)中的火焰類型。因此需要提供一種帶有火焰檢測(cè)系統(tǒng)的燃燒器，這種火焰檢測(cè)系統(tǒng)配置成可區(qū)分火焰類型并阻止駐焰或回火事件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種燃燒器。這種燃燒器包括燃燒器外殼和火焰檢測(cè)器，燃燒器外殼限定具有燃燒區(qū)域的燃燒室，火焰檢測(cè)器設(shè)置在燃燒器外殼上并與燃燒室光學(xué)連通。火焰檢測(cè)器配置成檢測(cè)與一個(gè)或多個(gè)燃燒區(qū)域相關(guān)的光學(xué)屬性。根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪。這種燃?xì)鉁u輪包括配置成壓縮周圍空氣的壓縮機(jī)。燃?xì)鉁u輪還包括與壓縮機(jī)流連通的燃燒器，燃燒器配置成接收來(lái)自壓縮機(jī)組件的壓縮空氣，并燃燒燃料流，以產(chǎn)生燃燒器出口氣流。該燃燒器包括燃燒器外殼和火焰檢測(cè)器，燃燒器外殼限定了具有燃燒區(qū)域的燃燒室，火焰檢測(cè)器設(shè)置在燃燒器外殼上并與燃燒室光學(xué)連通。火焰檢測(cè)器配置成檢測(cè)與一個(gè)或多個(gè)燃燒區(qū)域相關(guān)的光學(xué)屬性。根據(jù)本專利技術(shù)的又一方面，提供了一種操作燃燒器的方法。該方法包括將燃料和空氣引入到預(yù)混合裝置中，形成氣態(tài)預(yù)混合物，并在燃燒室中燃燒氣態(tài)預(yù)混合物，從而產(chǎn)生火焰類型。方法還包括監(jiān)視火焰類型以確定燃燒室中是否存在駐焰。從以下結(jié)合附圖所做的描述中將使這些以及其它優(yōu)勢(shì)和特征更為清楚。附圖說(shuō)明在說(shuō)明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求中特別指出并明確申明了與本專利技術(shù)相關(guān)的主題。從以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說(shuō)明中將明晰本專利技術(shù)的前述及其它特征和優(yōu)勢(shì)，其中：圖1是根據(jù)示范性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的概略圖。圖2是燃燒器的概略圖，該燃燒器具有根據(jù)示范性實(shí)施例的圖1的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中所采用的預(yù)混合裝置。圖3示意性地顯示了根據(jù)示范性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪100。圖4顯示了火焰檢測(cè)器180對(duì)火焰類型的波長(zhǎng)的相對(duì)光譜響應(yīng)的曲線圖。圖5顯示了火焰檢測(cè)器180對(duì)火焰類型的波長(zhǎng)的相對(duì)光譜響應(yīng)的曲線圖。圖6顯示了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于操作燃燒器的方法的流程圖。圖7顯示了圖3的燃燒器罐的正視圖。以下詳細(xì)說(shuō)明將參照附圖通過(guò)示例解釋本專利技術(shù)的實(shí)施例以及優(yōu)勢(shì)和特征。標(biāo)號(hào)列表：10燃?xì)鉁u輪；12燃燒器；14壓縮機(jī)；16周圍空氣；18壓縮空氣；20燃料流；22燃燒器出口氣流；24渦輪；26發(fā)電機(jī)；28軸；40燃燒器；42預(yù)混合裝置；44氣態(tài)預(yù)混合物；46燃燒室；48下游過(guò)程；50旋流葉片；60火焰檢測(cè)裝置；65控制器；100燃?xì)鉁u輪；110壓縮機(jī)；115壓縮空氣；120燃燒器罐；130渦輪；140燃燒室；150擴(kuò)散器；160燃料噴嘴；165燃燒器出口氣流；170外殼；180火焰檢測(cè)器；400曲線圖；410SiC曲線；420光譜響應(yīng)峰值；430光譜響應(yīng)曲線；440光譜響應(yīng)曲線；500曲線圖；510曲線；520檢測(cè)器光譜響應(yīng)曲線；530曲線；540曲線；550檢測(cè)器光譜響應(yīng)曲線；600曲線圖；610寬的響應(yīng)曲線；620光譜峰值曲線；630光譜峰值曲線；640光譜峰值曲線。具體實(shí)施方式在示范性實(shí)施例中，本文所述的系統(tǒng)和方法可檢測(cè)燃?xì)鉁u輪燃燒器中的駐焰/回火，以抑制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)硬件的損傷，并用于任何主動(dòng)停止駐焰事件的方法。光學(xué)火焰檢測(cè)是在干式低NOX(DLN)單元中利用對(duì)紫外放射譜線具有響應(yīng)的檢測(cè)器來(lái)執(zhí)行的。更近些年來(lái)利用的SiC固態(tài)火焰檢測(cè)器具有包括對(duì)大約200nm至430nm之間的波長(zhǎng)的發(fā)光靈敏度的響應(yīng)性殼層。這與只對(duì)大約250nm以下的短波長(zhǎng)區(qū)域起響應(yīng)的蓋革穆勒管(GeigerMullertube)相反。在大約300nm的最強(qiáng)烈的放射是由被激勵(lì)的OH分子產(chǎn)生的，OH分子是燃燒過(guò)程的直接產(chǎn)物。由于SiC光電二極管響應(yīng)性特征，所以其對(duì)于燃燒器的熱壁的黑體輻射或來(lái)自煙灰(soot)的350至450nm輻射不是非常靈敏。同燃燒之前由于空氣和燃料的預(yù)混合而引起的火焰(預(yù)混合火焰)相比，來(lái)自煙灰的過(guò)大輻射是擴(kuò)散火焰的指示。當(dāng)燃燒發(fā)生時(shí)，如放射譜線的光學(xué)檢測(cè)指示的那樣，燃?xì)鉁u輪繼續(xù)以期望的最佳操作條件運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)混合火焰是需要的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菰S降低點(diǎn)火溫度，其對(duì)于例如減少利用DLN燃燒器的不合適的大氣排放是需要的。如果發(fā)生駐焰/回火事件，如煙灰放射譜線的光學(xué)檢測(cè)所指示的那樣，火焰檢測(cè)系統(tǒng)可采取動(dòng)作，例如減少或消除流入到燃燒器中的燃料流，以防止對(duì)燃?xì)鉁u輪造成損傷。因此，在燃料噴嘴中發(fā)生駐焰/回火事件期間，可測(cè)量來(lái)自熱煙灰放射或其它更濃火焰種類的額外的光電放射。雖然當(dāng)前的火焰檢測(cè)器具有足夠?qū)挼捻憫?yīng)曲線以檢測(cè)擴(kuò)散火焰，但是可分開地檢測(cè)燃燒(例如OH帶放射)和煙灰放射的存在的兩色或多色檢測(cè)系統(tǒng)將能夠區(qū)別火焰的類型。在其它示范性實(shí)施例中，本文所述的火焰檢測(cè)器可檢測(cè)來(lái)自燃料噴嘴的熱放射。通過(guò)監(jiān)視來(lái)自燃料噴嘴的熱放射，系統(tǒng)可確定火焰是否在燃料噴嘴中，因?yàn)闊岱派鋵⒅甘颈热剂蠂娮熘兴A(yù)計(jì)的溫度更高的溫度。例如，指示駐焰/回火的熱放射可在旋流葉片、燃燒管、燃料噴嘴的擴(kuò)散尖端或其它下游構(gòu)件中測(cè)量到。因此，在燃燒器中利用一個(gè)或多個(gè)彩色檢測(cè)器對(duì)來(lái)自駐焰/回火事件的增加的光電放射進(jìn)行測(cè)量，以確定燃料噴嘴中是否正在發(fā)生駐焰/回火。來(lái)自燃料噴嘴構(gòu)件的熱放射方面的增加可被用于檢測(cè)燃料噴嘴中的駐焰。如本文詳細(xì)論述的那樣，示范性實(shí)施例用于檢測(cè)燃燒器中(例如燃?xì)鉁u輪所采用的燃燒器中)增強(qiáng)的駐焰/回火。具體地說(shuō)，示范性實(shí)施例包括一種火焰檢測(cè)系統(tǒng)和方法，其配置成可檢測(cè)燃?xì)鉁u輪燃燒室中的駐焰/回火，并采取合適的動(dòng)作以防止對(duì)燃?xì)鉁u輪造成損傷。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，并且首本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種燃?xì)鉁u輪，包括：配置成壓縮空氣的壓縮機(jī)；與所述壓縮機(jī)流連通的燃燒器，所述燃燒器配置成接收來(lái)自壓縮機(jī)組件的壓縮空氣，并燃燒燃料流，以產(chǎn)生燃燒器出口氣流；所述燃燒器包括：燃燒器外殼，其限定了具有多個(gè)燃燒區(qū)域的燃燒室；多個(gè)火焰檢測(cè)器，其設(shè)置在所述燃燒器外殼上，并與所述燃燒室光學(xué)連通，其中所述多個(gè)火焰檢測(cè)器的子集配置成檢測(cè)與具有大約300納米的波長(zhǎng)的碳?xì)浠衔锘鹧骖愋拖嚓P(guān)的光學(xué)屬性，而所述多個(gè)火焰檢測(cè)器的另一個(gè)子集配置成檢測(cè)具有大約350納米到大約450納米范圍內(nèi)波長(zhǎng)的煙灰火焰類型相關(guān)的光學(xué)屬性，煙灰火焰類型是燃燒過(guò)程的直接產(chǎn)物；以及處理器，其配置成由所檢測(cè)的碳?xì)浠衔锘鹧骖愋秃蜔熁一鹧骖愋偷墓鈱W(xué)屬性確定所述多個(gè)燃燒區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)中駐焰狀態(tài)和回火狀態(tài)的至少一個(gè)的存在。

【技術(shù)特征摘要】
2009.01.15 US 12/3540101.一種燃?xì)鉁u輪，包括：
配置成壓縮空氣的壓縮機(jī)；
與所述壓縮機(jī)流連通的燃燒器，所述燃燒器配置成接收來(lái)自壓縮機(jī)組件的壓縮空氣，
并燃燒燃料流，以產(chǎn)生燃燒器出口氣流；
所述燃燒器包括：
燃燒器外殼，其限定了具有多個(gè)燃燒區(qū)域的燃燒室；
多個(gè)火焰檢測(cè)器，其設(shè)置在所述燃燒器外殼上，并與所述燃燒室光學(xué)連通，其中所述多
個(gè)火焰檢測(cè)器的子集配置成檢測(cè)與具有大約300納米的波長(zhǎng)的碳?xì)浠衔锘鹧骖愋拖嚓P(guān)的
光學(xué)屬性，而所述多個(gè)火焰檢測(cè)器的另一個(gè)子集配置成檢測(cè)具有大約350納米到大約450納
米范圍內(nèi)波長(zhǎng)的煙灰火焰類型相關(guān)的光學(xué)屬性，煙灰火焰類型是燃燒過(guò)程的直接產(chǎn)物；以
及
處理器，其配置成由所檢測(cè)的碳?xì)浠衔锘鹧骖愋秃蜔熁一鹧骖愋偷墓鈱W(xué)屬性確定所
述多個(gè)燃燒區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)中駐焰狀態(tài)和回火狀態(tài)的至少一個(gè)的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述光學(xué)屬性是火焰類型的波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述火焰類型是碳?xì)浠衔锶剂虾筒缓?br>碳?xì)浠衔锶剂系闹辽僖环N。
4.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述火焰類型是煙灰輻射。
5.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述多個(gè)火焰檢測(cè)器的其中一個(gè)包括最
靠近包含碳?xì)浠衔锶剂铣煞值奶細(xì)浠衔锘鹧婀庾V響應(yīng)峰值的光譜響應(yīng)峰值。
6.如權(quán)利要求5所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述多個(gè)火焰檢測(cè)器的其中另一個(gè)包括
最靠近煙灰火焰光譜響應(yīng)峰值的光譜響應(yīng)峰值，用于來(lái)自擴(kuò)散的煙灰和來(lái)自預(yù)混合燃料和
非預(yù)混合燃料煙灰的至少其中一種。<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：GO克雷默，JD貝里，LB小戴維斯，GC弗里德里克，AW克魯爾，GD邁爾斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US