專利名稱：與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料輸送相關(guān)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體上涉及用于改善燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的效率、性能和操作的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，如在此所使用的并且除非另有特定說明，否則燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)意指包括所有類型的燃?xì)鉁u輪或旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)、包括飛機(jī)發(fā)動機(jī)、動力設(shè)備的發(fā)動機(jī)等等。更具體地，但并非作為限制，本申請涉及與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料輸送有關(guān)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。壓縮機(jī)和渦輪通常包括軸向分級地疊置的葉片排。每級均包括固定的周向分開的定子葉片排和圍繞中心軸線或軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片排。操作中，通常壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片圍繞軸旋轉(zhuǎn)，并且同定子葉片一致作用以壓縮空氣流。然后，壓縮空氣的供應(yīng)用于燃燒器，以燃燒燃料供應(yīng)。得到的熱的燃燒氣體流通過渦輪分段膨脹。通過渦輪的工作流體的流動引起轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片連接至中心軸，使得轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)使軸旋轉(zhuǎn)。這樣，包含在燃料中的能量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能，該旋轉(zhuǎn)軸例如可用于使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生燃燒所需的壓縮空氣的供應(yīng)，并且該旋轉(zhuǎn)軸例如可用于使發(fā)電機(jī)的線圈旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生電力。本領(lǐng)域中已知預(yù)熱燃料供應(yīng)，使得可以以高溫向燃燒器輸送燃料供應(yīng)。由于很多原因，加熱的燃料促進(jìn)有效的發(fā)動機(jī)操作。有時，需要基于變化的燃料特性改變?nèi)剂系臏囟?。然而，常?guī)的燃料輸送系統(tǒng)具有某些限制，該限制導(dǎo)致在燃料輸送至燃燒器時在精確控制燃料溫度方面的困難或延遲。這可導(dǎo)致以不可接受的溫度輸送燃料。更具體地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常設(shè)計成利用具有與熱值相關(guān)的某些特性的燃料操作。也可稱為總發(fā)熱值、總能量或沃泊指數(shù)等級(WcAbe Index rating)的燃料的熱值通常描述在燃料燃燒時釋放的熱或能量的量。但在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，如果考慮向噴嘴輸送燃料的溫度，則可更精確地描述由以給定的壓力比通過燃料噴嘴燃燒的燃料釋放的能量的量。考慮或補(bǔ)償燃料溫度的燃料特性通常稱為修正沃泊指數(shù)等級或MWI等級。因此，該術(shù)語將用于本申請；但該術(shù)語的使用不意圖為限制性的。(如在此所使用的，修正沃泊指數(shù)等級或MWI等級意圖寬廣地表示由以給定的壓力比通過燃料噴嘴燃燒的燃料釋放的能量的量的燃料測量，其考慮或補(bǔ)償了向噴嘴輸送燃料的溫度。)因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常設(shè)計成利用具有特定的修正沃泊指數(shù)等級或?qū)儆诳山邮艿男拚植粗笖?shù)等級范圍的燃料操作。 事實如此，具有修正或控制輸送至燃燒器的燃料的溫度(從而將燃料的修正沃泊指數(shù)等級修正或控制到優(yōu)選范圍)的能力是一種有用的方式，以確保發(fā)動機(jī)使用促進(jìn)有效操作并減小燃燒器損壞危險的燃料。然而，給定常規(guī)系統(tǒng)的限制，如以下更詳細(xì)討論的，可變的燃料狀態(tài)常常導(dǎo)致向燃燒器輸送的燃料在可接受的或目標(biāo)修正沃泊指數(shù)等級外。換句話說，在常規(guī)系統(tǒng)中，常常向燃燒器輸送在提供可接受的或目標(biāo)沃泊指數(shù)等級的溫度范圍外的燃料。這可導(dǎo)致對燃燒器的損壞和效率低的發(fā)動機(jī)性能。此外，這可導(dǎo)致渦輪發(fā)動的“快速減負(fù)(rimback)”情形，在該快速減負(fù)情形期間，通常，發(fā)動機(jī)的操作系統(tǒng)自動地減小或中斷發(fā)動機(jī)輸出，以避免由于燃料不滿足發(fā)動機(jī)規(guī)格而可出現(xiàn)的發(fā)動機(jī)損壞。當(dāng)然，發(fā)動機(jī)輸出的急劇下降諸如在峰值需求期間可得到不恰當(dāng)?shù)牧?，并獨自地?dǎo)致明顯的問題。通常，對于常規(guī)燃料輸送系統(tǒng)中這些類型的性能缺點存在多種原因。原因之一是在操縱燃料溫度中出現(xiàn)的熱滯后。例如，在包括燃料壓縮機(jī)的系統(tǒng)中，該燃料壓縮機(jī)通過壓縮來加熱燃料，然后通過燃料后冷卻器的使用來冷卻加熱流的組分，該滯后至少部分地由于兩種流混合的點的位置。也就是說，根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)，兩種流(即由后冷卻器冷卻的流和未冷卻的流)以預(yù)期的量混合，使得向燃燒器輸送具有預(yù)期溫度的燃料供應(yīng)。如以下更詳細(xì)討論的，混合點的位置對燃料流的溫度在燃料流進(jìn)入燃燒器時可被改變的速率產(chǎn)生影響。另一問題與燃料供應(yīng)內(nèi)諸如熱值特性的可變?nèi)剂咸匦缘募皶r檢測相關(guān)。檢測變化的狀態(tài)的延遲使得難于及時確定應(yīng)向燃燒器輸送燃料的合適溫度(或溫度范圍)。結(jié)果，存在對與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料輸送相關(guān)的改善的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的需求，尤其地對有效并且高效地控制至少間歇地使用燃料壓縮機(jī)的系統(tǒng)中的燃料溫度的需求，使得可始終以對于發(fā)動機(jī)合適地給予其燃料熱值和目標(biāo)修正沃泊指數(shù)等級的溫度向燃燒器輸送燃料。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請描述了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)，包括燃料管線， 其具有位于到燃料源的第一連接與到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的第二連接之間的燃料壓縮機(jī)，其中燃料管線還包括在燃料壓縮機(jī)下游的平行分支包括后冷卻器的冷分支；和旁通后冷卻器的熱分支；快速熱值儀，其構(gòu)造成測量來自燃料源的燃料的熱值，并傳送與測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；用于控制引導(dǎo)通過冷分支的燃料量和引導(dǎo)通過熱分支的燃料量的裝置； 以及燃料混合接點，冷分支與熱分支在該燃料混合接點處會聚；其中燃料混合接點接近燃燒器氣體控制閥。本申請還描述了一種控制燃料輸送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的方法，其中燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)包括燃料管線，其具有位于到燃料源的第一連接與到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的第二連接之間的燃料壓縮機(jī)，其中燃料管線還包括在燃料壓縮機(jī)下游的平行分支包括后冷卻器的冷分支；和旁通后冷卻器的熱分支；快速熱值儀，其構(gòu)造成測量來自燃料源的燃料的熱值，并傳送與測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；用于控制引導(dǎo)通過冷分支的燃料量和引導(dǎo)通過熱分支的燃料量的裝置；以及接近燃燒器氣體控制閥設(shè)置的燃料混合接點，冷分支與熱分支在該燃料混合接點處會聚；該方法包括步驟利用快速熱值儀測量燃料的熱值；基于測得的熱值和燃燒器的目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍確定燃料的目標(biāo)溫度范圍； 以及控制通過冷分支和熱分支的燃料流，使得向燃燒器輸送的燃料的溫度包括在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的溫度。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求時，在閱讀優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)說明時，本申請的這些及其它特征變得明顯。


結(jié)合附圖，通過以下本發(fā)明的示例性實施例的更詳細(xì)的說明的仔細(xì)研究，將更完全地理解并意識到本發(fā)明的這些及其它的特征，其中圖1是可使用本申請的某些實施例的示例性渦輪發(fā)動機(jī)的示意8
圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)分段的剖視圖3是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪分段的剖視圖4是根據(jù)常規(guī)設(shè)計的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖5是根據(jù)本申請的示例性實施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖
圖6是根據(jù)本申請的替代性實施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖
圖7是根據(jù)本申請的替代性實施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖
圖8是根據(jù)本申請的替代性實施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖
圖9是示出本申請的示例性實施例的操作的流程圖；以及
圖10是示出本申請的替代性實施例的操作的流程圖。
部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)
11壓縮機(jī)
12渦輪
13燃燒器
14壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片
15壓縮機(jī)定子葉片
16渦輪轉(zhuǎn)子葉片
17渦輪定子葉片
20燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)
22發(fā)電機(jī)
M轉(zhuǎn)子
26壓縮機(jī)
W渦輪
30燃燒器
32進(jìn)氣管線
39燃料壓縮機(jī)
50燃料管線
51后冷卻器
55冷分支
60熱分支
62上游叉
64燃料混合接點
65閥
66燃燒器氣體控制閥
67氣相色譜儀
70燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)
78熱燃料控制閥
79冷燃料控制閥
80三通閥
82控制單元83快速熱值儀85溫度測量裝置
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，圖1示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意圖，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10將用于描述可采用本發(fā)明的示例性環(huán)境。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明不局限于這類使用。如上所述，本發(fā)明可用于其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。通常，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通過從由燃料在壓縮空氣流中的燃燒產(chǎn)生的加壓熱氣流提取能量而操作。如圖1所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可配置有通過共用軸或轉(zhuǎn)子機(jī)械地聯(lián)接至下游渦輪分段或渦輪12的軸流式壓縮機(jī)11、和位于壓縮機(jī)11與渦輪12之間的燃燒器13。圖2示出可用于圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性多級軸流式壓縮機(jī)11的視圖。如圖所示，壓縮機(jī)11可包括多級。每級均可包括由壓縮機(jī)定子葉片排15跟隨的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片排14。因此，第一級可包括由壓縮機(jī)定子葉片排15跟隨的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片排14，該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片排圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)，而該壓縮機(jī)定子葉片排在操作期間保持固定。壓縮機(jī)定子葉片15通常彼此周向分開，并圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14周向分開并附接至軸；當(dāng)軸在操作期間旋轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14圍繞該軸旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14構(gòu)造成使得當(dāng)圍繞軸自旋時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片向流過壓縮機(jī)11 的空氣或流體給予動能。壓縮機(jī)11可具有超出圖2中所示出的級的其它級。附加的級可包括由多個周向分開的壓縮機(jī)定子葉片15跟隨的多個周向分開的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14。圖3示出可用于圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性渦輪分段或渦輪12的局部圖。 渦輪12同樣可包括多級。示出了三個示例性的級，但在渦輪12中可存在更多或更少的級。 第一級包括在操作期間圍繞軸旋轉(zhuǎn)的多個渦輪動葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片16和在操作期間保持固定的多個噴嘴或渦輪定子葉片17。渦輪定子葉片17通常彼此周向分開，并圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。渦輪轉(zhuǎn)子葉片16可安裝在渦輪葉輪(未示出)上用于圍繞軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。還示出了渦輪12的第二級。第二級類似地包括由多個周向分開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片16跟隨的多個周向分開的渦輪定子葉片17，該多個周向分開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片同樣安裝在渦輪葉輪上用于旋轉(zhuǎn)。還示出了第三級，并且類似地包括多個渦輪定子葉片17和轉(zhuǎn)子葉片16。應(yīng)意識到的是，渦輪定子葉片17和渦輪轉(zhuǎn)子葉片16處于渦輪12的熱氣路徑中。熱氣通過熱氣路徑的流向由箭頭指示。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，渦輪12可具有超出圖3中所示出的級的其它級。每個附加的級均可包括由渦輪轉(zhuǎn)子葉片排16跟隨的渦輪定子葉片排17。在使用中，軸流式壓縮機(jī)11內(nèi)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14的旋轉(zhuǎn)可壓縮空氣流。在燃燒器13中，當(dāng)壓縮空氣與燃料混合并點燃時，可釋放能量。然后在渦輪轉(zhuǎn)子葉片16上引導(dǎo)得到的來自燃燒器13的可稱為工作流體的熱氣流，工作流體的流動引起渦輪轉(zhuǎn)子葉片16 圍繞軸的旋轉(zhuǎn)。因此，工作流體的流動的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)葉片的機(jī)械能，并且由于轉(zhuǎn)子葉片與軸之間的連接，轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能。于是，軸的機(jī)械能可用于驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14 的旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生必需的壓縮空氣的供應(yīng)，并且軸的機(jī)械能還可用于驅(qū)動例如發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電。為了清楚地表達(dá)本申請的發(fā)明，可能需要選擇參考和描述渦輪發(fā)動機(jī)的某些機(jī)器構(gòu)件或部件的術(shù)語。只要有可能，將以與其公認(rèn)的意義一致的方式使用并采用共用行業(yè)術(shù)語。然而，這里指的是，任何這樣的術(shù)語被給予寬廣的意義，并且不被狹窄地解釋，使得不合理地限制在此意圖的意義和所附權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，常常利用多個不同的名稱指示某些構(gòu)件。另外，在此可描述成單個部件的部件可包括并在另一背景下引用為由多個構(gòu)件部件組成，或者在此可描述成包括多個構(gòu)件部件的部件可被制成并且有時稱為單個部件。因此，在理解在此描述的本發(fā)明的范圍中，不僅應(yīng)注意所提供的術(shù)語和說明，而且應(yīng)注意如在此所描述的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、功能和/或使用。另外，在此可使用為渦輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用所共用的多個描述性術(shù)語。這些術(shù)語的定義如下。術(shù)語“下游”和“上游”是指示相對于通過渦輪或室(condo)的工作流體的流動的方向的術(shù)語。因此，術(shù)語“下游”是指沿流動的方向，而術(shù)語“上游”是指沿通過渦輪的流動的相反的方向。與這些術(shù)語相關(guān)，術(shù)語“后”和/或“后緣”指的是被描述的構(gòu)件的下游方向、 下游端和/或沿下游端的方向。并且，術(shù)語“前”和/或“前緣”指的是被描述的構(gòu)件的上游方向、上游端和/或沿上游端的方向。術(shù)語“徑向”指的是與軸線垂直的運(yùn)動或位置。它常常需要用于描述相對于軸線位于不同的徑向位置的部件。在該情況下，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更靠近軸線，則在此可陳述為第一構(gòu)件在第二構(gòu)件“內(nèi)側(cè)”或“徑向向內(nèi)”。另一方面，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更遠(yuǎn)離軸線，則在此可陳述為第一構(gòu)件在第二構(gòu)件“外側(cè)”或 “徑向向外”。術(shù)語“軸向”指的是與軸線平行的運(yùn)動或位置。并且，術(shù)語“周向”指的是圍繞軸線的運(yùn)動或位置。再次參考附圖，圖4示出根據(jù)常規(guī)設(shè)計的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的示例燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)20。 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)20可包括由轉(zhuǎn)子軸M連接至壓縮機(jī)沈和渦輪觀的發(fā)電機(jī)22?？梢罁?jù)常規(guī)技術(shù)實現(xiàn)這些構(gòu)件的連接和構(gòu)造。燃燒器30可位于壓縮機(jī)沈與渦輪觀之間。如圖所示，進(jìn)氣管線32可連接至壓縮機(jī)沈。進(jìn)氣管線32向壓縮機(jī)沈提供入口。于是，第一導(dǎo)管可將壓縮機(jī)26連接至燃燒器30，并且可將由壓縮機(jī)沈壓縮的空氣引導(dǎo)到燃燒器30中。如上所述，燃燒器30通常以已知的方式燃燒壓縮空氣的供應(yīng)與燃料，以產(chǎn)生熱的壓縮動力氣體。動力氣體從燃燒器30由第二導(dǎo)管傳導(dǎo)并引導(dǎo)至渦輪28。燃燒氣體的供應(yīng)驅(qū)動渦輪觀。 由動力氣體驅(qū)動的渦輪觀轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子軸M，使軸或轉(zhuǎn)子軸M旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸的能量可用于驅(qū)動壓縮機(jī)沈和發(fā)電機(jī)22，從而產(chǎn)生電。渦輪系統(tǒng)20還可包括燃料壓縮機(jī)39。應(yīng)意識到的是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)常常需要燃料壓縮機(jī)，使得在操作期間滿足燃燒器的供應(yīng)壓力需要。取決于可用的系統(tǒng)和燃料供應(yīng)，可間歇地(即當(dāng)需要升高燃料供應(yīng)的壓力時)或恒定地(即當(dāng)燃料壓力總是需要升高使得以所期望的壓力向燃燒器輸送燃料時)使用燃料壓縮機(jī)39。應(yīng)意識到的是，在使用時，燃料壓縮機(jī)39由于壓縮熱而加熱燃料供應(yīng)。燃料管線50可通過燃料壓縮機(jī)39從燃料源(未示出)延伸至燃燒器30，用于向燃燒器30輸送燃料。如燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中常規(guī)的，燃料管線50可傳送液體燃料或諸如甲烷的氣體燃料。如上所述，通過壓縮過程，當(dāng)燃料流過燃料壓縮機(jī)39時加熱燃料。常規(guī)系統(tǒng)通常包括必要時從燃料供應(yīng)去除熱的燃料后冷卻器或后冷卻器(在下文中“后冷卻器51”)。 如在此所使用的，后冷卻器51指的是可用于從燃料供應(yīng)去除熱的常規(guī)系統(tǒng)構(gòu)件。例如，后冷卻器51可以是空氣到氣體熱交換器、液體到氣體熱交換器、或者可用于完成從燃料供應(yīng)去除熱的功能的另一構(gòu)件。
如圖4所示，給定這些構(gòu)件，燃料管線50可描述成具有兩個平行分支。第一分支是通過后冷卻器51引導(dǎo)燃料的分支。該分支在此稱為冷分支55。在此稱為熱分支60的第二分支是旁通后冷卻器51的分支。應(yīng)指出的是，如在此所使用的，“冷”和“熱”僅用于區(qū)別流過每個分支的燃料與另一分支相比的相對溫度。也就是說，“熱”分支60通常承載具有比由 “冷”分支陽承載的燃料供應(yīng)更高的溫度的燃料供應(yīng)。如圖所示，冷分支陽和熱分支60可在后冷卻器51上游且在燃料壓縮機(jī)39下游的點處分叉。該點在此稱為上游叉62。于是， 冷分支陽和熱分支60可在后冷卻器51下游且在燃燒器30上游的點會聚。該點在此稱為燃料混合接點64。這樣，應(yīng)意識到的是，平行燃料管線允許某些燃料旁通后冷卻器51。一個或多個閥可用于控制移動通過熱分支60的燃料量和移動通過冷分支55的燃料量，使得所期望的量分別流過。如圖所示，這可利用位于熱分支60中的單個雙通閥65實現(xiàn)。還可能存在用于以所期望的方式控制該流動的其它閥構(gòu)造。另外，系統(tǒng)可包括未示出的諸如止回閥的其它構(gòu)件，所述其它構(gòu)件維持流向(如在管線上由箭頭所指示的)并防止回流。這在整個圖5至8中也是如此。給定系統(tǒng)20的構(gòu)造，閥65可用于調(diào)節(jié)旁通后冷卻器51的燃料量，并且通過這樣， 閥65可用于控制流向燃燒器30的燃料供應(yīng)的溫度。也就是說，通過操縱旁通后冷卻器51 的燃料供應(yīng)量，然后在下游將冷卻的燃料流與未冷卻的燃料流相結(jié)合，常規(guī)的渦輪系統(tǒng)20 可至少部分地控制向燃燒器30輸送的燃料的溫度。然而，如以下更詳細(xì)討論的，在操作中，常規(guī)系統(tǒng)具有溫度滯后，該溫度滯后使相對及時的且精確的燃料溫度修正或調(diào)整基本無效。連同其它原因，這是因為諸如圖4所示的常規(guī)系統(tǒng)的常規(guī)系統(tǒng)在燃料混合接點64與燃燒器30之間包括燃料管線50相對冗長的伸展。該燃料管線的伸展通常終止于正好在燃燒器30上游的閥，在此稱為燃燒器氣體控制閥66。如圖4所示，該距離稱為距離“Li ”，并指示在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥 66或燃燒器30的入口之間的導(dǎo)管的長度。在常規(guī)系統(tǒng)中，距離Ll至少大于20m，并且通常大于50m。導(dǎo)管在混合接點64與燃燒器30之間冗長的延伸使向燃燒器30輸送的燃料的溫度的相對快速的調(diào)節(jié)不可能。應(yīng)意識到的是，該延遲由導(dǎo)管長度的阻礙改變?nèi)剂蠝囟鹊臒岢撂匦运?、?或由在調(diào)節(jié)溫度的燃料可輸送至燃燒器30之前需要的已在導(dǎo)管中的燃料的清洗所引起。在某些情況下，常規(guī)系統(tǒng)還可包括常規(guī)氣相色譜儀67或其它類似的裝置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，氣相色譜儀67可用于測試燃料供應(yīng)，以確定燃料供應(yīng)單獨組分的組成和/或燃料供應(yīng)的熱值。更具體地，氣相色譜儀67可用于對燃料供應(yīng)取樣，并測量燃料供應(yīng)各種組分的相對量。這樣，常規(guī)系統(tǒng)可確定燃料供應(yīng)內(nèi)的不同碳?xì)浠衔锏姆诸?，并提供與燃料供應(yīng)的熱值相關(guān)的數(shù)據(jù)。然而，通常存在與通常用于常規(guī)系統(tǒng)的氣相色譜儀67 和其它類似的測試裝置相關(guān)的明顯的時間延遲。也就是說，在色譜儀67從燃料供應(yīng)取得樣本與為控制系統(tǒng)提供與燃料的化學(xué)組成或熱值相關(guān)的相關(guān)或必需的測試結(jié)果或信息的時間之間存在明顯的延遲。與色譜儀(和/或通常為相同的目的用于常規(guī)系統(tǒng)的其它類似的裝置)相關(guān)的延遲相對顯著(常常幾分鐘或更長)，并且如以下更詳細(xì)討論的，常常在對發(fā)動機(jī)控制設(shè)置的修正是必需的之后提供(即不“及時”的測試結(jié)果)。換句話說，測試結(jié)果提供得太遲。色譜儀和/或其它類似的裝置不提供關(guān)于燃料供應(yīng)的熱值的容易可用且及時的信息，這可導(dǎo)致向發(fā)動機(jī)輸送的燃料在發(fā)動機(jī)的目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍外。這可導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞、快速減負(fù)或其它性能問題。在許多情況下，該延遲由于上述溫度滯后而加劇。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，除所示構(gòu)件之外，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)20以及此后、即圖5至10描述的示例性實施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可包括諸如聚結(jié)過濾器、燃?xì)庀礈炱?、啟動加熱器等的其它?gòu)件。然而，這些元件的包括和構(gòu)造對于在此要求保護(hù)的本發(fā)明的操作不是關(guān)鍵性的，并因此這些構(gòu)件在提供的附圖中未示出或者未詳細(xì)地討論。圖5至8示出根據(jù)本申請的燃料輸送和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的示例性實施例。在圖5至8示出的系統(tǒng)中的許多構(gòu)件大致與以上相對于圖4的系統(tǒng)描述的構(gòu)件相同或類似。 因此，為了清楚和簡潔起見，用于圖4的附圖標(biāo)記對于共用構(gòu)件同樣用于圖5至9。根據(jù)常規(guī)設(shè)計，圖5和6的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70可包括由轉(zhuǎn)子軸M連接至壓縮機(jī)沈和渦輪觀的發(fā)電機(jī)22。燃燒器30可位于壓縮機(jī)沈與渦輪觀之間。進(jìn)氣管線32可連接至壓縮機(jī)沈，使得提供用于空氣供應(yīng)的入口。第一導(dǎo)管可將由壓縮機(jī)沈壓縮的空氣引導(dǎo)至燃燒器30，在該燃燒器處，空氣可用于燃燒燃料供應(yīng)。得到的熱氣流可通過渦輪觀膨脹，如上所述，在該渦輪處，能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸M的機(jī)械能。于是，旋轉(zhuǎn)軸的能量可用于驅(qū)動壓縮機(jī)沈和發(fā)電機(jī)22，從而分別產(chǎn)生壓縮空氣供應(yīng)和電。但是，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用是示例性的；本發(fā)明還可用于其它燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用。根據(jù)本申請的示例性實施例，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70構(gòu)造成使得可由系統(tǒng)操作員或控制單元以及時的方式控制向燃燒器30輸送的燃料的溫度，使得燃料滿足用于發(fā)動機(jī)的目標(biāo)MWI值。如上所述，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常設(shè)計成利用具有與熱值相關(guān)的某些特性的燃料操作。也可稱為總發(fā)熱值、總能量或沃泊指數(shù)等級的燃料的熱值通常描述在燃料燃燒時釋放的熱或能量的量。但在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，如果考慮向噴嘴輸送燃料的溫度，則可更精確地描述由以給定的壓力比通過燃料噴嘴燃燒的燃料釋放的能量的量?？紤]或補(bǔ)償燃料溫度的燃料特性通常稱為修正沃泊指數(shù)等級或MWI等級。如在此所使用的，修正沃泊指數(shù)或麗I意圖寬廣地指示由以給定的壓力比通過燃料噴嘴的燃料釋放的能量的量的燃料測量，其考慮或補(bǔ)償了向噴嘴輸送燃料的溫度。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常設(shè)計成利用具有特定的修正沃泊指數(shù)等級或?qū)儆诳山邮艿男拚植粗笖?shù)等級范圍的燃料操作。如在此所使用的，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)所設(shè)計用于的特定的修正沃泊指數(shù)或可接受的修正沃泊指數(shù)的范圍都稱為“目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍”或“目標(biāo)MWI范圍”。具有修正或控制輸送至燃燒器的燃料的溫度(從而修正或控制燃料的修正沃泊指數(shù)等級)的能力是一種有用的方式，以確保發(fā)動機(jī)使用在發(fā)動機(jī)的目標(biāo)MWI范圍內(nèi)的燃料。如圖5和6所示，燃料管線50可從燃料源(未示出)延伸至燃燒器30。通過壓縮過程，在燃料壓縮機(jī)39中壓縮燃料時可加熱燃料，使得需要位于燃料壓縮機(jī)39下游的后冷卻器51，以便在需要滿足燃料溫度需要時可冷卻流過燃料壓縮機(jī)39的燃料供應(yīng)的一部分。 如前所述，燃料管線50可描述成具有兩個平行分支。冷分支55是引導(dǎo)燃料通過后冷卻器 51的分支，而熱分支60是旁通后冷卻器51的分支。圖5和6的冷分支55和熱分支60在某些方面可類似于圖4的冷分支55和熱分支60。如圖所示，熱分支60在后冷卻器51上游的點、即在上游叉62與冷分支55分叉，并在后冷卻器51下游的點、即在燃料混合接點64 與冷分支陽會聚。這樣，熱分支60形成替代或旁通路線，通過該替代或旁通路線，燃料供應(yīng)可在不被后冷卻器51冷卻的情況下從燃料壓縮機(jī)39移動至燃燒器30。結(jié)果，流過熱分支60的燃料通常具有比流過冷分支55的燃料更高的溫度。
如以下更詳細(xì)描述的，可通過一個或多個常規(guī)閥的操作，控制或操縱流過冷分支陽和熱分支60的燃料量，所述一個或多個常規(guī)閥中的每個閥均可至少具有允許不同燃料流量水平通過的多個流動設(shè)置。在某些實施例中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70可經(jīng)由可位于任一分支中的單個常規(guī)雙通閥控制兩個平行分支之間的流量水平。如圖5所示，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70可經(jīng)由兩個常規(guī)雙通閥(位于熱分支60上的熱燃料控制閥78和位于冷分支55上的冷燃料控制閥79)更精確地控制流量水平。另外，如圖6所示，可用常規(guī)三通閥80替代冷燃料控制閥79和熱燃料控制閥78。如圖6所示，三通閥80可位于燃料混合接點64處。在其它實施例中，三通閥90可位于上游叉62處。另外，應(yīng)意識到的是，系統(tǒng)70可包括諸如止回閥(未示出)的其它構(gòu)件，所述其它構(gòu)件維持流向(如在管線上的箭頭所指示的)并防止回流。依據(jù)常規(guī)裝置和方法，可由控制單元82控制相關(guān)閥的操作和設(shè)置，所述相關(guān)閥可包括冷燃料控制閥79和熱燃料控制閥78 (在圖5的實施例的情況下)或三通閥80 (在圖 6的實施例的情況下)。尤其地，可依據(jù)從控制單元82接收的信號(如附圖上由虛線所指示的)控制對通過熱分支60和冷分支55的燃料流進(jìn)行調(diào)節(jié)的閥的設(shè)置。如以下更詳細(xì)討論的，控制單元82可包括電子或計算機(jī)實現(xiàn)裝置，該電子或計算機(jī)實現(xiàn)裝置包括與一個或多個閥的操作有關(guān)的控制邏輯。依據(jù)該控制邏輯和/或由控制單元82監(jiān)測的一個或多個操作參數(shù)(如以下更詳細(xì)討論的)，控制單元82可向一個或多個閥發(fā)送電子信號，從而控制閥的設(shè)置。這樣，可控制一個或多個閥，例如以減小通過熱分支60的流量和增大通過冷分支55的流量，或替代性地增大通過熱分支60的流量和減小通過冷分支55的流量。應(yīng)意識到的是，可通過操縱穿過后冷卻器51的燃料供應(yīng)的百分比來控制向燃燒器30輸送的燃料供應(yīng)的溫度(從而MWI等級)。例如，如果需要降低向燃燒器輸送的燃料供應(yīng)的溫度(從而提高M(jìn)WI等級)，可控制一個或多個控制閥(即熱燃料控制閥78、冷燃料控制閥、三通閥80、或其它類型的閥和其它閥構(gòu)造)，使得通過后冷卻器51引導(dǎo)提高的燃料供應(yīng)百分比。這將促進(jìn)冷卻，并導(dǎo)致燃料混合接點64下游的降低的燃料溫度。替代性地， 如果需要提高向燃燒器輸送的燃料供應(yīng)的溫度(從而降低MWI等級)，可控制一個或多個控制閥，使得通過后冷卻器51引導(dǎo)降低的燃料供應(yīng)百分比。這將導(dǎo)致較少的冷卻，該較少的冷卻將導(dǎo)致燃料混合接點64下游的提高的燃料溫度。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70還可包括快速熱值儀83。如在此所使用的，快速熱值儀83限定成包括可用于測試諸如天然氣的燃料并快速地提供與被測燃料的熱值相關(guān)的測試結(jié)果或數(shù)據(jù)的儀器或裝置。此外，如在此所使用的，提供“快速的”測試結(jié)果限定成及時地提供測試結(jié)果、或者關(guān)于本發(fā)明的其它實施例于在此指定的時間段內(nèi)提供測試結(jié)果。在某些實施例中，快速的燃料熱值儀83可包括氣體熱量計。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，氣體熱量計是測量燃料的熱值的儀器。如上所述，也稱為總發(fā)熱值、總能量或沃泊指數(shù)等級的燃料的熱值在此限定成通常描述在燃料燃燒時釋放的熱或能量的量。 在某些實施例中，本發(fā)明的快速熱值儀83可包括構(gòu)造成滿足本文描述的其它操作需要的以下裝置和/或其它類似裝置沃泊儀、氣體熱量計或熱值發(fā)射器。如圖所示，在某些實施例中，快速熱值儀83可位于上游叉62上游和燃料壓縮機(jī)39上游。在某些實施例中，快速熱值儀83在操作中可構(gòu)造成使得其周期性地對輸送至燃燒器30的燃料供應(yīng)的熱值取樣和測試。燃料供應(yīng)通過快速熱值儀83的周期性測試可在至少大約每隔60秒內(nèi)進(jìn)行。在其它更優(yōu)選的實施例中，燃料供應(yīng)通過快速熱值儀83的周期性測試可在至少大約每隔30秒內(nèi)進(jìn)行。在還有其它更優(yōu)選的實施例中，燃料供應(yīng)通過快速熱值儀83的周期性測試可在至少大約每隔15秒內(nèi)進(jìn)行。如上所述，快速熱值儀83可構(gòu)造成在相對短的時間段內(nèi)完成燃料的測試并提供關(guān)于燃料熱值的數(shù)據(jù)。在某些實施例中，快速熱值儀83包括構(gòu)造成在取得測試樣本并開始測試程序的至少大約2分鐘內(nèi)完成熱值測試并提供結(jié)果的裝置。在其它更優(yōu)選的實施例中，快速熱值儀83可構(gòu)造成在取得測試樣本并開始測試程序的至少大約1分鐘內(nèi)完成熱值測試并提供結(jié)果。在還有其它更優(yōu)選的實施例中，快速熱值儀83可構(gòu)造成在取得測試樣本并開始測試程序的至少大約30秒內(nèi)完成熱值測試并提供結(jié)果。理想地，在其它實施例中， 快速熱值儀83可構(gòu)造成在取得測試樣本并開始測試程序的至少大約10秒內(nèi)完成熱值測試并提供結(jié)果?？焖贌嶂祪x83和控制單元82通常可構(gòu)造成彼此電子通信，但這在附圖中沒有描繪。尤其地，快速熱值儀83可根據(jù)常規(guī)裝置和方法向控制單元82發(fā)送與燃料供應(yīng)的熱值測試相關(guān)的數(shù)據(jù)。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70還可包括常規(guī)儀器，以在燃料輸送系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個位置測量燃料供應(yīng)的溫度。例如，在快速熱值儀83的位置處，第一熱電偶或其它溫度測量裝置85 可被設(shè)置或者集成到快速熱值儀83中，使得可在確定并向控制單元82傳送熱值的同時測量燃料供應(yīng)的溫度。在該位置，溫度測量可提供在此稱為“原燃料溫度”的溫度、即原燃料供應(yīng)在其加熱或壓縮之前的溫度。第二溫度測量裝置85可在燃料壓縮機(jī)39的出口與上游叉62之間或者沿?zé)岱种?0在上游叉62與燃料混合接點64之間設(shè)置。該溫度測量提供在此稱為“壓縮燃料溫度”的溫度、即燃料在其由燃料壓縮機(jī)39壓縮并加熱之后的溫度。第三溫度測量裝置可位于后冷卻器51的出口與燃料混合接點64之間。該溫度測量提供在此稱為“冷卻燃料溫度”的溫度、即燃料在其由后冷卻器51冷卻之后的溫度。第四溫度測量裝置85可位于燃料混合接點64下游。例如，該溫度測量裝置85可位于燃燒器30的入口處或位于燃燒器氣體控制閥66的入口處。在該位置的溫度測量提供在此稱為“混合燃料溫度”的溫度、即通常在燃料混合接點64下游和/或在燃燒器30的入口處的燃料溫度。溫度測量裝置85可根據(jù)常規(guī)裝置和方法向控制單元82傳送測得的溫度數(shù)據(jù)。另外，與以下相對于圖7和8描述的實施例相關(guān)，第五溫度測量裝置85可位于諸如沐浴加熱器的輔助熱源下游。例如，該溫度測量裝置85可沿可稱為熱壓縮機(jī)旁路的旁路位于熱源的出口處。該溫度測量提供在此稱為“加熱燃料溫度”的溫度、即通常在輔助熱源下游并在燃料混合接點 64上游的燃料的溫度。用于測量溫度的儀器可根據(jù)常規(guī)裝置和方法向控制單元82傳送測得的溫度數(shù)據(jù)。如上所述，在常規(guī)系統(tǒng)中，導(dǎo)管或燃料管線50在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66或燃燒器30的入口之間的距離相對冗長。(應(yīng)指出的是，“燃燒器氣體控制閥66” 意指正好在燃燒器30上游并接近燃燒器30出現(xiàn)的控制閥，并因此在此大致可與“燃燒器 30的入口”互換，以描述將燃料供應(yīng)引入燃燒器30的近似位置。具體地，如在此所意圖的， 對“燃燒器氣體控制閥66”的參考大致與對燃燒器30的入口的參考相同。因此，在無論什么原因正好在燃燒器30上游或接近燃燒器30沒有控制閥的系統(tǒng)中，在此對“燃燒器氣體控制閥66”的參考替代地意指燃燒器30的入口。)應(yīng)意識到的是，由于導(dǎo)管的延伸長度通常形成抵抗快速溫度變化的熱沉和/或在燃燒器氣體控制閥66或者燃燒器30的入口處感
15覺到燃料溫度的顯著變化之前(并因此在燃料的MWI等級的顯著變化之前)必須顯著沖洗導(dǎo)管的延伸長度，所以燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66之間的距離在冗長時使得更加難以快速地改變向燃燒器30輸送的燃料供應(yīng)的溫度。結(jié)果，在常規(guī)系統(tǒng)中，在用于改變?nèi)剂蠝囟鹊膭幼髋c當(dāng)在燃燒器氣體控制閥66或燃燒器30的入口處感覺到得到的變化時之間存在明顯的延遲。此外，在常規(guī)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中，改變?nèi)剂瞎?yīng)的溫度的能力的這種延遲通常由于與從氣相色譜儀或用于該用途的其它類似裝置獲得燃料供應(yīng)的熱值數(shù)據(jù)相關(guān)的典型延遲而加劇。結(jié)果，常規(guī)的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在檢測燃料供應(yīng)的熱值變化中經(jīng)歷延遲，該延遲然后可通過通常在引起于燃燒器30處供應(yīng)的燃料的溫度變化中出現(xiàn)的第二延遲而復(fù)合。如以下更詳細(xì)描述的，構(gòu)造成根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例操作的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)通過快速熱值儀 83的使用減小或大致消除這些延遲問題，該快速熱值儀可構(gòu)造成向控制單元82提供更及時的并且快速的燃料供應(yīng)熱值數(shù)據(jù)。此外，本發(fā)明的示例性實施例提供旁通燃料管線60，其允許燃料旁通后冷卻器 51，使得可在燃燒器30的入口處更快速地感覺到燃料溫度變化(和得到的燃料MWI等級變化)。在本發(fā)明的某些實施例中，該結(jié)果可通過定位燃料混合接點64(即將未加熱燃料與加熱燃料的供應(yīng)混合至預(yù)期溫度的位置)獲得，使得減小導(dǎo)管在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66之間的長度。如上所述，通過減小導(dǎo)管的該長度，可接近燃燒器氣體控制閥 66出現(xiàn)加熱燃料與未加熱燃料的混合，這通常允許到達(dá)燃燒器30的燃料的溫度變化以相對快速的方式進(jìn)行。還發(fā)現(xiàn)的是，在某些情況下，在加熱燃料與未加熱燃料混合的位置與燃燒器氣體控制閥66之間應(yīng)保留最短距離。該最短距離允許加熱燃料與冷卻燃料充分混合，使得在燃料輸送至燃燒器30并在燃燒器30內(nèi)燃燒之前獲得通過燃料供應(yīng)的相對均勻的燃料溫度。 應(yīng)意識到的是，具有通過燃料供應(yīng)的相對均勻的燃料溫度尤其對于燃燒器30的操作促進(jìn)較好的發(fā)動機(jī)性能。給定這些競爭性的考慮，作為在此描述的本發(fā)明的一部分，已形成導(dǎo)管長度的優(yōu)選范圍。因此，在某些優(yōu)選實施例中，燃料混合接點64可定位成使得管道在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66(或者燃燒器30的入口)之間的長度在大約2與20 米之間。更優(yōu)選地，燃料混合接點64可定位成使得管道在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66(或者燃燒器30的入口)之間的長度在大約4與15米之間。并且，理想地，燃料混合接點64可設(shè)置成使得管道在燃料混合接點64與燃燒器氣體控制閥66 (或者燃燒器30 的入口)之間的長度在大約6與10米之間。這些范圍中的每個范圍均提供提高的性能。 如上所述，在導(dǎo)管在控制燃料供應(yīng)溫度的位置與燃燒器的近似入口之間較短的跨距的情況下，可使溫度變化(以及因此燃料的MWI等級的變化)更快速(即需要較少的沖洗或清洗并減少用作熱沉的導(dǎo)管)。并且，最短導(dǎo)管距離的保持提供獲得兩種燃料供應(yīng)的充分混合。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，與以上相對于圖5和6描述的一個或多個方面一致的系統(tǒng)可用于有效地且及時地控制向燃燒器輸送的燃料的溫度，因而促進(jìn)有效的發(fā)動機(jī)操作。以下相對于圖9和10提出示出示例性操作方法的流程圖。在一種典型的應(yīng)用中，當(dāng)燃料供應(yīng)需要燃料壓縮機(jī)的持續(xù)使用以滿足燃燒器的燃料壓力需要時，可采用圖5和6的實施例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，在某些情況下， 由于燃料供應(yīng)有時已充分地加壓，所以許多燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)不需要持續(xù)的燃料壓縮。這種系
16統(tǒng)通常只需要燃料壓縮機(jī)的間歇操作，以升高供應(yīng)壓力，這當(dāng)然意味著由燃料的壓縮提供的熱僅間歇地可利用。圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的渦輪系統(tǒng)構(gòu)造的方面。 應(yīng)意識到的是，可在僅需要燃料壓縮機(jī)的間歇使用的渦輪系統(tǒng)中有效地使用根據(jù)圖7和8 的系統(tǒng)。圖7示出包括用于向燃料供應(yīng)提供熱的替代性熱源的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)90。如以下更詳細(xì)描述的，該替代性熱源可用于在燃料壓縮機(jī)離線時將燃料流加熱至期望的溫度水平。 如圖所示，渦輪系統(tǒng)90的替代性熱源可以是沐浴加熱器91。應(yīng)意識到的是，也可使用其它熱源，并且沐浴加熱器91僅作為優(yōu)選實施例提供。例如，在其它實施例中，替代性熱源可以是直接火力加熱器、電加熱器、熱管熱交換器、蒸汽加熱器、熱水加熱器、或使用來自燃機(jī)的排氣的熱的熱交換器、以及其它類型的常規(guī)熱源。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，沐浴加熱器91通常包括可以是水或者對于更高的溫度可以是導(dǎo)熱油的傳熱流體，該傳熱流體被加熱并用于熱交換器93，以加熱穿過的燃料。沐浴加熱器91包括使傳熱流體在加熱器與熱交換器93之間循環(huán)的泵94。盡管未示出，但可從燃料管線50放出用于沐浴加熱器91的燃料供應(yīng)。利用沐浴加熱器91的優(yōu)點之一是其可在不使用來自渦輪發(fā)動機(jī)的熱的情況下加熱燃料，這可當(dāng)基本不可得到來自渦輪發(fā)動機(jī)的熱時在發(fā)動機(jī)啟動期間有利。如圖7所示，渦輪系統(tǒng)90可具有從燃料源(未示出)延伸至燃燒器30的燃料管線50。如前所述，燃料管線50具有平行分支。在該情況下，依據(jù)示例性實施例，燃料管線50 可描述成具有冷分支陽、熱分支60、以及旁通燃料壓縮機(jī)39的兩個分支冷壓縮機(jī)旁路96 和熱壓縮機(jī)旁路97。如前所述，冷分支55是通過后冷卻器51從燃料壓縮機(jī)39引導(dǎo)燃料的分支，而熱分支60是來自燃料壓縮機(jī)39的燃料流通過其旁通后冷卻器51的分支。如圖所示，冷壓縮機(jī)旁路96是從燃料管線50的在燃料壓縮機(jī)39上游的點取得燃料流并將該燃料流輸送至冷分支55上的點的分支，如圖所示，該冷分支55上的點優(yōu)選地在后冷卻器51下游。應(yīng)意識到的是，冷壓縮機(jī)旁路96旁通燃料壓縮機(jī)39和替代性熱源，在該情況下為沐浴加熱器91的熱交換器93，使得燃料保持未加熱。熱壓縮機(jī)旁路97是如下分支，該分支引導(dǎo)從在燃料壓縮機(jī)39上游的點取得的燃料流，并引導(dǎo)該流動通過替代性熱源的熱交換器93， 然后將加熱流輸送至熱分支60上的點。當(dāng)討論圖7和8中的四種燃料流(即通過冷分支陽、熱分支60、冷壓縮機(jī)旁路96和熱壓縮機(jī)旁路97的燃料流)時，應(yīng)意識到的是，流可在與所示不同的構(gòu)造中會聚或分叉，并且其它閥構(gòu)造可用于控制不同的流在燃料混合接點64 處的混合。例如，為了控制燃料流的混合，圖7示出分別在熱分支60和冷分支55上的熱燃料控制閥78和冷燃料控制閥79，而圖8示出位于燃料混合接點64處的三通閥80。還應(yīng)理解的是，在此對“燃料混合接點”的參考應(yīng)考慮將相對“熱的”燃料流與相對“冷的”燃料流混合的任一布置。在所有的實施例中，應(yīng)意識到的是，燃料混合接點64位于接近燃燒器30 的位置，并包括具有不同溫度的至少兩種燃料流的會聚。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)90如圖所示可具有快速熱值儀83，該快速熱值儀如上所述起作用。 系統(tǒng)90在所示的位置同樣可具有溫度測量裝置85，并且這些裝置可與相對于圖5和6描述的裝置相類似地起作用。系統(tǒng)90可具有在燃料穿過熱交換器93之后測量燃料的溫度的附加的溫度測量裝置85。該溫度測量提供在此稱為“加熱燃料溫度”的溫度、即在燃料已由沐浴加熱器91或其它替代性的或輔助的熱源加熱之后燃料的溫度。系統(tǒng)90可在需要燃料壓縮機(jī)39升高燃料的壓力時操作；并且給定替代性熱源91，系統(tǒng)90還可在不使用燃料壓縮機(jī)39時操作。應(yīng)意識到的是，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39操作時， 由于圖5和6的實施例適用于燃料壓縮機(jī)39通過壓縮過程向燃料供應(yīng)提供熱的系統(tǒng)，所以系統(tǒng)90可以以與相對于圖5和6的實施例描述的大致相同的方式操作。當(dāng)燃料壓縮機(jī)39 離線時，系統(tǒng)90可通過利用該系統(tǒng)可利用的替代性熱源(即沐浴加熱器91)以不同的方式操作。操作的說明在此將集中于這種其它類型的操作，如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，這為某些應(yīng)用提供靈活性和性能優(yōu)點。當(dāng)燃料壓縮機(jī)39操作時，熱壓縮機(jī)旁路97關(guān)閉，使得沒有燃料流過。應(yīng)意識到的是，熱壓縮機(jī)旁路97用于引導(dǎo)旁通壓縮機(jī)39的燃料流通過熱交換器93。如果燃料壓縮機(jī) 39在操作中，則燃料很可能缺乏足夠的壓力，以滿足燃燒器供應(yīng)需要，并因此必須關(guān)閉分支 97，使得引導(dǎo)所有的燃料通過提供增壓的燃料壓縮機(jī)39。熱壓縮機(jī)旁路97的關(guān)閉可經(jīng)由利用如圖7和8所示設(shè)置的三通閥98實現(xiàn)。同樣地，由于冷壓縮機(jī)旁路96同樣允許燃料旁通燃料壓縮機(jī)39，所以冷壓縮機(jī)旁路96在這類操作中同樣關(guān)閉。如圖所示，冷壓縮機(jī)旁路 96可由雙通閥99關(guān)閉?？赡苡衅渌拈y構(gòu)造。在該模式中，圖7和8所示的構(gòu)件的操作和構(gòu)造通常與相對于以上為圖5和6提供的那些構(gòu)件所描述的類似或相同。這些構(gòu)件包括燃料壓縮機(jī)39、后冷卻器51、冷分支55、 熱分支60、燃料混合接點64 (和它的位置)、控制單元82、快速熱值儀83和用于流量控制的各種閥。由于系統(tǒng)90具有可用于在燃料壓縮機(jī)39不可用于加熱燃料時(即當(dāng)不需要燃料壓縮機(jī)39以升高燃料的壓力時)加熱燃料的替代性熱源91，所以系統(tǒng)90提供操作靈活性， 以當(dāng)燃料壓縮機(jī)39操作和當(dāng)燃料壓縮機(jī)39不工作時以期望的溫度供應(yīng)加熱燃料。應(yīng)意識到的是，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39不工作時，不存在從壓縮機(jī)39通過冷分支55和熱分支60的流動， 并且后冷卻器51不工作。在燃料壓縮機(jī)39離線時工作的其它構(gòu)件的操作和構(gòu)造通常與以上在涉及這些構(gòu)件的說明中提供的類似或相同，這些構(gòu)件通常包括燃料混合接點64(和它的位置)、控制單元82、快速熱值儀83和各種閥的控制。應(yīng)意識到的是，在沒有從燃料壓縮機(jī)39通過冷分支55和熱分支60的流動的情況下，系統(tǒng)90基本上減小至兩個平行流1)通過熱壓縮機(jī)旁路97的未壓縮的燃料流，該燃料流經(jīng)由替代性熱源(即沐浴加熱器91)加熱；和2、通過冷壓縮機(jī)旁路96的未加熱的并且未壓縮的燃料流。這兩種流可在燃料混合接點64處集合，并且根據(jù)在此相對于本發(fā)明的多個實施例(例如可包括燃料混合接點64接近燃燒器30入口的位置和快速熱值儀8 描述的系統(tǒng)和方法以使得得到的溫度給燃燒器提供在優(yōu)選的MWI范圍內(nèi)的燃料的方式混合。如上所述，控制單元82可具有監(jiān)測一個或多個操作參數(shù)并可控制一個或多個閥的功能的程序邏輯，使得根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，以優(yōu)選的MWI等級或者在優(yōu)選的MWI 等級范圍內(nèi)向燃燒器輸送燃料供應(yīng)，所述優(yōu)選的MWI等級或優(yōu)選的MWI等級范圍在此稱為目標(biāo)MWI范圍。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，如以下詳細(xì)描述的，可形成算法、控制程序、 邏輯流程圖和/或軟件程序，以監(jiān)測燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的變化的操作參數(shù)，使得通過控制向燃燒器輸送燃料的溫度，到燃燒器的燃料供應(yīng)的MWI等級屬于目標(biāo)麗I范圍。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，這樣的系統(tǒng)可包括如以上討論地監(jiān)測相關(guān)的渦輪發(fā)動機(jī)操作參數(shù)的多個傳感器和儀器。這些硬件裝置和儀器可向諸如控制單元82的常規(guī)計算機(jī)實現(xiàn)控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和信息，并可由諸如控制單元82的常規(guī)計算機(jī)實現(xiàn)控制系統(tǒng)控制和操縱。也CN 102168614 A
說明書
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就是說，依據(jù)常規(guī)裝置和方法，諸如控制單元82的控制系統(tǒng)可依據(jù)指令組或邏輯流程圖從燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70接收和/或獲得數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的操作員通信、和/或控制系統(tǒng)的各種機(jī)械裝置，如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，所述指令組或邏輯流程圖可成為由控制單元82操作的軟件程序的一部分，并且可包括本發(fā)明的實施例。圖9和10示出根據(jù)本申請的實施例的邏輯流程圖。圖9提供表示可如何選擇操作模式的頂級圖，即是否需要燃料壓縮機(jī)39升高供應(yīng)壓力以及是否需要輔助熱源向燃料系統(tǒng)提供熱。在圖5和6的示例性實施例中，應(yīng)意識到的是，由于燃料壓縮機(jī)39總是操作并且沒有輔助熱源，所以不需要該頂級邏輯流程圖。圖10示出不同的操作模式可如何起作用的示例。應(yīng)意識到的是，如由所附權(quán)利要求所描述的，根據(jù)本申請的實施例可包括多種操作模式中的一種或多種或所有、它們的任何部分、或任何其它組合。圖9示出邏輯流程圖100。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，圖9和10的邏輯流程圖可由控制單元82實現(xiàn)和執(zhí)行。在某些實施例中，控制單元82可包括任何合適的高功率固態(tài)開關(guān)裝置。控制單元82可以是計算機(jī)；然而，這僅是在本申請的范圍內(nèi)的合適的高功率控制系統(tǒng)的示例?？刂茊卧?2還可實現(xiàn)為諸如ASIC的單個專用集成電路，其具有用于整體的系統(tǒng)級控制的主處理器分段或中央處理器分段、以及在中央處理器分段的控制下專門進(jìn)行各種不同的特定組合、功能及其它處理的單獨分段。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，還可利用各種單獨專用的或可編程的集成的或其它的電子電路或裝置實現(xiàn)控制單元，諸如包括諸如PLD、PAL、PLA等的離散元件電路或可編程邏輯裝置的硬連線的電子或邏輯電路。還可利用單獨的或與一個或多個外圍數(shù)據(jù)和信號處理裝置結(jié)合的合適編程的通用計算機(jī)實現(xiàn)控制單元82，諸如微處理器或微控制器、或其它處理器裝置、諸如CPU或MPU。通常，有限狀態(tài)機(jī)能在其上實現(xiàn)圖10和11的邏輯流程圖的任何裝置或類似裝置可用作控制單元82。邏輯流程圖100可開始于步驟或方框102，在該步驟或方框102處，可確定到系統(tǒng)的燃料供應(yīng)是否需要通過燃料壓縮機(jī)39的增壓。(如上所述，圖5和6的系統(tǒng)實施例構(gòu)造成使得燃料壓縮機(jī)39總是起作用，使得不需要該查詢。)給定與輸入燃料供應(yīng)相關(guān)的常規(guī)壓力讀數(shù)，通常作出關(guān)于是否需要燃料壓縮機(jī)39的決定。如果確定“否”，則不需要增壓，該方法可繼續(xù)至步驟104。如果確定“是”，則需要增壓，該方法可繼續(xù)至步驟105。在步驟104處，由于不需要對燃料供應(yīng)的增壓，故該過程通常中止燃料壓縮機(jī)39 的操作，并配置系統(tǒng)閥99，使得燃料供應(yīng)旁通燃料壓縮機(jī)39。尤其地，在燃料壓縮機(jī)39上游的燃料管線50上的點處，根據(jù)常規(guī)裝置或設(shè)備(未示出)，燃料供應(yīng)路由通過冷壓縮機(jī)旁路96和熱壓縮機(jī)旁路97，并且到燃料壓縮機(jī)39的通路被關(guān)閉。圖10的流程圖描述了如下方法，通過冷壓縮機(jī)旁路96和熱壓縮機(jī)旁路97的兩種流可在燃料混合接點64處混合，使得得到的燃料溫度給燃燒器30提供目標(biāo)MWI范圍的燃料。在步驟105處，由于過程確定需要對燃料供應(yīng)的增壓，所以該過程可開始或繼續(xù)燃料壓縮機(jī)39的操作，并配置系統(tǒng)控制閥，使得大致引導(dǎo)所有的燃料供應(yīng)通過燃料壓縮機(jī) 39。尤其地，控制閥可構(gòu)造成關(guān)閉冷壓縮機(jī)旁路96和熱壓縮機(jī)旁路97，并打開到燃料壓縮機(jī)39的導(dǎo)管。過程還可配置控制閥，使得以期望的方式引導(dǎo)離開燃料壓縮機(jī)39的燃料供應(yīng)通過冷分支55和熱分支60。圖10的流程圖描述了這兩種流(即來自冷分支55和熱分支 60的流)如何在燃料混合接點64處混合，使得得到的燃料溫度給燃燒器30提供目標(biāo)MWI 范圍的燃料。
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現(xiàn)在參考圖10，可以以期望的方式集合并混合不同溫度的兩種或多種燃料流使得進(jìn)入燃燒器30的燃料的MWI等級在目標(biāo)范圍內(nèi)的示例性操作模式。在步驟202處，依據(jù)以上討論的任一方法，控制單元82可接收、監(jiān)測、和記錄與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70、90的操作參數(shù)相關(guān)、尤其地與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)70、90的燃料輸送系統(tǒng)的操作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。如所描述的，操作參數(shù)可包括以下的一個或多個燃料供應(yīng)的熱值(例如可經(jīng)由快速熱值儀83測量)；燃料供應(yīng)在燃料輸送系統(tǒng)內(nèi)的各種位置處的溫度(如以上討論的，例如可包括原燃料溫度測量、加熱燃料溫度測量、壓縮燃料溫度測量、冷卻燃料溫度測量和混合燃料溫度測量)；和/ 或與通過冷分支55、熱分支60、冷壓縮機(jī)旁路96和熱壓縮機(jī)旁路97的流速相關(guān)的測量(例如可包括控制通過這些導(dǎo)管的流量的任何閥的設(shè)置，并且還可包括在這些導(dǎo)管中的任何導(dǎo)管內(nèi)取得的可經(jīng)由設(shè)置在導(dǎo)管內(nèi)的常規(guī)壓力換能器實現(xiàn)的燃料壓力測量)。從步驟202，該過程可繼續(xù)至步驟204。應(yīng)意識到的是，操作參數(shù)的測量、監(jiān)測和/或記錄可連續(xù)地或定期地進(jìn)行并更新，使得不管在圖10中是否存在將步驟202連接至另一步驟的直線，均可在整個邏輯流程圖200的多個步驟中的任一步驟使用當(dāng)前的數(shù)據(jù)。在步驟204處，給定燃料供應(yīng)的熱值的當(dāng)前測量，該過程可確定應(yīng)向燃燒器30輸送燃料供應(yīng)的可接受的溫度或溫度范圍，以滿足目標(biāo)MWI范圍。如所描述的，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常設(shè)計成利用具有某個熱值或熱值范圍的燃料操作。尤其地，發(fā)動機(jī)可設(shè)計用于目標(biāo) MWI范圍。實際上，發(fā)動機(jī)的燃料供應(yīng)的熱值通常改變。通過改變?nèi)剂系臏囟?，可補(bǔ)償變動的熱值水平，使得滿足目標(biāo)MWI范圍。具體地，可通過提高或降低燃料供應(yīng)的溫度來調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)的MWI等級，使得向發(fā)動機(jī)的燃燒器輸送的燃料處于發(fā)動機(jī)所設(shè)計用于的規(guī)定的或優(yōu)選的MWI等級處、或在規(guī)定的或優(yōu)選的MWI等級范圍內(nèi)。如上所述，發(fā)動機(jī)所設(shè)計用于的規(guī)定的或優(yōu)選的MWI等級或規(guī)定的或優(yōu)選的MWI等級范圍在此都稱為目標(biāo)MWI范圍。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，當(dāng)以與目標(biāo)MWI范圍一致的MWI等級向燃燒器輸送燃料時，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行較好、包括更加高效和可靠。向燃燒器輸送在目標(biāo)MWI范圍外的燃料(即可出現(xiàn)向燃燒器輸送的燃料的溫度不產(chǎn)生在目標(biāo)麗I范圍內(nèi)的麗I等級)可引起發(fā)動機(jī)性能和效率損失和/或可損壞渦輪構(gòu)件。此外，如上所述，向燃燒器30輸送在合適的范圍外的燃料可導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪“快速減負(fù)”情形，由于這通常導(dǎo)致發(fā)動機(jī)自動地采用明顯降低發(fā)動機(jī)輸出的預(yù)防步驟，所以這可能是非常不合需要的。盡管實現(xiàn)該預(yù)防性動作以使在燃料的 MWI等級不屬于推薦范圍時可能發(fā)生的潛在損壞最小，但輸出的急劇損失可引起同樣非常不合需要的其它問題。燃料的麗I等級與燃料的溫度之間的關(guān)系為反向關(guān)系。也就是說，當(dāng)燃料的溫度升高時，麗I等級降低。替代性地，當(dāng)燃料的溫度降低時，麗I等級升高。因此，例如，假定燃料具有“X”的熱值，并給定渦輪發(fā)動機(jī)所設(shè)計用于的目標(biāo)MWI范圍，則可輸送該燃料以將麗I等級維持在目標(biāo)麗I范圍內(nèi)的可接受的溫度范圍構(gòu)成在“Z”與“Y”之間的溫度范圍。 如果燃料供應(yīng)的熱值升高至(X+10)的值，則通常向燃燒器輸送燃料以將MWI等級維持在目標(biāo)麗I范圍內(nèi)的可接受的溫度范圍通常減小至例如在(Z-20)與(Y-20)之間的溫度范圍。 因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常具有應(yīng)向燃燒器輸送給定燃料熱值的燃料的接受的或推薦的溫度和/或溫度范圍(即將麗I等級維持在目標(biāo)麗I范圍內(nèi)的溫度范圍)。在步驟204處，確定此后稱為“目標(biāo)溫度范圍”的該優(yōu)選的溫度或推薦的溫度范圍?？傊繕?biāo)溫度范圍是如下的溫度值或范圍基于通過快速的燃料熱值儀83進(jìn)行的熱值測量，該溫度值或范圍在向燃燒器輸送燃料時將燃料的MWI等級維持在目標(biāo)MWI等級內(nèi)。從步驟204，該過程然后可繼續(xù)至步驟206。在步驟206處，給定(如作為步驟202的持續(xù)操作的一部分測量和監(jiān)測的)在燃料混合接點64與燃燒器30的入口之間測量的混合燃料溫度的溫度，該過程可確定以下混合燃料溫度是否在步驟204處計算的目標(biāo)溫度范圍內(nèi)？如圖所示，如果確定燃料供應(yīng)在燃燒器的入口處的溫度處于目標(biāo)溫度范圍或在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，則該過程可返回至步驟204。 如果確定燃料供應(yīng)在燃燒器的入口處的溫度未處于目標(biāo)溫度范圍或沒有在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，則該過程可繼續(xù)至步驟208。在步驟208處，控制單元可操縱各種系統(tǒng)閥99的設(shè)置，使得以使混合燃料溫度靠近或在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的方式修正混合燃料溫度。因此，如果確定混合燃料溫度需要降低 (即如果測量的混合燃料溫度比目標(biāo)溫度范圍高)，則可修正多個控制閥的設(shè)置，使得通過工作分支的重新分配的流動降低混合燃料溫度。如以上所討論的，這可取決于系統(tǒng)如何運(yùn)行以多種方式實現(xiàn)。例如，在圖5和6的系統(tǒng)70中，可引導(dǎo)較多的燃料通過冷分支55，并引導(dǎo)較少的燃料通過熱分支60，使得由后冷卻器51冷卻較多的在燃料混合接點64處混合的燃料。應(yīng)意識到的是，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39操作而輔助熱源不工作時，在圖7和8的系統(tǒng)90 中同樣可利用該相同的溫度降低的方法。另一方面，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39在系統(tǒng)90中不操作時，可重新分配通過系統(tǒng)的燃料流，使得引導(dǎo)較多的燃料通過冷壓縮機(jī)旁路96，并引導(dǎo)較少的燃料通過熱壓縮機(jī)旁路97，使得加熱較少的在燃料混合接點64處混合的燃料。替代性地，如果確定混合燃料溫度需要升高(即如果測量的混合燃料溫度比目標(biāo)溫度范圍低)，則可修正多個系統(tǒng)控制閥的設(shè)置，使得通過工作分支的重新分配的流動提高混合燃料溫度。如以上所討論的，這可取決于系統(tǒng)如何運(yùn)行以多種方式實現(xiàn)。例如，在圖5 和6的系統(tǒng)70中，可引導(dǎo)較少的燃料通過冷分支55，并引導(dǎo)較多的燃料通過熱分支60，使得由后冷卻器51冷卻較少的在燃料混合接點64處混合的燃料。應(yīng)意識到的是，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39操作而輔助熱源不工作時，在圖7至9的系統(tǒng)90中同樣可利用該相同的提高溫度的方法。另一方面，當(dāng)燃料壓縮機(jī)39在系統(tǒng)90中不操作時，則可重新分配流動，使得引導(dǎo)較少的燃料通過冷壓縮機(jī)旁路96，并引導(dǎo)較多的燃料通過熱壓縮機(jī)旁路97，使得加熱較多的在燃料混合接點64處混合的燃料。在步驟210處，給定由在步驟208處采取的動作產(chǎn)生的修正的混合燃料溫度，該過程可確定以下混合燃料溫度的溫度是否在步驟204處計算的目標(biāo)溫度范圍內(nèi)？如果確定混合燃料溫度(應(yīng)意識到的是，可在到燃燒器30的入口處測量)在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)(從而產(chǎn)生在目標(biāo)MWI范圍內(nèi)的燃料)，則該過程可前進(jìn)至步驟212。然而，如果確定混合燃料溫度仍未在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)(從而未能產(chǎn)生目標(biāo)MWI范圍內(nèi)的燃料)，則該過程可返回至步驟 208，在該步驟208處，可再一次調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制閥。應(yīng)意識到的是，該過程可重復(fù)在步驟208 與210之間的控制循環(huán)，直到向燃燒器輸送的燃料的溫度處于或在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。在步驟212處，該過程可結(jié)束。替代性地，(未示出)該過程可返回至步驟202，以重新開始。作為示例示出圖9和10的示例過程要素。應(yīng)意識到的是，其它的過程和流程圖實施例可具有較小或較大數(shù)量的元素或步驟，并且根據(jù)本發(fā)明的其它實施例在替代性構(gòu)造中可布置這樣的要素或步驟。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到的，還可有選擇地應(yīng)用以上相對于多個示例性實施例描述的許多變化的特征和構(gòu)造，以形成本發(fā)明的其它可能的實施例。為了簡潔起見并考慮本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力，在此未詳細(xì)討論各種可能的重復(fù)，但由以下多項權(quán)利要求包含的所有組合和可能的實施例意圖為本申請的一部分。另外，從本發(fā)明的以上多個示例性實施例的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到改善、變化和變型。這樣的本領(lǐng)域的技術(shù)范圍內(nèi)的改善、變化和變型也意圖由所附權(quán)利要求覆蓋。此外，顯然的是，上文僅涉及本申請描述的實施例，并且可在本文中作出許多變化和變型，而不偏離由以下權(quán)利要求及其等同物所限定的本申請的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的燃料輸送系統(tǒng)，包括燃料管線(50)，其具有位于到燃料源的第一連接與到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的燃燒器 (13)的第二連接之間的燃料壓縮機(jī)(39)，其中，所述燃料管線(50)還包括在所述燃料壓縮機(jī)(39)下游的平行分支包括后冷卻器(51)的冷分支(5 ；和旁通所述后冷卻器(51)的熱分支(60)；快速熱值儀(83)，其構(gòu)造成測量來自所述燃料源的燃料的熱值，并傳送與所述測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；用于控制引導(dǎo)通過所述冷分支(5 的燃料量和引導(dǎo)通過所述熱分支(60)的燃料量的裝置；以及燃料混合接點(64)，所述冷分支(5 與所述熱分支(60)在所述燃料混合接點處會聚；其中，所述燃料混合接點(64)接近燃燒器氣體控制閥(66)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒器氣體控制閥(66)包括正好位于到所述燃燒器(13)的入口上游的燃料閥；以及其中，所述燃料混合接點(64)位于如下位置a)足夠靠近所述燃燒器氣體控制閥 (66)，使得通過用于控制引導(dǎo)通過所述冷分支(5 的燃料量和引導(dǎo)通過所述熱分支(60) 的燃料量的所述裝置的變化引起所述燃燒器氣體控制閥(66)處的燃料溫度的及時變化； 和b)足夠遠(yuǎn)離所述燃燒器氣體控制閥(66)，使得燃料在到達(dá)所述燃燒器氣體控制閥(66) 之前混合至大致均勻的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，還包括構(gòu)造成測量燃料溫度并傳送與燃料溫度測量相關(guān)的燃料溫度數(shù)據(jù)的多個溫度測量裝置(85)，所述溫度測量裝置 (85)沿所述燃料管線(50)設(shè)置，以至少測量包括在由所述燃料壓縮機(jī)(39)壓縮之后的燃料溫度的壓縮燃料溫度；包括在由所述后冷卻器(51)冷卻之后的燃料溫度的冷卻燃料溫度；和包括在所述燃料混合接點(64)下游的燃料溫度的混合燃料溫度；其中用于控制的所述裝置包括構(gòu)造成控制沿所述燃料管線(50)設(shè)置的一個或多個閥的操作的控制單元(82)；所述控制單元(8 構(gòu)造成接收來自所述溫度測量裝置(8 的燃料溫度數(shù)據(jù)和來自所述快速熱值儀(8 的熱值數(shù)據(jù)；以及給定從所述溫度測量裝置(8 接收的燃料溫度數(shù)據(jù)和從所述快速熱值儀(8 接收的熱值數(shù)據(jù)，所述控制單元(8 構(gòu)造成計算目標(biāo)溫度范圍，并控制所述一個或多個閥，使得將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述冷分支( )，和將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述熱分支 (60)，以便在所述燃料混合接點(64)下游的混合燃料溫度達(dá)到所述目標(biāo)溫度范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，燃料的所述目標(biāo)溫度范圍包括如下溫度范圍，即在所述溫度范圍處，給定測得的燃料的熱值，燃料包括用于所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍；所述后冷卻器(51)包括空氣到氣體熱交換器和液體到氣體熱交換器中的一個；所述快速熱值儀(8 構(gòu)造成及時測量燃料的熱值，并傳送與所述測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；以及所述一個或多個閥包括下列之一a)位于所述熱分支(60)上的雙通熱燃料控制閥 (78)和位于所述冷分支(5 上的雙通冷燃料控制閥(79)；以及b)位于所述燃料混合接點 (64)處的三通閥(80)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元(82)構(gòu)造成使得如果給定所述目標(biāo)溫度范圍，需要所述混合燃料溫度的升高，則控制單元(8 控制所述一個或多個閥，以增加燃料的引導(dǎo)通過所述燃料管線(50)的熱分支(60)的部分；以及如果給定所述目標(biāo)溫度范圍，需要所述混合燃料溫度的降低，則控制單元(82)控制所述一個或多個閥，以增加燃料的引導(dǎo)通過所述燃料管線(50)的冷分支(5 的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述快速熱值儀(8 包括在短于開始測試過程的大約30秒之內(nèi)提供熱值測試結(jié)果的裝置；并且其中，所述燃料輸送系統(tǒng)構(gòu)造成定期測試燃料，所述定期短于大約30秒；以及其中，所述燃料混合接點(64)設(shè)置成使得所述燃料管線(50)在所述燃料混合接點 (64)與所述燃燒器氣體控制閥(66)之間的長度在大約6與10米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料管線(50)還包括熱壓縮機(jī)旁路，其在所述燃料壓縮機(jī)(39)上游的位置連接至所述燃料管線(50)，并構(gòu)造成使得通過的燃料流旁通所述燃料壓縮機(jī)(39)并傳送至加熱器且被加熱，并從所述加熱器，所述熱壓縮機(jī)旁路在所述燃料混合接點(64)上游的位置連接至所述熱分支(60)；以及冷壓縮機(jī)旁路，其在所述燃料壓縮機(jī)(39)上游的位置連接至所述燃料管線(50)，并構(gòu)造成使得通過的燃料流旁通所述燃料壓縮機(jī)(39)和所述加熱器，且在所述燃料混合接點 (64)上游并在所述后冷卻器(51)下游的位置連接至所述冷分支(55)；還包括構(gòu)造成測量燃料溫度并傳送與燃料溫度測量相關(guān)的燃料溫度數(shù)據(jù)的多個溫度測量裝置(85)，所述多個溫度測量裝置(8 沿所述燃料管線(50)設(shè)置在多個位置，以至少測量包括在由所述燃料壓縮機(jī)(39)壓縮之后的燃料溫度的壓縮燃料溫度；包括在由所述后冷卻器(51)冷卻之后的燃料溫度的冷卻燃料溫度；包括在由所述加熱器加熱之后的燃料溫度的加熱燃料溫度；包括在所述冷壓縮機(jī)旁路中的燃料溫度的原燃料溫度；和包括在所述燃料混合接點(64)下游的燃料溫度的混合燃料溫度；其中用于控制的所述裝置包括構(gòu)造成控制沿所述燃料管線(50)設(shè)置的一個或多個閥的操作的控制單元(82)；所述控制單元(8 構(gòu)造成接收來自所述多個溫度測量裝置(8 的燃料溫度數(shù)據(jù)和來自所述快速熱值儀(8 的熱值數(shù)據(jù)；以及給定從所述多個溫度測量裝置(8 接收的燃料溫度數(shù)據(jù)和從所述快速熱值儀(83)接收的熱值數(shù)據(jù)，所述控制單元(8 構(gòu)造成計算目標(biāo)溫度范圍，并控制所述一個或多個閥， 使得將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述冷分支( )，將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述熱分支 (60)，將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路，和將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述冷壓縮機(jī)旁路，以便在所述燃料混合接點(64)下游的混合燃料溫度達(dá)到所述目標(biāo)溫度范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料輸送系統(tǒng)能夠有選擇地在至少兩種操作模式之間操作，包括a)第一操作模式，其中所述燃料壓縮機(jī)(39)操作以壓縮到所述燃燒器的燃料流；和b)第二操作模式，其中所述燃料壓縮機(jī)(39)不工作；其中在所述第一操作模式中，所述控制單元(8 構(gòu)造成控制所述一個或多個閥，使得大致將所有的燃料引導(dǎo)通過所述燃料壓縮機(jī)(39)；以及在所述第二操作模式中，所述控制單元(8 構(gòu)造成控制所述一個或多個閥，使得大致將所有的燃料弓I導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路和所述冷壓縮機(jī)旁路，并且大致沒有燃料引導(dǎo)通過所述燃料壓縮機(jī)(39)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一操作模式中 燃料的引導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路的期望部分大致沒有；燃料的引導(dǎo)通過所述冷壓縮機(jī)旁路的期望部分大致沒有；以及所述控制單元(8 控制燃料的引導(dǎo)通過所述冷分支(5 的期望部分和燃料的引導(dǎo)通過所述熱分支(60)的期望部分，使得所述燃料混合接點(64)下游的混合燃料溫度維持在所述目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，在所述第二操作模式中 燃料的從所述燃料壓縮機(jī)(39)引導(dǎo)通過所述熱分支(60)的期望部分大致沒有； 燃料的從所述燃料壓縮機(jī)(39)引導(dǎo)通過所述冷分支(5 的期望部分大致沒有；以及所述控制單元(8 控制燃料的引導(dǎo)通過所述冷壓縮機(jī)旁路的期望部分和燃料的引導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路的期望部分，使得所述燃料混合接點(64)下游的混合燃料溫度維持在所述目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料輸送系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于測量所述燃料源的壓力并向所述控制單元(8 傳送與壓力測量相關(guān)的壓力數(shù)據(jù)的裝置；其中，所述控制單元(82)構(gòu)造成如果所述燃料源的壓力低于預(yù)定閾值壓力，則自動地以所述第一操作模式操作所述燃料輸送系統(tǒng)；以及其中，所述控制單元(82)構(gòu)造成如果所述燃料源的壓力高于所述預(yù)定閾值壓力，則自動地以所述第二操作模式操作所述燃料輸送系統(tǒng)，所述預(yù)定閾值壓力包括所述燃燒器的優(yōu)選燃料壓力水平。
12.—種控制燃料輸送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的方法，其中，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)包括燃料管線(50)，其具有位于到燃料源的第一連接與到所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器的第二連接之間的燃料壓縮機(jī)(39)，其中所述燃料管線(50)還包括在所述燃料壓縮機(jī)(39)下游的平行分支包括后冷卻器(51)的冷分支(5 ；和旁通所述后冷卻器(51)的熱分支(60)；快速熱值儀(83)，其構(gòu)造成測量來自所述燃料源的燃料的熱值， 并傳送與所述測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；用于控制引導(dǎo)通過所述冷分支(5 的燃料量和引導(dǎo)通過所述熱分支(60)的燃料量的裝置；以及接近燃燒器氣體控制閥(66)設(shè)置的燃料混合接點(64)，所述冷分支(5 與所述熱分支(60)在所述燃料混合接點處會聚；所述方法包括步驟利用所述快速熱值儀(8 測量燃料的熱值；基于測得的熱值和所述燃燒器的目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍確定燃料的目標(biāo)溫度范圍；以及控制通過所述冷分支(5 和所述熱分支(60)的燃料流，使得向所述燃燒器輸送的燃料的溫度包括在所述目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料管線(50)還包括熱壓縮機(jī)旁路，其在所述燃料壓縮機(jī)(39)上游的位置連接至所述燃料管線(50)，并構(gòu)造成使得通過的燃料流旁通所述燃料壓縮機(jī)(39)并傳送至加熱器且被加熱，并從所述加熱器，所述熱壓縮機(jī)旁路在所述燃料混合接點(64)上游的位置連接至所述熱分支(60)；以及其中所述燃料管線(50)還包括冷壓縮機(jī)旁路，其在所述燃料壓縮機(jī)(39)上游的位置連接至所述燃料管線(50)，并構(gòu)造成使得通過的燃料流旁通所述燃料壓縮機(jī)(39)和所述加熱器，并且在所述燃料混合接點(64)上游并在所述后冷卻器(51)下游的位置連接至所述冷分支(5 ；以及其中，所述燃料輸送系統(tǒng)還包括構(gòu)造成測量燃料溫度的多個溫度測量裝置(85)，所述多個溫度測量裝置(8 沿所述燃料管線(50)設(shè)置在多個位置，以至少測量包括在由所述燃料壓縮機(jī)(39)壓縮之后的燃料溫度的壓縮燃料溫度；包括在由所述后冷卻器(51)冷卻之后的燃料溫度的冷卻燃料溫度；包括在由所述加熱器加熱之后的燃料溫度的加熱燃料溫度；包括在所述冷壓縮機(jī)旁路中的燃料溫度的原燃料溫度；和包括在所述燃料混合接點 (64)下游的燃料溫度的混合燃料溫度；還包括步驟周期性地測量所述壓縮燃料溫度、所述冷卻燃料溫度、所述加熱燃料溫度、所述原燃料溫度和所述混合燃料溫度；以及基于所述熱值測量和所述溫度測量，控制燃料流，使得將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述冷分支( )，將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述熱分支(60)，將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路，和將燃料的期望部分引導(dǎo)通過所述冷壓縮機(jī)旁路，以便在所述燃料混合接點(64)下游的混合燃料溫度達(dá)到所述目標(biāo)溫度范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述燃料輸送系統(tǒng)構(gòu)造成能夠有選擇地在至少兩種操作模式之間操作，包括a)第一操作模式，其中所述燃料壓縮機(jī)(39)操作以壓縮到所述燃燒器的燃料流；和b)第二操作模式，其中所述燃料壓縮機(jī)(39)不工作；還包括步驟如果以所述第一操作模式操作，則控制燃料流，使得大致將所有的燃料引導(dǎo)通過所述燃料壓縮機(jī)(39)；以及如果以所述第二操作模式操作，則控制燃料流，使得大致將所有的燃料引導(dǎo)通過所述熱壓縮機(jī)旁路和所述冷壓縮機(jī)旁路，并且大致沒有燃料引導(dǎo)通過所述燃料壓縮機(jī)(39)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述燃料輸送系統(tǒng)構(gòu)造成測量所述燃料源的壓力；還包括步驟如果所述燃料源的壓力低于預(yù)定閾值壓力，則自動地以所述第一操作模式操作所述燃料輸送系統(tǒng)；以及如果所述燃料源的壓力高于所述預(yù)定閾值壓力，則自動地以所述第二操作模式操作所述燃料輸送系統(tǒng)；其中，所述預(yù)定閾值壓力包括所述燃燒器的優(yōu)選燃料壓力水平；以及其中，燃料的所述目標(biāo)溫度范圍包括如下溫度范圍，即在所述溫度范圍處，給定測得的燃料的熱值，燃料在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的目標(biāo)修正沃泊指數(shù)范圍內(nèi)。
全文摘要
本申請涉及與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料輸送相關(guān)的方法和系統(tǒng)。燃料輸送系統(tǒng)包括燃料管線(50)，其具有燃料壓縮機(jī)(39)和在燃料壓縮機(jī)(39)下游的平行分支包括后冷卻器(51)的冷分支(55)；和旁通后冷卻器(51)的熱分支(60)；快速熱值儀(83)，其構(gòu)造成測量來自燃料源的燃料的熱值，并傳送與測量相關(guān)的熱值數(shù)據(jù)；用于控制引導(dǎo)通過冷分支(55)的燃料量和引導(dǎo)通過熱分支(60)的燃料量的裝置；以及燃料混合接點(64)，冷分支(55)與熱分支(60)在該燃料混合接點處會聚；其中，燃料混合接點(64)接近燃燒器氣體控制閥(66)。
文檔編號F02C9/28GK102168614SQ20111005723
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者D·M·埃里克森, T·R·比爾頓 申請人:通用電氣公司