專利名稱：避免燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)貧燃料熄火的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地涉及用于控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作的方法和設(shè)備。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括一個(gè)壓縮機(jī)區(qū)段、一個(gè)燃燒器區(qū)段和至少一個(gè)渦輪區(qū)段。壓縮機(jī)壓縮空氣，該壓縮空氣與燃料混合而通到燃燒器。然后該混合物被點(diǎn)燃而產(chǎn)生熱燃?xì)?。該燃?xì)馔ǖ綔u輪，該渦輪從燃?xì)馓崛∧芰恳宰鳛閴嚎s機(jī)的動(dòng)力，并產(chǎn)生有用的功來(lái)作為一種負(fù)載如發(fā)電機(jī)的動(dòng)力，或驅(qū)動(dòng)飛行中的飛機(jī)。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在許多不同的操作條件下操作，而燃燒器性能有利于在范圍廣泛的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。更具體地說(shuō)，穩(wěn)定的燃燒有利于防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火與提供發(fā)動(dòng)機(jī)的額定推力和/或動(dòng)力水平。其次，對(duì)于利用干燥的低氧化亞氮(DLN)技術(shù)操作的燃?xì)鉁u輪，燃燒穩(wěn)定性也有利于控制氧化亞氮(NOx)和一氧化碳(CO)的排放。
至少一些已知的DLN燃燒系統(tǒng)使用預(yù)混合的燃料和空氣并在貧燃料/空氣(F/A)比的條件下操作而有利于減少NOx排放。貧燃料/空氣比被定義為燃料對(duì)空氣之比低于被考慮的燃料所需的燃料對(duì)空氣的化學(xué)計(jì)量比。但是，貧燃料預(yù)混合操作的后果是，該燃燒系統(tǒng)可能在貧燃料熄火(LBO)邊界附近操作。貧燃料熄火或弱熄滅是在該點(diǎn)處燃料和空氣的混合物不再可燃的一個(gè)點(diǎn)；對(duì)于預(yù)混合的多噴嘴系統(tǒng)，弱熄滅可以定義為這樣一個(gè)點(diǎn)，就是在該點(diǎn)處燃燒效率有一顯著下降和/或火焰完全熄滅。LBO邊界或約束如果遭破壞，可能導(dǎo)致部分或完全熄火(即燃燒火焰消失)?？刂瓶拷麹BO邊界的操作在罐一環(huán)形燃燒系統(tǒng)中甚至更為困難，該系統(tǒng)中的F/A比可能從一個(gè)燃燒罐到另一個(gè)燃燒罐都發(fā)生變化。更具體地說(shuō)，該可變的F/A比可能造成一些燃燒罐具有比其它的罐更貧的F/A比而操作，而在操作期間，如果一個(gè)LBO邊界遭破壞，那么從罐到罐的可變性可能導(dǎo)致在一個(gè)或若干燃燒罐中火焰消失。取決于該系統(tǒng)中的控制邏輯，當(dāng)一個(gè)或若干燃燒罐遇到火焰消失時(shí)，該燃?xì)鉁u輪保護(hù)系統(tǒng)可能關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。但是，此種不希望的關(guān)機(jī)可能會(huì)損失機(jī)械系統(tǒng)并可能導(dǎo)致大的替換動(dòng)力的花費(fèi)。
發(fā)明簡(jiǎn)述一方面，本發(fā)明提供一種監(jiān)測(cè)和控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的方法。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪，而后者包括至少一個(gè)燃燒罐。該方法包括接收從指示至少一個(gè)燃燒罐中的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器來(lái)的信號(hào)；處理該接收的信號(hào)而對(duì)至少一個(gè)燃燒罐測(cè)定貧燃料熄火的概率；以及利用測(cè)得的貧燃料熄火的概率來(lái)控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以便于減小一次貧燃料熄火(LBO)事件的概率。
另一方面，本發(fā)明提供一種燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)燃燒罐，該至少一個(gè)燃燒罐上聯(lián)接燃燒動(dòng)力學(xué)特性壓力傳感器和火焰?zhèn)鞲衅髦械闹辽僖粋€(gè)，其中該傳感器做成監(jiān)控每個(gè)相應(yīng)的罐中的燃燒并發(fā)送一個(gè)指示每個(gè)相應(yīng)的罐中的燃燒的信號(hào)，而至少一個(gè)控制系統(tǒng)做成接收該從所述至少一個(gè)傳感器來(lái)的信號(hào)，其中該控制系統(tǒng)編制程序來(lái)過(guò)濾該燃燒信號(hào)，以測(cè)定一個(gè)LBO前兆的存在，從該過(guò)濾的信號(hào)來(lái)測(cè)定貧燃料熄火(LBO)的概率，并控制該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)而便于減小貧燃料熄火(LBO)的概率。
又一方面，本發(fā)明提供一種在一可用計(jì)算機(jī)讀出的介質(zhì)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序，用于控制一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)燃燒罐。該計(jì)算機(jī)程序包括一個(gè)編碼程序段，后者接收使用人的選擇輸入數(shù)據(jù)，然后指令該系統(tǒng)過(guò)濾一個(gè)指示至少一個(gè)燃燒罐中的燃燒的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)，以僅僅通過(guò)在約10Hz～約25Hz、約80Hz～約120Hz及約130Hz～160Hz中至少一段之間的信號(hào)的部分，將該過(guò)濾的信號(hào)與一預(yù)定的貧燃料熄火閾值進(jìn)行比較，并控制該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以便利用該比較而便于減小一貧燃料熄火事件的概率。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是一種包括一個(gè)燃?xì)鉁u輪的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的簡(jiǎn)略側(cè)視圖；圖2是可以與圖1中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的一種示范的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒罐的截面示意圖3是圖1中所示的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的示意圖；圖4是一種可以用于監(jiān)控圖1中所示的發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的示范算法的數(shù)據(jù)流程圖；圖5是例示燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的場(chǎng)檢驗(yàn)試驗(yàn)的示范蹤跡的圖線，例示一種對(duì)貧燃料熄火(LBO)前兆的燃料分叉效應(yīng)；圖6是可以與圖1中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)一起使用的一種示范的避免LBO的控制組件的框圖；圖7是可以用于圖2中所示的控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例中的另一種算法的數(shù)據(jù)流程圖；以及圖8是可以與圖1中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的燃燒罐的動(dòng)力學(xué)特性的示范譜圖。
發(fā)明詳述雖然本發(fā)明的方法和設(shè)備在這里是在一種用于工業(yè)環(huán)境的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的上下文中描述的，但此處描述的方法和設(shè)備也可以用于其它燃燒渦輪系統(tǒng)的用途，包括(但不限于)安裝在飛機(jī)中的渦輪。此外，此處提出的原理和說(shuō)明可用于利用各種可燃燒燃料如(但不限于)天然氣、汽油、煤油、柴油燃料和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。因此下面的描述僅用于例示而沒(méi)有限制作用。
圖1是一種包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20的省略側(cè)視圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20包括一個(gè)壓縮機(jī)區(qū)段22、一個(gè)包括多個(gè)燃燒罐26的燃燒器區(qū)段24和一個(gè)利用一軸(未示出)而聯(lián)接在壓縮機(jī)區(qū)段22上的渦輪區(qū)段28。
在操作中，環(huán)境空氣被通入壓縮機(jī)區(qū)段22，在其中環(huán)境空氣被壓縮到一個(gè)大于環(huán)境壓力的壓力。然后該壓縮的空氣被通入燃燒器區(qū)段24，在其中該壓縮空氣和燃料結(jié)合而產(chǎn)生一種壓力相當(dāng)高的高速氣體。渦輪區(qū)段28從燃燒器區(qū)段24排放的高壓高速氣體提取能量，而燃燒的燃料混合物用于產(chǎn)生能量如電能、熱能和/或機(jī)械能。在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒的燃料混合物產(chǎn)生用千瓦小時(shí)(KWh)測(cè)量的電能。但是，本發(fā)明不限于產(chǎn)生電能而包括其它能量形式，如機(jī)械能和熱能。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10通常通過(guò)各種控制參數(shù)而受附接在系統(tǒng)10上的自動(dòng)和/或電子控制系統(tǒng)(未示出)的控制。
圖2是示范的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒罐26的截面示意圖，并包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)202的一部分的示意圖。環(huán)狀的燃燒器26可以設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)殼214和發(fā)動(dòng)機(jī)外殼216之間的環(huán)形空間212中。擴(kuò)壓器218從壓縮機(jī)區(qū)段22(示于圖1)沿軸向引入環(huán)形空間212。每個(gè)燃燒罐26向渦輪區(qū)段28(示于圖1)排放。多個(gè)主燃料噴嘴220在環(huán)形空間212內(nèi)沿周邊間隔安置，以便使主燃料與流出擴(kuò)壓器218的一部分空氣預(yù)混合，并向燃燒器26供應(yīng)燃料和空氣混合物。多個(gè)主燃料供應(yīng)導(dǎo)管222向主噴嘴220供應(yīng)燃料。多個(gè)輔助燃料噴嘴226向燃燒器26供應(yīng)輔助燃料，而多個(gè)輔助燃料供應(yīng)導(dǎo)管228將燃料分配到輔助燃料噴嘴226。在輔助燃料噴嘴226附近可安置多個(gè)點(diǎn)火器(未示出)，以點(diǎn)燃供應(yīng)給輔助燃料噴嘴226的燃料。
在燃燒器26內(nèi)可以安置一個(gè)燃燒傳感器230，以監(jiān)控其中的壓力和/或火焰的波動(dòng)。傳感器230將指示燃燒罐26內(nèi)的燃燒狀態(tài)的信號(hào)傳送到在線的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)202，該系統(tǒng)202與調(diào)整通往燃燒器26的輔助燃料和主燃料流速的燃料234控制器連通并與可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)空氣控制阻尼器(未示出)的空氣控制器236連通。
圖3是圖1中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的簡(jiǎn)單示意圖。在該示范實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括在線的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)202，后者包括數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(DAS)332，系統(tǒng)332從傳感器230對(duì)數(shù)據(jù)采樣，用于隨后的處理。計(jì)算機(jī)334從DAS332和機(jī)上系統(tǒng)監(jiān)控器(OSM)335接收采樣的傳感器數(shù)據(jù)，并完成高速數(shù)據(jù)分析。雖然只示出四個(gè)燃燒罐26，但應(yīng)當(dāng)理解，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以包括多于或少于四個(gè)的燃燒罐26，例如，在一個(gè)示范實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括二十四個(gè)燃燒罐26。
計(jì)算機(jī)334通過(guò)鍵盤336從操作人員接受指令。一個(gè)相關(guān)監(jiān)控器338如(但不限于)液晶顯示器(LCD)和陰極射線管使操作人員能觀察從計(jì)算機(jī)334接收的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)334使用由操作人員提供的指令和參數(shù)，以便向DAS332和OSM提供控制信號(hào)和信息。雖然圖示為單個(gè)部件，但應(yīng)當(dāng)理解，計(jì)算機(jī)334、DAS332和OSM335也可以安置在同一裝置中。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)334包括一個(gè)裝置340如軟盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、磁性光盤(MOD)驅(qū)動(dòng)器或任何其它數(shù)字裝置，包括網(wǎng)絡(luò)連接裝置如以太網(wǎng)(Ethernet)裝置，用于閱讀從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)342如軟盤、CD-ROM、DVD或其它數(shù)字源如網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)(Internet)以及尚待開發(fā)的數(shù)字機(jī)構(gòu)來(lái)的指令和/或數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)334執(zhí)行儲(chǔ)存在器件操作系統(tǒng)(未示出)中的指令。計(jì)算器334編制程序而完成此處描述的功能，而且如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”不限于僅僅是那些通常稱作計(jì)算機(jī)的集成電路，而是廣泛地包括計(jì)算機(jī)、處理器、微型控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程序的邏輯控制器、特定用途集成電路及其它可編程序的電路，而且這些術(shù)語(yǔ)在這里使用時(shí)可以互換。此外，雖然此處描述的方法和設(shè)備是在一種工業(yè)裝置中描述的，但可以考慮本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可用于非工業(yè)系統(tǒng)如運(yùn)輸設(shè)備例如(但不限于)飛機(jī)。
圖4是一種可以用于監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20(示于圖1)中燃燒動(dòng)力學(xué)特性的示范算法的數(shù)據(jù)流程圖400。在該示范實(shí)施例中，多個(gè)燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)402由聯(lián)接到每個(gè)燃燒罐26個(gè)的傳感器230產(chǎn)生，傳感器230做成能感知燃燒罐26中的狀態(tài)而產(chǎn)生指示其中狀態(tài)的信號(hào)。在該示范實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器230聯(lián)接在燃燒罐26上，使得控制系統(tǒng)202能接收指示每個(gè)罐26中的燃燒狀態(tài)的信號(hào)。在另一實(shí)施例中，并非所有燃燒罐26都包括傳感器230?？刂葡到y(tǒng)202接收從代表性數(shù)目的罐26來(lái)的信號(hào)并根據(jù)這些代表性信號(hào)而控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。當(dāng)每個(gè)燃燒罐26包括一個(gè)相應(yīng)的傳感器230但一個(gè)或多個(gè)傳感器230在使用中失效時(shí)，情況也是如此。當(dāng)任何傳感器230在使用中失效時(shí)，控制系統(tǒng)202做成檢測(cè)該失效并修改燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的控制，使與從失效的傳感器230來(lái)的錯(cuò)誤輸入無(wú)關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器230為燃燒動(dòng)力學(xué)特性壓力傳感器。在另一實(shí)施例中，傳感器230為火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｐ盘?hào)402被傳送到控制系統(tǒng)202并通過(guò)一個(gè)抗混疊過(guò)濾器404，以便于防止從反射到信號(hào)402的感興趣的較低頻率區(qū)中的高頻噪音。圖線406例示在已由抗混疊過(guò)濾器404過(guò)濾信號(hào)后信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的示范蹤跡408。該信號(hào)是帶通過(guò)濾的410，以便產(chǎn)生在感興趣的頻帶內(nèi)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，該感興趣的頻帶為約30Hz～OHz。在另一實(shí)施例中，該感興趣的頻帶為約25Hz～5Hz。在又一實(shí)施例中，該感興趣的頻帶為約20Hz～10Hz。圖線412例示在信號(hào)已通過(guò)帶通過(guò)濾器410后信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的示范蹤跡414。然后比較信號(hào)的均方根416。在該示范的實(shí)施例中，使用一個(gè)N點(diǎn)滑動(dòng)窗口來(lái)計(jì)算滑動(dòng)窗口中信號(hào)的均方根。在該示范的實(shí)施例中，N代表該算法所使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目。該計(jì)算類似于計(jì)算信號(hào)中的能量。在另一實(shí)施例中，該能量可以利用從一次FFT操作得出的系數(shù)來(lái)計(jì)算。該得出的均方根信號(hào)是利用一個(gè)移動(dòng)平均窗口的低通過(guò)濾的418。圖線420例示在已利用一種移動(dòng)平均窗口算法過(guò)濾該信號(hào)后信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的示范蹤跡422。過(guò)濾的均方根信號(hào)然后通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)LBO的概率的作用424。圖線426例示在作用424已應(yīng)用于過(guò)濾的均方根信號(hào)后的信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的示范蹤跡428。在該示范的實(shí)施例中，作用424利用一種正態(tài)分布的累積的概率作用，其中選擇平均值和方差來(lái)獲得對(duì)一給定的均方根值的所要的LBO概率。在另一實(shí)施例中，使用一個(gè)小波變換來(lái)監(jiān)控所要頻率范圍中的信號(hào)。
在上述另一實(shí)施例中，火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)的一個(gè)AC分量被用于監(jiān)控燃燒罐26中的燃燒狀態(tài)?；鹧?zhèn)鞲衅?30的AC分量的頻率響應(yīng)可以與燃燒器動(dòng)力學(xué)特性信號(hào)有關(guān)。因此，用于LBO前兆檢測(cè)的算法400也可應(yīng)用于火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)的AC分量而檢測(cè)一個(gè)即將來(lái)臨的LBO事件。
當(dāng)LBO信號(hào)的概率已經(jīng)發(fā)生時(shí)，可以將其與閾值邊界或信號(hào)比較而確定一個(gè)LBO事件是否即將來(lái)臨，例如通過(guò)LBO前兆的存在。如果該前兆被檢測(cè)到，那么控制系統(tǒng)202可以操縱一個(gè)控制系統(tǒng)參數(shù)或參數(shù)的組合來(lái)移動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的操作離開LBO邊界。這些參數(shù)可以包括(但不限于)增加向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的整體燃料流，減少向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的空氣流，提高一個(gè)或多個(gè)燃?xì)夤?6的入口空氣溫度，以及改變通往至少一個(gè)燃燒罐26的燃料分叉。
圖5是例示一種對(duì)LBO前兆的燃料分叉效應(yīng)的場(chǎng)檢驗(yàn)試驗(yàn)的示范蹤跡的圖線500。蹤跡502例示一個(gè)燃燒罐26的燃燒動(dòng)力學(xué)特性信號(hào)的譜圖。蹤跡504和蹤跡506例示對(duì)兩個(gè)燃料回路的閥位置而蹤跡508例示對(duì)第三燃料回路26的閥位置。每個(gè)蹤跡的時(shí)間軸相互有關(guān)，因此對(duì)蹤跡502中示出的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的影響可以與這三個(gè)燃料回路的閥位置的操縱有關(guān)。圖線500包括一個(gè)第一時(shí)期510，其中一個(gè)從約80Hz到約140Hz的占優(yōu)勢(shì)的頻帶512是明顯的。在第二時(shí)期512期間，燃料分叉增大而使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20更接近LBO。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20更接近LBO時(shí)，開始出現(xiàn)前兆頻帶516中的指示。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20更移近LB0時(shí)，頻帶516中的指示的強(qiáng)度增大。在時(shí)期518中，該燃料分叉減小，使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的操作移動(dòng)離開一個(gè)LBO，因此帶516中的LBO指示顯著地減小和/或消除。
當(dāng)燃料/空氣比變得更貧而到達(dá)LBO邊界時(shí)，相關(guān)燃燒動(dòng)力學(xué)特性的信號(hào)頻帶516中的能量增大。頻帶516與占優(yōu)勢(shì)的燃燒頻帶512無(wú)關(guān)。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的操作離開該LBO邊界時(shí)，帶516中的能量類似于不占優(yōu)勢(shì)的燃燒頻率的其它頻率的能量。因此，通過(guò)合適地監(jiān)控頻帶516，可以產(chǎn)生一個(gè)LBO的前兆。
雖然該燃料分叉例示為被操縱而影響一個(gè)即將來(lái)臨的LBO和一個(gè)即將來(lái)臨的LBO的隨后的發(fā)現(xiàn)，但取決于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20在該即將來(lái)臨的LBO的出現(xiàn)時(shí)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的操作，可以調(diào)整其它發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。在該示范的實(shí)施例中，使用一個(gè)反饋的控制方案，其中該控制輸入如一個(gè)或組合的上述發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)被改變而驅(qū)動(dòng)LBO的概率到一預(yù)定的閾值以下。該反饋控制可以包括(但不限于)正比值(P)、正比值-整值(PI)和正比值-整數(shù)-微分值(PID)，帶有合適的最大值和/或最小值限制。
圖6是可以與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10(示于圖1中)一起使用的一個(gè)示范的避免LBO的控制組件600的框圖。組件600可以是一個(gè)聯(lián)接在控制系統(tǒng)202的合適的輸入和輸出信號(hào)上的獨(dú)立電子部件。此外，組件600可以包括在控制系統(tǒng)202中，或者作為此處描述的各種功能的硬件實(shí)施方案，或者作為各種功能的軟件實(shí)施方案。組件600包括一個(gè)比較器602，該比較器602將一個(gè)閾值或限制信號(hào)604與一指示燃燒罐26內(nèi)LBO概率的信號(hào)相比較。圖線608例示一個(gè)其中沒(méi)有采取避免LBO的控制行動(dòng)的第一區(qū)域610和一個(gè)其中起動(dòng)了避免LBO的控制行動(dòng)的第二區(qū)域612。圖線608的X軸614代表時(shí)間，而y軸616代表LBO的概率如信號(hào)606。當(dāng)LBO的概率小于限制618時(shí)，例如當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20在區(qū)域610中操作時(shí)，沒(méi)有采取避免LBO的行動(dòng)。當(dāng)LBO的概率大于限制618時(shí)，比較器602向可能操縱一個(gè)或組合的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的反饋控制器622提供一個(gè)輸出值620，這些參數(shù)包括(但不限于)通向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的總?cè)剂狭?、通向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的總空氣流、通向燃燒器26的入口空氣溫度以及燃料噴嘴分叉。反饋控制器622的輸出值與傳送到控制這些發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的控制器(未示出)的控制信號(hào)624一起累加。這些累加的信號(hào)傳送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20，在該處這些控制器操縱通向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的總?cè)剂狭鳌⑼ㄏ蛉細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的總空氣流、通向燃燒器26的入口空氣溫度以及燃料噴嘴分叉中的至少一個(gè)來(lái)減小LBO的概率。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的操縱改變?nèi)紵?6中由傳感器230監(jiān)控的燃燒狀態(tài)。指示罐26內(nèi)燃燒狀態(tài)的信號(hào)626是由傳感器230產(chǎn)生的并傳送給算法400，在該處測(cè)定在改變的燃燒狀態(tài)下LBO的概率，以便輸入到比較器602中。
通過(guò)對(duì)燃燒動(dòng)力學(xué)特性的信號(hào)的合適的信號(hào)處理，可以識(shí)別對(duì)貧燃料熄火(LBO)的前兆，并可以計(jì)算LBO的概率。該前兆用作對(duì)一即將發(fā)生的LBO事件的早期警告。當(dāng)一即將發(fā)生的LBO事件的概率超過(guò)一預(yù)定的閾值時(shí)，可以采取校正行動(dòng)。這些校正行動(dòng)可以包括通過(guò)操縱燃料流或空氣流而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料-空氣比(F/A)，提高進(jìn)入燃燒器26的空氣的溫度，以及改變?nèi)紵?6中各個(gè)噴嘴之間的燃料分叉。利用LBO檢測(cè)和控制算法，可以避免由貧燃料F/A分布導(dǎo)致的火焰滅失而引起的機(jī)器差錯(cuò)。此外，處理每個(gè)燃燒罐26的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的信號(hào)可以便于校正罐對(duì)罐的可變性，當(dāng)與該系統(tǒng)的其余部分進(jìn)行比較時(shí)，可以保護(hù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20免去一個(gè)由具有較低的F/A比的一個(gè)或若干罐26引起的LBO行程。
圖7是另一算法的數(shù)據(jù)流程圖700，可以用于控制系統(tǒng)202(示于圖2中)的另一實(shí)施例中，以監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20(示于圖1中)中的燃燒動(dòng)力學(xué)特性。
例示于數(shù)據(jù)流程圖700的算法包括三個(gè)主要部分不同音調(diào)(tone)的均方根信號(hào)提取、占優(yōu)勢(shì)的燃燒音調(diào)頻率的追蹤和一個(gè)LBO概率的計(jì)算。檢測(cè)邏輯以從至少一個(gè)燃燒罐來(lái)的動(dòng)力學(xué)特性的信號(hào)的譜圖觀測(cè)和利用對(duì)一次LBO事件的作為證據(jù)的標(biāo)記圖起始為基礎(chǔ)。在該示范實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20是可從美國(guó)南卡羅萊那州Greenville市的通用電氣公司商售購(gòu)買到的7FA型發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)勸機(jī)有14個(gè)罐，并可產(chǎn)生至少三個(gè)音調(diào)一個(gè)LBO音調(diào)(10～25Hz)和兩個(gè)占優(yōu)勢(shì)的燃燒音調(diào)，其中一個(gè)為與相對(duì)較低的F/A比有關(guān)的低燃料/空氣(F/A)音調(diào)(80～120Hz)，一個(gè)為與相對(duì)較高的F/A比有關(guān)的高燃料/空氣(F/A)音調(diào)(130～160Hz)。這些作為證明的標(biāo)記圖包括不同音調(diào)LBO音調(diào)(10～25Hz)、低F/A音調(diào)(80～120Hz)和高F/A音調(diào)(約130～160Hz)中的能量變化與作為燃燒器接近LBO的高F/A音調(diào)的頻率移動(dòng)。
在該示范實(shí)施例中，由聯(lián)接到每個(gè)燃燒罐26上的傳感器230(示于圖2中)產(chǎn)生多個(gè)燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702，這些傳感器做成感知燃燒罐26中的狀態(tài)并產(chǎn)生指示其中狀態(tài)的信號(hào)。在該示范實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器230聯(lián)接在每個(gè)燃燒罐26上，使得控制系統(tǒng)202接收指示每個(gè)罐26中的燃燒狀態(tài)的燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702。在另一實(shí)施例中，并非所有燃燒罐26都包括傳感器230?？刂葡到y(tǒng)202從代表性數(shù)目的罐26接收燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702并根據(jù)代表性的傳感器信號(hào)702來(lái)控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。當(dāng)每個(gè)燃燒罐26包括一個(gè)相應(yīng)的傳感器230時(shí)，這將也是這種情況，但一個(gè)或多個(gè)傳感器已在使用中失效。當(dāng)任何傳感器230使用失效時(shí)，控制系統(tǒng)202做成檢測(cè)該失效并改變氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的控制而不管從失效傳感器230來(lái)的錯(cuò)誤輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器230是燃燒動(dòng)力學(xué)特性壓力傳感器。在另一實(shí)施例中，傳感器230是火焰?zhèn)鞲衅?。在一相?dāng)高的頻率Fs處對(duì)燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702采樣，并將信號(hào)702傳送到控制系統(tǒng)202而通過(guò)一個(gè)抗混疊低通過(guò)濾器704，以便于防止高頻噪聲反射到信號(hào)702的有關(guān)的較低頻率區(qū)中。如示范實(shí)施例中那樣，抗混疊低通過(guò)濾器704的系數(shù)可以設(shè)計(jì)在第二序區(qū)段的結(jié)構(gòu)中。在該示范實(shí)施例中，一個(gè)三dB截止頻率處在一個(gè)感興趣的頻率區(qū)的上邊界處，如200Hz。如果采樣頻率Fs變化，那么可以重新選擇抗混疊低通過(guò)濾器704的系數(shù)，使得三dB截止頻率保持在感興趣的頻率區(qū)的上邊界處。
然后使抗混疊燃燒動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702通過(guò)一個(gè)十分之一縮小器705，以便于減小該算法的計(jì)算負(fù)荷。十分之一縮小器705將在高頻處如千Hz(KHz)范圍記錄的燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)702的采樣縮小到相對(duì)更能用處理器管理的頻率如在Hz范圍中，以用于均方根值的計(jì)算。十分之一縮小率或縮小采樣率M可以這樣選擇，使得縮小采樣的頻率大于感興趣的頻率范圍的兩倍。在該示范實(shí)施例中，感興趣的頻率可以在約200Hz以下。因此，可以選擇M來(lái)使采樣率縮小到一個(gè)大于約400Hz的值。當(dāng)采樣頻率Fs變化時(shí)，可以相應(yīng)地調(diào)整M。例如，如果Fs＝24Hz，那么十分之一縮小率可以選擇為M＝48而使采樣率縮小到約500Hz。
可以對(duì)均方根計(jì)算選擇窗口尺寸(試樣數(shù)目)來(lái)提供一個(gè)足夠精細(xì)的預(yù)定分辨率，以便于隨時(shí)間而跟蹤該均方根值，并可與一沿時(shí)間跟蹤的高F/A音調(diào)頻率同步，下面將詳細(xì)討論。
然后可以通過(guò)多個(gè)帶通過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾該十分之一縮小的信號(hào)。在該示范實(shí)施例中，該抗混疊的信號(hào)用三個(gè)并聯(lián)的Butteruorth過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行帶通過(guò)濾。一個(gè)LBO帶通過(guò)濾器706從十分之一縮小的信號(hào)濾出一個(gè)LBO音調(diào)。該感興趣的LBO音調(diào)處在約10Hz～約25Hz的范圍內(nèi)。一個(gè)低F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器707從該十分之一縮小的信號(hào)濾出一低F/A音調(diào)。該感興趣的低F/A音調(diào)處在約80Hz～約120Hz的范圍內(nèi)。一個(gè)高F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器708從該十分之一縮小的信號(hào)濾出一高F/A音調(diào)。該感興趣的高F/A音調(diào)處在約130Hz～約160Hz的范圍內(nèi)。帶通過(guò)濾器706、707和708的系數(shù)可以在作為示范實(shí)施例的第二序區(qū)段結(jié)構(gòu)內(nèi)選擇。這些過(guò)濾器的采樣頻率是從十分之一縮小器705接收的縮小采樣頻率。
然后計(jì)算和低通過(guò)濾每個(gè)帶通過(guò)濾信號(hào)的均方根值，以便利用一均方根計(jì)算器710中的移動(dòng)平均過(guò)濾器709來(lái)減小噪聲。在該示范的實(shí)施例中，一個(gè)便于均方根值平滑的均方值計(jì)算器710用的移動(dòng)平均過(guò)濾器尺寸設(shè)定為5個(gè)樣品。在另一實(shí)施例中，可以選擇其它移動(dòng)平均過(guò)濾器的尺寸，其中增大該移動(dòng)平均過(guò)濾器尺寸可以增大噪聲的減小。但是，增大移動(dòng)平均過(guò)濾器尺寸也可以引入額外的時(shí)間延遲。
或者是，可以利用快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算的輸出，其中利用輸出系數(shù)來(lái)建立各種頻帶中的能量值。
與共同計(jì)算對(duì)應(yīng)于LBO音調(diào)、低F/A音調(diào)和高F/A音調(diào)的音調(diào)一起，通過(guò)對(duì)時(shí)間范疇原始聲學(xué)信號(hào)施加非疊合的Hanning窗口FFT計(jì)算利用窗口的FFT組件711和頻率移動(dòng)監(jiān)控器712對(duì)高F/A音調(diào)中的頻率移動(dòng)監(jiān)控在頻率Fs處采樣的信號(hào)的高F/A音調(diào)分量。窗口FFT是一種以及時(shí)的初始復(fù)合體的可變移動(dòng)來(lái)重新計(jì)算FFT為基礎(chǔ)的狹窄時(shí)間傅里葉變換，它允許產(chǎn)生聲譜變化的各種不同代表。該FFT窗口尺寸設(shè)定一個(gè)特定采樣頻率處的時(shí)間分辨率。例如，一個(gè)8192點(diǎn)的窗口尺寸在12.8KHz的采樣速率下給出0.64秒的時(shí)間分辨率。在該示范的實(shí)施例中，根據(jù)對(duì)該均方根值矢量和高F/A音調(diào)頻率矢量的同步考慮來(lái)選擇縮小采樣率M和均方根窗口尺寸。在另一實(shí)施例中，利用內(nèi)插法來(lái)使頻移矢量與均方根值及時(shí)對(duì)準(zhǔn)。將待平均的FFT掃描的數(shù)目設(shè)定到一個(gè)大于一的值可以提供一個(gè)噪聲較小的頻率追蹤，但是，它可以增多所用的計(jì)算時(shí)間。利用窗口疊合可以提高時(shí)間分辨率，從而改善頻率追蹤的精度，但是，利用疊合又一次可能引入時(shí)間延遲。在該示范實(shí)施例中，高F/A音調(diào)的較低邊界和較高邊界設(shè)定為匹配高F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器的調(diào)置值。頻率移動(dòng)監(jiān)控器712的輸出傳送到β計(jì)算組件713。
均方根計(jì)算器710的LBO均方根輸出714聯(lián)接到LBO概率組件716上，其中，利用LBO音調(diào)的均方根利用預(yù)定的統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算LBO概率P均方根i LBO(注意下腳字母i取從1到罐的數(shù)目的值)。然后用兩件作為證據(jù)的信息α和β增大概率，α和β分別是均方根比和高F/A音調(diào)的頻率移動(dòng)。然后，增大的LBO概率利用一個(gè)S形(Sigmoid)函數(shù)而受到在0～1之間的非線性規(guī)范化。在一個(gè)示范實(shí)施例中，可以利用另一個(gè)非線性函數(shù)。使用一個(gè)正態(tài)分布的累積的概率函數(shù)，并預(yù)選平均值和方差來(lái)對(duì)LBO音調(diào)的給定的均方根值獲得一個(gè)所要的LBO概率。例如，可以利用該LBO音調(diào)的均方根值來(lái)對(duì)LBO事件的95％概率調(diào)諧閾值?？梢岳孟鄳?yīng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的歷史LBO數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)諧統(tǒng)計(jì)模型的平均值和方差。LBO均方根輸出714、低F/A音調(diào)均方根輸出718和高F/A音調(diào)均方根輸出720被傳送到α計(jì)算組件722。
LBO概率P均方根i LBO可以通過(guò)使LBO概率組件716的輸出724與非曲函數(shù)730中的α計(jì)算組件722的輸出726和β計(jì)算組件713的輸出728一起組合而增強(qiáng)。
一種均方根比α反映這三種音調(diào)中的相對(duì)變化，其中 式中RMSLBO是LBO均方根輸出714，RMS低F/A是低F/A音調(diào)的均方根輸出718，而RMS高F/A是高F/A音調(diào)的均方根720輸出。均方根比α通常是利用預(yù)定的閾值而硬性限制的，以便在該概率被規(guī)范化后保持一個(gè)預(yù)定的分辨率。該閾值可以利用歷史的LBO數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)諧。
高F/A音調(diào)的頻率移動(dòng)的β可以定義為β=fU-fCfC-fL,]]>式中fU是高F/A音調(diào)頻率的上邊界，fL是高F/A音調(diào)頻率的下邊界，而fc是高F/A音調(diào)的瞬時(shí)中心頻率。參數(shù)fU和fL可以選擇地調(diào)定到高F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器708的截止頻率。
以對(duì)應(yīng)于每個(gè)燃燒罐26的LBO音調(diào)的均方根值為基礎(chǔ)的LBO概率724可以利用非曲函數(shù)組件730來(lái)增強(qiáng)而對(duì)每個(gè)燃燒罐26在零和一之間規(guī)范化成為P罐i LBO＝f非曲(P均方根i LBO·α·β)參數(shù)α可以硬性限制而在P罐i LBO規(guī)范化后保持一個(gè)預(yù)定的LBO分辨率?？刂品乔瘮?shù)的描圖性能的參數(shù)Q0、Q1可以被調(diào)整而以下述方程式在α×β的最大值處至1對(duì)增強(qiáng)的概率值描圖 每個(gè)計(jì)算的P罐i LBO可以輸出到最大概念組件732，其中每個(gè)計(jì)算的P罐i LBO的最大瞬時(shí)概率幅度可以被測(cè)定并傳送到一個(gè)燃?xì)鉁u輪LBO概率組件734。該燃?xì)鉁u輪LBO概率PLBO可以傳送到氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)202，以用于反饋而有利于校正行動(dòng)的啟動(dòng)，以避免一次LBO。控制系統(tǒng)202可以操縱一個(gè)或一組控制系統(tǒng)參數(shù)，以便使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的操作移動(dòng)離開LBO邊界。這些參數(shù)可以包括(但不限于)通向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的整體燃料流的增大、通向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的空氣流的減小、一個(gè)或多個(gè)燃燒罐26的入口空氣溫度的提高，以及改變通向至少一個(gè)燃燒罐26的燃料分叉。
在上述另一實(shí)施例中，火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)的一個(gè)AC分量用于監(jiān)控燃燒罐26內(nèi)的燃燒狀態(tài)。一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?30的AC分量的頻率響應(yīng)可以與燃燒器動(dòng)力學(xué)特性信號(hào)有關(guān)。因此，用于LBO前兆檢測(cè)的算法700也可以應(yīng)用于火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)的該AC分量，以檢測(cè)一次即將來(lái)臨的LBO事件。
圖8例示可以與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20(示于圖1)一起使用的一個(gè)燃燒罐26的動(dòng)力學(xué)特性的示范譜圖800。譜圖800包括用時(shí)間單位(秒)作參比量的X軸802和用頻率單位(Hz)作參比量的y軸804。譜圖800例示與從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的每個(gè)燃燒罐26采樣的頻率有關(guān)的能量水平。例如，當(dāng)對(duì)應(yīng)于一特定頻率的能量水平升高時(shí)，所例示的相關(guān)像素的強(qiáng)度提高，使得較暗的像素指示要比較亮的像素更高的能量水平。一個(gè)約10Hz～25Hz的LBO頻帶806對(duì)應(yīng)于一個(gè)LBO音調(diào)。一個(gè)約80Hz～120Hz的低F/A頻率808對(duì)應(yīng)于一個(gè)低F/A音調(diào)。一個(gè)約130Hz～160Hz的高F/A頻帶對(duì)應(yīng)于一個(gè)高F/A音調(diào)。譜圖800例示在操作期812、LBO開始時(shí)期814和后發(fā)動(dòng)機(jī)行駛時(shí)期816的燃燒器動(dòng)力學(xué)特性。譜圖800例示在操作時(shí)期812期間每個(gè)頻帶806、808和810中相當(dāng)恒定的能量幅度。在LBO開始時(shí)期814期間，LBO頻帶806中所示的能量提高指示LBO音調(diào)818的增強(qiáng)。此外，在低F/A頻帶808中示出的能量降低指示低F/A音調(diào)820的減弱，而高F/A頻帶810中示出的能量降低指示高F/A音調(diào)822的減弱。在LBO開始時(shí)間814期間，高F/A音調(diào)的能量也在頻率中降低。
上述方法和設(shè)備提供一種用于監(jiān)測(cè)燃燒動(dòng)力學(xué)特性和控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒的成本效益好而可靠的手段。更具體地說(shuō)，這些方法便于測(cè)定每個(gè)燃燒罐中的一次LBO前兆和確定使發(fā)動(dòng)機(jī)操作移動(dòng)離開一個(gè)LBO閾值的校正行動(dòng)。結(jié)果，此處描述的方法和設(shè)備以成本效益好而可靠的方式便于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。
以上詳細(xì)描述了用于監(jiān)測(cè)和控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的方法和設(shè)備。例示的設(shè)備不限于此處描述的特定實(shí)施例，相反，每種部件可以與此處描述的其它部件無(wú)關(guān)而獨(dú)立地使用。每個(gè)系統(tǒng)的部件也可以與其它系統(tǒng)的部件組合地使用。
該方法和設(shè)備的技術(shù)效果是提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能連續(xù)地監(jiān)控燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，從而檢測(cè)通向LBO的途徑，并自動(dòng)改變?nèi)細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，以便于減小一次LBO事件的概率。
雖然已按照各個(gè)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但該技術(shù)的專業(yè)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以在權(quán)利要求書的范圍和精神內(nèi)可通過(guò)修改實(shí)施。
部件清單10 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20 燃?xì)鉁u輪22 縮機(jī)區(qū)段24 燃燒器區(qū)段26 燃燒罐28 渦輪區(qū)段202 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)212 環(huán)形空間214 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)殼216 發(fā)動(dòng)機(jī)外殼218 擴(kuò)壓器220 主燃料噴嘴222 主燃料供應(yīng)導(dǎo)管226 輔助燃料噴嘴228 輔助燃料供應(yīng)導(dǎo)管230 燃燒傳感器234 燃料控制器236 空氣控制器332 數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(DAS)334 計(jì)算機(jī)335 在線系統(tǒng)監(jiān)控器(OSM)336 鍵盤338 監(jiān)控器340 裝置342 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)400 數(shù)據(jù)流程圖402 燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)404 抗混疊傳感器406 圖線408 蹤跡410 帶通過(guò)濾器
412 圖線414 蹤跡416 均方根418 低通過(guò)濾器420 圖線422 蹤跡424 作用426 圖線428 蹤跡500 圖線502 蹤跡504 蹤跡506 蹤跡508 蹤跡510 時(shí)間期間512 頻帶514 時(shí)間期間516 頻帶518 期間600 控制組件602 比較器604 限制信號(hào)608 圖線610 面積612 面積614 X軸616 Y軸618 限度620 輸出622 控制器624 控制信號(hào)626 信號(hào)
700 數(shù)據(jù)流程圖702 燃燒器動(dòng)力學(xué)特性傳感器信號(hào)704 低通過(guò)濾器705 十分之一縮小器706 LBO帶通過(guò)濾器707 低F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器708 高F/A音調(diào)帶通過(guò)濾器709 移動(dòng)平均過(guò)濾器710 均方根計(jì)算器711 快速傅里葉變換(FFT)組件712 頻移監(jiān)控器713 β計(jì)算組件714 LBO均方根輸出716 LBO頻率組件718 低F/A音調(diào)均方根輸出720 高F/A音調(diào)均方根輸出722 α計(jì)算組件724 輸出726 輸出728 輸出730 非曲函數(shù)組件732 最大概率組件734 LBO概率組件800 譜圖802 X軸804 Y軸806 LBO頻帶808 低F/A頻帶810 高F/A頻帶812 操作時(shí)期814 LBO開始時(shí)期816 后發(fā)動(dòng)機(jī)行駛時(shí)期
818 LBO音調(diào)820 低F/A音調(diào)822 高F/A音調(diào)
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)和控制一燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(10)的燃燒系統(tǒng)的方法，其中該系統(tǒng)包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪(20)，而后者包括至少一個(gè)燃燒罐(26)，所述方法包括接收來(lái)自一個(gè)指示在至少一個(gè)燃燒罐中的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器(230)的信號(hào)；處理該接收的信號(hào)，以確定用于至少一個(gè)燃燒罐的貧燃?xì)庀ɑ鸬母怕?；以及利用該確定的貧燃?xì)庀ɑ鸬母怕蕘?lái)控制該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以便于減小一次貧燃?xì)庀ɑ?LBO)事件的概率。
2.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述接收一個(gè)信號(hào)包括過(guò)濾該接收的信號(hào)；計(jì)算該過(guò)濾的信號(hào)的均方根(RMS)和該過(guò)濾信號(hào)的快速傅里葉變換(FFT)中的至少一個(gè)；以及利用該計(jì)算的均方根信號(hào)來(lái)計(jì)算貧燃料熄火(LBO)的概率。
3.一種按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，過(guò)濾該接收的信號(hào)的步驟包括對(duì)該接收的信號(hào)應(yīng)用一個(gè)抗混疊過(guò)濾器(704)，以便于從該信號(hào)除去高頻噪聲；以及對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器。
4.一種按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器的步驟包括對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器使得僅通過(guò)該信號(hào)的對(duì)應(yīng)于一個(gè)小于在正常的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的燃料/空氣比的燃料空氣比的一部分。
5.一種按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器的步驟包括對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器使得僅通過(guò)該信號(hào)的小于約30Hz的部分。
6.一種按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器的步驟包括對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器，使得僅通過(guò)該信號(hào)的約5Hz至約25Hz之間的部分。
7.一種按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器的步驟包括對(duì)該抗混疊的過(guò)濾信號(hào)應(yīng)用一個(gè)帶通過(guò)濾器，使得僅通過(guò)該信號(hào)的約10Hz至約20Hz之間的部分。
8.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，計(jì)算該過(guò)濾信號(hào)的均方根(RMS)和該過(guò)濾信號(hào)的快速傅里葉變換(FFT)中的至少一個(gè)的步驟包括利用N點(diǎn)滑動(dòng)窗口算法來(lái)計(jì)算該過(guò)濾信號(hào)的均方根(RMS)，其中N代表該算法所使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目。
9.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，處理該接收的信號(hào)比確定對(duì)至少一個(gè)燃燒罐各自的貧燃料熄火的概率的步驟包括使LBO的概率與燃燒動(dòng)力學(xué)特性的多個(gè)音調(diào)和燃燒動(dòng)力學(xué)特性的一個(gè)高F/A音調(diào)的頻率漂移之間的幅度的相對(duì)變化中的至少一個(gè)相組合；以及利用一個(gè)S形函數(shù)來(lái)規(guī)范該組合。
10.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，處理該接收的信號(hào)以確定至少一個(gè)燃燒罐的貧燃料熄火的概率的步驟包括根據(jù)每個(gè)規(guī)范的組合對(duì)至少一個(gè)燃燒罐各自確定一個(gè)貧燃料熄火的最大瞬時(shí)概率；根據(jù)對(duì)至少一個(gè)燃燒罐各自確定的貧燃料熄火的最大瞬時(shí)概率確定燃?xì)鉁u輪LBO概率；以及控制該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以便于起動(dòng)校正動(dòng)作而避免一次貧燃料熄火(LBO)。
全文摘要
提供一種監(jiān)控和診斷燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(10)的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的方法。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪(20)，后者包括至少一個(gè)燃燒罐(26)。該方法包括接收一個(gè)指示至少一個(gè)燃燒罐中的燃燒動(dòng)力學(xué)特性的信號(hào)，將該接收的信號(hào)與一預(yù)定的貧燃料熄火閾值相比較，以及利用該比較來(lái)控制該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以便于減小一次貧燃料熄火事件的概率。
文檔編號(hào)F02C9/28GK1743651SQ200510097659
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者A·V·塔沃爾, M·A·沙, A·辛, W·S·齊明斯基, 吳平川 申請(qǐng)人:通用電氣公司