控制无活塞燃烧器中的爆燃燃烧过程的方法技术

本发明专利技术的目的是一种控制无活塞燃烧器(100)中的爆燃燃烧过程的方法。该方法包括：对先前循环的燃烧产物进行扫气；将空气引入燃烧器(100)中，从而在燃烧器内引发具有第一流分量(91)的流型；将空气以相对于先前的空气输入成非平行角度引入无活塞燃烧器中，从而形成流型的第二流分量(92)以增大燃烧传播的速度；引入混合在空气中的燃料，形成在流型(91、92)内流动的燃料

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制无活塞燃烧器中的爆燃燃烧过程的方法


[0001]本专利技术涉及控制无活塞燃烧器中的爆燃燃烧过程。
技术背景
[0002]燃气涡轮机燃烧系统常规地以稳定且连续的方式运行。压缩机向燃烧器提供连续的空气流。在燃烧器内，燃料被添加到空气流中，并随之被点火。由于需要驱动助燃空气通过燃烧器，因此燃烧室的总压力损失约为3
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5％。压力损失表现为涡轮机入口处的压力降低，减损了涡轮机生成机械功率的能力，因此降低了燃气涡轮机的总热效率。
[0003]燃气涡轮机公司在提高效率方面付出了很多努力，以减少燃料消耗和二氧化碳(CO2)排放；用于提高燃气涡轮机效率的主要方法是通过以下来进行：通过增加总压力比并通过有针对性的冷却来实现较高的涡轮机入口温度，以及通过开发对高温环境具有较高耐性的材料，此外通过优化压缩机和涡轮机部件的空气动力学效率。
[0004]新的且雄心勃勃的中长期目标已经确立，以满足减轻会造成气候改变的排放的需求。燃气涡轮机效率提高的递增式发展开始呈现收益递减的渐近式发展，并且可能表明需要寻找发电和效率提高的替代性方法。为了提高燃气涡轮机的总体竞争力，必须找到一种技术，该技术绕过常规燃气涡轮机工艺所受到的设计限制并使得能够在效率方面产生阶跃变化。
[0005]人们普遍认识到，通过使用能够增大在同一时间时的温度和工作流体的压力的燃烧器取代常规燃气涡轮机的燃烧器，在效率方面的阶跃变化是可能的。该原理称为恒定体积燃烧或压力增益燃烧。这种过程的已知理想化是汉弗莱循环以及阿特金森循环。众所周知，基于严格的热力学原理，这种热引入模式优于普通燃气涡轮机中使用的布雷顿或焦耳式循环。如果两个循环都从相同状态开始热引入，则由通过使用压力增益燃烧系统来减少由熵产积分表示的不可逆效能损失，为效率提高提供了坚实的基础。因此，更多的工作潜力被引入涡轮机，表现为涡轮机可用的总压力比增大。
[0006]由于其众所周知的热力学优势，压力增益燃烧已经被研究了数十年。许多有成就的公司和研究机构在努力寻找可行的方案。最近，有多种方法试图利用压力增益燃烧的潜力，其中大多数试图运用爆轰，但没有真正的突破。通常，失败是由于压力增益不足，或机械无法承受爆轰的破坏性。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种消除或减轻上述缺点的方法。本专利技术的目的通过一种方法来实现，该方法的特征在于独立权利要求中所述的内容。本专利技术的优选实施方式在从属权利要求中公开。
[0008]本专利技术基于以下构思：安排空气和燃料输入物到燃烧器的时序，以引发和维持具有两个流分量的流型(flow pattern：流动模式、流动型式)，从而在无活塞燃烧器中实现快速爆燃燃烧。
[0009]本专利技术的方法的优点是在燃烧器内维持流型并且即使在开放输出的情况下压力也可以升高。通过使用所要求保护的方法来优化热释放速度，可以在燃烧过程中实现显著的压力增益。
附图说明
[0010]下面将参考附图通过优选实施方式较详细地描述本专利技术，其中
[0011]图1例示了无活塞燃烧器的一实施方式；
[0012]图2A至图2D例示了燃烧系统的示例；
[0013]图3例示了第一燃烧室的一实施方式的俯视图；
[0014]图4例示了第一燃烧室的一实施方式的仰视图；
[0015]图5例示了无活塞燃烧器的一实施方式内的流分量；以及
[0016]图6和图7是无活塞燃烧器的时序图的示例。
具体实施方式
[0017]参照图1和图3至图5，无活塞燃烧器100包括第一燃烧室10、第二燃烧室11和优选地预燃烧室12。优选地，预燃烧室12在第一燃烧室10的周向部或壁上形成腔或突出部。优选地，预燃烧室12的容积至多是第一燃烧室10的容积的10％。在一实施方式中，预燃烧室具有半开放构造，其中从将预燃烧室与第一燃烧室连接的开口，可以看到预燃烧室12的内壁中的每个点。预燃烧室优选地包括用于将预燃烧室内的燃料
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空气混合物点火的点火装置64。点火装置可以是例如火花塞或微波、等离子或激光点火系统。在一实施方式中，预燃烧室12可以是根据现有技术的内燃活塞发动机已知的预燃室或火炬点火装置。
[0018]第一燃烧室可以具有异形壁部段13，用于对准一个或更多个输入阀诸如第一输入阀21、第二输入阀31或第五输入阀41。在图1中，异形壁部段13用于对准第五输入阀41。通路14将第一燃烧室10连接到第二燃烧室。流体诸如空气、排放气体和燃料可以自由地流动穿过第一燃烧室和第二燃烧室之间的通路14。穿过通路的流体流优选地不受任何阀控制。排放气体和任何其他余留流体穿过输出通道15离开无活塞燃烧器，该输出通道优选地与第二燃烧室11连接。在一实施方式中，无活塞燃烧器100仅包括一个燃烧室，即第一燃烧室10，并且通路14被输出通道15代替。通路14和输出通道15的大小、形状和定位也是用于控制无活塞燃烧器内的流的重要手段。例如，在图4所示的实施方式中，通路14被定位为与入口和输入阀不对称，并且通路具有肾形横截面。通常，与输入阀21、22、31、32、41、42相比，通路14的不对称定位被发现是优选的。
[0019]在输出通道15与第二燃烧室11连接的情况下，输出通道15优选地被定位为与通路14相反，使得来自通路14的流被引导远离输出通道15。这种流方向阻碍了从通路14到输出通道15的流，从而在第二燃烧室中产生第三流分量93并且允许任何余留燃料在第二燃烧室11中燃烧。将输出通道15对准与第三流分量93的方向相反的方向还阻碍了穿过输出通道11离开第二燃烧室11的流，但同时降低了扫气效率。优选地，第二燃烧室11没有任何燃料输入物并且第二燃烧室的目的仅是在富含空气的环境中燃烧任何余留的燃料。第二燃烧室使得能够提高燃烧率、改善压力增益能力并且可以用于减少NOx的排放。
[0020]第一燃烧室10优选地包括：具有微小偏差部诸如输入阀21、31、41、61的球形内壁；
预燃烧室12；异形壁部段13；和通路14。在一实施方式中，第一燃烧室10包括：具有微小偏差部诸如输入阀21、31、41、61的环形内壁；预燃烧室12；异形壁部段13；和通路14。在一实施方式中，第一燃烧室10包括：具有微小偏差部诸如输入阀21、31、41、61的柱形内壁；预燃烧室12；异形壁部段13；和通路14。第二燃烧室11优选地包括：具有微小偏差部诸如通路14的球形内壁；和输出通道15。在一实施方式中，第二燃烧室11包括：具有微小偏差部诸如通路14的环形内壁；和输出通道15。在一实施方式中，第二燃烧室11包括：具有微小偏差部诸如通路14的柱形内壁；和输出通道15。
[0021]一些入口23、33、43通向第一燃烧室，并且入口由阀21、31、43控制。由第一输入阀21控制的第一入口23可以用于对第一燃烧室10和第二燃烧室11进行扫气。可以通过第一入口23提供流动经过第一燃烧室和第二燃烧室的空气的输入流，从而对无活塞燃烧器100进行扫气。扫气使用空气填充燃烧室，同时迫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制无活塞燃烧器(100)中爆燃燃烧过程的方法，所述燃烧过程由重复工作循环构成，所述重复工作循环被划分成等长的从0到1000个时间单位，所述方法包括以下步骤：打开第一输入阀(21)，将空气引入所述无活塞燃烧器，从而对先前循环的燃烧产物进行扫气；在打开所述第一输入阀(21)之后打开第二输入阀(31)，将空气引入燃烧器(100)中，从而在所述燃烧器内引发具有第一流分量(91)的流型，所述第二输入阀(31)最早在参考点(600)之前450个时间单位处打开并在所述参考点处关闭；在打开所述第二输入阀(31)之后打开第五输入阀(41)，将空气以相对于经过所述第二输入阀(31)的输入成非平行的角度引入所述无活塞燃烧器中，从而在所述无活塞燃烧器内形成所述流型的第二流分量(92)以用于增大燃烧传播的速度，所述第五输入阀(41)最早在参考点之前170个时间单位处打开，并最迟在所述参考点之后100个时间单位处关闭；在所述第一输入阀(21)打开之后，从任何输入阀开口引入燃料，其中，燃料混合到空气中，形成在所述流型(91、92)内流动的燃料
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空气混合物；以及对所述无活塞燃烧器内的燃料
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空气混合物进行点火，以便增大所述无活塞燃烧器内的压力，其中，点火最早在所述参考点之前70个单位处进行，并且最迟在所述参考点之后60个单位处进行，其中，所述参考点是所述第二输入阀(31)的关闭事件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括打开第七输入阀(61)并将燃料
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空气混合物引入点火区域中，所述第七输入阀(61)最早在所述参考点(600)之前160个时...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫，
申请(专利权)人：芬诺能源有限公司，
类型：发明
国别省市：