專利名稱：關(guān)于燃?xì)鉁u輪控制和運(yùn)行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體涉及用于改進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的效率和/或運(yùn)行的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備，如本文所使用且除非另外特別指出，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)意圖包括所有類型的燃?xì)鉁u輪 或燃?xì)廨啓C(jī)或者旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，包括飛行器發(fā)動機(jī)，發(fā)電發(fā)動機(jī)及其它。更具體地，但并非 以限制的方式，本申請涉及關(guān)于在運(yùn)行期間控制壓縮機(jī)抽氣流以提高發(fā)動機(jī)性能的方法、 系統(tǒng)和/或設(shè)備。
背景技術(shù)：
大體上，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)和渦輪大體包括沿軸 向堆疊成級的葉片排。各個級包括一排沿周向隔開的固定的定子葉片，以及一排繞著中心 軸線或者軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片。在運(yùn)行時，大體上，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片繞著軸旋轉(zhuǎn)，且與定子葉 片共同起作用來壓縮空氣流。然后，在燃燒器中使用壓縮空氣供應(yīng)來燃燒燃料供應(yīng)。然后， 由燃燒所得到的熱氣體(即工作流體)流膨脹通過發(fā)動機(jī)的渦輪段。工作流體流動通過渦 輪引起轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片連接到中心軸上，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就被轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的軸的機(jī)械能，該機(jī)械能例如可用來 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供應(yīng)，且使發(fā)電機(jī)的線圈旋轉(zhuǎn)，使 得產(chǎn)生電功率。在運(yùn)行期間，由于熱氣體路徑的極端溫度_該極端溫度可達(dá)到大約2400° 至2600° F之間-以及高的旋轉(zhuǎn)速度，渦輪葉片因極端的機(jī)械和熱載荷而受很大應(yīng)力。大 體上，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，這就要求燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)被設(shè)計成(signed)以便 在運(yùn)行期間從壓縮機(jī)抽取空氣且使用該空氣來冷卻熱氣體路徑中的部件。然而，該抽氣代 價很高，因為以這種方式使用壓縮機(jī)空氣會降低渦輪發(fā)動機(jī)的效率。因此，只要有可能就應(yīng) 當(dāng)減小抽氣或者使抽氣最小化。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)設(shè)計大體上針對從壓縮機(jī)抽取冷 卻空氣采用“一種大小匹配所有情況”的措施，這就意味著抽氣的量是固定的。這種措施的 一個結(jié)果是發(fā)動機(jī)常常從壓縮機(jī)抽取超過所需的量的冷卻空氣?？紤]與使用過量冷卻空氣 相關(guān)聯(lián)的性能損失，以及在大多數(shù)普通的運(yùn)行狀態(tài)期間盡可能(最大)程度地避免這種損 失的期望，“一種大小匹配所有情況”的抽氣能力大體上大小設(shè)計成對于某些應(yīng)用(諸如對 于熱環(huán)境條件期間的峰值發(fā)電)而言小于可能需要的水平，或者對于其它情形(諸如較冷 的環(huán)境條件下的基本負(fù)載運(yùn)行)而言高于所需的水平。為了解決這個問題，一些燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)使用允許從壓縮機(jī)進(jìn)行可變水平的抽氣的 技術(shù)。然而，即便是在可獲得可變的抽氣的情況下，傳統(tǒng)的渦輪控制方法和系統(tǒng)也不能完全 利用這種能力以致于實現(xiàn)可獲得的輸出和效率增長。這樣的計算機(jī)實現(xiàn)的方法和系統(tǒng)是 可用的該方法和系統(tǒng)測量和監(jiān)測發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并且根據(jù)該數(shù)據(jù)對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)建模，使 得可計算其它運(yùn)行參數(shù)并使用它們來對運(yùn)行進(jìn)行精調(diào)節(jié)。在一些情況下，如以下詳細(xì)地討 論的，可修改(如本文所提供的)及影響這類技術(shù)，使得當(dāng)與可變壓縮機(jī)抽氣技術(shù)配對時， 可實現(xiàn)提高的發(fā)動機(jī)性能。因此，存在對于這樣的改進(jìn)的設(shè)備、方法和/或系統(tǒng)的需求其涉及對可變冷卻空氣抽氣水平的控制，使得可獲得更高的發(fā)動機(jī)輸出水平、提高的效率和/ 或其它增強(qiáng)的性能
發(fā)明內(nèi)容
因而本申請描述了一種控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪的渦輪發(fā)動機(jī)中的可變抽 氣流的方法，其中，抽氣流包括從壓縮機(jī)中抽取并且通過一個或者多個抽氣導(dǎo)管在繞過燃 燒器的同時供應(yīng)到渦輪的壓縮空氣供應(yīng)，且其中，抽氣導(dǎo)管中的至少一個包括可變抽氣孔 口，可變抽氣孔口具有由控制單元控制的多個設(shè)定，該方法包括以下步驟測量多個渦輪發(fā) 動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，其中被測的運(yùn)行參數(shù)至少包括與渦輪內(nèi)的溫度相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與可變 抽氣孔口的設(shè)定相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與壓縮機(jī)內(nèi)的壓力相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與抽氣導(dǎo)管中 的一個內(nèi)的壓力相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，以及與抽氣流的水平相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)；通過控制單 元監(jiān)測燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的被測的運(yùn)行參數(shù)；以基于模型的控制和被測的運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)， 通過控制單元來計算至少一個計算的運(yùn)行參數(shù)，至少包括被測的臨界壓力比率；且操縱可 變抽氣孔口中的至少一個的設(shè)定，使得通過比較被測的臨界壓力比率是否超過計劃的臨界 壓力比率來確定降低的和/或最小的抽氣流。本申請進(jìn)一步描述了一種控制包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪的渦輪發(fā)動機(jī)中的可變 抽氣流的方法，其中抽氣流包括從壓縮機(jī)抽取且通過一個或多個抽氣導(dǎo)管在繞過燃燒器的 同時供應(yīng)到渦輪的壓縮空氣供應(yīng)，且其中，抽氣導(dǎo)管中的至少一個包括可變抽氣孔口，可變 抽氣孔口具有由控制單元控制的多個設(shè)定，該方法包括以下步驟測量多個渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn) 行參數(shù)，其中被測的運(yùn)行參數(shù)至少包括與渦輪內(nèi)的溫度相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與可變抽氣孔 口的設(shè)定相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與抽氣流的水平相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與供應(yīng)至燃燒器的燃料 供應(yīng)相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)；通過控制單元監(jiān)測燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的被測的運(yùn)行參數(shù)；將至少一 個可變抽氣孔口設(shè)定到允許有大約最大水平的抽氣流的設(shè)定；以基于模型的控制和被測的 運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，通過控制單元來計算至少一個計算的運(yùn)行參數(shù)，至少包括當(dāng)前渦輪入口 溫度和最大渦輪入口溫度；以及針對供應(yīng)至燃燒器的燃料供應(yīng)操縱設(shè)定，使得通過比較當(dāng) 前渦輪入口溫度的值和最大渦輪入口溫度的值來確定發(fā)動機(jī)輸出的提高的和/或最大水 平。在結(jié)合附圖和所附的權(quán)利要求書查閱對優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述之后，本申請 的這些和其它特征將變得顯而易見。


通過仔細(xì)研究結(jié)合附圖得到的對本發(fā)明的示例性實施例的以下更加詳細(xì)的描述， 本發(fā)明的這些和其它特征將得到更充分的理解和了解，在附圖中圖1是在其中可使用本申請的某些實施例的示例性渦輪發(fā)動機(jī)的圖示；圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)段的截面圖；圖3是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪段的截面圖；圖4是根據(jù)本申請的示例性實施例的渦輪系統(tǒng)的圖示；圖5是示出了本申請的一個示例性實施例的運(yùn)行的流程圖；且圖6是示出了本申請的一個示例性實施例的運(yùn)行的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參看附圖，圖1示出了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的圖示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100將被 用來描述本發(fā)明可應(yīng)用其中的示例性環(huán)境。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明不限于這種類 型的使用。正如所述，本發(fā)明可用于其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中。大體上，燃?xì)鉁u輪發(fā)動 機(jī)通過從經(jīng)由燃料在壓縮空氣流中的燃燒而產(chǎn)生的加壓的熱氣體流中汲取能量來運(yùn)行。如 圖1所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可構(gòu)造有通過共同的軸或轉(zhuǎn)子機(jī)械地聯(lián)接至下游渦輪段或 渦輪110的軸向壓縮機(jī)106，以及定位在壓縮機(jī)106和渦輪110之間的燃燒器112。
圖2示出了可用于圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的示例性多級軸向壓縮機(jī)106的視 圖。如圖所示，壓縮機(jī)106可包括多個級。各個級可包括一排壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120，之后是 一排壓縮機(jī)定子葉片122。因此，第一級可包括繞中心軸旋轉(zhuǎn)的一排壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120， 之后是在運(yùn)行期間保持靜止的一排壓縮機(jī)定子葉片122。壓縮機(jī)定子葉片122大體上彼此 沿周向隔開且固定在旋轉(zhuǎn)軸線周圍。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120沿周向隔開且附連到軸上；當(dāng)軸 在運(yùn)行期間旋轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120繞著它旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120構(gòu)造成使得當(dāng)繞著軸旋動時，它們?yōu)榱鲃油ㄟ^壓縮機(jī)106的空氣或流體 賦予動能。壓縮機(jī)106可具有圖2中所示的級以外的其它級。另外的級可包括多個沿軸向 隔開的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120，之后是多個沿周向隔開的壓縮機(jī)定子葉片122。圖3示出了可用于圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的示例性渦輪段或渦輪110的局部視 圖。渦輪110也可包括多個級。示出了三個示例性級，但是在渦輪110中可存在更多或更少 的級。第一級包括在運(yùn)行期間繞著軸旋轉(zhuǎn)的多個渦輪輪葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，以及在運(yùn)行 期間保持靜止的多個噴嘴或渦輪定子葉片128。渦輪定子葉片128大體上彼此沿周向隔開 且固定在旋轉(zhuǎn)軸線周圍。渦輪轉(zhuǎn)子葉片126可安裝在渦輪葉輪(未示出)上，以便繞著軸 (未示出)旋轉(zhuǎn)。還示出了渦輪110的第二級。第二級類似地包括多個沿周向隔開的渦輪 定子葉片128，之后是多個沿周向隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，渦輪轉(zhuǎn)子葉片126也安裝在渦 輪葉輪上以便旋轉(zhuǎn)。還示出了第三級，且第三級類似地包括多個渦輪定子葉片128和轉(zhuǎn)子 葉片126。將了解，渦輪定子葉片128和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126處于渦輪110的熱氣體路徑中。 通過熱氣體路徑的熱氣體的流動方向由箭頭示出。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，渦輪 110可具有圖3中示出的級以外的其它級。各個另外的級可包括一排渦輪定子葉片128，之 后是一排渦輪轉(zhuǎn)子葉片126。在使用時，軸向壓縮機(jī)106內(nèi)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120的旋轉(zhuǎn)可壓縮空氣流。在燃 燒器112中，當(dāng)壓縮空氣與燃料混合且被點(diǎn)燃時，可釋放能量。然后，來自燃燒器112的所 得的熱氣體(其可稱為工作流體)流被引導(dǎo)經(jīng)過渦輪轉(zhuǎn)子葉片126，工作流體流引起渦輪轉(zhuǎn) 子葉片126繞著軸旋轉(zhuǎn)。由此，工作流體流的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)葉片的機(jī)械能，且由于轉(zhuǎn)子葉 片和軸之間的連接，轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的軸的機(jī)械能。然后，軸的機(jī)械能可用來驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉 片120旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生必須的壓縮空氣供應(yīng)，且還例如驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生電能。在進(jìn)一步繼續(xù)之前，注意為了清楚地傳達(dá)本申請的發(fā)明，可能必須選擇指代和描 述渦輪發(fā)動機(jī)的某些機(jī)器構(gòu)件或者部件的用語。只要有可能，將以與其被接受的意義相符 的方式來使用和采用通用的工業(yè)用語。然而，意圖任何這種用語都以寬泛的意義給出，且不 應(yīng)狹義地理解成使得本文所意圖的意義和所附的權(quán)利要求書的范圍不合理地受到限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解，通常某些構(gòu)件可以若干不同的名字來指代。此外，本文中可能被 描述為單個部件的部件在另外的環(huán)境中可包括以及被指代為包括若干構(gòu)件部分，或者，在 本文中可能被描述為包括多個構(gòu)件部分的事物可被改型為以及-在一些情況下-被稱為單 個部件。這樣，在理解本文所描述的本發(fā)明的范圍時，不應(yīng)該僅僅將注意力放在所提供的用 語和描述上，而且還應(yīng)該注意本文所描述的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、功能和/或使用。此外，本文可能使用對于渦輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用而言通用的若干描述性用語。對這些用 語的定義如下。在沒有進(jìn)一步特指的情況下，用語“轉(zhuǎn)子葉片”指代壓縮機(jī)106或渦輪110 的旋轉(zhuǎn)葉片，其包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片120和渦輪轉(zhuǎn)子葉片126兩者。用語“定子葉片”，在 沒有進(jìn)一步特指的情況下，指代壓縮機(jī)106或渦輪110的靜止葉片，其包括壓縮機(jī)定子葉片 122和渦輪定子葉片128兩者。用語“葉片”將在本文中用于指代任一種類型的葉片。因 此，在沒有進(jìn)一步特指的情況下，用語“葉片”包括所有類型的渦輪發(fā)動機(jī)葉片，包括壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子葉片120，壓縮機(jī)定子葉片122，渦輪轉(zhuǎn)子葉片126和渦輪定子葉片128。此外，如本文 中所用，“下游”和“上游”是指示相對于通過渦輪的工作流體流的方向的用語。這樣，用語 “下游”表示流的方向，且用語“上游”表示沿著與通過渦輪的流相反的方向。關(guān)于這些用語， 用語“后”和/或“后緣”指下游方向、下游端和/或朝向所描述的構(gòu)件的下游端的方向。并 且，用語“前”或“前緣”指上游方向、上游端和/或朝向所描述的構(gòu)件的上游端的方向。用 語“徑向”指垂直于軸線的運(yùn)動或位置。通常需要描述相對于軸線處于不同的徑向位置的 部件。在這種情況下，如果第一構(gòu)件坐落得比第二構(gòu)件離軸線更近，則在本文中可以說第一 構(gòu)件在第二構(gòu)件的“內(nèi)側(cè)”或“徑向內(nèi)部”。另一方面，如果第一構(gòu)件坐落得比第二構(gòu)件離軸 線更遠(yuǎn)，則在本文中可以說第一構(gòu)件在第二構(gòu)件的“外側(cè)”或“徑向外部”。用語“軸向”指 平行于軸線的運(yùn)動或位置。并且，用語“周向”指繞著軸線的運(yùn)動或位置。 再參看附圖，圖4示出了本發(fā)明的一個示例性實施例渦輪系統(tǒng)200。如將更詳細(xì) 地描述的，提供了為了改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的運(yùn)行的目的而利用可變壓 縮機(jī)抽氣和基于模型的控制的設(shè)備、方法和/或系統(tǒng)。如本文中所用，“可變壓縮機(jī)抽氣”定 義為控制從燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)段抽取的空氣流的量的能力?！翱勺儔嚎s機(jī)抽氣”至少包括 提供至少兩種不同的空氣流抽氣水平的能力。如本文中所用，“基于模型的控制”是基于發(fā) 動機(jī)運(yùn)行的模型控制渦輪發(fā)動機(jī)的方法。這樣，渦輪發(fā)動機(jī)不僅可以以被測的運(yùn)行參數(shù)控 制，而且還可以以可在給定渦輪發(fā)動機(jī)模型和被測的運(yùn)行參數(shù)的情況下計算的運(yùn)行參數(shù)來 控制。如下文更詳細(xì)地論述的，本申請通過(除了其它之外)可變壓縮機(jī)抽氣和基于模型 的控制的集成提供了提高的運(yùn)行性能。將了解，本發(fā)明的某些示例性實施例使用現(xiàn)有的壓 縮機(jī)抽氣管道或供應(yīng)管線和安裝在現(xiàn)有的管路內(nèi)的傳統(tǒng)的可變抽氣閥或孔口。如以下更詳 細(xì)地描述的，可變抽氣孔口的控制可基于由控制單元依據(jù)已進(jìn)行了修改以便根據(jù)本文詳細(xì) 描述的過程步驟來運(yùn)行的傳統(tǒng)的基于模型的控制程序或者系統(tǒng)而測量、監(jiān)測和/或計算的 發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)。這樣，可通過經(jīng)由使用基于模型的控制而更好地利用可變壓縮機(jī)抽氣和 可用的冷卻流水平來提高發(fā)動機(jī)性能。更特別地，如以下更加詳細(xì)地論述的，本發(fā)明可用來 提高發(fā)動機(jī)輸出或者使發(fā)動機(jī)輸出最大化，或者提高效率或使效率最大化。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，可在渦輪系統(tǒng)的任何壓縮機(jī)級中提供壓縮機(jī)抽 氣?？蓪⒊槿〉牧鞴?yīng)至發(fā)動機(jī)的渦輪段，以便在運(yùn)行期間冷卻部件和/或保持部件處于 合適的溫度。如本文中所用，抽取的流意圖指從壓縮機(jī)抽取或者排放并且供給發(fā)動機(jī)的渦輪段以便冷卻部件、吹掃腔體或者(用于)其它類似的使用的任何空氣供應(yīng)。大體上，從傳 統(tǒng)的系統(tǒng)中抽取的空氣的量是固定的。傳統(tǒng)的可變壓縮機(jī)抽氣閥或者孔口可用來容許有變 化的壓縮機(jī)空氣抽氣水平。以下根據(jù)本發(fā)明的一個實施例參照系統(tǒng)、方法、設(shè)備和/或計算機(jī)程序產(chǎn)品的框 圖來描述本發(fā)明的實施例。在下文中參照附圖更全面地描述本發(fā)明的示例性實施例，其中， 在所有幾幅附圖中，同樣的標(biāo)號表示同樣的元件。事 實上，這些發(fā)明可以實施為許多不同的 形式，且不應(yīng)理解為限于本文中所闡述的實施例；相反，這些實施例是為了使得本公開將滿 足適用的法律要求而提供的。如文中所述，圖4示出了示例性渦輪系統(tǒng)200，該示例性渦輪系統(tǒng)200用于依據(jù)本 文所提供的過程使用基于模型的控制來控制來自壓縮機(jī)106的抽氣流，以使得對于某些應(yīng) 用而言提高發(fā)動機(jī)性能。圖4中所示的示例性渦輪系統(tǒng)200可為用于為發(fā)電機(jī)(未示出) 供以動力的燃?xì)鉁u輪。如圖4的示例性實施例中所示，渦輪系統(tǒng)200可包括壓縮機(jī)106、渦 輪110和燃燒器112，上文中更加詳細(xì)地描述了其一般運(yùn)行。同樣如圖所示，渦輪系統(tǒng)200可包括設(shè)置成與壓縮機(jī)106的抽氣點(diǎn)或級流動連 通的抽氣供應(yīng)管線或者導(dǎo)管204。抽氣導(dǎo)管204通常是將抽取的流從壓縮機(jī)106傳送至 渦輪110的管道。在本發(fā)明的一些示例性實施例中，壓縮機(jī)106中的抽氣點(diǎn)可位于9級 和/或13級處，但抽氣也可發(fā)生在其它級處。根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例，如本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員將了解的，受控制的可變抽氣流可在渦輪110的任意級中的任何構(gòu)件處恢復(fù) (reinstate)，以用于部件冷卻、腔體吹掃或者其它這樣的類似功能。為了容許在渦輪發(fā)動 機(jī)運(yùn)行期間控制和操縱抽氣流，抽氣導(dǎo)管204可連接到或者包括一個或多個可變抽氣孔口 208。如所示的圖4的實施例中所顯示的，抽氣導(dǎo)管204可從可變抽氣孔口 208起延續(xù)，且 將抽取的流引導(dǎo)至渦輪110內(nèi)的期望部位。在本發(fā)明的示例性實施例中，可變抽氣孔口 208可包括一個或多個可變幾何結(jié)構(gòu) 孔口。各個孔口 208的幾何結(jié)構(gòu)可根據(jù)發(fā)動機(jī)的一個或多個渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)受控制。如以 下更加詳細(xì)地論述的，孔口 208可控制抽氣流水平，以保持某些期望的運(yùn)行特性。在本發(fā)明 的示例性實施例中，可變抽氣孔口 208可安裝在現(xiàn)有的或者傳統(tǒng)的抽氣導(dǎo)管204中。在本 發(fā)明的一個示例性實施例中，可操作一個或多個可變抽氣孔口 208，以便至少限定較低流量 孔口設(shè)定、高流量孔口設(shè)定和/或其它設(shè)定。控制單元210可控制一個或多個可變抽氣孔 口 208的設(shè)定，使得對于渦輪系統(tǒng)200，可由系統(tǒng)操作者按照期望來實現(xiàn)這些設(shè)定。一個示 例性可變抽氣孔口可為閥(例如液壓球閥，氣動閥，閘門閥等。)，其中，閥的行程可按照傳 統(tǒng)的方式由控制單元210控制。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，控制單元210可執(zhí)行許多功能，包括燃料、空氣 和排放控制，用于起動、停機(jī)和冷卻的渦輪燃料和助劑排序，發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的同步和電壓匹 配，對所有渦輪的監(jiān)測、控制和輔助功能，對所有渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，保護(hù)避免不安全 的和不利的運(yùn)行狀態(tài)和/或其它類似的功能。在本發(fā)明的一些示例性實施例中，控制單元 210及其控制和操縱抽氣流所采用的方式可結(jié)合到傳統(tǒng)的或者現(xiàn)有的多參數(shù)渦輪發(fā)動機(jī)控 制系統(tǒng)(例如，現(xiàn)有的基于模型的控制系統(tǒng)或者校正參數(shù)控制系統(tǒng))中。在本發(fā)明的一個 示例性實施例中，用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的控制單元210可為結(jié)合到現(xiàn)有的渦輪機(jī)控制系統(tǒng)中 的構(gòu)件和/或模塊，諸如但不限于通用電氣公司的SpeedtronicTMMark VI控制系統(tǒng)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，包括測量、監(jiān)測、計算和控制渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行的本發(fā)明的各方面(包括必要的傳感器和計算機(jī)啟動的機(jī)構(gòu)(例如可變抽氣孔口 208))可存在 于一個或多個這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，可對它們進(jìn)行修改以便根據(jù)本文所述的發(fā)明來起作用。如圖4所示，本發(fā)明的示例性實施例利用集成的控制單元210通過控制一個或多 個可變抽氣孔口 208在運(yùn)行期間提供主動抽氣流調(diào)節(jié)。控制單元210能夠響應(yīng)于與渦輪系 統(tǒng)200的各種構(gòu)件相關(guān)的一個或多個被測的或者計算的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)來控制抽氣流。因 此，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，與渦輪系統(tǒng)200相關(guān)的一個或多個運(yùn)行參數(shù)可通過 設(shè)置在渦輪系統(tǒng)200中的一個或多個部位處的傳統(tǒng)的傳感器由控制單元210測量。傳感 器可布置在渦輪系統(tǒng)200的各個構(gòu)件和/或級(包括壓縮機(jī)106、燃燒器112、渦輪110、可 變抽氣孔口 208、抽氣導(dǎo)管204以及其它)中的各處，且如有必要可將信息傳送到控制單元 210。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，傳感器可進(jìn)行與閥位置、溫度、壓力相關(guān)的測量，以 及其它這樣的測量(如以下所提供的)。傳統(tǒng)的渦輪發(fā)動機(jī)傳感器可用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中。 然后控制單元210監(jiān)測和記錄來自傳感器(注意，傳感器可被認(rèn)為是控制單元210的部分) 的被測的信息?？刂茊卧?10可使用從傳感器獲得的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行與未被傳感器測量的運(yùn) 行參數(shù)(諸如，例如燃燒溫度)相關(guān)的計算。這些計算可基于傳統(tǒng)的基于模型的控制系統(tǒng) 或者其它類似的方法。如下文所論述，控制單元210可使用這些計算值和所收集的數(shù)據(jù)來 調(diào)整抽氣流，以便增強(qiáng)渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行。更特別地，根據(jù)本申請的示例性實施例，由渦輪系統(tǒng)200的控制單元210測量、監(jiān) 測及記錄的運(yùn)行參數(shù)可包括渦輪排氣溫度和/或壓力，壓縮機(jī)空氣流量，壓縮機(jī)入口溫 度，壓縮機(jī)排出口溫度，壓縮機(jī)入口壓力，壓縮機(jī)排出口壓力，燃料流量，燃燒動力學(xué)，分布 和進(jìn)氣流量和/或其它(如以下所提供的)。在本發(fā)明的一些示例性實施例中，控制單元 210可基于被測的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)計算、監(jiān)測和記錄一個或多個運(yùn)行參數(shù)(例如燃燒器出 口溫度、渦輪基準(zhǔn)溫度、渦輪燃燒溫度等)。如本文中所提供的，控制單元210可依據(jù)這些被 測量、監(jiān)測、記錄和/或計算的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)(即與發(fā)動機(jī)如何運(yùn)行以及發(fā)動機(jī)運(yùn)行所處 的狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù))中的任何以及全部參數(shù)來控制可變抽氣孔口 208。圖4中所顯示的以及關(guān)于圖4所描述的渦輪系統(tǒng)200僅以實例的方式提供。許多 其它的渦輪系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、體系結(jié)構(gòu)和/或構(gòu)造都是可行的。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)理 解為限于在圖4中所顯示的以及關(guān)于圖4所描述的任何特定的運(yùn)行環(huán)境、體系結(jié)構(gòu)或者構(gòu) 造。下文參照圖5和6提供了對用于控制來自與本申請的實施例相符合的渦輪系統(tǒng)的壓縮 機(jī)的壓縮機(jī)抽氣流的操作的更加詳細(xì)的描述。圖5和6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制來自渦輪系統(tǒng)的壓縮機(jī)的抽氣 空氣流的示例性流程圖。將理解的是，圖5和6中的一個或多個框和/或框的組合可由計 算機(jī)程序指令來實施。這些計算機(jī)程序指令可加載到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)或其它可編 程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上以產(chǎn)生機(jī)器，使得在計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行的指令產(chǎn) 生用于執(zhí)行框圖中的各個框或者框圖中的框的組合(在以下說明中詳細(xì)論述)的功能的措 施。這些計算機(jī)程序指令還可存儲在計算機(jī)可讀存儲器中，該計算機(jī)可讀存儲器可指示計 算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備來以特定的方式起作用，包括執(zhí)行在一個或者多個框中指 定的功能。本發(fā)明的實施例還可通過在計算機(jī)的操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序來執(zhí)行。此外， 或者在備選方案中，應(yīng)用程序(全部或者部分)可位于遠(yuǎn)程存儲器中或者貯存器中，以允許實施其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置來執(zhí)行的本發(fā)明的實施例。還將理解，圖5和6中的各個框和/或框的組合可由執(zhí)行指定的功能的基于硬件的專用計算機(jī)系統(tǒng)，或者元件，或者專用硬件和計算機(jī)指令的組合來實施。這些實施例還可 利用其它計算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造-包括手持裝置、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的或者可編程的 消費(fèi)電子產(chǎn)品、微型計算機(jī)、大型計算機(jī)等-來實施。由圖5所呈現(xiàn)的示例性實施例涉及用于增大渦輪輸出和/或使渦輪輸出最大化的 方法。該方法可通過使用傳統(tǒng)的基于模型的控制系統(tǒng)和可變抽氣來實施。該示例性實施例 的一個方面在于渦輪發(fā)動機(jī)可增大其輸出。這可借助于以下方式來實現(xiàn)即，通過使用可變 抽氣使來自壓縮機(jī)的空氣抽氣最大化而使發(fā)動機(jī)以可能超過之前所接受的上限的溫度運(yùn) 行，且然后在給定抽氣流的情況下重新形成溫度上限。例如，這種類型的運(yùn)行可為操作者提 供在峰值需求期間在熱天提高輸出的靈活性。如圖5所示，示例性過程500可開始于框502，其中，由控制單元210監(jiān)測一個或多 個渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)。正如所述，使用傳感器容許由控制單元210記錄和/或監(jiān)測各種 各樣的被測的和/或計算的渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)。因此，在框502中，過程可測量、計算、記錄和 /或監(jiān)測一個或多個渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括以下參數(shù)中的一個或多個a) 一個或多個抽氣導(dǎo)管204的抽氣導(dǎo)管204壓力(該測量值可通過定位在可變抽 氣孔口下游的壓力變換器來測量。)；b)抽氣流水平(例如，其可在給定抽氣導(dǎo)管204的已知尺寸以及抽氣導(dǎo)管204中 的被測壓力的情況下計算。)；c)可變抽氣孔口 208的設(shè)定；d)壓縮機(jī)出口壓力；e)環(huán)境條件；f)渦輪入口溫度("Tjt貞”)(Tjt貞可在給定被測的燃?xì)鉁u輪排氣溫度和其它被測 的參數(shù)的情況下計算。)；g)燃?xì)鉁u輪輸出/負(fù)載水平；和h)燃?xì)鉁u輪排氣溫度。除非另外指出，對渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測量、計算、記錄和/或監(jiān)測可根據(jù)傳統(tǒng)的方 式和方法來進(jìn)行。還可監(jiān)測其它運(yùn)行參數(shù)?？?02的監(jiān)測可持續(xù)地或者周期性地更新，且 更新了的數(shù)據(jù)可由該過程中的其它步驟使用，如流程圖中所指示。在框504處，該過程可確定系統(tǒng)操作者是否想要提高發(fā)動機(jī)輸出和/或使發(fā)動機(jī) 輸出最大？如果確定了系統(tǒng)操作者想要提高發(fā)動機(jī)輸出和/或使發(fā)動機(jī)輸出最大，則該過 程可繼續(xù)至框506。如果確定了系統(tǒng)操作者不想要提高發(fā)動機(jī)輸出和/或使發(fā)動機(jī)輸出最 大，則該過程可結(jié)束或者重復(fù)框504。(注意，在一個優(yōu)選的備選實施例中，關(guān)于系統(tǒng)操作者 是否想要提高發(fā)動機(jī)輸出和/或使發(fā)動機(jī)輸出最大的決定可自動實現(xiàn)而不需要來自系統(tǒng) 操作者的當(dāng)前或者額外輸入。也就是說，如果滿足某些條件，該過程可自動提高發(fā)動機(jī)輸出 和/或使發(fā)動機(jī)輸出最大。系統(tǒng)操作者(其可以是控制渦輪發(fā)動機(jī)的運(yùn)行的任何決策者) 可指定這些條件。在一些情況下，這些條件可包括諸如環(huán)境條件和峰值需求期間的電費(fèi)費(fèi) 率的因素。這樣，例如，系統(tǒng)操作者或其它決策者可決定何時使發(fā)動機(jī)輸出提高或最大化超 出基本負(fù)載水平是成本有效的，且可產(chǎn)生允許其自動發(fā)生的規(guī)則。)
在框506處，該過程可將可變抽氣孔口 208設(shè)定到更敞開的或者基本完全敞開的 設(shè)定(即允許大約最高水平的抽氣流從壓縮機(jī)流到渦輪的設(shè)定)。如果可變抽氣孔口 208 已經(jīng)被設(shè)定到完全敞開的設(shè)定，則該過程可在不采取措施的情況下返回到框504，或者在一 些實施例中可前進(jìn)到框510。在框510和/或隨后的框處，該過程大體運(yùn)用控制流向燃燒器的燃料的流動和/ 或內(nèi)燃機(jī)輸出的水平的控制機(jī)構(gòu)。例如，該過程可測量和/或計算表示當(dāng)前渦輪入口溫度 的T 貞和表示最大渦輪入口溫度的T燃燒—最大，渦輪發(fā)動機(jī)可基于熱氣體路徑部件的溫度 限值和抽氣水平(即可用以冷卻熱氣體路徑部件的冷卻空氣的量)在該最大渦輪入口溫度 下運(yùn)行。在給定框502中所描述的最當(dāng)前的被測的渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)-包括被測的渦輪機(jī)運(yùn) 行參數(shù)的任何變化(該變化由于將可變抽氣孔口 208設(shè)定到更加敞開的或者基本完全敞開 的設(shè)定(根據(jù)框506的運(yùn)行)和/或可能由于框513和514V(如以下所描述)的運(yùn)行而引 起的供應(yīng)至燃燒器的燃料供應(yīng)的增大或者減少而發(fā)生)_的情況下，可使用基于模型的控 制措施來計算Tjft^和Tjt^ jp如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，由基于模型的控制系 統(tǒng)對Tjt貞—的確定可很大程度上基于例如被測的運(yùn)行參數(shù)(諸如渦輪排氣溫度數(shù)據(jù)，環(huán)境條件數(shù)據(jù)和/或壓縮機(jī)壓力比率數(shù)據(jù))來計算。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，由基 于模型的控制系統(tǒng)對Tjt貞—的確定可在很大程度上基于例如在升高的Tjt貞溫度下的運(yùn)行 參數(shù)的模型預(yù)測(包括例如給定新設(shè)定的情況下的抽氣流水平的水平以及熱氣體路徑內(nèi) 的構(gòu)件的溫度限值)來計算。對于這些計算所使用的基于模型的控制措施可包括例如渦輪 機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)，諸如MBC滿負(fù)載循環(huán)控制(MBC Full Load Cycle Control)，ARES模型以 及其它類似的控制系統(tǒng)。在框512處，該過程可比較T燃燒—浦和T燃燒最大的計算值。如果T燃燒最大超過T燃燒 — 預(yù)定的量，該過程可返回至框513，其中，可提高到燃燒器的燃料供應(yīng)。如果T· —■超
預(yù)定的量，則i亥過程可前進(jìn)到框514，其中，可減小到燃燒器的燃料供應(yīng)。如果T 貞―和T 貞基本相等或者在彼此的預(yù)定范圍內(nèi)，則可以說過程500已經(jīng)確定了到燃燒 器的燃料供應(yīng)的大致最大水平和/或輸出的最大水平。如果情況是這樣，則過程500可前 進(jìn)至框516。在框513處，該過程可增大到燃燒器的燃料供應(yīng)。然后該過程可繼續(xù)至框510。在框514處，正如所述的，該過程可降低到燃燒器的燃料供應(yīng)。然后該過程可繼續(xù) 至框510。在框516處，該過程可結(jié)束，如圖所示，或者可返回框502。這樣，在運(yùn)行時，該過程 500可允許渦輪系統(tǒng)通過使用基于模型的控制和可變抽氣來使輸出提高和/或最大化。圖6示出了本發(fā)明的另一個示例性實施例，過程600。圖6中所表示的實施例涉及 通過使用基于模型的控制和可變抽氣來提高渦輪發(fā)動機(jī)效率和/或優(yōu)化渦輪效率。如下文 更詳細(xì)地描述的，當(dāng)前發(fā)明的這方面例如可允許系統(tǒng)操作者在以基本負(fù)載或部分負(fù)載水平 運(yùn)行的同時切斷不必要地過高的抽氣流，使得發(fā)動機(jī)更高效地運(yùn)行。正如所述的，使用傳感 器允許由控制單元210記錄和/或監(jiān)測各種各樣的被測的和/或計算的渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)。 因此，在框602處，該過程可測量、計算、記錄和/或監(jiān)測一個或多個渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括 以下參數(shù)中的一個或多個a)抽氣導(dǎo)管204中的一個或者多個的抽氣導(dǎo)管204壓力(該測量值可通過定位在可變抽氣孔口下游的壓力變換器來測量。)；b)抽氣流水平(其可例如在給定抽氣導(dǎo)管204的已知尺寸和抽氣導(dǎo)管204中的被 測的壓力的情況下計算。)；c)可變抽氣孔口 208的設(shè)定；d)壓縮機(jī)出口壓力；
e)環(huán)境條件；f)渦輪入口溫度("Tjt貞”)(Tjt貞可在給定被測的燃?xì)鉁u輪排氣溫度和其它被測 的參數(shù)的情況下計算。)；g)燃?xì)鉁u輪輸出/負(fù)載水平；以及h)燃?xì)鉁u輪排氣溫度。除非做出其它說明，測量、計算、記錄和/或監(jiān)測渦輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)可根據(jù)傳統(tǒng)的方 式和方法來進(jìn)行。還可監(jiān)測其它運(yùn)行參數(shù)?？?02的監(jiān)測可持續(xù)地或者定期地更新，且如 流程圖中所指示的，更新的數(shù)據(jù)可由該過程中的其它步驟使用。在框604處，該過程可確定系統(tǒng)操作者是否想要降低抽氣流水平或者使抽氣流水 平最小以使得發(fā)動機(jī)效率得以提高和/或優(yōu)化。(注意，在一個優(yōu)選的備選實施例中，該過 程可自動降低抽氣流水平或者使抽氣流水平最小，從而使得在不接受來自系統(tǒng)操作者的輸 入的情況下在大多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)期間(即在全部或者大部分基本負(fù)載或部分負(fù)載水平期間) 提高或者優(yōu)化效率。也就是說，在這種實施例中，與過程600的其它步驟有關(guān)的運(yùn)行可以是 默認(rèn)的控制計劃，使得發(fā)動機(jī)在大多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)期間以降低的或者最小化的抽氣流水平運(yùn) 行)。如果在框604處確定系統(tǒng)操作者想要降低抽氣流水平以使得發(fā)動機(jī)效率得以提高和 /或優(yōu)化，則該過程可繼續(xù)至框606。如果確定了系統(tǒng)操作者不想要降低抽氣流水平以使得 發(fā)動機(jī)效率得以提高和/或優(yōu)化，則該過程可重復(fù)框604。在框606處，該過程可計算被測的臨界壓力比率。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解 的，被測的臨界壓力比率是越過抽氣導(dǎo)管204的壓力比率，即抽氣導(dǎo)管內(nèi)的壓力與壓縮機(jī) 106的出口處的壓力的比率。抽氣導(dǎo)管204中的被測的壓力水平可通過定位在可變抽氣孔 口 208下游的壓力變換器來測量。壓縮機(jī)106的出口處的壓力水平可通過壓縮機(jī)106的出 口處的傳統(tǒng)的器件來測量。在其中存在不只一個抽氣導(dǎo)管204的情況中，例如，在具有從壓 縮機(jī)的第9級和第13級抽取壓縮機(jī)空氣的抽氣導(dǎo)管204的系統(tǒng)中，可針對各個抽氣導(dǎo)管 204計算被測的臨界壓力比率的值。在框608處，該過程可確定計劃的臨界壓力比率。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解 的，計劃的臨界壓力比率是由熱氣體路徑構(gòu)件的規(guī)格建立的預(yù)定值或者限值。計劃的臨界 壓力水平確認(rèn)閾值，越過該閾值，熱氣體路徑構(gòu)件就不會被充分地冷卻，可能會過熱或者損 害部件壽命。更具體而言，在一些情況下，確定計劃的臨界壓力比率大體上可包括三個與將 充足抽氣流(即冷卻劑)提供到熱氣體路徑部件相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行特性。這些運(yùn)行特性可包括 逆流邊界，葉輪間隙溫度測量值(其可指示充足的葉輪間隙吹掃流)，以及熱氣體路徑中的 實際金屬溫度。大體上，操作渦輪發(fā)動機(jī)而使得被測的臨界壓力比率的值保持小于計劃的 臨界壓力比率確保了熱氣體路徑構(gòu)件在可接受的溫度內(nèi)運(yùn)行。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了 解的，計劃的臨界壓力比率可為依賴于當(dāng)前負(fù)載設(shè)定、環(huán)境條件和/或其它因素的單個值 或者值列表。
在框610處，該過程可針對一個或者所有的抽氣導(dǎo)管204比較來自框606的被測 的臨界壓力比率與來自框608的計劃的臨界壓力比率。如果確定了被測的臨界壓力比率超 過計劃的臨界壓力比率預(yù)定的量，則該過程可前進(jìn)至框614。如果確定了計劃的臨界壓力比 率超過被測的臨界壓力比率預(yù)定的量，則該過程可前進(jìn)至框612。如果確定了被測的臨界壓 力比率與計劃的臨界壓力比率基本相同或者處于彼此的預(yù)定范圍內(nèi)，則該過程可前進(jìn)至框 616。在框612處，該過程可將可變抽氣孔口設(shè)定到減少從壓縮機(jī)106流向渦輪110的 抽氣流的設(shè)定，即將可變抽氣孔口設(shè)定到更加閉合的位置。可進(jìn)行該設(shè)定，因為超過被測的 臨界壓力比率預(yù)定量的計劃的臨界壓力比率可表示從壓縮機(jī)抽取了過量的冷卻劑。然后該 過程可前進(jìn)至框606。
在框614處，該過程可將可變抽氣孔口設(shè)定到增大從壓縮機(jī)106流向渦輪110的 抽氣流的設(shè)定，即將可變抽氣孔口設(shè)定到更加敞開的位置。這可能是必要的，因為超過計劃 的臨界壓力比率預(yù)定量的被測的臨界壓力比率可表示沒有從壓縮機(jī)中抽取足夠的冷卻劑。 然后該過程可前進(jìn)至框606。在框616處，該過程可結(jié)束，如圖所示，或者可返回至框602。在運(yùn)行中，如本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員將了解的，過程600允許系統(tǒng)操作者切斷不必要的抽氣流，使得可提高和/或 最大化渦輪發(fā)動機(jī)的效率。圖5和6的示例性過程元素以實例的方式顯示，且其它過程和流動實施例可具有 更少或者更多數(shù)量的元素，且這些元素可根據(jù)本發(fā)明的其它實施例布置成備選的構(gòu)造。本 發(fā)明的示例性實施例可提供通過利用可變抽氣流(經(jīng)由一個或多個可變抽氣孔口)和基于 模型的控制系統(tǒng)來改進(jìn)和/或最大化燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的輸出和/或效率的技術(shù)效果。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個備選實施例，如普通技術(shù)人員將理解的，圖5和6的過程 步驟可組合到組合的/單獨(dú)的過程中。在這種類型的實施例的一個實例中，例如，該過程可 依據(jù)圖6的過程自動地降低或者最小化抽氣流水平，使得在大多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)期間效率得以 提高或者優(yōu)化(即，在所有或者大多數(shù)基本負(fù)載或部分負(fù)載水平期間，在不從系統(tǒng)操作者 接受輸入的情況下)。在從系統(tǒng)操作者接受輸入之后(或者正如所描述的，在滿足某些特定 條件之后以自動的方式)，該過程可以提高的或者最大化的抽氣流水平來提高或者最大化 輸出。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，可進(jìn)一步選擇性地應(yīng)用以上關(guān)于若干個示例性 實施例所描述的許多不同的特征和構(gòu)造，以形成本發(fā)明的其它可行的實施例。為了簡明起 見以及將本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力考慮在內(nèi)，在本文中沒有詳細(xì)地討論各種可能的重 復(fù)，但是由以下若干權(quán)利要求所包含的所有組合和可行的實施例意圖是本發(fā)明的一部分。 此外，根據(jù)對本發(fā)明的若干示例性實施例的以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將構(gòu)想到改進(jìn)、變化 及修改。處于本領(lǐng)域中的這樣的改進(jìn)、變化及修改也意圖由所附的權(quán)利要求書覆蓋。此外， 將顯而易見的是，以上內(nèi)容僅涉及本申請的所述的實施例，且在本文中可進(jìn)行許多修改和 改變而不脫離由所附的權(quán)利要求及其等效物所限定的本申請的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種控制包括壓縮機(jī)(106)、燃燒器(112)和渦輪(110)的渦輪發(fā)動機(jī)(100)中的可變抽氣流的方法，其中，抽氣流包括從所述壓縮機(jī)(106)抽取并且通過一個或多個抽氣導(dǎo)管(204)在繞過所述燃燒器(112)的同時供應(yīng)至所述渦輪(110)的壓縮空氣供應(yīng)，且其中，所述抽氣導(dǎo)管(204)中的至少一個包括具有由控制單元(210)控制的多個設(shè)定的可變抽氣孔口(208)，所述方法包括以下步驟測量多個渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，其中，被測的運(yùn)行參數(shù)至少包括與所述渦輪(110)內(nèi)的溫度相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與所述可變抽氣孔口(208)的設(shè)定相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與所述壓縮機(jī)(106)內(nèi)的壓力相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與所述抽氣導(dǎo)管(204)其中之一內(nèi)的壓力相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，以及與抽氣流的水平相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)；由所述控制單元(210)監(jiān)測所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)(100)的被測的運(yùn)行參數(shù)；以基于模型的控制和所述被測的運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，由所述控制單元(210)計算至少一個計算的運(yùn)行參數(shù)，至少包括被測的臨界壓力比率；以及針對所述可變抽氣孔口(208)中的至少一個來操縱設(shè)定，使得通過比較所述被測的臨界壓力比率是否超過計劃的臨界壓力比率來確定降低的和/或近似最小的抽氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，權(quán)利要求1中所提出的步驟中的一個或者 多個的更詳細(xì)的列舉包括以下步驟a)確定所述計劃的臨界壓力比率，其中所述計劃的臨界壓力比率包括確認(rèn)近似閾值的 預(yù)定值，越過所述閾值時，所述渦輪(110)的熱氣體路徑內(nèi)的部件不會得到充分冷卻；b)計算所述被測的臨界壓力比率，其中所述被測的臨界壓力比率包括所述抽氣導(dǎo)管 (204)其中一個中的被測的壓力除以所述壓縮機(jī)(106)的出口處的被測的壓力；以及c)比較所述被測的臨界壓力比率與所述計劃的臨界壓力比率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為替代，針對所述可變抽氣孔口(208) 中的至少一個操縱設(shè)定、使得通過比較所述被測的臨界壓力比率是否超過計劃的臨界壓力 比率來確定降低的和/或近似最小的抽氣流的步驟包括針對所述可變抽氣孔口(208)的 至少一個操縱設(shè)定，使得通過比較所述被測的臨界壓力比率是否超過計劃的臨界壓力比率 來確定近似最小的抽氣流。
4.一種控制包括壓縮機(jī)(106)、燃燒器(112)和渦輪(110)的渦輪發(fā)動機(jī)(100)中的 可變抽氣流的方法，其中抽氣流包括從所述壓縮機(jī)(106)抽取且通過一個或多個抽氣導(dǎo)管 (204)在繞過所述燃燒器(112)的同時供應(yīng)至所述渦輪(110)的壓縮空氣供應(yīng)，并且其中， 所述抽氣導(dǎo)管(204)中的至少一個包括具有由控制單元(210)控制的多個設(shè)定的可變抽氣 孔口(208)，所述方法包括以下步驟測量多個渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，其中，被測的運(yùn)行參數(shù)至少包括與所述渦輪(110)內(nèi) 的溫度相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與所述可變抽氣孔口(208)的設(shè)定相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，與抽氣 流的水平相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)；與到所述燃燒器(112)的燃料供應(yīng)相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)； 由所述控制單元(210)監(jiān)測所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)(100)的被測的運(yùn)行參數(shù)； 將至少一個可變抽氣孔口(208)設(shè)定到允許有近似最大水平的抽氣流的設(shè)定； 以基于模型的控制和所述被測的運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，由所述控制單元(210)計算至少一 個計算的運(yùn)行參數(shù)，至少包括當(dāng)前渦輪入口溫度與最大渦輪入口溫度，以及針對到所述燃燒器(112)的燃料供應(yīng)操縱設(shè)定，使得通過比較所述當(dāng)前渦輪入口溫度的值和所述最大渦輪入口溫度的值來確定提高的和/或近似最大水平的發(fā)動機(jī)輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)前渦輪入口溫度包括當(dāng)前渦輪入 口溫度，且所述最大渦輪入口溫度包括近似最大渦輪入口溫度，在給定熱氣體路徑部件溫 度限值和抽氣流水平的情況下，所述渦輪發(fā)動機(jī)(100)可以所述最大渦輪入口溫度運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟中的一個或多個的更詳細(xì)的列 舉包括以下步驟a)確定系統(tǒng)操作者是否想要提高和/或最大化發(fā)動機(jī)輸出；b)將所述可變抽氣孔口(208)中的至少一個設(shè)定到允許有近似最大水平的抽氣流的 設(shè)定；c)在由于針對所述至少一個可變抽氣孔口(208)允許有近似最大水平的抽氣流的設(shè) 定而產(chǎn)生的被測的運(yùn)行參數(shù)的任何變化的情況下，計算當(dāng)前渦輪入口溫度和最大渦輪入口 溫度，其中，最大渦輪入口溫度的所述計算基于近似最大燃燒器出口溫度，在給定熱氣體路 徑部件的溫度限值和處于針對所述至少一個可變抽氣孔口(208)允許有近似最大水平的 抽氣流的設(shè)定時的近似抽氣流水平的情況下，所述渦輪發(fā)動機(jī)(100)可以該最大渦輪入口 溫度運(yùn)行；以及比較當(dāng)前渦輪入口溫度與最大渦輪入口溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于可變抽氣流包括取決于所述可變抽氣孔口(208)的設(shè)定而變化的抽氣流水平；且所述可變抽氣孔口(208)具有至少兩個離散的設(shè)定，所述設(shè)定包括較不敞開的設(shè)定和 較敞開的設(shè)定，在較不敞開的設(shè)定中，通過所述可變抽氣孔口(208)允許有降低水平的抽 氣流，且在較敞開的設(shè)定中，通過所述可變抽氣孔口(208)允許有提高水平的抽氣流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，基于模型的控制包括基于所述渦輪發(fā) 動機(jī)(100)的運(yùn)行的計算機(jī)-實施的模型來控制渦輪發(fā)動機(jī)(100)的方法，并且其中，對所 述渦輪發(fā)動機(jī)(100)的控制基于多個被測的運(yùn)行參數(shù)和計算的運(yùn)行參數(shù)，所述計算的運(yùn)行 參數(shù)基于運(yùn)行的計算機(jī)實現(xiàn)的模型和所述被測的運(yùn)行參數(shù)來計算。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，將抽取的流的至少一部分供應(yīng)至所述 渦輪(110)中的熱氣體路徑部件，使得所述抽取的流在運(yùn)行期間冷卻所述部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于對被測的運(yùn)行參數(shù)的測量通過多個傳感器來完成，所述多個傳感器包括設(shè)置在所述可 變抽氣孔口(208)的下游的至少一個壓力變換器；且所述傳感器收集運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)并且將所述運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿隹刂茊卧?210)。
全文摘要
一種控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)中的可變抽氣流的方法，其中抽氣流包括從壓縮機(jī)抽取且通過抽氣導(dǎo)管供應(yīng)到渦輪的壓縮空氣供應(yīng)，且其中抽氣導(dǎo)管包括可變抽氣孔口，該方法包括以下步驟測量多個渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)；由控制單元監(jiān)測燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的被測的運(yùn)行參數(shù)；將可變抽氣孔口設(shè)定到允許有近似最大水平的抽氣流的設(shè)定；以基于模型的控制和被測的運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，由控制單元計算至少一個計算的運(yùn)行參數(shù)，至少包括當(dāng)前渦輪入口溫度和最大渦輪入口溫度；以及操縱供應(yīng)到燃燒器的燃料供應(yīng)的設(shè)定，使得通過比較當(dāng)前渦輪入口溫度的值和最大渦輪入口溫度的值來確定發(fā)動機(jī)輸出的提高的和/或最大水平。
文檔編號F02C9/00GK101881222SQ20101018414
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者S·A·蔡爾德斯 申請人:通用電氣公司