本申請(qǐng)和所得的專利大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更具體而言涉及入口排熱控制系統(tǒng)，其帶有改進(jìn)的流控制以用于在最小入口排熱流水平下操作時(shí)減少輸出損耗和耗熱率損耗。

背景技術(shù)：

高效且安全的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作需要壓力比低于壓縮機(jī)的操作極限線。特別地，高于操作極限線的壓力比可造成壓縮機(jī)喘振等。較高壓力比可在例如使用低btu燃料或帶有稀釋噴射的燃料和/或在冷環(huán)境溫度條件下的應(yīng)用中出現(xiàn)。壓縮機(jī)壓力比通?？纱笥跍u輪壓力比，這是由于渦輪壓力比可在燃燒器中遭受壓力損耗。壓縮機(jī)喘振等可引起顯著的損壞和產(chǎn)生的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)間。

用于壓縮機(jī)壓力比保護(hù)的通常解決方案是排放燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)排出空氣且使排放空氣再循環(huán)回壓縮機(jī)入口。這種入口排熱控制通過將較冷環(huán)境空氣與熱壓縮機(jī)排出空氣的排放部分混合來升高壓縮機(jī)入口空氣的入口溫度，從而減小至燃料渦輪的空氣密度和質(zhì)量流。

然而，當(dāng)前的入口排熱歧管可大小確定為使得需要最小流率以用于均勻流分布。結(jié)果，最小排熱流可超過用于操作極限線保護(hù)和/或防冰保護(hù)所需要的流率。使用這種超過實(shí)際需要的最小排熱流因此可造成燃?xì)鉁u輪輸出、耗熱率和效率的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)和所得的專利因此提供一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的入口排熱控制系統(tǒng)。入口排熱控制系統(tǒng)提供入口排熱歧管和與入口排熱歧管連通的噴射器，使得噴射器與壓縮機(jī)排出空氣的流和環(huán)境空氣的流連通以用于在最小流水平下改進(jìn)流控制。

本應(yīng)用和所得的專利還提供一種操作入口排熱控制系統(tǒng)的方法。該方法可包括以下步驟：判斷操作參數(shù)是否需要入口排熱，打開至噴射器的壓縮機(jī)排出線路，打開至噴射器的過濾部線路，將壓縮機(jī)排出空氣與環(huán)境空氣在噴射器中混合，使混合空氣流至入口排熱歧管，以及判斷操作參數(shù)是否已經(jīng)由混合流實(shí)現(xiàn)。

本申請(qǐng)和所得的專利還提供一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的入口排熱控制系統(tǒng)。入口排熱控制系統(tǒng)可包括入口排熱歧管、與入口排熱歧管連通的噴射器以及與壓縮機(jī)和入口排熱歧管連通的旁通線路。噴射器與壓縮機(jī)排出空氣的流和環(huán)境空氣的流連通以形成混合流以用于在最小流水平下改進(jìn)流控制。

技術(shù)方案1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的入口排熱控制系統(tǒng)，包括：

入口排熱歧管；和

與所述入口排熱歧管連通的噴射器；

所述噴射器與壓縮機(jī)排出空氣的流和環(huán)境空氣的流連通。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述噴射器與帶有所述環(huán)境空氣的流的過濾部線路連通。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述過濾部線路包括其上的過濾部線路閥。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述噴射器與帶有所述壓縮機(jī)排出空氣的流的壓縮機(jī)排出線路連通。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述壓縮機(jī)排出線路包括其上的壓縮機(jī)排出閥。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述壓縮機(jī)排出線路包括其上的噴射器閥。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱控制系統(tǒng)還包括定位在所述壓縮機(jī)和所述入口排熱歧管之間的噴射器旁通線路。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述旁通線路包括其上的旁通閥。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱歧管包括多個(gè)聲學(xué)噴嘴。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱控制系統(tǒng)還包括控制器。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括防冰信號(hào)。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案10所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括操作極限線信號(hào)。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱控制系統(tǒng)還包括所述入口排熱歧管上游的過濾部。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案1所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱控制系統(tǒng)還包括所述入口排熱歧管下游的多個(gè)入口導(dǎo)向?qū)~。

技術(shù)方案15.一種操作入口排熱控制系統(tǒng)的方法，包括：

判斷操作參數(shù)是否需要入口排熱；

打開至噴射器的壓縮機(jī)排出線路；

打開至所述噴射器的過濾部線路；

將壓縮機(jī)排出空氣與環(huán)境空氣在所述噴射器中混合；

使所述混合空氣流至入口排熱歧管；以及

判斷所述操作參數(shù)是否已經(jīng)由混合流實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)方案16.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的入口排熱控制系統(tǒng)，包括：

入口排熱歧管；

與所述入口排熱歧管連通的噴射器；

所述噴射器與壓縮機(jī)排出空氣的流和環(huán)境空氣的流連通以形成混合流；以及

與所述壓縮機(jī)和所述入口排熱歧管連通的旁通線路。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述噴射器與其上帶有過濾部線路閥的過濾部線路連通。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述噴射器與其上帶有壓縮機(jī)排出閥且其上帶有噴射器閥的壓縮機(jī)排出線路連通。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案16所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述旁通線路包括其上的旁通閥。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案16所述的入口排熱控制系統(tǒng)，其中，所述入口排熱控制系統(tǒng)還包括帶有防冰信號(hào)和操作極限線信號(hào)的控制器。

在結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本申請(qǐng)和所得的專利的這些和其它特征與改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是帶有入口排熱控制系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。

圖2是示出圖1的入口排熱控制系統(tǒng)的操作中的示例性步驟的流程圖。

零件清單

10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

15壓縮機(jī)

17入口導(dǎo)向?qū)~組件

20空氣

25燃燒器

30燃料

35燃燒氣體

40渦輪

45軸

50負(fù)載

55控制器

100入口排熱控制系統(tǒng)

110入口過濾部

120入口排放歧管

130聲學(xué)噴嘴

140壓縮機(jī)排出空氣

150壓縮機(jī)排出線路

160入口排熱閥

170噴射器

175噴射器閥

180過濾部線路

190過濾部線路閥

200旁通線路

210旁通閥

220極限線信號(hào)

230防冰信號(hào)

240電流邏輯

250噴射器邏輯

260–380步驟。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖，其中相似的標(biāo)號(hào)貫穿若干視圖表示相似的元件，圖1示出了如可在本文中使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括帶有入口導(dǎo)向?qū)~組件17的壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15壓縮進(jìn)入的空氣20的流。壓縮機(jī)15將壓縮的空氣20的流輸送至燃燒器25。燃燒器25將壓縮的空氣20的流與加壓的燃料30的流混合且點(diǎn)燃混合物以形成燃燒氣體35的流。雖然僅示出單個(gè)燃燒器25，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括定位成周向陣列的任何數(shù)目的燃燒器25。燃燒氣體35的流繼而輸送至渦輪40。燃燒氣體35的流驅(qū)動(dòng)渦輪40以便產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由軸45驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15和外部負(fù)載50(諸如發(fā)電機(jī)等)。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用天然氣、各種類型的合成氣、液態(tài)燃料和/或其它類型的燃料及其混合物。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可為由紐約州斯卡奈塔第的通用電氣公司提供的多種不同的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的任一者，包括但不限于諸如7或9系列重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的那些等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有不同構(gòu)造且可使用其它類型的構(gòu)件。其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)也可在本文中使用。多種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、其它類型的渦輪以及其它類型的功率產(chǎn)生設(shè)備也可在本文中一起使用。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括控制器55?？刂破?5可為獨(dú)立控制器或與燃?xì)鉁u輪控制系統(tǒng)集成。控制器55的示例是由紐約州斯卡奈塔第的通用電氣公司提供的speedtronic^tmmarkvi^tm控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成滿足所有燃?xì)鉁u輪控制需要，包括速度和負(fù)載控制功能以及溫度控制功能?？刂葡到y(tǒng)也可處理定序的輔助構(gòu)件，以允許完全自動(dòng)的起動(dòng)、關(guān)閉和冷卻?？刂葡到y(tǒng)因此可提供針對(duì)不利操作條件等的總體燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)保護(hù)。所有這些功能可以集成的方式執(zhí)行。其它類型的控制系統(tǒng)可在本文中使用。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括如可在本文中描述的入口排熱控制系統(tǒng)100。入口排熱控制系統(tǒng)100可包括定位在入口過濾部110和壓縮機(jī)15的入口導(dǎo)向?qū)~17之間的多個(gè)構(gòu)件。入口過濾部110可包括多個(gè)空氣過濾器和/或?yàn)V網(wǎng)，其可移除濕氣和顆粒物質(zhì)(諸如來自進(jìn)入的空氣流20的灰塵和/或碎屑)。入口過濾部110可為常規(guī)設(shè)計(jì)且可具有任何合適的大小、形狀或構(gòu)造。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

入口排熱控制系統(tǒng)110可包括入口排放歧管120。入口排熱歧管120可包括多個(gè)聲學(xué)噴嘴130等。任何數(shù)目的聲學(xué)噴嘴130可在本文中使用。入口排熱歧管120可具有任何合適的大小、形狀或構(gòu)造。入口排熱歧管120可與加熱的壓縮機(jī)排出空氣140的流連通。壓縮機(jī)排出空氣140可經(jīng)由壓縮機(jī)排出線路150傳送至入口排熱歧管120。壓縮機(jī)排出線路150可具有其上的一個(gè)或多個(gè)入口排熱閥160。入口排熱閥160可為常規(guī)設(shè)計(jì)。入口排熱閥160可與控制器55連通。

入口排熱控制系統(tǒng)100可包括噴射器170。噴射器170可定位在入口排熱歧管120上游的壓縮機(jī)排出線路150上。壓縮機(jī)排出線路150可在噴射器170上游包括其上的噴射器閥175。噴射器閥175可為常規(guī)設(shè)計(jì)。噴射器閥175可與控制器55連通。噴射器170還可經(jīng)由過濾部線路180與入口過濾部110中的空氣20的流連通?？諝?0的流可在環(huán)境溫度和壓力下。過濾部線路閥190可定位在其上。過濾部線路閥190可為常規(guī)設(shè)計(jì)。過濾部線路閥190可與控制器55連通。旁通線路200可與壓縮機(jī)排出線路150連通以便根據(jù)需要繞過噴射器170。旁通閥210可定位在其上。旁通閥210可為常規(guī)設(shè)計(jì)。旁通閥210可與控制器55連通。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

噴射器170使壓縮機(jī)排出空氣140能夠與來自入口過濾部110的環(huán)境空氣流20的一部分混合以形成用于入口排熱歧管120的混合流。大體上描述，噴射器170是不帶有運(yùn)動(dòng)部分的機(jī)械裝置。噴射器170基于動(dòng)量傳遞將兩種流體流混合。噴射器170具有用于高壓壓縮機(jī)排出空氣140的運(yùn)動(dòng)空氣入口、用于從過濾部線路180接收的較低壓力環(huán)境空氣20的吸入空氣入口、降低靜止壓力的主噴嘴以及用于使混合流減速且恢復(fù)靜止壓力的擴(kuò)散器。混合流因此相比于進(jìn)入的壓縮機(jī)排出空氣140以及來自入口過濾部110的環(huán)境空氣20的流在不同壓力和溫度下離開擴(kuò)散器。噴射器170可具有任何合適的大小、形狀或構(gòu)造。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

入口排熱控制系統(tǒng)100的操作可由控制器55控制。控制器55可接收例如操作極限線信號(hào)220、防冰控制信號(hào)230等。其它類型的信號(hào)和相關(guān)的傳感器可在本文中使用?？刂破?5因此可包括用于操作極限線控制、防冰控制等的電流邏輯240。控制器55還可包括與電流邏輯240有關(guān)的用于操作噴射器170的噴射器邏輯250。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

圖2示出了帶有入口排熱控制系統(tǒng)100的操作中的示例性步驟的流程圖。在步驟260，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10在操作中。在步驟270，控制器55可判斷燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10需要防冰保護(hù)和/或已經(jīng)達(dá)到或接近操作極限線。在步驟280，控制器55因此可選擇在步驟290的防冰保護(hù)和/或在步驟300的操作極限線保護(hù)。如果在步驟290需要防冰保護(hù)，則控制器55可打開入口排熱閥160、噴射器閥175以及過濾部線路閥190以在步驟310打開噴射器170。在步驟320，控制器55可應(yīng)用電流邏輯240以判斷僅通過噴射器170的使用是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)防冰需要。如果實(shí)現(xiàn)，則然后在步驟330不需要額外流。如果未實(shí)現(xiàn)，則然后控制器55可在步驟340關(guān)閉噴射器閥175和過濾部線路閥190且打開旁通閥210以便繞過噴射器170，以便至少提供壓縮機(jī)排出空氣140的最小流。

如果在步驟280期望操作極限線保護(hù)，則控制器55可打開入口排熱閥160、噴射器閥175以及過濾部線路閥190以在步驟350打開噴射器170。在步驟360，控制器55可應(yīng)用電流邏輯240以判斷僅通過噴射器170的使用是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)操作極限線保護(hù)。如果實(shí)現(xiàn)，則然后在步驟370不需要額外流。如果未實(shí)現(xiàn)，則然后控制器55可在步驟380關(guān)閉噴射器閥175和過濾部線路閥190且打開旁通閥210以便繞過噴射器170，以便至少提供壓縮機(jī)排出空氣140的最小流。這些步驟僅為示例性的。其它和不同的步驟可在本文中以其它和不同順序執(zhí)行。

入口排熱控制系統(tǒng)100因此可限制壓縮機(jī)排出空氣140的使用。相比于w2的大約0.5%到大約1%的常規(guī)流率，最小排熱流率因此可為w2(壓縮機(jī)空氣流)的大約0%到大約1%。入口排熱控制系統(tǒng)100因此允許需要的排熱流率的較大控制以便降低與在當(dāng)前最小排熱流水平下操作相關(guān)聯(lián)的總體輸出損耗和耗熱率損耗?？傮w燃?xì)鉁u輪輸出和效率因此可改進(jìn)。

應(yīng)當(dāng)清楚的是，前述內(nèi)容僅涉及本申請(qǐng)和所得的專利的某些實(shí)施例。許多改變和修改可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本文中作出而不脫離由以下權(quán)利要求和其等同物限定的本發(fā)明的大體精神和范圍。