本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

渦輪發(fā)動機(jī)，尤其是燃?xì)饣蛉紵綔u輪發(fā)動機(jī)，是旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)從經(jīng)由發(fā)動機(jī)流動到許多渦輪葉片上的燃燒氣體流中提取能量。燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)已用于陸地和航海運(yùn)動以及發(fā)電領(lǐng)域中，但是最常用于航空應(yīng)用中，例如飛機(jī)，包括直升飛機(jī)。在飛機(jī)中，燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)用于推進(jìn)飛機(jī)。

飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)用于在最佳壓力比內(nèi)進(jìn)行操作。維持發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部分內(nèi)的這些壓力能夠?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)提供更長的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種控制燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的多級壓縮機(jī)的方法，該多級壓縮機(jī)具有可變靜子葉片(vsv)的級的級前塊、位于級前塊下游的級后塊和來自至少級之一的排出空氣排出管。該方法包括檢測來自排出空氣排出管的排出空氣的壓力，比較檢測的壓力和排出空氣參考壓力，基于比較測定檢測的壓力何時與排出空氣參考壓力不平衡，以及調(diào)整前塊的可變靜子葉片的位置，促使檢測的排出氣壓與排出參考?xì)鈮浩胶猓?/p>

所述方法進(jìn)一步包括基于所述壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述可變靜子葉片的所述位置；

所述方法進(jìn)一步包括調(diào)整與靜子調(diào)度相對的所述可變靜子葉片的所述位置；

其中，調(diào)整與所述靜子調(diào)度相對的所述可變靜子葉片的所述位置包括測定所述靜子調(diào)度的校正值，以保持所述壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和所述排出氣壓；

其中，所述測定壓力比是所述壓縮機(jī)的出口壓力和入口壓力之間的第一個壓差的函數(shù)；

其中，所述測定壓力比是所述入口壓力和所述檢測到的排出壓力之間的第二個壓差的函數(shù)；

其中，所述測定的壓力比是高壓壓縮機(jī)的所述第二和第一壓差的任意函數(shù)；

其中，調(diào)整所述可變靜子葉片的所述位置包括調(diào)整至少所述可變靜子葉片之一的所述位置；

其中，調(diào)整所述可變靜子葉片的所述位置包括調(diào)整所有所述可變靜子葉片的所述位置；

其中，檢測所述排出空氣排出管的所述壓力包括檢測位于至少所述可變靜子葉片之一下游的排出空氣排出管的所述壓力；

其中，所述測定的壓力比為高壓壓縮機(jī)的壓力比。

在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的多級壓縮機(jī)，包括：壓縮機(jī)級的前塊，所述壓縮機(jī)級的前塊具有可變靜子葉片(vsv)；壓縮機(jī)級的后塊，所述壓縮機(jī)級的后塊軸向位于所述壓縮機(jī)級的前塊的下游；排出空氣排出管與所述級之一流體連通；壓力傳感器與所述排出空氣排出管流體連通，入口與所述前塊流體連通，出口與所述后塊流體連通，以及輸出相應(yīng)壓力信號表明在所述排出空氣排出管中所述流體的所述壓力，所述入口和所述出口；以及控制器，所述控制器接收所述壓力信號，作為輸入信號，并可操作地聯(lián)接到所述前塊并配置成可調(diào)整可變靜子葉片的位置，以維持相對于參考壓力比的所述排出氣壓的壓力比；

其中，所述參考壓力比位于排出調(diào)度表內(nèi)；

其中，所述前塊和后塊由高壓壓縮機(jī)的級組成；

其中，所述參考壓力比是一個范圍；

其中，所述排出空氣排出管位于所述后塊內(nèi)；

其中，所述排出空氣排出管位于所述前塊內(nèi)。

在又一個方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種操作燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的多級壓縮機(jī)的方法，該方法通過檢測來自壓縮機(jī)中的排出空氣排出管中的排出氣壓和調(diào)整可變靜子葉片(vsv)的操作位置，以維持排出氣壓和排出參考?xì)鈮旱钠胶猓?/p>

所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)基于所述高壓壓縮機(jī)的所述轉(zhuǎn)速的調(diào)度調(diào)整所述可變靜子葉片的所述位置；

其中，所述調(diào)度是基于所述高壓壓縮機(jī)的校正轉(zhuǎn)速；

其中，測定的壓力比是所述排出氣壓和所述入口氣壓之間的差異和所述出口氣壓和所述入口氣壓之間的所述差異的函數(shù)；

其中，至少可變靜子葉片之一基于根據(jù)所述調(diào)度中相應(yīng)的調(diào)節(jié)器的所述測定的壓力比進(jìn)行調(diào)整。

附圖說明

在附圖中：

圖1是飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的剖面示意圖。

圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部分的剖面示意圖。

圖3是檢測圖2的壓縮機(jī)的排出氣壓方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述實(shí)施例涉及與維持參考壓力比和實(shí)時壓力比之間平衡相關(guān)的系統(tǒng)、方法以及其他裝置。出于闡釋的目的，將參照飛機(jī)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)描述本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于且可能具有非飛機(jī)應(yīng)用的普遍適用性，諸如其他移動應(yīng)用和非移動的工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用。

圖1是飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)10的剖面示意圖。發(fā)動機(jī)10具有大體上縱向延伸軸或從前端14延伸至后端16的發(fā)動機(jī)中心線12。發(fā)動機(jī)10包括：(按照串行流關(guān)系)風(fēng)扇段18，其包括風(fēng)扇20；壓縮機(jī)段22，其包括增壓器或低壓(lp)壓縮機(jī)24和高壓(hp)壓縮機(jī)26；燃燒段28，其包括燃燒機(jī)30；渦輪段32，其包括hp渦輪34和lp渦輪36；以及排氣段38。

風(fēng)扇段18包括圍繞風(fēng)扇20的風(fēng)扇外殼40。風(fēng)扇20包括多個圍繞發(fā)動機(jī)中心線12徑向放置的風(fēng)扇葉片42。hp壓縮機(jī)26、燃燒機(jī)30，及hp渦輪34形成發(fā)動機(jī)10的核心44，其產(chǎn)生燃燒氣體。核心44由核心外殼46包圍，其可于風(fēng)扇外殼40聯(lián)接。

圍繞發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)中心線12同軸放置的hp軸或線軸48驅(qū)動地連接hp渦輪34到hp壓縮機(jī)26。在大直徑環(huán)形hp線軸48內(nèi)的圍繞發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)中心線12同軸放置的lp軸或線軸50驅(qū)動地連接lp渦輪36到lp壓縮機(jī)24和風(fēng)扇20。經(jīng)安裝至并隨著線軸48、50兩者之一或兩者旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)10的部分也被引用單獨(dú)作為或統(tǒng)稱作為轉(zhuǎn)子51。

lp壓縮機(jī)24和hp壓縮機(jī)26分別包括多個壓縮機(jī)級52、54，其中一組壓縮機(jī)葉片56、58相對于相應(yīng)的一組靜態(tài)壓縮機(jī)葉片60、62旋轉(zhuǎn)，以壓縮或加壓穿過級的流體流。在單個的壓縮機(jī)級54中，多個壓縮機(jī)葉片58在環(huán)中提供并可以相對于發(fā)動機(jī)中心線12從葉片平臺徑向向外延伸到葉尖，同時相應(yīng)的壓縮機(jī)葉片62置于旋轉(zhuǎn)葉片56的下游并與其相鄰。應(yīng)注意，圖1中所示的所選的葉片(轉(zhuǎn)子)、葉片(靜子)和壓縮機(jī)級的數(shù)量僅用于說明目的，也可能為其他數(shù)量。壓縮機(jī)的級的葉片56、58可經(jīng)安裝到圓盤53上，其經(jīng)安裝到相應(yīng)的hp和lp線軸48、50之一上，其中各級均具有其各自的圓盤53。葉片60、62經(jīng)安裝到核心外殼46上，圍繞轉(zhuǎn)子51四周設(shè)置。

hp渦輪34和lp渦輪36分別包括多個渦輪級64、66，其中一組渦輪葉片68、70相對于相應(yīng)的一組靜態(tài)渦輪葉片72、74(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以從穿過級的流體流中提取能量。在單個的渦輪級64中，多個渦輪葉片68在環(huán)中提供并可以相對于發(fā)動機(jī)中心線12從葉片平臺徑向向外延伸到葉尖，同時相應(yīng)的靜態(tài)渦輪葉片72、74置于旋轉(zhuǎn)葉片68、70的上游并與其相鄰。應(yīng)注意，圖1中所示的所選的葉片(轉(zhuǎn)子)、葉片(靜子)和渦輪級的數(shù)量僅用于說明目的，也可能為其他數(shù)量。

在操作中，旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇20將環(huán)境空氣送入至lp壓縮機(jī)24，然后再將加壓環(huán)境空氣送入至hp壓縮機(jī)26，從而進(jìn)一步加壓環(huán)境空氣。hp壓縮機(jī)26中的壓縮空氣與燃燒機(jī)30中的燃料混合并燃燒，從而生成燃燒氣體。通過hp渦輪34從這些氣體中提取一些能量，進(jìn)而驅(qū)動hp壓縮機(jī)26。燃燒氣體排放到lp渦輪36中，提取其他能量，以驅(qū)動lp壓縮機(jī)24，且排出氣體最終通過排氣部分38從發(fā)動機(jī)10排出。從lp渦輪36提取的能量驅(qū)動lp線軸50旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇20和lp壓縮機(jī)24。

參考圖2，以hp壓縮機(jī)26說明的多級壓縮機(jī)包括壓縮機(jī)級76的前塊，其包括至少一個可變靜子葉片80，以及位于前塊下游的壓縮機(jī)級78的后塊，其包括靜止壓縮機(jī)葉片62。各可變靜子葉片80可經(jīng)調(diào)整既可增加也可減少通過壓縮機(jī)的氣流?？勺冹o子葉片80的調(diào)整通常包括旋轉(zhuǎn)葉片以根據(jù)調(diào)度改變?nèi)~片的交錯?？勺冹o子葉片80及其操作已為本領(lǐng)域所熟知?？勺冹o子葉片的合適調(diào)整的非限制性示例可在2006年1月17日提交給szucsetal的題為“控制可變靜子葉片的方法和裝置”的美國專利7,413,401，在2011年4月8日提交給minto的題為“使用獨(dú)立驅(qū)動的入口導(dǎo)流和/或靜子葉片控制壓縮系統(tǒng)”的美國專利8,909,454，在2011你那4月21日提交給millsetal的題為“獨(dú)立控制的燃?xì)鉁u輪機(jī)入口導(dǎo)流葉片和可變靜子葉片”的美國專利9,068,470，以及在2012年2月28日提交給adibhatlaetal題為“基于傳感器的性能尋優(yōu)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)控制”的美國專利8,490,404，在此以以引用的方式全部并入本文中。

級76的前塊包括入口82，級78的后塊包括出口84。排出空氣排出管86流體地連通在：位于葉片58下游之一的徑向向外或位于可變靜子葉片80之間。壓力傳感器88流體連通至入口82、出口84，以及排出空氣排出管86，用于輸出相應(yīng)的壓力信號。p2.5代表hp壓縮機(jī)26的入口的總氣壓。pbleed是表明hp壓縮機(jī)26的排出空氣排出管86上的流體氣壓的壓力信號。p3代表hp壓縮機(jī)26的出口84的總氣壓。這些氣壓信號p2.5、pbleed、p3和壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速90和入口溫度92在控制器94內(nèi)接收，以測定可變靜子葉片80所需的調(diào)整，進(jìn)而獲取hp壓縮機(jī)所需的性能。

控制器94可操作地聯(lián)接至前塊76，并經(jīng)配置調(diào)整可變靜子葉片80的位置，以響應(yīng)接收的輸入信號p2.5、pbleed、p3、轉(zhuǎn)速90和入口溫度92?？刂破魇褂棉D(zhuǎn)速90和入口溫度92數(shù)據(jù)計(jì)算校正的轉(zhuǎn)速96，如果在標(biāo)準(zhǔn)日中，入口溫度與海平面環(huán)境溫度對應(yīng)時，發(fā)動機(jī)在該速度96時將可操作。該速度96與靜子調(diào)度98中的校正速度參數(shù)相比較。靜子基帶信號100根據(jù)計(jì)算的校正速速和靜子調(diào)度98中相應(yīng)的速度參數(shù)進(jìn)行測定，并輸出到可變靜子葉片80，以進(jìn)行調(diào)整。

靜子調(diào)度98由相對于儲存作為不同操作場景(如地面慢車、空中慢車、起飛、巡航或爬行)的校正速度參數(shù)的可變靜子葉片80調(diào)整限定。

壓力信號p2.5、pbleed和p3在控制器內(nèi)被接收并用于計(jì)算壓力比102，其為出口壓力p3和入口壓力p2.5之間的第一壓差，以及檢測的排出壓力pbleed和入口壓力p2.5之間的第二壓差之間的函數(shù)，其中測定的壓力比102是高壓壓縮機(jī)的第二和第一壓差之間的比：

(pbleed-p2.5)/(p3-p2.5)

該測定的壓力比102與參考壓力比相比較，其可以是排出調(diào)度表104中一系列的值，其中計(jì)算了107靜子調(diào)節(jié)器信號106。靜子調(diào)節(jié)器信號106包括需要維持壓力比102與參考壓力比平衡的校正可變靜子葉片位置值?？刂破?4基于靜子機(jī)座和調(diào)節(jié)器100、106信號發(fā)送信號108到一些、全部或至少可變靜子葉片80之一，以調(diào)整校正的速度參數(shù)，同時并維持壓力比102在參考壓力比的界限內(nèi)。各校正的速度參數(shù)均具有相對應(yīng)的壓力比，同時也包括在排出調(diào)度表104中相應(yīng)的調(diào)節(jié)器，例如，輸出100％的校正速度將需要維持30％的壓力比，或者80％的校正速度將需要維持10％的壓力比。

排出調(diào)度表104可以基于壓縮機(jī)的老化合并校正。隨著發(fā)動機(jī)的老齡化，為維持排出管壓力平衡，需要將可變靜子葉片關(guān)閉?？勺冹o子葉片閉合的數(shù)量將由符合排出調(diào)度的控制系統(tǒng)反復(fù)測定。調(diào)整前級76中的可變靜子葉片以維持排出壓力比102與排出參考?xì)鈮罕绕胶獾陌l(fā)生是同時且連續(xù)的。可變靜子葉片修整的數(shù)量可能受其他因素的限制，包括氣動響應(yīng)、可操作性、溫度限制和轉(zhuǎn)速。

此外，可變靜子葉片之一可以為具有獨(dú)立控制的單獨(dú)驅(qū)動的入口導(dǎo)流葉片93。該入口導(dǎo)流葉片的位置可被用作其他控制參數(shù)，以幫助平衡排出壓力并平衡信號108提供的所需。此額外的控制參數(shù)和靜子調(diào)度98，以及排出調(diào)度表104位于控制器94的存儲器95中并儲存為數(shù)據(jù)文件。

一種控制多級壓縮機(jī)的方法200包括首先檢測202來自排出空氣排出管86的排出空氣的壓力。然后基于檢測的排出氣壓測定204橫跨壓縮機(jī)一部分的壓力比102，并比較206測定的壓力比102與參考壓力比。然后評估208測定的壓力比102何時與參考壓力比不平衡，并調(diào)整210前塊的可變靜子葉片80的位置，以推動測定的壓力比102與參考壓力比平衡。

該方法有助于解決優(yōu)化發(fā)動機(jī)(新發(fā)動機(jī)到完全惡化的狀況)整個使用壽命中hp壓縮機(jī)排出管氣壓的問題。在新發(fā)動機(jī)中，由于高效率(如hp壓縮機(jī)后塊級中的緊密間隙)，允許后塊級抽動更高的流動并減少前塊級中的壓力，因此生成所需的排氣管壓力可能是挑戰(zhàn)。這減少了供應(yīng)至排出管的氣壓數(shù)量。該方法將會測量低排出管壓力，識別不足，以及打開前塊可變靜子葉片，以在增加所需的壓力。在新發(fā)動機(jī)中，通常在最佳操作壓力比和激增的壓力比之間也有較大的界限。該方法通過打開可變靜子葉片利于多余的界限增加前塊裝載并增加排出管壓力。在老化的發(fā)動機(jī)中，操作具有足夠的界限可能是更大的挑戰(zhàn)。該方法允許可變靜子葉片在惡化的狀況下關(guān)閉，并保持在界限內(nèi)，同時也提供監(jiān)控排出管壓力的方法，以滿足次級流動系統(tǒng)要求。

本發(fā)明的一種技術(shù)優(yōu)勢在于提供維持hp壓縮機(jī)排出管壓力的反饋機(jī)制，同時也利用或改善hp壓縮機(jī)的可操作界限。由于測定的排管管壓力可能與hp壓縮機(jī)惡化程度有關(guān)，因此本發(fā)明也提供健康監(jiān)控hp壓縮機(jī)的方法。

應(yīng)理解，盡管圖示作為葉片在徑向向外位置中的排出管的收集，例如排出管可以位于任何合適的位置，但不限于內(nèi)部/輪轂區(qū)。

應(yīng)進(jìn)一步理解，本公開設(shè)計(jì)的應(yīng)用不限于具有風(fēng)扇和增壓器段的渦輪發(fā)動機(jī)，同時也適用于渦輪噴氣飛機(jī)和渦輪增壓發(fā)動機(jī)。

本說明書使用了各種實(shí)例來揭示本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)并實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求書界定，可能包括所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果此類其他示例與權(quán)利要求書的書面語言無不同，或者如果其具有與權(quán)利要求書的書面語言無實(shí)質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元素，則此類其他示例應(yīng)被確定為在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。