[发明专利]用于燃气涡轮发动机喘振控制的方法和布置

说明书

技术领域

本发明涉及用于压缩机喘振(surge)控制的方法和布置，且特定而言涉及燃气涡轮发动机的喘振控制。

背景技术

燃气涡轮发动机，无论它们设计为飞行器发动机或用于工业用途以用于动力产生，通常包括压缩机、燃烧器和涡轮。一种布置的示例在DE 2702440 A1中描述。所描述的燃气涡轮发动机包括第一和第二顺序的燃烧器和位于燃烧器之间的高压涡轮、以及在第二燃烧器后的低压涡轮。由于在燃烧器构件中达到的燃烧温度，在热气通路中通常包括冷却系统。这些冷却系统的特性是，冷却介质通常被至少部分地喷射到热气通路中，从而与燃烧气体混合。

为了高效的操作，常常需要使燃气涡轮在压缩机喘振点附近操作。结果，在诸如负载变化的非稳态瞬态操作期间，尤其是在启动和停机操作期间，存在增加的喘振风险。用于测量压缩机喘振发作情形的方法在本领域中是公知的。这些测量通常用于采取纠正措施以防止喘振发作。

喘振控制的示例在美国专利申请No. US 4,756,152 A中论述。所论述的方法涉及在非稳态操作期间调节自压缩机的抽气(bleed)以防止喘振。然而，通常，该抽气代表系统的能量损失，并因此促成燃气涡轮发动机的整体效率损失。

发明内容

公开了用于燃气涡轮的喘振控制方法，其使得燃气涡轮能够以提高的效率操作，同时积极地防止压缩机喘振。

本发明试图通过独立权利要求的主题解决这个问题。在从属权利要求中给出有利的实施例。

本公开基于以下一般思想：基于监测的喘振情形，将吹除(blow-off)空气从压缩机可控地引导到燃气涡轮发动机的冷却系统。

一方面提供了一种燃气涡轮喘振控制方法。该方法包括提供燃气涡轮发动机，其具有：压缩机；燃烧器，其位于压缩机下游并具有热气通路；以及涡轮，其位于燃烧器的下游，也具有热气通路。燃烧器的热气通路是流通路的部段，其中热燃烧气体在燃烧器内从火焰或化学放热反应到燃烧器出口流动。涡轮的热气通路是用于从涡轮入口到涡轮出口的热气体的流通路，涡轮入口连接至燃烧器出口。该方法还包括：对于潜在的喘振情形，监测燃气涡轮发动机；基于监测，控制来自压缩机的吹除流，以用于避免喘振情形的控制目的；以及，将吹除流引导到热气通路中的至少一个，以便绕过燃烧器的至少一部分。

在该方法的又一方面，吹除流通过调节控制阀在完全流动和无流动的极端之间受控制。

在又一方面，控制是闭环控制，并且监测被用作用于闭环控制的反馈。

在又一方面，控制步骤在燃气涡轮发动机的启动期间执行。

在备选方面，控制步骤在停止燃气涡轮发动机时执行。

在另一备选方面，控制步骤在燃气涡轮发动机的负载变化期间执行。

又一方面包括向涡轮提供冷却系统的步骤，以用于冷却暴露于热气通路的涡轮构件，其中，吹除流被引导到冷却系统中。

在另一方面，该方法还包括向燃气涡轮发动机提供：第一燃烧器，其流体地位于压缩机的下游；以及第二燃烧器，其流体地位于第一燃烧器下游并具有热气通路。对于这个提供的燃气涡轮发动机，控制步骤包括：当第一燃烧器在线(online)且第二燃烧器离线(offline)时，将吹除流的至少一部分引导到热气通路中。

在一方面，该方法还包括下列步骤：在涡轮的下游端向涡轮提供扩散器；基于监测，控制来自压缩机的又一吹除流，以用于避免喘振情形的控制目的；以及将该又一吹除流引导至扩散器。

另一方面提供了一种燃气涡轮发动机，其包括：压缩机；第一燃烧器，其流体地位于压缩机的下游；第一涡轮，其流体地位于第一燃烧器的下游；第二燃烧器，其流体地位于第一燃烧器的下游并具有热气通路；以及第二涡轮，其流体地位于第二燃烧器的下游。此外，燃气涡轮发动机包括吹除管线。吹除管线具有与压缩机流体连通的第一端和与第二燃烧器流体连通的第二端，其中，吹除管线定位且配置成允许从压缩机到热气通路中的旁通吹除流。

又一方面包括位于吹除管线中的控制阀，以用于调节通过吹除管线的气流。

在又一方面，第二燃烧器具有冷却系统，并且吹除管线配置和布置成绕过该冷却系统，以便允许吹除流独立于冷却系统到热气通路中的喷射。

本发明的又一目的在于，克服或至少改善现有技术的缺点和不足，或者提供有用的备选方案。

根据下文结合附图对优选实施例的描述，本发明的其它方面和优点将显而易见，附图以示例的方式示出本发明的示例性实施例。

附图说明

通过示例的方式，下文参照附图更完整地描述本公开的实施例，其中：