燃气涡轮发动机及其控制方法技术

本公开涉及燃气涡轮发动机及其控制方法，所述燃气涡轮发动机包括：风扇区段、中压缩机以及高压缩机。风扇区段联接到低涡轮并一起限定低轴。中压缩机联接到中涡轮并一起限定中轴。高压缩机联接到高涡轮并一起限定高轴。所述方法包括：将中轴速度到低轴速度特征曲线提供至控制器，将命令功率输出提供至所述控制器，将一个或多个环境条件提供至所述控制器，通过所述控制器确定命令燃料流速，通过所述控制器确定命令中压缩机负载，以及生成所述发动机的实际功率输出，其中，所述实际功率输出为以下的一个或多个：实际低轴速度、实际中轴速度、实际高轴速度和实际发动机压力比。

Gas Turbine Engine and Its Control Method

The present disclosure relates to a gas turbine engine and its control method, which comprises a fan section, a medium compressor and a high-pressure compressor. The fan section is connected to the low turbine and together defines the low axis. The middle compressor is connected to the middle turbine and together defines the middle shaft. The high compressor is connected to the high turbine and together defines the high axis. The method includes: providing the characteristic curve from the central axis speed to the low axis speed to the controller, providing the command power output to the controller, providing one or more environmental conditions to the controller, determining the command fuel flow rate through the controller, determining the compressor load in the command through the controller, and The actual power output of the engine is generated, in which the actual power output is one or more of the following: the actual low axle speed, the actual middle axle speed, the actual high axle speed and the actual engine pressure ratio.

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机及其控制方法
本专利技术主题大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地说，涉及一种操作三轴燃气涡轮发动机的方法。
技术介绍
常规的燃气涡轮发动机大致包括串流布置形式的风扇区段和核心发动机。在三轴(threespool)构型中，风扇区段机械联接到低压涡轮；中压压缩机联接到中压涡轮；高压压缩机联接到高压涡轮。每个低压、中压和高压轴气动联接，以致一个轴的运行总体影响另一个的运行。对于包括反转式涡轮机的三轴燃气涡轮发动机例如燃气涡轮发动机的交叉式涡轮区段，对转涡轮需要以特定的相对转速旋转，以便提高发动机的可操作性(换言之，在所有稳态和暂态条件下的性能和稳定性)、效率和响应。因此，需要控制和操作三轴燃气涡轮发动机的能提高发动机的可操作性、效率和响应的方法。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本专利技术的实践而得知。本公开涉及一种控制燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机包括：风扇区段，其联接到低涡轮并一起限定低轴；中压缩机，其联接到中涡轮并一起限定中轴；以及高压缩机，其联接到高涡轮并一起限定高轴。所述方法包括：将中轴速度到低轴速度特征曲线提供至控制器；将命令功率输出提供至所述控制器；将一个或多个环境条件提供至所述控制器；通过所述控制器确定命令燃料流速；通过所述控制器确定命令中压缩机负载；以及生成所述发动机的实际功率输出，其中，所述实际功率输出为以下的一个或多个：实际低轴速度、实际中轴速度、实际高轴速度和实际发动机压力比。在各个实施例中，所述方法还包括通过所述控制器确定命令高压缩机负载，其中，所述命令高压缩机负载至少基于可变导叶(VGV)位置。在一个实施例中，确定命令燃料流速、命令中压缩机负载和命令高压缩机负载包括确定所述命令功率输出和所述发动机的所述实际功率输出之间的差。在其他各个实施例中，所述方法还包括通过所述控制器由所述命令功率输出和一个或多个环境条件确定命令推力输出。在一个实施例中，所述方法还包括通过所述控制器由所述命令推力输出和实际推力输出的差确定命令燃料流速。在另一个实施例中，所述方法还包括通过所述控制器由所述命令中轴速度和所述实际中轴速度确定所述命令中压缩机负载。在又一实施例中，所述方法还包括至少基于所述实际推力输出，通过所述中轴速度到低轴速度特征曲线，确定命令中轴速度。在再一实施例中，所述方法还包括将实际推力输出和实际中轴速度提供至所述控制器；以及至少基于所述实际推力输出、所述实际中轴速度、所述命令功率输出和一个或多个环境条件，通过所述控制器确定所述命令推力输出和所述命令中轴速度。在一个实施例中，所述方法还包括通过可变导叶(VGV)调度至少基于所述实际高轴速度，确定所述高压缩机负载。在各个实施例中，确定所述命令燃料流速和所述命令中压缩机负载包括由推力输出误差和中轴速度误差确定所述命令燃料流速和所述命令中压缩机负载，其中，所述推力输出误差由所述命令推力输出和所述实际推力输出之间的差限定，并且其中，所述中轴速度误差由命令中轴速度和所述实际中轴速度之间的差限定。在一个实施例中，所述方法还包括通过所述控制器提供命令高轴速度；以及通过所述控制器至少基于所述命令高轴速度和实际高轴速度之间的差确定命令高压缩机负载。在一个实施例中，所述方法还包括至少基于所述命令燃料流速、所述命令中压缩机负载和所述命令高压缩机负载，调节所述实际功率输出；以及将所述发动机的实际功率输出提供至所述控制器。在各个实施例中，所述环境条件包括以下的一个或多个：海拔、进入所述发动机的空气流速、所述发动机外部的空气的环境温度以及在所述发动机入口处的空气的温度。在再一些实施例中，所述中压缩机负载包括以下的一个或多个：中压缩机排放阀位置和所述中压缩机的可变定子轮叶(VSV)位置。在再一些其它实施例中，所述命令功率输出基于命令低轴速度和命令发动机压力比中的一个或多个，并且其中，所述实际功率输出基于实际低轴速度和实际发动机压力比中的一个或多个。在另一些其它实施例中，所述命令功率输出至少基于油门杆(throttlelever)位置。本公开还涉及一种燃气涡轮发动机，其包括：低轴速度传感器；中轴速度传感器；高轴速度传感器；可变定子轮叶位置传感器，其测量中压缩机的一个或多个可变定子轮叶(VSV)的位置；排放阀位置传感器，其测量中压缩机的排放阀位置；可变导叶传感器，其测量高压缩机的可变导叶(VGV)的位置；以及控制器，所述控制器配置成执行指令。所述指令包括：接收所述发动机的命令功率输出和一个或多个环境条件；确定命令功率输出和实际功率输出之间的差；确定命令中轴速度和实际中轴速度之间的差；通过VSV位置和排放阀位置中的一个或多个，确定命令燃料流速和中压缩机负载；以及监测所述发动机的实际功率输出，其中，监测所述实际功率输出包括接收低轴速度、中轴速度、高轴速度和发动机压力比中的一个或多个。在一个实施例中，所述控制器配置成执行指令，所述指令还包括：至少基于所述实际中轴速度和所述实际推力输出，通过中轴速度到低轴速度特征曲线确定命令中轴速度。在一个实施例中，所述控制器配置成执行指令，所述指令还包括：通过VGV调度确定命令高压缩机负载，其中，所述高压缩机负载包括VGV位置。在另一个实施例中，所述控制器配置成执行指令，所述指令还包括：接收实际高轴速度；以及至少基于实际高轴速度确定命令高轴速度。具体地，本申请技术方案1涉及一种控制燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机包括：风扇区段，所述风扇区段联接到低涡轮并一起限定低轴；中压缩机，所述中压缩机联接到中涡轮并一起限定中轴；以及高压缩机，所述高压缩机联接到高涡轮并一起限定高轴，所述方法包括：将中轴速度到低轴速度特征曲线提供至控制器；将命令功率输出提供至所述控制器；将一个或多个环境条件提供至所述控制器；通过所述控制器确定命令燃料流速；通过所述控制器确定命令中压缩机负载；以及生成所述发动机的实际功率输出，其中，所述实际功率输出为以下的一个或多个：实际低轴速度、实际中轴速度、实际高轴速度和实际发动机压力比。本申请技术方案2根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器确定命令高压缩机负载，其中，所述命令高压缩机负载至少基于可变导叶(VGV)位置。本申请技术方案3根据技术方案2所述的方法，其中，确定命令燃料流速、命令中压缩机负载和命令高压缩机负载包括确定所述命令功率输出和所述发动机的所述实际功率输出之间的差。本申请技术方案4根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令功率输出和所述一个或多个环境条件确定命令推力输出。本申请技术方案5根据技术方案4所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令推力输出和实际推力输出的差确定命令燃料流速。本申请技术方案6根据技术方案5所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令中轴速度和所述实际中轴速度确定所述命令中压缩机负载。本申请技术方案7根据技术方案6所述的方法，所述方法还包括：至少基于所述实际推力输出，通过所述中轴速度到低轴速度特征曲线，确定命令中轴速度。本申请技术方案8根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括：至少基于所述实际高轴速度，通过可变导叶(VGV)调度，确定所述高压缩机负载。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机包括：风扇区段，所述风扇区段联接到低涡轮并一起限定低轴；中压缩机，所述中压缩机联接到中涡轮并一起限定中轴；以及高压缩机，所述高压缩机联接到高涡轮并一起限定高轴，所述方法包括：将中轴速度到低轴速度特征曲线提供至控制器；将命令功率输出提供至所述控制器；将一个或多个环境条件提供至所述控制器；通过所述控制器确定命令燃料流速；通过所述控制器确定命令中压缩机负载；以及生成所述发动机的实际功率输出，其中，所述实际功率输出为以下的一个或多个：实际低轴速度、实际中轴速度、实际高轴速度和实际发动机压力比。

【技术特征摘要】
2017.05.12 US 15/5937481.一种控制燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机包括：风扇区段，所述风扇区段联接到低涡轮并一起限定低轴；中压缩机，所述中压缩机联接到中涡轮并一起限定中轴；以及高压缩机，所述高压缩机联接到高涡轮并一起限定高轴，所述方法包括：将中轴速度到低轴速度特征曲线提供至控制器；将命令功率输出提供至所述控制器；将一个或多个环境条件提供至所述控制器；通过所述控制器确定命令燃料流速；通过所述控制器确定命令中压缩机负载；以及生成所述发动机的实际功率输出，其中，所述实际功率输出为以下的一个或多个：实际低轴速度、实际中轴速度、实际高轴速度和实际发动机压力比。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器确定命令高压缩机负载，其中，所述命令高压缩机负载至少基于可变导叶(VGV)位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定命令燃料流速、命令中压缩机负载和命令高压缩机负载包括确定所述命令功率输出和所述发动机的所述实际功率输出之间的差。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令功率输出和所述一个或多个环境条件确定命令推力输出。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令推力输出和实际推力输出的差确定命令燃料流速。6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：通过所述控制器从所述命令中轴速度和所述实际中轴速度确定所述命令中压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：TO莫尼斯，AR斯图尔特，JW西穆内克，JD克莱门茨，BW米勒，S阿迪巴特拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US