气体涡轮引擎和操作方法技术

本公开提供了一种气体涡轮引擎(10)和操作方法。该气体涡轮引擎(10)包括加热装置，该加热装置被配置为加热引擎(10)的转子盘(32,72)。一种操作加热装置的方法包括检测引擎加速或减速事件，或者确定引擎加速或减速事件即将出现或可能即将出现。在检测到引擎加速或减速事件时，或者在引擎加速或减速事件之前，增加涡轮转子盘热输入以升高涡轮转子盘的温度或降低转子盘的冷却速率。

【技术实现步骤摘要】
气体涡轮引擎和操作方法
本公开涉及操作气体涡轮引擎的方法、用于控制气体涡轮引擎的控制系统以及采用所述控制系统的气体涡轮引擎。
技术介绍
需要飞行器气体涡轮引擎在各种条件下可靠且有效地长时间(两次大修之间大约数千小时)操作。例如，需要飞行器引擎提供高功率用于起飞，然后该高功率必须被节流回低功率用于爬升和巡航。在操作期间，引擎经受变化的大气条件，从海平面处的高温、相对高压的空气变为高处的低温、低压空气。条件和推力水平的这种连续变化会导致引擎磨损。通常，飞行器气体涡轮引擎的寿命的限制因素是涡轮盘和其他旋转部件的裂纹扩展。在操作期间，可形成裂纹。一旦产生裂纹，必须对引擎进行大修。在大多数情况下，在裂纹形成之前对引擎进行大修，这通常限定了引擎大修之间的最长时间。因此，本公开的目的(其中之一)是提供一种操作方法、控制系统和引擎，所述操作方法、控制系统和引擎试图减少引擎部件中裂纹的形成和扩展，从而延长引擎寿命。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种操作气体涡轮引擎的方法，该方法包括：检测引擎加速或减速事件，或者确定引擎加速或减速事件即将出现或可能即将出现；并且在检测到引擎加速或减速事件时，或者在引擎加速或减速事件之前，增加涡轮转子盘热输入以升高涡轮转子盘的温度或降低涡轮转子盘的冷却速率。已经发现，在引擎加速或减速事件的情况下，涡轮盘的温度快速升高。这种加热通常是不均匀的，其中盘的一些部分的温度增加比其他部分更快速。因此，在此类情况下存在温度梯度。应当理解，鉴于热膨胀，此类温度梯度将产生对盘的应力。通过在引擎加速或减速事件之前或期间通过向盘提供热输入来升高盘的温度，可以在更长的时间段内发生温度升高。因此，温度梯度(以及因此应力)减小，因为存在足够的时间使温度均匀分布。因此，所公开的系统减小了涡轮盘应力，因此延长了盘寿命，继而可延长引擎的寿命。检测引擎加速或减速事件的步骤可包括检测引擎推力需求设置变化或者自动驾驶仪或自动油门输入。确定引擎加速或减速事件即将出现的步骤可包括确定飞行器的即将发生的飞行阶段。当预计飞行器开始爬升飞行阶段和下降飞行阶段中的一者或多者时，引擎加速可被确定为即将出现。确定引擎加速事件即将出现的步骤可包括从自动驾驶仪控制器、自动油门控制器和空中交通管制系统中的一者或多者接收数据。该方法可包括保持盘的增加加热直到引擎加速或减速事件开始，或者可包括在引擎加速或减速期间继续增加加热。该方法可包括当盘达到预定温度时停止盘的增加加热。增加盘热输入的步骤可包括激活电加热装置，该电加热装置被配置为增加盘温度。电加热装置可包括电阻加热装置和感应加热装置中的一者或多者。例如，电加热装置可包括设置在冷却气流中的电阻加热装置和感应加热装置中的一者，该电阻加热装置和感应加热装置被配置为升高递送到涡轮盘的冷却气流的温度。另选地或除此之外，电加热装置可包括感应加热器，该感应加热器被配置为在涡轮盘中直接感应出感应加热。该方法可包括增加到盘的边缘和盘的孔口中的一者或多者的热输入。有利的是，已经发现，增加到一个或多个盘的边缘的热输入导致峰值压缩应力减小。已经发现，增加到孔口的热输入可以减小孔口到边缘的温度梯度，从而减小盘的隔膜中的应力。根据引擎设计的细节，这些细节中的一者或两者可以是引擎寿命的限制因素。根据第二方面，提供了一种气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括电加热装置，该电加热装置被配置为增加涡轮转子盘的温度。根据第三方面，提供了一种根据第二方面的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括控制器，该控制器被配置为根据第一方面的方法来控制该气体涡轮引擎。根据第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质包括计算机可读指令，该计算机可读指令在由计算机读取时引起第一方面的方法的执行。本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。附图说明现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；图2是图1的气体涡轮引擎的涡轮的示意图；图3是图1的气体涡轮引擎的压缩机的示意图；图4是图1的气体涡轮引擎的冷却系统的一部分的截面侧视图；图5是用于图1的气体涡轮的第一另选涡轮盘加热装置的截面侧视图；图6是用于图5的盘加热系统的控制系统的示意图；图7是示出典型生命周期中的引擎操作连同典型的盘负载以及冷却系统的示例性操作的曲线图；图8是操作图1的气体涡轮引擎的第一方法的流程图；图9是操作图1的气体涡轮引擎的第二方法的流程图；并且图10是用于图1的气体涡轮的第一另选涡轮盘加热装置的截面侧视图。具体实施方式图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流A和B。气体涡轮引擎10包括核心引擎11，该核心引擎沿轴流A具有中压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、中压涡轮18、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并且沿轴流B限定旁路导管22和旁路排气喷嘴18。风扇23经由轴26附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。类似地，中压压缩机14经由轴27附接到中压涡轮18并由该中压涡轮驱动，并且高压压缩机15经由轴28附接到高压涡轮17并由该高压涡轮驱动。附加地或另选地，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮以及/或者另选数量的互连轴。高压涡轮17在图2中更详细地示意性示出。高压涡轮17包括多个级30a、30b。每个级包括相应的涡轮盘32，每个涡轮盘安装有多个涡轮转子叶片34。每个级还包括设置在每个级的涡轮转子叶片34之间的多个定子轮叶36。盘32各自包括大致环形形式，该大致环形形式包括在径向中心处具有通孔的盘。盘32可以假想地被分成径向内部区段38(称为“孔口”)、径向外部区段39(称为“边缘”)以及在它们之间延伸的腹板区段35(称为“隔膜”)。一般来讲，涡轮盘的这些区段中的每一个区段通常在使用中需要冷却到不同程度。高压压缩机15在图3中更详细地示意性示出。高压压缩机15也包括多个级70a、70b。每个级包括相应的压缩机盘72，每个压缩机盘安装有多个压缩机转子叶片74。每个级还包括设置在每个级70a、70b的压缩机转子叶片74之间的多个定子轮叶76。盘72类似于涡轮盘，并且各自包括大致环形形式，该大致环形形式包括在径向中心处具有通孔的盘。盘72可以假想地被分成径向内部区段78(称为“孔口”)、径向外部区段79(称为“边缘”)以及在它们之间延伸的腹板区段75(称为“隔膜”)。通常，压缩机不包括冷却系统，但由于空气压缩，在使用中仍会经受加热。因此，随着引擎加速和减速，压缩机盘72的温度在飞行期间变化。...

【技术保护点】
1.一种操作气体涡轮引擎的方法，包括：/n检测引擎加速或减速事件，或者确定引擎加速或减速事件即将出现或可能即将出现；并且在检测到引擎加速或减速事件时，或者在所述引擎加速或减速事件之前，减少冷却或增加涡轮转子盘热输入以升高所述转子盘的温度或降低所述转子盘的冷却速率。/n

【技术特征摘要】
20191218 GB 1918695.61.一种操作气体涡轮引擎的方法，包括：
检测引擎加速或减速事件，或者确定引擎加速或减速事件即将出现或可能即将出现；并且在检测到引擎加速或减速事件时，或者在所述引擎加速或减速事件之前，减少冷却或增加涡轮转子盘热输入以升高所述转子盘的温度或降低所述转子盘的冷却速率。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测引擎加速或减速事件的步骤包括检测引擎推力需求设置变化或者自动驾驶仪或自动油门输入。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定引擎加速或减速事件即将出现的步骤包括确定飞行器的即将发生的飞行阶段。


4.根据权利要求3所述的方法，其中当预计所述飞行器开始爬升飞行阶段和下降飞行阶段中的一者或多者时，引擎加速被确定为即将出现。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定引擎加速事件即将出现的步骤包括从自动驾驶仪控制器、自动油门控制器和空中交通管制系统中的一者或多者接收数据。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括保持所述盘的增加加热直到所述引擎加速或减速事件开始，或者能够包括在引擎加速或减速期间继续所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·S·克里斯蒂娜丝，罗里·D·施蒂格尔，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB