用于燃气涡轮发动机喘振控制的方法和布置技术

本发明专利技术涉及用于燃气涡轮发动机喘振控制的方法和布置。具体而言，本发明专利技术涉及用于燃气涡轮发动机(10)的喘振控制方法。该方法包括提供燃气涡轮发动机(10)，其具有：压缩机(20)；燃烧器(30)，其位于压缩机(20)下游，带有热气通路；涡轮(40)，其位于燃烧器(30)的下游，带有热气通路。该方法还包括：对于潜在的喘振情形，监测燃气涡轮发动机(10)；基于监测控制来自压缩机(20)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(30)的至少一部分。

Method and arrangement for surge control of gas turbine engines

The invention relates to a method and arrangement for a surge control of a gas turbine engine. In particular, the present invention relates to a surge control method for a gas turbine engine (10). The method includes providing a gas turbine engine (10), which has a compressor (20); (30), the burner in the compressor (20) downstream, with the hot air channel; (40), which is located in the turbine burner (30) downstream, with hot air passage. The method also includes the potential for surge situation, monitoring of gas turbine engine (10); monitoring and control from the compressor (20) based on the purge flow, to avoid the surge control objective situation; and will purge flow leading to a hot air passage in at least one, in order to bypass the burner (30). At least a portion.

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮发动机喘振控制的方法和布置
本专利技术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。
技术介绍
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 Al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N0.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。
技术实现思路
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。本专利技术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。此夕卜，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。本专利技术的又一目的在于，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，本专利技术的其它方面和优点将显而易见，附图以示例的方式示出本专利技术的示例性实施例。【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: 图1是燃气涡轮发动机布置的示意图，本专利技术的示例性方法可应用于该燃气涡轮发动机布置；以及 图2是图1的燃气涡轮发动机的示意图，另外示出了两个燃烧器、两个涡轮布置以及可选的双吹除流。附图标记: 10燃气涡轮发动机 20压缩机 30、30a-b 燃烧器 40、40a-b 涡轮 50、50a-b 吹除管线 52、52a-d 控制阀。【具体实施方式】现在参照附图描述本专利技术的示例性实施例，其中，相同标号在全文中用来指代相同元件。在以下描述中，为了说明的目的，陈述了许多具体细节以提供本公开的透彻理解。然而，本公开可在没有这些具体细节的情形下实施，并且不限于文中公开的示例性实施例和方法。图1示出了一般的燃气涡轮发动机10布置，示例性方法可应用于该布置。燃气涡轮发动机10包括压缩机20以用于压缩燃烧空气。燃烧器30流体地连接至压缩机20的下游，来自压缩机20的空气在其中与未示出的燃料混合。来自燃烧器30的热燃烧气体然后膨胀通过涡轮40。由于燃烧器30中达到的高温，已知的这种配置的燃气涡轮发动机10包括冷却系统以用于在燃烧气体流通路(在本说明书中称为热气通路)中的构件。这些冷却系统通常包括喷射冷却空气，其首先穿过内部冷却通道，穿过许多冷却孔到热气通路中，其在那里与燃烧气体混合。在本说明书中，对冷却系统的参考具体指包括喷射冷却介质穿过暴露于热气通路的构件到热气通路中的特征的系统，其中暴露是指与流过热气通路的气体处于直接热接触的情形。图1还示出吹除管线50，从该吹除管线50提取至少部分压缩的气体(即，在范围从中间级到最后级后的任何地方的第一压缩级之后得到的气体)并引导到未示出的冷却系统中，以便绕过燃烧器30的至少一部分。在此情境下，绕过意味着使大部分工作流体占据的流通路的一部分在其从压缩机20流动通过燃烧器30和涡轮40时环流。作为冷却系统配置的结果，旁通气体经由冷却系统进入发动机10的燃气涡轮40的热气通路并与燃烧气体混合。位于吹除管线50中的控制阀52可用来通过吹除管线50以从无流动至完全流动的任何速率增量地调节吹除流，速率仅由管线的配置以及压缩机20和冷却系统操作压力的相对压力差限制。可适用于图1的发动机10的燃气涡轮40的示例性喘振控制方法包括对于潜在喘振情形监测燃气涡轮发动机10。在此情境下，监测包括对燃气涡轮发动机10的压缩机20的潜在喘振风险的任何已知的直接和/或间接确定。因此，监测包括监测物理条件，例如流率和成分、压力(包括压缩比)和温度，以及应用算法(如本领域中已知的通过经验或通过实验开发的)来确认潜在的喘振。监测还包括对通过燃气涡轮发动机10的操作者/设计者的经验已知的潜在地导致喘振事件的操作情形的简单识别。这样的操作包括但不限于非稳态操作，例如启动、停机或重大负载/速率变化。基于所监测的喘振情形，一种示例性喘振方法还包括控制从压缩机20到涡轮冷却系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机喘振控制方法，所述方法包括下列步骤：提供燃气涡轮发动机(10)，其具有：???????压缩机(20)；和???????燃烧器(30)，其位于所述压缩机(20)的下游，带有热气通路；???????涡轮(40)，其位于所述燃烧器(30)的下游，带有热气通路；对于潜在的喘振情形，监测所述燃气涡轮发动机(10)；基于所述监测，控制来自所述压缩机(20)的吹除流，以用于避免所述喘振情形的控制目的；以及将所述吹除流引导到所述热气通路中的至少一个，以便绕过所述燃烧器(30)的至少一部分。

【技术特征摘要】
2012.07.13 EP 12176464.11.一种燃气涡轮发动机喘振控制方法，所述方法包括下列步骤: 提供燃气涡轮发动机(10)，其具有: 压缩机(20);和 燃烧器(30)，其位于所述压缩机(20)的下游，带有热气通路； 涡轮(40)，其位于所述燃烧器(30)的下游，带有热气通路； 对于潜在的喘振情形，监测所述燃气涡轮发动机(10)； 基于所述监测，控制来自所述压缩机(20)的吹除流，以用于避免所述喘振情形的控制目的；以及 将所述吹除流引导到所述热气通路中的至少一个，以便绕过所述燃烧器(30)的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吹除流通过所提供的调节控制阀(52)在完全流动和无流动的极端之间受控制。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制是闭环控制，并且所述监测被用作用于控制器的反馈。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述控制在所述燃气涡轮发动机(10)的启动期间执行。5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述控制步骤在停止所述燃气涡轮发动机(10)时执行。6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述控制步骤在所述燃气涡轮发动机(10)的负载变化期间执行。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括向所述涡轮(40)提供冷却系统的步骤，以用于冷却暴露于所述热气通路的涡轮构件，其中所述吹除流被引导到所述冷却系统中。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 向所述燃气涡轮发动机(10)提供: 第一燃烧器(30a)，其流体地位于所述压缩机(20)的下游；和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：AF斯图德鲁斯，UR斯泰格，R贾科拜，R维奇里，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：