多軸發(fā)動(dòng)機(jī)中通過(guò)使用再熱燃燒器的渦輪容量控制的制作方法
【專利說(shuō)明】多軸發(fā)動(dòng)機(jī)中通過(guò)使用再熱燃燒器的滿輪容量控制
[0001] 巧關(guān)申請(qǐng)的香叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/773, 100和 61/773, 103的優(yōu)先權(quán)，運(yùn)些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容被合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 公開(kāi)了一種改進(jìn)的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更特別地是，控制具有再熱燃燒器并調(diào) 度再熱燃燒器中的燃料流量的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核屯、參數(shù)的方法和設(shè)備。核屯、參數(shù)可W指 示出燃?xì)鉂M輪基體中存在的任何物理量，諸如壓氣機(jī)壓力比、壓氣機(jī)流量、發(fā)動(dòng)機(jī)入口流量 和發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比等。
【背景技術(shù)】
[0004] 在包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電廠和管道壓縮任務(wù)應(yīng)用在內(nèi)的很多應(yīng)用中使用多軸燃?xì)?滿輪。當(dāng)運(yùn)些燃?xì)鉂M輪在超過(guò)它們的設(shè)計(jì)功率的范圍操作時(shí)，壓氣機(jī)在超過(guò)它們的預(yù)期操 作條件的范圍下操作，并且處理泄放閥化andlingbleedvalve)被用來(lái)使壓氣機(jī)操作點(diǎn)恢 復(fù)至合理值。然而，運(yùn)些處理泄放閥會(huì)使循環(huán)效率有所降低。
[0005] 因此期望提供可W在不用降低循環(huán)效率的情況下使壓氣機(jī)操作點(diǎn)恢復(fù)至預(yù)定合 理值的多軸燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 雖然權(quán)利要求不限于具體圖示，但各種方面的理解通過(guò)其各種示例的討論而最好 地獲得?，F(xiàn)在參見(jiàn)附圖，詳細(xì)地示出了示例性圖示。盡管附圖代表圖示，但附圖并不一定按 比例繪制并且某些特征可能被夸大W更好地圖示出并說(shuō)明示例的創(chuàng)新方面。此外，運(yùn)里所 描述的示例性圖示不意在窮舉性的或W其他方式限制或約束為附圖中示出和在W下詳細(xì) 描述中公開(kāi)的確切形式和配置。通過(guò)參照如下的附圖詳細(xì)地描述了示例性圖示：
[0007] 圖1圖示出具有氣體發(fā)生器、動(dòng)力滿輪和集成在氣體發(fā)生器與動(dòng)力滿輪之間的再 熱燃燒器的示例性氣體滿輪發(fā)動(dòng)機(jī)的分解立體圖；
[0008] 圖2圖示出圖1的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0009] 圖3圖示出具有氣體發(fā)生器、動(dòng)力滿輪、低壓力漉支承保持件模塊、集成在氣體發(fā) 生器與動(dòng)力滿輪之間的再熱燃燒器和被連接至動(dòng)力滿輪的低壓力滿輪的低壓力壓氣機(jī)的 另一示例性燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的分解立體圖；
[0010] 圖4圖示出具有布置在IP滿輪與動(dòng)力滿輪之間的再熱燃燒器并進(jìn)一步具有被連 接至負(fù)載與LP壓氣機(jī)兩者的動(dòng)力滿輪的圖3的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的又另一示例的示意圖；
[0011] 圖5圖示出包括布置在HP滿輪與IP滿輪之間的再熱燃燒器的再一示例性燃?xì)鉂M 輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0012] 圖6圖示出用于圖5的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性控制方法；
[0013] 圖7圖示出與使用圖6的控制方法來(lái)調(diào)度用于圖5的再熱燃燒器的燃料有關(guān)的示 例性中間壓力壓氣機(jī)工作線；
[0014] 圖8圖示出通過(guò)使用圖6的控制方法來(lái)調(diào)度用于圖5的再熱燃燒器的燃料而產(chǎn)生 的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；
[0015]圖9圖示出用于圖5的燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作再熱燃燒器并調(diào)度用于再熱燃燒器 的燃料的示例性方法的流程圖；和
[0016] 圖10圖示出包括布置在HP滿輪與IP滿輪之間的再熱燃燒器的再一示例性燃?xì)?滿輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 現(xiàn)在參見(jiàn)下面的討論并且還參見(jiàn)附圖，詳細(xì)地示出了說(shuō)明性途徑。盡管附圖代表 一些可能的途徑，但附圖并不一定按比例繪制并且某些特征可能被夸大、去除或部分截面 W更好地圖示出并說(shuō)明本公開(kāi)。此外，運(yùn)里闡述的描述并不意在窮舉性的或W其他方式將 權(quán)利要求限制或約束為附圖中示出和在W下詳細(xì)描述中公開(kāi)的確切形式和配置。
[0018] 燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例可W包括第一壓氣機(jī)和通過(guò)第一軸被連接至第一壓 氣機(jī)的第一滿輪。發(fā)動(dòng)機(jī)可W包括布置在第一滿輪的下游的再熱燃燒器和布置在再熱燃 燒器的下游的第二滿輪。發(fā)動(dòng)機(jī)可W進(jìn)一步包括通過(guò)第二軸被連接至第二滿輪且布置在 第一壓氣機(jī)的上游的第二壓氣機(jī)。第一、第二滿輪可W相互斷開(kāi)連接，并且第一、第二壓氣 機(jī)可W相互斷開(kāi)連接。第二壓氣機(jī)可W具有包括到第一壓氣機(jī)的流量的出口，使得第一、 第二滿輪提供軸工作拆分（shaftworksplit)。再熱燃燒器可W被配置成接收燃料并產(chǎn) 生再熱出口溫度，W便基于第二壓氣機(jī)的多個(gè)參數(shù)來(lái)控制第二滿輪的表觀容量（a卵a(bǔ)rent capacity)。在運(yùn)方面，該示例性實(shí)施例可W包括相互斷開(kāi)連接的兩個(gè)滿輪和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的壓 氣機(jī)，W便控制相對(duì)于彼此被順次定位的兩個(gè)壓氣機(jī)之間的工作拆分并因此控制可W包括 壓氣機(jī)壓力比和發(fā)動(dòng)機(jī)入口流量的核屯、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。
[0019] 參見(jiàn)圖10, 一個(gè)示例性燃?xì)鉂M輪發(fā)動(dòng)機(jī)1000可W包括高壓力軸組件1022 ("HP軸 組件"）和中間壓力軸組件1〇16( "IP軸組件")。IP軸組件1016可W包括IP滿輪1002和 IP壓氣機(jī)1018,它們通過(guò)中間壓力軸1041 ( "IP軸"）相互連接。此外，HP軸組件1022可 W包括HP滿輪1024和HP壓氣機(jī)1026,它們通過(guò)高壓力軸1040 ( "HP軸"）相互連接。發(fā) 動(dòng)機(jī)1000可W進(jìn)一步包括通過(guò)低壓力軸1〇42( "LP軸"）被連接至負(fù)載1030的較低壓力 滿輪1034( "LP滿輪")。負(fù)載3030的示例可W包括發(fā)電機(jī)、推進(jìn)風(fēng)扇、管道壓縮機(jī)、累或螺 旋獎(jiǎng)。
[0020] HP軸1040、IP軸1041和LP軸1042未相互連接而是相互流體聯(lián)接。特別地，IP 壓氣機(jī)出口流量是HP壓氣機(jī)入口流量。HP滿輪出口流量是IP滿輪入口流量，并且IP滿輪 出口流量是LP滿輪入口流量。在該實(shí)施例中，再熱燃燒器1004置于HP滿輪1024與IP滿 輪1002之間，W便主動(dòng)控制兩個(gè)壓氣機(jī)1018、1026之間的總壓縮工作的工作拆分。
[0021] 布置在再熱燃燒器1004的下游的IP滿輪1002 ("下游滿輪"）的表觀容量Qi(修 正流量）可W通過(guò)調(diào)度到再熱燃燒器1004的燃料來(lái)控制。IP滿輪1002的下游滿輪入口真 實(shí)容量〇2 (修正流量）可W通過(guò)用于給定滿輪的W下等式1來(lái)表達(dá)，并且IP滿輪1002的 下游滿輪入口真實(shí)容量Q2(修正流量）當(dāng)滿輪被充滿（chock)時(shí)橫跨滿輪操作期間是相當(dāng) 平穩(wěn)的且廢氣組分基本沒(méi)變化。
[002引（等式 1)Q,二W2/T2/P2
[0023] 重新整理等式1 :
[0024] (等式。言2 =QaP2 //寸2
[00幼 HP滿輪1024的表觀容量Qi(修正流量）或出口真實(shí)容量（修正流量）可W通過(guò) W下等式3來(lái)表達(dá)。
[002引（等式如斯二W]VTi/Pi
[0027] 在運(yùn)方面，Qi將不僅僅是下游滿輪幾何形狀的函數(shù)，因?yàn)樗贾迷诒怀錆M的區(qū)域 與如下的組成部件之間，在該組成部件處再熱燃燒器1004增加了導(dǎo)致溫度升高的不可忽 略不計(jì)的熱。
[0028] 現(xiàn)在，假定燃燒器中的冷卻空氣提取或返回，并且考慮到由燃料流量引入的附加 質(zhì)量流量：
[0029] (等式4)Wi=W2-W燃料-W冷卻空氣
[0030] 將等式4并入等式3,可W如下地限定出等式5 :
[0031] (等式 5)Qi二[W2 -W削4. - 令,,,空氣]、化化
[0032] (等式 6)Qi二(Wzn/Ti/巧.)一(W；終抖VTi/Pi) - (\^冷卻愛(ài)氣VTi/Pi)
[0033] 將等式2代入等式6,我們得到：
[0034] (等式 7)每1 = ((QAA化KTi化)-(W巧dVTi化)-(W冷沖適氣VVP.,.)
[0035] (等式8)化二(Q地化)(v寸I八化分一 (W.咕料、/Ti化)-(W奪
[0036] (等式9)Qi二[批戶2心燈1化))一(W削+VTi) - 恥屯氣%/叫]化
[0037] 比率Ti/%與溫度升高成正比，并因此與再熱燃燒器中的燃料流量成正比，并因此 等式9可W簡(jiǎn)化成：
[003引（等式10)Qi=[(Qjiy(w^巧巧W- (W巧料V-Ti) - (W冷卻空氣、化如/Pi
[0039] 通過(guò)檢查等式10,因此可W看出：對(duì)于由下游滿輪實(shí)際硬件確定的固定的下游滿 輪真實(shí)容量〇2(修正流量），在表觀容量Qi(修正流量）上的所形成的變化將至少由燃料流 量的控制來(lái)確定，因?yàn)橹T如燃燒器壓力降等的其他量改變，并且冷卻空氣分?jǐn)?shù)將是可忽略 不計(jì)的。因此，表觀容量Qi可W由允許針對(duì)核屯、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的控制的燃料流量調(diào)度來(lái)控制。 在運(yùn)方面，W該申請(qǐng)中將在后面公開(kāi)的方式的燃料流量的適當(dāng)調(diào)度可W允許針對(duì)諸如壓氣 機(jī)壓力比或發(fā)動(dòng)機(jī)入口流量