CN101144429A - 燃气涡轮发动机的分布电子器件控制系统的热电冷却部件 - Google Patents

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Abstract

燃气涡轮发动机控制部件包括至少一个电子设备、与该设备有关的例如集成电路的电子器件和用于冷却安装在室内的电子器件的热电冷却器。热电冷却器可以布置在室内或室的壁上,散热器连接到热电冷却器的热侧且热电冷却器的冷侧暴露在室的内部。有关该设备的数据和/或者用于其的操作指令可以存储在集成电路上的存储器中。数据可以为用于设备的校准信息。总线连接装置连接到集成电路以从该集成电路传递操作指令和/或者数据出去和/或者传出该部件。合并这些设备和部件的控制器或者控制系统电子地连接该设备到集成电路。

Description

燃气涡轮发动机的分布电子器件控制系统的热电冷却部件
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机控制系统和有关的控制部件,且更特定地,涉及在该系统中冷却这种部件。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地合并分级电子控制系统,其中不同的控制硬件和设备被中央电子数字控制件,有时称为发动机全权限数字控制件(FADEC)控制和/或者监测。分级控制系统具有有限的冗余,缺少灵活性,易遭受昂贵的过时关注,具有大量的布线要求且具有有限的诊断能力。具有自动的或者半自动的控制部件的分布式电子器件控制系统正被开发,以提供更高的可靠性和灵活性且解决昂贵的过时关注问题。
分布式电子控制系统在2003年8月29日提出的U.S.专利申请No.10/652,382中披露,且在2005年3月3日作为专利公开No.20050049775A1公开。该专利申请标题为“Distributed Engine Control System andMethod”且转让给通用电气公司,与本专利相同的受让者。分布式电子器件和有关的控制部件需要较少量的布线且具有改进的诊断能力。专利公开No.20050049775A1披露用于实时分布式电子器件发动机控制的系统和方法。该系统以自动的分布式网络取代中央化的分级控制结构。该系统以数字数据信息包取代模拟输入/输出信号且以使用数字切换技术的有灵活性的虚拟连接取代点对点的接线和数据总线控制。
该系统中的控制部件从它们的传感器元件获取测量数据。传感器或者控制部件包含电子器件以转换其数据成数字数据代码。燃气涡轮发动机分布式电子器件发动机控制的该控制部件操作在对该数字电子器件的合适操作无益的热的环境。冷却空气或者燃料是昂贵的且/或者需要大量的管道装置。其增加建造和维护费用且趋于减少系统的可靠性。其有效性取决于在不同的操作条件期间发动机的操作,其中可用的冷却流体和散热器的供应在该发动机的操作周期不同。因而,希望有用于这种部件中的电子器件的有效冷却系统和提供可靠的便宜的冷却操作也便宜且克服上述的困难的系统。
发明内容
燃气涡轮发动机控制部件包括至少一个电子设备、与该设备有关且位于该部件的室内的至少一个集成电路、和可操作地布置用于冷却该室内的该集成电路的热电冷却器。该热电冷却器可以布置在该室内或者室的壁上,散热器可以可操作地连接到该热电冷却器的热侧,且该热电冷却器的冷侧可以暴露在该室的内部。该室可以具有绝缘件和安装在该室内部用于给该热电冷却器和/或者该集成电路提供电力的电源。
有关该设备的数据和/或者用于其的操作指令可以电子地存储到该集成电路上的存储器内,且该数据可以包括用于该设备的校准信息。该设备可以为传感器,例如用于测量以下的任何一个:温度、压力、主燃烧室燃料流量、后燃器燃烧室燃料流量、风扇进口导向叶片激励器行程位置、压缩机可变叶片激励器行程位置、或者该发动机内的轴旋转速度。
该燃气涡轮发动机控制部件或者设备可以使用在燃气涡轮发动机主或者后燃器燃料控制器中。该设备和/或者控制器可以使用在具有多个燃气涡轮发动机控制设备的燃气涡轮发动机控制系统中,其中这些设备的每个连接到数字网络。
附图说明
本发明的前述方面和其他特征在以下的描述中结合附图说明,其中:
图1为图示通过具有示范性的分布式电子器件发动机控制系统的示范性的涡扇燃气涡轮发动机的轴向截面和示意图,其发动机控制部件具有热电地冷却的电子器件。
图2为图示用于在图1中图示的飞行器燃气涡轮发动机的分布式电子器件发动机控制系统的有热电地冷却的电子器件的示范性的燃料控制器的示意图。
图3为图示用于在图1中图示的飞行器燃气涡轮发动机的以具有热电地冷却的电子器件的传感器形式的另一示范性的发动机控制部件的示意图。
图4为图示带有具有热电地冷却的电子器件的冷却的发动机控制部件的分布式电子器件发动机控制系统的示意图。
具体实施方式
现代燃气涡轮发动机控制系统用于控制发动机的不同功能。示范性的燃气涡轮发动机控制系统包括主和后燃器燃料控制系统,其也用于给风扇和压缩机可变叶片几何形状控制系统提供动力。控制系统包括传感器、信号处理电子器件、控制功能、激励器驱动器、阀、电液伺服阀、和螺线管,以保证整个飞行器飞行包络线安全、可靠的发动机操作。
图1中图示的为用于给飞行的飞行器(没有显示)提供动力的示范性的中旁通比涡扇燃气涡轮发动机10,其具有分布式电子器件燃料控制系统2,带有部件4,例如主燃料控制器66,具有热电地冷却的电子器件。该燃料控制系统2例示分布式电子器件发动机控制系统或者具有发动机控制部件的数字网络,具有热电地冷却的电子器件。分布式电子器件燃料控制系统2的操作通过电子发动机控制件54监测和控制,例如发动机全权限数字控制件(FADEC),其从发动机接收代表不同发动机操作参数、且包括来自围绕该发动机的不同的传感器的压力和温度的输入信号,且也从机身接收输入信号,例如发动机功率需求。电子发动机控制件54的典型的输入信号包括机身功率水平位置、发动机和风扇旋转速度、压缩机排放压力、涡轮机排气温度、可变压缩机定子叶片位置、可变风扇导向叶片位置、和排气喷嘴面积、以及该发动机的任何其他的可变位置的元件,包括燃料阀的位置。如本领域技术人员理解的,附加的发动机操作参数也能够提供。该电子发动机控制件54也发送电子指令到许多伺服阀和螺线管,其操作发动机的元件,例如燃料泵、可变叶片激励器和传递阀及开关阀等等。
该发动机10围绕纵向的或者轴向的中心线轴线12轴对称且具有在核心发动机13上游的风扇段14。风扇进口导向叶片35的周向列布置在风扇进口11和该风扇段14内的可旋转风扇50之间。该核心发动机13以串接向下游流动连通的方式包括多级轴向高压压缩机16、环形主燃烧室18、和涡轮机段15。该高压压缩机16具有可变的定子叶片和可旋转的压气机压缩机轮叶60和62的相互交叉列。在此图示的该涡轮机段15包括通过高压驱动轴17合适地连接至该高压压缩机16的高压涡轮机20。该涡轮机段15和该核心发动机13的下游为通过低压驱动轴19合适地连接至该风扇段14的多级低压涡轮机22。该核心发动机13包含在核心发动机外壳23内且围绕该核心发动机13限制环形旁通通路24。发动机外壳21限制从该风扇段14延伸向下游通过该低压涡轮机22的该旁通通路24。
发动机空气25通过该风扇进口11进入该发动机且当它通过该风扇段14向下游流动时初始地增压。分离器37分离该发动机空气25成流动通过该高压压缩机16以进一步压缩的称为核心发动机空气3的内部部分和旁通该核心发动机13且流动通过该旁通通路24的称为旁通空气26的外部部分。该核心发动机空气3通过主燃烧室18中的主燃料喷射器32和汽化器合适地与燃料42混合且点燃以产生热燃烧气体,其流动通过该涡轮机20、22并从其作为核心气体28排出进入该发动机10内的该涡轮机20、22的后部和下游的扩散器通路33。
该核心发动机13也包括环形核心出口30且该旁通通路24包括环形旁通通路出口27,以分别地排出该核心气体28和该旁通空气26的喷出部分29向下游进入该发动机10的排气段126。混合器31布置在该环形旁通通路出口27内且包括从该旁通通路24径向向内延伸到该排气流动路径128内的多个混合器槽58。该混合器31混合该核心气体28和该旁通空气26的喷出部分29,导致排气气流43且流动进入该排气段126和在该排气段126内的该燃烧区44。后燃器34包括径向向内延伸布置在该混合器31的槽58内和其之间的加力燃料喷射器39的周向阵列。该加力燃料喷射器39提供燃料以在该燃烧区44内燃烧用于加力。
该排气段126包括环形排气外壳36,其与相应的发动机外壳21同轴地布置并合适地接附到该发动机外壳21且环绕排气流动路径128。安装到该排气外壳36的后端的是常规的可变面积的缩扩排气喷嘴38,在操作期间通过其排出该旁通空气26和核心气体28。在该排气流动路径128内的排气段燃烧区44从排气衬管40和旁通通路24径向向内且在该核心发动机13和该低压涡轮机22下游或者后面定位。因而,该燃烧区44从该旁通通路24径向向内且在该混合器31和旁通通路出口27的下游和后面定位。该核心气体28从该核心出口30流入该燃烧区44。
该燃料控制系统2例示有热电地冷却的发动机控制部件的分布式电子器件发动机控制系统。该分布式电子器件燃料控制系统2在此图示为用以供应燃料给该主燃料喷射器32和该加力燃料喷射器39。在图2中图示的该分布式电气器件燃料控制系统2是具有几个热电地冷却的有动力的部件64的主燃料控制器66。类似的后燃器燃料控制器76用于该后燃器34以供应燃料给该加力燃料喷射器39。增压燃料从增压燃料源72供应给该主燃料控制器66和该后燃器燃料控制器76。增压燃料用于给风扇进口导向叶片和可变叶片压缩机激励器68和70提供动力,其分别地操作该可变风扇进口导向叶片35和在该高压压缩机16内的可变定子叶片60。
在图2中图示的该主燃料控制器66是有热电地冷却的电子器件的示范性的燃气涡轮发动机控制部件。该主燃料控制器66包括电子地连接到具有微处理器114的集成电路(IC)112的一些电子设备,例如主燃料计量阀110。该集成电路定位在该主燃料控制器66的绝缘室116内且例示该热电地冷却的电子器件。在此图示的该示范性的室116具有定位在该室116的壁80内的绝缘件67。热电冷却器118可操作地定位在该室116内以冷却该集成电路112。
该热电冷却器118和/或者该集成电路112通过电源74提供电力,其又经由集成电源和总线电缆170接收电力。用以给该热电冷却器118和/或者该集成电路112提供电力的电也能够从外部源例如该FADEC经由该集成电源和总线电缆170引进。该热电冷却器118可以布置在该室116内或者室116的壁80的一个上。散热器82可操作地连接到该热电冷却器118的热侧84。在此图示的散热器源为相对冷的燃料42且冷空气也可以用作散热器源。该热电冷却器118的冷侧86暴露在该室的内部88,以冷却该集成电路112,和如果其有,冷却该集成电路的微处理器114。该电缆170连接到该集成电路112且具有总线连接器以连接该电缆到该总线104。
该热电冷却器118在冷却该集成电路112方面非常有效,使得在不同的操作条件发动机的操作期间其能够在可能由热燃料导致的高发动机温度的大范围内操作。这有助于确保其操作的质量且其中可用的冷却流体和散热器的供应在该发动机的操作循环内变化。该热电冷却器118提供用于该部件内的电子器件的有效的冷却系统和可靠的便宜的冷却。
该主燃料计量阀110具有用于设定该主燃料计量阀110的位置的电液伺服阀(EHSV)120和用于提供该主燃料计量阀110的电子位置反馈给该集成电路112的位置传感器,显示为线性可变位移变换器(LVDT)122。该集成电路112能够服务不同的目的和功能。该集成电路112能够存储关于该EHSV、主燃料计量阀110、和/或者LVDT的校准数据。该集成电路112也能够为该EHSV和/或者该主燃料计量阀110的操作提供指令。该集成电路112能够从该EHSV、主燃料计量阀110、和/或者LVDT获取输入且转换该数据成数字信息且沿着该控制器局部网络经由该总线104传送至该电子发动机控制件54或者FADEC。在控制器中典型地发现的其他设备包括切断开/关阀90和传递阀92以及不同的其他电液伺服阀(EHSV)120。该切断开/关阀90和传递阀92包括电动的螺线管94,电子地连接到该集成电路112,且通过总线发送数据和/或者指令给该FADEC并从其接收数据和/或者指令以开和关。
实时模拟传感器数据使用用感测变换器的传感器获得,例如如图3中图示的通过用电阻温度测量设备48测量温度。这对于任何的物理变换器例如压力变换器46是相同的,其示范性的位置在图1中图示。该传感器部件中的电子器件在集成电路112中自动地转换该模拟信号或者数据成数字信号或者数据。一旦该模拟数据转化成数字数据,该数字数据经由总线104通过网络102,例如控制器局部网络(CAN)被发送至例如FADEC或者可能被发送至例如该燃料控制系统2的另一部件。由于该数字数据从其源变换器解耦,所有数据能够在相同的网络上处理,控制部件能够增加或者去除或者升级,如果系统设计团队希望,且从源到目标的路径不取决于任何单一的连接。因而,部件和系统更可靠和精确。
在图4中示意性地图示的是具有有热电地冷却的电子器件的不同的发动机控制部件4的分布式电子器件网络102。当前的发动机控制系统合并直接接线到电子发动机控制件54或者FADEC的模拟输入和输出信号。该燃料控制系统2,具有分布式电子器件带有发动机控制部件,包括有热电地冷却的电子器件的传感器,例如轴速度传感器和压力和温度传感器。在该网络102中有热电地冷却的电子器件的其他部件包括分别具有主和AB(后燃器)燃料控制流动位置传感器的主燃料控制器66和后燃器燃料控制器76(在图1中图示),其在此作为线性可变位移变换器(LVDT)122图示。该风扇进口导向叶片和可变叶片压缩机激励器68和70(在图1中图示)具有IGV和CVV激励器行程位置传感器,其在此作为线性可变位移变换器(LVDT)122图示。在图4中示意性地图示的传感器通过热电地冷却的电子器件例如上文披露的集成电路连接到该分布式电子器件网络102。存储在该传感器的电子器件或者集成电路中的校准数据允许该传感器基于温度或者其他校准参数的精确的补偿。预期但未在此图示的有热电地冷却的电子器件的其他部件包括例如主动间隙控制使用的空气阀、孔核心冷却件、高压放气阀、和流动控制阀。
尽管已经在此描述了认为是本发明的优选的和示范性的实施例,本发明的其他修改对本领域的技术人员来说从在此的教导是显而易见的且,因此,希望在附上的权利要求书中保护所有落入到本发明的真实精神和范围内的修改。从而,希望被美国的专利证书保护的是在下文的权利要求书中限定和区分的发明。
零件列表
燃料控制系统2
核心发动机空气3
部件4
燃气涡轮发动机10
风扇进口11
轴向中心线轴线12
核心发动机13
风扇段14
涡轮机段15
高压压缩机16
高压驱动轴17
主燃烧室18
低压驱动轴19
高压涡轮机20
发动机外壳21
低压涡轮机22
核心发动机外壳23
旁通通路24
发动机空气25
旁通空气26
旁通通路出口27
核心气体28
喷射部分29
核心出口30
混合器31
燃料喷射器32
扩散器通路33
后燃器34
风扇进口导向叶片35
排气外壳36
分离器37
排气喷嘴38
燃料喷射器39
排气衬管40
燃料42
排气气流43
燃烧区44
压力变换器46
温度测量设备48
可旋转风扇50
电子发动机控制件54
混合器槽58
可变定子叶片列60
可旋转压缩机轮叶列62
冷却的有动力的部件64
主燃料控制器66
绝缘件67
风扇进口导向叶片激励器68
可变叶片压缩机激励器70
增压燃料源72
电源74
后燃器燃料控制器76
壁80
散热器82
热侧84
冷侧86
内部88
开/关阀90
传递阀92
螺线管94
网络102
总线104
主燃料计量阀110
集成电路112
微处理器114
绝缘室116
热电冷却器118
电液伺服阀(EHSV)120
线性可变位移变换器(LVDT)122
排气段126
排气流动路径128
总线电缆170
总线连接器172

Claims (12)

1.一种燃气涡轮发动机控制部件(4),其包括:
至少一个电子设备(48),
与该设备有关且定位在该部件的室(116)内的集成电路(112),和
可操作地布置用于冷却该室中的集成电路的热电冷却器(118)。
2.根据权利要求1所述的部件,其进一步包括:
该热电冷却器布置在该室中或者该室的壁(80)上,可操作地连接到该热电冷却器的热侧(84)的散热器(82),暴露在该室的内部(88)的该热电冷却器的冷侧(86),和该室具有绝缘件(67)。
3.根据权利要求1所述的部件,其进一步包括电子地存储在集成电路上的存储器中的有关该设备的数据和/或者用于该设备的操作指令。
4.根据权利要求3所述的部件,其进一步包括,该数据包含用于该设备的校准信息。
5.根据权利要求4所述的部件,其进一步包括,该设备为用于测量温度或者压力或者主燃烧室燃料流量或者后燃器燃烧室燃料流量或者风扇进口导向叶片激励器行程位置或者压缩机可变叶片激励器行程位置或者发动机轴旋转速度的传感器。
6.根据权利要求1所述的部件,其进一步包括,该设备为开/关阀或者计量阀(110),其有位置传感器以提供该计量阀(110)的电子位置反馈给该集成电路(112)。
7.根据权利要求6所述的部件,其进一步包括,该位置传感器为线性可变位移变换器。
8.一种燃气涡轮发动机控制器,其包括:
一个或者多个电动的和可控的设备,
具有微处理器和电子地连接到该一个或者多个设备的集成电路,和可操作地布置用于冷却室中的集成电路的热电冷却器。
9.根据权利要求8所述的控制器,其进一步包括:
该设备包括一个或者多个开/关阀和一个或者多个计量阀(110),该计量阀(110)的每个具有位置传感器以提供该一个或者多个计量阀(110)的电子位置反馈给该集成电路(112)。
10.一种燃气涡轮发动机控制系统,其包括:
第一多个燃气涡轮发动机控制设备,
该设备的每个与电子地连接到数字网络且定位在室内的集成电路有关,
可操作地布置用于冷却室内的集成电路的热电冷却器,和
该设备包括一个或者多个开/关阀和一个或者多个计量阀(110),且该计量阀(110)的每个具有位置传感器以提供该计量阀(110)的电子位置反馈给该集成电路(112)。
11.根据权利要求10所述的系统,其中该设备进一步包括燃料压力和温度传感器和电液伺服阀(EHSV)且燃料计量阀(110)包括主燃烧器和后燃器燃料计量阀。
12.根据权利要求4所述的系统,其中该设备进一步包括风扇进口导向叶片激励器行程位置传感器、压缩机可变叶片激励器行程位置传感器、和发动机轴旋转速度传感器。
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