CN109661504A - 用于燃气涡轮发动机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的系统和方法包括确定一个或多个过程条件的变化率。如果一个或多个过程条件的变化率超过相应的预定故障阈值，则可以确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。可以采取措施来确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障。作为响应，防止发动机重新启动。

Description

用于燃气涡轮发动机的控制系统
技术领域
本主题一般涉及用于燃气涡轮发动机的控制系统。
背景技术
燃气涡轮发动机一般包括排列成相互流动连通的风扇和铁芯(core)。此外，燃气涡轮发动机的铁芯一般包括(按串行流的顺序)压缩机部分、燃烧部分、涡轮机部分和排气部分。操作中，空气从风扇提供至压缩机部分的入口，在此，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧部分。燃料与被压缩的空气混合，并在燃烧部分内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧部分路由到涡轮机部分。燃烧气体通过涡轮机部分的流动驱动涡轮机部分，然后通过排气部分路由到例如大气。
风扇包括可由铁芯旋转的多个风扇叶片。在有时称作“风扇叶片脱离事件”的极端事件过程中，多个风扇叶片中的一个风扇叶片可能在操作过程中分离，造成燃气涡轮发动机的严重的机械故障。在此事件之后，燃气涡轮发动机是不可操作的。不过，一旦检测到燃烧部分内的火焰已经熄灭，燃气涡轮发动机的当前的控制系统通常尝试重新点火或重新点燃。这可能带来危险。
解决上面问题的硬件可能是复杂的，费用高得惊人。因此，用于在燃气涡轮发动机发生严重的机械故障之后防止燃气涡轮发动机的控制系统尝试重新点火或重新点燃的系统或方法是有用的。更具体地，在不显著增加燃气涡轮发动机的成本或重量下，解决上面问题的系统或方法会是特别有益的。
发明内容
将部分地在下面的描述中陈述本公开的实施例的各方面和优点，或者可以通过描述了解这些方面和优点，或者可以通过实践这些实施例了解这些方面和优点。
本公开的一个示例性方面，提供了一种用于响应于严重的机械故障防止燃气涡轮发动机重新启动的方法。所述方法包括确定第一过程条件或第一过程条件的变化率是否超过第一故障阈值，所述第一故障阈值指示所述燃气涡轮发动机的严重的机械故障。所述方法还包括至少部分基于超过所述第一故障阈值的确定的过程条件或者确定的所述第一过程条件的变化率，确定(determine)所述燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障。所述方法还包括通过确定在所述确定有潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去，来确认(confirm)所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障。所述方法还包括防止发动机重新启动。
在本公开的另一示例性方面，提供了一种用于响应于严重的机械故障防止燃气涡轮发动机重新启动的方法。所述方法包括确定第一过程条件的变化率，第二过程条件的变化率，以及第三过程条件。所述方法还包括基于以下中的至少两个确定所述燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障：超过第一故障阈值的所述第一过程条件的变化率；超过第二故障阈值的所述第二过程条件的变化率；或所述第三过程条件；或超过第三故障阈值的所述第三过程条件的变化率。所述方法还包括防止发动机重新启动。
在本公开的示例性实施例中，提供了一种用于响应于严重的机械故障防止燃气涡轮发动机重新启动的控制系统。所述系统包括所述燃气涡轮发动机中包括的一个或多个处理器和一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储指令，所述指令由所述一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行操作。所述操作包括确定第一过程条件的变化率超过第一故障阈值，所述第一故障阈值指示所述燃气涡轮发动机的严重的机械故障。所述操作还包括至少部分基于超过所述第一故障阈值的确定的所述第一过程条件的变化率，确定所述燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障。所述操作还包括通过确定在所述确定有潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去，来确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障。所述操作还包括防止发动机重新启动。
参照下面的描述和所附权利要求会更好地理解各个实施例的这些和其它特征、方面和优点。被并入并构成此说明书的一部分的附图图解说明本公开的实施例，并连同描述一起用来解释相关原理。
附图说明
在说明书中陈述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，说明书参照附图，附图中：
图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图；
图2是根据本公开的示例性实施例的计算系统的框图；
图3是根据本公开的示例性方面用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的控制方案的流程图；
图4是描绘预定的故障阈值的图表；
图5是根据本公开的示例性方面用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的方法的流程图；以及
图6是根据本公开的另一示例性方面用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的方法的流程图。
具体实施方式
现在详细地参照本发明的目前的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母指示来指图中的特征。在附图和描述中使用相同或相似的指示指本发明的相同或相似的零件。如本文中使用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一部件区分，并不旨在表示个别部件的方位或重要性。
本申请一般涉及用于响应于燃气涡轮发动机的严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的系统和方法。例如，本公开的具体方面涉及用于响应于风扇叶片脱离事件关闭燃气涡轮发动机的系统和方法。在风扇叶片脱离事件期间或之后，之前的燃气涡轮发动机可能尝试重新点火或点燃，这可能导致火灾危险。
本申请检查某些过程条件并且更具体地检查某些过程条件的变化率以确定(determine)燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。响应于确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障，本申请启动一个或多个步骤用于确认(confirm)燃气涡轮发动机有严重机械故障。一旦确认燃气涡轮发动机有严重的机械故障，根据本公开的系统和方法防止发动机重新启动以防止发动机试图重新点火或重新点燃。用于燃气涡轮发动机的并入此示例性方法或系统的控制系统具有以下技术效果：在不增加燃气涡轮发动机的成本或重量下，在风扇叶片脱离事件或其它严重的机械故障之后用降低的火灾危险的风险提供更加安全的燃气涡轮发动机。
现在参照附图，其中相同的数字指示图中相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高涵道涡轮风扇喷气式发动机10，在本文称作“涡轮风扇(turbofan)发动机10”。如图1中所示，涡轮风扇发动机10定义轴向方向A(平行于为引用提供的纵向轴线12延伸)、径向方向R和圆周方向C(即关于轴向方向A延伸的方向；没有描绘出)。通常，涡轮风扇10包括风扇部分14和设置在风扇部分14的下游的铁芯涡轮发动机16。
描绘的示例性铁芯涡轮发动机16大致包括限定环形入口20的基本为管状的外壳18。外壳18以串行流关系包围包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机部分；燃烧部分26；包括高压(HP)涡轮机28和低压(LP)涡轮机30的涡轮机部分；以及喷气式排气嘴部分32。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮机28传动连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮机30传动连接至LP压缩机22。
对于描绘的实施例，风扇部分14包括可变节距风扇38，其具有以间隔开的方式耦连至圆盘42的多个风扇叶片40。如描绘的，风扇叶片40大致沿着径向方向R从圆盘42向外延伸。由于风扇叶片40操作耦连至适当的致动构件44，每个风扇叶片40关于节距轴线P可相对于圆盘42旋转，致动构件44被配置成一致地共同改变风扇叶片40的节距。风扇叶片40、圆盘42和致动构件44可通过跨动力传动箱46的LP轴36绕纵向轴线12一起旋转。动力传动箱46包括用于逐步降低LP轴36的旋转速度以达到更高效的旋转风扇速度的多个齿轮。
仍再次参照图1的示例性实施例，圆盘42由可旋转前机舱48覆盖，前机舱48的空气动态学轮廓使得促进气流通过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇部分14包括在圆周上围绕风扇38和/或铁芯涡轮发动机16的至少一部分的环形风扇外壳或外机舱50。对于描绘的实施例，由多个圆周隔开的外导流翼片52相对于铁芯涡轮发动机16支撑机舱50，机舱50的下游部分54在铁芯涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其之间限定旁通气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的运行期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇部分14的关联入口60进入涡轮风扇10。当一定体积的空气58横穿风扇叶片40时，空气58的第一部分(由箭头62指示)被引导或路由到旁通气流通道56中，空气58的第二部分(由箭头64指示)被引导或路由到LP压缩机22中。第一部分的空气62和第二部分的空气64之间的比率通常称作旁通比(bypass ratio)。当第二部分的空气64路由通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧部分26时其压力增大，在燃烧部分26，第二部分的空气64与燃料混合，并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66路由通过IP涡轮机28，在此通过顺序级的耦连至外壳18的HP涡轮机定子翼片68和耦连至HP轴或线轴34的HP涡轮机转子叶片70从燃烧气体66提取热和/或动能的一部分，因此使HP轴或线轴34旋转，由此支撑HP压缩机的运转。燃烧气体66然后路由通过LP涡轮机30，在此通过顺序级的耦连至外壳18的LP涡轮机定子翼片72和耦连至LP轴或线轴36的LP涡轮机转子叶片74从燃烧气体66提取热能和动能的第二部分，因此使LP轴或线轴36旋转，由此支撑LP压缩机22的运转和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后路由通过铁芯涡轮发动机16的喷气式排气嘴部分32，以提供推进力。同时，当第一部分的空气62路由通过旁通气流通道56从涡轮风扇10的风扇喷嘴排出部分76排出之前，第一部分的空气62的压力大大地增加，这也提供推进力。HP涡轮机28、LP涡轮机30和喷气式排气嘴部分32至少部分地限定热气体路径78以使燃烧气体66路由通过铁芯涡轮发动机16。
而且，许多传感器80还可以包括于涡轮风扇发动机10中，这些传感器80可以输出关于涡轮风扇发动机10和其各个系统和部件的运转的任何数目的可用信号。例如，传感器80可以包括用于确定低压轴或线轴36的旋转速度N1、高压轴或线轴34的旋转速度N2、压缩机压力诸如压缩机排放压力P3(即在通向燃烧部分26的HP压缩机24的出口处提供的被压缩空气的压力)等的各种各样的传感器80。
另外，描绘的涡轮风扇发动机10包括用于控制涡轮风扇发动机10的某些方面的控制器82。在一些实施例中，控制器82可以包括一个或多个计算装置，诸如在下文参照图2描述的一个或多个计算装置100。控制器82可以利用来自传感器80的输入监测涡轮风扇发动机10，并且还可以接收来自安装了涡轮风扇发动机10的飞行器的一个或多个操作员的输入。控制器82可以与涡轮风扇发动机10、其它燃气涡轮发动机和/或安装了涡轮风扇发动机10的飞行器的其它控制器连接。
现在参照图2，描绘了示例性计算系统的框图，根据本公开的其它示例性实施例，该系统可以并入图1的示例性控制器82中并且还可以被配置成实现下文参照图3至6描述的控制系统或燃气涡轮发动机的其它系统。如所示的，示例性控制系统100包括一个或多个计算装置102。一个或多个计算装置102包括一个或多个处理器104和一个或多个存储器装置106。一个或多个处理器104可以包括任何适当的处理装置，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其它适当的处理装置。一个或多个存储器装置106可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非瞬态计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘、闪存盘或其它存储器装置。
一个或多个存储器装置106可以存储可由一个或多个处理器104访问的信息，包括能够由一个或多个处理器104执行的计算机可读指令108。指令108可以是在由一个或多个处理器104执行时使一个或多个处理器104执行操作的任何指令集。指令108可以是以任何适当的编程语言写成的软件，或者可以以硬件实现。在一些实施例中，指令108能够由一个或多个处理器104执行，以使一个或多个处理器104执行操作，诸如本文中描述的操作。
存储器装置106还可以存储能够由处理器104访问的数据110。例如，数据110可以包括操作计划、操作阈值、操作限制等。而且，数据110可以包括用于如下文描述的确定燃气涡轮发动机的事件的一个或多个表、函数、算法、模型、等式等。
一个或多计算装置102还可以包括用来与例如系统的其它部件通信的通信接口112。通信接口112可以包括用于与用户通信的部件，诸如用于将显示、音频和/或触觉信息输出至用户的输出装置。通信接口112可以包括用于与一个或多个网络相接的任何适当的部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线或其它适当的部件。
现在参照图3，描绘了根据本公开的示例性实施例可由燃气涡轮发动机的控制器实现的控制方案200。在至少某些示例性实施例中，可以在上文参照图1描述的涡轮风扇发动机10的控制器中实现图3的示例性控制方案200。不过，在其它实施例中，可以由任何其它适当的燃气涡轮发动机(比方说例如涡轮轴发动机、涡轮喷气式发动机、涡轮螺旋桨发动机、航空衍生燃气涡轮发动机等)的控制器，或者替代性地由任何其它适当的控制器(诸如安装了燃气涡轮发动机的飞行器或其它车辆的控制器)另外或替代性地实现图3的示例性控制方案200。
尽管没有描绘，控制方案200通常可以接收关于第一过程条件、第二过程条件和第三过程条件的信息。例如，控制方案200可以从一个或多个传感器80接收用于确定过程条件的信息。具体地，对于描绘的实施例，第一过程条件是低压线轴旋转速度(“LP线轴速度N1”)，第二过程条件是高压线轴旋转速度(“HP线轴速度N2”)，第三过程条件是压缩机排放压力P3。值得注意的是，第一、第二和第三过程条件可以各自是被校正的过程条件，即被校正到标准温度和压力的过程条件，诸如海平面上的标准日温度。
由此信息，在202确定LP线轴速度N1的变化率在204确定HP线轴速度N2的变化率在206确定压缩机排放压力P3的变化率在208，检查LP线轴速度N1、HP线轴速度N2和压缩机排放压力P3的变化率和中的一个或多个以确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。变化率和中的一个或多个可以各自被校正到标准温度和压力。
可以基于相对短的时间帧确定LP线轴速度N1、HP线轴速度N2和压缩机排放压力P3的变化率和在某些示例性实施例中，这些变化率可以基于小于100毫秒(“ms”)的时间帧，诸如小于大约75ms。不过，这些变化率还可以基于超过两个的连续数据点。例如，在某些示例性方面，变化率可以基于至少三个数据点、至少四个数据点或者任何其它适当个数的数据点。这可以确保通信网络包括传感器80中的任何噪声不会触发错误的肯定。另外，在某些实施例中，燃气涡轮发动机的严重的机械故障可以是风扇叶片脱离事件。不过，在其它实施例中，严重的机械事件可以是轴偏航(shaft sheer)事件，诸如LP轴的剪切或HP轴的剪切。
在208，确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障包括对于描绘的方面，确定以下中的至少一个：在210确定LP线轴速度N1的变化率超过第一故障阈值；在212确定HP线轴速度N2的变化率超过第二故障阈值；或者在214确定压缩机排放压力的变化率超过第三故障阈值和压缩机排放压力P3的当前值在最小压力阈值以下二者。第一故障阈值、第二故障阈值和第三故障阈值中的每一个指示燃气涡轮发动机的严重的机械故障。此外，最小压力阈值可以是次空转(sub-idle)压力，以确保在没有伴随的机械损伤下，超过第三故障阈值的压缩机排放压力的变化率不是压缩机失速造成的。
例如，简单参照图4，提供了描绘第二故障阈值的图表300。更具体地，该图表在Y-轴(以％/秒)描绘HP线轴速度N2的变化率在X-轴上描绘HP线轴速度N2(以最大HP线轴速度N2的百分比)的范围。图表300描绘基准线302，其指示在严重的机械故障之外的运行条件期间，示例性燃气涡轮发动机的最快速关闭。值得注意的是，图表300可以特定于具体的燃气涡轮发动机。可以通过例如测试具体的燃气涡轮发动机，对具体的燃气涡轮发动机建模等确定基准线302。图表300另外包括第二故障阈值304。对于描绘的实施例，第二故障阈值304与基准线302隔开裕量306。裕量306可以是固定裕量(例如与基准线302相差20％)，或者可以是以任何其它适当方式确定的可变裕量。裕量306可以降低确定错误的肯定的机率。
而且，出于示例性目的，图表300通过示例性的线308描绘燃气涡轮发动机在严重的机械故障之外的样本快速关闭。如所示的，示例性的线308并没有超过基准线302，因此必然不会超过第二故障阈值304。通过对比，图表300通过示例性的线310另外描绘在风扇叶片脱离事件期间的样本关闭曲线。如所示的，在风扇叶片脱离事件期间，第二过程条件的变化率超过第二故障阈值。
尽管没有描绘，但第一故障阈值和第三故障阈值可以各自限定与图4中描绘的对于第二故障阈值的示例性图表300相似的图表。
不过，应当认识到尽管对于描绘的实施例，控制方案200在208使用LP线轴速度N1、HP线轴速度N2和压缩机排放压力P3的变化率和确定潜在严重机械故障，但在其它实施例中，控制方案可以另外或替代性地使用一个或多个其它过程条件。例如，在某些实施例中，控制方案可以另外或替代性地确定燃气涡轮发动机的一个或多个部件的振动(即“部件振动”)。可以通过燃气涡轮发动机的一个或多个传感器80对此进行确定。例如，控制方案可以确定LP轴、HP轴、风扇等的振动。此控制方案200可以至少部分基于超过预定阈值的确定的部件振动，确定潜在严重机械故障。例如，除了另外指示燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障的步骤210、步骤212或步骤214中的一个或多个之外，控制方案200可以基于超过预定阈值的确定的部件振动确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。
现在回到图3中描绘的示例性控制方案200，在208确定潜在严重机械故障之后，控制方案包括在216确认该潜在严重机械故障。对于描绘的示例性控制方案200，在216确认潜在严重机械故障包括在218确定感测的三个过程条件中是否有至少两个指示潜在严重机械故障。具体地，示例性控制方案200包括在218确定步骤210、步骤212和步骤214中是否有至少两个指示燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。值得注意的是，尽管对于图3中描绘的示例性方面，此确认步骤与在208确定潜在严重机械故障的初始步骤分开，但在其它示例性方面，确认步骤的此方面可以被并入燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障的初始确定内(参见下文讨论的图6)。
另外，对于描绘的实施例，在216确认潜在严重机械故障包括在220确定在确定的潜在严重机械故障(在208)之后的预定的适应时间段是否已经逝去，如果还没有，则在222确定发动机是否正在空转条件以下(即可以例如由线轴速度中的一个或多个确定的次空转条件)并在敏感窗口内运行。在某些实施例中，诸如所描绘的实施例，敏感窗口可以指在预定的火灾威胁飞行高度以下运行的燃气涡轮发动机。更具体地，在216确认潜在严重机械故障包括在220和222确保在适应时间段内发动机达到次空转条件，这指示实际上有严重的机械故障使发动机在短时间段中(即比常规关闭程序期间更快)达到次空转条件，并且还确保燃气涡轮发动机在高度阈值以下，在该高度阈值以上火灾的威胁不再是个问题(例如由于在此高度氧气的缺乏)。在某些示例性方面，适应时间段可以是例如二十(20)秒或更少，诸如十(10)秒或更少。
值得注意的是，如果在222确定发动机不处于次空转条件或者燃气涡轮发动机正在预定的火灾威胁飞行高度以上运行，则控制方案包括在224等待由在220的适应时间段允许的时间量，以检查是否满足这些条件。而且，如图3中还显示的，如果在220确定适应时间段已经逝去，或者在步骤210、步骤212和步骤214进行的确定中只有一个指示燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障，则控制方案200包括在226不采取进一步的措施。
而且，图3中描绘的示例性控制方案200包括在216确认在208确定的潜在严重机械故障之后，在228防止发动机重新启动。在某些实施例中，在228防止发动机重新启动可以包括以下中的一个或多个：关闭燃气涡轮发动机的燃料系统的一个或多个燃料计量阀；关闭主燃料关闭阀(诸如燃料高压关闭阀)；和禁止燃气涡轮发动机的点火系统。
根据本文中描述的示例性方面的控制方案200可以允许以相对较高的置信度(例如根据确认步骤216)确定燃气涡轮发动机的严重的机械故障，并且作为响应关闭燃气涡轮发动机以快速降低在此事件期间由发动机尝试重新点火造成的火灾灾害的风险。尽管没有描绘，但示例性控制方案200另外可以包括手动覆盖特征，使得在检测到错误的肯定的不太可能的情况下，可以例如由并入具有示例性控制方案200的燃气涡轮发动机的飞行器的飞行员或操作员逆转或阻止发动机重新启动的阻止。
应当认识到图3中描绘的示例性控制方案200只是作为示例提供的。在其它示例性实施例中，控制方案200可以有任何其它适当的配置。例如，尽管对于描绘的实施例，在218处进行的确定与在220和222处进行的确定串行，但在其它实施例中，在218处进行的确定可以与在220和222处进行的确定并行。此外，在其它实施例中，在222处进行的确定中的至少某些可以被分隔到不同的并行或串行确定中。
现在参照图5，提供了用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的示例性方法(400)的流程图。示例性方法(400)包括在(402)确定燃气涡轮发动机的第一过程条件，确定燃气涡轮发动机的第二过程条件，以及确定燃气涡轮发动机的第三过程条件。在某些示例性方法，在(402)确定过程条件可以包括确定被校正的过程条件，即针对例如温度和压力被校正的过程条件。此外，在某些示例性方面，第一过程条件可以是低压线轴速度，第二过程条件可以是高压线轴速度，第三过程条件可以是压缩机压力，诸如压缩机排放压力。
此外，示例性方法(400)包括在(404)确定第一过程条件的变化率，确定第二过程条件的变化率，以及确定第三过程条件的变化率。再次，可以针对例如温度和压力校正过程条件的变化率。而且，示例性方法(400)包括在(406)确定过程条件中的至少一个的变化率超过相应的故障阈值，每个故障阈值指示燃气涡轮发动机的严重的机械故障。作为响应，示例性方法(400)包括在(408)至少部分基于超过相应的故障阈值的确定的至少一个过程条件的变化率，确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。
例如，在某些示例性方面，示例性方法(400)包括在(406)确定第一过程条件的变化率超过第一故障阈值，并且在(408)至少部分基于超过第一故障阈值的确定的第一过程条件的变化率，确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障。值得注意的是，燃气涡轮发动机的严重的机械故障可以是风扇叶片脱离事件、轴偏航事件或燃气涡轮发动机的任何其它严重的机械故障。
然而，应当认识到在其它方面，过程条件中的至少一个可以是部件振动(例如LP轴、HP轴、风扇等的振动)。有了这种示例性方面，示例性方法(400)可以不包括在(404)确定过程条件中的每一个的变化率，或者在(408)基于超过相应的故障阈值的过程条件的变化率，确定潜在严重机械故障。替代地，例如，方法(400)可以包括确定部件振动超过故障阈值，并且确定潜在严重机械故障可以基于超过故障阈值的确定的部件振动。
已经确定潜在严重机械故障后，示例性方法(400)包括在(410)确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障。对于描绘的示例性方面，在(410)确认潜在严重机械故障包括在(412)确定至少一个另外的过程条件的变化率也超过故障阈值。例如，当示例性方法(400)包括在(406)确定第一过程条件的变化率超过第一故障阈值，在(410)确认潜在严重机械故障包括在(412)确定第二过程条件的变化率超过第二故障阈值或者第三过程条件的变化率超过第三故障阈值中的至少一个。在某些示例性方面，第三过程条件是压缩机压力。对于这种示例性方面，确定第三过程条件的变化率超过第三故障阈值另外包括确定压缩机压力的目前值仍在确定的值以下。这可以确保不由例如压缩机失速触发错误的肯定。
而且，对于描绘的示例性方面，在(410)确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障包括在(414)确定在确定的潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去。更具体地，在(414)确定适应时间段还没有逝去包括在(416)确定在该适应时间段内燃气涡轮发动机正在次空转条件下运行。此确认可以确保实际上已经发生严重的机械故障，原因是在严重的机械故障事件中，燃气涡轮发动机会在相对短的时间段内在次空转条件下运行。另外，等待直到发动机在次空转条件下运行可以帮助防止推力输出有比所需变化更大的变化，原因是在次空转下发动机并不产生太大的推力。在某些示例性方面，适应时间段可以是例如二十(20)秒或更少，诸如十(10)秒或更少。
而且，对于描绘的示例性实施例，在(410)确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障包括在(418)确定燃气涡轮发动机正在敏感窗口内运行。在某些示例性方面，确定燃气涡轮发动机正在敏感窗口内运行可以包括确定燃气涡轮发动机正在预定的火灾威胁飞行高度以下运行。例如，当燃气涡轮发动机正在此预定的火灾威胁飞行高度以上运行时，空气可能太稀薄，足以保证火灾威胁不是关注点。
仍参照图5中描绘的示例性方法(400)，方法(400)另外包括在(420)防止发动机重新启动。对于描绘的方面，在(420)防止发动机重新启动包括以下中的至少一个：关闭燃气涡轮发动机的燃料系统的一个或多个燃料计量阀；关闭主燃料关闭阀(诸如燃料高压关闭阀)；或禁止燃气涡轮发动机的点火系统。这可以确保在严重的机械故障事件中，燃气涡轮发动机不会尝试重新点火，这否则可能导致潜在的火灾危险。
现在参照图6，提供了用于响应于严重的机械故障关闭燃气涡轮发动机的示例性方法(500)的流程图。示例性方法(500)可以以与参照图5在上文描述的示例性方法(400)基本相同的方式操作。例如，示例性方法(500)包括在(502)确定燃气涡轮发动机的第一过程条件，确定燃气涡轮发动机的第二过程条件，以及确定燃气涡轮发动机的第三过程条件。另外，示例性方法(500)包括在(504)确定第一过程条件的变化率，确定第二过程条件的变化率，以及确定第三过程条件的变化率。
不过，示例性方法(500)基本上包括示例性方法(400)的确认步骤之一作为用于确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障的前提。具体地，示例性方法(500)包括在(506)基于以下中的至少两个确定燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障：超过第一故障阈值的第一过程条件的变化率；超过第二故障阈值的第二过程条件的变化率；或第三过程条件，或超过第三故障阈值的第三过程条件的变化率。值得注意的是，当至少部分基于第三过程条件的变化率(并且其中第三过程条件是压缩机压力)确定潜在严重机械故障时，方法(500)可以另外包括在(506)确定压缩机压力的当前值在某个阈值以下是用于确定潜在严重机械故障的前提。此外，当至少部分基于第三过程条件确定潜在严重机械故障时，第三过程条件可以是部件振动。
在(506)确定潜在严重机械故障之后，示例性方法(500)可以以与示例性方法(400)类似的方式操作。例如，如描绘的，示例性方法(500)包括在(508)确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障，以及在(510)防止发动机重新启动。在某些示例性方面，在(508)确认燃气涡轮发动机有潜在严重机械故障可以以与上文参照图5描述的(410)相似、更具体地与(414)、(416)和(418)相似的方式操作。另外，在(510)防止发动机重新启动可以以与上文参照图5描述的(420)相似的方式操作。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，还使得本领域任意技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于响应于严重的机械故障来防止燃气涡轮发动机重新启动的方法，所述方法包括：
确定第一过程条件或所述第一过程条件的变化率超过第一故障阈值，所述第一故障阈值表示所述燃气涡轮发动机的严重的机械故障；
至少部分基于所述确定超过第一故障阈值的过程条件或者第一过程条件的变化率，确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障；
通过确定在所述确定的潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去，来确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障；以及
防止发动机重新启动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障还包括确定在所述适应时间段内所述燃气涡轮发动机正在次空转条件下运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障还包括确定所述燃气涡轮发动机正在敏感窗口内运行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述燃气涡轮发动机正在敏感窗口内运行包括确定所述燃气涡轮发动机正在预定的火灾威胁飞行高度以下运行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一过程条件是从包括以下的组中选择的：低压线轴速度、高压线轴速度、压缩机排放压力和部件振动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定第一过程条件或所述第一过程条件的变化率超过第一故障阈值包括确定所述第一过程条件的变化率超过所述第一故障阈值，并且其中，所述第一过程条件是从包括以下的组中选择的：低压线轴速度、高压线轴速度和压缩机排放压力。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定第二过程条件和第三过程条件；
确定所述第二过程条件的变化率和所述第三过程条件的变化率，其中，确认所述潜在严重机械故障包括确定以下中的至少一个：所述第二过程条件的变化率超过第二故障阈值，或所述第三过程条件的变化率超过第三故障阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一过程条件、所述第二过程条件和所述第三过程条件是从包括以下的组中选择的：低压线轴速度、高压线轴速度和压缩机排放压力。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三过程条件是压缩机压力，其中，确定所述压缩机压力的变化率超过所述第三故障阈值还包括确定所述压缩机压力的目前值仍在确定值以下。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，防止发动机重新启动包括以下中的至少一个：关闭所述燃气涡轮发动机的燃料系统的一个或多个燃料计量阀，或禁用点火系统。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述严重机械故障是风扇叶片脱离事件或轴偏航事件中的至少一个。
12.一种用于响应于严重的机械故障防止燃气涡轮发动机重新启动的方法，所述方法包括：
确定第一过程条件的变化率、第二过程条件的变化率、以及第三过程条件；
基于以下中的至少两个来确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障：所述第一过程条件的变化率超过第一故障阈值；所述第二过程条件的变化率超过第二故障阈值；或所述第三过程条件或所述第三过程条件的变化率超过第三故障阈值；以及
防止发动机重新启动。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障至少部分基于所述第三过程条件的变化率，其中所述第三过程条件是压缩机压力，并且其中确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障还基于确定目前的压缩机压力仍在确定压力以下。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障至少部分基于所述第三过程条件，其中，所述第三过程条件是部件振动。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障包括确定在所述确定的潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障还包括确定在所述适应时间段内所述燃气涡轮发动机正在次空转条件下运行，或者确定在所述适应时间段内所述燃气涡轮发动机正在敏感窗口内运行。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一过程条件是低压线轴速度，其中所述第二过程条件是高压线轴速度，并且其中所述第三过程条件是压缩机排放压力。
19.一种用于响应于严重的机械故障防止燃气涡轮发动机重新启动的控制系统，所述系统包括所述燃气涡轮发动机中包括的一个或多个处理器和一个或多个存储器装置，所述一个或多个存储器装置存储指令，所述指令由所述一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
确定第一过程条件的变化率超过第一故障阈值，所述第一故障阈值表示所述燃气涡轮发动机的严重机械故障；
至少部分基于所述确定超过第一故障阈值的所述第一过程条件的变化率，确定所述燃气涡轮发动机的潜在严重机械故障；
通过确定在所述确定的潜在严重机械故障之后的适应时间段还没有逝去，来确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障；以及
防止发动机重新启动。
20.根据权利要求17所述的控制系统，其中，确认所述燃气涡轮发动机有所述潜在严重机械故障还包括确定在所述适应时间段内所述燃气涡轮发动机正在次空转条件下运行。
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