CN109715958B - 用于控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的技术 - Google Patents

Abstract

提出一种用于控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的技术。在本技术中，流喷射经由流喷射口而被引入到压气机的轴向空气流路中，流喷射口位于压气机中的导流静叶的压力侧，并且将流喷射朝向位于靠近导流静叶的下游的压气机转子动叶的前缘引导。在检测到旋转失速和/或在压气机以低于压气机的满载速度的速度运行时，引入流喷射。流喷射减小了压气机空气在下游转子动叶的前缘上的入射角，并且因此使转子经历更有利的速度。有利速度通过减轻和/或减少旋转失速而使得转子的运行范围扩大，进而使得压气机的运行范围扩大。

Description

用于控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的技术

技术领域

本发明涉及用于控制压气机中旋转失速故障的技术，并且更具体地，涉及用于控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的系统和方法。

背景技术

在正常(即，稳定流条件下)运行的压气机中，通过压气机的流在环面周围基本上是均匀的，即，是轴对称的，并且环面平均流速是稳定的。一般地，如果压气机运行时太接近压气机压力上升对质量流、恒定速度性能图上的压力上升峰值，则作用在压气机上的干扰可能会导致压气机遭遇性能图上发生流体动力不稳定性(也被称为旋转失速和/或喘振)的区域。该区域在压气机性能图上由喘振/失速线界定。这种不稳定性降低了压气机的性能，并且可能导致永久破坏，并且因此应当避免。

旋转失速可以被理解为一种现象，该现象产生一个局部区域，在该局部区域中，围绕流路的环面旋转的、通过压气机的流减小或反向。该区域被称为“失速单元”，并且通常轴向延伸通过压气机。旋转失速导致来自压气机的输出减少(在环面平均压力上升和质量流中测量时)。此外，随着失速单元围绕环面旋转，失速单元在压气机动叶上加载和消除，并且可能引起疲劳失效。喘振是由通过压气机的环面平均流中的振荡所定义的现象。在严重喘振状态下，通过压气机的流可能出现反向流。两种类型的不稳定性(即，旋转失速和/或喘振)可能是旋转失速导致的，这些不稳定性都应该被避免。

在实际应用中，在未进入旋转失速和/或喘振的情况下，操作点越接近压力上升峰值，压气系统越无法承受给定干扰水平。触发旋转失速导致从高压力上升、高效、轴对称运行的状态突然跳跃(在1-3个转子旋转内)到压力上升减小、低效、轴非对称运行的状态。使压气机返回轴对称运行(即消除旋转失速区域)需要将压气机性能图上的运行线降低至远低于失速发生点的点。在实际应用中，压气机可能必须被关掉并重启以消除失速(或从失速恢复)。这被称为失速滞后。触发喘振导致性能和可操作性的类似降低。

由于潜在的不稳定性，即，旋转失速和喘振，压气机通常以“失速裕度”运行。失速裕度是一个比率的度量，该比率是压力上升峰值(即，失速时的压力上升)与压气机操作线上用于当前流速的压力比之间的比率。一般而言，失速裕度越大，压气机在进入失速和/或喘振之前可以承受的干扰就越大。因此，设计目标已经是：结合足够的失速裕度，来避免压气机在预期干扰可能触发失速和/或喘振的情况下运行。在燃气涡轮发动机中，常见的失速裕度是百分之十五至百分之三十。由于低于压力上升峰值操作压气机会带来压气机运行效率和性能的降低，因此在失速裕度和性能之间已经存在折衷。此外，除显著影响压气机的失速/喘振裕度外，旋转失速也会引起动叶动态问题。借助各种检测技术来在压气机(如用于燃气轮机的压气机)中检测旋转失速故障或旋转失速，例如，通过使用沿压气机级而被定位在不同位置处的压力传感器和/或振动记录仪，来检测旋转失速故障或旋转失速。检测的质量和选择性取决于传感器和/或记录仪的位置和数目。

即使是在设计有大失速裕度并且因此效率和性能被降低的压气机中，仍然会发生旋转失速。在检测到旋转失速之后，一般需要采取措施来控制(即，缓解或消除)旋转失速。如果压气机配备有可以控制旋转失速的有效控制系统，即，控制系统可以完全或部分地避免旋转失速的形成，和/或可以缓解或消除正在形成或已经形成的旋转失速，则在压气机的设计期间失速裕度可以保持较低，并且因此实现压气机的更高运行效率和更优性能。在压气机的设计期间，失速裕度可以保持较低是因为更大的失速裕度是利用控制技术来实现。一种此类控制技术涉及可变导流静叶(VGV)，可变导流静叶被转动以将气流引导至用于下游转子动叶的有利角度，并且因此实现旋转失速的控制。然而，这样并非总是能够完全避免旋转失速的形成和/或消除已经形成的转子失速。此外，VGV可以被转动的最大范围受机械约束的限制，该机械约束取决于避免不期望的大末端和硬币间隙(penny gap)的需要。

因此，本发明的目的在于提供一种技术，特别是提供一种方法和一种系统，以用于控制压气机中的旋转失速。除有利地完全或部分避免旋转失速的形成和/或缓解或消除正在形成或已经形成的旋转失速外，期望技术还允许具有高操作效率、高性能的压气机设计。

发明内容

上述目的通过本文所描述的用于控制用于燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的方法并且本文所描述的用于控制用于燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的系统来实现。如本文所述，提供了本技术的优选实施例。

在本技术的一个方面，提出一种用于控制用于燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的方法。在该方法中，流喷射经由流喷射口而被引入到压气机的轴向空气流路中。流喷射口位于多个导流静叶中的至少一个导流静叶的压力侧处，多个导流静叶共同形成压气机中的导流静叶级。流喷射朝向压气机转子动叶的前缘而被引导，该前缘位于靠近具有流喷射口的导流静叶的下游。流喷射减小了压气机空气在下游压气机转子动叶的前缘上的入射角，并且因此减小了压气机空气在压气机转子动叶上的入射角，并且因此由压气机转子动叶形成的转子受压气机轴向流中的压气机空气的更有利速度的影响。有利速度通过减轻和/或减少旋转失速而使得转子的运行范围扩大，并且因此使得压气机的运行范围扩大。因此，失速/喘振裕度(即，失速裕度)延伸穿过流喷射(尤其在低速时)。可以注意到的是，多个导流静叶中的每个导流静叶可以具有位于导流静叶的压力侧处的流喷射口，多个导流静叶共同形成压气机中的导流静叶级。

此外，在本技术与涉及可变导流静叶(VGV)的已知技术结合使用时，可变导流静叶(VGV)被转动以将气流引导至用于下游压气机转子动叶的有利角度，以便VGV交错角变化的最大程度(即，VGV被设计的旋转程度)在控制旋转失速时可以减小。这减少了VGV的末端磨削量，并且因此减小了末端间隙，从而提高了其他速度(尤其是设计速度)下的性能。此外，旋转失速强度的避免/降低减少了下游转子动叶中的自感强制，从而减少了动叶动态问题。

此外，当本技术与涉及排气系统的已知技术结合使用，排气系统从压气机移除加压空气以控制旋转失速时，可以减少所移除的压缩空气量。此外，避免/降低旋转失速强度减少了下游转子动叶中的自感强制，从而减少了动叶动态问题。

本技术可以与诸如可变定子静叶和排气系统的许多已知技术结合使用。

在该方法的实施例中，在燃气涡轮发动机的运行期间确定用于将流喷射引入压气机中的条件。在确定了用于将流喷射引入压气机中的条件时，即，当条件存在时，将流喷射引入压气机中。在燃气涡轮发动机的运行期间，用于将流喷射引入压气机中的条件是检测到压气机中的旋转失速。在相关实施例中，该方法包括检测压气机中的旋转失速。因此，本技术的方法有利地被应用于旋转失速已经形成或正在形成的情况，并且因此通过使用本技术的方法，旋转失速得以控制，即，缓解或消除了正在形成或已经形成的旋转失速。旋转失速的检测可以经由安装在压气机内的压力传感器来进行。

替代地或者附加地，旋转失速可以通过经由针对动叶的光学或数字探针监测压气机(或动叶)振动来检测。在实际压力和/或振动达到临界阈值或预定阈值的情况下，将流喷射引入压气机中。发动机控制单元可以被编程为监测压力传感器或振动探针，并且在阈值被满足时，开启向至少一个导流静叶馈送空气的阀，以允许空气被喷射到压气机中。阀可以被可变地操作以根据旋转失速的程度和所引起的压力或振动来喷射可变量的空气。

在该方法的另一实施例中，在压气机以低于压气机的满载速度或压气机的设计速度(即，压气机被设计为正常运行的速度)的速度运行时，将流喷射引入压气机中。优选地，在压气机以低于压气机的满载速度或压气机的设计速度的40％和75％之间的速度运行时，将流喷射引入压气机中。更优选地，当压气机以低于压气机的满载速度或压气机的设计速度的50％和70％之间的速度运行时，将流喷射引入压气机中。设计速度可以是发动机(并且因此压气机)在正常运行下被评定为100％的速度。此外，临界阈值或预定阈值可以基于压气机的已知振动特性而被确定，该已知振动特性在压气机的已知旋转速度下发生。因此，在达到预定压气机速度、振动特性或压力阈值或阈值范围中的任意一个或多个时，可以实施流喷射。因此，本技术的方法有利地被应用于旋转失速可能因压气机的低速运行而形成的情况，并且因此通过使用本技术的方法，控制了旋转失速，即，完全或部分避免了旋转失速的形成。

在该方法的另一实施例中，流喷射口位于从导流静叶的后缘测量的导流静叶的弦长的5％和30％之间。在流喷射口位于该位置时，从流喷射口发出的流喷射容易地冲击位于靠近导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘。

在该方法的另一实施例中，流喷射口位于导流静叶的基部和从导流静叶的基部测量的导流静叶的跨度的50％之间。导流静叶的基部是导流静叶被附接至压气机的壳体的部分。导流静叶可包括径向内平台，并且可以包括径向外平台，径向内平台和径向外平台各自限定气体冲刷表面。静叶具有从径向内平台到径向外平台或翼型(静叶)的末端的径向跨度。导流静叶的基部可以是径向内平台的气体冲刷表面。流喷射口可以位于从导流静叶的基部测量的静叶径向跨度的5％和95％之间。在流喷射口位于该位置时，从流喷射口发出的流喷射冲击位于靠近导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘，从而产生更有效的冲击。流喷射口的阵列可以位于从导流静叶的基部测量的静叶的径向跨度的5％和95％之间，并且优选可以位于导流静叶的基部和从导流静叶的基部测量的导流静叶的跨度的50％之间。

在该方法的另一实施例中，流喷射关于平行于压气机的旋转轴线的轴线以30度和60度之间的角度而被引入到压气机的轴向空气流路中。这在流喷射到达位于导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘时提供了一个最优范围，在该最优范围内，压气机转子动叶受压气机空气的最佳速度的影响。

在该方法的另一实施例中，压气机的空气关于压气机中空气的轴向流方向而从如下位置被输送，该位置在具有流喷射口的导流静叶的位置的下游。因此，所输送空气的压力大于在导流静叶具有流喷射口的位置处的压气机空气的压力，并且这有利于在压气机的压力条件下引入流喷射。

在该方法的另一实施例中，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的固定导流静叶，并且流喷射口位于固定导流静叶的压力侧处；或者，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的可变导流静叶，并且流喷射口位于可变导流静叶的压力侧处；或者，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的固定导流静叶，该固定导流静叶具有位于其压力侧处的流喷射口，并且压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的可变导流静叶，该可变导流静叶具有位于其压力侧处的流喷射口。因此，本方法有利地在不同级(即，压气机的固定导流静叶级和/或VGV级)处和/或穿过不同级而被实施。

在本技术的另一方面，提出一种用于控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速的系统。该系统包括压气机的导流静叶级和控制器。压气机的导流静叶级包括多个导流静叶。多个导流静叶中的至少一个导流静叶包括位于该导流静叶的压力侧的流喷射口。流喷射口将流喷射引入到压气机的轴向空气流路中，使得流喷射朝向压气机动叶的前缘而被引导，该前缘位于靠近具有流喷射口的导流静叶的下游。控制器确定在燃气涡轮发动机运行期间用于将流喷射引入压气机中的条件。在用于将流喷射引入压气机中的条件被确定时，控制器启动流喷射的引入。因此，本技术的系统控制燃气涡轮发动机的压气机中的旋转失速。

在实施例中，系统包括传感装置。传感装置检测指示压气机中旋转失速的参数。控制器接收因此检测的参数，并且基于该参数来确定用于将流喷射引入压气机的条件。

在另一实施例中，系统包括流控制机构。流控制机构调节从导流静叶的流喷射口发出的流喷射。在该实施例中，控制器控制产生流喷射调节的流控制机构。

在该系统的另一实施例中，流喷射口位于从导流静叶的后缘测量的导流静叶的弦长的5％和30％之间。在流喷射口位于该位置时，从流喷射口发出的流喷射容易地冲击位于靠近导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘。

在该系统的另一实施例中，流喷射口位于导流静叶的基部和从导流静叶的基部测量的导流静叶的跨度的50％之间。在流喷射口位于该位置时，从流喷射口发出的流喷射冲击位于靠近导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘，从而产生更有效的冲击。

在该系统的另一实施例中，流喷射口关于平行于压气机的旋转轴线的轴线以30度和60度之间的角度而将流喷射引入到压气机的轴向空气流路中。这在流喷射到达位于导流静叶下游的压气机转子动叶的前缘时提供了一个最优范围，在该最优范围内，压气机转子动叶受压气机空气的最佳速度的影响。

在该系统的另一实施例中，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的固定导流静叶，并且流喷射口位于固定导流静叶的压力侧处；或者，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的可变导流静叶，并且流喷射口位于可变导流静叶的压力侧处；或者，压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的固定导流静叶，该固定导流静叶具有位于其压力侧处的流喷射口，并且压气机中多个导流静叶中的至少一个导流静叶是压气机中的可变导流静叶，该可变导流静叶具有位于其压力侧处的流喷射口。因此，本系统有利地在不同级(即，压气机的固定导流静叶级和/或VGV级)处和/或穿过不同级而被实施。

附图说明

通过参考结合附图对本技术的实施例的以下描述，本技术的上述属性和其他特征以及优点及其实施方式将变得更加明显，并且将更好地理解本技术本身，在附图中：

图1以截面图示出部分燃气涡轮发动机的一部分，并且其中包括应用本技术的方法的示例性实施例，并且其中包括本技术的系统的示例性实施例；

图2示出本技术的方法的示例性实施例；

图3示意性地示出图1中的燃气涡轮发动机的压气机中导流静叶级和转子动叶级的示例性布置；

图4示意性地示出图3中的导流静叶级的导流静叶的横截面图，其中描绘了流喷射口和从流喷射口发出的流喷射；

图5示意性地示出没有图4中的流喷射口和流喷射的压气机的一部分中的气流的传统已知方案；

图6示意性地示出具有图4中的流喷射口和流喷射的部分压气机的一部分中的根据本技术的气流方案；

图7示意性地示出对图6中气流的示例性影响；以及

图8示意性地示出根据本技术各方面的本技术的系统。

具体实施方式

在下文中，本技术的上述以及其他特征将被详细描述。各种实施例参照附图而被描述，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。在以下描述中，为了说明的目的，给出了大量具体细节以便提供对一个或多个实施例的全面理解。应当注意的是，示出的实施例旨在说明而非限定本发明。显而易见的是，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。

图1以截面图示出燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压气机或压气机部14、燃烧装置部16以及涡轮部18，这些构件总体上按流动顺序并且总体上围绕旋转轴线20并沿旋转轴线20的方向而被布置。燃气涡轮发动机10进一步包括轴22，轴22可以围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22驱动地将涡轮部18连接至压气机部14。

在燃气涡轮发动机10的运行中，通过进气口12吸入的空气24由压气机14压缩并被传输至燃烧部或燃烧器部16。燃烧器部16包括：燃烧器增压室26、沿纵向轴线轴线35延伸的一个或多个燃烧室28以及被固定至每个燃烧室28的至少一个燃烧器30。燃烧室28和燃烧器30位于燃烧器增压室26内部。穿过压气机14的压缩空气进入散流器32并从散流器32排出到燃烧器增压室26中，部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30并与气态燃料或液体燃料混合。之后，空气/燃料混合物燃烧，并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管17穿过燃烧室28而被引导至涡轮部18。

该示例性燃气涡轮发动机10具有管状燃烧装置部装置16，其由燃烧装置罐19的环状阵列构成，每个燃烧装置罐19具有燃烧器30和燃烧室28，过渡管17具有与燃烧室28交界的大体圆形入口及环形段形式的出口。过渡管出口的环形阵列形成用于将燃烧气体引导至涡轮18的环面。

涡轮部18包括被附接至轴22的多个动叶承载盘36。在该示例中，示出了两个盘36分别承载涡轮动叶38的环形阵列。然而，动叶承载盘的数目可以不同，即，仅有一个盘或多于两个盘。此外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导流静叶40被设置在涡轮动叶38的环形阵列的级之间。导流静叶44被设置在燃烧室28的出口与前涡轮动叶38的入口之间，并且导流静叶44将工作气体流转向至涡轮动叶38上。

来自燃烧室28的燃烧气体34进入涡轮部18并驱动涡轮动叶38，涡轮动叶38转而使轴线22旋转。导流静叶40、44用于优化燃烧或工作气体34在涡轮动叶38上的角度。

涡轮部18驱动压气机14，即，尤其是驱动压气机转子。压气机14包括轴向串联的静叶级46或导流静叶级46以及转子动叶级48。转子动叶级48包括转子盘，转子盘支撑动叶的环形阵列。压气机14还包括壳体50，壳体50包围转子动叶级48并支撑导流静叶级46。

导流静叶级46包括被安装至壳体50的径向延伸导流静叶7的环形阵列(图1中未示出)。导流静叶7(下文中也被称为静叶7)被设置以在给定发动机运行点处，关于沿压气机14的空气24的流方向以最优角度来向转子动叶级48中的存在于导流静叶7附近和下游的动叶提供气流。一些导流静叶级46具有可变导流静叶7(图1中未示出)，其中导流静叶7围绕其自身纵向轴线(未示出)的角度可以根据在不同发动机运行条件下可能发生的气流特性来(针对角度)调整。其他导流静叶级46中一些导流静叶级具有固定导流静叶7(图1中未示出)，其中导流静叶7围绕其自身纵向轴线的角度是固定的，并且因此角度是不可调节的。导流静叶7(即，固定导流静叶和可变导流静叶)在压气机14的领域中是公知的，并且因此为了简洁起见，在此不再详细描述。

壳体50限定压气机14的通路56的径向外表面52。导流静叶级46和转子动叶级48总体上被交替地轴向地布置在通路56中。通路56限定通过压气机14的空气的流路，并且还被称为压气机14的轴向流路56。来自入口12的空气24流经导流静叶级46和转子动叶级48并在导流静叶级46和转子动叶级48周围流动。通路56的径向内表面54至少部分由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分地由动叶的环形阵列限定。

本技术结合上述具有单个轴或线轴的示例性涡轮发动机而被描述，该轴或线轴连接单个多级压气机以及单个一级或多级涡轮。然而，应当理解的是，本技术同样适用于两轴发动机或三轴发动机，并且可以被用于工业、航空或海洋应用。此外，管状燃烧装置部装置16也被用于示例性目的，并且应当理解的是，本技术同样适用于具有环式燃烧室和罐式燃烧室的燃气涡轮发动机10。

除非另有说明，否则术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于发动机的旋转轴线20而言。

图2示意性地示出用于控制燃气涡轮发动机10的压气机14中的旋转失速的方法100的示例性实施例的流程图。图8示意性地示出用于控制燃气涡轮发动机10的压气机14中的旋转失速的系统1。本文中使用的本技术中的术语“控制”等包括缓解和/或减少旋转失速、避免旋转失速形成和/或降低压气机14中旋转失速的强度。在下文中，参考图1和图8并结合图3、图4、图6、图7和图8来详细描述本技术的方法100和系统1。图5已经用于示意性地示出压气机14的一部分中气流的传统已知方案，其中未实施或者未包括本技术，即，方法100和/或系统1。

如图3所示，在压气机14中存在导流静叶级46和转子动叶级48。导流静叶级46(下文中也被称为静叶级46)可以是具有多个可变导流静叶(VGV)7的可变导流静叶级46，或者可以是具有多个固定导流静叶(SGV)7的固定导流静叶级46。VGV级46一般存在于压气机14的初始级中，例如存在于第一级、第二级和第三级中，而SGV级46一般存在于压气机14的较后级中，例如存在于压气机14的第四级至第十级中。导流静叶7(下文中也被称为静叶7或多个静叶7)被布置为一排，从而形成静叶级46。在图3中，仅示出位于紧靠关于所绘气流的轴向方向9的下游的压气机14的一个静叶级46和一个转子动叶级48(下文中也被称为动叶级48)，但一般地，压气机14包括多个静叶级46和动叶级48。动叶级48包括压气机转子动叶200(下文中也被称为动叶200)排。在燃气涡轮发动机10运行时，空气24(如图1所示)通过入口12进入并且由第一组静叶级46(即，由静叶7)朝向下游的定位动叶200引导。动叶200围绕轴线20(如图1所示)旋转，以用于在空气24穿过压气机14的轴向空气流路56时压缩空气24。动叶200的旋转方向已经在图3中用由附图标记90标记的箭头示出。

为了更好地理解图2的方法100和图8的系统1，在下文中结合图4对方法100和系统1的导流静叶7进行说明。根据本技术的各个方面，压气机14的导流静叶级46包括一个或多个导流静叶7，导流静叶7具有位于导流静叶7的压力侧114处的流喷射口4。流喷射口4(下文中也被称为开口4)被配置为将流喷射2引入到压气机14的轴向空气流路56(如图1和3所示)中。开口4可以被理解为孔，来自静叶7内的空气被供应至该孔，并且以此种方式供应的空气被喷射至流路56中。开口4可以具有任意形状，例如圆形、矩形、三角形等等。用于形成流喷射2的空气(即，经由开口4而被喷射到流路56中的空气)可以关于轴向流方向9而从压气机14内导流静叶7的位置的下游位置被输送。替代地，形成流喷射2的空气可以从外部源(未示出)被供应，外部源例如是加压空气罐。空气一般从壳体50(如图1所示)(即，从壳体50内的路径或通路或通道(未示出))通过静叶7的主体发送，并经由开口4以一个或多个空气射流的形式离开静叶7的主体而进入流路56。一般地，被喷射到流路56中的空气的压力等于或高于导流静叶7具有开口4的位置处的流路56的压力。

静叶7具有吸入侧116、前缘118和后缘112。静叶7的弦已经用虚线98表示，并且弦长用附图标记99标记的箭头表示。在静叶7的一个实施例中，流喷射口4位于从导流静叶7的后缘112测量的导流静叶7的弦长99的5％和30％之间，即，开口4的边缘存在于距离91和92内，并且其中距离91是从后缘112测量的距离99的30％，而距离92是从后缘112测量的距离99的5％。此外，开口4位于导流静叶7的基部(未示出)和从导流静叶7的基部测量的导流静叶7的跨度(未示出)的50％之间。开口4可以以较小开口(未示出)的形式存在，例如，开口4作为小孔或开口的阵列存在，这些小孔或开口一起用于产生一个或多个射流，该一个或多个射流一起形成流喷射2。在示例性实施例中，开口4的位置可以位于这样的位置：使得开口4被限制为与后缘112的距离至少远于弦长99的5％，并且与后缘112的距离在弦长99的15％至35％内。开口4的尺寸可以设定为使得开口4在压力侧114上在弦长99的10％和30％之间并且在跨度的5％和50％之间一直延伸。

此外，流喷射2优选与压力侧114的表面成角度，并且不垂直于压力侧114的表面。成角度的流喷射2可以通过开口4的物理尺寸来实现，例如通过在静叶7的主体内形成倾斜的开口4来实现。

已经在下文中参考图2和图8并结合图3和图4来分别说明本技术的方法100的示例性实施例和系统1的示例性实施例。已经参考图6和图7描绘本技术的示例性操作。图5示出具有传统已知静叶8(即，没有图4中的静叶7的开口4和流喷射2)的压气机14的一部分中的气流的传统已知方案，图5已经被用于与图6中所示的本技术的气流方案进行对比。

如图2所示，在方法100的步骤110中，流喷射2被引入压气机14中。在步骤110中，通过将来自静叶7内的空气经由流喷射口4喷射至压气机14的轴向空气流路56中，来将流喷射2引入到轴向空气流路56中。如图6所示，流喷射2朝向动叶级48的压气机转子动叶200的前缘218而被引导，该前缘218关于轴向流方向9而位于导流静叶7下游。压气机转子动叶200(下文中也被称为动叶200)紧靠或紧邻下游，即，物理上有一定距离但靠近或接近静叶7，如图3所示，并且形成图3中动叶级48或动叶组件48的一个或多个动叶。动叶200具有靠近静叶7而对齐的前缘218。

图7示意性地示出图6的流喷射2对动叶200的影响与图5没有流喷射2对动叶200的影响的对比。在图7中，虚线部分示出在没有本技术的流喷射2的情况下，气流对动叶200(尤其是动叶200的前缘218)的影响，而图7的实线部分示出在具有本技术的流喷射2的情况下，气流对动叶200(尤其是动叶200的前缘218)的影响。如图6所示，在本技术中，流喷射2通过将来自静叶7内的空气关于轴线21以30度和60度之间的角度95喷射到压气机14的轴向空气流路56中而被引入110，轴线21平行于压气机14的旋转轴线，该旋转轴线反过来与图1中的轴线20相同。

在图7中，箭头“Va1”示出了关于轴线21的一个矢量，该矢量表示在不存在流喷射2时(如图5所示)，从静叶8朝向前缘218的气流，并且箭头“Va2”示出了关于轴线21的一个矢量，该矢量表示当存在流喷射2时(如图6所示)，从静叶7朝向前缘218的气流。在图7中，箭头“Vt1”示出了关于轴线21的一个矢量，该矢量表示由对应于矢量Va1的前缘218所接收的气流，并且箭头“Vt2”示出了关于轴线21的一个矢量，该矢量表示由对应于矢量Va1的前缘218所接收的气流。这些矢量代表气流的速度。

从图7中可以看出，角度β2(即，在存在流喷射2时矢量Vt2和轴线21形成的流角度)小于角度β1(即，在不存在流喷射2时矢量Vt1与轴线21形成的流角度)。因此，在压气机14运行时，尤其是在非设计条件下运行时，即，在压气机14以低于压气机14的满载速度或压气机14的设计速度的速度运行时或旋转失速已经在压气机14内形成时，由于与在不存在流喷射2时进入动叶级48中(尤其是进入动叶200中)的流角度β1相比，经由静叶7的开口4的流喷射2进入到动叶级48中(尤其是进入到动叶200中)的流角度β2减小或较小，并且因此在存在具有开口4(流喷射2从开口4发出)的静叶7的情况下，动叶200经历更有利的速度Vt2或受更有利的速度Vt2的影响，压气机的设计速度是压气机14已经设计为正常运行的速度。与速度Vt1相比，速度Vt2更有利，这是因为与具有流角度β1的气流相比，具有流角度β2的气流在空气动力学上更加对齐。有利的速度Vt2增加了动叶级48的运行范围，这反过来又通过控制压气机14中的转子失速而增加了压气机14的运行范围。

因此，在方法100中，如上所述，在压气机14以低于压气机14的满载速度或压气机14的设计速度的速度运行时，流喷射2被引入；或者，在燃气涡轮发动机10的运行期间，当在压气机14中检测到旋转失速(作为用于将流喷射2引入压气机14中的条件)时，流喷射2被引入。因此，在示例性实施例中，方法100包括在步骤110之前执行的步骤120，即，在燃气涡轮发动机10的运行期间确定用于将流喷射2引入压气机14中的条件的步骤120。在燃气涡轮发动机10的运行期间，用于将流喷射2引入压气机14中的条件是检测到压气机14中的旋转失速。在相关实施例中，方法100包括在步骤120之前执行的步骤130，即，检测压气机14中的旋转失速的步骤130。此外，如上所述，经由开口4而被喷射到流路56中的空气可以从来自压气机14内的导流静叶7的位置关于轴向流方向9的下游的位置而被输送，并且在方法100的实施例中，方法100包括在步骤110之前执行的步骤140，即，从导流静叶7的位置关于轴向流方向9的下游的位置输送压气机14的空气的步骤140。

如图8所示，系统1包括导流静叶7和控制器60。导流静叶7与结合图2说明的静叶7相同。控制器60确定在燃气涡轮发动机10的运行期间用于将流喷射2引入压气机14中的条件。该条件可以是但不限于在压气机14以低于压气机14的满载速度或压气机14的设计速度的速度运行时的压气机14的状态、和/或当在压气机14中检测到旋转失速时。在用于将流喷射2引入压气机14中的条件被确定时，控制器60启动流喷射2的引入。控制器60可以是处理器，例如，微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)等等。附加地，系统1可以包括传感装置70，以用于检测参数，例如压气机14中不同轴向位置处的压力、指示压气机14中旋转失速的参数。传感装置或机构70可以包括一个或多个传感器71，例如压力传感器71，压力传感器71与压气机14相关联地被定位以确定压气机14中不同轴向位置处的压力。控制器60接收如此检测的参数，并且可以基于如此检测的参数而在压气机14内的一个或多个轴向位置处启动流喷射2的引入。此外，系统1可包括流控制机构80，流控制机构80调节流喷射2，即，启动流喷射2、和/或停止流喷射2、和/或降低和/或提高流喷射2的强度(即，形成流喷射2的空气的流速)。控制器60控制或引导流控制机构80以调节流喷射2。流控制机构80可以包括控制阀、致动器等。一般地，检测指示压气机14中旋转失速的参数的装置(如传感装置70)以及调节流体通过开口或孔的流体流的机构(如流控制机构80)分别是燃气轮机性能监测领域和流体力学领域中所熟知的，并且为了简洁起见，在此不再详细解释。

虽然参照特定实施例对本技术进行了描述，但应当理解的是，本技术并不限于这些精确实施例。需要注意的是，术语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何重要性顺序，而是使用术语“第一”、“第二”等将一个元件与另一元件进行区分。相反地，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明范围和主旨的情况下，许多修改和变型将是显而易见的。因此，本发明的范围由所附的权利要求书而非由上文的描述指示。权利要求书等同物的含义和范围内的所有变化、修改和变型均应视为落入其范围内。

Claims (15)

1.一种用于控制用于燃气涡轮发动机(10)的压气机(14)中的旋转失速的方法(100)，所述方法(100)包括：

-将流喷射(2)引入(110)所述压气机(14)中，其中所述流喷射(2)经由一个流喷射口(4)而被引入(110)到所述压气机(14)的一个轴向空气流路(56)中，所述流喷射口(4)位于多个导流静叶(7)中的至少一个导流静叶(7)的一个压力侧(114)处，所述多个导流静叶(7)形成所述压气机(14)中的一个导流静叶级(46)，并且其中所述流喷射(2)朝向一个压气机转子动叶(200)的一个前缘(218)而被引导，所述前缘(218)位于靠近具有所述流喷射口(4)的所述导流静叶(7)的下游，

-确定(120)在所述燃气涡轮发动机(10)的运行期间用于将流喷射(2)引入所述压气机(14)中的条件，其中在用于将流喷射(2)引入所述压气机(14)中的所述条件被确定时，所述压气机(14)中的所述流喷射(2)被引入(110)，并且其中在所述燃气涡轮发动机(10)的运行期间，用于将所述流喷射(2)引入所述压气机(14)中的所述条件是检测到所述压气机(14)中的所述旋转失速，

-检测(130)所述压气机(14)中的所述旋转失速，其中当达到预定压气机速度、振动特性或压力阈值范围中的任意一个或多个时，实施流喷射(2)。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，包括其中当在所述压气机(14)以所述压气机(14)的满载速度或所述压气机(14)的设计速度的40％和75％之间的速度运行时，将所述流喷射(2)引入所述压气机(14)中。

3.根据权利要求2所述的方法(100)，包括其中当在所述压气机(14)以所述压气机(14)的满载速度或所述压气机(14)的设计速度的50％和70％之间的速度运行时，将所述流喷射(2)引入所述压气机(14)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中经由安装在所述压气机(14)内的多个压力传感器中的任意一个或多个来检测旋转失速，并经由针对所述压气机(14)的所述动叶的光学或数字探针来监测压气机振动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中所述流喷射口(4)位于从所述导流静叶(7)的一个后缘(112)测量的所述导流静叶(7)的弦长(99)的5％与30％之间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中所述流喷射口(4)位于所述导流静叶(7)的一个基部与从所述导流静叶(7)的所述基部测量的所述导流静叶(7)的跨度的50％之间。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中在将所述流喷射(2)引入(110)所述压气机(14)中的过程中，所述流喷射(2)关于与所述压气机(14)的一个旋转轴线(20)相平行的一个轴线(21)、以在30度与60度之间的角度(95)而被引入到所述压气机(14)的所述轴向空气流路(56)中。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，包括：关于所述压气机(14)中空气的一个轴向流方向(9)、从如下位置来输送(140)所述压气机(14)的空气，所述位置在具有所述流喷射口(4)的所述导流静叶(7)的位置的下游。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，

-其中所述压气机(14)中的多个导流静叶(7)中的至少一个导流静叶(7)是所述压气机(14)中的一个固定导流静叶，并且其中所述流喷射口(4)位于所述固定导流静叶(7)的一个压力侧(114)处；和/或

-其中所述压气机(14)中的多个导流静叶(7)中的至少一个导流静叶(7)是所述压气机(14)中的一个可变导流静叶，并且其中所述流喷射口(4)位于所述可变导流静叶(7)的一个压力侧(114)处。

10.一种用于控制用于燃气涡轮发动机(10)的压气机(14)中的旋转失速的系统(1)，所述系统(1)包括：

-所述压气机(14)的一个导流静叶级(46)，其中所述导流静叶级(46)包括多个导流静叶(7)，并且其中所述导流静叶(7)中的至少一个所述导流静叶(7)包括一个流喷射口(4)，所述流喷射口(4)位于所述导流静叶(7)的一个压力侧(114)，所述流喷射口(4)适于将一个流喷射(2)引入到所述压气机(14)的一个轴向空气流路(56)中，并且所述流喷射(2)朝向一个压气机转子动叶(200)的一个前缘(218)而被引导，所述前缘(218)位于靠近具有所述流喷射口(4)的所述导流静叶(7)的下游；

-一个控制器(60)，所述控制器(60)适于确定在所述燃气涡轮发动机(10)的运行期间用于将流喷射(2)引入所述压气机(14)中的条件，并且适于在用于将流喷射(2)引入所述压气机(14)的所述条件被确定时启动所述流喷射(2)的引入；以及

-一个传感装置(70)，用于检测指示所述压气机(14)中的旋转失速的参数，并且其中所述控制器(60)适于接收如此检测的所述参数，并且所述参数包括预定压气机速度、振动特性或压力阈值范围中的任意一个或多个。

11.根据权利要求10所述的系统(1)，包括：

-一个流控制机构(80)，所述流控制机构(80)适于调节从所述导流静叶(7)的所述流喷射口(4)发出的所述流喷射(2)，并且其中所述控制器(60)还适于控制所述流控制机构(80)以调节所述流喷射(2)。

12.根据权利要求10或11所述的系统(1)，其中所述流喷射口(4)位于从所述导流静叶(7)的一个后缘(112)测量的所述导流静叶(7)的弦长(99)的5％与30％之间。

13.根据权利要求10或11所述的系统(1)，其中所述流喷射口位于从所述导流静叶的基部测量的所述导流静叶的径向跨度的5％和95％之间或者所述流喷射口(4)位于所述导流静叶(7)的一个基部与从所述导流静叶(7)的所述基部测量的所述导流静叶(7)的跨度的50％之间。

14.根据权利要求10或11所述的系统(1)，其中所述流喷射口(4)适于关于与所述压气机(14)的一个旋转轴线(20)相平行的一个轴线(21)、以在30度与60度之间的角度(95)来将所述流喷射(2)引入到所述压气机(14)的所述轴向空气流路(56)中。

15.根据权利要求10或11所述的系统(1)，

-其中所述压气机(14)中多个导流静叶(7)中的至少一个导流静叶(7)是所述压气机(14)中的一个固定导流静叶，并且其中所述流喷射口(4)位于所述固定导流静叶(7)的一个压力侧(114)处；和/或

-其中所述压气机(14)中多个导流静叶(7)中的至少一个导流静叶(7)是所述压气机(14)中的一个可变导流静叶，并且其中所述流喷射口(4)位于所述可变导流静叶(7)的一个压力侧(114)处。

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