CN111295502A - 控制燃气涡轮发动机的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制燃气涡轮发动机(10)的方法，该燃气涡轮发动机按轴向流动顺序具有压气机(14)、燃烧装置(16)、压气机‑涡轮(18)和排气装置(30)，以及优选位于涡轮(18)和排气装置(30)之间的动力涡轮(19)，动力涡轮(9)被连接至用于驱动负载(26)的轴(28)。该燃气轮机能够至少在高输出功率范围65R、中高输出功率范围67R、中低输出功率范围70R、70R'和低输出功率范围72R内操作。该方法包括以下步骤：在中高输出功率范围67R期间，从压气机(14)的下游部分(36)向压气机(14)的上游部分(38)泄放气体，从而维持燃烧装置的第一预定温度T1，在中低输出功率范围70R、70R'期间，从压气机(14)的下游部分(36)向压气机(14)的上游部分(38)泄放气体，并且从压气机(14)的下游部分(36)向排气装置(30)泄放气体，从而维持所述燃烧装置的第二预定温度T2。

Description

控制燃气涡轮发动机的方法

技术领域

本发明涉及一种控制燃气轮机的方法和一种燃气涡轮发动机，并且特别地但非排他性地，涉及一种控制燃气轮机的方法，包括在不同需求负载下操作压气机排气以维持更恒定的燃烧温度，以用于减少排放，以及一种具有多个泄放系统的燃气涡轮发动机。

背景技术

双轴或两轴燃气轮机中可以存在单独的气体发生器单元和驱动负载的自由功率涡轮，对于这种燃气轮机，通过限制穿过燃烧装置的空气流或质量流来控制低功率范围和贫燃燃烧系统的排放，以维持可接受的燃料/空气比并进而维持高燃烧温度。高且稳定的燃烧温度会产生诸如COX、NOX、SOX以及未燃尽的烃的较低排放。以前，使用从压气机输送至燃气轮机的排气装置的泄放对于法定范围的操作负载是足够的，但这带来了在低热效率方面的损失。当燃气轮机在低至全负载功率的较低百分比下操作时，例如在某些情况下低至全负载功率的30％操作时，现代趋势要求燃烧更清洁，并且热效率损失更小，从而降低燃料消耗。

发明内容

本发明寻求解决降低燃气涡轮发动机排放的问题，尤其是当在操作功率输出的整个范围内运行时的燃气涡轮发动机排放的问题。本发明解决的另一个问题是维持燃烧装置的恒定温度，以使排放最小化。另一个要解决的问题是提高燃烧稳定性，并且因此提高燃气涡轮发动机的可操作性。另一个要解决的问题是减小对燃气涡轮的热效率的影响或使影响最小化(特别是在低于高功率输出时)。

因此，提供了一种控制燃气涡轮发动机的方法，该燃气涡轮发动机具有成按轴向流动顺序的压气机、燃烧装置、压气机-涡轮和排气装置。燃气涡轮能够至少在高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围内操作。该方法包括以下步骤：在中高输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体，从而维持燃烧装置的第一预定温度，在中低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体，从而维持燃烧装置的第二预定温度。

输出功率范围可以是相对于彼此而言的，使得按照功率输出的降序排序，这些范围是：高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围。因此，对于任何一个燃气涡轮发动机，输出功率范围不重叠或者可以是连续的。

在低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最大值，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以处于最大值。

在高输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最小值或为0，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以处于最小值或为0。

在中低输出功率范围期间，从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以处于最大值。

中高输出功率范围具有最大点和最小点，并且从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体可以包括：使所泄放气体的量从最大点处的最大量改变为最小点处的最大量。

中低输出功率范围具有最大点和最小点，并且从压气机的下游部分向排气装置泄放气体可以包括：使所泄放气体的量从最大点处的最小量改变为最小点处的最大量。

第一预定温度和第二预定温度中的每一个可以包括标称温度以及上限和下限，优选地，上限和下限与标称温度的差异分别为+5℃和-5℃。改变所泄放气体的量可以包括在燃烧装置的温度达到下限的情况下增加所泄放气体的量和/或在燃烧装置的温度达到上限的情况下减少所泄放气体的量。

第一预定温度和第二预定温度之差可以在5至20℃的范围内，更优选约为10℃。

该方法可以包括检测到从压气机的下游部分向压气机的上游部分泄放气体已经达到最大值，并且开始从压气机的下游部分向排气装置泄放气体。替代地，该方法可以包括检测到从压气机的下游部分向压气机的上游部分的泄放气体已经达到预定点，并且开始从压气机的下游部分向排气装置泄放气体，该预定点为最大值的90％以上，或更优选地最大值的95％以上。

高输出功率范围可以在最大输出功率的100％至50％之间，优选地，高输出功率范围可以在最大输出功率的100％至75％之间。

中高输出功率范围可以在最大输出功率的85％至40％之间，优选地，中高输出功率范围可以在最大输出功率的75％至50％之间。

中低输出功率范围可以在最大输出功率的85％至30％之间，优选地，中低输出功率范围可以在最大输出功率的60％至30％之间，更优选地，中低输出功率范围可以在最大输出功率的50％至35％之间。

低输出功率范围可以在最大输出功率的0％和60％之间，优选地，低输出功率范围可以在最大输出功率的0％和40％之间，并且更优选地，低输出功率范围可以在0％和30％之间。

在本发明的另一方面，提供了一种能够至少在高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围操作的燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括按轴向流动顺序的压气机、燃烧装置、压气机-涡轮和排气装置，温度传感器被安装在燃气涡轮发动机上并且被布置为感测或计算燃烧装置的温度。发动机具有第一压气机泄放系统，第一压气机泄放系统包括第一管道以及管道上的第一阀，第一管道连接压气机的下游部分和上游部分。发动机具有第二压气机泄放系统，第二压气机泄放系统包括第二管道以及管道上的第二阀，第二管道用于连接压气机的下游部分和排气装置。发动机还包括被连接至温度传感器、第一阀和第二阀的发动机控制单元，发动机控制单元被编程为根据燃烧装置的温度控制第一阀和第二阀，使得在中高输出功率范围期间，第一阀被至少部分地打开，使得维持燃烧装置的第一预定温度，并且在中低输出功率范围期间，第二阀被至少部分地打开并且第一阀被完全打开，从而维持燃烧装置的第二预定温度。

燃气涡轮发动机还可以包括位于涡轮和排气装置之间的动力涡轮，动力涡轮被连接至用于驱动负载的轴。

上游部分是压气机的入口或燃气涡轮发动机的入口，下游部分至少是压气机的出口。第一压气机泄放系统和第二压气机泄放系统具有位于压气机的出口处的共用第一泄放出口或第一泄放出口的共用阵列。

第一压气机泄放系统和第二压气机泄放系统具有位于压气机的入口和出口之间的共用第二泄放出口或第一泄放出口的共用阵列。

附图说明

通过参考下面结合附图对本发明实施例的描述，本发明的上述属性及其它特征和优势及其实现方式将变得更加明显，并且将更好地理解本发明本身。在附图中：

图1是根据本发明的燃气涡轮发动机的示意性布局，并且示出压气机到排气装置泄放系统和压气机再循环泄放系统，

图2是根据本发明的燃气涡轮发动机的压气机的示意性布局和放大图，

图3是根据本发明的操作燃气轮机的方法的图形表示，该图形表示示出了燃气涡轮发动机的沿x轴的输出功率与沿y轴的燃烧装置温度之间的一般关系，特别地，该图形表示针对的是燃气涡轮发动机的要求负载在高输出功率与低输出功率之间改变时的情况。

具体实施方式

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14、燃烧装置16和涡轮18，这些部件大体以流动顺序而被布置且大体围绕纵向轴线或旋转轴线20并沿纵向轴线或旋转轴线20的方向而被布置。燃气涡轮发动机10还包括第一轴22，第一轴22可围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10的一部分。第一轴22将涡轮18驱动地连接至压气机14。涡轮18有时被称为压气机涡轮或高压涡轮。动力涡轮19可以位于压气机-涡轮18的下游。动力涡轮19可以经由第二轴28而被驱动地连接至负载26。替代地，压气机涡轮18可以经由轴而被驱动地连接至负载26。排气装置30位于压气机-涡轮18的下游和动力涡轮19的下游。

在燃气涡轮发动机10操作中，通过进气口12吸入的空气24由压气机部14压缩并被输送至燃烧装置16。燃烧装置16包括公知的燃烧装置室的环形阵列，替代地，燃烧装置16可以是具有其它一般传统布置的环形燃烧装置16。穿过压气机14的压缩空气进入散流器，并且从散流器排放至燃烧装置16中，空气的一部分从燃烧装置16与气态或液态燃料混合。之后，空气/燃料混合物燃烧，并且来自燃烧的燃烧气体或工作气体经由过渡管道穿过燃烧室16被引导至涡轮18。

来自燃烧装置16的燃烧气体进入涡轮18并驱动涡轮的涡轮动叶，涡轮动叶进而使轴22驱动压气机14。涡轮18还可以直接经由轴驱动负载26，虽然如图1所示，燃烧气体或工作气体从涡轮18进入并穿过动力涡轮19。然后，动力涡轮19可以经由轴28驱动负载26。来自动力涡轮19或压气机-涡轮18的工作气体进入到排气装置30中，并且继而被排放至周围环境。

燃气涡轮发动机10还包括两个压气机泄放系统。第一压气机泄放系统32包括第一管道34，第一管道34连接压气机14的下游部分36和上游部分38。上游部分38可以是压气机14或入口12的一部分。对于本领域技术人员来说显而易见的是，压气机的下游部分36的压力通常比上游部分38更高。第一阀40位于管道34上，并且可操作为控制从下游部分泄放并被再喷射到上游部分38中的压气机空气的量。在一个实施例中，下游部分36是压气机14的出口56或刚好是压气机14最后一级的下游。上游部分38是压气机14的入口55，但在其它示例中，上游部分38可以位于泄放排出部上游的任何地方，或者位于第一管道34连接至压气机14的下游部分36的位置。

第二压气机泄放系统33包括第二管道35，第二管道35连接压气机14的下游部分36和排气装置30。对于本领域技术人员来说显而易见的是，压气机的下游部分36的压力比排气装置30更高。第二阀41位于管道35上，并且可操作为控制从下游部分36泄放并被喷射到排气装置30中的压气机空气的量。

燃气涡轮发动机10还包括发动机控制单元42。燃气涡轮发动机10还包括温度传感器44，温度传感器44被布置为测量或计算表示燃烧装置16的出口45处的燃烧气体的温度的值。可以存在一个温度传感器44或温度传感器44的环形阵列，温度传感器44的环形阵列被安装至燃烧装置单元阵列中的每个燃烧装置单元上或被围绕环形燃烧装置安装，或者传感器44可以位于从燃烧装置出口45的下游，并且出口45处的温度在控制单元42内根据这些下游测量来计算。包括在燃气涡轮发动机的其它方面在内，发动机控制单元42被连接至第一压气机泄放系统32的第一阀40、第二压气机泄放系统33的第二阀41和一个或多个温度传感器44。发动机控制单元42被用指令集编程，以用于在发动机操作期间操作阀40、41。

一般地，限制通过燃烧装置16的空气流维持了可接受的燃料/空气比，并进而维持了高燃烧温度。通过降低跨压气机14的压力比并因此降低被馈送至燃烧装置16中的压缩空气量，实现了对通过燃烧装置16的空气流的限制。本方法首先经由对第一泄放系统32的控制，继而经由对第二泄放系统33的控制来泄放压缩空气。这种方法提供了降低跨压气机的压力比的渐进且有序的管理。本方法适用于功率输出或负载的两个方向，即，降低功率输出和增加功率输出。换句话说，当增加或减少输出功率时，第一泄放系统32被最大程度地使用，并且继而使用第二泄放系统33。从压气机的下游部分向上游部分泄放的第一泄放系统32是更有效的泄放系统，因为该系统对发动机热效率的影响更小。第一泄放系统32通过泄放压缩空气而有效降低了压气机在其下游部分的压力，并且通过将加压空气注射到上游部分中来增加上游部分的压力，由此来相对有效地降低了跨压气机的压力比。第二泄放系统在第一泄放系统之后使用是因为第二泄放系统在发动机的热循环方面效率较低，这是由于第二泄放系统会将压缩空气倾泻到排气装置中，并损失了原本在压缩这些空气时做的大量功。

参见图2，压气机14包括轴向顺序的静叶级46和转子动叶级48。转子动叶级48包括转子盘，转子盘以常规方式支撑动叶的环形阵列。压气机14还包括壳体50，壳体50包围转子级并支撑静叶级46。导流静叶级包括被安装到壳体50的径向延伸静叶的环形阵列。静叶被设置为以最优角度在给定发动机操作点向动叶提供气流。导流静叶中的一些导流静叶级可以具有可变静叶机构49，其中静叶围绕其自身纵向轴线的角度可以根据可能在不同发动机操作条件范围内发生的空气流特征而进行调节。

压气机14还包括泄放出口52、54，泄放出口52、54被安装在壳体50上并且允许压缩空气从压气机14泄放。虽然图中示出两个泄放出口，但一个或至少3个泄放出口也是可能的。每个泄放出口52、54可以是围绕壳体圆周并且经由一个或多个单独的通道流体连接的泄放出口52、54的阵列。未示出的一个或多个通道沿圆周方向延伸，部分或全部围绕壳体并连接泄放出口。泄放管道52A、54A分别从每个泄放出口52、54引出，并且每个泄放管道52A、54A可以具有各自被连接至发动机控制单元42并由发动机控制单元42控制的可操作阀52B、54B。泄放出口52优选位于压气机的出口56处或压气机的出口56附近，但当采用两个泄放出口或排出部时，泄放出口52也可以位于压气机的级与泄放出口54的下游之间。在仅有一个泄放出口的情况下，优选泄放出口52。泄放管道52A和54A被连接至第一管道34和第二管道35。替代地，泄放管道52A可以连接至第二管道35，并且泄放管道54A可连接至第一管道34。

燃气涡轮发动机10可以包括阀位置传感器57，阀位置传感器57位于第一阀40和第二阀41以及甚至是阀52B、54B中的每一个上。阀位置传感器57被连接至发动机控制单元42，从而知道阀是完全打开还是完全关闭，或知道阀位于完全打开和完全关闭之间的位置。因此，通过对照阀位置来校准用于空气流的泄放系统，可以在任何期望时间知道从压气机泄放的空气量。因此，可以在功率输出范围67R、70R和70R'内使阀位置与功率输出相匹配。

现在参见图3，x轴刻度60是相对于最大功率的百分比输出功率，该最大功率是在入口处的特定天气条件或环境条件下(且特别是入口温度和压力下)可从燃气涡轮发动机获得的最大功率。替代地，x轴刻度可以是具有最大功率输出(在点64处)的发动机输出功率。y轴刻度是燃烧装置16的出口45处的燃烧气体温度。简言之，需要指出的是，对于任何给定燃气涡轮发动机和入口12处的环境条件，温度和百分比输出功率可以与示意性示出的那些显著不同，并且因此图形表示并不是按比例绘制的。

操作燃气涡轮发动机的方法旨在遵循操作线63，操作线63描绘如上文先前所述的百分比输出功率与燃烧装置16的出口45处的温度之间的关系。操作线63具有多个点64至73以及操作条件或范围，现在将结合将燃气涡轮发动机的功率输出从最大输出功率的100％降低至0％(即从图形的右上到左下)来描述操作条件或范围。然而，应当理解的是，本方法不需要燃气涡轮发动机处于100％或结束于0％。应当显而易见的是，本文所述的方法可以包括功率输出在0％(包括)和100％(包括)之间增加期间(即，从图形的左下到图形的右上，或换句话说，在增加发动机10的输出功率期间)，燃气涡轮发动机的操作。此外，本方法仅要求燃气轮机可以在第一泄放系统和/或第二泄放系统操作的特定功率输出范围内操作。

点64是100％或最大输出功率和最高燃烧装置出口45温度。在该操作点，没有来自压气机14的泄放，并且燃烧装置16的出口45处的温度足够高，从而产生最小或可接受的排放。

点65处于高输出功率范围65R并且低于输出功率的100％，并且在燃烧装置16的出口45处测量的温度低于最高燃烧装置出口温度。点65表示图形上点66与点64之间的位置，并且在发动机的高输出功率范围65R内。高输出功率范围65R包括输出功率的100％(点64)并直到点66。通常，高输出功率范围65R是最大输出功率的100％到最大输出功率的75％。在其它示例中，高输出功率范围65R是最大输出功率的100％到最大输出功率的50％。在高输出功率范围65R，没有来自压气机14的泄放，并且燃烧装置16的出口45处的温度仍然足够高，从而产生最小或可接受的排放。

点66处于第一预定温度T1，并且在燃气涡轮发动机10的中高输出功率范围67R内。紧邻点66上方是针对最小或可接受排放并且没有来自压气机14的泄放的最低燃烧装置出口45温度，并且该操作模式如上文中结合点65所述。在点66以下，燃烧装置出口的温度可能低于燃烧装置的温度，在燃烧装置的该温度下，排放是不期望的或不可接受的。在低于高输出功率范围65R的中高输出功率范围67R内，例如在点67处，燃烧装置16具有恒定出口温度。这里，随着第一出口温度达到第一预定温度T1，该方法包括从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体，从而维持第一出口温度。随着发动机的功率输出从点66并且向点68逐渐降低，发动机控制单元42命令阀40(以及在适用的情况下，阀52B和/或54B)打开并增加泄放的量，从而将第一出口温度维持在第一预定温度T1。

点68表示中高输出功率范围67R的末端。在点68处，从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体已经达到最大值，并且阀40被完全打开。应当理解的是，这里的“完全打开”可以表示阀被打开至其最大可允许程度，这取决于其它参数和应用。例如，可能存在限制最大允许程度或“完全打开”状态的其它原因，例如管道尺寸或操作极限，例如压气机的最大可允许入口温度。在点68之后并且随着输出功率降低，在燃烧装置16的出口45处测量的温度开始下降。因此，操作发动机的方法包括检测到从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体已经达到最大值，并且开始从压气机14的下游部分36向排气装置30泄放气体。虽然最大泄放点优选用作可以开始向排气装置泄放的点，但也可以检测达到最大值的90％以上或更优选地95％以上的预定点的时间以继而开始向排气装置泄放。这可以确保泄放之间可以出现平滑过渡。

点69是燃气涡轮发动机10开始以中低输出功率范围70R运行并且燃烧装置16达到第二预定温度T2的点，在该示例中，第二预定温度T2低于第一预定温度T1。在点69处，发动机控制单元42接收来自温度传感器44的说明已经达到第二预定温度T2的信号，并且命令阀41开始打开并从压气机14的下游部分36向排气装置30泄放，使得第二出口温度维持在第二预定温度T2。在代表在中低输出功率范围70R内的点的点70处，从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体持续处于最大值，并且从压气机14的下游部分36向排气装置30泄放气体也正在发生。在功率输出范围70R内，从点69到点71，从压气机14的下游部分36向排气装置30的泄放气体的量逐渐增加。发动机控制单元42命令阀41逐渐打开一个增大的量并且与发动机输出功率的减小相关地打开，以维持燃烧装置16的出口45处的温度(T2)。当阀41被完全打开至其最大物理状态或达到另一极限(例如最大允许排气温度)时，在点71处，最大量的泄放气体从压气机14泄放至排气装置30。因此，在中低输出功率范围70R内，存在处于最大值或至少大量的泄放气体正从压气机14的下游部分36向上游部分38泄放，以及存在从压气机14到排气装置30的可变量的泄放。

中低输出功率范围70R在点69和点71之间延伸。在点69处，实际上从压气机14的下游部分36向排气装置30的气体泄放为0，但在该点处阀41将要被打开。在点71处，从压气机14的下游部分36向排气装置30的气体泄放处于最大值。

在点71和最大输出功率的0％的点73之间的低输出功率范围72R内，从压气机14的下游部分36向上游部分38和排气装置30的气体泄放均处于最大值。在不可能进一步泄放的情况下，燃烧装置的出口45的温度随着功率输出降低而继续下降。取决于发动机的类型和环境条件，燃烧装置的温度将导致产生不期望排放；然而，在点71以下，发动机通常是关闭的并且无法长时间持续操作。

第一预定温度和第二预定温度T1、T2中的每一个包括标称温度及上限和下限。上限和下限通常与标称温度的差异分别为+5℃和-5℃；这也可以被称为10℃的温度带，其具有作为预定温度的中值。其它应用可以具有不同的温度带或温度极限。取决于操作功率输出，改变从第一泄放系统32或第二泄放系统33的所泄放气体的量包括在燃烧装置16的温度达到下限的情况下通过调节阀来增加所泄放气体的量或使所泄放气体的量保持恒定，和/或在燃烧装置的温度达到上限的情况下，通过调节阀来减少所泄放气体的量或使所泄放气体的量保持恒定。

第一预定温度T1与第二预定温度T2之差约为10℃，不过在可能具有显著不同的燃烧系统的燃气涡轮发动机的其它示例中，第一预定温度T1与第二预定温度T2之差可以在5-20℃的范围内。然而，如上所述，调节阀40、41(和52B、54B)以控制泄放质量流是基于燃烧装置温度达到上限和下限进行的，因此，T1和T2之间的温差应当在上下限之外。

在操作燃气涡轮发动机10的方法的另一示例中，不使用温差(即，预定温度T1与预定温度T2的温差)启动打开阀41以用于从压气机向排气装置泄放，而是可以使用指示从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体已经达到其最大值的其它指示器。一个此类指示器是阀40(以及如果使用的话，阀52B、54B)上的阀位置传感器57，从而知道从压气机14的下游部分36向压气机14的上游部分38泄放气体何时达到预定量或最大量。因此，在图3中，操作燃气涡轮发动机的改进方法旨在遵循操作线63'，操作线63'描绘如上文先前所述的百分比输出功率与燃烧装置16的出口45处的温度之间关系。操作线63'具有多个操作点64-68、70'、71'、72和73。操作点64-68和73是如之前所描述的那样，并且因此将不再赘述。操作点70'、11'实际上代替了点70、71，并且省略了点69。中低输出功率范围70R现在变成中低输出功率范围70R'，并且在点68和点11'之间延伸。因此，第一预定温度T1可以等于或近似等于第二预定温度T2。对于任何给定燃气涡轮发动机，中低输出功率范围70R与中低输出功率范围70R'的范围大致相同。

替代地或附加地，阀40(以及如果使用的话，阀52B、54B)上的阀位置传感器57向发动机控制单元42发送连续信号。发动机控制单元42被编程为在达到预定阀位置时命令阀41开始打开。随着输出功率或负载在中低输出功率范围70R'内减小，发动机控制单元42命令阀41以相对增加的量打开，由此来将燃烧装置16的出口温度维持在预定温度T1和/或T2。

作为一个示例，当启动燃气涡轮发动机(点73)并将功率输出增加至100％(点64)时，两个泄放系统32、33在低功率输出范围72R期间均被完全打开。启动燃气涡轮发动机的一种替代途径是在启动并增加负载时使一个或两个泄放系统32、33关闭，直至达到低功率范围72R内的特定点，在该特定点处，第一和第二泄放系统32、33两者均被增加至其最大量。当达到燃烧装置16的第二预定温度T2时，命令第二泄放系统33的阀41从其完全打开状态开始关闭。随着功率输出继续增加通过中低功率输出范围70R、70R'，命令第二泄放系统33的阀41逐渐(平滑地或逐步地)关闭，直到达到点69或点68，这取决于T1和T2之间是存在差异还是T2＝T1。

在第二预定温度T2和第一预定温度T1如上所述被设置为具有差异的情况下，遵循功率输出线63，并且在达到点69时，阀41被完全关闭。在短功率输出范围74R内，燃烧装置16的温度从第二预定温度T2升高至第一预定温度T1。当达到第一预定温度T1时，命令阀40开始从完全打开或最大可允许打开状态关闭。

替代地，在第二预定温度T2和第一预定温度T1如上所述被设置为近似相等的情况下，遵循功率输出线63'，并且在达到点68时，阀41被完全关闭。监测阀41的阀位置传感器发出阀41被完全关闭或非常接近关闭(例如在5％关闭的范围内)的信号，并且发动机控制单元42命令阀40开始关闭。

在任一情况下，随着功率输出继续增加通过中高功率输出范围67R，命令第一泄放系统32的阀40逐渐(平滑地或逐步地)关闭，直到点66。

如上所述，在通过中低功率输出范围70R、70R'和中高输出功率范围67R时，预定温度T1和T2借助于温度传感器44而被维持在恒定的标称温度，温度传感器44指示何时达到上限或下限，并调节阀以打开或关闭一定量以进行补偿，使得燃烧装置温度维持在预定温度带内。

从与降低功率输出相关的描述中可以明显看出，在高功率输出范围65R期间，两个阀40、41都是被完全关闭的。

应当理解的是，对于不同的燃气涡轮发动机，输出功率范围65R、67R、70R、72R和74R的值或操作线63、63'上各点处的要求负载可以不同。因此，虽然其最大范围可能看起来会重叠，但对于任何一个燃气涡轮发动机，输出功率范围都不重叠。因此，第二泄放系统32在中高功率输出范围67R内不可操作。换句话说，当减弱发动机时，第二泄放系统33仅在第一泄放系统32达到其最大值或非常接近最大值(例如在最大值的5％以内)后才开始泄放。

输出功率范围是相对于彼此而言的，从而按照功率输出的降序排序，这些范围是：高输出功率范围、中高输出功率范围、中低输出功率范围和低输出功率范围。因此，对于任何一个燃气涡轮发动机，输出功率范围不重叠或者可以是连续的。

在某些情况下，特别是在环境温度极低的情况下，为了防冻的目的，需要加热入口12中的空气和/或加热入口12。在这种情况下，第一压气机泄放系统32可以具有到入口12的其它管道，并且压气机泄放的一部分用于加热或防冻目的。由如本文所述的第一压气机泄放系统32和第二压气机泄放系统34来使用其余的压气机泄放，即，总可用压气机泄放的较大部分。

本发明结合上述具有单个轴或线轴的示例性涡轮发动机描述，该轴或线轴连接单个多级压气机及单个一级或多级涡轮。然而，应当理解的是，本发明同样适用于两轴或三轴发动机，并且可以用于工业、航工或海洋应用。

除非另有说明，否则术语“上游”和“下游”是指流经发动机的气流和/或工作气体的流方向。术语“朝前”和“朝后”是指流经发动机的总气流。术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于发动机的旋转轴线20而言。

Claims (14)

1.一种控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，

所述燃气涡轮发动机(10)具有按轴向流动顺序的一个压气机(14)、一个燃烧装置(16)、一个压气机-涡轮(18)和一个排气装置(30)，所述燃气涡轮能够至少在以下范围内操作：

-一个高输出功率范围(65R)，

-一个中高输出功率范围(67R)，

-一个中低输出功率范围(70R、70R')以及

-一个低输出功率范围(72R)，

所述方法包括以下步骤：

-在所述中高输出功率范围(67R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第一预定温度(T1)，

-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体，从而维持所述燃烧装置的第二预定温度(T2)。

2.根据权利要求2所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-在所述低输出功率范围(72R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最大值，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体处于最大值。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-在所述高输出功率范围(65R)期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最小值或为0，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体处于最小值或为0。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体处于最大值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-所述中高输出功率范围(67R)具有一个最大点(66)和一个最小点(68)，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述压气机(14)的所述上游部分(38)泄放所述气体包括：使所泄放气体的量从所述最大点(66)处的一个最大量改变为所述最小点(68)处的一个最大量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-所述中低输出功率范围(70R、70R')具有一个最大点(68、69)和一个最小点(71、71')，并且从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体包括：使所泄放气体的量从所述最大点(68)处的一个最小量改变为所述最小点(71、71')处的一个最大量。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-所述第一预定温度(T1)和所述第二预定温度(T2)中的每一个包括标称温度以及上限和下限，优选地，所述上限和下限与所述标称温度的差异分别为+5℃和-5℃，并且

-改变所泄放气体的量包括

-在所述燃烧装置的所述温度达到所述下限的情况下增加所泄放气体的量，和/或

-在所述燃烧装置的所述温度达到所述上限的情况下减少所泄放气体的量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-所述第一预定温度(T1)和所述第二预定温度(T2)之差在5至20℃的范围内，并且更优选约为10℃。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-检测到从所述压气机(14)的一个下游部分(36)向所述压气机(14)的一个上游部分(38)泄放一种气体已经达到最大值，并且

-开始从所述压气机(14)的所述下游部分(36)向所述排气装置(30)泄放一种气体。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的控制一个燃气涡轮发动机(10)的方法，其中，

-所述高输出功率范围(65R)在最大输出功率的100％至50％之间，优选地，所述高输出功率范围(65R)在最大输出功率的100％至75％之间，

-所述中高输出功率范围(67R)在最大输出功率的85％至40％之间，优选地，所述中高输出功率范围(67R)在最大输出功率的75％至50％之间，

-所述中低输出功率范围(70R、70R')在最大输出功率的85％至30％之间，优选地，所述中低输出功率范围(70R，70R')在最大输出功率的60％至30％之间，更优选地，所述中低输出功率范围(70R、70R')在最大输出功率的50％至35％之间，并且

-所述低输出功率范围(65R)在最大输出功率的0％和60％之间，优选地，所述低输出功率范围(65R)在最大输出功率的0％和40％之间，并且更优选地，所述低输出功率范围在0％和30％之间。

11.一种燃气涡轮发动机(10)，能够至少在一个高输出功率范围(65R)、一个中高输出功率范围(67R)、一个中低输出功率范围(70R、70R')和一个低输出功率范围(72R)操作，所述燃气涡轮发动机(10)包括：

-按轴向流动顺序的一个压气机(14)、一个燃烧装置(16)、一个压气机-涡轮(18)和一个排气装置(30)，

-一个温度传感器(44)，被安装至所述燃气涡轮发动机(10)并且被布置为感测或计算所述燃烧装置(16)的温度，

-一个第一压气机泄放系统(32)，包括一个第一管道(34)以及位于所述管道(34)上的一个第一阀(40)，所述第一管道(34)连接所述压气机(14)的一个下游部分(36)和一个上游部分(38)，

-一个第二压气机泄放系统(33)，包括一个第二管道(35)以及位于所述管道(35)上的一个第二阀(41)，所述第二管道(35)连接所述压气机(14)的所述下游部分(36)和所述排气装置(30)，

-一个发动机控制单元(42)，被连接至所述温度传感器(44)、所述第一阀(40)和所述第二阀(41)，所述发动机控制单元(42)被编程为根据所述燃烧装置(16)的所述温度控制所述第一阀(40)和所述第二阀(41)，使得

-在所述中高输出功率范围(67R)期间，所述第一阀(40)被至少部分地打开，使得维持所述燃烧装置(16)的第一预定温度(T1)，

-在所述中低输出功率范围(70R、70R')期间，所述第二阀(41)被至少部分地打开并且所述第一阀(40)被完全打开，

使得维持所述燃烧装置(16)的第二预定温度(T2)。

12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述燃气涡轮发动机(10)还包括位于所述涡轮(18)和所述排气装置(30)之间的一个动力涡轮(19)，所述动力涡轮(19)被连接至用于驱动一个负载(26)的一个轴(28)。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，

-所述上游部分(38)是所述压气机(14)的一个入口(55)，并且所述下游部分(38)至少是所述压气机(14)的所述出口(56)，

-所述第一压气机泄放系统(32)和所述第二压气机泄放系统(33)具有位于所述压气机(14)的所述出口(56)处的一个共用第一泄放出口(52)或第一泄放出口(52)的一个共用阵列。

14.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，

-所述第一压气机泄放系统(32)和所述第二压气机泄放系统(33)具有位于所述压气机(14)的所述入口(55)和所述出口(56)之间的一个共用第二泄放出口(54)或第一泄放出口(54)的一个共用阵列。

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