CN111527293B - 压气机控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机(10)的控制器(300)，该控制器根据一种控制方法进行操作。燃气涡轮发动机(10)包括具有壳体(50)的压气机(14)，壳体沿操作轴线(20)延伸并且中心在操作轴线上。压气机动叶的阵列(48)被耦接到沿操作轴线(20)延伸的可旋转发动机轴(22)。第一可变导流静叶(8a)沿着操作轴线(20)与压气机动叶阵列(48)轴向间隔开，其中第一可变导流静叶(8a)可旋转地安装在壳体(50)上的第一位置(202)处，具有与操作轴线(20)成直角的静叶旋转轴线(121)。第一可变导流静叶(8a)可以耦接至调节驱动器(154)，该调节驱动器可操作以使第一可变导流静叶(8a)绕第一可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转到相对于操作轴线(20)的一个角度范围(A‑D)。控制器(300)能够可操作以根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A‑B)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而减小，并且在发动机轴速度的第二范围(B‑C)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而增加。

Description

压气机控制
技术领域
本公开涉及压气机的控制。
特别地，本公开涉及用于燃气涡轮发动机的压气机的控制。
背景技术
燃气轮机包括涡轮和由涡轮驱动的压气机。压气机可以由多级定子静叶和转子动叶组成，定子静叶不可以绕着操作轴线旋转，而转子动叶可以绕着该操作轴线旋转。通常，燃气轮机要经受变化的操作状态，从而导致压气机内不同的气动流动状态。
为了使压气机性能适应不同的流动状态，已知的是为压气机提供可变导流静叶(VGV)。可变导流静叶可以绕可变导流静叶的纵向轴线发生枢转/旋转，以便调整该可变导流静叶相对于发动机的操作轴线(即通过压气机的轴向流动方向)的角度，并因此调整该可变导流静叶相对于下游的转子动叶的角度。
在启动过程期间和非设计状态下，操作流动状态可能会导致失速状态。这可能会导致气动噪声、效率损失和过度的转子振动。
为了避免这种不利行为，可以控制发动机以避免可能导致失速的状态的组合。例如，可以通过旋转可变导流静叶以增加动叶相对于操作轴线的角度并且减小压气机喉部面积来减少压气机失速，从而减少通过压气机的空气质量流量。
不幸的是，限制操作状态可能具有进一步的后果，例如对效率或功率输出产生影响。
因此，非常需要一种控制压气机的方法以及可以根据该方法操作的一种压气机和/或发动机，该方法减少了不必要的空气动力行为的可能性，从而降低了损坏发动机的可能性，并且同时允许发动机在更宽的状态范围内操作。
发明内容
根据本公开，提供了如所附权利要求中阐述的装置、系统、方法和有形的非暂时性计算机可读存储介质。根据从属权利要求以及随后的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
相应地，可以提供一种用于燃气涡轮发动机(10)的控制器(300)，该燃气涡轮发动机(10)包括具有壳体(50)的压气机(14)，该壳体沿着操作轴线(20)延伸并且中心在该操作轴线上。压气机还可以包括压气机动叶的阵列(48)，该压气机动叶的阵列被耦接到沿操作轴线(20)延伸的可旋转发动机轴(22)，第一可变导流静叶(8a)沿操作轴线(20)与压气机动叶阵列(48)轴向间隔开，其中第一可变导流静叶(8a)可旋转地安装在壳体(50)上的第一位置(202)处，具有与操作轴线(20)成直角的静叶旋转轴线(121)。第一可变导流静叶(8a)可以耦接至调节驱动器(154)，该调节驱动器可操作以使第一可变导流静叶(8a)绕第一可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转到相对于操作轴线(20)的一个角度范围(A-D)。控制器(300)能够可操作以根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而减小(R1)和/或随着发动机速度的减小而增加(R2)。在发动机轴速度的第二范围(B-C)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而增加(R2)和/或随着发动机速度的减小而减小(R1)。
在发动机轴速度的第二范围(B-C)内，随着第一可变导流静叶(8a)关闭，第二可变导流静叶(8a)同时打开。类似地，随着第一可变导流静叶(8a)打开，第二可变导流静叶(8a)同时关闭。
还可以提供一种燃气涡轮发动机(10)，该燃气涡轮发动机(10)包括具有壳体(50)的压气机，该壳体沿着操作轴线(20)延伸并且中心在该操作轴线上。压气机还可以包括压气机动叶的阵列(48)，压气机动叶的阵列被耦接至沿操作轴线(20)延伸的可旋转发动机轴(22)，第一可变导流静叶(8a)沿操作轴线(20)与压气机动叶阵列(48)轴向间隔开，其中第一可变导流静叶(8a)可旋转地安装在壳体(50)上的第一位置(202)处，具有与操作轴线(20)成直角的静叶旋转轴线(121)。第一可变导流静叶(8a)可以耦接至调节驱动器(154)，该调节驱动器可操作以使第一可变导流静叶(8a)绕第一可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转到相对于操作轴线(20)的一个角度范围(A-D)。压气机和/或发动机还可以包括控制器(300)，控制器(300)能够可操作地根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度可以随着发动机速度的增加而减小(R1)和/或随着发动机速度的减小而增加(R2)。在发动机轴速度的第二范围(B-C)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而增加(R2)和/或随着发动机速度的减小而减小(R1)。
还可以提供一种根据本公开的控制燃气涡轮发动机(10)的方法。该方法可以包括根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度随着发动机速度的增加而减小(R1)和/或随着发动机速度的减小而增加(R2)。在发动机轴速度的第二范围(B-C)内，第一可变导流静叶(8a)相对于操作轴线(20)的角度可以随着发动机速度的增加而增加(R2)；和/或随着发动机速度的减小而减小(R1)。
发动机轴速度的第二范围(B-C)可以在第一范围(A-B)和第三范围(C-D)之间。
第一范围(A-B)的最大值可以不大于第二范围(B-C)的最小值。第二范围(B-C)的最大值可以不大于第三范围(C-D)的最小值。
在某些情况下，任何一个或所有导流静叶(8a、8b、8c和8d)的归一化角度可能是恒定的，即在第一范围(A-B)中角度不变。
与第一范围(A-B)相比，第三范围(C-D)中的第一可变导流静叶(8a)的发动机轴速度相对于操作轴线(20)的每单位改变的角度的变化率可以更大。
第一范围(A-B)可以是发动机轴速度的0％到80％。第二范围可以是发动机轴速度的80％到90％。第三范围可以是发动机轴速度的90％到100％。
第一范围(A-B)可以是发动机轴速度的0％到不大于80％。第二范围可以是发动机轴速度的不小于80％到不大于95％。第三范围可以是发动机轴速度的不小于95％到不大于100％。
压气机还可以包括第二可变导流静叶(8b)，第二可变导流静叶(8b)沿操作轴线(20)与第一可变导流静叶(8a)轴向间隔开，其中第二可变导流静叶(8b)可旋转地安装在壳体(50)上的第二位置(204)处，具有与操作轴线(20)成直角的静叶旋转轴线(121b)；并且第二可变导流静叶(8b)耦接至调节驱动器(154)，该调节驱动器(154)可操作以：在旋转第一可变导流静叶的同时，使第二可变导流静叶(8b)绕第二可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转至相对于操作轴线(20)的一个角度范围。方法还可以包括以下步骤：根据发动机轴速度来控制第二可变导流静叶(8b)的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A-B)、第二范围(B-C)和第三范围(C-D)内，第二可变导流静叶(8b)相对于操作轴线(20)的角度：随着发动机速度的增加而减小(R1)和/或随着发动机速度的减小而增加(R2)。
可变导流静叶的旋转可以被控制为使得：在发动机轴速度的第一范围(AB)内，第一可变导流静叶(8a)和第二可变导流静叶(8b)相对于操作轴线(20)的角度)以相同的速率变化。
可变导流静叶的旋转可以被控制为使得：在发动机轴速度的第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶(8a)的角度以比第二可变导流静叶(8b)大的速率变化。
调节驱动器(154)可以包括一个致动器(156)，该致动器被耦接至第一可变导流静叶(8a)和第二可变导流静叶(8b)两者。
调节驱动器(154)可以包括第一致动器(156)和第二致动器(156’)，第一致动器(156)耦接至第一可变导流静叶(8a)；并且第二致动器(156’)耦接至第二可变导流静叶(8b)；并且控制器(300)可操作以控制调节驱动器(154)的致动器中的两个致动器(156、156’)。
还可以提供一种有形非瞬态计算机可读存储介质，在该存储介质上记录有指令，该指令在由根据本公开的用于燃气轮机的控制器实施时，使控制器执行根据本公开的控制燃气轮机的方法。
因此，提供了一种用于执行可变导流静叶时间表以提高压气机的可操作性的系统。该时间表被设计成引起至少一个可变导流静叶级的一个或几个方向的变化。该时间表也被设计成使得至少一个可变静叶级的角度可以相对于其他可变导流静叶级而改变。这样可以对气流提供足够的控制，从而避免失速。
因此，在预定的发动机操作状态下，可以通过逐渐地关闭或打开第一级可变导流静叶，同时逐渐地打开或关闭(分别地)后面的可变导流静叶级来实现控制。这样，减少了下游转子动叶上的负载，从而避免了失速状态和其他不利的动叶动力学问题。
附图说明
现在将参考附图描述本公开的示例，其中：
图1示出了涡轮机械的示例的示意图；
图2是压气机组件的视图；
图3示出了图2中所示的压气机组件的放大区域；
图4示出了图2中所示的压气机组件的另一个放大区域；并且
图5示出了根据本公开的方法、装置和系统的可变导流静叶运动曲线的示例。
具体实施方式
本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机(10)的控制器(300)，该燃气涡轮发动机(10)包括压气机。本公开还涉及一种燃气涡轮发动机、一种控制该燃气涡轮发动机的方法以及有形的非瞬态计算机可读存储介质。
通过上下文，图1至图4示出了一种发动机和压气机布置，可以将本公开的特征应用到该发动机和压气机布置。然而，本公开的特征也可以应用于其他布置，例如包含该特征的不同或备选的组合。
图1以剖视图示出了燃气涡轮发动机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和涡轮部18，它们总体上按流动顺序布置，并且总体上围绕旋转轴线20并且沿旋转轴线20的方向。旋转轴线也可以称为“操作轴线”，流过压气机的流动方向通常与操作轴线/旋转轴线对准。燃气涡轮发动机10还包括轴22，轴22可以绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22将涡轮部18驱动地连接至压气机部14。
在燃气涡轮发动机10的运行时，通过空气入口12吸入的空气24被压气机14压缩，并被输送到燃烧部或燃烧器部16。燃烧器部16包括燃烧器增压室26、一个或多个沿纵向轴线35延伸的燃烧室28和被固定到每个燃烧室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。穿过压气机14的压缩空气进入扩散器32，并从扩散器32排放到燃烧器增压室26中，一部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30，并与气态燃料或液态燃料混合。随后空气/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导管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具有环管式燃烧装置部布置16，环管式燃烧装置部布置16由燃烧装置罐19的环形阵列构成，每个燃烧装置罐具有燃烧器30和燃烧室28，过渡管道17具有与燃烧室28相接的大致圆形的入口和呈环形段形式的出口。过渡管道出口的环形阵列形成用于将燃烧气体引导至涡轮18的环形空间。
涡轮部18包括被附接到轴22的多个动叶承载盘36。在本示例中，示出了两个盘36，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是不同的，即可以是仅一个盘或多于两个盘。另外，被固定到燃气涡轮发动机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。在燃烧室28的出口和前涡轮动叶38入口之间设置导流静叶44，并且导流静叶44将工作气体流转向到涡轮动叶38上。
来自燃烧室28的燃烧气体34进入涡轮部18并且驱动涡轮动叶38，涡轮动叶38继而使轴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经由轴22驱动压气机14，即特别是驱动压气机转子。
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，用于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。壳体50沿着操作轴线20延伸并且中心在该操作轴线20上。导流静叶级46包括安装到壳体50的径向延伸的导流静叶7的环形阵列。导流静叶7(以下也称为静叶7)被设置为在给定的发动机操作点处向转子动叶级48的动叶以最佳角度提供气流，转子动叶级48沿着压气机14相对于空气24的流动方向存在于压气机14的附近并且在压气机14的下游。
壳体50限定了压气机14的通道56的径向外表面52。导流静叶级46和转子动叶级48大致沿轴向交替地布置在通道56中。通道56限定了空气通过压气机14的流动路径，该流动路径也被称为压气机14的轴向流动路径56。来自入口12的空气24在导流静叶级46和转子动叶级48的上方和周围流动。通道56的径向内表面54至少部分地由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分地由动叶的环形阵列所限定。
一些导流静叶级46具有可变导流静叶8(图示为静叶8a、8b、8c、8d)，其中导流静叶8绕导流静叶8自身纵向轴线的角度可以根据气流特性针对角度而调整，该气流特性可以在不同发动机操作状态下发生。其他一些导流静叶级46具有固定的导流静叶9，其中导流静叶9绕该导流静叶9自身的纵向轴线的角度是固定的，因此角度不可以调节。
参考上述示例性涡轮发动机来描述本方法、装置和系统，该示例性涡轮发动机具有连接单个多级压气机和单个一级或多级涡轮的单个轴或转轴。然而，应当理解的是，本系统和方法同样适用于两轴发动机或三轴发动机，并且可以用于工业、航空或船舶应用。
此外，环管式燃烧装置部布置16也用于示例性目的，并且应当理解的是，本技术同样适用于具有环形类型和罐式类型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而言的。
在图2所示的示例中，压气机壁50内部的可变导流静叶8a-d的单独的级的倾角或角度偏移经由从壁的外部施加的连杆机构100来控制。
每个单独的静叶8a(第一级46a)、8b(第二级46b)、8c(第三级46c)、8d(第四级46d)可以安装在主轴122上，以允许静叶8a、8b进行角运动。图3示出了第一级的单个静叶8a和对应的杠杆120，该第一级例如是压气机的最上游的级。图4示出了沿着静叶8a的长度的视图，图中示出了静叶如何围绕其旋转轴线121旋转。
如图2所示，杠杆120可以将主轴122连接至驱动环140，该驱动环140被设置为调节环，即所谓的协调环。每个级46的每个静叶8经由杠杆120被连接到每个静叶相应的协调环。也就是说，杠杆120将每个静叶的主轴122连接到相应的驱动环140、141、142、143。
单个级中的所有静叶8可以被连接至相同的环，使得同一级46上的所有静叶8被同时且以相同角度调节。
驱动环140、141、142、143的每个驱动环可以经由推杆150通过分配器驱动器154旋转，每个环一个推杆。
分配器驱动器可以仅包括单个致动器(即驱动器)。因此单个驱动器可以提供输入，以作用在所有推杆150、协调环140-143上，并且因此作用在导流静叶上。
备选地，分配器驱动器可以包括两个或更多个致动器。因此，一个致动器可以驱动一个或多个协调环，而另一个致动器驱动其余的(多个)协调环。因此，多个驱动器可以提供输入，以作用在所有推杆150、协调环140-143上，并且因此作用在导流静叶上。
驱动环140、141、142、143的旋转运动(被示出为箭头s1、s2、s3、s4)可以经由杠杆120以旋转运动的方式被施加到每个静叶8a到8d的杠杆120，该旋转运动经由箭头m2所指示。因此，如图3、图4所示，分配器驱动轴152的运动导致静叶8a至8d的旋转。
忽略可变导流静叶致动布置的细节，根据本公开的燃气涡轮发动机10包括具有壳体50的压气机，该壳体沿操作轴线20延伸并且中心在操作轴线20上。被耦接至可旋转的发动机轴22的压气机动叶的阵列48沿操作轴线20延伸，并且第一可变导流静叶8a沿操作轴线20与压气机动叶阵列48轴向地间隔开。第一可变导流静叶可旋转地安装在壳体50上的第一位置202处，第一可变导流静叶具有静叶旋转轴线121，该静叶旋转轴线从操作轴线20径向延伸，并且与操作轴线20成直角。第一可变导流静叶8a被耦接至调节驱动器154，该调节驱动器154能够操作以使第一可变导流静叶8a绕第一可变导流静叶的旋转轴线121旋转至相对于操作轴线20的角度范围A-D(即角度定向)。
例如如图4所示，可变引导静叶相对于操作轴线20的角度可以根据在静叶前缘和后缘之间的弦线123与操作轴线20形成的角度来考虑。
本公开涵盖的所有示例共有的特征是第一级46a与后面的级46b、46c、46d协同操作。然而，级46b、46c、46d彼此同步，但是级46a被配置为按照不同的时间表来打开和关闭。
换句话说，级46b，46c，46d的打开/关闭是同步的，因为它们都同时打开和关闭，而第一级46a的打开/关闭相对于其他级是异步的，因为第一级46a可以在其他阶段关闭时打开，并且可以以不同于其他级的速率关闭。这参照图5被最佳地说明。
图5示出了针对不同级46a、46b、46c、46d的静叶8a、8b、8c、8d相对于发动机速度而绘制的可变导流静叶角度的曲线图。如参照静叶8b、8c、8d的曲线时间表所看到的，在低发动机速度下，静叶相对于操作轴线20(和/或流经压气机的流动方向)以第一角度布置，并且随着发动机速度增加，静叶相对于操作轴线20(例如沿图4所示的R2方向)旋转，使得静叶在最高发动机速度下处于最“打开”的状态，以允许最大的空气流量。
如图5中标记为8a′的曲线所示，在用于燃气涡轮发动机的常规压气机中，第一级46a的静叶将遵循相同的模式。
然而，如图5中的8a所示，对于本公开的布置，第一级的曲线与时间表相对应。
如图2所示，燃气涡轮发动机包括控制器300，例如如图5所示，该控制器300可操作以根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶8a的旋转。
控制器300可以形成发动机控制单元的一部分，并且可以装配到发动机和/或压气机上或发动机和/或压气机附近的任何合适的位置。控制器300链接到分配器驱动器154，并且可操作地控制该分配器驱动器154，从而控制可变导流静叶8a、8b、8c、8d。
因此，不管可变导流静叶8a、8b、8c、8d如何被致动/旋转，它们的定向、旋转方向和旋转速度都由控制器300控制。
参考图5，控制器300可操作以控制可变导流静叶8a的旋转，从而在发动机轴速度的第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度的增加而减小(即沿如图4所示的方向R1转动，以增加静叶8a之间的流动面积)，和/或随着发动机速度的减小而增加(即沿如图4所示的方向R2转动，以减小静叶8a之间的流动面积)。同样参考图5，控制器300也能够可操作以控制可变导流静叶8a的旋转，使得在发动机轴速度的第二范围(B-C)内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度的增加而增加(即沿方向R2转动)和/或随着发动机速度的减小而减小(即沿方向R1转动)。
因此，提供了控制器300，该控制器300可操作以使第一可变导流静叶8a绕第一可变导流静叶的旋转轴线121旋转到相对于操作轴线20的角度范围A-D(即，沿方向R1、R2上的角度定向)。因此，控制器300可操作以根据发动机轴速度来控制第一可变导流静叶8a的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围A-B和第三范围C-D内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度的增加而减小(即，沿方向R1的方向转动)；和/或随着发动机速度的减小而增加(即，沿方向R2转动)。在发动机轴速度的第二范围B-C内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度的增加而增加(即，沿方向R2转动)；和/或随着发动机速度的减小而减小(即，沿方向R1转动)。
如图4所示，第一旋转方向R1与第二旋转方向R2相反。
如上所述，可变导流静叶8a可以是围绕壳体50的周向布置以形成第一流动级46a的至少一部分的可变导流静叶8a的阵列中的一个。
同样如所描述的，还可以设置可变导流静叶8b、8c、8d的另一阵列/级46b、46c、46d，可变导流静叶8b、8c、8d分别围绕壳体50的周向布置，以形成另一流动级46b、46c、46d的至少一部分，该另一流动级46b、46c、46d沿操作轴线20与第一流动级46a间隔开。
因此，可以设置围绕壳体50的周向布置的可变引导静叶8b、8c、8d的第二(或更多)阵列/级46b、46c、46d，从而形成第二流动级46a、第三流动级46b和/或第四流动级46d的至少一部分，该第二流动级46a、第三流动级46b和/或第四流动级46d沿操作轴线20与第一流动级46a间隔开。
因此，还可以设置第二可变导流静叶8b，该第二可变导流静叶8b沿操作轴线20与第一可变导流静叶8a轴向间隔开，其中第二可变导流静叶8b可旋转地安装在壳体50上的第二位置204处，具有静叶旋转轴线121b，静叶旋转轴线121b从操作轴线20径向延伸并与操作轴线20成直角。第二可变导流静叶8b可以耦接至调节驱动器154，当旋转第一可变导流静叶8a的同时，该调节驱动器154可操作以使第二可变导流静叶8b绕第二可变导流静叶的旋转轴线121旋转至相对于操作轴线20的角度范围A-D(角度定向)。
当具有多个级的轴向压气机14运行时，逐步地实现对通过压气机的空气的压缩，并且在每一级具有相似的压缩比，因此通过压气机的气体路径的面积被设计为逐渐减小。在发动机启动和关闭期间遇到的非常低速度的情况下，早期的级可变导流静叶8a、8b无法提供足够的压缩来使气流能够通过变得“阻塞”的后(下游)静叶级46c、46d。发生这种情况时，气流会与翼型表面分离，从而在压气机14的所有级中造成“失速”和逆流。当发生这种情况时，离开压气机的高压空气流回经过压气机14，从而产生压力波(称为“喘振”)。通常，喘振将反复发生，直到发动机停止。
然而，本公开的布置控制气流以避免发生失速状态。图5示出了根据本公开的一种布置中的第一级46a相对于后几级46b、46c、46d的相对运动，这种相对运动已经被确定，以影响空气流动，从而借助于第一级46a，将抑制失速和/或其他不利的空气流动状态的发生，该第一级46a相比于在预定的发动机状态下的其他阶段受到限制。
在低速时，可变导流静叶被“关闭”(即沿方向R2转动以最大程度地限制流动)，并且随着发动机速度的增加，可变导流静叶8a至8d在方向R1上打开至可变导流静叶的运行位置，以便通过更多流量。
因此，提供了一种根据发动机轴速度控制第一可变导流静叶8a的旋转的控制方法。在发动机速度的第一范围A-B和第三范围C-D内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度增加而减小(即，沿方向R1转动)和/或随着发动机速度减小而增加(即，沿方向R2转动)。在发动机轴速度的第二范围B-C内，第一可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度增加而增加(即，沿方向R2转动)和/或随着发动机速度减小而减小(即，沿方向R1转动)。
发动机轴速度的第二范围(B-C)可以在第一范围(A-B)和第三范围(C-D)之间。
第一范围(A-B)的最大值可以不大于第二范围(B-C)的最小值。第二范围(B-C)的最大值可以不大于第三范围(C-D)的最小值。
与第一范围(A-B)相比，第三范围(C-D)中的第一可变导流静叶8a的发动机轴速度相对于操作轴线20的每单位改变的角度的变化率可以更大。
该控制方法还可以包括以下步骤：根据发动机轴速度来控制第二可变导流静叶8b的旋转，其中在发动机轴速度的第一范围(A-B)、第二范围和第三范围(CD)内，可变导流静叶8a相对于操作轴线20的角度随着发动机速度的增加而减小(即，沿方向R1转动)和/或随着发动机速度的减小而增加(即，沿方向R2转动)。在根据发动机轴速度控制第二可变导流静叶8b的旋转的步骤中，第二可变导流静叶8b经由第一可变导流静叶8a被驱动，使得第二可变导流静叶8b与第一可变导流静叶8a处于机械关系或与第一可变导流静叶8a机械耦接。第一可变导流静叶8a可以是入口导流静叶。
如图5所示，在发动机轴速度的第一范围(A-B)内，第一可变导流静叶8a和第二可变导流静叶8b相对于操作轴线20的角度以基本相同的速率变化。
可变导流静叶的旋转可以被控制为使得：在发动机轴速度的第三范围(C-D)内，第一可变导流静叶8a的角度以比第二可变导流静叶8b实质更大的速率变化。
调节驱动器154可以包括一个致动器156，该致动器156与第一可变导流静叶8a和第二可变导流静叶8b两者都耦接。
备选地，调节驱动器154可以包括第一致动器156和第二致动器156'，第一致动器156耦接至第一可变导流静叶8a；并且第二致动器156’耦接至第二可变导流静叶8b；并且控制器300可操作地控制调节驱动器154的两个致动器156、156'。
附加地，第二流动级和第一流动级被配置为使得第二流动级46b的静叶8b将在压气机14的预定流动状态下移动与第一流动级46a的可变静叶不同的量和/或以与第一流动级46a的可变静叶不同的方向移动。预定流动状态可以根据发动机速度来表达。也就是说，参考图5，控制方法可以定义点“B”为最大发动机速度的第一百分比，点“C”为最大发动机速度的第二百分比。
点“B”可以在最大发动机速度的70％到80％的范围内，而点C在最大发动机速度的85％到95％的范围内。
点“B”可以是最大发动机速度的80％，而点C可以是最大发动机速度的90％。
备选地，点“B”可以处于最大发动机速度的80％，而点C可以处于最大发动机速度的95％。
在一个示例中，第一发动机轴速度范围(A-B)可以是发动机轴速度的0到80％。第二发动机轴速度范围(B-C)可以是发动机轴速度的80％到90％。第三发动机轴速度范围(C-D)可以是发动机轴速度的90％到100％，或者甚至发动机轴速度的90％到105％。
在备选示例中，第一范围(A-B)可以是发动机轴速度的0％到不大于80％的。第二范围(B-C)可以是发动机轴速度的不小于80％到不大于95％。第三范围(C-D)是发动机轴速度的不小于95％到不大于105％。
还可以提供一种非瞬态计算机可读存储介质，在该存储介质上记录有指令，该指令在由用于燃气轮机10的控制器300实施时，导致控制器300执行根据本公开的方法的控制燃气轮机10的方法。
因此，提供了一种机构，用于使压气机的可变导流静叶按时间表运行，以改善压气机的可操作性。该系统包括控制器、发动机和/或方法，该方法有利地在打开压气机的其他压气机级的同时关闭第一级可变入口导流静叶。通常通过打开压气机的所有级来避免失速，但是对于无效的压气机流动状态，本公开的系统提供了进一步的抗失速能力。
因此，本公开的系统提供了对失速/喘振裕度的扩展，以及在失速发生时避免/降低了失速的强度，并且还减少了下游转子动叶的“强迫(forcing)”，以减少不利的动叶动力学问题。
因此，提供了一种布置，该布置使得可变导流静叶级的运行的“程序化的”时间表(即预定的运动曲线)成为可能，从而避免失速和其他潜在破坏性的气流状态。它还使多个可变导流静叶级能够按照不同的预定开/关时间表进行操作，以避免失速和其他潜在的破坏性气流状态。
注意力转向与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的所有论文和文献、这些论文和文献与本申请关联并且随本说明书向公众开放审查，所有这些论文和文献的内容通过引用并入本文。
在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行结合，除非其中至少一些这样特征和/或步骤的组合是相互排斥的。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由具有相同、等同或相似目的的备选特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征是一系列等同或相似特征的仅一个示例。
本发明不限于前述(多个)实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或扩展为如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。

Claims (14)

1.一种用于一个燃气涡轮发动机(10)的控制器(300)，所述燃气涡轮发动机(10)包括：
一个压气机(14)，具有：
沿一条操作轴线(20)延伸并且中心在所述操作轴线上的一个壳体(50)；
多个压气机动叶的阵列(48)，被耦接至沿所述操作轴线(20)延伸的一个可旋转发动机轴(22)；
一个第一可变导流静叶(8a)，沿所述操作轴线(20)与所述压气机动叶阵列(48)轴向间隔开，
其中所述第一可变导流静叶(8a)可旋转地安装在所述壳体(50)上的一个第一位置(202)处，
具有与所述操作轴线(20)成直角的一条静叶旋转轴线(121)；并且
所述第一可变导流静叶(8a)被耦接至一个调节驱动器(154)，所述调节驱动器可操作以使所述第一可变导流静叶(8a)绕所述第一可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转至相对于所述操作轴线(20)的一个角度范围(A-D)；
所述控制器(300)可操作以：
根据发动机轴速度来控制所述第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中：
在发动机轴速度的一个第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而减小(R1)；和/或
随着发动机速度的减小而增加(R2)；
在发动机轴速度的一个第二范围(B-C)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而增加(R2)；和/或
随着发动机速度的减小而减小(R1)，
其中与所述第一范围(A-B)相比，所述第三范围(C-D)中的所述第一可变导流静叶(8a)的发动机轴速度相对于所述操作轴线(20)的每单位改变的角度的变化率更大。
2.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
一个压气机，具有：
沿一条操作轴线(20)延伸并且中心在所述操作轴线上的一个壳体(50)；
多个压气机动叶的阵列(48)，被耦接至沿所述操作轴线(20)延伸的一个可旋转发动机轴(22)；
一个第一可变导流静叶(8a)，沿所述操作轴线(20)与所述压气机动叶阵列(48)轴向间隔开；
其中所述第一可变导流静叶可旋转地安装在所述壳体(50)上的一个第一位置(202)处，
具有与所述操作轴线(20)成直角的一条静叶旋转轴线(121)；并且
所述第一可变导流静叶(8a)被耦接至一个调节驱动器(154)，所述调节驱动器可操作以使所述第一可变导流静叶(8a)绕所述第一可变导流静叶的旋转轴线(121)旋转至相对于所述操作轴线(20)的一个角度范围(A-D)；
一个控制器(300)，可操作以：
根据发动机轴速度来控制所述第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中：
在发动机轴速度的一个第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而减小(R1)；和/或
随着发动机速度的减小而增加(R2)；
在发动机轴速度的一个第二范围(B-C)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而增加(R2)；和/或
随着发动机速度的减小而减小(R1)，
其中与所述第一范围(A-B)相比，所述第三范围(C-D)中的所述第一可变导流静叶(8a)的发动机轴速度相对于所述操作轴线(20)的每单位改变的角度的变化率更大。
3.一种控制根据权利要求2所述的一种燃气涡轮发动机(10)的方法，
所述方法包括根据发动机轴速度控制所述第一可变导流静叶(8a)的旋转，其中：
在发动机轴速度的一个第一范围(A-B)和第三范围(C-D)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而减小(R1)；和/或
随着发动机速度的减小而增加(R2)；
在发动机轴速度的一个第二范围(B-C)内，所述第一可变导流静叶(8a)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而增加(R2)；和/或
随着发动机速度的减小而减小(R1)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
发动机轴速度的所述第二范围(B-C)在第一范围(A-B)和第三范围(C-D)之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
所述第一范围(A-B)的最大值不大于所述第二范围(B-C)的最小值；和
所述第二范围(B-C)的最大值不大于所述第三范围(C-D)的最小值。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，
所述第一范围(A-B)是最大发动机轴速度的0到80％；
所述第二范围是最大发动机轴速度的80％到90％；和
所述第三范围是最大发动机轴速度的90％到105％。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中
所述第一范围(A-B)是最大发动机轴速度的0％到不大于80％；
所述第二范围是最大发动机轴速度的不小于80％到不大于95％；和
所述第三范围是最大发动机轴速度的不小于95％到不大于105％。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述压气机还包括：
一个第二可变导流静叶(8b)，沿所述操作轴线(20)与所述第一可变导流静叶(8a)轴向间隔开，
其中所述第二可变导流静叶(8b)可旋转地安装在所述壳体(50)上的一个第二位置(204)处，
具有与所述操作轴线(20)成直角的一条静叶旋转轴线(121b)；和
所述第二可变导流静叶(8b)耦接到所述调节驱动器(154)；所述调节驱动器(154)可操作以：在旋转所述第一可变导流静叶的同时，使所述第二可变导流静叶(8b)绕所述第二可变导流静叶的旋转轴线(121b )旋转至相对于所述操作轴线(20)的一个角度范围；
所述方法包括以下步骤：
根据发动机轴速度控制所述第二可变导流静叶(8b)的旋转，其中：
在发动机轴速度的所述第一范围(A-B)、第二范围(B-C)和第三范围(C-D)内，所述第二可变导流静叶(8b)相对于所述操作轴线(20)的角度：
随着发动机速度的增加而减小(R1)；和/或
随着发动机速度的减小而增加(R2)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中多个所述可变导流静叶的旋转被控制，以使得：
在发动机轴速度的所述第一范围(A-B)内，
所述第一可变导流静叶(8a)和所述第二可变导流静叶(8b)相对于所述操作轴线(20)的所述角度：
以相同的速率变化。
10.根据权利要求8所述的方法，其中多个所述可变导流静叶的旋转被控制，以使得：
在发动机轴速度的所述第三范围(C-D)内
所述第一可变导流静叶(8a)的所述角度
以比所述第二可变导流静叶(8b)大的速率变化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述调节驱动器(154)包括一个致动器(156)，所述致动器(156)被耦接至所述第一可变导流静叶(8a)和所述第二可变导流静叶(8b)两者。
12.根据权利要求10所述的方法，其中
所述调节驱动器(154)包括一个第一致动器(156)和第二致动器(156’)，
所述第一致动器(156)耦接至所述第一可变导流静叶(8a)；并且
所述第二致动器(156’)耦接至所述第二可变导流静叶(8b)；并且
所述控制器(300)可操作以控制所述调节驱动器(154)的多个所述致动器中的两个致动器(156、156’)。
13.根据权利要求8所述的方法，其中
控制所述第一可变导流静叶(8a)和所述第二可变导流静叶(8b)的旋转是通过以下方式来实现的：在预定的发动机操作状态下逐渐地关闭所述第一可变导流静叶(8a)，同时逐步地打开后面的可变导流静叶(8b)。
14.根据权利要求8所述的方法，其中
控制所述第一可变导流静叶(8a)和所述第二可变导流静叶(8b)的旋转是通过以下方式来实现的：在预定的发动机操作状态下逐渐地打开所述第一可变导流静叶(8a)，同时逐步地关闭后面的可变导流静叶(8b)。
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