CN112703299A

CN112703299A - 用于监测过压阀的操作状态的方法

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Publication number: CN112703299A
Application number: CN201980060410.6A
Authority: CN
Inventors: 塞巴斯蒂安·吉恩·费尔南德·德诺芙
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2039-09-16
Also published as: CN112703299B; FR3086002A1; US20220034234A1; EP3850193A1; FR3086002B1; EP3850193B1; WO2020053536A1; US11339681B2

Abstract

本发明涉及一种用于监测涡轮机的过压阀的操作状态的方法，该涡轮机包括流体回路、用于流体回路中的流体的至少一个压力传感器、用于流体回路中的流体的温度传感器，所述过压阀被配置成限制流体回路中的最大流体压力，该方法包括以下步骤：‑(E2)基于流体压力随时间的变化来确定过压阀的打开或关闭指示器；‑(E3)根据流体阈值温度和所确定的过压阀的打开或关闭指示器来确定阀的操作状态。

Description

用于监测过压阀的操作状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测卸压阀的操作状态的方法。

该方法特别地旨在用于涡轮机的卸压阀，所述阀被配置成限制涡轮机的油路中的最大油压。

背景技术

用于飞行器的涡轮机通常沿着气流方向从上游到下游包括风扇、一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮级(例如高压涡轮和低压涡轮)以及排气喷嘴。

涡轮可以与每个压缩机相对应，涡轮和压缩机通过轴连接，由此形成例如高压本体和低压本体。通常一方面基本上在高压本体的上游端处具有“上游外壳”，另一方面基本上在高压本体的下游端处具有“下游外壳”，这两个外壳包括由高压本体或低压本体的轴中的一个轴驱动的轴承和齿轮型构件。

这些外壳被浸在含有油的气氛中，以用于润滑这些不同的构件。这些外壳以及用于发动机的附件箱通过回路供给有润滑油，该回路包括油箱，从油箱中延伸出将该油箱连接到待润滑的不同构件的管道。

供给泵确保油朝向这些构件移动，且管道在其出口处回收油，以将回收的油带回油箱。回路中的油压由给予供给泵的排出的压力(该压力与发动机转速相关联)和被定位在外壳供给管道的出口处的喷口的大小产生。

在通过外壳之后，油被导向一组油-燃料交换器，以在返回油箱之前被冷却。

涡轮喷气发动机的油系统包括许多致动器和传感器以执行该系统的两个主要功能：润滑发动机并将油温保持在可接受的水平。

为了保护油路的元件免受最大油压，在油路中存在卸压阀(PRV)。因此，该阀应该仅打开两次(这对应于回路中可能出现过压的两种情况)：

-在油路发生故障的情况下；

-在用非常冷的油启动的情况下。

因此，该卸压阀打开以限制回路中的最大油压，以在高压的情况下保护回路的其它设备。该卸压阀中的故障使得过压保护功能不起作用，如果在地面上发生过压，则该过压保护功能实际上可导致发动机故障，以导致飞行取消，或者如果在飞行过程中发生过压，则导致发动机非自愿停机。

已知通过获取卸压阀的入口和出口处的油温并通过对卸压阀的出口处的流进行超声测量来使用对卸压阀进行声学监测的策略。然后，如果温度的异常变化相对于环境温度的升高而升高，则检测到泄漏。如果超声测量超过某个阈值，则确认该泄漏。

还已知使用一种用于监测液压系统的方法，为此目的，该方法使用基于管理系统的物理方程的完整物理模型。该模型使用与不同的可变几何形状(致动压力、控制电流等)相关联的获取以确定系统的完整状态。

这些解决方案需要放置额外的获取装置，对传感器的安装、特别是在阀附近安装传感器施加额外的限制。

另外，这些解决方案导致用于电连接的特定线束的安装。因此，这些解决方案导致不利的质量/成本/安装平衡。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于监测卸压阀的操作状态的方法，该方法使得能够克服上述缺点。

该目的在本发明的框架内、通过一种用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法来实现，该涡轮机包括流体回路、流体回路中的至少一个流体压力传感器、流体回路中的流体温度传感器，所述卸压阀被配置成限制流体回路中的最大流体压力，且如果流体温度小于阈值流体温度，则所述卸压阀打开，该方法包括以下步骤：

-根据流体压力的时间变化来确定卸压阀的打开或关闭的指示器；

-根据由流体传感器测量的流体温度、流体阈值温度和所确定的卸压阀的打开或关闭的指示器来确定阀的操作状态。

有利地，所述方法使得能够获得阀的操作状态的指示器，而不需要安装报告卸压阀的打开或关闭状态的传感器，使得能够在重量上受益并使在涡轮机的计算器处的连接器的数量最小化。

另外，因此所述方法使得能够实施稳健的方式来检测该卸压阀的行为变化，并因此避免错误检测。

有利地但可选地，根据本发明的方法可进一步包括下述特征中的至少一个：

-确定卸压阀的打开或关闭的指示器的步骤根据作为时间的函数的、流体压力的导数或二阶导数来执行；

-确定卸压阀的打开或关闭的指示器的步骤还包括当所述步骤根据作为时间的函数的、流体压力的导数来执行时：

o如果导数的值小于第一阈值，则确定卸压阀的打开的指示器，以及

o如果导数的值大于第二阈值，则确定卸压阀的关闭的指示器；

-确定卸压阀的打开或关闭的指示器的步骤还包括当所述步骤根据作为时间的函数的、流体压力的二阶导数来执行时：

o如果二阶导数的值小于第一阈值且大于比该第一值大的第二阈值，则确定卸压阀的打开的指示器，以及

o如果二阶导数的值小于第一阈值且大于第二阈值，则确定卸压阀的关闭的指示器；

-流体回路为油路，且卸压阀被配置成限制涡轮机的油路中的最大油压；

-确定卸压阀的操作状态的步骤还包括以下子步骤：

o如果已确定打开指示器且如果在与打开指示器相对应的时间处流体的温度大于确定的温度阈值，则确定卸压阀的异常操作状态；

-该涡轮机包括发动机额定转速传感器，并且其中，该方法还包括提取作为发动机转速的函数的发动机启动阶段的初始步骤，在所述发动机启动阶段期间实施确定卸压阀的打开或关闭的指示器的步骤；

-确定卸压阀的操作状态的步骤还包括以下子步骤：

o如果在启动阶段期间，温度大于确定的温度阈值，则确定卸压阀的异常操作状态；

-确定卸压阀的操作状态的步骤还包括以下子步骤：

o根据发动机转速和打开时的温度检测卸压阀的打开中的漂移，所述漂移代表所述阀的第一故障迹象；

-检测漂移的步骤参照标称曲线来执行，该标称曲线作为发动机转速和卸压阀打开时的温度的函数；以及

-节省了卸压阀的打开和关闭的循环次数。

本发明的目的还是一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括代码指令，该代码指令用于执行根据上述任何特征的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法。

附图说明

通过阅读以下涉及附图的、以非限制性示例的方式给出的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将变得显而易见，在附图中：

-图1示意性地表示根据本发明的一个实施例的用于监测卸压阀的操作状态的方法；

-图2A表示由根据本发明的监测模块实现的、冷启动期间油压的变化曲线；

-图2B表示由根据本发明的监测模块实现的、冷启动期间油压的导数的变化曲线；

-图2C表示由根据本发明的监测模块实现的、冷启动期间油压的导数的变化曲线；

-图3表示由根据本发明的监测模块实现的、示出卸压阀根据发动机转速和油温打开的曲线；

具体实施方式

图1描述了一种由监测模块10实现的、用于监测卸压阀的操作状态的方法。

有利地，飞行器包括计算器且监测模块10可以由所述计算器实现。以已知方式，计算器包括被配置成处理数据并实现计算机程序的计算机装置。计算器可以是例如飞行器的发动机计算器，该飞行器的发动机计算器用于管理关于飞行器的一个或多个发动机的运行的信息。

特别地，监测模块10能够将接收到的模拟温度或压力测量值转换为数字值，该数字值可以例如由处理器或现场可编程门阵列(FPGA)使用。

在卸压阀被实现在飞行器的发动机的油路中的情况下，因此监测模块10被配置成获取回路的油温、回路的油压以及发动机(例如所述发动机的高压(HP)本体)的转速的测量值。

有利地，使得能够获取这样的测量值的传感器是通常在飞行器的发动机中可用的传感器。

如上所述，卸压阀应该在用非常冷的油启动的情况下打开，以限制回路中的最大油压，从而在高压的情况下保护回路中的其它设备。

因此，在该方法的步骤E1中，监测模块10继续提取涡轮机的发动机启动阶段。

为此，监测模块10继续获取从发动机的连续数据中导出的数据，其中基于时间提取油压、油温和高压本体的速度值的值。

从这些数据中，监测模块10提取直到第一加速度的启动阶段。实际上，在达到发动机转速的空转状态之前观察到卸压阀的打开，且可以在发动机的第一加速度期间完成该卸压阀的关闭。

图2A示出了表示油压随时间变化的曲线图(附图标记22)以及发动机转速随时间变化的曲线图(附图标记21)。

监测模块10可以使用发动机转速确定发动机启动时间，以仅考虑用于检测阀的打开/关闭的某些时间。

在步骤E2中，监测模块10继续检测在前一步骤中提取的启动阶段期间油压的跃变。

实际上，油压的负跃变是检测阀的打开的指示器，而油压的正跃变是检测阀的关闭的指示器。通常，打开导致比关闭更强的指示器，因此尽管检测到打开，但仍有可能错过关闭。有多种方法来检测跃变。

因此，监测模块10可以通过在给定时间段期间检测显著的压力差来继续检测油压的跃变。

另外，如图2B所示，监测模块10可以通过确定油压的导数23何时超过确定的阈值来继续检测油压的跃变。

因此，如果油压的导数23的值超过负阈值S1，则为卸压阀的打开(附图标记IndO)。

如果油压的导数23的值超过正阈值S2，则为卸压阀的关闭(附图标记IndF)。

另外，如图2C所示，监测模块10可以通过确定油压的二阶导数24何时超过某个正阈值S4和负阈值S3来继续检测油压的跃变。

如果在正阈值S4之前超过负阈值S3，则为卸压阀的打开(附图标记IndO)。否则，在相反的情况下，则为卸压阀的关闭(附图标记IndF)。

阈值的设置是在具体问题具体分析的基础上作为油路的尺寸的函数来执行。可以设想，该阈值根据由高压本体的转速的变化所代表的发动机行为而变化。

在步骤E3中，监测模块10继续根据阈值流体温度来确定阀的操作状态。

因此，在步骤E31即E3的子步骤中，在步骤E2中检测到油压的跃变的情况下，监测模块10继续测试油温。

实际上，在(用非常冷的油温)冷启动的情况下，卸压阀应该打开。

因此，如果监测模块10在打开期间记录的油温超过确定的温度阈值(对应于启动阶段的冷油温度)时检测到卸压阀的打开，则这导致设备出故障。

在这种情况下，监测模块10可以报告卸压阀出故障。

油温的该阈值的设置将在具体问题具体分析的基础上作为油路的尺寸的函数来执行。

在步骤E32即E3的子步骤中，在步骤E2中没有检测到油压的跃变的情况下，监测模块10还可以继续测试油温。

实际上，在冷启动的情况下，卸压阀应该打开，因此如果油温低于确定的温度阈值(对应于启动阶段的冷油温度)且在启动阶段期间没有检测到卸压阀的打开，则这也导致设备出故障。

在这种情况下，监测模块10可以报告卸压阀出故障。

另外，油温的该阈值的设置可以在具体问题具体分析的基础上作为油路的尺寸的函数来执行。

在随后的步骤E33即E3的子步骤中，在没有检测到卸压阀出故障(且已检测到打开事件)的情况下，监测模块10可以确定阀打开时间的漂移。

实际上，在使卸压阀打开的发动机转速和对应的油温之间可以找到联系。因此，可以跟随该联系的变化，使得在漂移的情况下，在该阶段之前启动维护动作。发动机转速和卸压阀的打开之间的联系取决于油路。因此，这两个量之间的关系的识别将在具体问题具体分析的基础上执行。

这种关系25由图3示出，图3表示卸压阀根据发动机转速(N2)和油温(EOT)打开。

因此，如果使卸压阀打开的发动机转速和/或油温远离应使卸压阀正常打开的发动机转速和油温的标称条件，则监测模块10可以报告所述阀的要监测的行为。否则，卸压阀被报告为具有良好的行为。

有利地，监测模块10还可以包括卸压阀使用计数器，该卸压阀使用计数器节省检测到的打开和关闭循环的次数，以预期对已执行多次循环的设备的维护。

已知使用通过损坏计数器执行的解决方案，该损坏计数器对由这些阀执行的循环的次数(打开和关闭的次数)进行计数。因此，与所提出的方法不同，这些计数器使得能够知道这些致动器的统计状态(理论上执行的打开和关闭的次数)，而不考虑襟翼的实际状态。

实际上，这些计数器绝对不验证应使致动器操作的功能被执行，而是基于应使致动器关闭的“理想”阈值。

因此，所提出的监测方法和模块使得能够从功能点对阀进行监测，例如对涡轮喷气发动机的油路中的、排出旁通襟翼类型的阀进行监测，同时确保阀所需的作用仍然良好地执行。因此，在此描述的监测使得能够根据两个方面监测阀的状态：

-功能监测，该功能监测使得能够确保该功能仍被执行且该功能不偏离预期规格(打开时间和关闭时间，最小打开压力值和最大打开压力值)；以及

-使用计数器，该使用计数器对设备实际执行的打开和关闭循环的次数进行计数。

执行所提出的监测方法和模块的困难之一是在可用的获取中确定阀的打开的显著特征。

实际上，该阀很少被致动且油压变化很大，这可导致对卸压阀打开的错误检测。

另外，这种阀的致动很少见，因此，由于缺少可用的数据而使该阀的监测指示器的构造变得复杂，这需要稳健的检测方法。

另外，油路上可用的传感器不被定位在卸压阀附近，因此传感器返回的测量值不能直接转换为在致动器附近遇到的物理量。因此，需要稳健的方法来检测该致动器的行为变化，以便不会有太多的错误检测。

有利地，所提出的方法使得能够具有阀的状态的指示器，而不需要安装报告卸压阀的打开或关闭状态的传感器，使得能够在重量上受益并使计算机处的连接器的数量最小化。

Claims

1.一种用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，所述涡轮机包括流体回路、所述流体回路中的至少一个流体压力传感器、所述流体回路中的流体温度传感器，所述卸压阀被配置成限制所述流体回路中的最大流体压力，且如果所述流体温度小于阈值流体温度，则所述卸压阀打开，所述方法包括以下步骤：

-(E2)根据所述流体压力的时间变化来确定所述卸压阀的打开或关闭的指示器；

-(E3)根据由所述流体传感器测量的流体温度、流体阈值温度和所确定的所述卸压阀的打开或关闭的指示器来确定所述阀的操作状态。

2.根据前一项权利要求所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的打开或关闭的指示器的所述步骤(E2)根据作为时间的函数的、所述流体压力的导数或二阶导数来执行。

3.根据权利要求2所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的打开或关闭的指示器的所述步骤(E2)根据作为时间的函数的、所述流体压力的导数来执行，所述步骤还包括：

-如果所述导数的值小于第一阈值(S1)，则确定所述卸压阀的打开的指示器，以及

-如果所述导数的值大于第二阈值(S2)，则确定所述卸压阀的关闭的指示器。

4.根据权利要求2所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的打开或关闭的指示器的所述步骤(E2)根据作为时间的函数的、所述流体压力的二阶导数来执行，所述步骤还包括：

-如果所述二阶导数的值小于第一阈值(S3)且大于比所述第一值大的第二阈值(S4)，则确定所述卸压阀的打开的指示器，以及

-如果所述二阶导数的值小于所述第一阈值(S3)且大于第二阈值(S4)，则确定所述卸压阀的关闭的指示器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，所述流体回路是油路，并且其中，所述卸压阀被配置成限制所述涡轮机的所述油路中的最大油压。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的操作状态的所述步骤还包括以下子步骤：

-(E31)如果已确定打开指示器且如果在与所述打开指示器相对应的时间处流体的温度大于确定的温度阈值，则确定所述卸压阀的异常操作状态。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，所述涡轮机包括发动机额定转速传感器，并且其中，所述方法还包括提取作为发动机转速的函数的发动机启动阶段的初始步骤(E1)，在所述发动机启动阶段期间实施确定所述卸压阀的打开或关闭的指示器的所述步骤。

8.根据权利要求7所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的操作状态的所述步骤还包括以下子步骤：

-(E32)如果在所述启动阶段期间，温度大于确定的温度阈值，则确定所述卸压阀的异常操作状态。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，确定所述卸压阀的操作状态的所述步骤还包括以下子步骤：

-(E33)根据所述发动机转速和打开时的温度检测所述卸压阀的打开中的漂移，所述漂移代表所述阀的第一故障迹象。

10.根据权利要求9所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，检测漂移的所述步骤(E33)参照标称曲线来执行，所述标称曲线作为所述发动机转速和所述卸压阀打开时的温度的函数。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法，其中，节省了所述卸压阀的打开和关闭的循环次数。

12.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括代码指令，所述代码指令用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的用于监测涡轮机的卸压阀的操作状态的方法。