啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【專(zhuān)利摘要】一種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸(14)上的壓縮機(jī)(16)和渦輪(18)的轉(zhuǎn)子(12)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的方法，其中殼(24)包繞轉(zhuǎn)子(12)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【背景技術(shù)】
[0001 ]渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且特別是燃?xì)饣蛉紵郎u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，是從經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)流到大量渦輪葉片上的燃燒氣體流獲得能量的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括由壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段和渦輪區(qū)段形成的核心。壓縮機(jī)區(qū)段和渦輪區(qū)段包括安裝到共同的傳動(dòng)軸上且共同稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)葉片和渦輪葉片，轉(zhuǎn)子由殼包繞。在一些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，存在多個(gè)轉(zhuǎn)子，諸如低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子，其中傳動(dòng)軸是同軸的。
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用于陸地和海上運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)電，但最常用于航空應(yīng)用，諸如用于飛行器，包括直升機(jī)。在飛行器中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于推進(jìn)飛行器，以及發(fā)電。在陸地應(yīng)用中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于發(fā)電。
[0003]用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成在大約2000°C的高溫下操作，以最大化發(fā)動(dòng)機(jī)效率，因此某些發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻可為所需的。典型地，冷卻通過(guò)將大約900°C的較冷空氣從高和/或低壓壓縮機(jī)導(dǎo)送至需要冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0004]當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在此高溫下操作之后關(guān)閉時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)核心和轉(zhuǎn)子的頂部的熱分層將由于上升的熱而變得比底部更熱。分層常?？蓪?dǎo)致轉(zhuǎn)子的頂部與底部之間的500°C的差異，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的頂部與底部之間的不對(duì)稱(chēng)的熱膨脹。在此溫差下，轉(zhuǎn)子的頂部熱膨脹較大的徑向量，促使稱(chēng)為彎曲轉(zhuǎn)子(bowed-rotor)狀態(tài)的情況。彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)可發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的10分鐘內(nèi)，且可持續(xù)高達(dá)8小時(shí)。
[0005]不對(duì)稱(chēng)的熱膨脹使質(zhì)量中心向上移動(dòng)且與軸的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)失準(zhǔn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的失衡狀態(tài)。該向上移動(dòng)還減小了葉片末梢與殼之間的空隙。當(dāng)轉(zhuǎn)子又旋轉(zhuǎn)時(shí)，引起的失衡將在旋轉(zhuǎn)期間引起振動(dòng)。振動(dòng)將增大轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)，尤其是在經(jīng)過(guò)振動(dòng)模式(諸如轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)自然頻率)時(shí)。振動(dòng)可加速正常開(kāi)裂和疲勞，導(dǎo)致較早且更頻繁的維護(hù)。它們還可加速密封件和類(lèi)似結(jié)構(gòu)上的磨損和開(kāi)裂。
[0006]熱膨脹可足夠大，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子的上部旋轉(zhuǎn)至包繞的發(fā)動(dòng)機(jī)殼的下部時(shí)，其可接觸并未沿徑向膨脹與發(fā)動(dòng)機(jī)殼的上部一樣多的殼的下部。在帶有彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間與發(fā)動(dòng)機(jī)殼的反復(fù)接觸或摩擦可引起零件斷開(kāi)，且因此可引起對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的外來(lái)物體破壞。
[0007]彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象的現(xiàn)有解決方案針對(duì)一旦彎曲發(fā)生就防止和緩解。最常見(jiàn)的當(dāng)前解決方案在于在期望啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)利用啟動(dòng)機(jī)使發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)延長(zhǎng)周期，直到彎曲消失。這可花費(fèi)幾分鐘，且具有若干非期望的效果。首先，可能存在由穿過(guò)飛行器結(jié)構(gòu)承載的轉(zhuǎn)子振動(dòng)引起的不舒適的較大客艙噪音。其次，由于使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的大功率下的較長(zhǎng)時(shí)間，故消耗了飛行器輔助動(dòng)力單元壽命。第三，增加啟動(dòng)時(shí)間引起機(jī)場(chǎng)擁擠，因?yàn)轱w行器必須在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間仍在滑行道中，阻擋了其它飛行器的移動(dòng)。第四，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有啟動(dòng)順序的速度范圍中的自然頻率，則上文所述的破壞可發(fā)生。這些問(wèn)題的先前的解決方案提出了在大約Irpm的低速下外部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，直到彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象消失，這常常超過(guò)半個(gè)小時(shí)，這是在飛行器的操作中的不可接受的停機(jī)時(shí)間，尤其是商業(yè)航班。
[0008]典型地，在關(guān)閉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)后，轉(zhuǎn)子將通過(guò)外部電源(諸如氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)機(jī))在大約Irpm的低速下旋轉(zhuǎn)以防止彎曲轉(zhuǎn)子。此預(yù)防動(dòng)作需要附加步驟來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，這可能被地勤人員忘記。作為備選，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將不會(huì)停機(jī)，這消耗相對(duì)顯著量的燃料。彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象可快到在停機(jī)的10分鐘內(nèi)發(fā)生。因此，即使地勤人員采取措施緩慢旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，他們也不可足夠快地起作用。
[0009]—旦彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)存在，則其可自然地持續(xù)直至8小時(shí)，這是飛行器的非期望長(zhǎng)的未操作時(shí)間。因此，給定彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)出現(xiàn)所需相對(duì)短時(shí)間而其自然平息需要相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間，重要的是防止或解決飛行器的正常操作中的彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象。否則，一旦彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象發(fā)生，則最常見(jiàn)的當(dāng)前解決方案在于使帶有啟動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)延長(zhǎng)周期，直到彎曲消失。這可花費(fèi)幾分鐘，且具有若干非期望的效果。首先，可能存在由穿過(guò)飛行器結(jié)構(gòu)承載的轉(zhuǎn)子振動(dòng)引起的不舒適的較大客艙噪音。其次，由于使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的大功率下的較長(zhǎng)時(shí)間，故消耗了飛行器輔助動(dòng)力單元壽命。第三，增加啟動(dòng)時(shí)間引起機(jī)場(chǎng)擁擠，因?yàn)轱w行器必須在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間仍在滑行道中，阻擋了其它飛行器的移動(dòng)。第四，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有啟動(dòng)順序的速度范圍中的自然頻率，則上文所述的破壞可發(fā)生。這些問(wèn)題的先前解決方案提出了在大約Irpm的低速下外部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，直到彎曲轉(zhuǎn)子現(xiàn)象消失，這常常超過(guò)半個(gè)小時(shí)，這是飛行器的操作中的不可接受的停機(jī)時(shí)間，尤其是商業(yè)航班。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]—種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸上的壓縮機(jī)和渦輪的轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中殼包繞轉(zhuǎn)子。該方法包括加速階段、加速期間的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段、和燃燒階段。彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段包括其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度直到滿(mǎn)足非彎曲狀態(tài)的時(shí)間，其中強(qiáng)制穿過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣冷卻轉(zhuǎn)子。燃燒階段在彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段之后和在其達(dá)到燃燒速度后發(fā)生，其中燃料供應(yīng)至啟動(dòng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸上的壓縮機(jī)和渦輪的轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中殼包繞轉(zhuǎn)子，方法包括:加速階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速朝燃燒速度增大以迫使空氣穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī);在加速階段期間的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度，直到滿(mǎn)足非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)，其中強(qiáng)制穿過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣冷卻轉(zhuǎn)子；以及在彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段之后和在達(dá)到燃燒速度后的燃燒階段，其中燃料供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)且點(diǎn)火啟動(dòng)。
[0012]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括在燃燒階段之后的空轉(zhuǎn)階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加速至空轉(zhuǎn)速度。
[0013]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，加速階段包括外部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
[0014]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，外部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子包括使用可操作地聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度包括非接觸速度，低于該非接觸速度則彎曲轉(zhuǎn)子不接觸殼。
[0016]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，非接觸速度小于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的自然頻率。
[0017]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)包括將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持在低于彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度達(dá)預(yù)定時(shí)間。
[0018]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，預(yù)定時(shí)間小于90秒。
[0019]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于閾值速度包括將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持在基本恒速下。
[0020]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，恒速小于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的自然頻率。
[0021]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段期間的保持階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持在低于閾值速度的基本恒速下，以保持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于閾值速度。
[0022]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，恒速小于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的自然頻率。
[0023]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)包括轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)失衡。
[0024]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，還包括感測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)失衡且確定旋轉(zhuǎn)失衡小于旋轉(zhuǎn)失衡閾值以滿(mǎn)足非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。
[0025]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案提供了一種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸上的壓縮機(jī)和渦輪的轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中殼包繞轉(zhuǎn)子，方法包括:加速階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速朝燃燒速度增大以迫使空氣穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī);在加速階段期間的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于非接觸速度，低于該非接觸速度則彎曲轉(zhuǎn)子不接觸殼，其中強(qiáng)制穿過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣冷卻轉(zhuǎn)子；以及在彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段之后和在達(dá)到燃燒速度后的燃燒階段，其中燃料供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)且點(diǎn)火啟動(dòng)。
[0026]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于非接觸速度達(dá)預(yù)定時(shí)間。
[0027]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案提供了一種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸上的壓縮機(jī)和渦輪的轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中殼包繞轉(zhuǎn)子，方法包括:加速階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速朝燃燒速度增大以迫使空氣穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī);在加速階段期間的的燃燒階段，其中燃料供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)且點(diǎn)火啟動(dòng);在加速階段期間的彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)監(jiān)測(cè)階段，其中針對(duì)彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子；以及在加速階段期間的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段，其中在存在彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)后，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于非接觸速度，低于該非接觸速度則彎曲轉(zhuǎn)子不接觸殼，以迫使穿過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣冷卻轉(zhuǎn)子。
[0028]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持低于非接觸速度達(dá)預(yù)定時(shí)間。
[0029]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，保持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于非接觸速度包括將所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持在基本恒速下。
[0030]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十九技術(shù)方案中，還包括燃燒階段之后的空轉(zhuǎn)階段，其中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?gòu)娜紵俣燃铀僦量辙D(zhuǎn)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性截面視圖。
[0032]圖2為沒(méi)有本發(fā)明的正常啟動(dòng)順序的圖表。
[0033]圖3為正常啟動(dòng)順序的流程圖。
[0034]圖4為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的帶有彎曲轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)順序的圖表。
[0035]零件列表 10發(fā)動(dòng)機(jī)
12風(fēng)扇區(qū)段 14壓縮機(jī)區(qū)段 16燃燒區(qū)段 18渦輪區(qū)段 20排氣區(qū)段 22發(fā)動(dòng)機(jī)核心 24殼
26低壓壓縮機(jī) 28高壓壓縮機(jī) 30高壓渦輪 32低壓渦輪 34第一傳動(dòng)軸 36第二傳動(dòng)軸 37旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn) 38風(fēng)扇 40風(fēng)扇葉片 42上區(qū)段 44下區(qū)段 46機(jī)艙
50轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 100正常啟動(dòng)順序 102第一加速階段 104燃燒速度 106加速階段 108空轉(zhuǎn)速度
110飛行機(jī)組人員開(kāi)始啟動(dòng)
112 FADEC開(kāi)始自動(dòng)啟動(dòng)順序
114 FADEC評(píng)估轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)
116 SAV開(kāi)啟
118 FADEC監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)
120點(diǎn)火和燃料啟動(dòng)
122子模式
200啟動(dòng)順序
202保持階段。
【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1示出了用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10以軸流次序包括風(fēng)扇區(qū)段12、壓縮機(jī)區(qū)段14、燃燒區(qū)段16、渦輪區(qū)段18和排氣區(qū)段20。壓縮機(jī)區(qū)段14、燃燒區(qū)段16和渦輪區(qū)段18共同地限定由殼24包繞的發(fā)動(dòng)機(jī)核心22。壓縮機(jī)區(qū)段包括低壓壓縮機(jī)26和高壓壓縮機(jī)28。渦輪區(qū)段包括高壓渦輪30和低壓渦輪32。第一傳動(dòng)軸34連接高壓壓縮機(jī)28和高壓渦輪30的旋轉(zhuǎn)元件，大體上是葉片。第二傳動(dòng)軸同軸地延伸穿過(guò)第一傳動(dòng)軸，且連接低壓壓縮機(jī)26和低壓渦輪32的旋轉(zhuǎn)元件。風(fēng)扇區(qū)段12包括風(fēng)扇38，風(fēng)扇38還包括聯(lián)接到第二傳動(dòng)軸36上的風(fēng)扇葉片40。機(jī)艙46可包繞風(fēng)扇葉片40的一部分。
[0037]共同地，壓縮機(jī)區(qū)段14和渦輪區(qū)段18的旋轉(zhuǎn)元件連同連接軸稱(chēng)為轉(zhuǎn)子R。在一些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮機(jī)區(qū)段14和渦輪區(qū)段18僅具有由一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸連接的單個(gè)壓縮機(jī)和渦輪，其將限定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。在所示實(shí)例中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10具有低壓和高壓的兩個(gè)壓縮機(jī)和渦輪，其連同第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸限定轉(zhuǎn)子R。可存在任何數(shù)目的壓縮機(jī)和渦輪組合，它們不限制本發(fā)明。
[0038]轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)50設(shè)在殼24上，且可操作地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子R上。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)外的旋轉(zhuǎn)源可聯(lián)接到轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)50上，以開(kāi)始轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)源的公知實(shí)例為渦輪空氣啟動(dòng)機(jī)(未示出)，其并非與本發(fā)明密切相關(guān)。
[0039]如上文更詳細(xì)所述，當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10在以正常操作運(yùn)行之后停機(jī)時(shí)，由于熱從殼24的下區(qū)段44朝殼24的上區(qū)段42自然地上升，故熱在發(fā)動(dòng)機(jī)核心22中分層，導(dǎo)致上區(qū)段42變得比下區(qū)段44更熱。對(duì)應(yīng)地，轉(zhuǎn)子的上區(qū)段Ru將在徑向距離中熱膨脹大于下區(qū)段R1的量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子R的上區(qū)段Ru和下區(qū)段Ri關(guān)于軸34，36的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)37的非對(duì)稱(chēng)徑向膨脹。由分層產(chǎn)生的溫差引起的該非對(duì)稱(chēng)徑向膨脹在本行業(yè)中稱(chēng)為彎曲轉(zhuǎn)子。該問(wèn)題在于非對(duì)稱(chēng)膨脹引起轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心遠(yuǎn)離軸34，36的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)37沿徑向向上移動(dòng)，這導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失衡。
[0040]在特定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例中，由彎曲轉(zhuǎn)子引起的失衡狀態(tài)將引起低于500RPM的振動(dòng)和/或在發(fā)動(dòng)機(jī)10加速時(shí)經(jīng)歷臨界速度。如果存在接近啟動(dòng)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)子速度的振動(dòng)模式(諸如自然頻率)，則某些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10更易受彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。對(duì)于以上實(shí)例，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的峰值振動(dòng)模式可處于3500RPM，且最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)子速度可為4250RPM。由于峰值模式低于最大轉(zhuǎn)子速度，故如果彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)存在，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10通過(guò)3500RPM下的峰值模式加速時(shí)，高振動(dòng)和摩擦將發(fā)生。
[0041]在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常啟動(dòng)順序下，帶有彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可經(jīng)歷與彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)。這參照?qǐng)D2最佳看到，其中是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常啟動(dòng)順序100，圖2代表啟動(dòng)期間隨時(shí)間變化的轉(zhuǎn)子速度。典型的啟動(dòng)順序100以第一加速階段102開(kāi)始，其中轉(zhuǎn)子R的轉(zhuǎn)速由外部功率增大，直到其達(dá)到燃燒速度104，這是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生用于燃燒的充分壓縮的情況。在達(dá)到燃燒速度104后，燃料提供至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且點(diǎn)火系統(tǒng)開(kāi)啟以點(diǎn)燃燃料。在第一加速階段102結(jié)束的開(kāi)始燃燒之后，轉(zhuǎn)子R的轉(zhuǎn)速在使用發(fā)動(dòng)機(jī)生成的動(dòng)力替代外部動(dòng)力的第二加速階段106期間增大至空轉(zhuǎn)速度108。第二加速階段106典型地具有較大的加速率，因?yàn)橛蓽u輪發(fā)動(dòng)機(jī)生成的動(dòng)力大于第一加速階段期間由外部功率生成的動(dòng)力。
[0042]參看圖3，為了實(shí)際地實(shí)施啟動(dòng)順序100，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，飛行機(jī)組人員開(kāi)始在110處使用飛行器的飛行管理系統(tǒng)來(lái)開(kāi)始啟動(dòng)順序，其將權(quán)限轉(zhuǎn)交給全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制(下文稱(chēng)為"FADEC")，其在112處執(zhí)行自動(dòng)啟動(dòng)順序。FADEC在114處評(píng)估轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)50狀態(tài)，且在116處開(kāi)啟啟動(dòng)機(jī)空氣閥("SAV")(在使用渦輪空氣啟動(dòng)機(jī)時(shí))，以供應(yīng)啟動(dòng)空氣且開(kāi)始第一加速階段102。在第一加速階段102期間，F(xiàn)ADEC在轉(zhuǎn)子在118處將速度增大至燃燒速度104時(shí)監(jiān)測(cè)一定時(shí)間段內(nèi)的轉(zhuǎn)子R的振動(dòng)。一旦燃燒速度104發(fā)生且感測(cè)到振動(dòng)低到足以加速至空轉(zhuǎn)速度108，則在120處開(kāi)始點(diǎn)火和燃料供應(yīng)。在該點(diǎn)，F(xiàn)ADEC將開(kāi)始第二加速階段106，且轉(zhuǎn)子將在108處加速至空轉(zhuǎn)速度。在到達(dá)空轉(zhuǎn)速度108之后，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)然后繼續(xù)在空轉(zhuǎn)階段中在空轉(zhuǎn)速度108下運(yùn)轉(zhuǎn)。如果監(jiān)測(cè)的振動(dòng)過(guò)大(這可表示彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài))，則SAV將關(guān)閉且旋轉(zhuǎn)將停止，這是很不期望的。
[0043]本發(fā)明消除了在此情況下關(guān)閉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，且在彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)存在時(shí)采用校正動(dòng)作。大體上，本發(fā)明在啟動(dòng)順序期間利用了經(jīng)由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣，以快速冷卻轉(zhuǎn)子R且在啟動(dòng)期間減輕彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。這在啟動(dòng)順序期間通過(guò)將彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段的子模式122加至啟動(dòng)順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中轉(zhuǎn)子在預(yù)定彎曲轉(zhuǎn)子速度閾值以下旋轉(zhuǎn)，防止了對(duì)轉(zhuǎn)子的破壞，直到滿(mǎn)足非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)可為足以確保經(jīng)由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣提供足夠的冷卻來(lái)為了安全操作充分緩解彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的預(yù)定旋轉(zhuǎn)時(shí)間，或其可為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，諸如轉(zhuǎn)子的溫度或轉(zhuǎn)子的失衡。
[0044]圖4示出了彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段子模式的一個(gè)實(shí)施例，其中經(jīng)由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣用于冷卻轉(zhuǎn)子且減輕彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。圖4的啟動(dòng)順序200通過(guò)將保持階段202形式的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段加至圖3的啟動(dòng)順序的第一加速階段102來(lái)執(zhí)行本發(fā)明。在此意義上，除添加保持階段202之外，啟動(dòng)順序200類(lèi)似于啟動(dòng)順序100。因此，啟動(dòng)順序100的之前的描述適用于啟動(dòng)順序200。簡(jiǎn)言之，將描述僅關(guān)于附加保持階段202的方面。
[0045]在第一加速階段102期間，如果FADEC確定表現(xiàn)彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的失衡，則FADEC開(kāi)始保持階段202形式的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段，而不是使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，冷卻階段包括暫時(shí)中止轉(zhuǎn)子R的加速度且使轉(zhuǎn)子R在基本恒速下旋轉(zhuǎn)，直到彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)減輕，諸如通過(guò)滿(mǎn)足非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)，諸如非彎曲轉(zhuǎn)子閾值。在減輕彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)后，第一加速階段102繼續(xù)，且啟動(dòng)順序200以與啟動(dòng)順序100相同的方式完成。
[0046]若干非彎曲轉(zhuǎn)子閾值可用于確定彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的緩解。一個(gè)非彎曲轉(zhuǎn)子閾值在于操作保持階段202達(dá)預(yù)定時(shí)間，這可為由測(cè)試確定的時(shí)間，其對(duì)于在保持速度下旋轉(zhuǎn)的特定轉(zhuǎn)子R足以充分冷卻來(lái)消除彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。另一個(gè)非彎曲轉(zhuǎn)子閾值為在保持階段期間感測(cè)轉(zhuǎn)子失衡的FADEC。在轉(zhuǎn)子冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)子內(nèi)的膨脹不一致消失，這減少了由FADEC感測(cè)到的失衡的量。一旦失衡量降低到給定渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可接受的閾值以下，則FADEC將終止保持階段202且恢復(fù)第一加速階段102。當(dāng)失衡量大體上關(guān)于給定速度下的振動(dòng)的大小時(shí)，F(xiàn)ADEC可使用運(yùn)動(dòng)傳感器輸入，其表示確定失衡程度的振動(dòng)。另一非彎曲轉(zhuǎn)子閾值為監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的一個(gè)或更多個(gè)部分的溫度。當(dāng)溫度在彼此的預(yù)定范圍內(nèi)或低于絕對(duì)閾值時(shí)，F(xiàn)ADEC可確定彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)緩解且恢復(fù)第一加速階段102。溫度可由接收轉(zhuǎn)子、殼和/或殼內(nèi)部的一個(gè)或更多個(gè)部分的溫度傳感器輸入的FADEC確定。前述非彎曲轉(zhuǎn)子閾值可單獨(dú)地使用或以任何組合使用。其它非彎曲轉(zhuǎn)子閾值也可單獨(dú)使用或與上文所述的那些組合使用。
[0047]應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管僅示出了一個(gè)保持階段202，但可構(gòu)想出可使用多個(gè)保持階段202。如果在第一保持階段202完成之后且第一加速階段正完成時(shí)，F(xiàn)ADEC確定表現(xiàn)彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的失衡，則可進(jìn)入另一個(gè)保持階段202?？稍黾尤缧枰菢佣嗟谋３蛛A段。這將導(dǎo)致第一加速階段的階梯狀輪廓，其中階梯的上升為第一加速階段102的一部分，且運(yùn)行為保持階段202，其中保持階段202將可能但不一定具有連續(xù)增大的轉(zhuǎn)速。
[0048]盡管保持階段202示為在第一加速階段102期間，但將注意的是，保持階段202可應(yīng)用于啟動(dòng)順序200的任何階段，包括第二加速階段106。保持階段202示為在第一加速階段102，這是轉(zhuǎn)子速度可能低于彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度的階段，其中其不利于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使帶有彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。然而，取決于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度可在第二加速階段106期間發(fā)生。彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度取決于轉(zhuǎn)子的振動(dòng)模式和/或轉(zhuǎn)子R與包繞的殼24之間的空隙。在大多數(shù)情況下，由于振動(dòng)與歸因于彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的當(dāng)前失衡相關(guān)聯(lián)，故彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度為低于轉(zhuǎn)子R將接觸殼24的一部分所處的速度的速度。
[0049]還應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段示為具有恒速的保持階段202，但這不一定是此情況。例如，彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段可僅使用比第一加速階段102慢得多的加速率。保持階段202期間的目標(biāo)在于向轉(zhuǎn)子R提供足夠的時(shí)間來(lái)充分地冷卻，以在轉(zhuǎn)子R的轉(zhuǎn)速達(dá)到對(duì)應(yīng)失衡的彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度之前消除彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)。當(dāng)彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)緩解時(shí)，對(duì)應(yīng)的彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度將必須增大，因?yàn)檗D(zhuǎn)子R在其冷卻時(shí)連續(xù)地縮小，導(dǎo)致了可歸因于彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)的轉(zhuǎn)子R的失衡的連續(xù)減少。
[0050]彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段還可為加速步驟和加速步驟的組合，其中加速繼續(xù)，直到FADEC確定非期望的失衡，且然后轉(zhuǎn)子略微減速。在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間且/或滿(mǎn)足另一非彎曲狀態(tài)閾值之后，轉(zhuǎn)子R將再次加速，直到遇到不可接受的失衡。加速/減速將繼續(xù)，直到緩解失衡。
[0051]本書(shū)面描述使用了實(shí)例來(lái)公開(kāi)包括最佳模式的本發(fā)明，且使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，且執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有并非不同于權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例將在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種啟動(dòng)具有至少包括安裝在軸(14)上的壓縮機(jī)(16)和渦輪(18)的轉(zhuǎn)子(12)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的方法，其中殼(20)包繞所述轉(zhuǎn)子(12)，所述方法包括: 加速階段(106)，其中所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速朝燃燒速度(104)增大以迫使空氣穿過(guò)所述發(fā)動(dòng)機(jī)(10); 在所述加速階段(106)期間的彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段，其中所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速保持低于彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度，直到滿(mǎn)足非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)，其中強(qiáng)制穿過(guò)所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的所述空氣冷卻所述轉(zhuǎn)子(12);以及 在所述彎曲轉(zhuǎn)子冷卻階段之后和在達(dá)到所述燃燒速度(104)后的燃燒階段，其中燃料供應(yīng)至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(1)且點(diǎn)火(120)啟動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述燃燒階段之后的空轉(zhuǎn)階段，其中所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速加速至空轉(zhuǎn)速度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速階段包括外部旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子(⑵。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，外部旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子(12)包括使用可操作地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)(50)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度包括非接觸速度，低于該非接觸速度則彎曲轉(zhuǎn)子不接觸所述殼(24)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述非接觸速度小于所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的自然頻率。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非彎曲轉(zhuǎn)子狀態(tài)包括將所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速保持在低于所述彎曲轉(zhuǎn)子閾值速度達(dá)預(yù)定時(shí)間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定時(shí)間小于90秒。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速保持低于所述閾值速度包括將所述轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)速保持在基本恒速下。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述恒速小于所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的自然頻率。
【文檔編號(hào)】F02C9/00GK105863848SQ201610058357
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】S.A.羅斯, M.E.林斯, J.D.賈雷特三世
【申請(qǐng)人】通用電氣公司