本發(fā)明涉及一種用于啟動燃氣渦輪的設備、一種用于啟動燃氣渦輪的方法和一種用于調(diào)節(jié)燃氣渦輪的旋轉速度的方法。特別地，本發(fā)明涉及一種啟動設備、一種啟動方法和一種用于調(diào)節(jié)航空器渦輪發(fā)動機的燃氣渦輪的旋轉速度的方法。

背景技術：

在航空器上，啟動燃氣渦輪(GT)所必需的動力由電池或外部輔助單元(地面上的小型機動車或機場的供應網(wǎng)絡)來供應，或者由航空器的另一個燃氣渦輪(典型地為輔助動力單元)進行發(fā)電來供應。

在啟動階段中，燃氣渦輪的加速度取決于由燃氣渦輪的啟動設備施加的扭矩以及例如由附件箱、轉子、附件箱所驅(qū)動的裝備或轉子上的機械動力的提拉作用(take-up)引起的抗扭矩。

根據(jù)燃氣渦輪所處的環(huán)境，尤其根據(jù)溫度和航空器的高度，這些抗扭矩顯著地波動。在這些狀況下得到可重現(xiàn)的和可靠的啟動曲線(profile)是復雜的，這是因為通常得不到由燃氣渦輪體現(xiàn)的抗扭矩信息。

另外，由于設備或渦輪的設計或者因為測量該扭矩將對渦輪的旋轉造成擾動，導致可靠性的損失，所以啟動設備所施加的扭矩有時難于測量。此外，這種扭矩測量需要測量裝置，該測量裝置通常在燃氣渦輪中提出了額外的質(zhì)量與空間需求。

發(fā)明目的

本發(fā)明目的在于至少克服已知的燃氣渦輪啟動設備和方法的缺陷中的至少一些缺陷。

特別地，本發(fā)明目的在于在本發(fā)明的至少一個實施例中提供一種使得能夠控制燃氣渦輪的啟動而不需要直接測量渦輪扭矩的啟動設備和方法。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種提供了燃氣渦輪的穩(wěn)健啟動的啟動設備。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種使得能夠在多個階段中對渦輪應用啟動曲線的啟動設備。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種使得能夠?qū)簯B(tài)的啟動階段進行良好控制的啟動設備。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種給予了性能增長的啟動設備。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種在啟動時間方面給予了縮減的啟動設備。

本發(fā)明目的還在于在至少一個實施例中提供一種用于調(diào)節(jié)燃氣渦輪的旋轉速度的方法。

技術實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明涉及一種用于啟動燃氣渦輪的設備，該設備包括能夠按照指令使所述燃氣渦輪旋轉的起動系統(tǒng)，其特征在于，該設備包括：

-用于接收代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息的裝置，

-用于根據(jù)代表燃氣渦輪的旋轉速度的所述信息來計算設定扭矩值的裝置，

-用于將所述設定扭矩值傳輸至起動系統(tǒng)的裝置，

以及，用于計算設定扭矩值的裝置適合于將代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息與預定的速度曲線進行比較，并且根據(jù)所述比較計算設定扭矩值。

因此，根據(jù)本發(fā)明的啟動設備使得能夠根據(jù)代表燃氣渦輪的速度的信息通過應用設定啟動扭矩值借助起動系統(tǒng)來啟動渦輪。與渦輪的扭矩不同，并且尤其與渦輪的抗扭矩不同，可例如通過將代表旋轉速度的信息傳輸?shù)接糜?例如以通過電信號傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)的形式)接收該信息的裝置的速度傳感器來測量燃氣渦輪的旋轉速度。設定扭矩值使得能夠在啟動期間以及在該啟動的整個時段中根據(jù)燃氣渦輪的預定的旋轉速度曲線來非常精確地調(diào)節(jié)渦輪的旋轉，并且因此使得能夠進行更為穩(wěn)健的啟動。

通過用于計算設定扭矩值的裝置來進行的比較確定了代表渦輪的旋轉速度(被稱為實際速度)的信息與所需的速度之間的差，所需的速度通過預定的速度曲線來確定。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，設備包括：

-適合于將燃料噴射到所述燃氣渦輪的燃燒室中的燃料計量設備，

-用于根據(jù)代表速度的所述信息來計算設定燃料計量值的裝置，以及

-用于將燃料計量值傳輸?shù)剿鋈剂嫌嬃吭O備的裝置，

以及，用于計算設定燃料計量值的裝置適合于將代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息與預定的速度曲線進行比較，并且根據(jù)所述比較計算設定燃料計量值。

根據(jù)本發(fā)明的這個方面，當燃氣渦輪被啟動時設備使得能夠控制燃料到燃氣渦輪的燃燒室中的噴射，以對渦輪供應額外的扭矩，該額外的扭矩被增加到由起動系統(tǒng)提供的扭矩。因此設備根據(jù)代表速度的信息通過起動系統(tǒng)和燃料計量設備來控制對燃氣渦輪的旋轉進行的設定，以更好地控制各個啟動階段。特別地，在僅由于起動系統(tǒng)或僅由于燃料噴射或者由于二者的組合而對旋轉進行設定的階段之間的過渡更為穩(wěn)健。

通過用于計算設定燃料計量值的裝置來進行的比較確定了代表渦輪的旋轉速度(被稱為實際速度)的信息與所需的速度之間的差，所需的速度通過預定的速度曲線來確定。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，用于接收代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息的裝置、用于計算設定扭矩值的裝置、用于計算設定燃料計量值的裝置、用于傳輸設定扭矩值的裝置和用于傳輸設定燃料計量值的裝置被包含在控制所述燃氣渦輪的控制單元中。

所使用的控制單元例如為使得能夠通過大量的致動器來控制渦輪的大量元件的發(fā)動機控制單元(ECU)或FADEC(全權限數(shù)字發(fā)動機控制器，F(xiàn)ull Authority Digital Engine Control)。

根據(jù)本發(fā)明的這個方面，控制單元使得能夠?qū)⒂糜谟嬎愫蛡鬏斣O定扭矩值和設定燃料計量值的裝置一同放置在單件裝備中。控制單元還可控制燃氣渦輪的其它功能。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，起動系統(tǒng)能夠通過繼電器箱使燃氣渦輪旋轉。

根據(jù)本發(fā)明的這個方面，繼電器箱使得能夠?qū)碜杂谄饎酉到y(tǒng)的扭矩傳輸?shù)饺細鉁u輪，扭矩可選地以換算系數(shù)進行修改。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，起動系統(tǒng)包括能夠使所述燃氣渦輪旋轉的電機和用于控制電機的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置為接收所述設定扭矩值并根據(jù)設定扭矩值控制到所述電機的電力供應。

根據(jù)本發(fā)明的這個方面，用于控制電機的系統(tǒng)例如通過其控制電子設備來接收設定扭矩值并且將該設定扭矩值轉化為到電機的指令，該電機將扭矩施加到燃氣渦輪。

本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)被構造為由起動系統(tǒng)驅(qū)動的燃氣渦輪的旋轉速度的方法，其特征在于，該方法包括：

-接收代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息的步驟，

-將代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息與預定的速度曲線進行比較的步驟，

-根據(jù)所述比較的結果計算設定扭矩值的步驟，

-將所述設定扭矩值傳輸至起動系統(tǒng)的步驟。

因此，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法使得能夠建立用于渦輪的旋轉速度的調(diào)節(jié)環(huán)路，以對所述速度給予有效的控制，以便遵照預定的速度曲線。

在比較步驟期間進行的比較確定了代表渦輪的旋轉速度(被稱為實際速度)的信息與所需的速度之間的差，所需的速度通過預定的速度曲線來確定。比較的結果為確定的差，該確定的差被用于計算設定扭矩值。

有利地并且根據(jù)本發(fā)明，方法包括：

-根據(jù)所述比較的結果計算設定燃料計量值的步驟，

-將設定燃料計量值傳輸至燃料計量設備的步驟，該燃料計量設備適合于根據(jù)所述設定燃料計量值將燃料噴射到燃氣渦輪的燃燒室中。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法通過根據(jù)本發(fā)明的啟動設備來實施。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的啟動設備實施根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法。

本發(fā)明還涉及一種用于啟動燃氣渦輪的方法，其特征在于，按照根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)燃氣渦輪的旋轉速度，以及該方法以如下順序依次包括：

-通過起動系統(tǒng)來啟動燃氣渦輪的步驟，在該步驟期間，計算設定扭矩值，使得燃氣渦輪的旋轉速度從零速度改變到所謂的點火速度，

-使燃氣渦輪點火的步驟，

-啟動燃氣渦輪的步驟，在該步驟期間，計算設定扭矩值和設定燃料計量值，以將燃氣渦輪的旋轉速度增大至所謂的過渡速度，

-過渡步驟，在該過渡步驟期間，將設定扭矩值固定并且計算設定燃料計量值，以增大燃氣渦輪的旋轉速度，

-常規(guī)狀態(tài)步驟，在該常規(guī)狀態(tài)步驟期間，設定扭矩值為零并且計算設定燃料計量值，以改變?nèi)細鉁u輪的旋轉速度。

因此，根據(jù)本發(fā)明的啟動方法通過按照調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)速度給予了燃氣渦輪穩(wěn)健的和高效的啟動。速度根據(jù)多個啟動階段來調(diào)節(jié)，以給予快速的和高效的啟動。通過根據(jù)代表燃氣渦輪的旋轉速度的信息來計算起動系統(tǒng)的設定扭矩值和燃料計量設備的設定燃料計量值，改善各階段之間的過渡。此外，本發(fā)明的啟動方法在燃氣渦輪的多次啟動時是可重現(xiàn)的，這是因為該啟動方法取決于燃氣渦輪的旋轉速度并且對外部狀況的改變不敏感。

優(yōu)選地，在使燃氣渦輪點火的步驟，計算設定扭矩值以將燃氣渦輪的旋轉速度維持在點火速度，直至由燃料計量設備根據(jù)設定燃料計量值噴射的燃料燃燒為止。

在點火步驟期間速度穩(wěn)定到點火速度使得能夠優(yōu)化燃氣渦輪的點火并且減少由于過低或過高的點火速度而中止的啟動的數(shù)量。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的啟動方法通過根據(jù)本發(fā)明的啟動設備來實施。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的啟動設備實施根據(jù)本發(fā)明的啟動方法。

本發(fā)明還涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的設備的燃氣渦輪。

本發(fā)明還涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪的渦輪發(fā)動機。

本發(fā)明還涉及一種啟動設備、一種啟動方法、一種調(diào)節(jié)方法、一種燃氣渦輪和一種渦輪發(fā)動機，其特征在于，上文或下文所述的全部或某些特征的組合。

附圖說明

通過閱讀以下僅以非限制性的方式給出并且參照附圖作出的描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的啟動設備的示意性表示，

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的調(diào)節(jié)方法的示意性表示，

圖3為按照根據(jù)本發(fā)明的實施例的啟動方法啟動的燃氣渦輪的預定的速度曲線。

具體實施方式

以下的實施例為示例。雖然說明書提到一個或多個實施例，但這不一定意味著每次參照均涉及同一實施例，或特征僅適用于一個實施例。各個實施例的簡單的特征還可被組合，以提供其它實施例。

圖1示意性地示出了用于啟動根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃氣渦輪12的設備10。啟動設備10的目標在于當渦輪12不旋轉時使得該渦輪能夠啟動。在不旋轉的情況下，渦輪12中的氣體不能夠燃燒以使渦輪12旋轉。因此，為了使得能夠啟動渦輪12，起動系統(tǒng)14被連接到渦輪，以能夠觸發(fā)該渦輪進行旋轉。根據(jù)圖1中描繪的實施例，起動系統(tǒng)14由例如為交流電機的電機18和用于控制電機的系統(tǒng)16(例如反相器)構成。用于控制電機的系統(tǒng)16給電機18提供電力，使得該電機可通過繼電器箱20使燃氣渦輪12旋轉。

為了控制起動系統(tǒng)14，啟動設備10包括用于對渦輪12應用預定的速度曲線的裝置。這種預定的速度曲線的示例稍后在說明書中參照圖3進行描述。這些裝置尤其是：

-用于接收代表燃氣渦輪12的旋轉速度的信息的裝置22。該信息例如通過用于渦輪12的旋轉速度的傳感器24來傳輸。

-用于根據(jù)代表燃氣渦輪12的旋轉速度的所述信息，尤其根據(jù)代表旋轉速度的該信息與預定的速度曲線之間的比較，計算設定扭矩值的裝置26。這些計算裝置26使得能夠確定必須由起動系統(tǒng)14施加到燃氣渦輪12的設定扭矩值。

-用于將所述設定扭矩值傳輸?shù)狡饎酉到y(tǒng)14，以及更特別地，傳輸?shù)接糜诳刂齐姍C的系統(tǒng)16的裝置28。用于控制電機的系統(tǒng)16則負責通過電機18的電力供應來控制該電機，以將對應于所傳輸?shù)脑O定扭矩值的扭矩施加到燃氣渦輪12。

在該實施例中，啟動設備10還包括燃料計量設備30，該燃料計量設備將燃料噴射到燃氣渦輪12的燃燒室32中。一個類型的燃料計量設備30例如為FMU(燃料計量單元，fuel metering unit)。燃料計量設備30將燃料噴射到燃氣渦輪12的燃燒室32中，使得燃料被燃燒，這種燃燒使得燃氣渦輪12能夠在啟動之后尤其在常規(guī)運行狀態(tài)下進行旋轉。

為了使得能夠?qū)θ剂线M行適合的計量，啟動設備10包括用于根據(jù)代表燃氣渦輪12的旋轉速度的信息計算設定燃料計量值的裝置34和用于將設定燃料計量值傳輸?shù)饺剂嫌嬃吭O備的裝置36。根據(jù)渦輪的旋轉速度，尤其根據(jù)渦輪的該旋轉速度與預定的速度曲線的比較來計算設定燃料計量值，并且噴射燃料使得該燃料能夠在渦輪中燃燒，以對燃氣渦輪提供額外的扭矩，該額外的扭矩被增加到由起動系統(tǒng)14提供的扭矩。

在該實施例中，用于接收代表速度的信息的裝置22、用于計算設定扭矩值的裝置26、用于計算設定燃料計量值的裝置34、用于傳輸設定扭矩值的裝置28和用于傳輸設定燃料計量值的裝置36被包含在被稱為控制單元38的單件裝備中。該控制單元38使得能夠同時地控制起動系統(tǒng)14和燃料計量設備30，以使得能夠進行更為穩(wěn)健的啟動。該控制單元38可進一步地具有與燃氣渦輪12相關的更多的功能，在這里不做說明。可用作控制單元38的裝備例如為ECU(發(fā)動機控制單元，engine control unit)，尤其為FADEC(全權限數(shù)字發(fā)動機控制器，F(xiàn)ull Authority Digital Engine Control)，F(xiàn)ADEC為在航空領域中用于將燃氣渦輪12用作渦輪發(fā)動機的渦輪所經(jīng)常使用的裝備。

此外，在該實施例中，用于計算設定扭矩值的裝置26和用于計算設定燃料計量值的裝置34被組合在同一件計算裝備40中。這使得能夠在兩個設定值之間進行調(diào)整，以通過將起動系統(tǒng)14與燃料計量設備30的作用組合來得到燃氣渦輪12的所需的扭矩。

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的啟動方法42。有利地，方法42由關于圖1所描述的設備10實施。方法42包括接收代表燃氣渦輪12的旋轉速度的信息的步驟44。在比較步驟48期間，該信息與如例如參照圖3描述的預定的速度曲線46進行比較。該比較步驟48使得能夠確定實際旋轉速度與由預定的速度曲線46限定的所需的旋轉速度之間的差，并且所述確定的差則在計算設定扭矩值的步驟50和計算設定燃料計量值的步驟52期間使得能夠根據(jù)渦輪12的實際旋轉速度和所需的旋轉速度并且可選地根據(jù)渦輪12所處的啟動階段來確定設定扭矩值和設定燃料計量值。在該實施例中，兩個計算步驟50、52被組合在單個步驟54中，以使用起動系統(tǒng)14和由燃料計量設備30進行的燃料噴射來提供更穩(wěn)健的調(diào)節(jié)，以提供進行速度調(diào)節(jié)所必需的扭矩。

在傳輸設定扭矩值的步驟56期間，設定扭矩值被傳輸?shù)娇刂齐姍C的系統(tǒng)。控制電機的系統(tǒng)16根據(jù)該設定值控制電機18，在施加起動系統(tǒng)的扭矩的步驟58期間，該電機則對渦輪12施加扭矩。結果得到的扭矩由箭頭60示出。

此外，在傳輸設定燃料計量值的步驟62期間，設定燃料計量值被傳輸?shù)饺剂嫌嬃吭O備，這使得能夠?qū)⑷剂蠂娚涞饺細鉁u輪的燃燒室中。在施加燃料計量設備的扭矩的步驟64期間，氣體的燃燒使得能夠?qū)u輪12施加扭矩。結果得到的扭矩由箭頭66示出。

因此，由箭頭68示出的被施加到渦輪的總扭矩是來自于起動系統(tǒng)14和燃料計量設備30的兩個扭矩的相加。該總扭矩使得能夠使渦輪12以某一速度旋轉(通過步驟69示出)，在接收代表速度的信息的步驟44期間，代表該某一速度的信息被接收：因此調(diào)節(jié)方法構成了閉合的調(diào)節(jié)環(huán)路。

圖3示出了按照根據(jù)本發(fā)明的實施例的啟動方法啟動的燃氣渦輪的預定的速度曲線。根據(jù)設定速度值曲線72和測量速度曲線74這兩條曲線，預定的速度曲線示出了根據(jù)時間t的旋轉速度V，該設定速度值曲線72代表渦輪理論上應遵照的旋轉速度，該測量速度曲線74代表渦輪12實際被測量的旋轉速度。

預定的速度曲線70使得能夠?qū)⒂糜趩尤細鉁u輪12的方法的各個步驟區(qū)分開。

在起動步驟A，起動系統(tǒng)14僅驅(qū)動燃氣渦輪12進行旋轉，氣體未開始在渦輪12中燃燒。

點火步驟B對由燃料計量設備30噴射到燃氣渦輪12的燃燒室32中的氣體點火，以使得氣體燃燒并且使得燃氣渦輪12旋轉。為了提供有效的點火，燃氣渦輪12的旋轉速度被維持在所謂的點火速度Va。

在啟動燃氣渦輪12的步驟C，主要由于起動系統(tǒng)14的作用以及部分地由于所噴射的燃料的燃燒，渦輪12的旋轉速度逐漸增大。計算設定扭矩值和設定計量值，使得起動系統(tǒng)14和所噴射的燃料利用被燃氣渦輪吸入的空氣的燃燒的作用對燃氣渦輪12施加所需的扭矩。

一旦達到所謂的過渡速度Vt，則啟動方法進入到過渡步驟D，在該過渡步驟期間，將設定扭矩值固定并且計算設定燃料計量值，以增大渦輪12的旋轉速度。因此，是燃料調(diào)節(jié)了渦輪12的速度，以遵照預定的速度曲線，起動系統(tǒng)14僅施加固定的扭矩。

最后，在常規(guī)狀態(tài)步驟E，結束啟動并且燃氣渦輪12回到常規(guī)狀態(tài)中。起動系統(tǒng)14停止并且渦輪12僅由于由燃料計量設備30噴射的燃料的燃燒而旋轉。