[發明專利]用于渦輪發動機的自適應可操作性恢復的預測健康管理控制

在審

• 申請號: 202010000979.8
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111664010A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 斯特凡·約瑟夫·卡福羅;詹姆斯·賴安·雷普邁爾;加甘·阿迪巴特拉
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C9/16
• 分類號: F02C9/16;F02C9/28
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

本公開的主題涉及一種具有自適應預測健康管理控制系統的渦輪發動機，該控制系統被動地監視失速裕度的降低，并將校正調節應用于發動機的功率管理調度，以隨時間恢復可操作性，同時在發動機的整個壽命周期內維持足夠水平的失速裕度。控制系統可以根據需要調整功率管理調度以保持目標失速裕度，這允許更優化和漸進的性能與可操作性的折衷。

聯邦贊助的研究

本發明是在政府支持下以合同號N00014-10-D-0010進行的。美國政府可以享有本發明的某些權利。

技術領域

本公開的主題大體上涉及用于燃氣渦輪發動機的控制系統，并且更具體地涉及基于檢測到的壓縮機元件的劣化將校正調節應用于功率管理調度的控制系統。

背景技術

燃氣渦輪發動機的性能通常有一定的裕度，從而在發動機完全劣化的最壞情況狀態下可以避免壓縮機失速。因此，即使對于新的發動機，發動機的峰值推力和運行瞬態也是有限的。整個發動機組可以被設計成適應最壞情況狀態。盡管這種傳統的控制方案通常保證最壞情況的完全劣化的發動機組在正常操作下不會失速，但以這種方式控制發動機會導致發動機的壽命周期的絕大部分時間的發動機性能下降。換句話說，由傳統系統控制的發動機通常以過量的可操作性裕度操作，直到發動機已經完全劣化到最壞情況的情況狀態為止。結果，對于發動機的壽命周期的絕大部分時間，發動機性能不是最佳的。

因此，具有解決上述一個或多個挑戰的控制系統的發動機將是有用的。此外，用于控制解決上述一個或多個挑戰的發動機的方法將是有益的。特別地，提供增強的性能(例如峰值推力和更快的瞬變)以及允許基于狀態的維護調度的控制系統和方法將是有利的。

發明內容

本發明的方面和優勢將在下面的描述中部分地闡述，或者可以從描述中顯而易見，或者可以通過實施本發明來獲知。

在一方面，提供了一種用于具有壓縮機元件的發動機的控制系統。該控制系統包括傳感器，該傳感器能夠操作以感測與壓縮機元件相關聯的操作特性。此外，控制系統包括與傳感器通信聯接的一個或多個計算裝置。所述一個或多個計算裝置被配置為：從傳感器接收指示與壓縮機元件相關聯的操作特性的數據；至少部分地基于所接收到的數據來確定指示壓縮機元件隨著時間推移的失速裕度的信號；至少部分地基于所確定的信號來確定壓縮機元件的健康狀態標志；至少部分地基于壓縮機元件的健康狀態標志來確定用于調整發動機的功率管理調度的校正調節；以及至少部分地基于校正調節來調整發動機的功率管理調度。

在另一方面，提供了一種方法。該方法包括操作具有壓縮機元件的發動機。此外，該方法包括由一個或多個計算裝置設置與壓縮機元件相關聯的失速裕度目標。該方法還包括由一個或多個計算裝置接收指示與發動機的壓縮機元件相關聯的操作特性的數據。此外，該方法包括由一個或多個計算裝置至少部分地基于所接收到的數據來確定指示壓縮機元件隨著時間推移的失速裕度的信號。該方法進一步包括由一個或多個計算裝置至少部分地基于所確定的信號來確定壓縮機元件的健康狀態標志。此外，該方法包括由一個或多個計算裝置至少部分地基于健康狀態標志和失速裕度目標來確定用于調整發動機的功率管理調度的校正調節。此外，該方法包括由一個或多個計算裝置至少部分地基于所確定的校正調節來調整發動機的功率管理調度。

在又一個方面，提供了一種渦輪發動機。該渦輪發動機包括壓縮機元件和傳感器，該傳感器能夠操作以感測與該壓縮機元件相關聯的操作特性。此外，渦輪發動機包括與傳感器通信聯接的一個或多個計算裝置。一個或多個計算裝置被配置為：從傳感器接收指示與壓縮機元件相關聯的操作特性的數據；將數據轉換為指示壓縮機元件的失速裕度的信號；至少部分地基于信號來確定壓縮機元件的健康狀態標志；至少部分地基于健康狀態標志來確定用于調整發動機的功率管理調度的校正調節；以及至少部分地基于校正調節來調整發動機的功率管理調度。

參考以下描述和所附權利要求書，將更好的理解本發明的這些及其它特征，方面和優勢。并入并構成該說明書的一部分的附圖圖示了本發明的實施例，并同描述一起用來說明本發明的原理。