[发明专利]用于控制高压涡轮的间隙以降低EGT超调影响的控制方法和单元

说明书

用于控制飞行器发动机涡轮转子的叶片尖端与涡轮护罩之间的间隙的方法，包括待控制间隙的估计，以及根据所估计的间隙控制输送气流到涡轮护罩的阀，所述方法包括：‑基于代表发动机的至少一个参数的瞬态加速阶段的检测(100)；‑与飞行器高度有关的数据的接收(102)；‑代表瞬态加速阶段期间和以稳态速度的转子温度的数据的确定(104)，以及相对温度偏差的计算；‑如果检测到瞬态加速阶段，并且如果相对温度偏差大于预先确定的最小温度偏差，则借助于预先限定的高度/相对温度偏差查找表限定阀的打开级别和打开时间；以及阀的打开的控制(114)，以将气流输送至涡轮护罩。

技术领域

本发明涉及用于航空燃气涡轮发动机的涡轮机的总体领域。更具体地，其目的是控制涡轮转子的叶片尖端与围绕叶片的外壳的涡轮环之间的间隙。

背景技术

涡轮叶片尖端与围绕它们的环之间存在的间隙取决于旋转部件(形成涡轮转子的轮盘和叶片)与固定部件(包含其所包括的涡轮环的外壳)之间的尺寸变化的差异。这些尺寸变化同时是热源的(与叶片、轮盘和壳体的温度变化有关)和机械源的(尤其与施加在涡轮转子上的离心力的影响有关)。

为了提高涡轮机的性能，期望尽可能地使间隙最小化。另一方面，当速度增加时，例如当用于航空发动机的涡轮机从地面慢车速度过渡到起飞速度时，施加在涡轮转子上的离心力趋向于在涡轮环有时间在与速度增加有关的温升的影响下膨胀之前使叶片尖端接近涡轮环。因此，在称为夹点的该操作点处存在接触风险。

已知使用主动控制系统来控制涡轮机的叶片尖端的间隙。通常通过将例如在压缩机和/或涡轮机风扇的高度处的空气引导到涡轮环的外表面上来运行这种类型的系统。如果该空气是冷的，通过被输送到涡轮环的外表面，这具有冷却涡轮环的效果，从而限制其热膨胀。由此使间隙最小化。相反，如果该空气是热的，这会促进涡轮环的热膨胀，从而增加间隙以及例如允许避免在上述夹点处的接触。

这种主动控制由控制单元进行监控，例如由涡轮机的全权数字发动机控制(或FADEC)进行监控。通常，控制单元作用于位置调节阀，以基于间隙设定点和实际叶片尖端间隙的估计来控制被引导在涡轮环上的空气的流速和/或温度。

此外，涡轮机具有相对于其燃烧室下游、尤其是发动机的高压涡轮下游所确定的燃气极限温度限定的发动机工作极限温度。该温度通常被称为“红线EGT”，并被视为最大允许发动机温度，由制造商在地面进行的试验(台架试验(Block Tests))期间确定，然后由制造商传达。换言之，红线EGT是制造商声明的最大值，基于发动机(例如：新发动机或翻新发动机)的寿命周期认证该值。一旦达到该极限，则移除发动机以进行维护，从而恢复正EGT裕度。“EGT裕度”这里指的是制造商认证的红线EGT与发动机的燃烧室下游确定的燃烧气体的温度之间的差值。

考虑到发动机的热响应，在快速加速阶段，发动机的燃烧室下游的燃烧气体的温度通常是最高的。通常，在加速阶段后约60秒，高压涡轮机的转子叶片与围绕它们的环之间的间隙增大。在燃烧室下游，例如在高压涡轮的出口处测量的温度比稳态速度下的发动机温度高20到30K，在发动机的加速阶段后的给定时间间隔后获得稳态速度。

在涡轮机的加速阶段期间确定的燃烧气体的最高温度与在该加速阶段之后确定的其稳态速度的温度之间的温差通常被称为“超调EGT”。

在加速阶段期间，优化高压涡轮的转子叶片与围绕它们的环之间的间隙可以降低EGT超调，从而降低燃烧气体的最高温度。然而，这种优化可能具有高压涡轮过早磨损的风险。例如，与用于新的热发动机的高压涡轮的间隙的长期减小、或其高压涡轮的间隙已经最小化有关的EGT超调的过大降低，会导致高压涡轮的叶片和环之间出现夹点。因此，持续时间约为10分钟级别的EGT超调限制可能会具有高压涡轮叶片永久退化的风险，进而影响发动机的整体性能及其燃油消耗。

因此，似乎需要在发动机速度变化期间减少甚至消除EGT超调现象，同时避免高压涡轮叶片退化的可能风险。