[发明专利]使用电机的压缩系统的主动稳定性控制

说明书

本公开针对涡轮机发动机和系统，该涡轮机发动机和系统用于利用可操作地联接至其的电机旋转压缩系统的主动稳定性控制。在一个示例性方面，与例如通过轴系统与压缩系统可操作地联接的电机被控制以提供轴阻尼，以对压缩系统内的加压流体流的不稳定性波动的轴阻尼。基于指示压缩系统的系统状态的控制数据，调节电机的控制参数以控制或改变轴系统的输出。通过调节电机的一个或多个控制参数来调节轴系统的输出允许压缩系统减轻压缩系统内的流体流的不稳定性波动。进一步提供了一种用于经由轴系统与电机联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法。

技术领域

本公开大体上涉及利用可操作地联接到其上的电机的旋转压缩系统的主动稳定性控制。

背景技术

压缩系统在操作过程中可能会受到某些流动不稳定性的影响，包括旋转失速和喘振。示例性压缩系统包括旋转式压缩机和泵。通常，喘振是由经过压缩系统的质量流量和压力的振荡引起的，而旋转失速是由压缩系统内的局部减小或阻塞的流动引起的。喘振和旋转失速都是不期望的。特别地，流动中的喘振或快速脉动可能损坏压缩系统的部件以及位于压缩系统上游和/或下游的其他部件。旋转失速和喘振还有其他缺点。

许多压缩系统，例如涡轮发动机的轴向和离心式压缩机，都有描述压缩机特性的相关压缩机图。例如，压缩机图通常包括喘振线，该喘振线针对各种特性曲线(例如，涡轮发动机的速度设置)划分出不稳定的操作区域和稳定的操作区域。如果经过压缩机的质量流量落在喘振线的上方，或更特别是在喘振线的左侧，则会导致流动不稳定。另一方面，如果经过压缩机的质量流量在喘振线下方，或更具体地说在喘振线的右侧，则压缩系统将在稳定的操作点或范围内操作。

通常，为了防止喘振，在距喘振线一定距离处绘制喘振裕度或喘振控制线，并且压缩系统的喘振避免控制确保压缩系统的操作点不会越过喘振控制线。即，喘振避免控制确保了操作点在喘振控制线处或右侧。但是，这种避免喘振的方案限制了压缩系统的操作范围，从而限制了效率。

除了喘振避免控制之外或替代地，用于解决喘振和旋转失速的其他技术包括主动喘振控制方案，该方案试图稳定喘振和旋转失速而不是避免它们。例如，压缩机可以包括可以被致动以控制喘振和旋转失速的各种可变几何形状的部件。例如，再循环阀，排放阀和节流阀，可变导向轮叶等已被用于主动喘振控制。尽管这样的主动喘振部件通常在控制喘振和旋转失速方面有效，但是它们增加了额外的重量，需要额外的部件，并且在许多情况下会损害压缩系统的效率。

因此，解决上面提到的一个或多个挑战的压缩系统及其操作方法将是有用的。

发明内容

本发明的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中显而易见，或者可以通过本发明的实施而获知。

在一个方面，本公开针对一种涡轮发动机。涡轮发动机包括压缩机，该压缩机构造成将进入的空气流加压成加压空气流。涡轮发动机还包括燃烧室，该燃烧室与压缩机流体连接并构造成接收来自压缩机的加压空气流，其中将燃料喷射到加压空气流中并在燃烧室中点燃，以提高加压空气流的温度和能级。此外，涡轮发动机包括涡轮，该涡轮与燃烧室流体连接并且构造成接收从燃烧室流出的燃烧产物。涡轮发动机还包括轴系统和经由轴系统与压缩机可操作地联接的发电机。此外，涡轮发动机包括一个或多个可经由电力总线系统与发电机电联接的电负载。另外，该涡轮发动机包括控制器，该控制器构造成：接收指示压缩机的系统状态的控制数据；至少部分地基于控制数据确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令指示用于调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；和至少部分地基于阻尼控制命令来控制发电机和一个或多个电负载中的至少一个以调节控制参数，以改变用于抑制压缩机内的加压空气流的不稳定性波动的轴系统的输出。