用於燃氣渦輪發動機的扭矩消振的製作方法
2023-12-09 10:39:01 2
本申請大體涉及燃氣渦輪發動機且更具體而言涉及扭矩消振器(damper)和扭矩消振(damping)控制，以保護燃氣渦輪發動機免受扭矩作用的影響。
背景技術：
燃氣渦輪發動機大體包括處於串行流順序的壓縮機區段、燃燒區段、渦輪區段和排氣區段。在運行中，空氣進入壓縮機區段的入口，其中，一個或多個軸向壓縮機逐漸壓縮空氣，直到其到達燃燒區段。燃料在燃燒區段內與壓縮空氣混合和燃燒，以提供燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒區段被引導通過渦輪區段內限定的熱氣路徑，且然後從渦輪區段經由排氣區段排出。
在特定構造中，渦輪區段包括處於串行流順序的高壓(hp)渦輪和低壓(lp)渦輪。hp渦輪和lp渦輪各自包括各種可旋轉渦輪構件(諸如渦輪轉子葉片、轉子盤和固持器)，以及各種固定渦輪構件(諸如定子導葉或噴嘴、渦輪護罩和發動機框架)。可旋轉渦輪構件和固定渦輪構件至少部分地限定通過渦輪區段的熱氣路徑。隨著燃燒氣體流過熱氣路徑，熱能從燃燒氣體傳遞到可旋轉渦輪構件和固定渦輪構件。
燃氣渦輪發動機和其它類型的渦輪機通常用於驅動負載，諸如發電機。燃氣渦輪發動機和其它大型傳動系系統具有慣性力矩、抗扭剛度和自然消振性。在高功率系中的低機械消振可在功率系統構件和機械傳動系之間產生扭矩作用。例如，如果機械傳動系的一個自然頻率被激勵到扭矩共振，則產生的交替機械扭矩可到達可損害轉子軸系統的構件或在轉子軸系統的構件中產生疲勞的值。
因而，運行燃氣渦輪發動機或類似機器以便提供改進的扭矩消振的系統和方法在本領域中將是受歡迎的。
技術實現要素：
在以下描述中部分地闡述本發明的各方面和優點，或者根據該描述，本發明的各方面和優點可為顯而易見的，或者可通過實踐本發明來學習本發明的各方面和優點。
在本公開的根據一個方面中，公開一種燃氣渦輪發動機組件。燃氣渦輪發動機組件包括構造成提高進入的空氣的壓力的壓縮機、燃燒室、聯接到發電機的至少一個渦輪(例如高和低壓渦輪)、扭矩消振器和控制器。燃燒室構造成接收來自壓縮機的加壓空氣流。進一步，燃料噴射到燃燒室中的加壓空氣中且點燃以便提高加壓空氣的溫度和能量水平。渦輪操作性地聯接到燃燒室，以便接收從燃燒室流出的燃燒產物。發電機經由軸聯接到渦輪的軸系統(例如高壓軸系統、低壓軸系統或中間軸系統中的任一個或組合)。因而，扭矩消振器構造成對發電機的軸系統上的例如由於負消振以及/或者受迫激勵所導致的扭矩振蕩消振。此外，控制器構造成對發電機提供額外的消振控制。
在一個實施例中，扭矩消振器可包括機械消振器或電力消振器中的至少一個。例如，在特定實施例中，機械消振器可包括粘性消振器。更具體而言，粘性消振器可圍繞發電機的軸沿周向定位。
在某些實施例中，燃氣渦輪發動機組件還可包括功率轉換器，其具有一個或多個電路。因而，在這種實施例中，電力消振器可包括電阻器，其集成到功率轉換器的電路中的一個中。另外，在某些實施例中，控制器可構造成控制電阻器，以便阻止發電機在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
在另一個實施例中，燃氣渦輪發動機組件可包括功率總線消振器，其構造成阻止發電機在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。更具體而言，在某些實施例中，功率總線消振器可包括有源(active)負載、受控制的電阻負載、能量存儲裝置等中的至少一個。
在進一步實施例中，控制器可構造成控制發電機的功率因素，以便通過減小功率因素和在發電機的繞組中產生損耗，來對發電機提供扭矩消振。
在額外的實施例中，扭矩消振器可構造成減小發電機和渦輪之間的振蕩扭矩。
在一個方面，本公開涉及電功率系統。電功率系統包括第一慣性系統，其經由軸連接到第二慣性系統。進一步，第一慣性系統大於第二慣性系統。另外，第二慣性系統可包括扭矩差和速度差的負比率。因而，電功率系統還包括扭矩消振器，其構造成對第一和第二慣性系統之間的例如由負消振以及/或者受迫激勵所導致的扭矩振蕩消振。
在又一個方面，本公開涉及運行燃氣渦輪發動機組件的方法。方法包括經由組件的壓縮機對空氣加壓。方法還包括將加壓空氣從壓縮機提供給燃燒室。又一個步驟包括將燃料噴射到燃燒室內的加壓空氣中且點燃燃料，以便提高加壓空氣的溫度和能量水平。方法進一步包括將燃燒產物從燃燒室提供給聯接到組件的發電機的渦輪。另外，方法包括經由扭矩消振器和由發電機控制器提供的額外的消振對發電機的軸系統的扭矩振蕩消振。
在一個實施例中，經由扭矩消振器對發電機的軸系統的扭矩振蕩消振的步驟可進一步包括提供機械消振器或電力消振器中的至少一個。更具體而言，在某些實施例中，對發電機的軸系統的扭矩振蕩消振的步驟可包括將機械消振器圍繞軸沿周向定位。
在另一個實施例中，方法可包括將電力消振器集成在發電機的功率轉換器中。更具體而言，在這種實施例中，電力消振器可包括電阻器。例如，在某些實施例中，方法可包括經由控制器控制電阻器以便阻止發電機在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
在額外的實施例中，方法可包括操作性地聯接功率總線消振器與功率轉換器，以及控制功率總線消振器，以便阻止發電機具有恆定功率負載。更具體而言，在這種實施例中，功率總線消振器可包括有源負載、受控制的電阻負載、能量存儲裝置等中的至少一個。
在又一個實施例中，方法可包括控制發電機的功率因素，以便通過減小功率因素和在發電機的繞組內產生損耗，來對發電機提供扭矩消振。
技術方案1.一種燃氣渦輪發動機組件，包括：
壓縮機，其構造成提高進入的空氣的壓力；
燃燒室，其構造成接收來自所述壓縮機的加壓空氣流，其中燃料噴射到所述加壓空氣流中且點燃，以便提高所述加壓空氣的溫度和能量水平；
渦輪，其操作性地聯接到所述燃燒室，以便接收從所述燃燒室流出的燃燒產物；
發電機，其經由軸聯接到所述渦輪的軸系統；
扭矩消振器，其構造成對所述發電機的軸系統的扭矩振蕩消振；以及
控制器，其構造成對所述發電機提供額外的消振控制。
技術方案2.根據技術方案1所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述扭矩消振器包括機械消振器或電力消振器中的至少一個。
技術方案3.根據技術方案2所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述機械消振器包括粘性消振器。
技術方案4.根據技術方案3所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述粘性消振器圍繞所述軸沿周向定位。
技術方案5.根據技術方案1所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，進一步包括功率轉換器，其包括一個或多個電路，其中所述電力消振器包括電阻器，其集成在所述功率轉換器的電路中的一個中。
技術方案6.根據技術方案5所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述控制器構造成控制所述電阻器，以便阻止所述發電機在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
技術方案7.根據技術方案5所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，進一步包括功率總線消振器，其構造成阻止所述發電機在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
技術方案8.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述功率總線消振器包括有源負載、受控制的電阻負載或能量存儲裝置中的至少一個。
技術方案9.根據技術方案1所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述控制器構造成控制所述發電機的功率因素，以便通過減小所述功率因素和在所述發電機的繞組和連接纜的內部產生損耗，來對所述發電機提供扭矩消振。
技術方案10.一種電功率系統，包括：
第一慣性系統，其經由軸連接到第二慣性系統，所述第一慣性系統大於所述第二慣性系統，所述第二慣性系統包括扭矩差和速度差的負比率；以及
扭矩消振器，其構造成對所述第一和第二慣性系統之間的扭矩振蕩消振。
技術方案11.根據技術方案10所述的電功率系統，其特徵在於，進一步包括控制器，其構造成對所述第一和第二慣性系統提供額外的消振控制。
技術方案12.根據技術方案11所述的電功率系統，其特徵在於，所述電功率系統包括燃氣渦輪發動機、風力渦輪或蒸汽渦輪中的至少一個。
技術方案13.根據技術方案12所述的電功率系統，其特徵在於，所述第一慣性系統包括發電機而所述第二慣性系統包括發電機驅動器，所述發電機驅動器包括低壓軸系統、高壓軸系統或一個或多個轉子葉片中的至少一個。
技術方案14.一種運行燃氣渦輪發動機組件的方法，包括：
經由所述燃氣渦輪發動機組件的壓縮機對空氣加壓；
將加壓空氣從所述壓縮機提供給燃燒室；
將燃料噴射到所述燃燒室內的加壓空氣中且點燃所述燃料，以便提高所述加壓空氣的溫度和能量水平；
將燃燒產物從所述燃燒室提供給聯接到發電機的渦輪；以及
經由對所述發電機構造的扭矩消振器和由發電機控制器提供的額外的消振控制對所述發電機的軸系統的扭矩振蕩消振。
技術方案15.根據技術方案14所述的方法，其特徵在於，經由所述扭矩消振器對所述發電機的軸系統的扭矩振蕩消振進一步包括提供機械消振器或電力消振器中的至少一個。
技術方案16.根據技術方案15所述的方法，其特徵在於，經由所述扭矩消振器對所述發電機的軸系統的扭矩振蕩消振進一步包括使所述機械消振器圍繞所述軸沿周向定位。
技術方案17.根據技術方案15所述的方法，其特徵在於，進一步包括將所述電力消振器集成到所述發電機的功率轉換器中，其中所述電力消振器包括電阻器。
技術方案18.根據技術方案17所述的方法，其特徵在於，進一步包括經由所述控制器控制所述電阻器，以便阻止所述發電機在扭矩作用頻率下為恆定功率負載。
技術方案19.根據技術方案17所述的方法，其特徵在於，進一步包括操作性地聯接功率總線消振器與所述功率轉換器以及控制所述功率總線消振器，以便阻止所述發電機在扭矩作用頻率下為恆定功率負載，其中所述功率總線消振器包括有源負載、受控制的電阻負載或能量存儲裝置中的至少一個。
技術方案20.根據技術方案14所述的方法，其特徵在於，進一步包括控制所述發電機的功率因素，以便通過減小所述功率因素和在所述發電機的繞組和連接纜的內部產生損耗，來對所述發電機提供扭矩消振。
技術方案21.一種燃氣渦輪發動機組件，包括：
壓縮機(24)，其構造成提高進入的空氣的壓力；
燃燒室(104)，其構造成接收從所述壓縮機(24)流出的加壓空氣，其中燃料噴射到所述加壓空氣流中且點燃，以便提高所述加壓空氣的溫度和能量水平；
渦輪(106,108)，其操作性地聯接到所述燃燒室(104)，以便接收從所述燃燒室(104)流出的燃燒產物；
發電機(114)，其經由軸(118)聯接到所述渦輪(106,108)的軸系統(110,112)；
扭矩消振器(116)，其構造成對所述發電機(114)的軸系統(110,112)的扭矩振蕩消振；以及
控制器(120)，其構造成對所述發電機(114)提供額外的消振控制。
技術方案22.根據技術方案21所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述扭矩消振器(116)包括機械消振器(117)或電力消振器(124)中的至少一個。
技術方案23.根據技術方案22所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述機械消振器(117)包括粘性消振器。
技術方案24.根據技術方案23所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述粘性消振器圍繞所述軸(118)沿周向定位。
技術方案25.根據技術方案21所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，進一步包括功率轉換器(122)，其包括一個或多個電路(117)，其中所述電力消振器(124)包括電阻器(125)，其集成在所述功率轉換器(122)的電路(117)中的一個中。
技術方案26.根據技術方案25所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述控制器(120)構造成控制所述電阻器(125)，以便阻止所述發電機(114)在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
技術方案27.根據技術方案25所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，進一步包括功率總線消振器(126)，其構造成阻止所述發電機(114)在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
技術方案28.根據技術方案27所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述功率總線消振器(126)包括有源負載(128)、受控制的電阻負載(130)或能量存儲裝置(134)中的至少一個。
技術方案29.根據技術方案21所述的燃氣渦輪發動機組件，其特徵在於，所述控制器(120)構造成控制所述發電機(114)的功率因素，以便通過減小所述功率因素和在所述發電機(114)的繞組和連接纜的內部產生損耗，來對所述發電機(114)提供扭矩消振。
技術方案30.一種電功率系統(150)，包括：
第一慣性系統(152)，其經由軸(156)連接到第二慣性系統(154)，所述第一慣性系統(152)大於所述第二慣性系統(154)，所述第二慣性系統(154)包括扭矩差和速度差的負比率；以及
扭矩消振器(116)，其構造成對所述第一和第二慣性系統(152,154)之間的扭矩振蕩消振。
技術方案31.根據技術方案30所述的電功率系統(150)，其特徵在於，進一步包括控制器(120)，其構造成對所述第一和第二慣性系統(152,154)提供額外的消振控制，其中所述電功率系統(150)包括燃氣渦輪發動機(10)、風力渦輪或蒸汽渦輪中的至少一個。
技術方案32.根據技術方案31所述的電功率系統(150)，其特徵在於，所述第一慣性系統(152)包括發電機(114)而所述第二慣性系統(154)包括發電機驅動器，所述發電機驅動器包括低壓軸系統、高壓軸系統或一個或多個轉子葉片中的至少一個。
技術方案33.一種運行燃氣渦輪發動機組件的方法(200)，包括：
經由所述燃氣渦輪發動機組件的壓縮機(24)對空氣加壓；
將加壓空氣從所述壓縮機(24)提供給燃燒室(104)；
將燃料噴射到所述燃燒室(104)內的加壓空氣中且點燃所述燃料，以便提高所述加壓空氣的溫度和能量水平；
將燃燒產物從所述燃燒室(104)提供給聯接到發電機(114)的渦輪；以及
經由對所述發電機(114)構造的扭矩消振器(116)和由發電機(114)控制器(120)提供的額外的消振控制對所述發電機(114)的軸系統的扭矩振蕩消振。
技術方案34.根據技術方案33所述的方法(200)，其特徵在於，經由所述扭矩消振器(116)對所述發電機(114)的軸系統的扭矩振蕩消振進一步包括提供機械消振器(117)或電力消振器(124)中的至少一個。
技術方案35.根據技術方案34所述的方法(200)，其特徵在於，所述電力消振器(124)包括電阻器(125)，其中所述方法進一步包括：
將所述電力消振器(124)集成到所述發電機(114)的功率轉換器(122)中，以及
經由所述控制器(120)控制所述電阻器(125)，以便阻止所述發電機(114)在扭矩作用頻率下為恆定功率負載。
參照以下描述和所附權利要求，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得更好理解。附圖結合在本說明書中且構成說明書的一部分，附圖示出本發明的實施例，並且和描述共同用來說明本發明的原理。
附圖說明
針對本領域普通技術人員，在說明書中闡述本發明的完整和能夠實施的公開，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：
圖1示出根據本公開的燃氣渦輪發動機的示意性橫截面圖；
圖2示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的一個實施例的框圖；
圖3示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的另一個實施例的框圖；
圖4示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的又一個實施例的框圖；
圖5示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的發電機的一個實施例的框圖；
圖6示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的另一個實施例的框圖；
圖7示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的發電機和功率轉換器的一個實施例的局部框圖；
圖8示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的電力消振器的一個實施例的框圖；
圖9示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件的另一個實施例的局部框圖，其特別示出功率總線消振器的各種實施例；
圖10示出根據本公開的電功率系統的一個實施例的框圖；以及
圖11示出根據本公開的運行燃氣渦輪發動機組件的方法的一個實施例的流程圖。
部件列表：
10燃氣渦輪發動機
12中心線軸線
14核心發動機
16風扇區段
18外殼
20環形入口
22增壓器
24壓縮機
26燃燒器
28第一渦輪
30第一傳動軸
32第二渦輪
34第二傳動軸
36排氣噴嘴
38風扇轉子
40風扇殼
42導葉
44轉子葉片
46下遊區段
48空氣流管道
50箭頭
52入口
54箭頭
56箭頭
58箭頭
60燃燒產物
62燃燒室
64入口
66出口
100燃氣渦輪發動機組件
102壓縮機
104燃燒室
106高壓渦輪
108低壓渦輪
110高壓軸
112低壓軸
113發電機轉子
114發電機
115發電機定子
116扭矩消振器
117機械消振器
118軸
120控制器
122功率轉換器
124電力消振器
125電阻器
126功率總線消振器構件
127電路
128有源負載
130控制器電阻負載
132總線消振器
134能量存儲裝置
136信號
150電功率系統
152第一慣性系統
154第二慣性系統
156軸
158扭矩消振器
160控制器
200方法
202方法步驟
204方法步驟
206方法步驟
208方法步驟
210方法步驟。
具體實施方式
現在將詳細參照本發明的目前的實施例，在附圖中示出實施例的一個或多個示例。詳細描述使用數字和字母標號來引用圖中的特徵。在圖和描述中使用相同或相似標號引用本發明的相同或相似部件。如本文所用，用語「第一」、「第二」和「第三」可互換使用，以區分一個構件與另一個構件，而不意於表示單獨的構件的位置或重要性。用語「上遊」和「下遊」指的是相對於流體路徑中的流體流的相對方向。例如，「上遊」表示流體流出的流方向，而「下遊」則表示流體流到的流方向。
進一步，如本文使用，用語「軸向」或「沿軸向」表示沿著發動機的縱向軸線的維度。結合「軸向」或「沿軸向」所使用的用語「前」表示朝向發動機入口的方向，或構件相對於另一個構件較接近發動機入口。結合「軸向」或「沿軸向」所使用的用語「後」表示朝向發動機噴嘴的方向，或構件相對於另一個構件較接近發動機噴嘴。用語「徑向」或「沿徑向」表示延伸在發動機的中心縱向軸線和外發動機圓周之間的維度。
大體，本公開涉及燃氣渦輪發動機組件，其具有改進的扭矩消振。燃氣渦輪發動機組件大體包括壓縮機、燃燒室、聯接到發電機的至少一個渦輪(例如高和低壓渦輪)、扭矩消振器和構造成提供額外的消振的控制器。如大體理解，燃燒室構造成接收來自壓縮機的加壓空氣，其中燃料噴射到加壓空氣中且點燃以便提高加壓空氣的溫度和能量水平。渦輪操作性地聯接到燃燒室，以便接收從燃燒室流出的燃燒產物。發電機經由軸聯接到渦輪的軸系統。因而，扭矩消振器(即機械消振器、電力消振器以及/或者兩者)構造成對發電機的軸系統的扭矩振蕩消振。另外，控制器構造成對發電機提供額外的消振控制。
因而，本公開提供現有技術中不存在的許多優點。例如，本公開通過減小發電機和渦輪之間的振蕩扭矩(即由負消振以及/或者受迫激勵所導致)提供用於航空器功率系統的發電機或馬達以及任何其它適當的電功率系統的穩定的機械傳動。另外，系統提供功率系統負載的較簡單的分析。進一步，本公開的扭矩消振構造成平滑對渦輪的扭矩傳遞，從而允許放鬆整個渦輪的設計要求。因而，因而可減小渦輪的大小、成本以及/或者重量。此外，燃氣渦輪發動機可更可靠，具有更長的構件壽命。另外，本公開的扭矩消振結構可為原始設備或改造的一部分。
現在詳細參照附圖，其中詳圖標號在所有圖中表示相同元件，圖1示出根據本公開的一個實施例的示例性燃氣渦輪發動機10(高旁通類型)。如顯示的那樣，示出的燃氣渦輪發動機10具有通過其中的軸向縱向中心線軸線12，其用於參照目的。進一步，燃氣渦輪發動機10優選包括大體以標號14表示的核心燃氣渦輪發動機和定位在其上遊的風扇區段16。核心發動機14典型包括大體管狀外殼18，其限定環形入口20。外殼18進一步封閉和支承增壓器22，以使進入核心發動機14的空氣的壓力提高到第一壓力水平。高壓多級軸向流壓縮機24接收來自增壓器22的加壓空氣且進一步提高空氣的壓力。加壓空氣流到燃燒器26，在這裡燃料噴射到加壓空氣流中且點燃以提高加壓空氣的溫度和能量水平。高能量燃燒產物從燃燒器26流到第一(高壓)渦輪28，以通過第一(高壓)傳動軸30驅動高壓壓縮機24，並且然後流到第二(低壓)渦輪32，以通過第二(低壓)傳動軸34驅動增壓器22和風扇區段16，第二(低壓)傳動軸34與第一傳動軸30同軸。在驅動渦輪28和32中的各個之後，燃燒產物通過排氣噴嘴36離開核心發動機14，以提供發動機10的噴氣推進力的至少一部分。
風扇區段16包括可旋轉軸向流風扇轉子38，其被環形風扇殼40包圍。將理解，風扇殼40從核心發動機14通過多個基本沿徑向延伸的沿周向間隔開的出口導葉42支承。照這樣，風扇殼40包圍風扇轉子38和風扇轉子葉片44。風扇殼40的下遊區段46延伸在核心發動機14的外部部分上，以限定輔助或旁通空氣流管道48，其提供額外的推進力。
從流的觀點，將理解，由箭頭50表示的內部空氣流通過風扇殼40的入口52進入燃氣渦輪發動機10。空氣流傳送通過風扇葉片44且分成移動通過管道48的第一空氣流(由箭頭54表示)和進入增壓器22的第二空氣流(由箭頭56表示)。
第二空氣流56的壓力被提高且進入高壓力壓縮機24，如箭頭58所表示。在燃燒器26中與燃料混合且燃燒之後，燃燒產物60離開燃燒器26且流過第一渦輪28。燃燒產物60然後流過第二渦輪32且離開排氣噴嘴36，以對燃氣渦輪發動機10提供至少一部分推力。
仍然參照圖1，燃燒器26包括與縱向中心線軸線12同軸的環形燃燒室62，以及入口64和出口66。如上面所提到，燃燒器26接收來自高壓壓縮機排出出口69的環形加壓空氣流。這個壓縮機排出空氣(「cdp」空氣)的一部分流到混合器(未顯示)中。燃料從燃料噴嘴100噴射，以與空氣混合且形成燃料-空氣混合物，燃料-空氣混合物被提供給燃燒室62以進行燃燒。燃料-空氣混合物的點燃通過適當的點燃器實現，並且得到的燃燒氣體60沿軸向方向流向和流入環形的第一級渦輪噴嘴72。噴嘴72由環形流通道限定，環形流通道包括多個沿徑向延伸的沿周向間隔開的噴嘴導葉74，其使氣體轉向，使得它們成角度地流動且衝擊在第一渦輪28的第一級渦輪葉片上。如圖1中顯示的那樣，第一渦輪28優選經由第一傳動軸30使高壓壓縮機24旋轉。低壓渦輪32優選經由第二傳動軸34驅動增壓器24和風扇轉子38。
燃燒室62容納在發動機外殼18內。燃料通過一個或多個燃料噴嘴供應到燃燒室中。液體燃料輸送通過各個燃料噴嘴的莖幹內的管道或通路。進一步，燃氣渦輪發動機10可使用天然氣、各種類型的合成氣以及/或者其它類型的燃料。此外，燃氣渦輪發動機10可具有不同構造且可使用顯示的構件以外的其它類型的構件。也可在本文共同地使用多個燃氣渦輪發動機、其它類型的渦輪和其它類型的功率發生設備。
現在參照圖2-4，示出根據本公開的燃氣渦輪發動機組件100的各種簡化示意圖。如示出的實施例中顯示的那樣，燃氣渦輪發動機組件100大體包括壓縮機102、燃燒室104、高壓渦輪106和高壓軸110、低壓渦輪108和低壓軸112和各種其它可選構件。例如，燃氣渦輪發動機組件100可還包括發電機114或類似類型的負載。發電機114可為用於產生電功率的任何類型的裝置。更具體而言，如圖5中顯示的那樣，發電機114可包括發電機轉子113，其在發電機定子115內旋轉。更具體而言，轉子113的旋轉由發電機114的繞組以及/或者磁場之間的作用13產生，這產生圍繞轉子的軸線的扭矩。進一步，發電機114可由渦輪106,108經由軸110,112驅動。也可根據本公開使用其它構件和其它構造。
另外，如圖6和7中顯示的那樣，燃氣渦輪發動機組件100可還包括功率轉換器122，其具有一個或電路127。功率轉換器122可包括任何適當的功率轉換器。例如，功率轉換器122大體包括電路，以將可變頻率的ac電壓從發電機114轉化成供應到電網(未顯示)的電壓。特別地，功率轉換器122選擇性地被啟用，以產生輸出電壓，其為供應到電網的ac電壓。因而，功率轉換器122可包括各種功率開關裝置，例如，絕緣柵雙極電晶體(igbt)、集成門極換流晶閘管(igct)，或任何其它適當的開關裝置。
現在參照圖2-9，燃氣渦輪發動機組件100可還包括構造成對發電機114的扭矩振蕩消振的扭矩消振器116，以及/或者構造成對發動機10提供額外的消振控制的控制器120。因而，在某些實施例中，扭矩消振器116構造成減小發電機114和渦輪106,108之間的振蕩扭矩。
更具體而言，如圖2-5中示出的實施例中顯示的那樣，扭矩消振器116可為機械消振器117。另外，如顯示的那樣，機械消振器117可圍繞軸118沿周向定位，軸118操作性地將低壓渦輪108聯接到發電機114。進一步，如圖2中顯示的那樣，機械消振器117可構造在發電機114的前端處。備選地，如圖3中顯示的那樣，機械消振器117可構造在發電機114的後端處。另外，機械消振器117可與發電機114分開(圖2)或與發電機114成整體(圖5)。進一步，如圖2中顯示的那樣，扭矩消振器116和發電機114可機械地連接到低壓軸系統(即，風扇、增壓器，以及/或者低壓渦輪108)。備選地，如圖4中顯示的那樣，扭矩消振器116和發電機114可機械地連接到高壓軸系統(即壓縮機102以及/或者高壓渦輪106)。在另外的額外的實施例中，扭矩消振器116可連接到任何其它軸系統。
應當理解，機械消振器117可為現在已知或本領域以後開發的任何適當的機械消振器。例如，在一個實施例中，機械消振器117可包括粘性消振器。如本文使用，粘性消振器大體表示經由粘性摩擦阻擋運動的機械裝置。產生的力基本與振蕩速度成比例，但是以相反方向起作用，從而減小振蕩和吸收能量，而不導致穩態損耗。
還應當理解，作為機械消振器117的補充或替代，額外的消振器件可用於發動機10中。例如，如圖6-8中顯示的那樣，扭矩消振器116可包括電力消振器124。更具體而言，如顯示的那樣，電力消振器124可集成到組件100的功率轉換器122中。在某些實施例中，如圖7和8中顯示的那樣，電力消振器124可包括一個或多個電阻器125，其集成到功率轉換器122的一個電路127中。因而，在這種實施例中，控制器120可還構造成控制電阻器125，以便阻止發電機114具有恆定功率負載，從而對其提供扭矩消振。因此，電力消振器124構造成對引入組件100的受迫激勵提供消振。
在另一個實施例中，如圖9中顯示的那樣，燃氣渦輪發動機組件100可包括功率總線消振器構件126，其構造成阻止發電機114具有恆定功率負載。更具體而言，如顯示的那樣，功率總線消振器構件126可包括有源負載128、受控制的電阻負載130、總線消振器132或能量存儲裝置134(例如電池、電容器等)中的至少一個。進一步，如顯示的那樣，功率總線消振器構件126構造成從發電機114或控制器120接收速度以及/或者扭矩信號136。基於信號136，總線消振器構件126構造成阻止總線具有與電壓控制分開的恆定功率負載。進一步，對於具有功率轉換器的發電機(如顯示的那樣)，功率因素可減小，以提高在所需機械消振頻率下的發電機損耗。這種運行不導致穩態損耗，而是相反只導致對扭矩振蕩消振所需要的損耗。
在進一步實施例中，控制器120構造成控制發電機114的功率因素，以便對發電機114提供扭矩消振，例如通過減小功率因素和在發電機114的繞組和連接纜的內部產生損耗。
現在參照圖10，應當理解，除了本文描述的航空器功率系統的燃氣渦輪發動機10之外，上面描述的優點也可適於額外的功率系統。例如，可使用本公開的扭矩消振結構的額外的電功率系統可包括燃氣渦輪發動機、風力渦輪、蒸汽渦輪，或任何其它適當的發電機驅動的系統。例如，如圖10中顯示的那樣，示出根據本公開的電功率系統150的示意圖，其具有改進的扭矩消振。更具體而言，如顯示的那樣，電功率系統150包括第一慣性系統152，其經由軸156連接到第二慣性系統154。進一步，如顯示的那樣，第一慣性系統152大於第二慣性系統154。例如，在某些實施例中，第一慣性系統152可為發電機，而第二慣性系統154可包括發電機驅動器，包括但是不限於低壓軸系統、高壓軸系統、中間軸系統、一個或多個轉子葉片(其可選地聯接到齒輪箱)或任何其它適當的發電機驅動構件。
因而，電功率系統150可包括扭矩消振器158，其構造成對第一和第二慣性系統152,154之間的扭矩振蕩消振。在這種系統中，第二慣性系統154可具有扭矩差和速度差的負比率，即可具有負消振。因而，扭矩消振器158可構造成糾正第二慣性系統154的負消振。備選地，扭矩消振器158可構造成對引入系統152,154的受迫激勵提供消振。
在額外的實施例中，電功率系統150包括控制器160，其構造成對第一和第二慣性系統152,154提供額外的消振控制。現在參照圖11，顯示運行燃氣渦輪發動機的方法200的一個實施例的流程圖。如202處顯示的那樣，方法200包括經由燃氣渦輪發動機10的壓縮機24對空氣加壓。如204處顯示的那樣，方法200包括將加壓空氣從壓縮機24提供給燃燒室62。如206處顯示的那樣，方法200包括將燃料噴射到燃燒室62內的加壓空氣中且點燃燃料以便提高加壓空氣的溫度和能量水平。如208處顯示的那樣，方法200包括將燃燒產物從燃燒室62提供給聯接到發電機114的渦輪(例如渦輪106,108)。如210處顯示的那樣，方法200還包括經由扭矩消振器116和由發電機控制器120提供的額外的消振對發電機114的扭矩振蕩消振。
在一個實施例中，經由扭矩消振器116對發電機114的扭矩振蕩消振步驟可進一步包括提供機械消振器117或電力消振器124中的至少一個。更具體而言，在某些實施例中，經由扭矩消振器116對發電機114的扭矩振蕩消振的步驟可包括使機械消振器117圍繞軸118沿周向定位(圖2)。
在另一個實施例中，如圖7中顯示的那樣，方法200可包括將電力消振器124集成到功率轉換器122中。更具體而言，如所提到的那樣，電力消振器124可包括電阻器125。因而，在這種實施例中，方法200可包括經由控制器120控制電阻器125以便阻止發電機114在扭矩作用頻率下具有恆定功率負載。
在額外的實施例中，方法200可包括操作性地聯接功率總線消振器126與功率轉換器122以及/或者控制器120。因而，功率總線消振器126構造成阻止發電機114具有恆定功率負載。更具體而言，如本文所描述，功率總線消振器126可包括有源負載128、受控制的電阻負載130、總線消振器132、能量存儲裝置134等或其組合。
在又一個實施例中，方法200可包括控制發電機114的功率因素以便對發電機114提供扭矩消振，例如通過減小功率因素和在發電機114的繞組或連接纜內產生損耗。
還要理解，雖然本文描述了燃氣渦輪發動機組件100的使用，但是扭矩消振器160可與任何類型的渦輪機等一起使用。因而，本文描述的任何或所有消振構件以及/或者結構的組合可用於例如在特定頻率、寬頻率範圍提供正發電機消振，並且可為可調節的。
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