專利名稱：用于構(gòu)件的流阻的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域大體涉及流體系統(tǒng)構(gòu)件流分析，并且更具體而言，涉及用于對流體系統(tǒng)構(gòu)件進行建模的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至少一些用于流體系統(tǒng)構(gòu)件分析的已知方法依賴于增量壓力來預測未來的結(jié)果以及當前構(gòu)件、系統(tǒng)狀態(tài)。算法的對于應用而言專有的使用可用來監(jiān)測燃料系統(tǒng)的燃料過濾器構(gòu)件的狀態(tài)。如果燃料過濾器處的差壓(dp)接近確定為太高的水平或者接近將指示有受限流的水平，則這些用于監(jiān)測燃料過濾器的方法還產(chǎn)生狀態(tài)報警。低dP在“良好”范圍中是典型的，并且對于正常運行是期望的。但是，其中低dp可指示有嚴重情形的實例是關(guān)于擠毀的(collapsed)或解體的過濾器的情形。這在使用中可被傳統(tǒng)方法漏診且典型地漏診。已經(jīng)作了許多努力來解決該問題，例如使用移動平均值技術(shù)或在已知高流量狀況期間將其它措施包括進邏輯來關(guān)掉或忽略差壓警報。因為通過等效回路的增量壓力的總和等于總的泵壓力，所以堵塞的隔離是未知的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種流監(jiān)測系統(tǒng)包括一個或多個傳感器，其構(gòu)造成產(chǎn)生表示下者的一組信號在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力、在構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力和在構(gòu)件處的流體的溫度；以及處理器，其編程成使用溫度來確定在構(gòu)件處的流體的密度的變化，使用所產(chǎn)生的信號和所確定的密度來確定指示構(gòu)件處的等效流阻的值，以及輸出所確定的等效流阻值。在另一個實施例中，一種監(jiān)測構(gòu)件完整性的方法包括接收指示在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力的值；接收指示在構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力、通過構(gòu)件的流量的值；接收指示在構(gòu)件處的流體的溫度的值；使用溫度來確定指示在構(gòu)件處的流體的密度的值；使用接收到的上游壓力、接收到的下游壓力和所確定的密度、通過構(gòu)件的流量來確定指示構(gòu)件處的等效流阻的值；以及輸出所確定的等效流阻值。在又一個實施例中，一種流監(jiān)測系統(tǒng)包括多個傳感器，它們構(gòu)造成產(chǎn)生表示下者的一組信號在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力、在構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力、 通過構(gòu)件的流量以及在構(gòu)件處的流體的溫度；以及處理器，其編程成使用溫度來確定指示在構(gòu)件處的流體的密度的值，使用所產(chǎn)生的信號和所確定的密度來確定指示構(gòu)件處的等效流阻的值。


圖1-2顯示了本文的描述方法和系統(tǒng)的示例性實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的燃氣輪機發(fā)動機燃料系統(tǒng)的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的、用于圖1中顯示的燃料流監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。部件列表50燃料系統(tǒng)M增強器燃料系統(tǒng)56燃料供應58增壓泵60燃料管道61 管道62 泵64電子發(fā)動機控制器65處理器66 管道67存儲器68主燃料過濾器70燃料-油冷卻器72止回閥74 管道78發(fā)動機燃料控制閥92 管道93 管道94增強器燃料泵95 管道96增強器燃料過濾器97 管道100燃料-油冷卻器104增強器燃料控制閥106加壓閥108燃料引進區(qū)110分支管道111 管道130 管道138燃料流監(jiān)測系統(tǒng)140壓力傳感器142壓力傳感器144溫度傳感器146包括壓力傳感器148壓力傳感器
150溫度傳感器
200邏輯框
202調(diào)節(jié)模塊
204系統(tǒng)故障模塊
206置信指標模塊
208核心速度
210測試標準
212輸出
214算法
216主燃料流量
218補燃器流量
220燃料過濾器
222燃料溫度
224調(diào)節(jié)
具體實施例方式以下詳細描述以實例的方式而非限制的方式示出了本發(fā)明的實施例。構(gòu)想到本發(fā)明可一般地應用于工業(yè)、商業(yè)和民用應用中的構(gòu)件流分析和建模。如本文所用，以單數(shù)敘述且前面有詞語“一個”或“一種”的元件或步驟應理解為不排除復數(shù)個元件或步驟，除非明確敘述了這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用不意圖解釋為排除也結(jié)合了所敘述的特征的另外的實施例的存在。本發(fā)明的實施例包括限定燃料系統(tǒng)構(gòu)件的物理屬性的算法，其具有應用于整個燃料系統(tǒng)來基于狀況而監(jiān)測系統(tǒng)的隔離和/或構(gòu)件的即將發(fā)生的故障和多個故障同時減少目前的方法普遍的“錯誤”報警的柔性。在一個實施例中，該算法通過經(jīng)修正的dP函數(shù)或燃料過濾器阻力值來評估燃料過濾器dP。燃料過濾器阻力的大的變化起因于隨時間的過去的燃料過濾器污染、擠毀的過濾器狀況、異常高的燃料密度或堵塞。算法分成兩個主要的子系統(tǒng)輸入邏輯(輸入?yún)?shù)確認)和阻力函數(shù)。輸入包括燃料過濾器dP、AB (補燃器)燃料流量、主燃料流量、燃料溫度、核心速度、關(guān)于各個輸入?yún)?shù)的系統(tǒng)故障(sysfail)(狀態(tài))和關(guān)于各個輸入?yún)?shù)的置信水平。輸出包括燃料過濾器流阻。算法的調(diào)節(jié)包括在標準日溫度處的燃料密度(6. 73磅力/加侖)、可接受的控制器(ASl)置信閾值(.2<置信指標=<幻、在用以運行算法的最小核心速度要求(60% )處的最小燃料流量和模塊使能/禁用。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的燃氣輪機發(fā)動機燃料系統(tǒng)50的示意圖。 在該示例性實施例中，燃料系統(tǒng)50包括主燃料系統(tǒng)52和增強器燃料系統(tǒng)M。在航空器攜帶的燃料箱(未顯示)中提供燃料供應56，并且提供增壓泵58來在燃料供應給發(fā)動機高壓燃料泵中任一個之前，提高從燃料供應56中抽出的燃料的壓力。燃料通過燃料管道60而從增壓泵58流到主燃料系統(tǒng)52，該燃料管道60延伸到主燃料-油冷卻器70的入口，以及然后燃料通過管道61流到主燃料泵62。
泵62由來自主發(fā)動機傳動軸的動力輸出布置(未顯示)通過適當?shù)凝X輪箱驅(qū)動， 以在期望的扭矩水平和軸速度處對主燃料泵62提供旋轉(zhuǎn)動力。主燃料泵62的運行由電子發(fā)動機控制器64 (例如接收來自發(fā)動機的表示各種發(fā)動機運行參數(shù)的輸入信號以及還有來自機體的輸入信號(例如發(fā)動機動力需求)的全權(quán)數(shù)字電子控制器(FADEC))監(jiān)測和控制。發(fā)動機控制器64包括雙通道，以提供接收雙重的感測參數(shù)輸入而允許有雙重輸出的冗余的發(fā)動機控制回路。通訊聯(lián)接到存儲器67上的處理器65編程成執(zhí)行本文描述的功能。 雖然描述為FADEC 64的一部分，但是處理器65可為另一個系統(tǒng)的一部分或獨立的系統(tǒng)。來自主燃料泵62的出口的燃料通過管道66而前進到具有緊急旁路系統(tǒng)的主燃料過濾器68，以及然后通過止回閥72，并且經(jīng)由管道74到達主發(fā)動機燃料控制閥78。主發(fā)動機燃料控制閥78調(diào)整通往燃燒室30的燃料噴嘴32的燃料流的速率。推力增強器燃料系統(tǒng)M是不同于與主發(fā)動機燃料系統(tǒng)52相關(guān)聯(lián)的燃料流環(huán)路的燃料流環(huán)路。增強器燃料系統(tǒng)M通過管道92接收來自增壓泵58的燃料，并且將燃料傳送到燃料-油冷卻器100的入口，以及然后傳送通過管道93到達增強器燃料泵94的入口。增強器燃料泵94也由通過適當?shù)尿?qū)動系統(tǒng)而與發(fā)動機傳動軸操作性地連接的動力輸出布置驅(qū)動，并且其通過管道95來將加壓燃料提供給燃料過濾器96，以及然后通過管道97提供給伺服裝置操作的加壓閥(PV) 106。管道111從主燃料系統(tǒng)52中的管道74延伸到增強器燃料控制閥104，以在來自增強器燃料泵94的輸出不足的情況下，通過利用來自主燃料泵62的加壓燃料來允許增強器有受限運行。燃料通過管道130來從加壓閥106流到增強器燃料控制閥104，增強器燃料控制閥 104將燃料分配給典型地設(shè)置在推力增強系統(tǒng)中的若干燃料引進區(qū)108。增強器燃料泵94和增強器加壓閥106各自由電子發(fā)動機控制器64控制。電子發(fā)動機控制器的用于那些控制功能的輸入?yún)?shù)包括RPM、燃料壓力、泵行程和發(fā)動機動力需求。增強器燃料控制閥104也由電子發(fā)動機控制器64控制，并且用于那些功能的輸入?yún)?shù)傳統(tǒng)上包括動力桿旋轉(zhuǎn)角、增強器燃料流量需求、主燃燒室壓力、發(fā)動機入口溫度、排氣噴嘴喉部面積、排氣噴嘴出口面積、排氣噴嘴喉部壓力和環(huán)境壓力。燃料系統(tǒng)50還包括預備裝置，以在主燃料泵62故障的情況下將后備燃料流從增強器燃料泵94供應到主燃料系統(tǒng)52。分支管道110將加壓燃料從增強器燃料泵94傳送給主燃料控制閥78。因而，在主燃料泵62故障的情況下，發(fā)動機可通過將燃料流從增強器燃料泵94的出口轉(zhuǎn)移到主燃料控制閥78來繼續(xù)運行，但是在受限的增強狀況下。燃料系統(tǒng)50還包括有助于發(fā)動機和其它燃料系統(tǒng)構(gòu)件的運行的儀器。燃料系統(tǒng) 50包括燃料流監(jiān)測系統(tǒng)138，燃料流監(jiān)測系統(tǒng)138包括在主燃料過濾器68的入口側(cè)上的壓力傳感器140、在主燃料過濾器68的出口側(cè)上的壓力傳感器142、在主燃料過濾器68處的溫度傳感器144。燃料流監(jiān)測系統(tǒng)138包括在增強器燃料過濾器96的入口側(cè)上的壓力傳感器146、在增強器燃料過濾器96的出口側(cè)上的壓力傳感器148和在增強器燃料過濾器96 處的溫度傳感器150。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的燃料流監(jiān)測系統(tǒng)138(在圖1中顯示)的數(shù)據(jù)流程圖。在該示例性實施例中，邏輯框200包括調(diào)節(jié)模塊202，其確定對來自燃料系統(tǒng) 50中的傳感器的原始輸入信號的調(diào)節(jié)，例如縮放調(diào)節(jié)。系統(tǒng)故障模塊204確保來自傳感器的輸入是有效的，例如，不在失效范圍中。置信指標模塊206檢驗輸入的置信水平超過預定閾值。核心速度要求檢驗核心速度208超過預定閾值，諸如例如，額定速度的60%。等效流阻值的正常輸出是正值。如果輸入?yún)?shù)不滿足邏輯框200的測試標準210，則輸出212-1， 從而指示有使等效流阻值不可靠的故障。等效流阻值的算法214包括下者的測量結(jié)果主燃料流量216、補燃器流量218、各個燃料過濾器的差壓220、燃料溫度222和調(diào)節(jié)224，例如(但不限于)在標準日溫度處的燃料密度、可接受的控制器(ASl)置信閾值(.2 <置信指標=< 幻、在用以運行算法的最小核心速度要求(60% )處的最小燃料流量和模塊使能/禁用。產(chǎn)生輸出，并且將該輸出顯示給操作者，或者傳輸該輸出以供進一步處理。算法214評估燃料系統(tǒng)構(gòu)件(例如，在該示例性實施例中，燃料過濾器)的流阻的變化。過濾器阻力隨總?cè)蝿?wù)時間的增加而提高，根據(jù)每加侖燃料的碎片質(zhì)量而變化。在任務(wù)期間，過濾器阻力將顯得較恒定的，不管燃料流量或dP如何。阻力的突增可指示有堵塞、 燃料密度(溫度相關(guān))的增大，而突減可指示有擠毀的過濾器。有效輸出將為正值。在無效輸入?yún)?shù)或核心發(fā)動機速度(擬)<60%的情況下，輸出將為“加權(quán)質(zhì)量指標”，-1。算法傳遞函數(shù)依賴于壓差和流體流量度量(instrumentation)以及在構(gòu)件水平處的燃料溫度。 傳遞函數(shù)找出在壓力測量結(jié)果對的兩個點之間的“等效流阻”。結(jié)合隨局部燃料溫度而變化的燃料密度，將壓差與燃料流量的比率乘以量綱分析和單位轉(zhuǎn)換所需的可適用的單位轉(zhuǎn)換常量，允許有直接流阻測量結(jié)果。這個算法具有的技術(shù)優(yōu)點在于，它可應用于其中測量兩個壓力且流量已知的燃料系統(tǒng)中的任何地方。該算法通過將燃料系統(tǒng)實現(xiàn)為直流(DC)電路特性等式來隔離堵塞。對于各個隔離位置，測量在那個位置處的阻力。各個隔離點用作DC電路中的可變電阻器，并且在流由于堵塞而受到限制時，阻力將提高且被監(jiān)測。在泄漏或過濾器由于擠毀而損失的情況下，阻力將下降且隔開在那個點處的狀況，而不管上游或下游狀況如何。構(gòu)件的阻力將保持恒定，而不管流量和壓力讀數(shù)如何，除非在該構(gòu)件中發(fā)生一些物理變化。同時，跨過構(gòu)件的壓力讀數(shù)將隨通過構(gòu)件的流量而改變，從而使兩個值為系統(tǒng)的活動目標。例如，在AB運行期間，燃料流量大大地增加，從而引起通常將表示系統(tǒng)實際上何時名義上在工作的事件的壓差?？稍谠撌纠詫嵤├惺褂玫牡仁綖?br> 權(quán)利要求
1.一種流監(jiān)測系統(tǒng)(138)，包括:一個或多個傳感器(146，148)，其構(gòu)造成產(chǎn)生表示下者的信號在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力、在所述構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力、在所述構(gòu)件處的流體的溫度， 以及通過所述構(gòu)件的流量的測量結(jié)果，以及處理器(65)，其編程成使用所述溫度來確定指示在所述構(gòu)件處的流體的密度的值；使用所產(chǎn)生的信號和所確定的密度來確定指示所述構(gòu)件處的等效流阻的值；以及輸出所確定的等效流阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述一個或多個傳感器包括下者中的至少一個構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件的上游的壓力的信號的壓力傳感器(146，148)、構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件的下游的壓力的信號的壓力傳感器，以及構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件處的溫度的信號的溫度傳感器(144，150)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述一個或多個傳感器(146，148) 包括下者中的至少一個構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件的上游的壓力的信號的虛擬傳感器、構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件的下游的壓力的信號的虛擬傳感器，以及構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述構(gòu)件處的溫度的信號的虛擬傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成使用接收到的上游壓力和接收到的下游壓力的比率來確定指示所述等效流阻的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成確定表示接收到的值的質(zhì)量的質(zhì)量指標。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成在所述質(zhì)量指標指示接收到的值中的至少一個無效時指示有無效輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成在所確定的等效流阻值增大到預定閾值以上時確定所述流體的流徑有阻塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成在所確定的等效流阻值減小到預定閾值以下時確定有失效構(gòu)件元件。
9.一種流監(jiān)測系統(tǒng)(138)，包括多個傳感器(146，148)，其構(gòu)造成產(chǎn)生表示下者的信號在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力、在所述構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力，以及在所述構(gòu)件處的流體的溫度；以及處理器(65)，其編程成使用所述溫度來確定指示在所述構(gòu)件處的流體的密度的值；以及使用所產(chǎn)生的信號和所確定的密度來確定指示所述構(gòu)件處的等效流阻的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(138)，其特征在于，所述處理器(6 進一步編程成確定表示接收到的值的質(zhì)量的質(zhì)量指標，以及在所述質(zhì)量指標指示接收到的值中的至少一個無效時，指示有無效輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于構(gòu)件的流阻的方法和系統(tǒng)。一種流監(jiān)測系統(tǒng)(138)包括一個或多個傳感器(146，148)，其構(gòu)造成產(chǎn)生表示下者的信號在構(gòu)件的上游的位置處的流體的壓力、在構(gòu)件的下游的位置處的流體的壓力、在構(gòu)件處的流體的溫度和通過構(gòu)件的流量的測量結(jié)果；以及處理器(65)，其編程成使用溫度來確定指示在構(gòu)件處的流體的密度的值，使用所產(chǎn)生的信號和所確定的密度來確定指示構(gòu)件處的等效流阻的值，以及輸出所確定的等效流阻值。
文檔編號B01D35/14GK102553334SQ201110461430
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者J·P·威爾遜 申請人:通用電氣航空系統(tǒng)有限責任公司