Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины



Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины
Турбомашина, содержащая насос питания топливом с электрическим приводом, и способ питания топливом турбомашины

 


Владельцы патента RU 2610360:

ТУРБОМЕКА (FR)

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал турбомашины и насосный модуль (100), содержащий конструктивный корпус (9), насосный вал (11), связанный с валом (1) турбомашины, насос (3) питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу (11) и внутри конструктивного блока (9), и электрическое устройство (5), установленное на упомянутом насосном валу (11) и выполненное с возможностью вращения упомянутого насосного вала (11) для приведения в действие насоса (3) питания или с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом (11) для электрического питания агрегата (8) турбомашины, при этом электрическое устройство содержит элементы ротора (51), установленные на наружной периферии подвижной части (32) насоса питания, и элементы статора (52), установленные на внутренней периферии конструктивного корпуса. Обеспечивается быстрый и надёжный запуск газотурбинного двигателя, сокращается продолжительность обслуживания для замены топливного фильтра фильтрационного блока. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области питания топливом авиационных турбомашин, в частности вертолетных газотурбинных двигателей.

Как показано на фиг. 1, вертолетный газотурбинный двигатель классически содержит главный насос высокого давления РНР, который отбирает топливо в баке 2 большой емкости вертолета для его направления в дозаторы 4 газотурбинного двигателя. Насос высокого давления РНР является объемным насосом и установлен на валу газотурбинного двигателя 1 для подачи расхода топлива, который зависит от скорости, с которой вращается вал газотурбинного двигателя 1. Классически вал газотурбинного двигателя 1 приводиться во вращение коробкой 10 приводов агрегатов турбомашины, известной специалисту под своим английским названием “gear box”. Как известно, газотурбинный двигатель дополнительно содержит вспомогательный насос низкого давления РВР, который установлен вместе с насосом высокого давления РНР на валу газотурбинного двигателя 1, как показано на фиг. 1.

Как показано на этой же фиг. 1, газотурбинный двигатель традиционно содержит фильтрационный блок 2', который классически содержит топливный фильтр, фильтрующий элемент, кожух и перепускное устройство (переключатель). Такой фильтрационный блок 2' позволяет очищать топливо перед его впрыском в камеру сгорания газотурбинного двигателя.

При необходимости замены топливного фильтра или фильтрующего элемента фильтрационного блока 2' топливо сливают из фильтрационного блока 2', и в фильтрационный блок 2' поступает воздух. Для запуска газотурбинного двигателя необходимо опять заполнить топливом фильтрационный блок 2'. Топливные насосы РВР, РНР в данном случае являются бесполезными, так как они жестко соединены с валом газотурбинного двигателя 1. Во время замены фильтра воздух попадает в топливный контур, что может привести к полному опорожнению, за счет силы тяжести топливного трубопровода, расположенного между топливным баком и газотурбинным двигателем. Когда газотурбинный двигатель не работает, топливные насосы РВР, РНР остаются не активными. Как известно, для устранения этого недостатка вертолет содержит заливной насос, называемый также насосом подкачки, независимый от газотурбинного двигателя и позволяющий поднять топливо от топливного бака 2, находящегося в нижней части вертолета, в газотурбинный двигатель, расположенный в верхней части вертолета. Заливной насос позволяет заполнить топливом фильтрационный блок 2' и топливный трубопровод для обеспечения запуска газотурбинного двигателя.

Для уменьшения массы вертолета и упрощения его конструкции было предложено убрать заливной насос с вертолета. В этом случае для заполнения фильтрационного блока 2' необходимо осуществить операцию обслуживания, например, при помощи ручного насоса, что требует стоянки вертолета и является недостатком.

Для устранения, по меньшей мере, некоторых из этих недостатков изобретением предложен топливный насосный модуль для газотурбинного двигателя и, в целом, для турбомашины, который обеспечивает быстрый запуск газотурбинного двигателя независимо от количества топлива, присутствующего в фильтрационном блоке и в топливном трубопроводе.

В связи с этим объектом изобретения является турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал турбомашины и насосный модуль, содержащий:

- насосный вал, соединенный с валом турбомашины,

- насос питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу и выполненный с возможностью подачи расхода топлива в зависимости от скорости вращения вала турбомашины, и

- электрическое устройство, установленное на упомянутом насосном валу и выполненное, согласно первому режиму работы, с возможностью приведения во вращение упомянутого насосного вала для приведения в действие насоса питания и, согласно второму режиму работы, с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом для электрического питания агрегата турбомашины.

Предпочтительно электрическое устройство позволяет запускать турбомашину, не учитывая уровень заполнения топливом топливного трубопровода и фильтрационного блока в момент, предшествующий запуску, поскольку насос питания может запитываться предварительно, когда турбомашина не работает. За счет этого сокращается продолжительность обслуживания для замены топливного фильтра фильтрационного блока, поскольку нет необходимости в ручном заполнении. Кроме того, благодаря изобретению, запуск газотурбинного двигателя можно начать быстро и надежно, поскольку заливка не связана с запуском и с фазой зажигания. Изобретение находит свое применение, в частности, для вертолета, не содержащего насоса питания топливом, то есть насоса подкачки.

Предпочтительный насосный модуль содержит средства соединения/разъединения, выполненные с возможностью разъединения вала турбомашины и насосного вала в первом режиме работы и с возможностью их соединения во втором режиме работы.

Таким образом, средства соединения/разъединения позволяют производить активацию насоса независимо от вращения вала турбомашины. Предпочтительно насос можно активировать, не приводя в действие вал турбомашины.

Предпочтительно средства соединения/разъединения выполнены с возможностью соединения вала турбомашины и насосного вала, когда скорость вращения вала турбомашины превышает или равна скорости вращения насосного вала. Таким образом, обеспечивают надежное приведение в действие насоса питания топливом, в частности, во время полета, одновременно предохраняя вал турбомашины.

Предпочтительно средства соединения/разъединения являются пассивными, что ограничивает их стоимость и повышает их надежность. Предпочтительно средства соединения/разъединения выполнены в виде колеса свободного хода.

Предпочтительно турбомашина содержит цифровой регулятор турбомашины, выполненный с возможностью управления режимом работы электрического устройства. Предпочтительно турбомашина содержит электрический агрегат, связанный с электрическим устройством для получения от него питания, когда вал турбомашины и насосный вал соединены. Таким образом, цифровой регулятор, например типа FADEC, может управлять электрическим устройством и получать от него питание.

Предпочтительно объектом изобретения является газотурбинный двигатель для вертолета как частный случай турбомашины.

Объектом изобретения является также способ питания топливом турбомашины для летательного аппарата, содержащей вал турбомашины и насосный модуль, содержащий насосный вал, связанный с валом турбомашины, насос питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу, выполненный с возможностью подачи расхода топлива в зависимости от скорости вращения вала турбомашины, и электрическое устройство, установленное на упомянутом насосном валу, согласно которому:

- предварительно или одновременно с фазой запуска турбомашины электрическим устройством приводят во вращение насосный вал для приведения в действие насоса питания во время фазы заливки;

- после запуска турбомашины электрическое устройство приводят во вращение насосным валом для подачи электрического питания на агрегат турбомашины.

Благодаря заявленному способу используют электрическую энергию для питания насоса питания во время фазы заливки и генерируют эту энергию после запуска турбомашины. Таким образом, электрическое устройство в соответствии с изобретением выполняет двойную функцию.

Предпочтительно вал турбомашины и насосный вал разъединены во время запуска турбомашины и соединены после запуска турбомашины. Таким образом, турбомашина защищена, когда она не работает, учитывая, что вал турбомашины отсоединен от насосного вала и на вал турбомашины не поступает никакой крутящий момент.

Предпочтительно соединяют вал турбомашины и насосный вал, когда вал турбомашины достигает скорости вращения, превышающей скорость вращения насосного вала. Таким образом, когда происходит реальный запуск турбомашины, насос приводится в действие от вала турбомашины.

Предпочтительно, поскольку летательный аппарат может лететь, начиная от определенной пороговой скорости вала турбомашины, соединяют вал турбомашины и насосный вал при скорости соединения, меньшей упомянутой пороговой скорости. Таким образом, ограничивают риски аварии в случае нарушения работы во время соединения и возможное нарушение может произойти только на земле.

Предпочтительно фаза заливки и фаза запуска разделены временной задержкой, поэтому насос питания можно активировать независимо для заливки топливного контура до запуска турбомашины. Например, можно независимо заполнить фильтрационный блок турбомашины и после этого запустить турбомашину.

Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид известной турбомашины (уже описана).

Фиг. 2А - первый вариант выполнения насосного модуля в соответствии с изобретением.

Фиг. 2В - второй вариант выполнения насосного модуля в соответствии с изобретением.

Фиг. 2С - третий вариант выполнения насосного модуля в соответствии с изобретением.

Фиг. 3А - первый вариант выполнения турбомашины с насосным модулем в соответствии с изобретением.

Фиг. 3В - второй вариант выполнения турбомашины с насосным модулем в соответствии с изобретением.

Фиг. 3С - третий вариант выполнения турбомашины с насосным модулем в соответствии с изобретением.

Фиг. 4А - схема работы насосного модуля, показанного на фиг. 2А, в режиме двигателя.

Фиг. 4В - схема работы насосного модуля, показанного на фиг. 2А, в режиме генератора.

Фиг. 5 - схематичный вид первого конкретного варианта выполнения насосного модуля в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 - схематичный вид второго конкретного варианта выполнения насосного модуля в соответствии с изобретением.

Фиг. 7-10 - иллюстрируют скорость вращения приводного вала турбомашины (сплошная линия) и скорость вращения насосного вала (пунктирная линия) в зависимости от управления электрическим устройством и от управления запуском турбомашины.

Следует отметить, что фигуры подробно иллюстрируют изобретение для его применения, но, в случае необходимости, упомянутые фигуры могут служить для лучшего определения изобретения.

Первый вариант выполнения турбомашины в соответствии с изобретением представлен на фиг. 3А, при этом турбомашина содержит вращающийся вал 1, который в этом примере приводится во вращение от коробки 10 приводов агрегатов турбомашины, больше известной специалисту под своим английским названием “gear box”. Разумеется, изобретение можно применять для любого вращающегося вала турбомашины. Когда турбомашину запускают, коробка 10 приводов агрегатов приводит во вращение вал 1 турбомашины, что показано стрелкой на фиг. 3А.

Классически турбомашина, показанная на фиг. 3А, содержит топливный бак большой емкости и описанный выше фильтрационный блок 2', который содержит, например, топливный фильтр, фильтрующий элемент, кожух и перепускное устройство (переключатель). Классически турбомашина содержит дозаторы 4, выполненные с возможностью распределения топлива, поступающего из бака 2 в турбомашину. В этом примере дозаторы 4 соединены с баком через топливный трубопровод.

Для обеспечения доставки топлива из бака 2 в дозаторы 4 турбомашина дополнительно содержит один или несколько насосов питания. Например, как показано на фиг. 3А, турбомашина содержит описанный выше насос высокого давления РНР, выполненный с возможностью доставки топлива от фильтрационного блока 2' к дозаторам 4, а также насосный модуль 100, выполненный с возможностью доставки топлива из бака 2 в фильтрационный блок 2'.

Иначе говоря, в этом первом варианте выполнения, представленном на фиг. 3А, насос низкого давления РВР известной турбомашины, показанной на фиг. 1, заменен насосным модулем 100 в соответствии с изобретением.

Разумеется, насосный модуль 100 может заменять любой насос питания топливом как высокого давления (РНР), так и низкого давления (РВР), причем при любой конфигурации турбомашины. Например, на фиг. 3В представлена вторая конфигурация турбомашины, в которой насосный модуль 100 заменяет топливный насос низкого давления для турбомашины, содержащей два насоса, приводимых в действие разными валами турбомашины. Разумеется, насосный модуль 100 в соответствии с изобретением может также заменять насос высокого давления РНР.

Аналогично, насосный модуль 100 в соответствии с изобретением может заменять насос питания турбомашины, содержащий только один насос питания, как показано на фиг. 3С.

- НАСОСНЫЙ МОДУЛЬ 100

Первый вариант выполнения насосного модуля 100 показан на фиг. 2А. Насосный модуль 100 содержит насосный вал 11, на котором установлены насос 3 питания и электрическое устройство 5, как показано на фиг. 2А, при этом насосный вал 11 соединен с валом 1 турбомашины при помощи средств 7 соединения/разъединения.

- НАСОС 3 ПИТАНИЯ

Насос 3 питания активируют во время вращения насосного вала 11, на котором он установлен. Предпочтительно насос 3 питания является объемным насосом, который выдает в топливный трубопровод 20 расход топлива, зависящий от скорости вращения насосного вала 11. Предпочтительно топливный трубопровод 20 гидравлически соединяет бак 2 большой емкости с фильтрационным блоком 2' турбомашины.

- ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО 5

Согласно первому режиму работы электрическое устройство 5 выполнено с возможностью приведения во вращение насосного вала 11. В дальнейшем этот первый режим работы электрического устройства 5 будет называться «режимом работы «двигатель»». Кроме того, согласно второму режиму работы электрическое устройство 5 выполнено с возможностью отбора механической энергии на насосном валу 11 для питания, по меньшей мере, одного электрического агрегата 8 турбомашины. В дальнейшем этот второй рабочий режим электрического устройства 5 будет называться «режимом работы «генератор»».

Например, электрическое устройство 5 соединено с пусковой электрической сетью летательного аппарата, в частности вертолета, на котором установлена турбомашина. Предпочтительно электрическое устройство 5 выполнено с возможностью подключения к электрической сети с напряжением бортовой сети.

Таким образом, предпочтительно электрическое устройство 5 позволяет активировать насос 3 питания, когда вал 1 турбомашины не приводится во вращение, то есть, когда турбомашина не работает. После запуска турбомашины электрическое устройство 5 может отбирать механическую мощность на насосном валу 11 для ее преобразования в электрическую энергию и для питания электрического агрегата 8 турбомашины.

Например, электрическое устройство 5 электрически соединено с цифровым регулятором 6 турбомашины, более известным под английским сокращением FADEC, позволяющим управлять режимом работы турбомашины. Предпочтительно цифровой регулятор 6 соединен с электрическим устройством 5 через силовой электрический интерфейс. Таким образом, цифровой регулятор 6 может управлять режимом работы электрического устройства 5 и получать от него питание.

- МОДУЛЬ 7 СОЕДИНЕНИЯ/РАЗЪЕДИНЕНИЯ

Предпочтительно насосный модуль 100 содержит средства 7 соединения/разъединения, выполненные с возможностью соединения вала 1 турбомашины с насосным валом 11, когда электрическое устройство 5 работает в режиме генератора, и с возможностью их разъединения, когда электрическое устройство 5 работает в режиме двигателя. Таким образом, предпочтительно, когда электрическое устройство 5 приводит в действие насосный вал 11, вал 1 турбомашины не приводится в действие, что защищает вал 1 турбомашины и механические элементы привода вала 1 турбомашины, например коробку 10 приводов.

Предпочтительно средства 7 соединения/разъединения выполнены в виде колеса 7 свободного хода, которое предпочтительно смазывается топливом для облегчения его обслуживания. Согласно предпочтительному варианту выполнения средства 7 соединения/разъединения выполнены с возможностью соединения вала 1 турбомашины и насосного вала 11, когда скорость вращения вала 1 турбомашины превышает или равна скорости вращения насосного вала 11, чтобы обеспечивать непрерывное вращение насосного вала 11.

Согласно предпочтительному признаку средства 7 соединения/разъединения являются пассивными, что обеспечивает автоматическое соединение/разъединение в зависимости от скоростей вращения вала 1 турбомашины и насосного вала 11. Например, средства 7 разъединения выполнены в виде колеса свободного хода, обгонной муфты или центробежного устройства, например гидравлического устройства.

Разумеется, средства 7 соединения/разъединения могут быть также активным средствами. Например, активные средства соединения/разъединения выполнены в виде коробки передач, эпициклоидальной передачи или кулачка.

В случае насосного модуля 100, показанного на фиг. 2А, электрическое устройство 5 установлено между средствами 7 соединения/разъединения и насосом 3 питания. Разумеется, возможны также и другие конфигурации насосного модуля 100. Например, насос 3 питания можно установить между средствами 7 соединения/разъединения и электрическим устройством 5, как показано на фиг. 2В.

Насос 3 питания, средства 7 соединения/разъединения и электрическое устройство 5 были представлены выше как отдельные элементы, но, разумеется, они могут быть объединены все вместе или сгруппированы в модули. Например, в насосном модуле 100, показанном на фиг. 2С, насос 3 питания включает в себя электрическое устройство 5.

В качестве примера на фиг. 5 и 6 показаны два конкретных варианта выполнения насосного модуля 100 в соответствии с изобретением, включающего в себя насос 3 питания, электрическое устройство 5 и средства 7 соединения/разъединения.

НАСОСНЫЙ МОДУЛЬ, ПОКАЗАННЫЙ НА ФИГ. 5

Как показано на фиг. 5, насосный модуль 100 содержит конструктивный корпус 9, в котором выполнены всасывающий фланец 81 для всасывания топлива из бака 2 и нагнетательный фланец 82 для питания, например, фильтрационного блока 2’ турбомашины, как показано на фиг. 2. Насосный модуль 100 содержит насос 3 питания топливом, установленный внутри конструктивного корпуса 9. Как показано на фиг. 5, насос 3 содержит первую неподвижную центральную часть 31, жестко соединенную с конструктивным корпусом 9, содержащую полый нагнетательный вал, связанный с нагнетательным фланцем 82, и подвижную часть 32, установленную снаружи неподвижной центральной части 31. Подвижная часть 32 насоса 3 установлена внутри неподвижного наружного венца 83 конструктивного корпуса 9. Иначе говоря, насосный модуль содержит в направлении изнутри наружу от своей центральной оси неподвижную часть 31 насоса 3, затем подвижную часть 32 насоса 3 и, наконец, наружный венец 83, жестко соединенный с конструктивным корпусом 9.

Насосный модуль 100 содержит элемент 84 отбора мощности, который соединен с подвижной частью 32 насоса 3 через колесо 7 свободного хода, обеспечивающее соединение/разъединение, как показано на фиг. 5. В этом примере вал 1 турбомашины коробки 10 приводов агрегатов выполнен с возможностью соединения с элементом 84 отбора мощности для приведения в действие подвижной части 32. Иначе говоря, подвижная часть 32 соответствует описанному выше насосному валу 11, при этом колесо 7 свободного хода выполнено с возможностью соединения/разъединения вала 1 турбомашины, соединенного с элементом 84 отбора мощности, и насосного вала 11, жестко соединенного с насосом 3.

Предпочтительно вращение подвижной части 32 насоса 3 позволяет всасывать топливо от всасывающего фланца 81 к нагнетательному фланцу 82. Насос 3 питания может быть насосом типа героторного, шестеренчатого, с жидкостным кольцом/боковыми каналами, лепесткового, винтового и другого типа. В этом примере колесо 7 свободного хода является роликовым колесом свободного хода.

На своей наружной периферии подвижная часть 32 насоса 3 содержит элементы ротора 51, тогда как внутренняя периферия неподвижного наружного венца 83 конструктивного корпуса 9 содержит элементы статора 52, образуя электрическое устройство 5, обеспечивающее приведение во вращение подвижной части 32 насоса 3 (работа в качестве двигателя) или отбор энергии вращения от подвижной части 32 насоса 3 (работа в качестве генератора).

Интегрирование электрического устройства 5 в насос 3 позволяет уменьшить габариты и массу насосного модуля 100.

НАСОСНЫЙ МОДУЛЬ, ПОКАЗАННЫЙ НА ФИГ. 6

На фиг. 6 показан предпочтительный вариант выполнения насосного модуля 100, показанного на фиг. 5. В этом примере насос 3 питания является винтовым насосом с тремя синхронизированными винтами. Как показано на фиг. 6, насос питания является винтовым насосом 3', содержащим неподвижную центральную часть 31' и подвижную наружную часть 32'. Насос 3' питания предпочтительно содержит две винтовые группы с противоположным направлением шага, чтобы компенсировать радиальные усилия топлива на винты.

В частности, как показано на фиг. 6, винтовой насос 3' питания содержит центральный винт 33', установленный внутри сателлитного вала 34', установленного на полом нагнетательном валу, соединенном с нагнетательным фланцем 82 через центральную синхронизационную шестерню 35'. Винтовой насос 3' питания дополнительно содержит сателлитные винты 36', установленные на сателлитном валу 34' через сателлитные синхронизационные шестерни 37', как показано на фиг. 6.

В этом примере подвижная часть 32' винтового насоса 3' содержит радиальные каналы 38' питания и винты 33', 36' содержат нагнетательные каналы 39'. При активации винтового насоса 3' топливо проходит от фланца 81 питания в радиальные каналы 38' питания подвижной части 32' винтового насоса 3', в нагнетательные каналы 39' винтов 33', 36' и, наконец, попадает в полый нагнетательный вал, соединенный с нагнетательным фланцем 82.

Классически топливный насосный модуль 100 содержит также средства крепления на турбомашине для обеспечения интегрирования устройства в турбомашину.

ПРИМЕНЕНИЕ

Далее следует описание применения насосного модуля 100, показанного на фиг. 3А, для турбомашины с конфигурацией, показанной на фиг. 2А, но, разумеется, это описание аналогично касается любого варианта выполнения насосного модуля и любой конфигурации турбомашины.

Ниже будет представлена работа насосного модуля 100, когда электрическое устройство 5 работает в режиме двигателя (фиг. 4А) и когда электрическое устройство 5 работает в режиме генератора (фиг. 4В).

Как показано на фиг. 4А, для запуска выключенной турбомашины в электрическое устройство 5 поступает команда С от цифрового регулятора 6 на включение его работы в режиме двигателя М. Электрическое устройство 5 приводит во вращение насосный вал 11 (Этап М1), что приводит к активации насоса 3 питания, который может откачивать топливо из бака 2 для питания топливом фильтрационного блока 2' (Этап М2). В этом состоянии средства 7 соединения/разъединения разъединяют насосный вал 11 от вала 1 турбомашины, учитывая, что скорость вращения насосного вала 11 является более высокой, чем скорость вращения вала 1 турбомашины.

Таким образом, вал 1 турбомашины не приводится во вращение, что позволяет предохранить коробку 10 приводов агрегатов остановленной турбомашины.

Таким образом, во время запуска активацию насоса 3 питания осуществляет электрическое устройство 5, а не коробка 10 приводов агрегатов остановленной турбомашины. Преимуществом такого электрического устройства 5 является то, что оно является малогабаритным и позволяет запускать турбомашину, не учитывая уровень топлива в фильтрационном блоке 2'. Насос 3 питания можно активировать по требованию, независимо от состояния работы турбомашины, что позволяет в любой момент питать топливом турбомашину. Это представляет особый интерес при замене топливных фильтров турбомашины, что будет пояснено подробнее при описании профилей управления активацией электрического устройства 5 и запуском турбомашины.

Как показано на фиг. 4В, сразу после запуска турбомашины коробка 10 приводов агрегатов турбомашины приводит во вращение вал 1 турбомашины (Этап G1). В этом состоянии средства 7 соединения/разъединения соединяют насосный вал 11 с валом 1 турбомашины, учитывая, что скорость вращения насосного вала 11 ниже, чем скорость вращения вала 1 турбомашины. Таким образом, вращение вала 1 турбомашины приводит к вращению насосного вала 11 (Этап G2), что приводит в действие насос 3 питания, который может отбирать топливо из бака 2 для питания топливом фильтрационного блока 2' (Этап G3). Предпочтительно электрическое устройство 5 получает команду от цифрового регулятора 6 на работу в режиме генератора G. Электрическое устройство 5 отбирает мощность на насосном валу 11 и преобразует ее в электрическую энергию для питания электрического агрегата 8 турбомашины.

ПРОФИЛИ УПРАВЛЕНИЯ

На фиг. 7-10 представлены различные профили управления активацией электрического устройства 5 насосного модуля 100 (СЕ) и запуском турбомашины (СТ). Под управлением СЕ электрического устройства 5 следует понимать приведение во вращение насоса 3 питания электрическим устройством 5, работающим в режиме двигателя. На этих фигурах скорости вращения V вала турбомашины V1 (сплошная линия) и насосного вала V11 (пунктирная линия) показаны в зависимости от профилей управления электрического устройства 5 и турбомашины.

На фиг. 7 показана активация электрического устройства 5 (СЕ=1), когда турбомашина остановлена (СТ=0). Во время этого управления приводится в действие только насосный вал 11, что позволяет питать насос 3, чтобы, например, заполнить топливом фильтрационный блок 2' после замены фильтрующего элемента. Заполнение топливом фильтрационного блока 2' происходит автоматически и не требует этапа обслуживания, предполагающего стоянку летательного аппарата, на котором установлена турбомашина. В дальнейшем профиль управления, показанный на фиг. 7, будет называться фазой заливки РА.

На фиг. 8 представлена фаза заливки РА, показанная на фиг. 7, за которой следует фаза запуска PD, во время которой происходит зажигание в турбомашине (СТ=1). Как показано на фиг. 8, во время фазы запуска PD электрическое устройство 5 не активировано и средства 7 соединения/разъединения соединяют вал 1 турбомашины с насосным валом 11, учитывая, что скорость вала турбомашины V1 превышает скорость насосного вала V11. Таким образом, кривые скоростей V1, V11 валов во время фазы запуска совпадают, как показано на фиг. 8. В этом примере, как показано на этой же фиг. 8, после фазы заливки РА следует временная задержка ТЕ, затем фаза запуска PD. Таким образом, фаза заливки РА является фазой, предшествующей запуску и призвана гарантировать, что топливо поступает в фильтрационный блок 2', прежде чем подать команду на реальный запуск турбомашины. Разумеется, фаза запуска PD может следовать также непосредственно за фазой заливки РА.

На фиг. 9 показаны совпадающие фаза заливки РА и фаза запуска PD. В этом примере зажигание турбомашины (СТ=1) происходит одновременно с включением электрического устройства 5 (СЕ=1). Во время этой фазы скорость V11 насосного вала 11 быстро повышается, что позволяет активировать насос 3 питания. И наоборот, скорость V1 вала 1 турбомашины увеличивается медленно, что позволяет повышать скорость турбомашины ступенями (запуск, ускорение, малые обороты на земле и т.д.).

В начале профиля управления скорость V1 вала 1 турбомашины меньше скорости насосного вала 11. Средства 7 соединения/разъединения разъединяют вал 1 турбомашины от насосного вала 11. Когда скорость V1 вала 1 турбомашины становится равной или превышает скорость V11 насосного вала 11, средства 7 соединения/разъединения соединяют вал 1 турбомашины и насосный вал 11 в точке соединения, обозначенной А на фиг. 9.

Предпочтительно, когда фазы заливки РА и запуска PD совпадают, время запуска турбомашины сокращается.

Предпочтительно скорость вращения V11 насосного вала адаптируют таким образом, чтобы она соответствовала скорости вращения турбомашины, меньшей по сравнению с ее полетным режимом. Таким образом, точка А наступает неизбежно, когда летательный аппарат еще находится на земле. Это позволяет ограничить риски в случае отказа соединения и повысить, таким образом, безопасность.

В варианте, показанном на фиг. 10, совпадающим фазам заливки РА и запуска PD может предшествовать фаза предварительной заливки РА', во время которой насос 3 питания приводится во вращение электрическим устройством 5 на меньшей скорости V11'. Такая фаза предварительной заливки РА' позволяет приводить во вращение насосный вал 11 ступенями, что способствует соединению без рывков вала 1 турбомашины и насосного вала 11. Разумеется, за фазой предварительной заливки РА' тоже может следовать временная задержка ТЕ.

1. Турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал (1) турбомашины и насосный модуль (100), содержащий:

- конструктивный корпус (9), в котором выполнены всасывающий фланец (81) для всасывания топлива из бака (2) и нагнетательный фланец (82),

- насосный вал (11), связанный с валом (1) турбомашины,

- насос (3) питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу (11) и внутри конструктивного корпуса (9), выполненный с возможностью подачи расхода топлива в зависимости от скорости вращения вала (1) турбомашины, при этом насос (3) питания содержит первую неподвижную центральную часть (31), жестко соединенную с конструктивным корпусом (9), содержащую полый нагнетательный вал, связанный с нагнетательным фланцем (82), и подвижную часть (32), установленную снаружи неподвижной центральной части (31),

- электрическое устройство (5), установленное на упомянутом насосном валу (11), выполненное, согласно первому режиму работы, с возможностью приведения во вращение упомянутого насосного вала (11) для приведения в действие насоса (3) питания и, согласно второму режиму работы, с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом (11) для электрического питания агрегата (8) турбомашины, при этом электрическое устройство содержит элементы ротора (51), установленные на наружной периферии подвижной части (32) насоса (3) питания, и элементы статора (52), установленные на внутренней периферии

неподвижного наружного венца (83) конструктивного корпуса (9), и

- средства (7) соединения/разъединения, выполненные с возможностью разъединения вала (1) турбомашины и насосного вала (11) в первом режиме работы и их соединения во втором режиме работы.

2. Турбомашина по п. 1, в которой средства (7) соединения/разъединения выполнены с возможностью соединения вала (1) турбомашины и насосного вала (11), когда скорость вращения (V1) вала (1) турбомашины превышает или равна скорости вращения (V11) насосного вала (11).

3. Турбомашина по п. 1, в которой средства (7) соединения/разъединения являются пассивными.

4. Турбомашина по п. 3, в которой средства (7) соединения/разъединения выполнены в виде колеса свободного хода.

5. Турбомашина по п. 1, которая содержит цифровой регулятор (6), выполненный с возможностью управления режимом работы электрического устройства (5).

6. Турбомашина по п. 1, которая содержит электрический агрегат (8), связанный с электрическим устройством (5) для получения от него питания, когда вал (1) турбомашины и насосный вал (11) соединены.

7. Турбомашина по п. 1, в которой насосный модуль (100) содержит элемент (84) отбора мощности, связанный с подвижной частью (32) насоса (3) питания.

8. Турбомашина по п. 7, которая содержит коробку (10) приводов агрегатов с валом, при этом вал коробки (10) приводов агрегатов соединен с элементом (84) отбора мощности.

9. Турбомашина по п. 1, в которой насос (3) питания выполнен с возможностью всасывания топлива от всасывающего фланца (81) к нагнетательному фланцу (82).

10. Газотурбинный двигатель для вертолета, выполненный по одному из пп. 1-9.

11. Способ питания топливом турбомашины по одному из пп. 1-9, согласно которому:

- предварительно или одновременно с фазой запуска (PD) турбомашины электрическим устройством (5) приводят во вращение насосный вал (11) для приведения в действие насоса (3) питания во время фазы заливки (РА);

- после запуска турбомашины электрическое устройство (11) приводят во вращение насосным валом (11) для подачи электрического питания на агрегат (8) турбомашины.

12. Способ по п. 11, в котором вал (1) турбомашины и насосный вал (11) разъединены во время запуска турбомашины и соединены после запуска турбомашины.

13. Способ по п. 12, в котором соединяют вал (1) турбомашины и насосный вал (11), когда вал (1) турбомашины достигает скорости (V1) вращения, превышающей скорость вращения (V11) насосного вала (11).

14. Способ по п. 13, в котором, поскольку летательный аппарат выполнен с возможностью лететь, начиная от определенной пороговой скорости вала (1) турбомашины, соединяют вал (1) турбомашины и насосный вал (11) при скорости соединения, меньшей упомянутой пороговой скорости.

15. Способ по п. 11, в котором фаза заливки (РА) и фаза запуска (PD) разделены временной задержкой (ТЕ).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Способ автонастройки системы сгорания топлива газовой турбины включает выбор первой настроечной кривой из множества настроечных кривых для газовой турбины, разбалансировку стабильной рабочей точки газовой турбины путем изменения одного или более рабочих параметров на основе заранее заданного набора команд, определение настроечных параметров и их сохранение, в то время как текущую рабочую точку газовой турбины возвращают на упомянутую первую настроечную кривую, и формирование резервной копии настроечных параметров для восстановления стабильной рабочей точки.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано для регулирования газотурбинного двигателя. В способе снижения выбросов вредных веществ дополнительно измеряют давление топлива в дежурной Рт1 и основной Рт2 зонах горения, вычисляют отношение Рт1/Рт2, сравнивают измеренные величины выбросов вредных веществ с предельно допустимыми значениями и корректируют соотношения давлений Рт1/Рт2 путем уменьшения подачи топлива в дежурную зону горения до снижения уровня выбросов вредных веществ на 1-2% ниже предельно допустимых значений.
Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя (ТРД) относится к области авиационного двигателестроения, а именно к способам регулирования, оптимизирующим параметры ТРД.

Изобретение описывает способ регулирования газовой турбины, причем величины (Mn1, Mn2) измерительного сигнала измеряются в разные моменты времени, а именно, по меньшей мере, в первый момент (n1) времени и во второй момент (n2) времени, причем первый момент (n1) времени предшествует второму моменту (n2) времени и причем демпфированные величины (Sn1, Sn2) сигнала генерируются из измеренных величин (Mn1, Mn2) измерительного сигнала, подвергая измеренные величины (Mn1, Mn2) измерительного сигнала сглаживанию с использованием коэффициента (λ) демпфирования, причем в зависимости от разницы между величиной (Mn2) измерительного сигнала во второй момент времени (n2) и демпфированной величиной (Sn1) сигнала в первый момент (n1) времени для регулирования используется неодинаковый коэффициент (λ) демпфирования.

Изобретение предназначено для оптимизации регулирования впрыскивания топлива. С этой целью приводные скорости всего оборудования адаптируются путем регулирования скорости турбины TL в зависимости от мощности.

Изобретение относится к энергетике. Способ определения температуры газа на выходе камеры сгорания газовой турбины, содержащий этапы, на которых: определяют массовый расход и температуру топлива, подаваемого в камеру сгорания; определяют массовый расход и температуру воздуха, подаваемого в камеру сгорания; определяют температурную зависимость удельной теплоемкости сгоревшей смеси топлива и воздуха, поданной в камеру сгорания; и определяют температуру на выходе сгоревшей смеси на выходе из камеры сгорания на основе найденного массового расхода и температуры топлива, найденного массового расхода и температуры воздуха и найденной температурной зависимости удельной теплоемкости сгоревшей смеси.

Изобретение относится к способу обнаружения попадания воды или града в газотурбинный двигатель, причем упомянутый двигатель имеет, по меньшей мере, компрессор, камеру сгорания и турбину.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС) при их эксплуатации на учебных режимах для обеспечения надежного розжига топлива при включении форсажа с пониженных режимов непрогретого двигателя (ниже режима «Максимал»).

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки в переходном режиме, при котором регулятор определяет значения управляющей команды для массового расхода входящего воздуха, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара, если вода и пар используются, причем по меньшей мере, одно командное значение динамически компенсируют, чтобы компенсировать различную динамику систем подачи с целью синхронизации результирующих изменений массовых расходов топлива, воды, пара и воздуха горения, которые поступают в камеру сгорания, таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси оставался в пределах границы воспламенения.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Изобретение относится к турбомашине, оснащенной камерой сгорания, устройством впрыска топлива в камеру сгорания и средствами подачи топлива в устройство впрыска топлива.

Заявлен способ контроля для контроля фильтра контура питания для питания авиационного двигателя топливом, при этом способ содержит этап определения текущей стадии из множества последовательных стадий полета летательного аппарата, содержащих по меньшей мере стадию, в течение которой забивание фильтра не может быть вызвано льдом, и стадии, в течение которой забивание фильтра может быть вызвано льдом; и в ответ на обнаружение забивания - этап определения типа забивания в зависимости от упомянутой текущей стадии; при этом во время этапа выдачи индикаторного сообщения сообщение, которое выдается, зависит от типа забивания.

Изобретение относится к энергетике. Щелевой инжектор-генератор вихрей, установленный в канале вдоль направления движения высокоэнергетического газового потока.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой установки внутреннего сгорания с повышением давления, включающий: нахождение скважности импульсов топливной форсунки и частоты циклов сгорания, которые соответствуют заданной рабочей точке нагрузки и заданному коэффициенту заполнения камеры сгорания установки; определение уставки давления подачи топлива, уставки момента впрыска для топливной форсунки и уставки момента зажигания, которые обеспечивают найденную скважность импульсов топливной форсунки и найденную частоту циклов сгорания; и передачу управляющего сигнала давления подачи топлива, содержащего уставку давления подачи топлива, в устройство обеспечения давления топлива, управляющего сигнала топливной форсунки, содержащего уставку момента впрыска топлива, в топливную форсунку и управляющего сигнала момента зажигания, содержащего уставку момента зажигания, в узел зажигания установки.

Изобретение относится к энергетике. Система для генерирования энергии содержит компрессор, теплообменник и ионопроницаемую мембрану.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания для газовой турбины, содержащая предкамеру, имеющую центральную ось, и завихритель, который установлен на предкамере.

Изобретение относится к энергетике. В системе и способе для утилизации энергии из факельных газов в химических установках и нефтеперерабатывающих заводах используется двигатель для сжигания части газа, отведенного из факельной системы.

Пилотная горелка газотурбинного двигателя содержит переднее тело с осевым прохождением вдоль центральной оси пилотной горелки. Центральная ось имеет осевое направление к зоне сгорания газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива.

Изобретение относится к способу эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме. В камеру сгорания подают, по меньшей мере, топливо.

Изобретение относится к энергетике. Топливная форсунка 2 для двух видов топлива с внутренней трубой 5 с радиально ориентированными выходными отверстиями для первого вида топлива и с окружающей внутреннюю трубу внешней трубой 6 с ориентированными по оси выходными отверстиями 10 для второго вида топлива. При этом канавка, проходящая по оси на наружной поверхности внутренней трубы, и выступ внешней трубы, входящий в качестве предохранителя от проворачивания в зацепление с канавкой, расположены между двумя осевыми выходными отверстиями 10. Также представлены горелка и газовая турбина. Изобретение позволяет улучшить конструкцию и работу газовой турбины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх