ES2589885T3 - Sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohélice de múltiples árboles - Google Patents
Sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohélice de múltiples árboles Download PDFInfo
- Publication number
- ES2589885T3 ES2589885T3 ES14155112.7T ES14155112T ES2589885T3 ES 2589885 T3 ES2589885 T3 ES 2589885T3 ES 14155112 T ES14155112 T ES 14155112T ES 2589885 T3 ES2589885 T3 ES 2589885T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- electric machine
- engine
- asmchronous
- turbohelice
- control unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 241000288673 Chiroptera Species 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/006—Starting of engines by means of electric motors using a plurality of electric motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/20—Adaptations of gas-turbine plants for driving vehicles
- F02C6/206—Adaptations of gas-turbine plants for driving vehicles the vehicles being airscrew driven
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/26—Starting; Ignition
- F02C7/262—Restarting after flame-out
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/26—Starting; Ignition
- F02C7/268—Starting drives for the rotor, acting directly on the rotor of the gas turbine to be started
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
- F02N11/0862—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
- F02N11/0866—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/08—Control of generator circuit during starting or stopping of driving means, e.g. for initiating excitation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
- F02N2011/0881—Components of the circuit not provided for by previous groups
- F02N2011/0888—DC/DC converters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
- F02N2011/0881—Components of the circuit not provided for by previous groups
- F02N2011/0896—Inverters for electric machines, e.g. starter-generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
- H02P2101/30—Special adaptation of control arrangements for generators for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
Un motor turbohélice aeronáutico de múltiples árboles que comprende una carcasa (3) que aloja un compresor (4) que aspira aire procedente de una toma de aire (5) y acciona, a través de un primer árbol (7), una primera etapa (8p) de una turbina (8) que se pone en rotación por gases de escape procedentes de una pluralidad de quemadores (10); estando la turbina (8) provista de una etapa secundaria (8s) que acciona una hélice (12) por medio de un segundo árbol (13); estando dicho motor turbohélice caracterizado por que incluye un sistema de arranque, que comprende: - una máquina eléctrica asíncrona reversible (20) conectada por medio de una transmisión (19) al primer árbol (7); - una máquina eléctrica síncrona (22) conectada por medio de una transmisión (15) al segundo árbol (13); - una red eléctrica reconfigurable (25) que, en una fase de arranque dinámico del motor turbohélice (1) tras el corte del mismo durante el vuelo, está diseñada para permitir la transferencia de energía producida por la máquina eléctrica síncrona (22), que funciona como un generador con el impulso de la hélice accionada por efectos dinámicos, a la máquina eléctrica asíncrona (20), que opera como un motor y gira a una velocidad inferior a la de la máquina asíncrona; el par generado por la máquina asíncrona (20) se añade al par que se origina en el compresor (4), sobre el que incide el flujo de aire procedente de la toma de aire (5); la composición de dichos pares permite al primer árbol (7) ponerse en rotación a suficiente velocidad para lograr arrancar el motor turbohélice.
Description
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohelice de multiples arboles
La presente invencion se refiere a un sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohelice aeronautico de multiples arboles.
Los motores turbohelice de multiples arboles de uso aeronautico estan provistos de un compresor que aspira aire procedente de una toma de aire y acciona, a traves de un primer arbol, una primera etapa de una turbina que se pone en rotacion por los gases de escape procedentes de una pluralidad de quemadores. La turbina esta provista de una segunda etapa que acciona la helice por medio de un segundo arbol, que normalmente esta montado coaxialmente dentro del primer arbol.
El arranque de estos motores turbohelice de multiples arboles se realiza por medio de un estarter electrico, en el que un motor electrico esta conectado al primer arbol para poner el compresor y la primera etapa de la turbina en rotacion. La patente US-4.799.354 ilustra un ejemplo del sistema de arranque del tipo anteriormente mencionado. La solicitud de patente FR 2952130 divulga un sistema de arranque para el motor de un turbo-ventilador.
La energfa necesaria para esta operacion de arranque se toma de una pluralidad de batenas presentes a bordo de la aeronave o instaladas en una unidad externa situada en la pista cerca de la aeronave.
Las operaciones de arranque del motor turbohelice son faciles en la pista, pero pueden volverse extremadamente cnticas en vuelo, dado que la energfa disponible a bordo puede estar limitada en muchas condiciones operativas.
Ademas, en tales condiciones, la energfa rotacional que deriva de una helice accionada por el movimiento de avance de la aeronave (conocido como autorrotacion) no puede transferirse al compresor y usarse para hacerlo girar porque la estructura indicada anteriormente no preve ninguna conexion directa entre helice y compresor.
Por lo tanto, la rotacion del compresor con el motor turbohelice apagado y por efectos dinamicos solo es posible usando aire procedente de la toma de aire; esta accion puede usarse para aumentar la probabilidad de reiniciar el motor turbohelice por medio del estarter electrico. Lamentablemente, la accion dinamica del aire aspirado a traves de la toma de aire solo es efectiva durante un intervalo limitado de altitudes/velocidades de la aeronave.
Por lo tanto se percibe la necesidad de proporcionar un motor turbohelice aeronautico en el que las operaciones de arranque en vuelo se hayan mejorado con respecto a las disponibles en la tecnica conocida.
El objeto anterior se logra mediante la presente invencion en la medida en que se refiere a un motor turbohelice aeronautico de multiples arboles que comprende una carcasa que aloja un compresor que aspira aire procedente de una toma de aire y acciona, a traves de un primer arbol, una primera etapa de una turbina puesta en rotacion por los gases de escape procedentes de una pluralidad de quemadores; estando provista la turbina de una segunda etapa que acciona una helice por medio de un segundo arbol; estando dicho motor turbohelice caracterizado por que comprende un sistema de arranque que comprende: una maquina electrica asmcrona reversible conectada por medio de una transmision al primer arbol; una maquina electrica smcrona conectada por medio de una transmision al segundo arbol; una red electrica reconfigurable que, en una fase de arranque dinamico del motor turbohelice tras el corte del mismo durante el vuelo esta disenada para permitir la transferencia de energfa producida por la maquina electrica smcrona, que funciona como un generador con el impulso de la helice accionada por efectos dinamicos, a la maquina electrica asmcrona, que opera como un motor y gira a una velocidad inferior a la de la maquina asmcrona; el par generado por la maquina asmcrona se anade al par que se origina en el compresor, sobre el que incide el flujo de aire procedente de la toma de aire; la composicion de estos pares permite al primer arbol ponerse en rotacion a suficiente velocidad como para lograr arrancar el motor turbohelice.
De este modo, la capacidad de reiniciar autonomamente motores turbohelice en autorrotacion mejora mediante el acoplamiento electromagnetico del arbol de la helice (que obtiene energfa debido al movimiento de avance de la aeronave) con el compresor que, en caso de autorrotacion, esta insuficientemente energetizado por el flujo de aire que entra por la toma de aire del motor turbohelice. La capacidad de reinicio en vuelo por tanto se vuelve independiente de otras fuentes de energfa a bordo de la aeronave. Con el motor en marcha, la arquitectura tambien permite tener un sistema de generacion de electricidad muy versatil y fiable, porque esta basado en maquinas de rotacion con tecnologfas bien establecidas. Cada motor individual puede abastecer de energfa a la red electrica de a bordo con ambos generadores.
La invencion se describe a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos, que representan una realizacion preferente no limitativa, en los que:
- la Figura 1 muestra esquematicamente un motor turbohelice aeronautico de multiples arboles fabricado de acuerdo con los principios de la presente invencion;
- la Figura 2 muestra un diagrama del cableado para el control de las operaciones de arranque del motor
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
turbohelice de multiples arboles de la Figura 1; y
- las Figuras 3a, 3b, 3c, 3d y 3e muestran distintas fases operativas del motor turbohelice de acuerdo con la presente invencion.
La Figura 1 muestra un motor turbohelice aeronautico de multiples arboles, denotado en conjunto con el numero de referencia 1, equipado con un sistema de arranque realizado de acuerdo con la presente invencion.
La estructura del motor turbohelice de multiples arboles 1 es de un tipo conocido y por lo tanto solo se describe e ilustra esquematicamente. En particular, el motor turbohelice 1 comprende una carcasa tubular alargada 3, que aloja un compresor de palas 4 que aspira aire procedente de una toma de aire 5 conectada a una parte frontal de la carcasa tubular alargada 3 y acciona, a traves de un primer arbol 7 externo, una primera etapa 8p de una turbina 8, que se pone en rotacion por los gases de escape procedentes de una pluralidad de quemadores 10.
La turbina 8 esta provista de una segunda etapa 8s que acciona la helice 12 por medio de un segundo arbol 13 montado coaxialmente dentro del primer arbol 7. En particular, un primer extremo posterior del segundo arbol 13 interior soporta las palas de la segunda etapa 8s, mientras que un primer extremo frontal del segundo arbol 13 interior esta conectado a una entrada de un engranaje de reduccion 15 que tiene una salida conectada a la helice 12.
El motor turbohelice de multiples arboles tambien podria estar equipado con un numero diferente de arboles con respecto al mostrado, por ejemplo, tres o cuatro arboles.
El primer arbol 7 exterior esta conectado por medio de una transmision 19 (mostrada esquematicamente) a una maquina electrica 20 reversible, (es decir, capaz de operar tanto como un generador como un motor) que se implementa, de acuerdo con la presente invencion, por medio de una maquina electrica asmcrona.
Como ya se sabe, una maquina electrica asmcrona es una maquina electrica de corriente alterna en la que la velocidad de rotacion del rotor es inferior a la velocidad de rotacion del campo magnetico generado por las bobinas del estator.
La rotacion del campo magnetico del estator tiene lugar a una velocidad ns estrictamente vinculada a la frecuencia del suministro electrico f, conocida como velocidad de sincronismo. La velocidad de rotacion del rotor nr es siempre menor que la velocidad de sincronismo. Esta diferencia tiene como resultado un campo magnetico que actua sobre el rotor que rota a una velocidad relativa de ns - nr, originando asi fuerzas electromotrices y por lo tanto corrientes inducidas.
El vinculo entre la velocidad de sincronismo, la frecuencia del suministro electrico f y el numero de pares de polos p esta expresado mediante la relacion (1):
donde ns se expresa en rpm (revoluciones por minuto) y f se expresa en Hercios.
Siempre de acuerdo con la presente invencion, el segundo arbol 13 interior esta conectado por medio de una transmision (por ejemplo, se podria usar el engranaje de reduccion 15) a un generador electrico 22 que se implementa, de acuerdo con la presente invencion, por medio de una maquina electrica smcrona.
Como ya se sabe, una maquina electrica smcrona es una maquina electrica de corriente alterna en la que la frecuencia electrica fv de la tension generada esta estrictamente vinculada a la velocidad de rotacion del rotor, de acuerdo con la relacion:
f=n*P
J 60
donde ns se expresa en rpm (revoluciones por minuto) y p es el numero de pares de polos para cada fase del estator.
La maquina electrica smcrona 22 y la maquina electrica asmcrona 20 estan conectadas, siempre de acuerdo con la presente invencion, mediante una red electrica reconfigurable 25 (mostrada en detalle en la Figura 2) que, en una fase de arranque dinamico del motor turbohelice 1 tras el corte del mismo durante el vuelo, permite la transferencia de tension alterna producida por la maquina electrica smcrona 22, que funciona como un generador con el impulso
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
de la helice accionada por los efectos dinamicos, a la maquina electrica asmcrona 20, que funciona como un motor y rota a una velocidad inferior a la de la maquina asmcrona (de acuerdo con lo establecido en la siguiente descripcion).
El par generado por la maquina asmcrona 20 (funcionando como un generador) se anade al par que se origina en el compresor de palas, sobre el que incide el flujo de aire procedente de la toma de aire 5. La composicion de estos pares permite al primer arbol 7 ponerse en rotacion a suficiente velocidad como para lograr arrancar el motor turbohelice.
Convenientemente, durante la fase anteriormente descrita de arranque dinamico, al menos uno de los pares de polos de la maquina electrica asmcrona 20 esta desconectado para aumentar su velocidad de rotacion, como se expresa en la relacion (1) indicada anteriormente.
La Figura 2 muestra la red electrica reconfigurable 25 en conjunto.
Esta red electrica reconfigurable 25 comprende una primera lmea de suministro electrico 30 que discurre entre la maquina electrica smcrona 22 y un nodo de referencia (POR) 31; un primer conmutador 32, cuya conmutacion se controla mediante una unidad de control electronica 34, se coloca a lo largo de la primera lmea de suministro electrico 30.
La red electrica reconfigurable 25 comprende una segunda lmea de suministro electrico 36 que discurre entre el nodo de referencia 31 y la maquina electrica asmcrona 20; un segundo conmutador 38, cuya conmutacion tambien se controla mediante la unidad de control electronica 34, se coloca a lo largo de la segunda lmea de suministro electrico 36.
El nodo de referencia 31 puede conectarse a la lmea de suministro electrico 39 a bordo de una aeronave (no mostrada) a traves de un disyuntor 40.
Una tercera lmea de suministro electrico 42 discurre entre la maquina electrica asmcrona 20 y un inversor 43, que esta alimentado por una pluralidad de batenas 44 que pueden alojarse en la aeronave o estar fuera de la aeronave; un tercer conmutador 46, cuya conmutacion tambien se controla mediante la unidad de control electronica 34, se coloca a lo largo de la tercera lmea de suministro electrico 42.
Las operaciones de la unidad de control electronico 34 a efectos de implementar las distintas fases de arranque y hacer funcionar el turbocargador se describen a continuacion.
Fase de arranque estatico (Figura 3a).
La unidad de control electronica 34 asume el control de la secuencia de arranque cerrando el conmutador 46 y un conmutador 33 que permite conectar las batenas 44 al inversor 43. Los conmutadores 32 y 38 estan abiertos.
La tension continua suministrada por las batenas 44 se transforma mediante el inversor 43 en tension alterna, controlada en amplitud y frecuencia, que se suministra a la maquina electrica asmcrona 20, que funciona como un motor, generando un par que acciona el primer arbol 7 en rotacion a una velocidad suficiente como para permitir el arranque del motor turbohelice de multiples arboles 1. Estas operaciones se realizan con la aeronave posada sobre la pista.
Tambien se puede suministrar energfa al inversor 43 mediante otras fuentes de CA o CC exteriores a la aeronave. Fase de generacion dual (Figura 3b).
La unidad de control electronica 34 controla el cierre del primer y segundo conmutadores 32 y 38, y la apertura del tercer conmutador 46. El inversor 43 esta por tanto desconectado de la lmea de suministro electrico configurable 25.
El motor turbohelice (cuando esta en marcha) pone el generador asmcrono 20 y el generador smcrono 22 en rotacion; sin embargo, la velocidad de rotacion us del generador smcrono 22 es menor que la velocidad de rotacion Was del generador asmcrono debido a que el compresor 4 de multiples arboles, junto con su arbol 7, normalmente rota a una velocidad mayor que el arbol 13.
Se asume que las relaciones de reduccion del engranaje de reduccion 15 (al generador smcrono) y engranaje de reduccion 19 (al generador asmcrono) son iguales.
Debido a esta diferencia de velocidad (Was > Ws), el generador asmcrono 20 funciona a mayor velocidad que el sincronismo establecido por el generador smcrono 22 y el generador asmcrono puede enviar corriente a la lmea 38.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Durante la fase de generacion dual, la tension presente en el nodo de referencia 31 se mide y se compara con un valor de referencia Vref para generar una senal de error que se usa (con las tecnicas de control de bucle cerrado habituales) para accionar la excitacion del generador smcrono 22 para volver la tension del nodo 31 igual, en la medida de lo posible, al valor de referencia. En efecto, la tension en el punto de ajuste 31 es la suma vectorial de las tensiones generadas por el generador sincrono r/s y el generador asincrono fas- A medida que la carga sobre la barra colectora 39 cambia y con el contactor 40 cerrado y controlado por la unidad de control electronica 34, la GCU, que controla la excitacion del generador sincrono 22, ajusta la excitacion del generador 22 de manera que r/s + fas sea igual al valor de la tension de referencia.
De este modo, el generador asmcrono 20 puede gestionar posibles sobrecargas de la lmea de suministro electrico 39 de a bordo, para el mismo deslizamiento negativo entre alternador y generador asmcrono, actuando unicamente en el ajuste de la excitacion del generador smcrono 22. Para esta funcionalidad, se asume que el generador smcrono 22 y el generador asmcrono 20 tienen el mismo numero de polos del estator y que la velocidad de rotacion del generador asmcrono es mayor que la del asmcrono, como se ha explicado antes.
Fase de generacion unicamente con el generador sincrono (Figura 3c).
La unidad de control electronica 34 controla el cierre del primer conmutador 32 y la apertura del segundo y tercer conmutadores 38 y 46. La maquina electrica asmcrona 20 y el inversor 43 se desconectan por tanto de la lmea de suministro electrico configurable 25. El motor turbohelice 1 esta en marcha.
Durante la fase de generacion unicamente con el generador smcrono 22, la tension presente en el nodo de referencia 31 se mide y se compara con un valor de referencia para generar una senal de error que se usa (con las tecnicas de control de bucle cerrado habituales) para accionar la excitacion del generador smcrono para volver la tension del nodo 31 igual, en la medida de lo posible, al valor de referencia. Con el cierre del contactor 40 mediante la unidad de control electronica 34, el generador smcrono 22 suministra las cargas conectadas a la barra colectora 39.
Fase de generacion unicamente con el generador asincrono (Figura 3d).
La unidad de control electronica 34 controla el cierre del segundo conmutador 38 y la apertura del primer y tercer conmutadores 32 y 46. La maquina electrica asmcrona 22 y el inversor 43 estan por tanto desconectados de la lmea de suministro electrico configurable 25. El motor turbohelice 1 esta en marcha. Para garantizar la excitacion de las fases del estator de la maquina electrica asmcrona 20, se usa una fuente de energfa local (batena de condensadores) o se abastece de energfa mediante la red de a bordo alimentada por el generador del segundo motor turbohelice (asumiendo una aeronave de doble motor), lo que le permite al generador asmcrono enviar corriente a la lmea de suministro electrico 36.
La Figura 2 muestra esquematicamente una batena de condensadores C1, C2 y C3 que se puede conectar a respectivas fases de la maquina asmcrona 20 por los conmutadores T1, T2 y T3.
El funcionamiento unicamente con el generador asmcrono anteriormente descrito, debena considerarse un modo degradado de operacion ya que asume que el generador smcrono 22 no esta disponible.
Fase de arranque dinamico o arranque por autorrotacion (Figura 3e).
La unidad de control electronica 34 controla el cierre del primer y segundo conmutadores 32 y 38, y la apertura del tercer conmutador 46. El inversor 43 se desconecta por tanto de la lmea de suministro electrico configurable 25 mientras que la maquina electrica smcrona 22 y la maquina electrica asmcrona 20 estan conectadas al nodo de referencia 31.
De este modo, la electricidad generada por la maquina electrica smcrona 22 (funcionando como un generador) accionada por la helice que gira debido a efectos dinamicos se transfiere a traves de lmeas de energfa electrica 30 y 36 a la maquina electrica asmcrona 20, que funciona como un motor y contribuye a poner el primer arbol 7 en rotacion para permitir el arranque del motor turbohelice 1.
Como se ha explicado anteriormente, la maquina electrica asmcrona 20 rota a una velocidad inferior a la de la maquina smcrona 22, por las razones anteriormente explicadas, y el par generado por la maquina asmcrona 20 se anade al par que se origina en el compresor de palas 4, sobre el que incide el flujo de aire procedente de la toma de aire 5. La composicion de estos pares permite al primer arbol 7 ponerse en rotacion a suficiente velocidad como para lograr arrancar el motor turbohelice. En caso de que la velocidad de rotacion de la maquina asmcrona 20 sea insuficiente para arrancar el motor, se proporciona la posibilidad de desconectar un par de polos en su armadura para aumentar la velocidad de rotacion.
En otras palabras, en caso de que el motor se corte en vuelo, se puede reiniciar aprovechando la energfa acumulada por la helice y transformada en energfa electrica por el generador smcrono conectado al mismo.
Claims (8)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Un motor turbohelice aeronautico de multiples arboles que comprende una carcasa (3) que aloja un compresor (4) que aspira aire procedente de una toma de aire (5) y acciona, a traves de un primer arbol (7), una primera etapa (8p) de una turbina (8) que se pone en rotacion por gases de escape procedentes de una pluralidad de quemadores (10); estando la turbina (8) provista de una etapa secundaria (8s) que acciona una helice (12) por medio de un segundo arbol (13); estando dicho motor turbohelice caracterizado por que incluye un sistema de arranque, que comprende:- una maquina electrica asmcrona reversible (20) conectada por medio de una transmision (19) al primer arbol(7);- una maquina electrica smcrona (22) conectada por medio de una transmision (15) al segundo arbol (13);- una red electrica reconfigurable (25) que, en una fase de arranque dinamico del motor turbohelice (1) tras el corte del mismo durante el vuelo, esta disenada para permitir la transferencia de energfa producida por la maquina electrica smcrona (22), que funciona como un generador con el impulso de la helice accionada por efectos dinamicos, a la maquina electrica asmcrona (20), que opera como un motor y gira a una velocidad inferior a la de la maquina asmcrona; el par generado por la maquina asmcrona (20) se anade al par que se origina en el compresor (4), sobre el que incide el flujo de aire procedente de la toma de aire (5); la composicion de dichos pares permite al primer arbol (7) ponerse en rotacion a suficiente velocidad para lograr arrancar el motor turbohelice.
- 2. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que se proporcionan medios de control que son capaces de desconectar al menos uno de los pares de polos de la maquina electrica asmcrona (20) para aumentar su velocidad de rotacion durante dicha fase de arranque dinamico.
- 3. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que dicha red electrica reconfigurable (25) comprende:- una primera lmea de suministro electrico (30) que se extiende entre la maquina electrica smcrona (22) y un nodo de referencia (POR; 31); un primer conmutador (32), cuya conmutacion se controla mediante una unidad de control electronica (34), esta provisto a lo largo de la primera lmea de suministro electrico (30);- una segunda lmea de suministro electrico (36) que se extiende entre el nodo de referencia (31) y la maquina electrica asmcrona (20); un segundo conmutador (38), cuya conmutacion se controla mediante la unidad de control electronica (34), esta provisto a lo largo de la segunda lmea de suministro electrico (36); y- una tercera lmea de suministro electrico (42) que se extiende entre la maquina electrica smcrona (20) y un inversor (43) que puede alimentarse mediante una fuente de tension CA (44); un tercer conmutador (46), cuya conmutacion tambien se controla mediante la unidad de control electronica (34), esta provisto a lo largo de la tercera lmea de suministro electrico (42);dicho nodo de referencia (31) puede conectarse a una lmea de suministro electrico (39) a bordo de una aeronave a traves de un disyuntor (40).
- 4. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha unidad de control electronica (34) esta configurada para realizar una fase de arranque estatico de dicho motor turbohelice, en el que la unidad de control (34) asume el control de la secuencia de arranque cerrando el tercer conmutador (46) de tal manera que la tension CC suministrada por las batenas (44) se transforma por el inversor (43) en una tension CA, controlada en amplitud y frecuencia, suministrada a la maquina electrica asmcrona (20) que funciona como un motor, generando un par para accionar el primer arbol (7) en rotacion a una velocidad tal que permite el arranque del turbohelice (1).
- 5. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha unidad de control electronica (34) esta configurada para realizar una fase de generacion dual, en la que la unidad de control electronica (34) controla el cierre del primer y segundo conmutadores (32 y 38) y la apertura del tercer conmutador (46) para desconectar el inversor (43) de la lmea de suministro electrico configurable (25);dicho motor turbohelice pone en rotacion la maquina electrica asmcrona (20) y la maquina electrica smcrona (22), que se comportan ambas como generadores; siendo la velocidad de rotacion us de la maquina electrica smcrona (22) inferior a la velocidad de rotacion Was de la maquina asmcrona (20) de manera que la maquina electrica asmcrona (20) puede enviar corriente a la segunda lmea de suministro electrico (36).
- 6. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha unidad de control electronica (34) esta configurada para realizar una fase de generacion unicamente con el generador smcrono, en el que la unidad de control electronica (34) controla el cierre del primer conmutador (32) y la apertura del segundo y tercer conmutadores (36 y 46) para desconectar la maquina electrica asmcrona (20) y el inversor (43) de la lmea de suministro electrico configurable (25); dicho motor turbohelice pone en rotacion la maquina electrica smcrona (22), que se comporta como un generador.
- 7. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 5 o la reivindicacion 6, en el que se proporciona un sistema de control de bucle cerrado en el que se realiza una comparacion entre la tension medida en el nodo de referencia(31) y un valor de referencia para generar una senal de error que se usa para accionar la excitacion de la maquina electrica smcrona (22) para volver la tension en el nodo (31) igual, en la medida posible, al valor de referencia.
- 8. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha unidad de control electronica (34) esta 5 configurada para realizar una fase de generacion unicamente con el generador asmcrono, en el que la unidad de control electronica (34) controla el cierre del segundo conmutador (38) y la apertura del primer y tercer conmutadores (32 y 46) para desconectar la maquina electrica smcrona (22) y el inversor (43) de la lmea de suministro electrico configurable (25);estando la maquina electrica asmcrona (20) conectada de tal manera que sus fases reciben energfa procedente de10 una fuente local de energfa, o de la red a bordo suministrada por el generador de un motor turbohelice adicional en caso de una aeronave de doble motor, para garantizar la excitacion de las fases de la maquina electrica asmcrona (20); dicho motor turbohelice pone en rotacion la maquina electrica asmcrona (22), que se comporta como un generador.15 9. El motor turbohelice de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha unidad de control electronica (34) estaconfigurada para realizar dicha fase de arranque dinamico, en la que la unidad de control electronica (34) controla el cierre del primer y segundo conmutadores (32; 38) y la apertura del tercer conmutador (46) para desconectar el inversor (43) de la lmea de suministro electrico configurable (25) y poner la maquina electrica smcrona (22) en comunicacion con la maquina electrica asmcrona (20) a traves del nodo de referencia (31);20 la energfa electrica generada por la maquina electrica smcrona (22), que funciona como un generador accionado por la helice que gira debido a efectos dinamicos, se transfiere a traves de la primera y segunda lmeas de suministro electrico (30 y 36) a la maquina electrica asmcrona (20), que funciona como un motor y contribuye a poner el primer arbol (7) en rotacion para permitir el arranque en vuelo del motor turbohelice (1).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000117A ITTO20130117A1 (it) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Sistema di ri-avviamento in volo per turbopropulsore aeronautico multi-albero |
| ITTO20130117 | 2013-02-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2589885T3 true ES2589885T3 (es) | 2016-11-16 |
Family
ID=48917650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES14155112.7T Active ES2589885T3 (es) | 2013-02-13 | 2014-02-13 | Sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohélice de múltiples árboles |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9422905B2 (es) |
| EP (1) | EP2767705B1 (es) |
| ES (1) | ES2589885T3 (es) |
| IT (1) | ITTO20130117A1 (es) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10094293B2 (en) * | 2014-08-22 | 2018-10-09 | Pratt & Whitney Canada Corp. | In flight restart system and method for free turbine engine |
| EP3246527B1 (en) * | 2016-05-18 | 2019-08-14 | Rolls-Royce Corporation | Low pressure generator for gas turbine engine |
| US10934935B2 (en) * | 2017-01-30 | 2021-03-02 | Ge Aviation Systems Llc | Engine core assistance |
| GB201819696D0 (en) * | 2018-12-03 | 2019-01-16 | Rolls Royce Plc | Methods and apparatus for controlling at least part of a start-up or re-light process of a gas turbine engine |
| US11548651B2 (en) * | 2019-07-25 | 2023-01-10 | Raytheon Technologies Corporation | Asymmeiric hybrid aircraft idle |
| CN110486165B (zh) * | 2019-07-31 | 2021-05-07 | 中国航发南方工业有限公司 | 涡桨发动机及无人机 |
| WO2022192698A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | Essex Industries, Inc., | Rocker switch |
| EP4309200A1 (en) | 2021-03-15 | 2024-01-24 | Essex Industries, Inc. | Five-position switch |
| US11845388B2 (en) | 2021-05-20 | 2023-12-19 | General Electric Company | AC electrical power system for a vehicle |
| GB2630921B (en) * | 2023-06-12 | 2025-08-06 | Rolls Royce Plc | Electrically starting a gas turbine engine |
| GB2631099B (en) | 2023-06-19 | 2025-07-30 | Rolls Royce Plc | Electrically starting a gas turbine engine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1328712A (fr) * | 1962-07-11 | 1963-05-31 | Ass Elect Ind | Installation dynamoélectrique pour produire alternativement un couple variable ou un courant électrique de fréquence constante |
| GB2199900B (en) | 1987-01-15 | 1991-06-19 | Rolls Royce Plc | A turbopropeller or turbofan gas turbine engine |
| US6838779B1 (en) * | 2002-06-24 | 2005-01-04 | Hamilton Sundstrand Corporation | Aircraft starter generator for variable frequency (vf) electrical system |
| FR2952130B1 (fr) * | 2009-10-30 | 2018-09-07 | Safran Electrical & Power | Demarreur-generateur de turbomachine et procede pour sa commande. |
-
2013
- 2013-02-13 IT IT000117A patent/ITTO20130117A1/it unknown
-
2014
- 2014-02-12 US US14/179,059 patent/US9422905B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-02-13 EP EP14155112.7A patent/EP2767705B1/en active Active
- 2014-02-13 ES ES14155112.7T patent/ES2589885T3/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2767705B1 (en) | 2016-04-20 |
| EP2767705A1 (en) | 2014-08-20 |
| US9422905B2 (en) | 2016-08-23 |
| US20140225378A1 (en) | 2014-08-14 |
| ITTO20130117A1 (it) | 2014-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2589885T3 (es) | Sistema para reiniciar en vuelo un motor turbohélice de múltiples árboles | |
| ES2610813T3 (es) | Sistema de arranque de motor con excitación AC en cuadratura | |
| ES2859107T3 (es) | Generador de arranque sin escobillas | |
| EP1570566B1 (en) | Gas turbine engine starter generator with multiple windings on each exciter stator pole | |
| CA2913526C (en) | Jet engine assembly and method for generating electricity | |
| ES2872330T3 (es) | Una disposición de generador de árbol de un barco | |
| US10807724B2 (en) | Aircraft turboprop engine provided with an electric machine | |
| CN105339597B (zh) | 带有发电机的涡轮风扇发动机 | |
| US6768278B2 (en) | Gas turbine engine starter generator with switchable exciter stator windings | |
| CN101197527B (zh) | 电磁变速传动装置和燃气涡轮发动机 | |
| EP2523318A2 (en) | Variable speed generator | |
| JP2002051592A (ja) | 補助電力巻線及び可変周波数電力源を持つ同期発電機及びその使用方法 | |
| EP2654185A2 (en) | Multi-rotor generator | |
| JP2017001662A5 (es) | ||
| BR102013026566A2 (pt) | Método para operar uma máquina | |
| BR102014021026A2 (pt) | acionador de partida/gerador de frequência constante e método para operar uma máquina elétrica | |
| RU2013101596A (ru) | Электроснабжение для устройств, поддерживаемых ротором авиационного двигателя | |
| ES2880702T3 (es) | Sistema y procedimiento para minimizar la corriente de sobretensión de entrada durante el arranque de un sistema de energía eléctrica | |
| US20120007360A1 (en) | Starting method for brushless wound field starter-generator without rotating diode rectifier | |
| CN104038005A (zh) | 可作电动机使用的船舶轴带发电机及其运行状态切换方法 | |
| Reshetnikov et al. | Modeling of integrated starter-generator in generator mode | |
| CN115013165A (zh) | 燃气轮机直流启动系统 | |
| RU126225U1 (ru) | Автономный источник питания стабильной частоты | |
| RU82076U1 (ru) | Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты | |
| KR20210002341U (ko) | 일종의 삼상전동기회전 방향판단 신호등 |