Sistema de control de equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina.

Sistema de control de al menos dos equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina,

incluyendo una accionador (24) que acciona los dos equipamientos (22, 110, 210); en el que un equipamientoincluye al menos una etapa (10) de álabes de estator (14) de ángulo de calado variable, y en el que unequipamiento es una válvula de toma de aire (136) de un cuerpo de la turbo-máquina; el sistema de control secaracteriza porque está situado para controlar una apertura progresiva de la etapa de álabes, y un cierreprogresivo de la válvula de toma de aire, mientras un parámetro de accionamiento de dicho accionador aumenta.

Sistema de control de equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina

El invento se refiere al dominio general del control de equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina. El invento se refiere más particularmente a la optimización del control de varios equipamientos de una turbo-máquina.

Por “equipamiento de geometría variable”, se entiende aquí un equipamiento, incluyendo un órgano de control cuya dimensión, la forma, la posición y/o la velocidad son susceptibles de ser modificadas en función de eventos detectados o de regímenes de la turbo-máquina, para actuar sobre el funcionamiento de la turbo-máquina. Unos ejemplos de geometrías variables en dichos equipamientos son las posiciones de válvulas de toma de aire del compresor, juegos en los vértices de los alabes de la turbina, velocidades de la bomba de carburante, etcétera.

El término cuerpo tal y como es empleado aquí designa un subconjunto de una turbo-máquina, incluyendo como órganos principales un compresor y una turbina ensambladas sobre un mismo eje. Un caso particular de cuerpo es el cuerpo de postcombustión, en el que el compresor está únicamente compuesto por una tobera convergente, y que es utilizada en los estatoreactores. Un ejemplo típico para cuerpos distintos de la turbo-máquina está constituido por los cuerpos de baja y alta presión de un turborreactor.

En general, los cuerpos de la turbo-máquina están concebidos para poder funcionar de manera independiente unos respecto de los otros. Sus velocidades de rotación son independientes, incluso si pueden estar ligadas o correlacionadas en determinados regímenes de funcionamiento.

También habitualmente, por el hecho de esta independencia entre los diferentes cuerpos de una turbo-máquina, para controlar unos equipamientos de geometría variable que forman parte de los diferentes cuerpos, se prevé para estos equipamientos unos sistemas de control distintos. Por esta razón, controlar dos equipamientos de geometría variable de dos cuerpos distintos necesita también en general dos circuitos de control, dos accionadores, dos fuentes de potencia, etc.

Se obtiene que la masa, el coste, el espacio necesario de dicho sistema de control son relativamente elevados. Esto plantea principalmente problemas para turbo-máquinas que equipan pequeños aviones, para las que estos problemas son particularmente importantes. El documento FR 2445439 describe un sistema de control del arte anterior.

Un primer objetivo del invento es por tanto definir un sistema de control de al menos dos equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina y;

Incluyendo un accionador que acciona los dos equipamientos;

en el que un equipamiento incluye al menos una etapa de alabes de estator de ángulo de calado variable; y

en el que un equipamiento es una válvula o incluye al menos una válvula de toma de aire de un cuerpo de la turbo-máquina;

Sistema de control que soluciona al menos parcialmente los problemas de masa, de coste, y de espacio necesario citados anteriormente.

Se alcanza este objetivo gracias al hecho de que el sistema de control está situado para controlar una apertura progresiva de la etapa de alabes, y un cierre progresivo de la válvula de toma de aire, a medida que un parámetro de accionamiento del accionador aumenta.

En un modo de realización, el sistema de control es apto para controlar tres, incluso cuatro equipamientos de geometría variable con la ayuda de un único accionador.

En un modo de realización, un equipamiento de geometría variable es común a varios cuerpos de la turbo-máquina, principalmente dos cuerpos.

Utilizando un único accionador para el control de varios (al menos dos) equipamientos de geometría variable, el sistema de control permite reducir el número de piezas de la turbo-máquina y así alcanzar el objetivo del invento. El peso, el volumen, el coste de un segundo sistema de control para el segundo equipamiento de geometría variable, son al menos en gran parte evitados.

El invento puede principalmente ser realizado en una turbo-máquina de doble cuerpo, es decir con un cuerpo de alta presión y un cuerpo de baja presión. La o las etapas de alabes de ángulo de calado variable son o forman parte habitualmente del cuerpo de alta presión. En este caso, el primer equipamiento controlado por el sistema de control puede formar parte del cuerpo de baja presión de la turbo-máquina, el segundo equipamiento controlado, que incluye la o las etapas de alabes de ángulo de calado variable, forman parte del cuerpo de alta presión.

Las etapas de alabes de ángulo de calado variable de un cuerpo de alta presión de turbo-máquina se prestan en particular a su control conjunto con un equipamiento del cuerpo de baja presión, cuando se disponen en la periferia (relativamente aguas arriba) del cuerpo de alta presión: así, están situados en la vecindad del cuerpo de baja presión. Esta proximidad favorece la realización de un sistema de control común para las etapas de alabes y para un equipamiento de geometría variable del cuerpo de baja presión.

Según un modo de realización, en el segundo equipamiento la etapa de alabes está formada por una pluralidad de alabes que están montados cada uno de forma pivotante sobre un cárter de la turbo-máquina y de un anillo de control que rodea el cárter y está unido a cada uno de los alabes de la etapa por medio de palancas, siendo apto el accionador para arrastrar en rotación el anillo de control de la etapa por medio de un órgano piloto montado de forma pivotante sobre el cárter.

Según un modo de realización, el equipamiento de geometría variable que es o por lo menos incluye al menos una válvula de toma de aire de la turbo-máquina puede ser una válvula o igualmente un conjunto de válvulas de descarga o de toma de aire.

Según otros modos diferentes de realización, el equipamiento de geometría variable que es, o incluye al menos una válvula de toma de aire, es, o incluye uno de los elementos siguientes o un elemento de uno de los siguientes dispositivos:

- una válvula de toma de aire booster (‘Variable Bleed Valve’ VBV) ;

- una válvula de toma de aire del compresor de alta presión de apertura proporcional (‘Transient Bleed Valve’ TBV, y ‘Start Bleed valve’ SBV) ;

- una válvula de toma de aire del compresor de alta presión todo o nada (‘Handling Bleed Valve’ HBV) ;

- una válvula de regulación de un caudal de aire contribuyendo al control del juego, en una turbina de baja presión (‘ Low Pressure Turbine Active Clearance Control’ LPTACC) , o en una turbina de alta presión (‘High Pressure Turbine Active Control’ HPTACC) .

Además, la realización de un sistema de control según el invento puede incluir principalmente las diferentes mejoras siguientes:

En un modo de realización, en el sistema de control, el accionador incluye un órgano de control móvil cuyos desplazamientos transmiten el control a dos equipamientos. El órgano de control puede por ejemplo ser el brazo de un gato.

En una variante de este modo de realización, el accionador está situado para accionar un primero de estos equipamientos haciendo variar un parámetro en un margen de accionamiento del primer equipamiento fuera del cual no puede actuar sobre el primer equipamiento, estando situado el accionador para accionar el segundo de estos equipamientos haciendo variar el mismo parámetro en un margen de accionamiento del segundo equipamiento, fuera del cual no puede actuar sobre el segundo equipamiento, al menos una parte del margen de accionamiento del primer equipamiento está fuera del margen de accionamiento del segundo equipamiento.

El parámetro del accionador indicado anteriormente es generalmente el parámetro de posición del órgano de accionamiento del accionador. Por ejemplo, este parámetro es la posición de la extremidad del brazo de un gato. Hacer variar este parámetro significa de hecho de manera equivalente desplazar la extremidad del gasto o la posición de la extremidad operante del accionador.

En este sistema de control, el control mediante un accionador único de dos equipamientos de geometría variable es facilitado por el hecho de que... [Seguir leyendo]

1. Sistema de control de al menos dos equipamientos de geometría variable de una turbo-máquina, incluyendo una accionador (24) que acciona los dos equipamientos (22, 110, 210) ; en el que un equipamiento incluye al menos una etapa (10) de álabes de estator (14) de ángulo de calado variable, y en el que un equipamiento es una válvula de toma de aire (136) de un cuerpo de la turbo-máquina; el sistema de control se caracteriza porque está situado para controlar una apertura progresiva de la etapa de álabes, y un cierre progresivo de la válvula de toma de aire, mientras un parámetro de accionamiento de dicho accionador aumenta.

2. Sistema de control según la reivindicación 1, caracterizado porque está situado para cerrar dicha válvula de toma de aire de manera que haya un comienzo de apertura de álabes del estator (14) de ángulo de calado variable durante el cierre de dicha válvula de toma de aire, mientras un parámetro de accionamiento de dicho accionador aumenta.

3. Sistema de control según la reivindicación 1 o 2, en estando dicha válvula de toma de aire sensiblemente cerrada, el sistema de control es apto para realizar la mayor parte del cierre de los álabes de la etapa de álabes del estator de ángulo de calado variable.

4. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa de alabes (10) está formada por una pluralidad de álabes (14, 14’) que están montados cada uno de forma pivotante en un cárter

(12) de la turbo-máquina y en un anillo de control (22) que rodea al cárter y está unido a cada uno de los álabes

(14) de la etapa por medio de palancas (18) , siendo apto el accionador para arrastrar en rotación el anillo de control (22) de la etapa (10) por medio de un órgano piloto (26) montado de forma pivotante en el cárter (12) .

5. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, cuyo accionador incluye un órgano de control móvil (26) cuyos desplazamientos transmiten el control a los dos equipamientos.

6. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, cuyo accionador (24) está situado para accionar un primero de estos equipamientos haciendo variar un parámetro en un margen de accionamiento del primer equipamiento (D) fuera del cual no puede actuar sobre el primer equipamiento, el accionador (24) está situado para accionar el segundo de estos equipamientos haciendo variar el mismo parámetro en un margen de accionamiento del segundo equipamiento (C) , fuera del cual no puede actuar sobre el segundo equipamiento, al menos una parte del margen de accionamiento del primer equipamiento (D) está fuera del margen de accionamiento del segundo equipamiento (C) .

7. Sistema de control según la reivindicación 6, cuyo margen de accionamiento del segundo equipamiento (C) está incluido en el margen de accionamiento del primer equipamiento.

8. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la unión entre el accionador (24) y uno de los equipamientos (110) incluye un dispositivo de desembrague (120) , apto para desembragar el arrastre de este equipamiento (110) por el accionador (24) en un margen de valores de un parámetro de accionamiento (x) del accionador.

9. Sistema de control según la reivindicación 8, cuyo dispositivo de desembrague incluye un primer órgano de control, móvil (115) en un espacio libre de un segundo órgano de control (126) , preparando este intervalo por tanto una carrera muerta para el segundo equipamiento (110) .

10. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, incluyendo además medios de retorno (112, 212) que mantienen un órgano de control (115) de uno de los equipamientos (110, 210) en una posición predeterminada, al menos cuando un parámetro (x) del accionador varía en un intervalo situado en el exterior de un margen de accionamiento (C) del equipamiento (110, 210) .

11. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, incluyendo además un dispositivo de desmultiplicación del accionamiento (20) dispuesto en la unión entre el accionador y uno de los equipamientos.

12. Sistema de control según la reivindicación 11, que incluye además un dispositivo de desmultiplicación de accionamiento (20) dispuesto en la unión entre el accionador y uno de los equipamientos, el dispositivo de desmultiplicación del accionamiento incluye un órgano seguidor (26’) montado de forma pivotante en el cárter, y un órgano pivotante suplementario, (44) intercalado entre el órgano seguidor (26’) y o bien el equipamiento incluye la etapa de alabes, o bien la válvula de toma de aire, para transmitir el comando del accionador (24) a este equipamiento, dicho órgano pivotante suplementario (44) está montado de forma pivotante a la vez en el cárter

(12) y en el órgano seguidor (26’) .

13. Turbo-máquina, incluyendo un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.