Sistema de mando de equipos de geometría variable de un motor de turbina de gas que comprende especialmente una unión de tambor.

Sistema de mando de al menos dos equipos (10, 110) de geometría variable de un motor de turbina de gas,

comprendiendo el motor al menos un primer cuerpo que gira a una primera velocidad y un segundo cuerpo que giraa una segunda velocidad, siendo el primer equipo (10) una etapa de álabes de estátor de ángulo de ajuste variablede un compresor del primer cuerpo que evolucionan entre una posición cerrada en ralentí y una posición abierta enrégimen alto, siendo el segundo equipo (110) al menos una válvula de descarga de un compresor del segundocuerpo que evoluciona entre una posición abierta en ralentí y una posición cerrada en régimen alto, comprendiendoel sistema además un accionador (24) que acciona los dos equipos, caracterizado por el hecho de que el accionador(24) manda un vástago (241, 251) sobre el cual está montado un órgano de mando de tambor (11, 111; 211),arrastrando el órgano de mando de tambor a uno de los dos equipos y estando unido al citado vástago por unaunión por la cual éste es arrastrado, comprendiendo la citada unión un peón (241P1, 241P2; 251P) móvil en elinterior de una pista de guía (11C, 111C; 211C), determinando el perfil de la pista de guía la ley de accionamientodel citado equipo en función del desplazamiento del vástago (241; 251) del accionador.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/062624.

Solicitante: SNECMA.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 2 BLD DU GÉNÉRAL MARTIAL VALIN 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: COLOTTE,BAPTISTE BENOÎT, GAULLY,BRUNO ROBERT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D17/16 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 17/00 Regulación o control mediante variación del flujo (para inversión del sentido de marcha F01D 1/30; por variación de la posición de los álabes del rotor F01D 7/00; especialmente para el arranque F01D 19/00; para la parada F01D 21/00; regulación o control en general G05). › obturando los inyectores.
  • F01D17/20 F01D 17/00 […] › Dispositivos que accionan los elementos sensibles, los accionados finales o los medios de transmisión entre ellos, p. ej. ayudados por medios mecánicos o de potencia asistida (los elementos sensibles solos F01D 17/02; accionadores finales F01D 17/10).
  • F02C6/08 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 6/00 Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones de plantas motrices de turbinas de gas con otros aparatos (predominando los aspectos concernientes a tales aparatos, ver las clases apropiadas para los aparatos ); Adaptaciones de plantas de turbina de gas para usos especiales. › siendo el gas extraído desde el compresor de la turbina de gas.
  • F02C9/18 F02C […] › F02C 9/00 Control de las plantas motrices de turbinas de gas; Control de la alimentación de combustible en las plantas de propulsión a reacción que consumen aire (control de las tomas de aire F02C 7/057; control de turbinas F01D; control de compresores F04D 27/00). › por extracción, por derivación o actuando sobre las interconexiones variables del fluido energético entre turbinas o compresores o entre sus fases.
  • F02C9/22 F02C 9/00 […] › regulando los álabes o paletas de la turbina.

PDF original: ES-2391378_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de mando de equipos de geometría variable de un motor de turbina de gas que comprende especialmente una unión de tambor.

La presente invención se refiere al ámbito general del mando de equipos de geometría variable de un motor de turbina de gas, especialmente turborreactor. La invención concierne de modo más particular a la optimización del mando de varios equipos que forman parte de cuerpos distintos del motor de turbina de gas.

Por “equipo de geometría variable”, se entiende en este caso un equipo unido a un órgano de mando y cuyas dimensión, forma, posición y/o velocidad son susceptibles de ser modificadas en función de acontecimientos detectados o de parámetros definidos, para actuar sobre el funcionamiento del motor. Ejemplos de equipos de geometría variable son válvulas de descarga de aire del compresor (de apertura variable) , álabes fijos de compresor de ángulo de ajuste variable, álabes de turbina cuya holgura en la cabeza es variable, bombas de carburante de caudal variable, etc.

El término cuerpo designa un subconjunto del motor de turbina de gas, que comprende como órganos principales uncompresor y una turbina ensamblados en un mismo eje. Éste puede ser multicuerpo. Un motor de doble cuerpo comprende un cuerpo denominado de alta presión y un cuerpo denominado de baja presión. Cada cuerpo comprende un compresor y una turbina, cuyos álabes son arrastrados en rotación alrededor del eje del árbol en el cual estos están montados.

En general, los diferentes cuerpos de un motor de turbina de gas están concebidos para funcionar de manera independiente uno de otro. Sus velocidades de rotación son independientes, incluso aunque éstas estén ligadas o correlacionadas en ciertos regímenes de funcionamiento.

Para mandar equipos de geometría variable que forman parte de cuerpos diferentes, se prevé para estos equipos distintos, sistemas de mando distintos: dos circuitos de mando, dos accionadores, dos fuentes de potencia, etc. Resulta así que la masa, el coste y el volumen de tal sistema de mando de los equipos son relativamente elevados. Tal configuración es la contemplada en la solicitud de patente europea de la solicitante, publicada con el número EP 1 724 472.

Por ejemplo, el compresor del cuerpo de baja presión puede comprender una o varias válvulas de descarga de aire (denominadas generalmente VBV, que es el acrónimo de su denominación inglesa “Variable Bleed Valve”) mientras que el compresor del cuerpo de alta presión puede comprender una o varias etapas de álabes de estator de ángulo de ajuste variable (denominados generalmente VSV, que es el acrónimo de su denominación inglesa “Variable Stator Vanes”) . Para disminuir la masa de estos equipos y de sus órganos de mando, puede considerarse no instalar VBV. Si bien el ahorro así realizado es consecuente (se suprimen los accionadores, las servoválvulas, las canalizaciones, los arneses, etc., que les están asociados) , los inconvenientes son importantes, especialmente en régimen de ralentí si agua o granizo penetra en el motor, implicando un riesgo incrementado de apagado de éste.

La solicitud de patente FR 2 445 439 de la sociedad General Electric Company describe un medio único para mandar válvulas de descarga de aire de una etapa de baja presión y de las etapas de stator de ángulo de ajuste variable de una etapa de alta presión, pero este medio manda los dos equipos esencialmente de modo secuencial, siendo accionados solo los álabes de estátor durante el funcionamiento normal de la turbomáquina (es decir, por encima del régimen de ralentí) . El documento DE 1 224 563 describe igualmente un sistema de mando de al menos dos equipos de geometría variable de la técnica anterior.

La invención pretende proponer un motor de turbina de gas con equipos de geometría variable que pertenecen a cuerpos diferentes del motor y un sistema de mando de estos equipos que esté optimizado.

Así pues, la invención concierne a un sistema de mando de al menos dos equipos de geometría variable de un motor de turbina de gas, que presenta las características de la reivindicación 1.

Utilizando un solo accionador para el mando de varios (al menos dos) equipos de geometría variable, el sistema de mando permite reducir el número de piezas del motor y así conseguir el objetivo de la invención. Se evitan, al menos en gran parte, la masa, el volumen y el coste de un segundo sistema de mando, puesto que los equipos de los primero y segundo cuerpos son accionados por el mismo accionador.

De acuerdo con una forma de realización, el sistema de mando es apto para mandar más de dos equipos de geometría variable con la ayuda de un único accionador.

De acuerdo con una forma de realización, siendo arrastrado el primer cuerpo a una velocidad de rotación, el accionador es mandado por la velocidad de rotación del primer cuerpo.

Así, el equipo del segundo cuerpo es mandado por la velocidad de rotación del primer cuerpo, a través del accionador.

De acuerdo con una forma particular de realización, el primer cuerpo es un cuerpo de alta presión y el segundo cuerpo un cuerpo de baja presión.

En particular, comprendiendo el motor de turbina de gas un compresor de baja presión y un compresor de alta presión, el equipo de geometría variable del compresor de baja presión es mandado por la velocidad de rotación del compresor de alta presión.

De acuerdo con una forma de realización, en el caso de un motor de turbina de gas con un cuerpo de alta presión y un cuerpo de baja presión, los equipos de geometría variable del cuerpo de alta presión se sitúan en la proximidad del cuerpo de baja presión (por ejemplo en la proximidad del lado aguas arriba del cuerpo de alta presión) .

De acuerdo con una forma de realización particular en este caso, el motor de turbina de gas es de doble cuerpo, con un cuerpo de alta presión y un cuerpo de baja presión. Preferentemente en este caso, la etapa o las etapas de álabes de estátor de ángulo de ajuste variable forman parte del cuerpo de alta presión, formando parte del cuerpo de baja presión el primer equipo mandado por el sistema de mando.

De acuerdo con una forma de realización particular en este caso, la etapa de álabes comprende una pluralidad de álabes, montados cada uno de modo pivotante sobre un cárter de la turbomáquina, y un anillo de mando que rodea al cárter está unido a cada uno de los álabes de la etapa por intermedio de palancas, siendo el accionador apto para arrastrar en rotación el anillo de mando de la etapa por intermedio de un órgano piloto montado sobre el cárter.

De acuerdo con una forma de realización, un equipo de geometría variable es una válvula de descarga de aire de la turbomáquina. Este equipo puede comprender una válvula o una pluralidad de válvulas de descarga de aire. Se trata por ejemplo de una válvula de descarga de aire de tipo VBV aguas abajo del compresor de baja presión.

En este caso particular, la invención presenta las ventajas siguientes:

Se tiene necesidad de un solo juego de accionadores en lugar de dos, así como de las servidumbres asociadas, a saber las canalizaciones, las servoválvulas, las salidas al HMU o motor eléctrico, etc.

Se mantiene un grado de libertad sobre las características del impulsor sin adición de geometría variable completa.

Se gana en capacidad de mantenimiento: en efecto, la supresión del accionamiento VBV elimina los riesgos de averías en esta geometría variable.

Se preserva la capacidad de evacuar agua o granizo a bajo régimen. Resulta así una mayor robustez en el apagado de la cámara en ralentí frente a una arquitectura de impulsor sin VBV.

El sistema eléctrico resulta simplificado. Se suprime un bucle local de realimentación: salida calculador, arnés, sensor de retorno de posición (TBC) , dimensionamiento de calculador reducido…) .

El sistema de mando de la invención puede ser adaptado también para el mando de diferentes tipos de equipos. En particular, además de los presentados anteriormente, los equipos de geometría variable pueden comprender o formar un elemento de uno o varios de los dispositivos siguientes:

- una válvula de descarga de aire del compresor de alta presión de apertura proporcional (denominada generalmente por... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de mando de al menos dos equipos (10, 110) de geometría variable de un motor de turbina de gas, comprendiendo el motor al menos un primer cuerpo que gira a una primera velocidad y un segundo cuerpo que gira a una segunda velocidad, siendo el primer equipo (10) una etapa de álabes de estátor de ángulo de ajuste variable de un compresor del primer cuerpo que evolucionan entre una posición cerrada en ralentí y una posición abierta en régimen alto, siendo el segundo equipo (110) al menos una válvula de descarga de un compresor del segundo cuerpo que evoluciona entre una posición abierta en ralentí y una posición cerrada en régimen alto, comprendiendo el sistema además un accionador (24) que acciona los dos equipos, caracterizado por el hecho de que el accionador

(24) manda un vástago (241, 251) sobre el cual está montado un órgano de mando de tambor (11, 111; 211) , arrastrando el órgano de mando de tambor a uno de los dos equipos y estando unido al citado vástago por una unión por la cual éste es arrastrado, comprendiendo la citada unión un peón (241P1, 241P2; 251P) móvil en el interior de una pista de guía (11C, 111C; 211C) , determinando el perfil de la pista de guía la ley de accionamiento del citado equipo en función del desplazamiento del vástago (241; 251) del accionador.

2. Sistema de mando de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer cuerpo es un cuerpo de alta presión y el segundo cuerpo un cuerpo de baja presión.

3. Sistema de mando de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual el accionador (24) es mandado en función de la velocidad de rotación de uno de los cuerpos del motor.

4. Sistema de mando de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el accionador (24) es mandado por la velocidad de rotación del cuerpo de alta presión.

5. Sistema de acuerdo con la reivindicación precedente en el cual el vástago (251) arrastra al otro equipo.

6. Sistema de acuerdo con la reivindicación 4 que comprende un segundo órgano de mando de tambor (111) que arrastra al otro equipo y que es arrastrado por el vástago (241) igualmente por una unión que comprende un peón (241P2) móvil en el interior de una pista de guía (111C) , determinando el perfil de la pista de guía la ley de accionamiento del citado otro equipo en función del desplazamiento del vástago (241) mandado por el accionador.

7. Sistema de mando de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6 combinada con la reivindicación 4, en el cual las leyes de accionamiento de los equipos comprenden, cada una, una gama de accionamiento, estando incluida la gama de accionamiento de uno de los equipo en la gama de accionamiento del otro equipo.

8. Sistema de mando de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6, en el cual las leyes de accionamiento de los equipos comprenden, cada una, una gama de accionamiento, estando la gama de accionamiento del segundo equipo (110) completamente fuera de la gama de accionamiento del primer equipo (10) .

9. Motor de turbina de gas que comprende un sistema de mando de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.


 

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