Turbomotor que incluye una máquina eléctrica reversible.

Turbomotor (10), principalmente para un helicóptero, que comprende un generador de gas (12) y una turbina libre(14) accionada en rotación por un flujo de gas (F) generado por el generador de gas,

incluyendo el turbomotorademás una máquina eléctrica reversible (30) acoplada al generador de gas, estando preparada la citada máquinaeléctrica reversible para poner en rotación al generador de gas durante una fase de arranque del turbomotor,estando caracterizado el turbomotor porque la máquina eléctrica reversible es acoplada además a la turbina libre(14) después de la fase de arranque del turbomotor con el fin de generar energía eléctrica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/053408.

Solicitante: TURBOMECA.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BP 2 64510 BORDES FRANCIA.

Inventor/es: Senger,Gérald, BEDRINE,OLIVIER, FOS,MONIQUE, FREALLE,JEAN-LUC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D15/10 SECCION F — 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 15/00 Adaptaciones de las máquinas o motores para usos particulares; Combinación de motores con los dispositivos que ellos accionan (regulación o control, véanse los grupos apropiados; si los aspectos predominantes son relativos a los dispositivos accionados, véanse las clases correspondientes a estos dispositivos). › Adaptaciones para accionar o combinaciones con generadores eléctricos.
  • F02C3/10 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 3/00 Plantas motrices de turbinas de gas caracterizadas por la utilización de productos de combustión como fluido energético (generado por combustión intermitente F02C 5/00). › con otra turbina accionando un árbol de salida pero sin accionar el compresor.
  • F02C7/275 F02C […] › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › mecánicos.
  • F02C7/32 F02C 7/00 […] › Disposición, montaje, o accionamiento de dispositivos auxiliares.

PDF original: ES-2401945_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Turbomotor que incluye una maquina electrica reversible El presente invento se refiere al campo de las turbinas de gas y sobre todo al de los turbomotores y turbopropulsores, para maquinas voladoras tales como helicopteros, aviones y otra probable aplicacion de estos tipos de motores.

El presente invento se refiere mas particularmente a un turbomotor, para un helicoptero sobre todo, que incluye un generador de gas y una turbina libre accionada en rotacion por el flujo de gas generado por el generador de gas, incluyendo el turbomotor ademas una maquina electrica reversible destinada a ser acoplada al generador de gas, siendo apta la citada maquina electrica reversible para poner en rotacion el generador de gas durante una fase de arranque del turbomotor.

Tradicionalmente, el generador de gas incluye al menos un compresor y una turbina acoplados en rotacion. El principio de funcionamiento es el siguiente: el aire fresco que entra en el turbomotor es comprimido debido a la rotacion del compresor antes de ser enviado hacia una camara de combustion en la que se mezcla con un carburante. Los gases quemados debido a la combustion son evacuados a continuacion a gran velocidad.

Se produce entonces una primera expansion en la turbina del generador de gas, durante la cual este ultimo extrae la energia necesaria para el accionamiento del compresor.

La turbina del generador de gas no absorbe toda la energia cinetica de los gases quemados y el excedente de energia cinetica corresponde al flujo de gas generado por el generador de gas.

Este ultimo suministra pues la energia cinetica a la turbina libre de tal manera que se produce una segunda expansion en la turbina libre que transforma esta energia cinetica en energia mecanica con el fin de accionar un organo receptor, tal como el rotor del helicoptero.

Durante la fase de arranque del turbomotor, es necesario accionar en rotacion el generador de gas, es decir accionar en rotacion el compresor acoplado a la turbina. Como se ha mencionado en el preambulo, esta es precisamente una de las funciones de la maquina electrica reversible, conocida por otra parte (vease el documento US 2005/0056021) , que lo mas frecuentemente es un motor electrico apto para funcionar de manera reversible como generador electrico.

El accionamiento en rotacion del compresor por la maquina electrica reversible funcionando como motor permite en efecto hacer circular el aire en el compresor y asi conducir el aire comprimido dentro de la camara de combustion con el fin de iniciar la combustion.

Esta combustion produce entonces el flujo gaseoso que permite accionar la turbina en rotacion, a continuacion de lo cual el compresor es directamente accionado en rotacion por la turbina, lo que significa que el generador de gas funciona de manera autonoma, constituyendo el final de la fase de arranque del turbomotor.

Es conocido que las aeronaves, en las que tales turbomotores estan destinados sobre todo a ser integrados, incluyen unos equipamientos electricos que es necesario alimentar con energia electrica.

Por ejemplo, para un helicoptero es necesario alimentar con energia electrica los equipamientos electricos que lo equipan como, por ejemplo, los mandos electricos, la calefaccion, la climatizacion, el torno mecanico.

Hasta ahora, en vuelo, se utilizaba la maquina electrica reversible para suministrar electricidad a los equipamientos electricos. Para hacer esto y, como propone el documento EP 1 712 761, la maquina electrica, funcionando esta vez como generador electrico, era accionada en rotacion por el generador de gas, siendo transformada la energia cinetica de rotacion cedida en el generador en energia electrica por la citada maquina.

Sin embargo, para un helicoptero, la cesion de energia cinetica en el generador de gas trae consigo inconvenientes.

La variacion, en el transcurso del vuelo, de la potencia mecanica cedida por la maquina electrica en el generador de gas se traduce en un desplazamiento de la linea de funcionamiento del motor en el campo del compresor.

Este desplazamiento corresponde a un margen de bombeo del que es necesario aprovisionarse, lo que trae como consecuencia:

- penalizar la optimizacion de la linea de funcionamiento del motor, impidiendo la utilizacion del compresor a una tasa de presion optima,

- - degradar debido a esto las caracteristicas estabilizadas, con un impacto sobre el consumo especifico.

Un objetivo del presente invento es el de proponer un turbomotor, sobre todo para helicoptero, que remedie los inconvenientes mencionados anteriormente.

El invento alcanza su objetivo por el hecho de que la maquina electrica reversible esta destinada ademas a estar acoplada a la turbina libre despues de la fase de arranque del turbomotor con el fin de generar energia electrica.

Dicho de otra manera, en vuelo, la turbina libre acciona en rotacion ventajosamente a la maquina electrica reversible, funcionando como generador electrico, de tal manera que la energia cinetica destinada a ser transformada en energia electrica es cedida ventajosamente en la turbina libre.

Los inventores han constatado en efecto que la cesion de una cierta cantidad de energia cinetica en la turbina libre afecta sensiblemente menos al rendimiento del turbomotor que ceder esta misma cantidad de energia cinetica en el generador de gas. Esto es debido a la configuracion particular del ciclo termodinamico de un motor de esta clase.

Resulta de ello que el turbomotor segun el invento permite suministrar ventajosamente electricidad sin penalizar demasiado su rendimiento.

Por otra parte, en vuelo, el pilotaje del helicoptero equipado con un turbomotor segun el invento se ve ampliamente menos afectado en la medida en la que las capacidades de aceleracion del generador de gas son conservadas.

Ademas, segun el invento, es la misma maquina electrica reversible la que permite arrancar el generador de gas y suministrar electricidad.

Ventajosamente, la maquina electrica reversible esta acoplada a un eje del generador de gas por medio de unos primeros medios de acoplamiento desactivables, la citada maquina reversible esta acoplada a un eje de la turbina libre por medio de unos segundos medios de acoplamiento desactivables, y estando configurados los primeros y los segundos medios de acoplamiento de tal manera que no sean activados simultaneamente.

Por quot;medios de acoplamientos desactivablesquot; se entiende que los citados medios de acoplamiento pueden estar en una posicion activada, en la cual los organos unidos a los citados medios de acoplamiento estan acoplados, o en una posicion desactivada, en la cual los citados organos estan desacoplados, quedando entendido que por quot;organoquot; se entiende la maquina electrica, el generador de gas y la turbina libre.

Segun el invento, cuando los primeros medios de acoplamiento estan activados, los segundos medios de acoplamiento estan desactivados, es decir que la maquina electrica reversible esta acoplada al generador de gas mientras que esta desacoplada de la turbina libre, mientras que, a la inversa, cuando los segundos medios de acoplamiento estan activados, los primeros medios de acoplamiento estan desactivados, es decir que la maquina electrica esta acoplada a la turbina libre mientras que esta desacoplada del generador de gas.

Sin salir del marco del invento, se puede prever igualmente una posicion intermedia en la cual tanto los primeros medios como los segundos medios de acoplamiento estan desactivados al mismo tiempo.

De acuerdo con el invento, la maquina electrica reversible funciona como motor electrico cuando los primeros medios de acoplamiento estan activados, de tal manera que accionan en rotacion al generador de gas durante la fase de arranque del turbomotor.

Correlativamente, la maquina electrica reversible funciona como generador electrico cuando los segundos medios de acoplamiento estan activados, de tal manera que se produzca electricidad mediante la cesion de energia cinetica a la turbina libre, y esto despues de la fase de arranque del turbomotor, es decir esencialmente en vuelo.

Gracias al hecho de que los primeros y los segundos medios de acoplamiento no pueden ser activados simultaneamente, se evita la aparicion de la nefasta situacion durante la cual la turbina libre acciona en rotacion al generador de gas.

Ventajosamente, los primeros y/o los segundos medios de acoplamiento incluyen una rueda libre.

Un interes de la rueda libre es que no necesita ser controlada electronica o mecanicamente por un operador exterior.

Una rueda libre de esta clase esta constituida generalmente por un cubo y una corona periferica montada de manera rotativa sobre el cubo. El cubo puede accionar en rotacion... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.Turbomotor (10) , principalmente para un helicoptero, que comprende un generador de gas (12) y una turbina libre

(14) accionada en rotacion por un flujo de gas (F) generado por el generador de gas, incluyendo el turbomotor ademas una maquina electrica reversible (30) acoplada al generador de gas, estando preparada la citada maquina electrica reversible para poner en rotacion al generador de gas durante una fase de arranque del turbomotor, estando caracterizado el turbomotor porque la maquina electrica reversible es acoplada ademas a la turbina libre

(14) despues de la fase de arranque del turbomotor con el fin de generar energia electrica.

2. Turbomotor segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la maquina electrica reversible (30) esta acoplada a un eje (18) del generador de gas por medio de unos primeros medios de acoplamiento desactivables (32) , porque la citada maquina electrica reversible (30) esta acoplada a un eje de la turbina libre por medio de unos segundos medios de acoplamiento desactivables (40) , y porque los primeros y los segundos medios de acoplamiento estan configurados de tal manera que no puedan ser activados simultaneamente.

3. Turbomotor segun la reivindicacion 2, caracterizado porque los primeros y/o los segundos medios de acoplamiento (32, 40) incluyen una rueda libre (34, 42) .

4. Turbomotor segun la reivindicacion 3, caracterizado porque los primeros medios de acoplamiento (30) incluyen una primera rueda libre (34) , porque los segundos medios de acoplamiento (32) incluyen una segunda rueda libre

(42) y porque las primera y segunda ruedas libres (34, 42) estan montadas en oposicion.

5. Turbomotor segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado porque los primeros y/o los segundos medios de acoplamiento incluyen ademas un reductor (36, 44) .

6. Turbomotor segun la reivindicacion 5, caracterizado porque los primeros medios de acoplamiento (32) incluyen un primer reductor (36) que tiene un primer coeficiente de reduccion (K1) , mientras que los segundos medios de acoplamiento (40) incluyen un segundo reductor (44) que tiene un segundo coeficiente de reduccion (K2) , y porque la relacion entre el primero y el segundo coeficientes de reduccion es inferior a un primer valor limite (L1) .

7. Turbomotor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la maquina electrica reversible (30) esta acoplada igualmente al generador de gas (12) con el fin de generar energia electrica.

8. Turbomotor segun las reivindicaciones 2 y 7, caracterizado porque la maquina electrica reversible (30) esta acoplada al eje del generador de gas por medio de unos terceros medios de acoplamiento desactivables y porque los primeros, los segundos y los terceros medios de acoplamiento estan configurados de tal manera que solo uno de los citados medios de acoplamiento este activado a la vez.

9. Turbomotor segun la reivindicacion 8, caracterizado porque los terceros medios de acoplamiento (50) incluyen una tercera rueda libre (52) .

10. Turbomotor segun las reivindicaciones 3 y 9, caracterizado porque las primera y tercera ruedas libres (34, 52) estan montadas en oposicion.

11. Turbomotor segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque los terceros medios de acoplamiento (50) incluyen ademas unos medios que forman un embrague (60) de garras.

12. Turbomotor segun la reivindicacion 6 y una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque los terceros medios de acoplamiento (50) incluyen ademas un tercer reductor (54) que tiene un tercer coeficiente de reduccion (K3) y porque la relacion entre el tercero y el segundo coeficientes de reduccion es superior a un segundo valor limite (L2) .


 

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