包括由自由涡轮所驱动的设备的自由涡轮式涡轮机制造技术

公开了一种涡轮机，包括：燃气发生器(13)，设置有第一轴(18)；至少一个可逆电机(11)；自由涡轮(12)，设置有第二轴(17)，并且由燃气发生器(13)所产生的气流引起旋转；附件齿轮箱(14)；以及至少一个附件(15、16)。在涡轮机(10)的所有运行阶段期间，所述至少一个电机(11)经由附件齿轮箱(14)机械地联接至所述第二机械轴(17)，附件齿轮箱(14)联接到至少一个附件(15、16)，并且涡轮机(10)还包括单个机械联接装置(20)，用于将所述第一机械轴(18)以第一配置机械地联接至附件齿轮箱(14)，并且将所述第一机械轴(18)以第二配置从附件齿轮箱(14)机械地脱离联接。械地脱离联接。械地脱离联接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括由自由涡轮所驱动的设备的自由涡轮式涡轮机


[0001]本专利技术涉及航空自由涡轮式涡轮机，特别地用于涡轮发电机的涡轮机的一般领域，并且，更特别地，具有这种涡轮机的结构的涡轮发电机，该结构使得能够经由自由涡轮驱动设备，而不会在涡轮机启动期间损害设备的运行。

技术介绍

[0002]用于直升机的自由涡轮式涡轮轴发动机通常地包括燃气发生器和由燃气发生器所产生的气流引起旋转的自由涡轮以及可逆电机，该可逆电机可以联接至燃气发生器，特别地以便在涡轮轴发动机的启动阶段期间旋转燃气发生器。
[0003]常规地，燃气发生器包括至少一个压气机和旋转地联接的涡轮。运行原理如下：进入涡轮轴发动机的新鲜空气在被送至燃烧室之前由于压气机的旋转而被压缩，在燃烧室中新鲜空气与燃料混合。然后，在燃烧期间燃烧的气体以高速排出。
[0004]然后，在燃气发生器的涡轮中存在第一膨胀，在此期间，燃气发生器获取用于驱动压气机和设备所必需的能量。燃气发生器的涡轮不吸收燃烧气体的所有动能，并且过量动能对应于由燃气发生器所产生的气流。因此，这向自由涡轮提供动能，使得其在自由涡轮中产生第二膨胀，该第二膨胀将该动能转换成机械能，以便驱动接收构件，诸如直升机的转子。
[0005]在涡轮轴发动机的启动阶段期间，有必要使燃气发生器旋转，换言之，使联接至涡轮的压气机以及与其连接的设备的各种零件旋转。如前序部分所述，这正是可逆电机的作用之一，该可逆电机最经常是能够作为发电机可逆地运行的电动机。
[0006]如图1中所示的，图1示意性地示出了根据现有技术的自由涡轮式涡轮机，用于在马达运行中启动，电机1驱动燃气发生器3的机械轴2，直到通过燃料燃烧维持其转动。在启动阶段期间以马达模式运行的可逆电机对燃气发生器的轴的旋转还可驱动设备(该图中未示出)，该设备可以经由附件齿轮箱由轴2驱动。这使之可以为涡轮机供应燃料和油，并且使压气机4中的空气循环，并且因此将压缩空气带入燃烧室5，以便开始燃烧。该燃烧然后产生用于旋转燃气涡轮3的涡轮6的气流，在此之后，压气机4和设备被涡轮6旋转而无需电机的辅助，这意味着燃气发生器3自主地运行，反映了涡轮轴发动机的启动阶段的结束。
[0007]此外，对于如图1所示的涡轮发电机，接合在自由涡轮9的轴8上的第二电机7使其能够满足高发电的需要。
[0008]已知的是，这种涡轮轴发动机特别地要结合在其中的飞行器包括许多需要被供电的电气部件。例如，对于具有电力推进的竖直起飞和着陆的飞行器，必须向装配飞机的所有电转子供应电力。
[0009]在如图1所示的涡轮机上，设备(如燃料泵和油泵)经由附件齿轮箱被机械地连接到燃气发生器3的轴2上。
[0010]需要获取机械能以便被旋转的设备(例如泵)也被称为附件，并且通常安装在包括至少一个齿轮系的附件齿轮箱上，以便调节附件的旋转速度。
[0011]一旦启动阶段终止，已知在发电机运行模式下使用可逆电机，以产生非推进电力(例如，28V电网)，以便向电气设施供电。电机1通过从燃气发生器3的轴2获取机械动力来产生电力，从燃气发生器获取的旋转的动能被所述电机转换成电能。
[0012]如果不需要发电，该电机1可以是不可逆的，并且包括简单的启动器，诸如启动器马达。
[0013]图2示出了作为时间和涡轮发电机的可能配置的函数，以实线示出了燃气发生器3的轴2的速度的演变，并且以虚线示出了自由涡轮9的轴8的速度的演变。可见，两个轴的速度的演变是独立的。还指示了从启动阶段退出的点。
[0014]对于具有自由涡轮和使用可逆电机的常规启动系统的涡轮轴发动机，从燃气发生器的轴获取机械动力被用于通过发电机运行模式下的可逆电机1产生电力，会影响燃气发生器的性能。
[0015]实际上，在飞行期间，电机1和设备从燃气发生器所获取的机械动力的变化导致在压气机领域中发动机的工作线的移动。该移动对应于必须提供的泵送余量，这导致：
[0016]‑
通过禁止在最佳压力水平下使用压气机，不利于发动机工作线的优化；
[0017]‑
由此降低所稳定的性能，对单位消耗量产生影响。
[0018]通过这种配置，一种不从发电机轴获取机械动力以便发电的解决方案在于使用具有离合器释放系统的用于启动功能的电机，以及与自由涡轮轴整合的用于发电功能的另一个电机，如图1所示，这在重量和成本方面是不利的，并且在实践中很少使用。
[0019]在文献FR 2 929 324中披露了一种已知的结构，该结构允许启动自由涡轮式涡轮发电机，而不增加特定的启动器。与如图1中包括两个电机的涡轮机相比，这个技术方案使之可以减少总重量和成本，并且增加涡轮发电机的可靠性。在本文件中描述的技术方案包括使用两个自由轮的切换系统，其能够实现自由涡轮式涡轮轴发动机的燃气发生器的启动，然后通过从自由涡轮轴获取机械能来产生非推进的电力。设备保持经由燃气发生器和附件齿轮箱驱动。
[0020]该解决方案使得可以，特别地，通过避免从燃气发生器获取动能的缺点，以及特别地，避免由于在飞行期间由电机所获取的机械动力的变化而导致的在压气机领域中发动机的工作线的移动的问题，来改进燃气发生器的瞬态性能。
[0021]在直升机涡轮机的背景下，具有两个自由轮的这种结构是有利的，以便在启动阶段期间不经由电机驱动主转子。实际上，由于涡轮机的自由涡轮机械地连接至主转子，因此，自由涡轮的轴与主转子之间的在启动阶段期间不能脱离联接的联接件将需要至少使能量存储系统过大尺寸，以便使得电机具有足够的能量，以能够使整个运动链(包括主转子)旋转。
[0022]然而，这种系统不适用于电驱动的旋翼飞行器的自由涡轮式涡轮发电机的情况，其中，自由涡轮的轴不联接至飞行器的旋翼的转子。换言之，这种系统对于自由涡轮式涡轮发电机而言相对太重且复杂，其中自由涡轮轴系的惯性通常较低。
[0023]为了改善自由涡轮式涡轮机的性能，还能够经由自由涡轮来驱动涡轮机的所有设备也将是有利的。然而，由于燃料泵的性能与其旋转速度相关联，因此，在启动阶段之后自由涡轮的速度的演变将不允许或强烈地影响燃料系统组件的设计，以保证涡轮机的正确启动。

技术实现思路

[0024]为此目的，本专利技术提出了一种自由涡轮式涡轮机，该涡轮机驱动具有足够功率的一个或多个电机，装配有简化的切换系统，该切换系统能够优化重量、成本和可靠性。
[0025]在本专利技术的目的中，公开了一种涡轮机，其包括：燃气发生器，该燃气发生器装配有第一机械轴；至少一个可逆电机；自由涡轮，该自由涡轮装配有第二机械轴，并且由燃气发生器所产生的气流引起旋转；附件齿轮箱；以及联接至附件齿轮箱的至少一个附件。
[0026]根据本专利技术的技术特征，在涡轮机的所有运行阶段期间，电机经由附件齿轮箱机械地联接至所述第二机械轴，并且涡轮机进一步包括单个机械联接装置，该单个机械联接装置用于以第一配置将所述第一机械轴机械地联接至附件齿轮箱，并且以第二配置将所述第一机械轴从附件齿轮箱机械地脱离联接，该电机的大小被确定成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮机(10)，包括：燃气发生器(13)，所述燃气发生器装配有第一机械轴(18)；至少一个可逆电机(11)；自由涡轮(12)，所述自由涡轮装配有第二机械轴(17)，并且被燃气发生器(13)所产生的气流引起旋转；附件齿轮箱(14)；以及联接至附件齿轮箱(14)至少一个附件(15，16)，其特征在于，在涡轮机(10)的所有运行阶段期间，所述至少一个电机(11)经由附件齿轮箱(14)机械地联接至所述第二机械轴(17)，并且涡轮机(10)进一步包括单个机械联接装置(20)，该单个机械联接装置用于在第一配置下将所述第一机械轴(18)机械地联接至附件齿轮箱(14)，并且在第二配置下将所述第一机械轴(18)从附件齿轮箱(14)机械地脱离联接，电机(11)的大小被确定成用于引起燃气发生器(13)、以及所述至少一个附件(15，16)和自由涡轮(12)在涡轮机(10)的启动期间旋转。2.根据权利要求1所述的涡轮机(10)，进一步包括所述至少一个电机(11)的控制单元(30)，所述控制单元(30)被配置成在涡轮机(10)的启动期间将电机(11)置于马达模式，并且当它检测到自由涡轮能够自主地运行时，将电机(11)置于发电机模式。3.根据权利要求2所述的涡轮机(10)，其中，电机(11)被配置成用于从涡轮机(10)的启动阶段在马达模式下运行，并且直到第二机械轴(17)或电机(11)的机械参数中的一个机械参数已经超过在阈值处自由涡轮(12)是自主的该阈值，一旦所述第二机械轴(17)或电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛伊斯，
申请(专利权)人：赛峰直升机发动机，
类型：发明
国别省市：