ТУРБОМАШИНА, ВЫПОЛНЕННАЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ ПРОВОРАЧИВАНИЯ УСТРОЙСТВА Российский патент 2018 года по МПК F02C7/06 

Уровень техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области турбинных двигателей, и в частности, к их смазке.

Термин «турбинный двигатель» используется в настоящем контексте для обозначения любой машины для преобразования тепловой энергии рабочей текучей среды в механическую энергию, заставляющей указанную рабочую текучую среду расширяться в турбине. Конкретнее, рабочая текучая среда может представлять собой газ сгорания, возникающий в результате химической реакции топлива с воздухом в камере сгорания после сжатия воздуха в компрессоре, который сам приводится в действие турбиной с помощью первого вращающегося вала. Таким образом, турбинные двигатели, как они понимаются в настоящем контексте, содержат двухконтурные и не двухконтурные турбореактивные двигатели, турбовинтовые двигатели, турбовальные двигатели или газовые турбины в числе прочих. В описании ниже термины «перед» и «после» определены относительно нормального направления потока рабочей текучей среды через турбинный двигатель.

Для того чтобы уменьшать расход топлива на многодвигательных силовых установках, были сделаны предложения, в частности, во французской заявке на патент FR 2 967 132 A1, по гашению камеры сгорания одного или более двигателей при крейсерских условиях, при этом двигатели, которые продолжают работать, таким образом, работают с более высокими уровнями мощности и тем самым достигают более хорошего конкретного расхода топлива. Для того, чтобы ускорять повторный запуск, в частности, с целью возможного повторного запуска при чрезвычайной ситуации, для того, чтобы заменять или восстанавливать другой источник мощности, который вышел из строя, французская заявка на патент FR 2 967 132 A1 также предлагает использование приводного устройства для приведения в действие указанного первого вращающегося вала для удержания указанной турбины и компрессора во вращении для каждого турбинного двигателя, в котором камера сгорания погашена. Тем не менее, в таком режиме ожидания, известном как «режим проворачивания», смазка больше не нагревается тепловыми потерями от двигателя и, в зависимости от атмосферных условий, в частности, на большой высоте или при холодной погоде, ее температура может быстро падать до значений, которые являются очень низкими, до такой степени, что двигатель больше не смазывается должным образом. К сожалению, одно из ограничений на использование, которые присущи таким турбинным двигателям, заключается в необходимости иметь достаточную смазку до того, как возможно подавать мощность валу отбора мощности, который требует некоторой минимальной температуры для смазки, обычно около -0,15ºС или 4,85ºС в зависимости от смазки. Таким образом, может быть видно, что для двигателя, который удерживается в режиме проворачивания с его погашенной камерой сгорания, желательно поддерживать по меньшей мере некоторую минимальную температуру для смазки.

Задача и сущность изобретения

Задачей изобретения является устранение недостатков известного уровня техники, в частности, путем разработки турбинного двигателя, способного удерживаться в режиме проворачивания даже при очень низких температурах, при этом продолжая обеспечивать, что он смазываться смазкой надлежащей температуры и вязкости.

В по меньшей мере одном варианте выполнения эта задача решается с помощью того факта, что такой турбинный двигатель, содержащий по меньшей мере: компрессор; камеру сгорания, расположенную после компрессора, для сгорания смеси топлива и воздуха, поступающей из компрессора; первую турбину для расширения газа сгорания, поступающего из камеры сгорания, и приведения в движение компрессора с помощью первого вращающегося вала; приводное устройство для приведения в действие указанного первого вращающегося вала для удержания первой турбины и компрессора во вращении при погашенной камере сгорания; и контур смазки двигателя; контур смазки расположен таким образом, чтобы смазывать по меньшей мере один подшипник указанного первого вращающегося вала и проходить через по меньшей мере один источник тепла, включающий в себя по меньшей мере одну электрическую нагрузку, пригодную для преобразования электрической энергии по меньшей мере частично в тепло для нагрева смазки в указанном контуре смазки при падении температуры смазки ниже первого заданного порогового значения при вращении первой турбины и компрессора с погашенной камерой сгорания.

Посредством этих обеспечений смазка может удерживаться в режиме проворачивания при температуре, которая достаточна для обеспечения надлежащей смазки двигателя даже при очень низких температурах внешней среды.

В частности, источник тепла может содержать устройство для приведения в действие первого вращающегося вала. В качестве примера, если это устройство содержит электрическую машину, такую как мотор-генератор, механически связанный с вращающимся валом, его собственная работа может генерировать достаточное тепло для нагрева смазки. Более того, если указанное приводное устройство дополнительно содержит преобразователь мощности для электрического питания указанной электрической машины, его работа также может генерировать достаточно тепла для нагрева смазки. В любом случае, отвод этого тепла от приводного устройства посредством смазки, протекающей по контуру смазки, также служит для охлаждения приводного устройства, причем охлаждение может быть необходимым или по меньшей мере предпочтительным с учетом механической мощности, подаваемой приводным устройством.

Более того, указанный источник тепла может включать в себя теплообменник для передачи тепла смазке в контуре смазки.

Другая возможность, которая может быть предусмотрена для источника тепла, представляет собой электрический резистор. Такой электрический резистор легко может быть включен в контур смазки, например, будучи погруженным в резервуар смазки, образующий часть контура. Он легко может активироваться и деактивироваться посредством его подачи электрической мощности, тем самым упрощая точное регулирование температуры смазки.

Для того чтобы регулировать температуру смазки, контур смазки также может включать в себя закрываемый байпасный канал вокруг источника тепла. Для того, чтобы закрываться в ответ на необходимость нагрева смазки, этот закрываемый канал может включать в себя, например, термостатический клапан или клапан, соединенный с блоком управления.

Для того чтобы получать более большую тепловую мощность и/или для того, чтобы облегчать регулирование нагрева смазки, контур смазки может проходить через по меньшей мере два источника тепла, пригодных для нагрева смазки в указанном контуре во время вращения указанной турбины и компрессора с погашенной камерой сгорания. Эти два источника тепла могут быть расположены параллельно для того, чтобы минимизировать потери напора в контуре смазки, или последовательно для того, чтобы облегчать регулирование температуры контура.

Несмотря на то, что турбинный двигатель может требовать нагрева его смазки, находясь в режиме проворачивания, может стать желательным охлаждение смазки после зажигания камеры сгорания. Для того, чтобы выполнять это, контур смазки также может проходить через по меньшей мере один теплопоглотитель для охлаждения смазки при зажженной камере сгорания. Для того, чтобы обеспечивать регулирование контура смазки также в этой ситуации, контур также может включать в себя закрываемый канал, байпасирующий теплопоглотитель. Подобно каналу, байпасирующему источник тепла, этот другой байпасный канал может быть обеспечен термостатическим клапаном или клапаном, соединенным с блоком управления, с целью его закрытия в ответ на необходимость охлаждения смазки.

Турбинный двигатель может, в частности, относиться к типу турбовального двигателя или турбовинтовому типу, в случае чего он также может включать в себя вторую турбину, расположенную после первой турбины и механически связанную с валом отбора мощности.

Настоящее раскрытие также относится к силовой установке, имеющей по меньшей мере вышеотмеченные первый турбинный двигатель и второй турбинный двигатель, и также к летательному аппарату, оборудованному такой силовой установкой. Таким образом, возможно удержание первого турбинного двигателя в режиме проворачивания при нормальной работе второго турбинного двигателя и зажигание камеры сгорания первого турбинного двигателя для того, чтобы подавать мощность в дополнение к мощности от второго турбинного двигателя. Разумеется, силовая установка может иметь некоторое количество двигателей, которое больше двух, такое как, например, три или еще больше.

Более того, настоящее изобретение также относится к способу регулирования температуры смазки в контуре смазки турбинного двигателя, содержащего по меньшей мере: компрессор; камеру сгорания, расположенную после компрессора, для сгорания смеси топлива и воздуха, поступающей из компрессора; первую турбину для расширения газа сгорания, поступающего из камеры сгорания, и приведения в движение компрессора с помощью первого вращающегося вала; и приводное устройство для приведения в действие указанного первого вращающегося вала; в котором указанную смазку для смазки по меньшей мере одного подшипника указанного первого вращающегося вала направляют через источник тепла, через который проходит указанный контур смазки, и содержащий по меньшей мере одну электрическую нагрузку для преобразования электрической энергии по меньшей мере частично в тепло для нагрева смазки при падении температуры смазки ниже первого заданного порогового значения при удержании первой турбины и компрессора во вращении с помощью указанного приводного устройства с погашенной камерой сгорания. В дополнение, указанную смазку могут направлять через теплопоглотитель, через который проходит указанный контур, для того, чтобы охлаждать ее при превышении температурой смазки второго заданного порогового значения при зажженной камере сгорания.

Краткое описание чертежей

Изобретение в дальнейшем поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на фигуры чертежей, на которых:

Фиг. 1 представляет собой изображение летательного аппарата с силовой установкой, содержащей два турбинных двигателя;

Фиг. 2 показывает силовую установку более подробно;

Фиг. 3 представляет собой изображение контура смазки в первом варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2;

Фиг. 3А показывает поток смазки по контуру смазки на Фиг. 3 ниже первого порогового значения температуры;

Фиг. 3B показывает поток смазки по контуру смазки на Фиг. 3 между первым пороговым значением температуры и вторым пороговым значением температуры;

Фиг. 3С показывает поток смазки по контуру смазки на Фиг. 3 выше второго порогового значения температуры;

Фигуры 4A-4E показывают источник тепла, расположенный в контуре смазки на Фиг. 3, в различных отличных альтернативах;

Фиг. 5 представляет собой блок-схему, схематически показывающую способ регулирования контура смазки на Фиг. 3;

Фиг. 6 представляет собой график, показывающий открытие и закрытие байпасных клапанов в способе на Фиг. 5;

Фиг. 7 представляет собой изображение контура смазки во втором варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2;

Фиг. 8 представляет собой блок-схему, схематически показывающую способ регулирования контура смазки на Фиг. 7;

Фиг. 9 представляет собой график, показывающий активацию и деактивацию подачи электрической мощности и открытие и закрытие байпасных клапанов в способе на Фиг. 8;

Фиг. 10 представляет собой изображение контура смазки в третьем варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2;

Фиг. 11 представляет собой блок-схему, схематически показывающую способ регулирования контура смазки на Фиг. 8;

Фиг. 12 представляет собой график, показывающий открытие и закрытие байпасных клапанов в способе на Фиг. 11;

Фиг. 13 представляет собой изображение контура смазки в четвертом варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2;

Фиг. 14 представляет собой изображение, показывающее контур смазки в пятом варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2;

Фиг. 15 представляет собой изображение, показывающее контур смазки в шестом варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2; и

Фиг. 16 представляет собой изображение контура смазки в седьмом варианте выполнения для одного из двигателей силовой установки на Фиг. 2.

Подробное описание изобретения

Первая Фиг. показывает винтокрылый летательный аппарат 1, конкретнее, вертолет, имеющий главный ротор 2 и хвостовой ротор 3, причем роторы связаны с силовой установкой 4, которая приводит их в действие. Показанная силовая установка 4 содержит первый турбинный двигатель 5а и второй турбинный двигатель 5b. Конкретнее, эти двигатели 5а и 5b представляют собой турбовальные двигатели, имеющие оба их вала 6 отбора мощности, соединенные с главной коробкой 7 передач для приведения в действие главного ротора 2 и хвостового ротора 3.

Силовая установка 4 показана более подробно на Фиг. 2. Каждый двигатель 5а, 5b содержит компрессор 8, камеру 9 сгорания, первую турбину 10, соединенную с помощью вращающегося вала 11 с компрессором 8, и вторую турбину 12 или «свободную» турбину, которая связана с валом 6 отбора мощности. Узел, содержащий компрессор 8, камеру 9 сгорания, первую газовую турбину 10 и вращающийся вал 11, также известен как «газогенератор». Вращающийся вал 11 каждого газогенератора механически связан с приводным устройством 13, содержащим электрическую машину 13а, конкретнее, мотор-генератор, и преобразователь 13b мощности, который электрически соединен с электрической машиной 13а и который соединен с электрической сетью летательного аппарата 1.

Приводное устройство 13 служит и для запуска соответствующего двигателя 5а, 5b, и также для генерации электричества после его запуска. Во время запуска электрическая машина 13а действует в режиме мотора, и преобразователь 13b мощности электрически питает ее от электрической сети летательного аппарата. После запуска электрическая машина 13а работает в режиме генератора, и преобразователь мощности адаптирует электричество, которое она генерирует, к надлежащему напряжению и силе тока для питания электрической сети летательного аппарата.

Более того, приводное устройство 13 может, тем не менее, также использоваться для удержания соответствующего двигателя 5а, 5b в режиме проворачивания, заставляя вращающийся вал 11 проворачиваться при погашенной камере 9 сгорания с уменьшенной скоростью Nturn, которая может, например, лежать в диапазоне 5%-20% номинальной скорости N1 вращающегося вала 11. Удержание двигателя в режиме проворачивания служит для ускорения его возможного запуска.

Мощность, подаваемая силовой установкой 4, может значительно изменяться в зависимости от этапа полета летательного аппарата 1. Таким образом, мощность, требуемая при крейсерских условиях, обычно по существу меньше максимальной непрерывной мощности, которую силовая установка 4 может подавать, и даже меньше ее максимальной отбираемой мощности. Учитывая, что силовая установка 4 имеет размер в зависимости от ее максимальной отбираемой мощности, она имеет значительный избыточный размер по сравнению с мощностью, требуемой для крейсерских условий. Следовательно, при крейсировании с обоими работающими двигателями 5а и 5b, они оба могут быть далеки от их оптимальной рабочей скорости, что приводит к относительно высокому конкретному расходу топлива. На практике с силовой установкой, которая имеет множество двигателей, возможно предусмотрение поддержания крейсерских условий с по меньшей мере одним погашенным двигателем. Другие двигатели могут в этом случае работать со скоростью, которая ближе к их оптимальной скорости, таким образом, конкретный расход топлива может быть уменьшен. Для того, чтобы обеспечивать работу силовой установки в таком режиме работы, при этом также обеспечивая, что двигатель, который погашен, может быть запущен немедленно, в заявке на патент FR 2 967 132 сделаны предложения по удержанию этого двигателя, который погашен, в режиме проворачивания.

В силовой установке 4, показанной на Фиг. 2, первый двигатель 5а, таким образом, погашен при крейсировании летательного аппарата 1, а второй двигатель 5b подает всю мощность для главного ротора 2 и хвостового ротора 3 с помощью главной коробки 7 передач. Электрическая машина 13а второго двигателя 5b также одновременно действует с возможностью питания электрической сети летательного аппарата 1 с помощью его преобразователя 13b мощности. Для того, чтобы быть способным обеспечивать, что первый двигатель 5а может быть запущен в чрезвычайной ситуации, в частности, в случае выхода из строя второго двигателя 5b, первый двигатель 5а удерживается в режиме проворачивания с помощью его электрической машины 13а, приводящей в движение его вращающийся вал 11 с мощностью от его преобразователя 13b мощности.

Тем не менее, в полете с погашенной камерой 9 сгорания и с температурами внешней среды, которые могут быть очень низкими, особенно на большой высоте, температура T смазки в первом двигателе 5а может очень значительно падать. Для того, чтобы предотвращать достижение ею уровня, который является слишком низким, что может негативно влиять на смазку подвижных частей первого двигателя 5а, контур 14 смазки в первом варианте выполнения, который показан на Фиг. 3, проходит через источник 15 тепла.

Конкретнее, контур 14 смазки представляет собой замкнутый контур, содержащий резервуар 16 и насос 17 и проходящий через теплопоглотитель 18 и источник 15 тепла вместе с элементами 19 для смазки в первом двигателе 5а. Контур 14 также имеет байпасные каналы 20 и 21 соответственно для байпасирования теплопоглотителя 18 и источника 15 тепла, каждый из которых имеет соответственный термостатический клапан 22, 23 для закрытия его в соответствующем заданном диапазоне температуры. Тем не менее, клапаны, которые соединены с блоком управления, который сам соединен с датчиками для измерения температуры смазки, могут использоваться вместо термостатических клапанов с этой же целью.

Теплопоглотитель 18 обычно представляет собой теплообменник смазки/воздуха, служащий для отвода тепла от смазки в наружный воздух. Тем не менее, также могут использоваться другие типы теплопоглотителя, в частности, теплообменники смазки/топлива.

В качестве примера, источник 15 тепла может содержать электрическую машину 13а первого двигателя 5а или его преобразователь 13b мощности. В варианте, показанном на Фиг. 4А, источник 15 тепла представляет собой электрическую машину 13а, непосредственно через которую проходит контур 14 смазки. При работе в качестве мотора, приводящего в движение вращающийся вал 11 в режиме проворачивания, эта электрическая машина 13а генерирует тепло, причем тепло отводится в этом варианте с помощью смазки, протекающей по контуру 14 смазки. Таким образом, нагрев смазки может одновременно способствовать охлаждению электрической машины. В варианте, показанном на Фиг. 4B, источник 15 тепла представляет собой преобразователь 13b мощности. При работе электрической машины 13а в качестве мотора, приводящего в движение вращающийся вал 11 в режиме проворачивания, питание этой электрической машины с помощью преобразователя 13b мощности также генерирует тепло, причем тепло отводится в этом варианте с помощью смазки, протекающей по контуру 14 смазки. Таким образом, нагрев смазки может одновременно способствовать охлаждению преобразователя 13b мощности. Передача тепла между устройством 13 для приведения в действие вращающегося вала 11 и контуром 14 смазки необязательно происходит непосредственно, как в первых двух вариантах, но опосредованно с помощью контура охлаждения, проходящего через теплообменник, который также имеет контур 14 смазки, отдельно проходящий через него. Таким образом, в третьем варианте, показанном на Фиг. 4С, источник 15 тепла контура 14 смазки содержит теплообменник 24, соединенный, таким образом, с контуром 25, для охлаждения электрической машины 13а первого двигателя 5а. В четвертом варианте, показанном на Фиг. 4D, источник тепла содержит теплообменник 24, соединенный таким же образом с контуром 25, для охлаждения преобразователя 13b мощности первого двигателя 5а.

В частности, когда источник 15 тепла контура 14 смазки включает в себя такой теплообменник, также возможно предусмотрение его использования для передачи тепла от элементов, отличных от устройства 13 для приведения в движение первого двигателя 5а. В качестве примера, эта передача тепла может происходить от второго двигателя 5b, который остается работающим в полете при нахождении первого двигателя 5а в режиме проворачивания. Таким образом, в пятом варианте, показанном на Фиг. 4E, теплообменник 24, образующий источник 15 тепла контура 14 смазки, соединен с контуром 25' для охлаждения устройства 13 для приведения в действие второго двигателя 5b. Если этот второй двигатель 5b нормально работает при удержании первого двигателя 5а в режиме проворачивания, в этом случае электрическая машина 13а может действовать в качестве генератора электричества, питающего электрическую сеть летательного аппарата 1 с помощью преобразователя 13b мощности. В этой ситуации и эта электрическая машина 13а, и преобразователь 13b мощности одновременно генерируют тепло, которое может отводиться к контуру 14 смазки первого двигателя 5а с помощью контура 25' охлаждения.

В каждом из этих вариантов источник 15 тепла и теплопоглотитель 18 могут байпасироваться для того, чтобы регулировать температуру смазки первого двигателя 5а. Блок-схема на Фиг. 5 показывает, как работает регулирование температуры, начиная с исходной ситуации, в которой оба термостатических клапана 22 и 23 контура 14 смазки, показанного на Фиг. 3, открыты, ситуации, которая показана на Фиг. 3B, и в которой большая часть потока смазки, выкачиваемой насосом 17 через контур 14, байпасирует и теплопоглотитель 18, и источник 15 тепла, проходя соответственно по байпасным каналам 20 и 21. На этапе S501 температуру T смазки сравнивают с первым пороговым значением T_1a закрытия. Если температура T смазки равна или меньше порогового значения T_1а закрытия, термостатический клапан 23 в байпасном канале 21 вокруг источника 15 тепла закрывается на этапе S502, тем самым закрывая этот байпасный канал 21 и заставляя смазку проходить через источник 15 тепла, как показано на Фиг. 3А. Смазка, таким образом, нагревается для того, чтобы обеспечивать, что она может течь, даже если первый двигатель 5а находится в режиме проворачивания. В качестве примера, пороговое значение T_1a закрытия может лежать в диапазоне 59,85ºС-69,85ºС.

Если термостатический клапан 23, таким образом, закрыт, на следующем этапе S503 температуру T смазки сравнивают с первым пороговым значением T_1b открытия. При условии, что температура T не выше порогового значения T_1b открытия, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки выше этого порогового значения T_1b открытия, далее термостатический клапан 23 в байпасном канале 21 вокруг источника 15 тепла повторно открывается на этапе S504 так, чтобы возвращаться к конфигурации, показанной на Фиг. 3A. Пороговое значение T_1b открытия может быть идентичным пороговому значению T_1а закрытия. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис для исключения нестабильности термостатического клапана 23, пороговое значение T_1b открытия может быть ощутимо выше порогового значения T_1а закрытия, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС выше. Этот гистерезис показан на Фиг. 6. Это характерно для определенных типов термостатического клапана, таких как термостатические клапаны с восковым стержнем, но другие типы клапана, такие как соленоидные клапаны, также могут быть выполнены с возможностью работы с таким гистерезисом для того, чтобы исключать нестабильность.

После повторного открытия термостатического клапана 23 на этапе S504, или если температура T стала уже выше первого порогового значения T_1а закрытия на этапе S501, далее на этапе S505 температуру T смазки сравнивают со вторым пороговым значением T_2a закрытия. Если температура T смазки равна или выше этого второго порогового значения T_2a закрытия, термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 закрывается на этапе S506, тем самым закрывая этот байпасный канал 20 и заставляя смазку проходить через теплопоглотитель 18, как показано на Фиг. 3С. Смазка, таким образом, охлаждается для того, чтобы отводить тепло, генерируемое в первом двигателе 5а. Второе пороговое значение T_2a закрытия по существу выше первого порогового значения T_1a закрытия и также первого порогового значения T_1b открытия, и, в качестве примера, оно может лежать в диапазоне 79,85ºС-89,85ºС.

Если термостатический клапан 22, таким образом, закрыт, далее на следующем этапе S507 температуру T смазки сравнивают со вторым пороговым значением T_2b открытия. При условии, что температура T не меньше этого порогового значения T_1b открытия, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки меньше этого порогового значения T_2b открытия, термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 повторно открывается на этапе S508 для того, чтобы возвращаться к конфигурации, показанной на Фиг. 3B. Пороговое значение T_2b открытия может быть идентичным пороговому значению T_2a закрытия. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис для исключения нестабильности термостатического клапана 22, пороговое значение T_2b открытия может быть ощутимо ниже порогового значения T_2a закрытия, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС ниже, при этом оставаясь по существу выше первого порогового значения T_1a закрытия и первого порогового значения T_1b открытия. Этот гистерезис также показан на Фиг. 6.

Тем не менее, могут быть предусмотрены другие альтернативы для регулирования температуры смазки двигателя и, в частности, для ее нагрева в режиме проворачивания. Таким образом, в варианте выполнения, показанном на Фиг. 7, который также применим к силовой установке 4 на Фиг. 1 и 2, источник 15 тепла контура 14 смазки содержит электрический резистор 29 в резервуаре 16. Другие элементы в этом втором варианте выполнения аналогичны элементам с такими же ссылочными позициями на Фиг. 3.

Электрический резистор 29 соединен с электрической сетью летательного аппарата 1 для того, чтобы электрически питаться, и он может активироваться и деактивироваться по желанию. Байпасный канал вокруг источника 15 тепла является в связи с этим необязательным для регулирования температуры T смазки в контуре 14 смазки. Блок-схема на Фиг. 8 показывает способ регулирования этого второго варианта выполнения, начиная с исходной ситуации, в которой подача мощности к электрическому резистору 26 деактивирована, и термостатический клапан 22 открыт. На этапе S801 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_0а активации. Если температура T смазки равна или ниже порогового значения T_0а активации, подачу мощности к электрическому резистору 29 активируют на этапе S802, тем самым генерируя тепло, которое передают смазке, проходящей по контуру 14 смазки. Смазка, таким образом, нагревается так, чтобы обеспечивать, что она может течь, и это применяется, даже если первый двигатель 5а находится в режиме проворачивания. В этом варианте выполнения пороговое значение T_0a активации может, например, лежать в диапазоне 9,85ºС-19,85ºС.

Если подача мощности к электрическому резистору 26, таким образом, активирована, далее на следующем этапе S803 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_0b деактивации. При условии, что температура T не выше этого порогового значения T_0b деактивации, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки выше этого порогового значения T_0b деактивации, подачу мощности к электрическому резистору 26 могут деактивировать на этапе S804. Пороговое значение T_0b деактивации может быть идентичным пороговому значению T_0а активации. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис, пороговое значение T_0b деактивации может быть ощутимо выше порогового значения T_0а активации, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС выше. Этот гистерезис показан на Фиг. 9.

После деактивации подачи мощности к электрическому резистору 29 на этапе S804, или если температура T уже выше порогового значения T_0а активации на этапе S801, далее на этапе S805 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_2a закрытия. Если температура T смазки равна или выше этого порогового значения T_2a закрытия, термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 закрывается на этапе S806, тем самым закрывая байпасный канал 20 и заставляя смазку проходить через теплопоглотитель 18. Смазка, таким образом, охлаждается для того, чтобы отводить тепло, генерируемое в первом двигателе 5а. Это пороговое значение T_2а закрытия по существу выше порогового значения T_0аактивации и порогового значения T_0b деактивации и, в качестве примера, оно может лежать в диапазоне 79,85ºС-89,85ºС.

Если термостатический клапан 22, таким образом, закрыт, далее на следующем этапе S807 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_2b открытия. При условии, что температура T не ниже этого порогового значения T_1b открытия, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки ниже этого порогового значения T_2b открытия, термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 повторно открывается на этапе S808. Пороговое значение T_2b открытия может быть идентичным пороговому значению T_2a закрытия. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис для исключения нестабильности термостатического клапана 22, пороговое значение T_2b открытия может быть ощутимо ниже порогового значения T_2a закрытия, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС ниже, при этом оставаясь по существу выше порогового значения T_0а активации и порогового значения T_0b деактивации. Этот гистерезис также показан на Фиг. 9.

Также возможно объединение характеристик первого и второго вариантов выполнения в третьем варианте выполнения, который показан на Фиг. 10. В этом третьем варианте выполнения контур 14 смазки имеет два источника 15a, 15b тепла: первый источник 15a тепла в соответствии с любым из вариантов, показанных на Фиг. 4A-4E, имеющий байпасный канал 21, оборудованный термостатическим клапаном 23, как в первом варианте выполнения; и также второй источник 15b тепла, содержащий электрический резистор 29 в резервуаре 16, как во втором варианте выполнения. Остальные элементы в этом третьем варианте выполнения аналогичны элементам, имеющим те же самые ссылочные позиции на Фиг. 3 и 6.

Блок-схема на Фиг. 11 показывает способ регулирования этого третьего варианта выполнения, начиная с исходной ситуации, в которой подача мощности к электрическому резистору 29 деактивирована, и термостатические клапаны 22 и 23 открыты. На этапе S1101 температуру T смазки сравнивают с первым пороговым значением T_1а закрытия. Если температура T смазки равна или ниже порогового значения T_1а закрытия, термостатический клапан 23 в байпасном канале 21 вокруг первого источника 15a тепла закрывается на этапе S1102, тем самым закрывая этот байпасный канал 21 и заставляя смазку проходить через первый источник 15a тепла, как показано на Фиг. 3A. Смазка, таким образом, нагревается для обеспечения того, что она может течь, даже если первый двигатель 5а находится в режиме проворачивания. В качестве примера, первое пороговое значение T_1a закрытия может лежать в диапазоне 59,85ºС-69,85ºС.

Тем не менее, может случаться, что температура T смазки является слишком низкой для обеспечения достаточно быстрого нагрева смазки исключительно с помощью первого источника 15a тепла. Вследствие этого, на следующем этапе S1103 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_0а активации, которое по существу ниже первого порогового значения T_1a закрытия. Если температура T смазки равна или ниже порогового значения T_0а активации, подачу мощности к электрическому резистору 29 активируют на этапе S1104, тем самым генерируя тепло, которое передают смазке, проходящей по контуру 14 смазки. Это обеспечивает дополнительный нагрев смазки. В качестве примера, в этом варианте выполнения пороговое значение T_0a активации может лежать в диапазоне 9,85ºС-19,85ºС.

Если подача мощности к электрическому резистору 29, таким образом, активирована, далее на следующем этапе S1105 температуру T смазки сравнивают с пороговым значением T_0b деактивации. При условии, что температура T не выше порогового значения T_0b деактивации, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки выше порогового значения T_0b деактивации, далее подачу мощности к электрическому резистору 29 деактивируют на этапе S1106. Пороговое значение T_0b деактивации может быть идентичным пороговому значению T_0a активации. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис, пороговое значение T_0b деактивации может быть ощутимо выше порогового значения T_0a активации, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС выше, при этом оставаясь по существу ниже первого порогового значения T_1a закрытия. Этот гистерезис показан на Фиг. 12.

После деактивации подачи мощности к электрическому резистору 26 на этапе S1106, или если температура T уже выше порогового значения T_0a активации на этапе S1103, далее на этапе S1107 температуру T смазки сравнивают с первым пороговым значением T_1b открытия. При условии, что температура T не выше этого порогового значения T_1b открытия, способ возвращают к этапу S1103, и по меньшей мере этапы S1103 и S1107 повторяют в цикле. Если температура T смазки выше первого порогового значения T_1b открытия, термостатический клапан 23 в байпасном канале 21 источника 15 тепла повторно открывается на этапе S1108. Первое пороговое значение T_1b открытия может быть идентичным первому пороговому значению T_1a закрытия. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис для исключения нестабильности термостатического клапана 23, первое пороговое значение T_1b открытия может быть ощутимо выше первого порогового значения T_1a закрытия, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС выше. Этот гистерезис также показан на Фиг. 12.

После повторного открытия термостатического клапана 23 на этапе S1108, или если температура T уже выше первого порогового значения T_1a закрытия на этапе S1101, далее на этапе S1109 температуру T смазки сравнивают со вторым пороговым значением T_2a закрытия. Если температура T смазки равна или выше второго порогового значения T_2a закрытия, далее термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 закрывается на этапе S1110, тем самым закрывая байпасный канал 20 и заставляя смазку проходить через теплопоглотитель 18. Смазка, таким образом, охлаждается для того, чтобы отводить тепло, генерируемое в первом двигателе 5а. Второе пороговое значение T_2a закрытия по существу выше первого порогового значения T_1a закрытия и первого порогового значения T_1b открытия, и, например, оно может лежать в диапазоне 79,85ºС-89,85ºС.

Если термостатический клапан 22, таким образом, закрыт, далее на следующем этапе S1111 температуру T смазки сравнивают со вторым пороговым значением T_2b открытия. При условии, что температура T не ниже порогового значения T_1b открытия, этот этап регулярно повторяют в цикле. Если температура T смазки ниже этого порогового значения T_2b открытия, термостатический клапан 22 в байпасном канале 20 вокруг теплопоглотителя 18 повторно открывается на этапе S1112. Пороговое значение T_2b открытия может быть идентичным пороговому значению T_2a закрытия. Тем не менее, для того, чтобы устанавливать гистерезис для исключения нестабильности в термостатическом клапане 22, пороговое значение T_2b открытия может быть ощутимо ниже порогового значения T_2a закрытия, например, на 0,0183ºС-0,0366ºС ниже, при этом оставаясь по существу выше первого порогового значения T_1a закрытия и первого порогового значения T_1b открытия. Этот гистерезис также показан на Фиг. 12.

В общем, всегда возможно предусмотрение объединения множества источников тепла, которые могут байпасироваться или деактивироваться в контуре смазки. Таким образом, в четвертом варианте выполнения, показанном на Фиг. 13, два источника 15a и 15b тепла размещены параллельно в контуре 14 смазки. Каждый из этих двух источников 15a и 15b тепла может соответствовать любому из вариантов, показанных на Фиг. 4A-4H. Другие элементы аналогичны элементам первого варианта выполнения, и им присвоены те же самые ссылочные позиции. Таким образом, общий закрываемый байпасный канал 21 служит для байпасирования обоих источников 15a и 15b тепла одновременно, и температура смазки может регулироваться с использованием способа на Фиг. 5. В пятом варианте выполнения, показанном на Фиг. 14, два источника 15a и 15b тепла объединены с третьим источником 15с тепла, содержащим электрический резистор 29 в резервуаре 16, как во втором и третьем вариантах выполнения. Другие элементы аналогичны элементам четвертого варианта выполнения, и им присвоены те же самые ссылочные позиции. Температура смазки в этом варианте выполнения могут регулироваться с использованием способа на Фиг. 9.

Фиг. 15 показывает шестой вариант выполнения, аналогичный четвертому варианту выполнения, но в котором два источника 15a и 15b тепла расположены последовательно, а не параллельно. Элементам, аналогичным элементам четвертого варианта выполнения, присвоены те же самые ссылочные позиции. Фиг. 16 показывает седьмой вариант выполнения, аналогичный пятому варианту выполнения, но в котором два источника 15a и 15b тепла расположены последовательно, а не параллельно. Элементам, аналогичным элементам четвертого варианта выполнения, присвоены те же самые ссылочные позиции. В этих последних двух вариантах выполнения, как и в четвертом и пятом вариантах выполнения, два источника 15a и 15b тепла совместно используют общий закрываемый байпасный канал 21, таким образом, обеспечивая регулирование температуры смазки с использованием способа на Фиг. 5 для шестого варианта выполнения и способа на Фиг. 9 для седьмого варианта выполнения. Тем не менее, также равновозможно предусмотрение оборудования этих контуров смазки отдельными закрываемыми байпасными каналами для каждого из первого и второго источников тепла с пороговыми значениями открытия и закрытия, которые равны или различны для устройств закрытия в каждом из отдельных байпасных каналов.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты выполнения, ясно, что могут быть выполнены различные преобразования и изменения этих вариантов выполнения, не выходящие за пределы общего объема охраны изобретения, который определен формулой изобретения. Например, необязательная подача электрической мощности к элементам в каждом контуре смазки может поступать из источников, отличных от электрической сети летательного аппарата, таких как, например, специализированный генератор и/или аккумуляторная батарея. В дополнение, отдельные характеристики различных описанных вариантов выполнения могут быть объединены в дополнительных вариантах выполнения. Вследствие этого, описание и чертежи должны рассматриваться в иллюстративном смысле, а не ограничительном.

Изобретение относится к области турбинных двигателей и, конкретнее, к двигателю, содержащему по меньшей мере: компрессор; камеру сгорания; первую турбину, соединенную с компрессором с помощью первого вращающегося вала; приводное устройство для приведения в действие указанного первого вращающегося вала для того, чтобы удерживать первую турбину и компрессор во вращении при погашенной камере сгорания; и контур смазки для смазки двигателя. Контур проходит через по меньшей мере один источник тепла, пригодный для нагрева смазки в указанном контуре смазки при вращении первой турбины и компрессора с погашенной камерой сгорания. Описаны также силовая турбина и способ регулирования температуры смазки в контуре. Технический результат – обеспечение двигателя смазкой надлежащей температуры и вязкости в режиме проворачивания даже при очень низких температурах. 3 н. и 12 з.п. ф-лы,23 ил.

1. Турбинный двигатель (5а), содержащий по меньшей мере:

компрессор (8);

камеру (9) сгорания, расположенную после компрессора (8), для сгорания смеси топлива и воздуха, поступающей из компрессора (8);

первую турбину (10) для расширения газа сгорания, поступающего из камеры (9) сгорания, и приведения в движение компрессора (8) с помощью первого вращающегося вала (11);

приводное устройство (13) для приведения в действие указанного первого вращающегося вала (11) для удержания первой турбины (10) и компрессора (8) во вращении при погашенной камере (9) сгорания; и

контур (14) смазки для смазки двигателя (5а);

причем контур смазки расположен таким образом, чтобы смазывать по меньшей мере один подшипник указанного первого вращающегося вала (11), и проходит через по меньшей мере один источник (15, 15a-15c) тепла, включающий в себя по меньшей мере одну электрическую нагрузку, пригодную для преобразования электрической энергии по меньшей мере частично в тепло для нагрева смазки в указанном контуре (14) смазки при падении температуры смазки ниже первого заданного порогового значения при вращении первой турбины (10) и компрессора (8) с погашенной камерой (9) сгорания.

2. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный источник (15, 15a, 15b) тепла содержит указанное приводное устройство (13).

3. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный источник (15, 15a, 15b) тепла включает в себя теплообменник (24) для передачи тепла смазке в контуре (14) смазки.

4. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный источник (15, 15b, 15c) тепла содержит электрический резистор (29).

5. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный контур (14) смазки включает в себя закрываемый байпасный канал (21) вокруг источника (15, 15a, 15b) тепла.

6. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный контур (14) смазки проходит через по меньшей мере два источника (15a-15c) тепла, пригодных для нагрева смазки в указанном контуре (14) во время вращения первой турбины (10) и компрессора (8) с погашенной камерой (9) сгорания.

7. Турбинный двигатель (5а) по п. 6, в котором указанные два источника (15a, 15b) тепла расположены параллельно в указанном контуре (14) смазки.

8. Турбинный двигатель (5а) по п. 6, в котором указанные два источника (15a, 15b) тепла расположены последовательно в указанном контуре (14) смазки.

9. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанный контур (14) смазки также проходит через по меньшей мере один теплопоглотитель (18) для охлаждения указанной смазки при зажженной камере (9) сгорания.

10. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, в котором указанное приводное устройство (13) содержит электрическую машину (13а), механически связанную с указанным первым вращающимся валом (11).

11. Турбинный двигатель (5а) по п. 10, в котором указанное приводное устройство (13) дополнительно содержит преобразователь (13b) мощности для электрического питания указанной электрической машины (13а).

12. Турбинный двигатель (5а) по п. 1, дополнительно содержащий вторую турбину (12), расположенную после первой турбины (10) и механически соединенную с валом (6) отбора мощности.

13. Силовая установка (4), содержащая по меньшей мере первый турбинный двигатель (5а) по п. 1 и второй турбинный двигатель (5b).

14. Способ регулирования температуры смазки в контуре (14) смазки турбинного двигателя (5а), содержащего по меньшей мере: компрессор (8); камеру (9) сгорания, расположенную после компрессора (8), для сгорания смеси топлива и воздуха, поступающей из компрессора (8); первую турбину (10) для расширения газа сгорания, поступающего из камеры (9) сгорания, и приведения в движение компрессора (8) с помощью первого вращающегося вала (11); и приводное устройство (13) для приведения в действие указанного первого вращающегося вала (11); в котором указанную смазку для смазки по меньшей мере одного подшипника указанного первого вращающегося вала (11) направляют через источник (15, 15a-15c) тепла, через который проходит указанный контур (14) смазки, и содержащий по меньшей мере одну электрическую нагрузку для преобразования электрической энергии по меньшей мере частично в тепло для нагрева смазки при падении температуры смазки ниже первого заданного порогового значения при удержании первой турбины (10) и компрессора (8) во вращении с помощью указанного приводного устройства (13) с погашенной камерой (9) сгорания.

15. Способ по п. 14, в котором указанную смазку направляют через теплопоглотитель (18), через который проходит указанный контур (14) смазки, для того, чтобы охлаждать ее при превышении температурой смазки второго заданного порогового значения при зажженной камере (9) сгорания.