BRPI0809725A2 - "processo para o arranque de um turbomotor de aeronave com ajuda de um dispositivo de arranque elétrico e sistema para a colocação em funcionamento de um turbomotor com a ajuda de um dispositivo de arranque elétrico" - Google Patents
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Description
I "PROCESSO PARA O ARRANQUE DE UM TURBOMOTOR DE AERONAVE COM AJUDA DE UM DISPOSITIVO DE ARRANQUE ELÉTRICO E SISTEMA PARA A COLOCAÇÃO EM FUNCIONAMENTO DE UM TURBOMOTOR COM A AJUDA DE UM DISPOSITIVO DE ARRANQUE ELÉTRICO".
Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um processo para o arranque de turbomotor em tempo frio e um turbomotor, particularmente para aeronave, aplicando esse processo.
Antecedentes da invenção
Diz-se que para dar partida em um turbomotor, utiliza-se um dispositivo de arranque liberando um acoplamento de motor sobre a árvore do mencionado turbomotor. Um acoplamento de motor tal tem por objetivo superar o 15 conjunto de forças resistivas impostas sobre a mencionada árvore e resultando principalmente da série aerodinâmica em rotação, da fricção mecânica das peças em contato e das perdas por fricção viscosa entre as peças em contato banhadas no fluído de pelo menos um circuito hidráulico 20 de lubrificação e/ou de regulação térmica associado ao mencionado turbomotor. 0 dispositivo de arranque acelera progressivamente o turbomotor e, quando uma velocidade de rotação predefinida é alcançada, inicia-se a injeção e ignição do combustível na câmara de combustão o 25 turbomotor. Depois, para uma outra velocidade prédefinida, a ação do dispositivo de arranque é detida e o turbomotor continua a acelerar até a sua velocidade de desaceleração graças à combustão do mencionado combustível.
Os dispositivos de arranque conhecidos podem ser de tipo pneumático (turbina alimentada com ar comprimido), porém, cada vez mais, eles são de tipo elétrico. Nesse último caso, trata-se geralmente de máquinas sincronizadas funcionando a motor durante a fase de arranque do 35 turbomotor e com gerador durante as fases de vôo da aeronave. Na continuação consideram-se somente os dispositivos de arranque de tipo elétrico. Compreender-se-á igualmente que, em tempo frio (por exemplo, quando a temperatura ambiente e a temperatura do fluído do circuito hidráulico associado ao turbomotor é inferior a -20°C) , o mencionado fluído congela, o qual 5 aumenta fortemente o par resistivo que deve vencer o dispositivo de arranque elétrico para dar partida ao mencionado turbomotor. Naturalmente, o dispositivo de arranque deve ser apto para efetuar tais arranques a frio, de modo que sua potência é prevista para esse 10 efeito. Contudo nota-se que os arranques a frio são eventos relativamente raros em a vida de uma aeronave, de modo que é preparado para utilizar ou os dispositivos de arranque extremamente potentes e, portanto, pesados, em a maior parte das seqüências de arranque, ou os processos 15 de aquecimento do circuito hidráulico do turbomotor através da utilização de fonte de calor externa.
O inconveniente de massa e potência excessivas para um dispositivo de arranque elétrico de aeronave é ainda aumentado pelo fato de, por razões de arquitetura 20 elétrica no nível dos sistemas de avião, se prever dois dispositivos de arranque elétricos por turbomotor. Dessa forma, o mencionado turbomotor pode ser ligado mesmo se um dos dispositivos de arranque elétrico está enfraquecido.
Por outro lado, deve-se notar que o par resistivo viscoso desenvolvido por um turbomotor durante um arranque a rio é difícil de predizer com exatidão. Ele depende da temperatura exata do fluído do turbomotor no instante do arranque, da qualidade e das propriedades de esse fluído, 30 da deformação relativa ligada à temperatura ambiente das peças mecânicas em contato, assim como de outros parâmetros dificilmente predizíeis. Isso porque o dimensionamento do dispositivo de arranque é efetuado a partir de curvas de pares resistivos integrando uma 35 margem de cálculo. No entanto, esta precaução não garante que a potência do dispositivo de arranque todos os casos cobre todos os casos de arranque a frio susceptível de ser encontrado pela aeronave. 0 utilizador deve, portanto, considerar conseqüentemente os procedimentos específicos antes de uma tentativa de arranque a frio, procedimentos que se revelam penalizantes em termos de 5 aplicação e de disponibilização da aeronave e que não podem evitar que as tentativas de arranque de turbomotores fracassem.
Para remediar esses inconvenientes, o documento GB-A-2 260 577 descreve um processo para colocar em 10 funcionamento um turbomotor com ajuda de um dispositivo de arranque elétrico, o mencionado turbomotor estando provido de pelo menos um circuito de fluído hidráulico para lubrificação de pelo menos certas peças do mencionado turbomotor, processo segundo o qual, no 15 momento do arranque do mencionado turbomotor de tempo a frio, transfere-se ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor pelo menos uma parte da energia calorífica gerada pelo mencionado dispositivo de arranque elétrico.
Dessa forma, o fluído elétrico (óleo) do circuito de lubrificação do turbomotor é aquecido pelo mencionado dispositivo de arranque elétrico mencionado momento de um arranque a frio, de modo que a viscosidade do mencionado fluído hidráulico é reduzida, o que diminui o par 25 resistente engendrado por esse último. Resulta que os tempos de arranque, o dimensionamento dos dispositivos de arranque e os riscos de insucesso de arranque são igualmente reduzidos.
Sumário da invenção 30 A presente invenção tem por objeto aperfeiçoar o processo conhecido descrito acima no caso onde o circuito de lubrificação do turbomotor é provido de meios de regulagem de temperatura aptos para retirar o calor emitido pelo mencionado turbomotor quando ele funciona. 35 Em esse caso, conforme a invenção, a fim de acelerar o aquecimento do fluído hidráulico do circuito de lubrificação do mencionado turbomotor, inibe-se os mencionados meios de regulagem de temperatura do circuito de lubrificação do turbomotor durante a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque elétrico ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor.
Apesar de o processo conforme a invenção poder ser aplicado a temperaturas relativamente pouco baixas, na pratica a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque elétrico ao fluído hidráulico do 10 circuito de lubrificação do turbomotor é efetuado quando a temperatura desse último é pelo menos aproximadamente inferior a -20°C.
Quando, de forma usual, o dispositivo de arranque é provido de pelo menos um circuito de fluído hidráulico 15 para a lubrificação de pelo menos certas peças do mencionado dispositivo de arranque, é vantajoso efetuar a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor pelo intermédio do mencionado circuito de 20 lubrificação do dispositivo de arranque.
Se, ademais, o mencionado circuito de lubrificação do dispositivo de arranque é provido de meios de regulagem de temperatura aptos para retirar o calor emitido pelo mencionado dispositivo de arranque quando ele funciona, é 25 preferível, no que se refere à velocidade de aquecimento do fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor, que se inibam os mencionados meios de regulagem de temperatura do circuito de lubrificação do dispositivo de arranque durante a transferência de 30 energia calorífica do dispositivo de arranque elétrica ao fluído hidráulica do circuito de lubrificação do turbomotor.
A transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor pode ser prosseguido até o arranque do mencionado turbomotor ou até que a temperatura de esse fluído hidráulico atinja um primeiro valor prédeterminado correspondendo a uma viscosidade normal desse último. No caso onde a mencionada transferência de energia calorífica é prevista para ser prosseguida até o arranque, é vantajoso prever uma segurança apta para 5 interromper a mencionada transferência de energia calorífica antes do mencionado arranque, se a temperatura do fluído hidráulico do circuito de lubrificação do turbomotor atinge um segundo valor pré-determinado arriscando de avariar este último.
A presente invenção refere-se igualmente a um sistema para a colocação em funcionamento de um turbomotor com a ajuda de um dispositivo de arranque elétrico, o mencionado turbomotor e o mencionado dispositivo de arranque compreendendo, cada um, um circuito hidráulico 15 de lubrificação provido de meios de regulagem de temperatura para retiração térmica. Conforme a presente invenção, a fim de poder facilitar os arranques do mencionado turbomotor de tempo a frio, o mencionado sistema é notável pelo fato de que ele compreende:
- os meios que podem ser comandados para a transferência unidirecional de energia calorífica entre o circuito hidráulico de lubrificação do dispositivo de arranque e o circuito hidráulico de lubrificação do turbomotor; e
- os meios de inibição, que podem ser comandados, dos meios de regulagem de temperatura dos circuitos hidráulicos de lubrificação do turbomotor e do dispositivo de arranque.
Em uma variante de concretização do sistema de acordo com a presente invenção, na qual uma parte dos mencionados meios de regulagem de temperatura do circuito hidráulico de lubrificação do turbomotor é eficaz, quando a mencionada aeronave repousa no solo, é vantajoso que:
o mencionado circuito hidráulico de lubrificação do dispositivo de arranque não compreende meios próprios de regulagem de temperatura eficazes quando a aeronave repousa no solo; e
os mencionados meios, que podem ser comandados, de transferência unidirecional de energia calorífica asseguram a ligação entre o mencionado circuito hidráulico de lubrificação do dispositivo de arranque e a mencionada parte dos meios de regulagem de temperatura do 5 circuito hidráulico do turbomotor para que a mencionada parte assegure a regulagem térmica do mencionado circuito hidráulico de lubrificação do dispositivo de arranque quando a aeronave repousa no solo.
Descrição das figuras As figuras do desenho anexado permitirão compreender bem como a invenção pode ser realizada. Em essas Figuras, as referências idênticas designam os elementos semelhantes.
A Figura 1 é um esquema ilustrando um exemplo de sistema conhecido para um turbomotor e seu dispositivo de arranque elétrico, assim como para seus circuitos hidráulicos;
A Figura 2 ilustra, em vista semelhante à Figura 1, um primeiro modo de aplicação da presente invenção para o aperfeiçoamento do sistema conhecido da mencionada Figura 1; e
A Figura 3 ilustra um segundo modo de aplicação da presente invenção para o aperfeiçoamento do sistema conhecido da Figura 1.
Descrição da invenção 25 Na Figura 1, tem-se representado esquematicamente, por um retângulo, um turbomotor de fluxo duplo 1 para uma aeronave (não representada). O turbomotor é provido de uma árvore 2 e ele é percorrido por um fluído hidráulico circulando em pelo menos um circuito hidráulico 3.
O circuito 3 de tipo conhecido, representado a título de exemplo na Figura 1, compreende uma bomba de pressurização 4, um filtro 5, as bombas de retorno 6, um dedal-aerador 7 e um reservatório de fluído hidráulico (óleo) 8.
O circuito 3 é destinado a lubrificar pelo menos algumas partes do turbomotor 1 e para assegurar uma temperatura de funcionamento apropriado para este último. Dessa forma, o mencionado circuito 3 compreende pelo menos um dispositivo apto para refrigerar o fluído hidráulico e para o regular em temperatura. Em o exemplo representado, tem-se previsto para este efeito:
5 - um trocador de calor ar/fluído hidráulico 9, apto para dissipar a energia calorífica do mencionado fluído hidráulico em um fluxo de ar F atravessando o turbomotor
1 (fluxo frio do ventilador) ou próximo ao mencionado turbomotor. Um trocador tal pode ser do tipo com placas 10 ou com tubos, ou ainda ser superficial e estar disposto sobre as paredes da nacela do turbomotor. Naturalmente, o trocador de calor 9, apesar de poder apresentar uma certa eficácia quando a aeronave repousa em solo, é principalmente eficaz quando a mencionada aeronave está 15 em movimento; e
- um trocador de calor combustível/fluído hidráulico 10, apto para dissipar a energia calorífica do mencionado fluído hidráulico em um fluxo de combustível C que circula em uma canalização 11. 0 trocador de calor pode 20 ser eficaz quando a aeronave repousa no solo, pelo fato de que a temperatura do combustível é geralmente inferior àquela do mencionado fluído hidráulico.
Por outro lado, na Figura 1, tem-se representado, igualmente esquematicamente por um retângulo, uma máquina 25 elétrica do tipo dispositivo de arranque/gerador 12, cuja árvore 13 pode ser acoplada à árvore 2 do turbomotor 1 por meio de um acoplamento 14 (representado por uma linha em traço misto) a fim de dar partida no mencionado turbomotor. De forma análoga à que foi descrita acima, a 30 máquina elétrica 12 é lubrificada e regulada em temperatura por um fluído hidráulico circulando em pelo menos um circuito hidráulico 15.
0 circuito 15 de tipi conhecido, representado a título de exemplo na Figura 3, compreende uma bomba de pressurização 16, reservatório de fluído hidráulico 17, um trocador de calor ar/fluído hidráulico 18 (semelhante ao trocador 9 descrito acima) e um trocador de calor combustível/fluído hidráulico 19 (semelhante ao trocador 10 mencionado acima).
Compreender-se-á igualmente que, em funcionamento, o turbomotor Iea máquina elétrica 12 podem ser lubrificados e regulados em temperatura, respectivamente pelos circuitos 3 e 15.
O objeto da presente invenção é de aperfeiçoar o sistema conhecido da Figura 1, de uma parte, para melhorar o arranque do turbomotor 1 por meio da máquina elétrica 12, 10 quando, em tempo frio, a temperatura do fluído hidráulico do circuito 3 é muito baixa, particularmente inferior a 20°C, e, de outra parte, para retirar a energia calorífica dissipada pela máquina elétrica 12 no solo.
Na Figura 2, tem-se representado um primeiro exemplo de sistema I de acordo com a presente invenção e aperfeiçoando o sistema da Figura I. Em esta Figura 2, reencontram-se todos os elementos 1 até 19, FeC descritos acima.
Além disso, o sistema I compreende:
- um trocador de calor 20 disposto entre os circuitos hidráulicos 3 e 15 e podendo ser inibido, do lado do circuito 15, por um circuito de passagem 21 sob a dependência de uma comporta, que pode ser comandada, 22;
- os circuitos de passagem, que podem ser comandados, 23, 24, 25, respectivamente montados em paralelo sobre os trocadores de calor 9 e 10 e sobre o filtro 5, para poder inibir a ação de esses elementos do circuito hidráulico 3; e
os circuitos de passagem 26 e 27, respectivamente montados em paralelo sobre os trocadores de calor 18 e 19 para poder inibir a ação de esses trocadores do circuito hidráulico 15.
No momento de um arranque do turbomotor 1 por meio do dispositivo de arranque 12 em as condições de temperatura normais, o circuito de passagem 21 está passando sob a ação da comporta que pode ser comandada 22, de modo que não existe nenhuma ligação térmica entre os circuitos hidráulicos 3 e 15 pelo intermédio do trocador 20. Além disto, os circuitos de passagem 23 até 27 estão bloqueando, de modo que os elementos 9, 10, 5, 18 e 19 não são inibidos. Do ponto de vista de troca térmica, o 5 sistema I da Figura 2 se encontra então no mesmo estado que o sistema conhecido da Figura 1.
Por outro lado, no momento de um arranque do turbomotor 1 por meio do dispositivo de arranque 12 em tempo frio, a comporta 22 é comandada para inibir o circuito de 10 passagem 21 e fazer passar o fluído hidráulico do circuito 15 no trocador 20. 0 fluído hidráulico do circuito 3 é então aquecido por este do circuito 12, o que, como mencionado acima, favorece ou mesmo faz possível o arranque do turbomotor I. Um aquecimento tal 15 do fluído hidráulico do circuito 3 é favorecido e acelerado, pelo fato de que os elementos 5, 9, 10, 18 e
19 passam a estar em curto-circuito por meio dos circuitos de passagem 23 até 27 correspondentes, comandados para serem passantes.
Esse estado de arranque em tempo frio, concretização circuito de passagem 21 bloqueando e os circuitos de passagem 23 até 27 passantes, pode ser mantido até que a temperatura do fluído hidráulico do circuito 3 atinge um valor pré-determinado ou até que o motor 1 arranca.
Nesse último caso, se a temperatura do fluído do circuito hidráulico atingiu uma temperatura que corre o risco de danificar o mencionado turbomotor, interromper-se-ia a transferência de calor tornando passante o circuito de passagem 21 por meio do comando da comporta 22. Ademais, 30 se comandaria o bloqueio do circuito de passagem 24, e eventualmente do circuito de passagem 23, para acionar o trocador de calor 10, 9 correspondente. Poder-se ainda, ativar da mesma forma o trocador de calor 19, e eventualmente o trocador de calor 18.
Na variante de concretização da invenção ilustrada pelo sistema II da Figura 3, reencontram-se todos os elementos do sistema I da Figura 2, com exceção do trocador de calor 19 (principalmente eficaz no repouso no solo) e de seu circuito de passagem 27. No sistema II, o conjunto do trocador de calor 20, do circuito de passagem 21 e da comporta 22 não somente exerce a função de aquecimento do 5 fluido do circuito hidráulico 3 no momento dos arranques em tempo rio tal como explicado acima, mas também permite ao trocador de calor 10 (e eventualmente ao trocador 9) do circuito 3 do turbomotor 1 de preencher a função do trocador de calor 19 durante os arranques no momento das 10 condições de temperatura normais.
Efetivamente, no sistema II da Figura 3, desde que o dispositivo de arranque 12 é acionado e quaisquer que sejam as condições de temperatura, a comporta 22 bloqueia o circuito de passagem 21, de modo que a energia 15 calorífica é transmitida do circuito hidráulico 15 ao circuito hidráulico 3. Enquanto a temperatura do fluído do circuito hidráulico 3 é inferior a um valor prédeterminado, o circuito de passagem 24 do trocador 10 (e eventualmente o circuito de passagem 23 do trocador 9) 20 fica passante, inibindo o mencionado trocador 10 (9). Ao contrário, desde que a temperatura atinge este valor prédeterminado, o circuito de passagem 24 (23) se torna bloqueador e o trocador 10 (9) retira o calor do combustível C.
Apesar de que nos exemplos acima os meios de transferência unidirecional de energia entre os circuitos hidráulicos 15 e 3 terem sido descritos sob a forma do trocador de calor 20 associado ao circuito de passagem 21 e à comporta que pode ser comandada 22, entende-se que 30 esses meios poderiam ser substituídos por um outro tipo de trocador, tal como por exemplo, os dispositivos de transmissão de calor de alto desempenho ("caloducs a thermosiphon"), o qual permitiria suprimir a mencionada comporta que pode ser comandada. Por outro lado, esses 35 meios de transferência unidirecionais podem ser múltiplos, a fim de assegurar a redundância do sistema em caso de pane, e eles podem ser dispostos vantajosamente no reservatório 8 para serem mais eficazes.
Claims (10)
1. Processo para o arranque de um turbomotor de aeronave, com ajuda de um dispositivo de arranque elétrico, o mencionado turbomotor estando provido de pelo menos um circuito de fluído hidráulico (3) para a lubrificação de pelo menos certas peças do mencionado turbomotor (1), processo segundo o qual, no momento do arranque do mencionado turbomotor (1) em tempo frio, transfere-se ao fluído hidráulico do mencionado circuito de lubrificação 10 (3) do turbomotor (1) pelo menos uma parte da energia calorífica gerada pelo mencionado dispositivo de arranque elétrico (12), caracterizado pelo fato de o mencionado circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) ser provido de meios de regulagem de temperatura (9, 10) 15 aptos para retirar o calor emitido pelo mencionado turbomotor (1), ditos meios de regulagem de temperatura (9, 10) são inibidos durante a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque elétrico (12) ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação (3) do 20 turbomotor (1).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a transferência calorífica do dispositivo de arranque elétrico (12) ao fluído hidráulico do mencionado circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) ser efetuado quando a temperatura desse último é pelo menos aproximadamente inferior a -20°C.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, implementado com um dispositivo de arranque (12) provido de pelo menos um circuito de fluído hidráulico (15) para a lubrificação de pelo menos certas peças do mencionado dispositivo de arranque elétrico (12), caracterizado pelo fato de a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque (12) ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) se efetuar pelo intermédio do mencionado circuito de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) .
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, implementado com um dispositivo de arranque (12) cujo circuito de lubrificação (15) é provido de meios de regulagem de temperatura (18, 19) aptos para retirar o calor emitido pelo mencionado dispositivo de arranque (12) quando do seu funcionamento, caracterizado pelo fato de ditos meios de regulagem de temperatura (18, 19) do circuito de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) são inibidos durante a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque elétrica (12) ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1).
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque (12) ao fluído hidráulico do mencionado circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) ser continuada até que a temperatura do fluído hidráulico do mencionado circuito de lubrificação (3) atinja um primeiro valor pré-determinado correspondente a uma viscosidade normal desse último.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque (12) ao fluído hidráulico do circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) ser prosseguida até o arranque do mencionado turbomotor (1).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a mencionada transferência de energia calorífica do dispositivo de arranque (12) ao fluído hidráulico do mencionado circuito de lubrificação (3) do turbomotor (1) ser interrompida, antes do arranque do mencionado turbomotor, se a temperatura de esse fluído hidráulico atingir um segundo valor pré-determinado que coloque em risco de avariar o mencionado turbomotor (1).
8. Sistema para a colocação em funcionamento de um turbomotor com a ajuda de um dispositivo de arranque elétrico, o mencionado turbomotor (1) e o mencionado dispositivo de arranque (12) compreendendo, cada um, um circuito hidráulico de lubrificação (3, 15) provido de meios de regulagem de temperatura (8, 9; 18, 19) para retirada térmica, caracterizado pelo fato de compreender: - os meios que podem ser comandados (20, 21, 22) para a transferência unidirecional de energia calorífica entre o circuito hidráulico de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) e o circuito hidráulico de lubrificação (3) do turbomotor (1); e - os meios de inibição, que podem ser comandados, (23, .24; 26, 27) dos meios de regulagem de temperatura (8, 9; .18, 19) dos circuitos hidráulicos de lubrificação (3, 15) do turbomotor (1) e do dispositivo de arranque (12).
9.
Sistema, de acordo com a reivindicação 8, no qual uma parte (10) dos mencionados meios de regulagem de temperatura do circuito hidráulico de lubrificação (3) do turbomotor (1) é eficaz quando a mencionada aeronave repousa no solo, caracterizado pelo fato de: o mencionado circuito hidráulico de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) não compreender meios próprios de regulagem de temperatura eficazes quando a aeronave repousa no solo; e - os mencionados meios, que podem ser comandados, (20, . 21, 22) de transferência unidirecional de energia calorífica assegurar a ligação entre o mencionado circuito hidráulico de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) e a mencionada parte (10) dos meios de regulagem de temperatura do circuito hidráulico (3) do turbomotor (1) para que a mencionada parte (10) assegure a regulagem térmica do mencionado circuito hidráulico de lubrificação (15) do dispositivo de arranque (12) quando a aeronave repousa no solo.
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