ES2909405T3 - Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor - Google Patents

Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor Download PDF

Info

Publication number
ES2909405T3
ES2909405T3 ES19207548T ES19207548T ES2909405T3 ES 2909405 T3 ES2909405 T3 ES 2909405T3 ES 19207548 T ES19207548 T ES 19207548T ES 19207548 T ES19207548 T ES 19207548T ES 2909405 T3 ES2909405 T3 ES 2909405T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fuel
engine
shutdown
schedule
injected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES19207548T
Other languages
English (en)
Inventor
Roches-Dionne Nicolas Des
Sylvain Lamarre
Simon Lopez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pratt and Whitney Canada Corp
Original Assignee
Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pratt and Whitney Canada Corp filed Critical Pratt and Whitney Canada Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2909405T3 publication Critical patent/ES2909405T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26—Starting; Ignition
    • F02C7/262—Restarting after flame-out
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/06—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26—Starting; Ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05D2270/092—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular blow-out and relight

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Un método para controlar el flujo de combustible a un motor (10) durante el arranque, comprendiendo el método: hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión (16) del motor (10) de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor (10), estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial; monitorizar, tras el encendido del motor (10), al menos un parámetro de funcionamiento del motor (10); detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento, la aparición de un apagado en el motor (10); y en respuesta a la detección de la aparición de un apagado en el motor (10), aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor
CAMPO TÉCNICO
La presente divulgación se refiere, en general, al control del flujo de combustible para el arranque de un motor.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
En un motor de turbina de gas, el aire de entrada continua se comprime, se mezcla con combustible en una proporción inflamable y se expone a una fuente de ignición para prender la mezcla que luego sigue ardiendo para producir productos de combustión. Sin embargo, el proceso de arranque de un motor implica algunos retos, ya que los diferentes extremos de la envolvente terrestre y de vuelo pueden tener requisitos contradictorios. Por ejemplo, para una misma altitud y temperatura, un arranque de un motor estático en frío no permitiría la misma aceleración que un motor caliente que se vuelve a arrancar en un avión que vuela a gran velocidad. Como resultado, no se puede usar un único programa de combustible y aceleración para arrancar el motor de manera eficiente en todas las condiciones a la par que se evitan comportamientos indeseables, como una parada del compresor, un sobrecalentamiento, un bloqueo del motor o un apagado.
Por lo tanto, se necesitan mejoras.
COMPENDIO
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para controlar el flujo de combustible a un motor durante el arranque. El método comprende hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión del motor de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor, estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial, monitorizar, tras el encendido del motor, al menos un parámetro de funcionamiento del motor, detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento, la aparición de un apagado en el motor y, en respuesta a la detección de la aparición de un apagado en el motor, aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado.
En una realización de acuerdo con la realización anterior, el primer programa de combustible sigue un perfil de bucle abierto.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, monitorizar el al menos un parámetro de funcionamiento del motor comprende monitorizar una aceleración del motor, y detectar la presencia de la condición de apagado comprende comparar la aceleración con un umbral predeterminado y detectar un apagado parcial que responde a la determinación de que la aceleración está por debajo del umbral.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, el primer programa de combustible define un límite de flujo de combustible máximo, y el primer valor es inferior al límite de flujo de combustible máximo.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, el método además comprende, después de hacer que se inyecte combustible de acuerdo con el programa de combustible ajustado: detectar la aparición de un apagado posterior en el motor, aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el primer valor hasta un segundo valor inferior al límite de flujo de combustible máximo para obtener un nuevo programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el nuevo programa de combustible ajustado.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, la detección de la aparición de un apagado en el motor comprende la detección de la aparición de un apagado parcial.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, la detección de la aparición de un apagado en el motor comprende la detección de la aparición de un apagado total.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, se hace que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado con el motor en tierra.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, se hace que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado mientras está en vuelo.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema para controlar el flujo de combustible a un motor durante el arranque. El sistema comprende al menos una unidad de procesamiento y al menos una memoria no transitoria legible por ordenador que tiene almacenadas en la misma instrucciones de programación ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión del motor de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor, estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial, monitorizar, tras el encendido del motor, al menos un parámetro de funcionamiento del motor, detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento la aparición de un apagado en el motor y, en respuesta a la detección de la aparición de un apagado en el motor, aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado.
En una realización de acuerdo con la realización anterior, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el primer programa de combustible siguiendo un perfil de bucle abierto.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para monitorizar el al menos un parámetro de funcionamiento del motor lo que comprende monitorizar una aceleración del motor, y para detectar la presencia de la condición de apagado lo que comprende comparar la aceleración del motor con un umbral predeterminado y detectar un apagado parcial que responde a la determinación de que la aceleración está por debajo del umbral.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible máximo, siendo el primer valor inferior al límite de flujo de combustible máximo.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para, después de hacer que se inyecte combustible de acuerdo con el programa de combustible ajustado: detectar la aparición de un apagado posterior en el motor, aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el primer valor hasta un segundo valor inferior al límite de flujo de combustible máximo para obtener un nuevo programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el nuevo programa de combustible ajustado.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para detectar la aparición de un apagado en el motor que comprende detectar la aparición de un apagado parcial.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para detectar la aparición de un apagado en el motor que comprende la detección de la aparición de un apagado total.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado con el motor en tierra.
En una realización de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, las instrucciones de programación son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado mientras está en vuelo.
Según otro aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un medio no transitorio legible por ordenador que tiene almacenado en el mismo un código de programación ejecutable por al menos un procesador para hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión del motor de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor, estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial, monitorizar, tras el encendido del motor, al menos un parámetro de funcionamiento del motor, detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento, la aparición de un apagado en el motor, y, en respuesta a la detección de la aparición de un apagado del motor, aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión de acuerdo con el programa de combustible ajustado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
la Figura 1 es una vista en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas, según una realización ilustrativa;
la Figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema para controlar el flujo de combustible durante el arranque del motor de la Figura 1, según una realización ilustrativa;
La Figura 3 es un diagrama de bloques de un dispositivo informático para implementar el sistema de la Figura 2, según una realización ilustrativa.
la Figura 4 es un diagrama de flujo de un método para controlar el flujo de combustible durante el arranque del motor de la Figura 1, según una realización ilustrativa; y
la Figura 5 es un gráfico del flujo de combustible y de la aceleración del generador de gas en función de la velocidad del generador de gas, según una realización ilustrativa.
Se observará que, a lo largo de los dibujos adjuntos, las características similares se identifican mediante números de referencia similares.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La Figura 1 ilustra un motor de turbina de gas 10 de un tipo preferentemente provisto para su uso en vuelos subsónicos que generalmente comprende, en comunicación de flujo en serie, un ventilador 12 a través del cual se propulsa aire ambiente, una sección de compresor 14 para presurizar el aire, una cámara de combustión 16 en la que el aire comprimido se mezcla con combustible y se prende para generar una corriente anular de gases de combustión calientes, y una sección de turbina 18 para extraer energía de los gases de combustión. El rotor o rotores de alta presión 20 de la sección de turbina 18 están acoplados de manera motriz al rotor o rotores de alta presión 22 de la sección de compresor 14 a través de un eje de alta presión 24. El rotor o rotores de baja presión 26 de la sección de turbina 18 están acoplados de manera motriz al rotor del ventilador 12 y a otro u otros rotores de baja presión (no mostrados) de la sección de compresor 14 a través de un eje de baja presión 28 que se extiende dentro del eje de alta presión 24 y que gira independientemente del mismo.
Aunque se ilustra como un motor de turboventilador, el motor de turbina de gas 10, como alternativa, puede ser otro tipo de motor, por ejemplo, un motor de turboeje, que también comprende generalmente, en comunicación de flujo, en serie una sección de compresor, una cámara de combustión y una sección de turbina y un ventilador a través del cual se propulsa aire ambiente. También se puede aplicar en un motor turbohélice. Además, aunque el motor 10 se describe en el presente documento para aplicaciones de vuelo, se debe entender que se puede aplicar para otros usos, tales como industriales o similares.
Con referencia ahora a la Figura 2 además de la Figura 1, el proceso de arranque (o de puesta en marcha) del motor de turbina de gas 10 comprende ilustrativamente dos fases consecutivas. En la primera fase, se hace girar el rotor o rotores de alta presión 22 de la sección de compresor 14 mediante un par de torsión proporcionado por una fuente externa, tal como un arrancador (no mostrado), para proporcionar un flujo de aire en la cámara de combustión 16. Una vez que se ha alcanzado una presión o velocidad predeterminada en el compresor, entones se inyecta flujo de combustible en la cámara de combustión 16 a una tasa controlada. Para este propósito, un controlador electrónico de motor (EEC) 202, ilustrativamente, envía una o más señales de control a una unidad de control de combustible 204 para hacer que se inyecte un flujo de combustible. En una realización, la unidad de control de combustible 204 comprende una bomba de combustible y un motor paso a paso (no mostrado), una válvula de motor de torsión (no mostrada) o cualquier medio equivalente adecuado para inyectar combustible en la cámara de combustión 16.
El EEC 202 puede ser parte de un Control de Motor Digital de Autoridad Total (FADEC), que se utiliza para controlar el funcionamiento y rendimiento del motor 10. El EEC 202 selecciona el programa de combustible apropiado para el procedimiento de encendido consultando una memoria que almacena uno o más programas de combustible. La memoria también puede almacenar en la misma todos los datos (p. ej., parámetros de funcionamiento del motor) detectados o medidos, así como otros datos y programas predeterminados. En una realización, el programa de combustible, que se selecciona en la primera fase del proceso de arranque del motor, sigue un perfil de flujo de combustible de bucle abierto en el que se ordena el flujo de combustible en función de una velocidad de rotación deseada de la sección de compresor 14. Por tanto, el programa de combustible puede denominarse en el presente documento "programa de combustible de circuito abierto" y la primera fase puede denominarse control de flujo de combustible directo.
El flujo de combustible se inyecta para que se mezcle con el flujo de aire y luego la mezcla se expone a una fuente de ignición (p. ej., un encendedor de chispa, no mostrado). El encendido del proceso de combustión tiene lugar en la cámara de combustión 16 cuando se alcanza una relación apropiada de combustible/aire, lo que da como resultado la ignición del motor 10. En una realización, la aparición del encendido se detecta monitorizando una temperatura de escape del motor 10, detectándose el encendido cuando la temperatura de escape alcanza una temperatura umbral (p. ej., 200 °F (93,3 °C)). En una realización, la temperatura de la turbina entre etapas (ITT), que es la temperatura de los gases de escape entre las turbinas de alta y baja presión del motor 10, se usa como temperatura de escape. La temperatura de escape se puede monitorizar usando un sensor de temperatura (no mostrado) asociado con una salida de escape (no mostrada) del motor 10. En otra realización, el EEC 202 puede monitorizar una señal ultravioleta o fotoeléctrica, que puede ser generada por cualquier sistema de medición de detección de llama adecuado e indica la presencia de llamas visibles en la salida de escape del motor 10, para detectar el encendido. En otra realización, se puede detectar el encendido tras un aumento predeterminado de la temperatura de la turbina entre etapas. En otra realización adicional, el encendido se detecta cuando la velocidad del generador de gas (es decir, el motor) alcanza un valor predeterminado. Pueden aplicarse otras realizaciones.
En la segunda fase del proceso de arranque (es decir, tras el encendido), el flujo de combustible se inyecta continuamente en la cámara de combustión 16, lo que permite que la ignición local se propague y se extienda para formar una combustión estable en la cámara de combustión 16. A continuación, se acelera la velocidad del motor 10 aumentando la inyección de flujo de combustible hasta que el motor 10 funciona a una velocidad autosostenible En particular, el flujo de combustible se inyecta de acuerdo con un programa de combustible necesario para el funcionamiento del motor 10 desde el encendido hasta una condición autosostenible. El EEC 202 selecciona el programa de combustible apropiado. En una realización, en la segunda fase, el programa de combustible sigue un perfil de combustible de bucle cerrado en el que se ordena el flujo de combustible para lograr una aceleración deseada de la sección de compresor 14. Por lo tanto, el programa de combustible puede denominarse en el presente documento "programa de combustible de bucle cerrado" y la segunda fase puede denominarse gestión de la aceleración en subralentí o planificación de aceleración en subralentí de bucle cerrado.
Como se explicará más adelante con referencia a la Figura 3, el EEC 202 se usa para ajustar el flujo de combustible a la cámara de combustión 16 al detectar un apagado del motor durante el arranque del motor 10. Debe entenderse que el arranque del motor puede producirse en vuelo o en tierra. Tal y como se usa en el presente documento, el término "apagado" se refiere a la parada del motor 10 que puede ser estar provocada por la extinción de la llama en el compartimento o compartimentos de la cámara de combustión 16. Durante el apagado del motor, la cámara de combustión 16 no quema todo el combustible que se le ha suministrado, lo que a su vez reduce el rendimiento y la eficiencia del motor en su conjunto. Cuando el apagado sólo se produce en algunas, pero no en todos (es decir, un subconjunto de) los compartimentos de la cámara de combustión 16, se denomina "apagado parcial". Para los motores que tienen un único compartimento de combustión, se observa un apagado parcial cuando se produce un apagado en una sección del compartimento. Cuando se produce un apagado en todos los compartimentos de la cámara de combustión 16, se denomina "apagado total" o "apagado completo". Como saben los expertos en la materia, el apagado puede deberse a la entrada de aire a gran velocidad en el motor 10. El apagado también puede ser debido a una mezcla inadecuada de aire y combustible o a la interrupción del flujo de aire a través del motor 10. Esto puede ser el resultado de una condición de funcionamiento del motor dada, como la disminución de la aceleración del motor 10 por debajo de un umbral predeterminado. Tal y como se usa en el presente documento, el término "condición de apagado" se refiere por tanto a una condición de funcionamiento del motor 10 que, si no se corrige, da como resultado un apagado. En una realización, los métodos (p. ej., implementados por el EEC 202) y sistemas descritos en el presente documento se usan durante el rearranque en vuelo a gran velocidad. En particular, y como se describirá más adelante, el EEC 202 está configurado para detectar el apagado del motor tras el encendido del motor 10 y, en consecuencia, aumentar la inyección de flujo de combustible mínimo (p. ej., bucle abierto) en la cámara de combustión 16 para evitar un posterior apagado parcial o total.
La Figura 3 es un ejemplo de realización de un dispositivo informático 300 para implementar el EEC 202 descrito anteriormente con referencia a la Figura 2. El dispositivo informático 300 comprende una unidad de procesamiento 302 y una memoria 304 que tiene almacenadas en la misma, instrucciones ejecutables por ordenador 306. La unidad de procesamiento 302 puede comprender cualquier dispositivo adecuado configurado para hacer que se realicen una serie de pasos de tal manera que las instrucciones 306, cuando son ejecutadas por el dispositivo informático 300 u otro aparato programable, pueden hacer que se ejecuten las funciones/acciones/pasos que se especifican en el método descrito en el presente documento. La unidad de procesamiento 302 puede comprender, por ejemplo, cualquier tipo de microprocesador o microcontrolador de propósito general, un procesador de procesamiento de señales digitales (DSP), una CPU, un circuito integrado, una matriz de puertas programables en campo (FPGA), un procesador reconfigurable, otros circuitos lógicos adecuadamente programados o programables, o cualquier combinación de los mismos.
La memoria 304 puede comprender cualquier medio de almacenamiento adecuado conocido u otro medio de almacenamiento legible por máquina. La memoria 304 puede comprender un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador, por ejemplo, de forma no taxativa, un sistema, aparato o dispositivo electrónico, magnético, óptico, electromagnético, infrarrojo o semiconductor, o cualquier combinación adecuada de los anteriores. La memoria 304 puede incluir una combinación adecuada de cualquier tipo de memoria informática que esté ubicada ya sea interna o externamente al dispositivo, por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria electroóptica, memoria magnetoóptica, memoria de solo lectura programable borrable (EPROM) y memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM), RAM ferroeléctrica (FRAM) o similar. La memoria 304 puede comprender cualquier medio de almacenamiento (p. ej., dispositivos) adecuado para almacenar, de manera recuperable, instrucciones legibles por máquina 306 ejecutables por la unidad de procesamiento 302.
Con referencia ahora a la Figura 4, a continuación, se describirá un ejemplo de método 400 para controlar el flujo de combustible durante el arranque del motor. El método 400 puede ser implementado por el EEC 202 de la Figura 2, es decir, por el dispositivo informático 300 de la Figura 3. El método 400 comprende, en el paso 402, hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (referencia 16 en la Figura 1) para lograr el encendido. Como se ha explicado anteriormente con referencia a la Figura 2, el paso 402 puede comprender que el EEC 202 emita a la unidad de control de combustible (referencia 204 en la Figura 2) una señal o señales de control para hacer que la unidad de control de combustible inyecte el flujo de combustible a la cámara de combustión, de acuerdo con un programa de combustible dado. Se pueden almacenar uno o más programas en la memoria (referencia 304 en la Figura 3) en cualquier formato adecuado (p. ej., como uno o más mapas) y el EEC 202 consulta ilustrativamente la memoria para seleccionar el programa de combustible apropiado para el encendido. En una realización, el programa de combustible apropiado sigue un perfil de flujo de combustible de bucle abierto. El programa de combustible define ilustrativamente un límite de flujo de combustible mínimo y un límite de flujo de combustible máximo, estando cada límite de flujo de combustible mínimo y máximo establecido en un valor inicial también almacenado en la memoria. Los límites de flujo de combustible mínimo y máximo corresponden ilustrativamente a una cantidad de combustible inyectado en la cámara de combustión 16.
Tras el encendido del motor (referencia 10 en la Figura 1), se monitorizan uno o más parámetros de funcionamiento del motor en el paso 404 para detectar un apagado del motor. El uno o más parámetros operativos se monitorizan con el motor 10 funcionando en el programa de aceleración en subralentí de bucle cerrado. En una realización, la aceleración del motor 10 se monitoriza en el paso 404. Sin embargo, debe entenderse que puede aplicarse cualquier otro parámetro de funcionamiento del motor adecuado que pueda usarse para detectar un apagado en el motor 10. Por ejemplo, el parámetro o parámetros de funcionamiento del motor monitorizados en el paso 404 también pueden incluir, de forma no taxativa, la temperatura de la turbina entre etapas. A continuación, en el paso 406 se realiza una evaluación sobre si se ha detectado un apagado del motor, ya sea parcial o total, basándose en el parámetro o parámetros de funcionamiento del motor monitorizados en el paso 404. Por ejemplo, si la aceleración del motor 10 se monitoriza en el paso 404, el paso 406 puede comprender comparar la aceleración con un valor umbral. Si se determina que la aceleración está por debajo del valor umbral, se detecta un apagado parcial.
Si no se detecta ningún apagado del motor en el paso 406, el método 400 puede finalizar. De lo contrario, si se detecta un apagado del motor en el paso 406, el siguiente paso 408 consiste en ajustar el programa de combustible de bucle abierto aumentando la inyección de flujo de combustible en una cantidad predeterminada. Debe entenderse que la cantidad predeterminada en la que se aumenta la inyección de combustible puede variar dependiendo de la configuración del motor (p. ej., dependiendo de factores que incluyen, de forma no taxativa, la velocidad del generador de gas, la altitud, la temperatura y el número de apagados parciales detectados durante el arranque del motor). En particular, el valor inicial del límite de flujo de combustible mínimo asociado con el programa de combustible de bucle abierto se aumenta en la cantidad predeterminada para establecer el límite de flujo de combustible mínimo en un primer valor ajustado, que es inferior al límite de flujo de combustible máximo. Se obtiene así un primer programa de combustible ajustado. El EEC 202 puede emitir entonces una o más señales de control para hacer que se inyecte flujo de combustible en la cámara de combustión, p. ej., cuando se vuelve a arrancar el motor, de acuerdo con el primer programa de combustible ajustado.
Después de que se haya aumentado la inyección de combustible en la cantidad predeterminada, el siguiente paso 410 es hacer que se inyecte flujo de combustible en la cámara de combustión. De esta manera, el motor 10 puede recuperarse del apagado. A continuación, se repiten los pasos 404 a 410 y se vuelve a monitorizar el parámetro o parámetros del motor en el paso 404 para detectar cualquier apagado posterior del motor (paso 406). Si en el paso 406 se determina que no se ha detectado ningún apagado posterior del motor, el método 400 puede finalizar. De lo contrario, la inyección de combustible se aumenta de nuevo en el paso 408, en una cantidad igual o diferente a la anterior y hasta un límite predeterminado. Con este objetivo, el valor del límite de flujo de combustible mínimo se aumenta desde el primer valor ajustado hasta un segundo valor ajustado inferior al límite de flujo de combustible máximo. Se obtiene así un segundo programa de combustible ajustado y el EEC 202 puede emitir entonces una o más señales de control para hacer que se inyecte flujo de combustible en la cámara de combustión, p. ej., cuando se vuelve a arrancar el motor, de acuerdo con el segundo programa de combustible ajustado. Después de que se haya aumentado de nuevo la inyección de combustible, el método 400 puede volver a proceder entonces al paso 410. Se debe entender que el proceso de ajuste del programa de combustible de bucle abierto (p. ej., los pasos 404 a 408) puede repetirse cada vez que se detecta un apagado del motor, hasta un límite predeterminado (p. ej., un límite de flujo de combustible máximo o un número máximo de aumentos de flujo de combustible). También se debe entender que una vez que se alcanza el límite predeterminado, no se puede añadir más combustible en caso de que se detecte un apagado parcial posterior.
La figura 5 muestra un gráfico 500 que ilustra el flujo de combustible (representado por la curva 502) y la aceleración del generador de gas (es decir, el motor) (representada por la curva 504) en función de la velocidad del generador de gas (es decir, el motor). El flujo de combustible se inyecta (siguiendo un perfil de flujo de combustible de bucle abierto) a una tasa variable en la cámara de combustión para alcanzar el encendido. La aceleración del motor se monitoriza continuamente y se compara con un umbral 506. Cuando la aceleración del motor cae por debajo del umbral (como se ve, por ejemplo, en el punto A1), se detecta un apagado parcial. Entonces se aumenta la inyección de flujo de combustible de circuito abierto (véase, por ejemplo, en el punto B) ajustando el límite de flujo de combustible mínimo a un valor más alto. En consecuencia, la aceleración del motor aumenta por encima del umbral 506. Si se detecta otro apagado (como se ve, por ejemplo, en el punto A2 ), la inyección de flujo de combustible de bucle abierto se aumentaría una vez más. Como se ha explicado anteriormente, siempre que se detecte un apagado, el proceso de ajuste del programa de combustible de circuito abierto puede repetirse, hasta un límite predeterminado (p. ej., se alcanza el límite de flujo de combustible máximo o el número máximo de aumentos de flujo de combustible). De esta manera, podría ser posible limitar el número de apariciones de un apagado durante el arranque del motor.
La descripción anterior tan solo pretende servir de ejemplo, y un experto en la materia reconocerá que es posible hacer cambios en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención divulgada tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas. Otras modificaciones adicionales que entren dentro del alcance de la presente invención serán evidentes para los expertos en la materia, a la luz de una revisión de la presente divulgación.
Aunque se han mostrado y descrito realizaciones particulares, para los expertos en la materia resultará evidente que se pueden hacer cambios y modificaciones sin desviarse de la presente invención en sus aspectos más amplios. El alcance de las siguientes reivindicaciones no debería verse limitado por las realizaciones expuestas en los ejemplos, sino que se le debería dar la interpretación razonable más amplia posible que sea coherente con la descripción en su conjunto.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para controlar el flujo de combustible a un motor (10) durante el arranque, comprendiendo el método: hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión (16) del motor (10) de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor (10), estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial;
monitorizar, tras el encendido del motor (10), al menos un parámetro de funcionamiento del motor (10); detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento, la aparición de un apagado en el motor (10); y en respuesta a la detección de la aparición de un apagado en el motor (10), aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado.
2. El método de la reivindicación 1, en donde el primer programa de combustible sigue un perfil de bucle abierto.
3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde monitorizar el al menos un parámetro de funcionamiento del motor (10) comprende monitorizar una aceleración (504) del motor (10), y detectar la presencia de la condición de apagado comprende comparar la aceleración (504) con un umbral predeterminado (506) y detectar un apagado parcial que responde a la determinación de que la aceleración (504) está por debajo del umbral (506).
4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el primer programa de combustible define un límite de flujo de combustible máximo, y el primer valor es inferior al límite de flujo de combustible máximo, y, opcionalmente, en donde el método además comprende, después de hacer que el combustible sea inyectado de acuerdo con el programa de combustible ajustado:
detectar la aparición de un apagado posterior en el motor (10);
aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el primer valor hasta un segundo valor inferior al límite de flujo de combustible máximo para obtener un nuevo programa de combustible ajustado; y
hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el nuevo programa de combustible ajustado.
5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde detectar la aparición de un apagado en el motor (10) comprende detectar la aparición de un apagado parcial o detectar la aparición de un apagado total.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se hace que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado con el motor (10) en tierra.
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se hace que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado mientras está en vuelo.
8. Un sistema para controlar el flujo de combustible a un motor (10) durante el arranque, comprendiendo el sistema: al menos una unidad de procesamiento (302); y
al menos una memoria no transitoria legible por ordenador (304) que tiene almacenadas en la misma, instrucciones de programación (306) ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para:
hacer que se inyecte combustible en una cámara de combustión (16) del motor (10) de acuerdo con un primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible mínimo necesario para lograr el encendido del motor (10), estando el límite de flujo de combustible mínimo establecido en un valor inicial;
monitorizar, tras el encendido del motor (10), al menos un parámetro de funcionamiento del motor (10); detectar, basándose en el al menos un parámetro de funcionamiento, la aparición de un apagado en el motor (10); y en respuesta a la detección de la aparición de un apagado en el motor (10), aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el valor inicial hasta un primer valor para obtener un programa de combustible ajustado, y hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado.
9. El sistema de la reivindicación 8, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el primer programa de combustible siguiendo un perfil de bucle abierto.
10. El sistema de la reivindicación 8 o 9, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para monitorizar el al menos un parámetro de funcionamiento del motor (10) lo que comprende monitorizar una aceleración (504) del motor (10), y para detectar la presencia de la condición de apagado lo que comprende comparar la aceleración (504) del motor (10) con un umbral predeterminado (506) y detectar un apagado parcial que responde a la determinación de que la aceleración (504) está por debajo del umbral (506).
11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el primer programa de combustible que define un límite de flujo de combustible máximo, siendo el primer valor inferior al límite de flujo de combustible máximo, y, opcionalmente, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para, después de hacer que se inyecte combustible de acuerdo con el programa de combustible ajustado:
detectar la aparición de un apagado posterior en el motor (10);
aumentar el límite de flujo de combustible mínimo desde el primer valor hasta un segundo valor inferior al límite de flujo de combustible máximo para obtener un nuevo programa de combustible ajustado; y
hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el nuevo programa de combustible ajustado.
12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para detectar la aparición de un apagado en el motor (10) que comprende detectar la aparición de un apagado parcial.
13. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para detectar la aparición de un apagado en el motor (10) que comprende detectar la aparición de un apagado total.
14. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado con el motor (10) en tierra.
15. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en donde las instrucciones de programación (306) son ejecutables por la al menos una unidad de procesamiento (302) para hacer que se inyecte combustible en la cámara de combustión (16) de acuerdo con el programa de combustible ajustado mientras está en vuelo.
ES19207548T 2018-11-08 2019-11-06 Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor Active ES2909405T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/184,297 US11300054B2 (en) 2018-11-08 2018-11-08 Fuel flow control system and method for engine start

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2909405T3 true ES2909405T3 (es) 2022-05-06

Family

ID=68470445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES19207548T Active ES2909405T3 (es) 2018-11-08 2019-11-06 Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11300054B2 (es)
EP (1) EP3650676B1 (es)
CA (1) CA3058170A1 (es)
ES (1) ES2909405T3 (es)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11643981B2 (en) 2021-08-30 2023-05-09 Pratt & Whitney Canada Corp. System and method for controlling fuel flow to an aircraft engine during start
US11719441B2 (en) 2022-01-04 2023-08-08 General Electric Company Systems and methods for providing output products to a combustion chamber of a gas turbine engine
US11933216B2 (en) 2022-01-04 2024-03-19 General Electric Company Systems and methods for providing output products to a combustion chamber of a gas turbine engine
US11794912B2 (en) 2022-01-04 2023-10-24 General Electric Company Systems and methods for reducing emissions with a fuel cell
US11970282B2 (en) 2022-01-05 2024-04-30 General Electric Company Aircraft thrust management with a fuel cell
US11804607B2 (en) 2022-01-21 2023-10-31 General Electric Company Cooling of a fuel cell assembly
US11967743B2 (en) 2022-02-21 2024-04-23 General Electric Company Modular fuel cell assembly
CN114837822B (zh) * 2022-04-29 2023-11-28 中国航发沈阳发动机研究所 一种发动机地面起动初始供油量的自适应调整方法及系统
US11817700B1 (en) 2022-07-20 2023-11-14 General Electric Company Decentralized electrical power allocation system
US11859820B1 (en) 2022-11-10 2024-01-02 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US11923586B1 (en) 2022-11-10 2024-03-05 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520133A (en) * 1968-03-14 1970-07-14 Gen Electric Gas turbine control system
JP2544470B2 (ja) * 1989-02-03 1996-10-16 株式会社日立製作所 ガスタ―ビン燃焼器及びその運転方法
GB8911806D0 (en) * 1989-05-23 1989-07-12 Rolls Royce Plc Gas turbine engine fuel control system with enhanced relight capability
US5212943A (en) 1991-10-08 1993-05-25 Sundstrand Corporation Reduced thermal stress turbine starting strategy
US5274996A (en) 1991-10-11 1994-01-04 Allied-Signal, Inc. Closed loop fuel control system
US5551227A (en) * 1994-12-22 1996-09-03 General Electric Company System and method of detecting partial flame out in a gas turbine engine combustor
US6516263B1 (en) * 2001-08-02 2003-02-04 Honeywell Power Systems Inc. Adaptive flame-out prevention
US6978597B2 (en) 2002-03-20 2005-12-27 Ebara Corporation Flame detecting apparatus for gas turbine
US7168254B2 (en) 2004-02-17 2007-01-30 Honeywell International Inc. Control logic for fuel controls on APUs
US8915088B2 (en) 2010-06-11 2014-12-23 Hamilton Sundstrand Corporation Fuel control method for starting a gas turbine engine
US9541005B2 (en) * 2012-09-28 2017-01-10 Pratt & Whitney Canada Corp. Adaptive fuel manifold filling function for improved engine start
US10180107B2 (en) * 2017-03-08 2019-01-15 General Electric Company System and method for adjusting combustor fuel split

Also Published As

Publication number Publication date
US11300054B2 (en) 2022-04-12
EP3650676B1 (en) 2021-12-29
CA3058170A1 (en) 2020-05-08
US20200149479A1 (en) 2020-05-14
EP3650676A1 (en) 2020-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2909405T3 (es) Sistema de control de flujo de combustible y método de arranque de un motor
US10907834B2 (en) Slinger combustor having main combustion chamber and sub-combustion chamber, and gas turbine engine system having the same
JP4118811B2 (ja) ガスタービンエンジンの始動方法
US3902315A (en) Starting fuel control system for gas turbine engines
US7861534B2 (en) Method of starting turbine engine from low engine speed
JP6633960B2 (ja) 航空機用ガスタービン・エンジンの着火検知装置
US6062016A (en) Gas turbine engine fixed speed light-off method
US6766647B2 (en) Method for ignition and start up of a turbogenerator
US9003801B2 (en) Control apparatus for gas turbine and start up method for gas turbine
US11859555B2 (en) Systems and methods for starting a gas turbine engine
JP2011043136A (ja) ガスタービン・エンジンの始動時燃料制御装置
US11131211B2 (en) Method and system for setting an acceleration schedule for engine start
KR101895642B1 (ko) 터빈엔진 시동방법
JP6633962B2 (ja) 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
EP4141238A1 (en) System and method for controlling fuel flow to an aircraft engine during start
WO2004025070A2 (en) Turboalternator offload control with combustor blowout prevention
CN110886656A (zh) 用于为发动机启动设定加速度计划的方法与系统
RU2616739C2 (ru) Способ запуска системы сгорания
RU2252327C1 (ru) Способ запуска газотурбинного двигателя с охлаждаемой турбиной
US20220372920A1 (en) Method and system for operating an engine to prevent high power engine surges
US20230057599A1 (en) Start-up sequence for gaseous fuel engine