JP2011007183A - エンジンパッケージの始動システム、ガスタービンエンジンパワープラントシステムおよびこれを始動する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのエンジンを有する航空機用ガスタービンエンジンの始動を改善する。
【解決手段】２つのエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２は、空気および補助電力の搭載ソースを提供する、補助動力装置（ＡＰＵ）、電気エアサイクルマシン（ｅＡＣＭ）、あるいは他の動力源などの動力源６０と流体的に連通している。代替的に或いはこれに加え、エンジン始動・クロスブリードエンジンバルブ６６Ａ，６６Ｂ、外部ソースポート６８などを介して空気を得ることができる。地上／空気切換弁８０の位置によって、クロスブリードエンジンバルブ６６Ａ，６６Ｂあるいは外部ソースポート６８のいずれかが選択される。一方のエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２が作動しているときにクロスブリードエンジンの始動が行われ、作動しているエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２からのブリードエアを使って、他方のエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２が始動される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービンエンジンに関し、詳しくは、ガスタービンエンジンの始動システムに関する。

ガスタービンエンジンから動力を得る回転翼航空機などの航空機においては、補機ギアボックスを介して作動する空気式または電動式のスタータ・モータが利用されることが多い。エンジンハウジングに取り付けられているロータ補機ギアボックスは、一般に、一定の回転速度で作動する出力シャフトによって駆動される。回転翼航空機のような航空機においては、ロータ補機ギアボックスに一般に接続されている補機としては、オイル昇圧ポンプ、エンジン過速度調整器およびタコメータ・ジェネレータなどがある。ロータ補機ギアボックスは、一般に、エンジンハウジングに取り付けられており、シャフトおよび歯車列を介して段に接続されている。回転翼航空機などの航空機においては、ロータ補機ギアボックスに一般に接続されている補機としては、エンジンメインオイルポンプ、燃料制御装置、スタータ・ジェネレータおよびガスプロデューサ・ジェネレータなどがある。

スタータ・モータが補機ギアボックスを駆動すると、この補機ギアボックスは、ガスタービンエンジンに動力を伝える。この補機ギアボックスは、さらに、エンジンオルタネータを回転させ、これによって、エンジン電気システムに電流が供給される。エンジン点火スイッチがＯＦＦにされるか或いはスタータ・モータのドロップアウトが生じるまで、エンジンの点火が続けられる。

このような構成は、有効ではあるが、比較的大きなパッケージ空間を占有することがあり、また、複数のスタータ・モータおよび補機ギアボックス部品に一因して、重量が大きいという欠点がある。

本発明の一つの態様では、高圧スプールを有するエンジンパッケージの始動システムは、空気流を発生させる動力源を含む。この動力源と流体的に連通しているノズルシステムが、高圧スプールへ空気を導いて該高圧スプールを回転させるように作動する。

本発明の一つの態様では、ガスタービンエンジンパワープラントは、高圧スプールおよび低圧スプールを有するエンジンパッケージを含む。空気を発生させる動力源と、この動力源と流体的に連通しているノズルシステムと、を備え、このノズルシステムは、高速スプールへ空気を導いて該高速スプールを回転させるように作動する。

発明の一つの態様では、高圧スプールおよび低圧スプールを有するガスタービンエンジンパワープラントシステムを始動する方法は、エンジンパッケージのノズルシステムに空気を供給して高圧スプールを着火に至るまで回転させ、着火後は、低圧スプールのみを使って補機システムを駆動することを含む。

本発明に使用される例示的な回転翼航空機の斜視図。 回転翼航空機の駆動システムの概略図。 始動システムの一実施例を概略的に示すブロック図。 圧縮機ケース区域内に配置され、高圧スプールを点火速度まで駆動するノズルシステムの概略図。 補機システムを概略的に示すブロック図。 始動システムの他の実施例の概略を示すブロック図。

図１は、メインロータシステム１２を有する回転翼航空機１０を概略的に示す。このような航空機１０の機体１４から延びているテール１６にアンチトルクシステム１８が取り付けられている。メインロータシステム１２は、メインロータギアボックス（ＭＧＢ）２０を介して、マルチエンジンパワープラントシステム２２（ここでは、２つのエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２を有する（図２））によって、回転軸Ａを中心として駆動される。マルチエンジンパワープラントシステム２２は、航空機の飛行に利用可能な動力を発生させ、この動力を、ＭＧＢ２０を介して、メインロータシステム１２およびアンチトルクシステム１８に伝える。開示した実施例においては、特定のヘリコプタの構成を図示して説明しているが、固定翼航空機、補助並進推力システムを備える高速複式回転翼航空機、ターボプロップ航空機およびティルトロータ航空機の用途などの他の構成および／または機械にも、本発明は適用できる。

図３は、マルチエンジンパワープラントシステム２２の始動システム２６を概略的なブロック図で示している。この例示的な一実施例における各エンジンパッケージＥＮＧ１、ＥＮＧ２は、フリーパワー（ｆｒｅｅ ｐｏｗｅｒ ｔｙｐｅ）ターボシャフトエンジンであり、各エンジンの運転には、２つの機械的に独立した内部の段が関係している。開示した一実施例においては、特定の２スプール式ターボシャフトエンジンパッケージを概略的に示しているが、この開示は、他のガスタービンエンジンの構成にも適用可能であることを理解されたい。

各エンジンパッケージＥＮＧ１、ＥＮＧ２のエンジンケース２８内に、エンジンの回転軸Ｘを中心として（一般に互いに反対方向に）回転する高圧スプール３０および低圧スプール４０が収容されている。一実施例においては、高圧スプール３０には、軸流圧縮機ロータ３２、遠心圧縮機ロータ３４、および軸流高圧タービン３６が含まれる。低圧スプール４０には、出力タービンロータ４２と、ＭＧＢ２０に接続された出力シャフト４４と、が含まれる。燃焼器５０は、一般に、遠心圧縮機ロータ３４と軸流高圧タービン３６との間に配置されている。

２つのエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２は、機上の空気源や補助電力源となる、補助動力装置（ＡＰＵ）、電気エアサイクルマシン（ｅＡＣＭ）、あるいは他の動力源などの動力源６０と流体的に連通している。代替的に或いはこれに加え、エンジン始動・クロスブリードエンジンバルブ６６Ａ，６６Ｂ、外部ソースポート６８などを介して空気を得ることもできる。地上／空気切換弁８０の位置によって、クロスブリードエンジンバルブ６６Ａ，６６Ｂあるいは外部ソースポート６８のいずれかが選択される。一方のエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２が作動しているときにクロスブリードエンジン始動がなされ、作動しているエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２からのブリードエアを使って、他方のエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２が始動される。外部ソースポート６８は、高圧空気カートあるいは他の航空機などの外部ソースからのブリードエアラインの接続点を提供する。地上／空気切換弁８０を使って、外部始動用高圧空気ポート６８または動力源６０のいずれかを選択することができる。

外部始動用高圧空気ポート６８あるいは動力源６０は、遮断弁６２を介して、エンジンケース構造体２８内のノズルシステム６４に空気を供給する。この遮断弁６２は、クロスブリードエンジンバルブ６６Ａ，６６Ｂの位置によってクロスエンジン始動を選択することによって、２つのエンジンパッケージＥＮＧ１，ＥＮＧ２のいずれかに選択的に空気流を供給することができる。この遮断弁６２は、また、クロスブリードエンジン始動用の動力源６０あるいは外部ソースポート６８からの流れを遮断する。

ノズルシステム６４は、エンジンケース構造体２８のケース区域２８Ａ内に配置され、この付近で、高圧スプール３０を点火速度以上まで駆動するように構成されている。すなわち、ノズルシステム６４は、回転軸Ｘの周りに配置され、高圧スプール３０を回転させるように、軸流圧縮機ロータ３２、遠心圧縮機ロータ３４、軸流高圧タービン３６またはこれらの組み合わせに対し、所望の回転方向へ向かって配送される（図４）。このノズルシステム６４は、エンジンケースシステム区域２８Ａの周囲の全体あるいは一部のみに配置された複数のノズル６６Ａ，６６Ｂを含み得ることを理解されたい。一実施例においては、ノズルシステム６４は、１ｐｐｓにおいて４０ｐｓｉの始動用エアを供給することができる。

補機システム７０は、エンジンメインオイルポンプ、燃料制御装置、発電機、主点火システム、ガスプロデューサ・ジェネレータ、オイル昇圧ポンプ、エンジン過速度調整器、タコメータ・ジェネレータなどの複数の補機類７２を含むが、これらに限定しない。これらの必要な補機類７２のすべてが低圧スプール４０によって駆動され、高圧スプール３０に負荷がかからないようにされる（図５）。補機ギアボックス７６は、シャフト７４を介して低圧スプール４０によって駆動されるように、回転軸Ｘから径方向へ離間してエンジンハウジング２８上に配置することができる。代替的に、回転軸Ｘに沿って出力タービンロータ４２の下流に設けられた補機ギアボックス７６’によって補機類７２が駆動され、この補機ギアボックス７６’が出力シャフト４４によって直接駆動されるようにしてもよい（図６）。

始動時の燃料は、低圧スプール４０が主燃料ポンプをサポートするようになるまで、電動始動ポンプ９０を使って供給するようにしても良い（図５）。電流は、動力源６０が直接駆動するオルタネータなどの電源によって点火装置へ供給することができる。なお、他の燃料供給装置や点火装置、例えば、低圧スプール４０の回転速度が主燃料ポンプおよび主点火システムをサポートする速度に上昇するまで、機上で電力を供給するバッテリなどを、代替的に或いは追加的に備えていてもよい。

動作を説明すると、動力源６０は、エンジンパッケージＥＮＧ１のノズルシステム６４に空気を供給し、高圧スプール３０を点火速度以上にまで駆動する。これと同時に、燃料は、動力源６０が駆動する始動ポンプ９０によって供給され、低圧スプール４０が昇圧ポンプおよび主燃料ポンプをサポートするまで継続される。エンジンパッケージＥＮＧ１が着火した後、このＥＮＧ１からのクロスブリードによってエンジパッケージＥＮＧ２を回転させるように、遮断弁６２が位置決めされる。あるいは、エンジンパッケージＥＮＧ２のノズルシステム６４へ空気を直接供給し、エンジンパッケージＥＮＧ２の高圧スプール３０を点火速度まで駆動するように、遮断弁６２が位置決めされる。

このような構成によって、各エンジンパッケージについて空気式または電気式のスタータを設ける必要がなくなり、高圧スプール３０の寸法および重量が低減される。従来のシステムと比較して、２０％の重量が低減するとともに、コストと信頼性が向上する。

特定のステップの手順を示して説明し、特許請求の範囲に記載しているが、これらのステップは、特に示さない限り、別々にされ或いは組み合わされた種々の順序で実行することができ、その場合にも本発明は適用可能である。

上記の説明は、範囲を限定するものではなく例示するためのものである。本明細書中に様々な非制限的な実施例を開示したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、上記の教示に照らして、本発明の様々な変更や変形がなされ得ることを理解されよう。

２２…マルチエンジンパワープラントシステム
３０…高圧スプール
４０…低圧スプール
５０…燃焼器
６０…動力源
６８…外部ソースポート
８０…地上／空気切換弁

Claims (15)

1. 高圧スプールを有するエンジンパッケージの始動システムであって、
   空気を発生させる動力源と、
   上記動力源と流体的に連通し、上記高圧スプールへ空気を導いて上記高圧スプールを回転させるように作動可能なノズルシステムと、
   を備える始動システム。
2. 上記動力源は、補助動力装置であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 上記動力源は、電気エアサイクルマシンであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 高圧スプールおよび低圧スプールを有するエンジンパッケージと、
   空気を発生させる動力源と、
   上記動力源と流体的に連通し、上記高圧スプールへ空気を導いて上記高圧スプールを回転させるように作動可能なノズルシステムと、
   を備えるガスタービンエンジンパワープラントシステム。
5. 上記高圧スプールに軸流圧縮機ロータが含まれ、上記ノズルシステムは、該軸流圧縮機ロータへ上記空気を導くことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 上記高圧スプールに遠心圧縮機ロータが含まれ、上記ノズルシステムは、該遠心圧縮機ロータへ上記空気を導くことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 上記高圧スプールに軸流高圧タービンが含まれ、上記ノズルシステムは、該軸流高圧タービンへ上記空気を導くことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
8. 上記低圧スプールに出力タービンロータが含まれることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
9. 上記出力タービンロータは、出力シャフトを駆動することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 上記低圧スプールによって駆動される補機システムをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 上記低圧スプールによって駆動される補機システムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 上記ノズルシステムは、エンジンケース構造体内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 上記ノズルシステムは、少なくとも一部がエンジン回転軸の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 高圧スプールおよび低圧スプールを有するガスタービンエンジンパワープラントシステムを始動する方法であって、
    エンジンパッケージのノズルシステムへ空気を供給して上記高圧スプールを着火まで回転させ、
    着火後は、上記低圧スプールのみを使って補機システムを駆動すること、
    を含む方法。
15. 上記エンジンパッケージの始動が完了した後、上記エンジンパッケージからのクロスブリードを使って第２のエンジンパッケージを始動させることをさらに含む請求項１４に記載の方法。

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