RU2241844C1 - Gas-turbine engine starting method - Google Patents
Gas-turbine engine starting methodInfo
- Publication number
- RU2241844C1 RU2241844C1 RU2003109161/06A RU2003109161A RU2241844C1 RU 2241844 C1 RU2241844 C1 RU 2241844C1 RU 2003109161/06 A RU2003109161/06 A RU 2003109161/06A RU 2003109161 A RU2003109161 A RU 2003109161A RU 2241844 C1 RU2241844 C1 RU 2241844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- starting
- compressed air
- rotor
- turbine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способам запуска авиационных турбореактивных двигателей.The invention relates to the field of aviation technology, in particular to methods for starting aircraft turbojet engines.
Известен способ запуска газотурбинного двигателя, заключающийся в раскрутке его ротора от одного или нескольких внешних источников энергии, в частности путем подвода к ротору двигателя механической энергии от газотурбинного и пороховых стартеров (1).A known method of starting a gas turbine engine, which consists in the promotion of its rotor from one or more external energy sources, in particular by supplying mechanical energy from a gas turbine and powder starters to the engine rotor (1).
Основным недостатком рассматриваемого способа является то, что энергия от внешнего источника к ротору подводится только в виде механической энергии. При этом на этапе розжига камеры сгорания и начальной работе турбины, из-за малого уровня давлений в газовоздушном тракте двигателя, воздух практически не подается в систему охлаждения турбины, в результате чего отсутствует эффективное охлаждение основных элементов турбины - сопловых и рабочих лопаток. В процессе запуска двигателя это накладывает ограничение по температуре газов перед турбиной, что снижает возможности надежного и быстрого запуска двигателя, особенно в экстремальных условиях для запуска (при высоких температурах окружающей среды, высокогорных условиях и т.п.).The main disadvantage of this method is that the energy from an external source to the rotor is supplied only in the form of mechanical energy. At the same time, at the stage of ignition of the combustion chamber and the initial operation of the turbine, due to the low pressure level in the gas-air path of the engine, air is practically not supplied to the turbine cooling system, as a result of which there is no effective cooling of the main elements of the turbine - nozzle and rotor blades. In the process of starting the engine, this imposes a limitation on the temperature of the gases in front of the turbine, which reduces the possibility of reliable and quick starting of the engine, especially in extreme conditions for starting (at high ambient temperatures, high altitude conditions, etc.).
Другим недостатком известного способа является затрудненность раскрутки ротора путем подвода к нему механической энергии от внешнего источника в условиях полета самолета, на режимах авторотации, из-за высокой вероятности поломки элементов трансмиссии, например, соединительных муфт, рессор и т.д.Another disadvantage of this method is the difficulty of spinning the rotor by supplying mechanical energy to it from an external source in flight conditions in autorotation modes, due to the high probability of failure of transmission elements, for example, couplings, springs, etc.
Устранение этих недостатков особенно актуально для современных авиационных двухроторных двигателей. В этом случае, как правило, производится раскрутка ротора высокого давления. Ротор низкого давления работает в турбинном режиме, в результате чего за его рабочим колесом понижается давление. Чтобы обеспечить необходимый для розжига камеры сгорания уровень давлений и температур ротор высокого давления необходимо дополнительно подкрутить, а это приводит к росту потребной мощности внешних источников энергии.The elimination of these shortcomings is especially relevant for modern aircraft twin-rotor engines. In this case, as a rule, the high pressure rotor is unwound. The low-pressure rotor operates in turbine mode, as a result of which pressure decreases behind its impeller. In order to provide the pressure and temperature level necessary for igniting the combustion chamber, the high-pressure rotor must be additionally tightened, and this leads to an increase in the required power of external energy sources.
Задачей изобретения является повышение надежности запуска двигателя на земле и в полете, в том числе и в нештатных ситуациях и при запуске в полете на режиме авторотации, а также сокращение времени запуска двигателя.The objective of the invention is to increase the reliability of starting the engine on the ground and in flight, including in emergency situations and when starting in flight in autorotation mode, as well as reducing the time the engine starts.
Задача решается тем, что в способе запуска газотурбинного двигателя, включающем раскрутку его ротора от одного или нескольких внешних источников энергии, для двигателя с охлаждаемой турбиной, при его запуске в полете или на земле во внештатных условиях раскрутку ротора осуществляют путем подачи сжатого воздуха в систему охлаждения турбины двигателя, а при запуске двигателя на земле в штатных условиях одновременно с подачей сжатого воздуха в систему охлаждения турбины двигателя осуществляют подвод механической энергии к ротору двигателя.The problem is solved in that in a method for starting a gas turbine engine, including spinning its rotor from one or more external energy sources, for an engine with a cooled turbine, when it is started in flight or on the ground in emergency conditions, the spinning of the rotor is carried out by supplying compressed air to the cooling system engine turbines, and when starting the engine on the ground under normal conditions simultaneously with the supply of compressed air to the cooling system of the engine turbine, mechanical energy is supplied to the engine rotor la.
Кроме того, в качестве источника механической энергии может быть использована вспомогательная силовая установка, а в качестве источника сжатого воздуха может быть использована либо вспомогательная силовая установка, либо работающий двигатель рядом стоящего самолета, либо наземная энергетическая установка. Для многодвигательного летательного аппарата в качестве источника сжатого воздуха может быть использован один из работающих двигателей.In addition, an auxiliary power plant can be used as a source of mechanical energy, and either an auxiliary power plant, or a working engine of a nearby aircraft, or a ground-based power plant can be used as a source of compressed air. For a multi-engine aircraft, one of the working engines can be used as a source of compressed air.
Для двухроторных газотурбинных двигателей подвод механической энергии может осуществляться к ротору высокого давления, а сжатый воздух подаваться либо в систему охлаждения турбины высокого давления, либо одновременно в систему охлаждения турбины высокого давления и в систему охлаждения турбины низкого давления, либо только в систему охлаждения турбины низкого давления.For two-rotor gas turbine engines, mechanical energy can be supplied to the high-pressure rotor, and compressed air can be supplied either to the high-pressure turbine cooling system, or simultaneously to the high-pressure turbine cooling system and to the low-pressure turbine cooling system, or only to the low-pressure turbine cooling system .
При запуске двигателя в полете, одновременно с подачей сжатого воздуха в систему охлаждения турбины двигателя от внешнего источника энергии, возможно и осуществление подвода механической энергии к ротору двигателя.When starting the engine in flight, simultaneously with the supply of compressed air to the cooling system of the engine turbine from an external energy source, it is possible to supply mechanical energy to the engine rotor.
Одновременный подвод механической энергии к ротору и подача сжатого воздуха в систему охлаждения турбины двигателя позволяет повысить надежность запуска и сократить его время. Передача механической энергии к ротору позволяет интенсивно раскручивать ротор на начальном этапе запуска, причем основной поток энергии расходуется на преодоление момента инерции ротора. Подача же сжатого воздуха в систему охлаждения турбины позволяет дополнительно подкручивать ротор и надежно охлаждать турбину в момент розжига камеры сгорания и подводить к ротору энергию за счет работы самой турбины. При нарастании оборотов ротора доля мощности от подвода механической энергии падает, а доля мощности от подачи сжатого воздуха в систему охлаждения турбины растет.The simultaneous supply of mechanical energy to the rotor and the supply of compressed air to the cooling system of the engine turbine can increase the reliability of start-up and reduce its time. The transfer of mechanical energy to the rotor allows you to intensively unwind the rotor at the initial stage of startup, and the main energy flow is spent on overcoming the moment of inertia of the rotor. The supply of compressed air to the turbine cooling system allows you to additionally tighten the rotor and reliably cool the turbine at the moment of ignition of the combustion chamber and supply energy to the rotor due to the operation of the turbine itself. With increasing rotor speed, the share of power from the supply of mechanical energy decreases, and the share of power from the supply of compressed air to the turbine cooling system increases.
Подвод механической энергии и энергии сжатого воздуха может осуществляться как от одного, так и от различных внешних источников энергии. При этом подвод механической энергии и энергии от сжатого воздуха от одного внешнего источника энергии снижает вес и упрощает схему системы запуска, а при подаче от различных источников энергии возрастает надежность запуска в нештатных условиях.The supply of mechanical energy and the energy of compressed air can be carried out both from one and from various external sources of energy. At the same time, the supply of mechanical energy and energy from compressed air from one external energy source reduces weight and simplifies the start-up system, and when supplied from various energy sources, the reliability of start-up under abnormal conditions increases.
При запуске двигателя в полете на режимах авторотации, подавая воздух в систему охлаждения турбины, производят дополнительно “мягкую” (без использования обгонных муфт и т.п.) подкрутку ротора до оборотов, при которых надежно осуществляется запуск.When the engine is started in flight in autorotation modes, by supplying air to the turbine cooling system, an additional “soft” (without using overrunning clutches, etc.) twist the rotor to revolutions at which it is reliably started.
При запуске двигателя на земле в нештатных условиях, например, при невозможности подвести к ротору механическую энергию, раскрутка ротора осуществляется только за счет подвода энергии сжатого воздуха от внешнего источника. Несмотря на увеличенное время запуска при этом, запуск двигателя состоится.When starting the engine on the ground under abnormal conditions, for example, when it is impossible to bring mechanical energy to the rotor, the rotor is unwound only by supplying compressed air energy from an external source. Despite the increased start time, the engine will start.
Использование в качестве источника механической энергии вспомогательной силовой установки (далее - ВСУ) позволяет размещать внешний источник непосредственно в районе двигателя. Применение ВСУ в качестве источника как механической энергии, так и энергии сжатого воздуха, позволяет иметь непосредственно на летательном аппарате автономный источник питания. Кроме того, применение ВСУ в качестве источника сжатого воздуха позволяет снизить вес и габариты воздушных трубопроводов от ВСУ к системе охлаждения турбины.Using an auxiliary power unit (hereinafter - APU) as a mechanical energy source allows you to place an external source directly in the engine area. The use of APU as a source of both mechanical energy and compressed air energy allows you to have an autonomous power source directly on the aircraft. In addition, the use of APU as a source of compressed air allows to reduce the weight and dimensions of air pipelines from the APU to the turbine cooling system.
Использование в качестве источника сжатого воздуха работающего двигателя рядом стоящего самолета или наземной энергетической установки или для многодвигательной установки одного из работающих двигателей, расширяет возможности запуска двигателя. При этом отбор сжатого воздуха от нескольких источников энергии, например, одного из вышеприведенных в сочетании с ВСУ повышает эффективность запуска и надежность его системы.Using as a source of compressed air a working engine of a nearby aircraft or a ground-based power plant or for a multi-engine installation of one of the working engines, expands the possibilities for starting the engine. At the same time, the selection of compressed air from several energy sources, for example, one of the above in combination with the APU, increases the starting efficiency and reliability of its system.
Для двухроторных газотурбинных двигателей одновременный подвод механической энергии и энергии сжатого воздуха к ротору высокого давления обеспечивает более интенсивную раскрутку ротора высокого давления, имеющего по сравнению с ротором низкого давления меньший момент инерции и более развитую структуру системы охлаждения турбины.For two-rotor gas turbine engines, the simultaneous supply of mechanical energy and compressed air energy to the high-pressure rotor provides a more intensive promotion of the high-pressure rotor, which has a lower moment of inertia and a more developed turbine cooling system in comparison with the low-pressure rotor.
Подача сжатого воздуха в систему охлаждения турбины низкого давления позволяет производить дополнительную подкрутку ротора низкого давления, в результате чего уменьшается или полностью снимается “турбинный” эффект на компрессоре низкого давления.The supply of compressed air to the cooling system of the low pressure turbine allows additional twisting of the low pressure rotor, as a result of which the “turbine” effect on the low pressure compressor is reduced or completely removed.
В двухроторных газотурбинных двигателях, например если компрессор низкого давления имеет малую степень двухконтурности и небольшую степень сжатия, целесообразнее подводить механическую энергию к ротору высокого давления, а энергию от сжатого воздуха - к ротору низкого давления.In twin-rotor gas turbine engines, for example, if a low-pressure compressor has a small bypass ratio and a small compression ratio, it is more advisable to supply mechanical energy to the high-pressure rotor, and energy from compressed air to the low-pressure rotor.
При наличии в двигателе соединительной муфты, способной подключать источник механической энергии, например ВСУ, к вращающемуся ротору, на режимах авторотации возможен одновременный подвод к ротору как энергии сжатого воздуха, так и механической энергии.If the engine has a coupling capable of connecting a source of mechanical energy, for example, APU, to a rotating rotor, in autorotation modes, both compressed air and mechanical energy can be simultaneously supplied to the rotor.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена схема одного из вариантов системы запуска двигателя.The proposed method is illustrated in the drawing, which shows a diagram of one of the options for starting the engine.
Система запуска двигателя включает в себя ВСУ 1, механически соединенную посредством передачи 2 с ротором высокого давления 3 двигателя. ВСУ 1 трубопроводом 4 соединена со входом в сопловые лопатки 5 турбины высокого давления 6, а трубопроводом 7 с сопловыми лопатками 8 турбины низкого давления 9.The engine starting system includes an APU 1 mechanically connected by means of gear 2 to a high-pressure rotor 3 of the engine. The APU 1 is connected by a pipeline 4 to the entrance to the nozzle vanes 5 of the high pressure turbine 6, and by a pipeline 7 to the nozzle vanes 8 of the low pressure turbine 9.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
При запуске двигателя на земле, в штатных условиях для запуска, крутящий момент от работающей ВСУ 1 через механическую передачу 2 передается ротору высокого давления 3. Одновременно с этим по трубопроводу 4 от той же ВСУ 1 в систему охлаждения турбины высокого давления 6 подается сжатый воздух. Поступив на вход в сопловые лопатки 5 и пройдя через их внутренний тракт, воздух вытекает из щелей выходных кромок лопаток 5 и поступает на рабочие лопатки турбины высокого давления 6, создавая крутящий момент на ее рабочем колесе. Тем самым ротору 3 передается дополнительная энергия, повышающая эффективность его раскрутки.When starting the engine on the ground, under normal conditions for starting, the torque from the operating APU 1 is transmitted through a mechanical transmission 2 to the high pressure rotor 3. At the same time, compressed air is supplied through the pipe 4 from the same APU 1 to the cooling system of the high pressure turbine 6. Having entered the nozzle blades 5 and passing through their internal path, air flows from the slots of the outlet edges of the blades 5 and enters the working blades of the high pressure turbine 6, creating a torque on its impeller. Thus, the rotor 3 is transferred additional energy, increasing the efficiency of its promotion.
В ряде случаев сжатый воздух от ВСУ 1 может осуществлять и подкрутку ротора турбины низкого давления 9, поступая по трубопроводу 7 через внутренний тракт и щели выходных кромок сопловых лопаток 8 на рабочие лопатки турбины низкого давления 9.In some cases, compressed air from the APU 1 can also twist the rotor of the low pressure turbine 9, coming through the pipeline 7 through the internal path and the slots of the outlet edges of the nozzle blades 8 to the working blades of the low pressure turbine 9.
В нештатных ситуациях (экстремальных для запуска условиях, аварийных ситуациях и т.п.) и для запуска двигателя в полете на режиме авторотации осуществляют подкрутку ротора путем подачи сжатого воздуха на рабочие лопатки турбины высокого давления 6 от ВСУ 1 или любого другого источника сжатого воздуха. Для повышения эффективности запуска подача сжатого воздуха может быть осуществлена и одновременно от нескольких источников.In emergency situations (extreme conditions for starting, emergency situations, etc.) and for starting the engine in flight in autorotation mode, the rotor is twisted by supplying compressed air to the working blades of the high pressure turbine 6 from the APU 1 or any other source of compressed air. To increase the starting efficiency, compressed air can be supplied simultaneously from several sources.
Предложенный способ позволяет значительно повысить эффективность запуска за счет оптимального сочетания подвода механической энергии и подвода энергии от сжатого воздуха в систему охлаждения, поднять надежность запуска в нештатных ситуациях, а также обеспечить запуск двигателя в условиях, при которых ранее запуск был невозможен.The proposed method can significantly increase the starting efficiency due to the optimal combination of the supply of mechanical energy and the supply of energy from compressed air to the cooling system, to increase the reliability of starting in emergency situations, as well as to ensure that the engine is started in conditions at which it was previously impossible to start.
(56) Патент RU №2196240 C1, F 02 С 7/26, опубл. 2003 г., бюл. №1.(56) Patent RU No. 2196240 C1, F 02 C 7/26, publ. 2003, bull. No. 1.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003109161/06A RU2241844C1 (en) | 2003-04-01 | 2003-04-01 | Gas-turbine engine starting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003109161/06A RU2241844C1 (en) | 2003-04-01 | 2003-04-01 | Gas-turbine engine starting method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003109161A RU2003109161A (en) | 2004-10-10 |
RU2241844C1 true RU2241844C1 (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=34387814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003109161/06A RU2241844C1 (en) | 2003-04-01 | 2003-04-01 | Gas-turbine engine starting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2241844C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634444C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-30 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
RU2634505C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-31 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Method to control two-rotor gas-turbine engine of aircraft in start-up mode during auto-rotation |
RU2635164C1 (en) * | 2016-12-15 | 2017-11-09 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
RU2635163C1 (en) * | 2016-11-23 | 2017-11-09 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
-
2003
- 2003-04-01 RU RU2003109161/06A patent/RU2241844C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635163C1 (en) * | 2016-11-23 | 2017-11-09 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
RU2634444C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-30 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
RU2634505C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-31 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Method to control two-rotor gas-turbine engine of aircraft in start-up mode during auto-rotation |
RU2635164C1 (en) * | 2016-12-15 | 2017-11-09 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Device for starting gas turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7401461B2 (en) | Reduced-weight fuel system for gas turbine engine, gas turbine engine having a reduced-weight fuel system, and method of providing fuel to a gas turbine engine using a reduced-weight fuel system | |
US10738709B2 (en) | Multi-spool gas turbine engine | |
EP3282093B1 (en) | Geared turbofan with low spool power extraction | |
US4815277A (en) | Integrated power unit | |
US7418821B2 (en) | Aircraft gas turbine engines | |
US7681402B2 (en) | Aeroengine oil tank fire protection system | |
EP4163481B1 (en) | Fuel delivery system | |
US11193425B2 (en) | Gearbox for boost spool turbine engine | |
US11248532B2 (en) | Hybrid electric dual spool power extraction gearbox | |
US9297304B2 (en) | Gas turbine engine system with bleed air powered auxiliary engine | |
US4819423A (en) | Integrated power unit | |
US10890115B2 (en) | Low torque engine starting with dual spool power extraction with superposition gearbox | |
US10634064B1 (en) | Accessory gearbox with superposition gearbox | |
CA2356529A1 (en) | Apparatus and method to increase turbine power | |
US11686253B2 (en) | Through-flow gas turbine engine with electric motor and electric generator | |
KR100836979B1 (en) | Methods and apparatus for operating gas turbine engines | |
US20180149086A1 (en) | Turbine engine and method of cooling thereof | |
US11719246B2 (en) | Epicyclic drive for gas turbine engine lubricant pump | |
GB1136584A (en) | Gas turbine engine accessory drive systems | |
RU2241844C1 (en) | Gas-turbine engine starting method | |
RU2252327C1 (en) | Method of starting gas-turbine engine with cooled turbine | |
RU2111370C1 (en) | Method of starting and gas supply of power generating gas turbine plant | |
RU2260134C1 (en) | Gas-turbine engine starting method | |
SU1767204A1 (en) | Combined force installation of aircraft | |
RU49913U1 (en) | STARTING SYSTEM MOTOR INSTALLATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140127 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |