Способ обнаружения утечки текучей среды в турбомашине и система распределения текучей среды

Изобретение относится к способу обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды в турбомашине (10). Турбомашина (10) содержит источник высокотемпературной сжатой текучей среды, по меньшей мере одну линию (14, 15) распределения текучей среды, подходящую для распределения указанной высокотемпературной текучей среды, и отсек турбомашины, в котором по меньшей мере частично расположена линия (14, 15) распределения. Способ содержит следующие этапы, на которых: измеряют по меньшей мере два параметра давления в отсеке турбомашины, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени; обнаруживают утечку высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из двух параметров давления в отсеке турбомашины значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в отсеке. Изобретение также относится к системе распределения высокотемпературной текучей среды и к турбомашине, содержащей такую систему распределения высокотемпературной текучей среды. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области турбомашин для воздушных судов и, в частности, к области систем распределения текучих сред, оснащающих такие турбомашины. В настоящем описании под турбомашиной понимается любой движительный узел с турбиной. Движительный узел не ограничивается самим двигателем и, в частности, может содержать гондолу.

СОСТОЯНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Системы распределения текучих сред, в частности, сжатых текучих сред в турбомашинах в общем включают в себя большое число линий, некоторые из которых могут быть расположены по меньшей мере частично в чувствительных зонах турбомашин.

В связи с этим из-за, как правило, высокой температуры этих сжатых текучих сред любая утечка в линии в одной из этих чувствительных зон турбомашины может стать проблемой и повредить турбомашину. В частности, это относится к контуру противообледенительной системы гондолы (NAI) и к контуру циркуляции сжатого воздуха стартера, которые частично расположены в зоне вентилятора, находящейся радиально снаружи кожуха вентилятора турбомашины и внутри гондолы. Конкретнее, зона вентилятора расположена радиально внутри капота гондолы.

Фактически, вентилятор турбомашины и, в частности, зона вентилятора может включать в себя элементы из композитного материала(ов) с низкой термостойкостью. Кроме того, утечка в зоне вентилятора сжатого воздуха, проходящего через контур NAI, может вызывать сильное повышение температуры в этой зоне, которая может превышать 350°C. При таких температурах указанные элементы из композитного материала(ов) могут сохранять свою целостность только в течение относительно короткого временного интервала, обычно порядка 15 секунд.

Таким образом, по этим причинам необходимо разработать способы обнаружения утечки текучей среды.

Из документа US 7930928 известна установка датчиков температуры в чувствительных зонах. Датчики температуры позволяют разработать способ контроля текучей среды в этих чувствительных зонах путем обнаружения любого аномального повышения температуры. Таким образом, такой контроль температуры позволяет обнаруживать нетипичную подачу высокотемпературной текучей среды в чувствительной зоне, которая может возникать только из-за утечки высокотемпературной текучей среды.

Соответственно такой способ обнаружения утечки позволяет обнаруживать утечки высокотемпературной текучей среды независимо от происхождения этих утечек и количества линий, которые могут дать течь. Однако, как показано на Фиг. 1, используемые датчики температуры имеют некоторую инерцию. Так Фиг. 1 представляет собой график, показывающий реальную температуру 901 в зоне во время моделирования утечки текучей среды, параллельную температуре 902, измеренной датчиком температуры. В результате, хотя утечка текучей среды приводит к почти мгновенному повышению температуры в зоне (общая продолжительность повышения температуры меньше 5 с), датчик температуры показывает гораздо более медленное повышение температуры (порядка 130-140 с), поскольку этот датчик воздействует на комнатную температуру в качестве фильтра пропускания низких частот, имеющего высокую временную постоянную. Например, для пороговой температуры 120 °C, рассматриваемой в качестве критической для элементов из композитного материала(ов), имеющих низкую термостойкость, требуется приблизительно 15 секунд для ее обнаружения, тогда как в зоне она достигается за одну секунду. Если к этой задержке добавляется скрытая задержка, обычно составляющая 8 секунд, для обработки информации и для закрытия блоком обработки турбомашины клапанов линии системы распределения текучей среды, то элементы из композитного материала(ов) подвергаются этой критической температуре в течение времени, близкого к 23 секундам. Также можно учесть, что данные задержки относятся к датчику температуры, обращенному в сторону утечки, и что датчик, расположенный на удалении от местоположения утечки, может добавлять дополнительную задержку в несколько секунд.

Поскольку это время в лучшем случае не должно превышать 15 секунд для сохранения целостности элементов из композитного материала(ов), необходимо уменьшить время обнаружения, например, до 7 секунд, если скрытая задержка составляет 8 секунд и независимо от местоположения утечки относительно датчика.

Эта проблема особенно актуальна для системы распределения текучей среды, которая включает в себя линию подачи высокотемпературного сжатого воздуха, как для воздушного судна, так и для стартера турбомашины, и линию подачи воздуха контура NAI. Фактически, эти линии имеют трубопроводы, которые обычно расположены в зоне вентилятора турбомашины, в частности, для подачи сжатого воздуха в стартер и противообледенительный контур впускного канала. Кроме того, как уже указано, зона вентилятора является особенно чувствительной, поскольку содержит элементы из композитного материала(ов). Таким образом, особенно важно, чтобы такая система распределения высокотемпературного сжатого воздуха обеспечивала обнаружение утечки воздуха при высокой температуре в зоне вентилятора независимо от величины утечки текучей среды.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одна из задач настоящего изобретения заключается в преодолении этого недостатка, и, таким образом одна из целей заключается в обеспечении способа обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды в турбомашине, который обеспечивает обнаружение утечки высокотемпературной текучей среды в зоне турбомашины с уменьшенной задержкой обнаружения по сравнению с известным уровнем техники, и который имеет низкую зависимость от расположения измерительной системы в зоне турбомашины, этот способ обнаружения должен обеспечивать обнаружение как утечки текучей среды с низким расходом, которая, например, соответствует трещине на линии, так и утечки текучей среды с высоким расходом, которая, например, соответствует отсоединению линии.

В связи с этим изобретение относится к способу обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды в турбомашине воздушного судна, причем указанная турбомашина включает в себя:

источник сжатой высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одну линию распределения текучей среды, подходящую для распределения указанной высокотемпературной текучей среды в различные части турбомашины и/или воздушного судна, которое оборудовано указанной турбомашиной,

зону турбомашины, в которой по меньшей мере частично расположена линия распределения, причем указанная зона при использовании имеет давление ниже, чем давление высокотемпературной текучей среды,

причем способ включает в себя следующие этапы, на которых:

измеряют по меньшей мере один параметр давления в зоне турбомашины,

обнаруживают утечку высокотемпературной текучей среды при достижении параметром давления в зоне турбомашины порогового значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Конкретнее, изобретение относится к способу, включающему в себя следующие этапы, на которых:

измеряют по меньшей мере два параметра давления в зоне турбомашины, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени,

обнаруживают утечку высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из двух параметров давления в зоне турбомашины порогового значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Давление в зоне турбомашины определено как давление газа, в общем воздуха, преобладающее в зоне. Под параметром давления в зоне понимается измеренная величина, представляющая мгновенное давление, то есть величина, измеренная в данный момент, показывает достаточно точное давление в этот же момент. С другой стороны, как рассмотрено выше, температура, измеренная внутри зоны, не отражает мгновенное давление, в частности, из-за инерции датчиков температуры, и, таким образом, не является параметром давления в зоне.

При использовании такого способа можно обнаруживать утечку высокотемпературной текучей среды в зоне с намного меньшей задержкой, чем при простом обнаружении с помощью порогового значения температуры. Фактически, подача текучей среды в зоне во время утечки в общем создает увеличение давления в зоне, которое распределяется по всему объему зоны, тогда как повышение температуры остается локализованным в первое время при утечке. Кроме того, датчики давления не имеют проблем с инерцией, как датчики температуры, и, следовательно, обеспечивают обнаружение повышения давления сразу после появления утечки.

В связи с этим при использовании этого способа обнаружения можно обнаруживать появление утечки высокотемпературной текучей среды в зоне с намного меньшей задержкой обнаружения, чем в способе известного уровня техники, независимо от местоположения утечки в зоне.

Дополнительно следует отметить, что такой способ подходит для обнаружения утечек текучей среды независимо от расхода этих утечек. Фактически, измерение двух параметров, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени, позволяет обнаруживать утечки текучей среды с высоким расходом, которые будут быстро обнаружены путем измерения изменения с течением времени, тогда как измеренное давление позволяет обнаруживать утечки текучей среды с низким расходом, учитывая, что последние не могут быть обнаружены путем измерения изменения с течением времени. Таким образом, обеспечено быстрое обнаружение утечек текучей среды независимо от их расхода.

Под низкой температурой относительно высокой температуры выше и в остальной части настоящего документа понимается, что разница температур между высокотемпературной текучей средой, обеспечиваемой источником текучей среды, и температурой, преобладающей в зоне, выше 50°C и предпочтительно выше 100°C.

Под сжатой текучей средой выше и в остальной части настоящего документа понимается текучая среда, давление которой выше или равно 0,2 МПа или даже 4 МПа. Давление в зоне будет в общем низким по сравнению с давлением сжатой текучей среды, то есть оно будет по меньшей мере в 2 раза или даже в 4 раза ниже давления высокотемпературной сжатой текучей среды.

Под «достижением», разумеется, подразумевается, что параметр давления становится равным или превышает пороговое значение.

Измеренное давление может представлять собой измеренное давление, выбранное из группы, включающей в себя абсолютное давление в зоне турбомашины, относительное давление в зоне турбомашины относительно атмосферного давления и дифференциальное давление, представляющее разницу между давлением воздуха в зоне и давлением газа в контрольной области. Обнаружение утечки может происходить при достижении давлением, измеренным в зоне турбомашины, порогового значения давления, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Такой параметр давления обеспечивает достижение эффективного обнаружения утечки, поскольку он позволяет обнаруживать утечку сжатой текучей среды низкой интенсивности, которая создает постепенное повышение давления, и, следовательно, температуры.

Обнаружение утечки может происходить при достижении изменением давления с течением времени в зоне турбомашины порогового значения изменения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Такой параметр, в частности, подходит для обеспечения быстрого обнаружения утечки высокой интенсивности. Фактически, такая утечка создает быстрое увеличение давления в зоне и, следовательно, сильное изменение. В связи с этим обнаружение может происходить, даже если давление еще не достигло значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды.

Изменение давления с течением времени может представлять собой градиент dP/dt или даже разность давлений ΔP между двумя заданными моментами.

На этапе измерения может быть измерено два параметра: измеренное давление и изменение давления с течением времени в зоне турбомашины. Обнаружение утечки может происходить при достижении по меньшей мере одним из измеренного давления и изменения давления с течением времени в зоне соответственного порогового значения.

Такой способ позволяет быстро обнаруживать утечку высокотемпературной текучей среды для значительных утечек, например, связанных с отсоединением линии, при этом позволяя обнаруживать менее значительные утечки высокотемпературной текучей среды, например, связанные с трещиной на линии.

При использовании турбомашины указанная зона может быть герметично изолирована в отношении текучей среды, распределяемой по меньшей мере одной линией распределения текучей среды.

Такой способ особенно предпочтителен для такой зоны. Поскольку зона герметично изолирована в отношении высокотемпературной текучей среды, она необязательно выполнена с возможностью выдерживания высоких температур, что, в частности, имеет место в случае, когда зона содержит по меньшей мере один элемент из композитного материала(ов). Таким образом, тем более важно предотвратить любую утечку текучей среды.

Поскольку способ предназначен для реализации на воздушном судне, включающем в себя по меньшей мере одну вторую турбомашину, указанный по меньшей мере один параметр давления в зоне может быть получен на основе сравнения давления относительно второй турбомашины, причем обнаружение утечки происходит, когда из сравнения следует, что давление в зоне становится выше на пороговое значение, чем давление в зоне второй турбомашины, причем указанное пороговое значение характерно для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне первой турбомашины.

Такой способ обнаружения путем изменения дополнительных турбомашин, оснащающих воздушное судно, позволяет использовать относительно низкие пороговые значения разности давлений и, следовательно, быстро обнаруживать выход турбомашины из ее нормального состояния, которое представлено другой турбомашиной. Таким образом, достигается эффективное обнаружение как значительных утечек, так и более слабых утечек.

Способ может содержать дополнительный этап, на котором:

закрывают указанную по меньшей мере одну линию распределения текучей среды при обнаружении утечки.

Такой этап позволяет остановить утечку высокотемпературной сжатой текучей среды в зоне при обнаружении такой утечки. Это обеспечивает сохранность хрупких элементов в зоне, например, элементов из композитного материала(ов), в отношении высокой температуры.

Зона турбомашины радиально расположена между кожухом вентилятора и капотом гондолы турбомашины.

Высокотемпературная текучая среда может представлять собой воздух из компрессора турбомашины, причем турбомашина включает в себя первую и вторую линии распределения текучей среды, первая линия представляет собой линию для распределения воздуха в воздушное судно и стартер турбомашины, вторая линия представляет собой линию для распределение воздуха в канале впуска воздуха турбомашины для подачи в противообледенительную систему, причем первая и вторая линии по меньшей мере частично расположены в зоне.

Способ в соответствии с изобретением особенно подходит для обнаружения утечки в такой зоне и для обеспечения обнаружения утечек таких линий распределения текучей среды. Фактически, зона, радиально расположенная между кожухом вентилятора и капотом гондолы турбомашины, включает в себя элементы из композитного материала, которые особенно чувствительны к утечкам, которые могут возникать на линии для распределения воздуха в воздушное судно и в стартер турбомашины и на линии для распределения воздуха в канале впуска воздуха турбомашины для подачи в противообледенительную систему.

Изобретение также относится к системе распределения текучей среды для турбомашины воздушного судна, причем система включает в себя:

источник сжатой высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одну линию распределения высокотемпературной текучей среды, подходящую для распределения указанной текучей среды в различные части турбомашины и/или воздушного судна, которое оборудовано указанной турбомашиной,

зону турбомашины, в которой по меньшей мере частично расположена линия распределения, причем указанная зона при использовании турбомашины имеет давление ниже, чем давление высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одно средство измерения, подходящее для обеспечения измерения параметра давления в зоне турбомашины,

блок обработки, выполненный с возможностью управления средством для измерения параметра давления в зоне турбомашины,

причем блок обработки выполнен с возможностью обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды при достижении параметром давления в зоне, полученным от средства измерения, порогового значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Конкретнее, по меньшей мере одно средство измерения подходит для обеспечения измерения по меньшей мере двух параметров давления в зоне турбомашины, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени,

блок обработки выполнен с возможностью приема данных на основе измерений, выполняемых средством измерения,

и блок обработки выполнен с возможностью обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из двух параметров давления в зоне, полученных от средства измерения, порогового значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в зоне.

Такая система обеспечивает реализацию способа обнаружения утечки в соответствии с изобретением и, следовательно, извлекает выгоду из преимуществ, связанных со способом в соответствии с изобретением.

Зона может быть герметично изолирована в отношении текучей среды, распределяемой по меньшей мере одной линией, которая по меньшей мере частично расположена в ней, и может иметь внутренний объем, который более чем в два раза превышает общий объем части по меньшей мере одной линии, которая расположена в зоне.

Под внутренним объемом зоны здесь и в остальной части настоящего документа следует понимать объем, ограниченный внутренними стенками зоны, который включает в себя объем, занимаемый элементами, содержащимися в указанном внутреннем объеме, например, объем, занимаемый частью по меньшей мере одной линии, которая расположена в зоне.

Указанная зона может быть закрыта и содержать объем воздуха, который более чем в два раза превышает общий объем части по меньшей мере одной линии, которая расположена в зоне.

Под объемом воздуха, содержащимся в зоне, здесь и в остальной части настоящего документа следует понимать внутренний объем зоны, содержащий воздух, который не занят элементом, содержащимся во внутренним объеме, таким как часть по меньшей мере одной линии, которая расположена в зоне.

Указанная зона может содержать по меньшей мере один элемент из композитного материала(ов), имеющий недостаточную термостойкость, чтобы выдерживать высокую температуру текучей среды дольше заданной задержки, составляющей менее 30 секунд.

Указанный элемент из композитного материала(ов) может состоять из стенки зоны, смежной объему воздуху, через который проходит по меньшей мере одна линия распределения высокотемпературной текучей среды.

Такая система распределения особенно подходит для защиты элемента из композитного материала(ов) в случае утечки высокотемпературной текучей среды, поскольку обнаружение утечки может быть выполнено за время, значительно меньше 30 секунд.

Изобретение также относится к турбомашине, включающей в себя систему распределения текучей среды в соответствии с изобретением.

Такая турбомашина путем обеспечения реализации способа в соответствии с изобретением извлекает выгоду из связанных с ним преимуществ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятно после прочтения описания примерных вариантов выполнения, приведенных исключительно путем примера и никоим образом не с целью ограничения, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой график, показывающий изменение температуры в зоне вентилятора турбомашины при утечке высокотемпературного сжатого воздуха, проходящее параллельно температуре, измеренной датчиком температуры в той же зоне вентилятора,

Фиг. 2 схематически иллюстрирует контур распределения текучей среды турбомашины,

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий повышение давления в зоне вентилятора турбомашины при утечке в линии NAI с низкой интенсивностью,

Фиг. 4 представляет собой график, показывающий повышение давления в зоне вентилятора турбомашины при утечке в линии подачи сжатого воздуха стартера с низкой интенсивностью с открытием панели ограничения давления на 300 мс.

Различные части, представленные на фигурах, необязательно изображены в едином масштабе для получения более разборчивых фигур.

Различные варианты (альтернативы и варианты выполнения) не должны толковаться как исключающие друг друга и могут быть объединены друг с другом.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Фиг. 2 схематически иллюстрирует примерную систему распределения сжатой высокотемпературной текучей среды, в частности, сжатого воздуха, в соответствии с изобретением, которая оснащает турбомашину 10. Указанная турбомашина оснащает воздушное судно.

Такая система распределения текучей среды включает в себя:

компрессор 11 высокого давления, образующий источник высокотемпературного сжатого воздуха,

вентилятор, имеющий кожух 12, который ограничивает внутри вторичный путь потока, и снаружи которого расположен датчик 121 давления для измерения давления в зоне вентилятора,

гондолу 13 турбомашины, включающую в себя впускной канал 131 турбомашины для впуска воздуха,

первую линию 14 высокого давления для забора высокотемпературного сжатого воздуха из компрессора высокого давления в воздушное судно, причем указанная первая линия включает в себя вторичное ответвление 14a для подачи сжатого воздуха в стартер 122 турбомашины,

вторую линию 15 для предотвращения обледенения гондолы 13 и впускного канала 131 турбомашины 10,

вычислительную машину двигателя, известную как FADEC или «автономная цифровая система управления двигателем» (не показана).

Зона вентилятора радиально расположена между кожухом 12 вентилятора и капотом гондолы 13 турбомашины. Она в общем включает в себя элементы из композитного материала(ов), чувствительного к высоким температурам. Таким образом, зона 12 вентилятора представляет собой чувствительную зону турбомашины, в которой важно обнаруживать возможную утечку высокотемпературной текучей среды, например, сжатого воздуха, обеспечиваемого компрессором 11 высокого давления. Фактически, эти элементы из композитного материала(ов) в общем имеют недостаточную термостойкость, чтобы выдерживать высокую температуру текучей среды дольше заданной задержки, составляющей меньше 30 секунд или даже меньше или равной 15 секундам.

Традиционно давление воздуха в зоне вентилятора имеет значение от 0,02 до 0,14 МПа. Зона вентилятора герметично изолирована в отношении текучей среды, распределяемой первой и второй линиями. Ее внутренний объем и объем газа, который она содержит, больше общих объемов частей первой и второй линий 14, 15, которые расположены в вентиляторе 12.

Компрессор 11 высокого давления обеспечивает подачу высокотемпературного сжатого воздуха, температура которого обычно может достигать 500°C, в первую и вторую линии 14, 15.

Первая линия 14 выполнена с возможностью забора сжатого воздуха из компрессора 11 высокого давления для подачи сжатого воздуха в воздушное судно, в частности, в систему 21 кондиционирования воздуха воздушного судна и противообледенительную систему 22 крыльев воздушного судна.

Перед теплообменником 141, обеспечивающим охлаждение сжатого воздуха из воздуха, забираемого в вентиляторе (из линии, обозначенной ссылочной позицией 123 на Фиг. 2), первая линия 14 включает в себя вторичную линию 14a к стартеру 122. Таким образом, первая линия 14 обеспечивает подачу сжатого воздуха, температура которого обычно составляет порядка 360°C, в стартер 122, расположенный в центральной области двигателя. Давление во вторичной линии 14a первой линии 14 в общем составляет от 0,3 до 10 МПа.

Первая линия 14 включает в себя первые клапаны 142, обычно называемые клапаны ECS (система контроля окружающей среды) для управления расходами воздуха, забираемого из компрессора 11 высокого давления.

Вторая линия 15 обеспечивает подачу в противообледенительный контур канала 131 впуска воздуха гондолы 13. Вторая линия 15 включает в себя вторые клапаны 151 для управления расходом воздуха, забираемого из компрессора 11 высокого давления. Обычно вторая линия 15 обеспечивает подачу сжатого воздуха, температура которого составляет порядка 500°C, в противообледенительный контур канала 131 впуска воздуха. Давление воздуха, текущего во второй линии 15, в общем составляет от 2 до 3 МПа.

Независимо от первой или второй линии 14, 15, часть их соответственных трубопроводов расположена в зоне вентилятора. Таким образом, в случае утечки в одном из этих трубопроводов в зоне вентилятора, происходит подача высокотемпературного сжатого воздуха и, следовательно, повышение температуры в зоне. Такое повышение температуры разрушительно для некоторых элементов из композитного материала(ов), которые могут находиться в зоне вентилятора.

Для обеспечения обнаружения таких утечек зона вентилятора содержит датчик 121 давления, который обнаруживает любое повышение давления, которое вызвано утечкой теплого воздуха в зоне вентилятора. В обычной конфигурации этот датчик 121 давления может представлять собой датчик давления, имеющийся в зоне турбомашин известного уровня техники, например, датчик давления, известный как подсистема давления.

В связи с этим Фиг. 3 и 4 иллюстрируют повышение давления в зоне вентилятора, измеряемое таким датчиком 121 давления при повреждении трубопровода соответственной первой линии 14 и второй линии 15. Здесь важно обратить внимание на разницу в масштабе осей абсцисс между Фиг. 1 и Фиг. 3 и 4. Масштаб на Фиг. 1 показан в секундах, причем требуется около 150 секунд для достижения измеренной температурой 901 максимального значения, тогда как масштаб на Фиг. 3 и 4 показан в миллисекундах, причем в обоих случаях требуется менее 400 мс для достижения измеренным изменением 904, 905 давления его максимального значения. Это показывает, что контроль давления в зоне вентилятора обеспечивает значительно более быстрое достижение обнаружения утечки по сравнению с использованием контроля температуры. Таким образом, контроль утечки на основе такого измерения давления позволяет достаточно быстрое обнаружение для обеспечения выполнения операций, необходимых для закрытия протекающей линии, чтобы элементы из композитного материала(ов) не подвергались воздействию критической температуры в течение времени, превышающего 23 секунды.

Фиг. 3 более точно иллюстрирует повышение давления в зоне вентилятора при повреждении трубопровода в первой линии 14, причем изменение давления представляет собой дифференциальное давление, выраженное в psi, то есть в «фунтах на квадратный дюйм», 1 psi равен около 6900 Па. Таким образом, при повреждении первого трубопровода 14, который питает стартер, давление увеличивается на около 0,05 psi, то есть на 345 Па, в течение времени, значительно меньшего 200 мс.

Фиг. 4 показывает, что увеличение давления намного выше при повреждении трубопровода второй линии 15, которая подает сжатый газ в противообледенительный контур канала 131 впуска воздуха. Фактически, при таком повреждении трубопровода дифференциальное давление в зоне вентилятора может превышать 1,5 psi, то есть превышать 10000 Па. Для большей точности, давление в зоне вентилятора при таком повреждении достигает, как показано резким уменьшением давления перед 400 мс, порогового значения панели ограничения давления, с которого открывается указанная панель. Таким образом, обнаружено, что при достижении этого порогового значения открытие панели ограничения давления вызывает уменьшение давления, которое становится порядка 0,1 psi, то есть 690 Па.

Датчик 121 давления находится в сообщении с вычислительной машиной двигателя.

Для обеспечения обнаружения утечки высокотемпературного сжатого воздуха в зоне вентилятора вычислительная машина двигателя выполнена с возможностью реализации способа, содержащего следующие этапы, на которых:

измеряют давление в зоне вентилятора датчиком 121 давления для определения по меньшей мере одного параметра давления, например, значения измеренного давления, изменения давления с течением времени, разности давлений относительно давления в другом элементе турбомашины или в зоне вентилятора другой турбомашины,

обнаруживают утечку высокотемпературного сжатого воздуха, если по меньшей мере один параметр давления достигает, то есть выше или равен, порогового значения, характерного для утечки высокотемпературного сжатого воздуха в зоне.

Таким образом, в соответствии с первым вариантом изобретения параметр может представлять собой измеренное значение давления, и, следовательно, утечка высокотемпературной текучей среды обнаруживается, если измеренное значение давления превышает заданное пороговое значение. Это заданное пороговое значение представляет собой значение, выбранное в качестве характерного для утечки высокотемпературной сжатой текучей среды в зоне вентилятора.

В соответствии с этим вариантом рассматриваются две конфигурации вычислительной машины двигателя, либо пороговое значение представляет собой фиксированное значение, выбранное так, чтобы позволять обнаружение утечки независимо от состояния турбомашины, либо пороговое значение представляет собой переменную, предполагающую определенные значения как функцию от измеренных параметров, указывающих состояние турбомашины. Первая конфигурация предпочтительна в рамках простой реализации обнаружения утечки. В первой конфигурации пороговое значение может, быть установлено, например, на 0,2 МПа.

Вторая конфигурация предпочтительна для более быстрого обнаружения. Фактически, при использовании второй конфигурации пороговое значение может быть представлено как функция от состояния турбомашины и не установлено в отношении состояния турбомашины, в котором давление в зоне вентилятора является наивысшим. Независимо от выбранной конфигурации такой первый вариант особенно подходит для обнаружения утечек сжатой текучей среды низкой интенсивности, которые, например, могут происходить в случае трещины на линии.

В соответствии со вторым вариантом изобретения параметр может представлять собой изменение давления с течением времени между двумя заданными моментами, например, градиент dP/dt или разность давлений ΔP. В соответствии с этим вариантом пороговое значение соответственно представляет собой пороговое изменение давления того же типа. Второй вариант использует сильное повышение давления, создаваемое подачей сжатой текучей среды вследствие утечки в зоне вентилятора. Как и для первого варианта изобретения, вычислительная машина двигателя может иметь две конфигурации, в которых пороговое значение соответственно представляет собой фиксированное или переменное пороговое значение. Соответственные преимущества обеих конфигураций идентичны изложенным для первого варианта. Второй вариант особенно подходит для быстрого обнаружения утечки текучей среды высокой интенсивности, которая, например, может происходить при отсоединении линии. В соответствии со вторым вариантом, учитывая, что изменение давления с течением времени представляет собой определенный градиент давления между двумя моментами, подходит пороговое значение градиента давления, установленное от 200 до 3000 Па×с-1 и предпочтительно равное 500 Па×с-1.

В соответствии с третьим вариантом параметр может представлять собой разность давлений между давлением в зоне вентилятора и тем же давлением в зоне вентилятора другой турбомашины, например, во второй турбомашине, оснащающей воздушное судно. Такую разность получают на основе сравнения давления в зоне вентилятора и давления в зоне вентилятора другой турбомашины. Таким образом, поскольку турбомашина и другая турбомашина имеют параллельные рабочие фазы и, следовательно, имеют подобные рабочие параметры, более высокое давление в зоне вентилятора в одной турбомашине относительно давления в другой турбомашине позволяет определять подачу сжатой текучей среды и, следовательно, наличие утечки сжатой текучей среды. В соответствии с этим вариантом характерное пороговое значение соответствует разности давлений, характерной для утечки.

В рамках третьего варианта для обеспечения надежного обнаружения утечки вычислительная машина двигателя может быть выполнена с возможностью выполнения активации обнаружения только в рабочих фазах турбомашины, в которых она работает параллельно с другой турбомашиной с практически идентичными рабочими параметрами. Таким образом, например, вычислительная машина двигателя может не реализовывать обнаружение текучей среды во время начальной фазы турбомашины, в которой давление в зоне вентилятора особенно велико, что может создавать дисбаланс между двумя турбомашинами.

Вычислительная машина двигателя может быть выполнена с возможностью реализации одного из трех вышеуказанных вариантов, нескольких из этих вариантов одновременно или даже реализации нескольких из этих вариантов последовательно и в зависимости от рабочего состояния турбомашины.

Подобным образом в зависимости от варианта, выбранного из трех вышеуказанных вариантов, вычислительная машина двигателя может быть выполнена с возможностью предотвращения обнаружения утечки во время некоторых рабочих фаз турбомашины, в которых известно, что параметр давления зоны вентилятора превышает пороговое значение, характерное для утечки. Такая конфигурация обеспечивает установку низкого порогового значения, что позволяет быстрое обнаружение в случае более высокого риска утечки, при этом исключая «ложноположительные» обнаружения, которые могут произойти во время вышеупомянутых рабочих фаз.

Подобным образом принцип обнаружения в соответствии с изобретением не является несовместимым со способами обнаружения утечки известного уровня техники, в частности, которые описаны в документе US 7930928. Таким образом, вычислительная машина двигателя вполне может быть выполнена с возможностью реализации параллельно и/или поочередно обнаружения утечки в соответствии с любым из указанных вариантов на основе измерения давления и обнаружения в соответствии с известным уровнем техники на основе измерения температуры.

Вычислительная машина двигателя также выполнена с возможностью при обнаружении утечки сжатого воздуха закрытия линии, в которых она могла произойти. В дополнение к этому закрытию первых и вторых клапанов вычислительная машина двигателя также может быть выполнена с возможностью передачи кода ошибки в воздушное судно для указания, что только что произошло повреждение.

Далее воздушное судно после приема кода ошибки может закрывать клапан ECS и передавать сообщение об ошибке пилоту, чтобы он мог:

выйти из условий полета, в которых есть риск образования льда, поскольку возможности предотвращения обледенения гондолы утрачены,

и исключить использования питающего клапана стартера.

Это позволяет предотвратить разрушительные последствия, которые может иметь утечка высокотемпературной текучей среды в зоне вентилятора.

При использовании такой конфигурации вычислительная машина двигателя образует блок обработки, выполненный с возможностью обеспечения измерения параметра давления в зоне вентилятора датчиками 121 давления и обнаружения утечки текучей среды, если параметр давления в зоне выше или равен пороговому значению. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения вычислительная машина двигателя может быть выполнена с возможностью обнаружения утечки текучей среды, если параметр давления строго выше порогового значения, характерного для утечки.

Следует отметить, что если в вышеописанном варианте выполнения способ обнаружения утечки позволяет обнаружение утечки сжатого воздуха в зоне вентилятора турбомашины, он может быть пригоден для обнаружения утечки в другой чувствительной зоне турбомашины.

1. Способ обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды в турбомашине (10) воздушного судна, причем указанная турбомашина (10) включает в себя:

источник сжатой высокотемпературной текучей среды для получения высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одну линию (14, 15) распределения текучей среды, выполненную с возможностью распределения высокотемпературной текучей среды в различные части турбомашины (10) и/или воздушного судна (20), которое должно быть оборудовано указанной турбомашиной (10),

зону (10) турбомашины, в которой по меньшей мере частично расположена линия (14, 15) распределения текучей среды, причем зона турбомашины при использовании имеет давление ниже, чем температура высокотемпературной текучей среды,

причем способ включает в себя следующие этапы, на которых:

измеряют по меньшей мере первый и второй параметры давления в зоне турбомашины, причем первый параметр давления соответствует измеренному давлению, а второй параметр давления соответствует изменению давления с течением времени,

обнаруживают утечку высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из первого и второго параметров давления в зоне турбомашины соответственно первого и второго пороговых значений, характеризующих утечку высокотемпературной текучей среды в зоне турбомашины.

2. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором первый параметр представляет собой измеренное давление, выбранное из группы, включающей в себя абсолютное давление в зоне турбомашины, относительное давление в зоне турбомашины относительно атмосферного давления и дифференциальное давление, представляющее разность между давлением в зоне турбомашины и давлением в контрольной области, причем обнаружение утечки происходит при достижении первым параметром давления первого порогового значения давления, характеризующего утечку высокотемпературной текучей среды в зоне турбомашины.

3. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором обнаружение утечки текучей среды происходит при достижении вторым параметром давления второго порогового значения изменения, характеризующего утечку высокотемпературной текучей среды в зоне турбомашины.

4. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором при использовании турбомашины зона турбомашины герметично изолирована в отношении высокотемпературной текучей среды, распределяемой по меньшей мере одной линией (14, 15) распределения текучей среды.

5. Способ обнаружения утечки по п. 1, предназначенный для реализации на воздушном судне, включающем в себя по меньшей мере одну вторую турбомашину, имеющую зону второй турбомашины, в котором первый параметр давления получают на основе сравнения давления между давлением в зоне турбомашины и давлением в зоне второй турбомашины, причем обнаружение утечки происходит, когда из сравнения следует, что давление в зоне турбомашины становится выше на первое пороговое значение, чем давление в зоне второй турбомашины, причем первое пороговое значение характеризует утечку высокотемпературной текучей среды в зоне первой турбомашины.

6. Способ обнаружения утечки по п. 1, содержащий дополнительный этап, на котором:

закрывают по меньшей мере одну линию (14, 15) распределения текучей среды при обнаружении утечки.

7. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором зона турбомашины радиально расположена между кожухом (12) вентилятора и капотом гондолы (13) турбомашины (10).

8. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором высокотемпературная текучая среда представляет собой воздух, поступающий из компрессора турбомашины (10), причем по меньшей мере одна линия распределения текучей среды включает в себя первую и вторую линии (14, 15) распределения текучей среды, при этом первая линия (14) распределения текучей среды представляет собой линию распределения текучей среды для распределения воздуха в воздушное судно и стартер (122) турбомашины (10), а вторая линия (15) распределения текучей среды представляет собой линию распределения текучей среды для распределения воздуха вблизи канала (131) забора воздуха турбомашины (10) для подачи в противообледенительную систему, причем первая и вторая линии распределения текучей среды по меньшей мере частично расположены в зоне турбомашины.

9. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором по меньшей мере одна линия распределения текучей среды включает в себя по меньшей мере первую и вторую линии (14, 15) распределения текучей среды, выполненные с возможностью распределения высокотемпературной текучей среды, причем обе первая и вторая линии (14, 15) распределения текучей среды по меньшей мере частично расположены в зоне турбомашины, причем способ включает в себя дополнительный этап, на котором закрывают первую и вторую линии (14, 15) распределения текучей среды при обнаружении утечки текучей среды.

10. Система распределения высокотемпературной текучей среды для турбомашины воздушного судна, причем система включает в себя:

источник сжатой высокотемпературной текучей среды для обеспечения высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одну линию (14, 15) распределения для распределения высокотемпературной текучей среды, выполненную с возможностью распределения текучей среды в различные части турбомашины и/или воздушного судна, которое должно быть оборудовано турбомашиной,

зону турбомашины, в которой по меньшей мере частично расположена по меньшей мере одна линия распределения текучей среды, причем зона турбомашины при использовании турбомашины имеет давление ниже, чем давление высокотемпературной текучей среды,

по меньшей мере одно средство (121) измерения, выполненное с возможностью измерения двух параметров давления в зоне турбомашины, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени,

блок обработки, выполненный с возможностью приема данных измерения, выполняемого средством (121) измерения,

причем по меньшей мере одна система распределения текучей среды отличается тем, что блок обработки выполнен с возможностью обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из двух параметров давления в зоне турбомашины, полученных от средства (121) измерения, порогового значения, характеризующего утечку высокотемпературной текучей среды в зоне турбомашины.

11. Система распределения высокотемпературной текучей среды по п. 10, в которой зона турбомашины герметично изолирована в отношении текучей среды, распределяемой по меньшей мере одной линией (14, 15), которая по меньшей мере частично расположена в ней, и имеет внутренний объем, который более чем в два раза превышает общий объем части по меньшей мере одной линии (14, 15), которая расположена в зоне турбомашины.

12. Система распределения высокотемпературной текучей среды по п. 10, в которой зона турбомашины закрыта и содержит объем воздуха, который более чем в два раза превышает общий объем части по меньшей мере одной линии (14, 15), которая расположена в зоне турбомашины.

13. Система распределения высокотемпературной текучей среды по п. 10, в которой зона турбомашины содержит по меньшей мере один элемент из композитного материала(ов) с недостаточной термостойкостью для выдерживания высокой температуры текучей среды дольше заданной задержки, составляющей менее 30 секунд.

14. Система распределения высокотемпературной текучей среды по п. 13, в которой элемент из композитного материала(ов) состоит из стенки зоны турбомашины, смежной объему воздуха, через который проходит по меньшей мере одна линия (14, 15) распределения текучей среды.

15. Турбомашина, включающая в себя систему распределения высокотемпературной текучей среды по п. 10.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в датчиках резистивного типа для обнаружения твердых частиц в потоке отработавших газов. Способ обнаружения твердых частиц в потоке отработавших газов заключается в том, что регулируют работу двигателя в соответствии с распределением твердых частиц на множестве пар электродов, расположенных внутри общего корпуса датчика твердых частиц.

Изобретение относится к испытаниям жидкостных ракетных двигателей малой тяги. Устройство состоит из упругой балки с двумя силоизмерительными датчиками (весоизмерительным и задающим), на которой крепится испытуемое изделие и измерительный датчик, узла подвеса, силозадающего устройства сильфонного типа, смонтированных в едином корпусе.

Изобретение относится к диагностической технике и может быть использовано для определения технического состояния автомобильных вентильных генераторов. Сущность заявленного решения заключается в том, что для определения неисправностей предлагается снимать осциллограммы на силовом выходе автомобильного вентильного генератора, предварительно отключив его от аккумуляторной батареи и соединив с анодом полупроводникового диода, катод которого соединяется с положительным выводом аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к способам и системам для управления датчиком отработавших газов переменного напряжения для двигателя внутреннего сгорания. Способ содержит шаги, на которых обеспечивают работу первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения (ПН), включающем варьирование опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика, и в качестве реакции на первое условие, содержащем увеличение опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика с превышением порогового значения напряжения, определяют изменение выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, соответствующее увеличению опорного напряжения, корректируют выходной сигнал первого выпускного кислородного датчика на основе изменения его выходного сигнала и регулируют работу двигателя на основе скорректированного выходного сигнала.

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей для двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы для точного нахождения изменчивости показаний датчика содержания кислорода во впускном воздухе или датчика содержания кислорода в отработавших газах.

Изобретение относится к области контроля и диагностики технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ определения зазора в шатунном подшипнике коленчатого вала при испытаниях и диагностике двигателя внутреннего сгорания автомобилей, транспортных и транспортно-технологических машин, в котором измерение зазора в шатунном подшипнике производится в плоскости, проходящей через ось шатуна сразу после остановки двигателя подачей воздуха из центра подготовки воздуха 10, по воздушной магистрали 11, через воздушный редуктор 12, манометр 13, стабилизатор давления 20, преобразователь давления 30, дроссели 31-35, регулируемые в начале испытания и диагностики на давление и количество подаваемого воздуха, измерительный прибор 40, через головку подачи воздуха 50, имеющую вращающуюся и не вращающуюся части головки, через проложенный в масляном канале коленчатого вала общий канал подачи воздуха 230, через трубки 231 и 232, оканчивающиеся на шатунной шейке 220 выходными отверстиями с установленными в них соплами диаметром 1 мм, в полость между шатунной шейкой 220 и вкладышем шатунного подшипника 221, и по шкале измерительного прибора 40 по перепаду давления в системе сопло-заслонка определяется зазор в шатунном подшипнике, причем функцию заслонки выполняет рабочая поверхность вкладыша 221, а отвод воздуха из системы сопло-заслонка осуществляется в картер.

Настоящая группа изобретений относится к способам и системам (вариантам) для выявления теплового старения и потемнения в датчиках кислорода. Явления теплового старения и потемнения можно различать по результату контроля изменения импеданса в элементе накачки и в элементе Нернста датчика кислорода после подачи переменного напряжения.

Изобретение относится к управлению двигателем автомобиля, использующим повторное зажигание в системе зажигания автомобиля для обнаружения образования нагара на свече зажигания.

При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают двигатель, в опоры устанавливают первичные преобразователи (тензодатчики), в корпус двигателя - датчик положения распределительного вала, к которым присоединяют измерительное устройство.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям осевых турбомашин для газотурбинных установок. Установка для испытания деталей турбомашины содержит модельный осевой компрессор со съемными деталями, в корпусе которого установлен выходной статор с направляющими лопатками, расположенными в проточном канале компрессора, приводной вал с лопаточным рабочим колесом, расположенным перед выходным статором, кольцевое надроторное устройство, расположенное концентрично проточному каналу, приемники статического давления, размещенные в проточном канале, и комбинированные гребенки, расположенные на входе и выходе проточного канала и имеющие дефлекторы, в которых установлены приемники полного давления и датчики температуры.

Группа изобретений относится к нефтегазовой области. Газоперекачивающий агрегат (ГПА) содержит последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий КВОУ, всасывающий воздуховод и двухсекционную камеру всасывания воздуха; газотурбинную установку с входным устройством для подачи воздуха из камеры всасывания воздуха на вход в ГТД, тракт выхлопа отработанных газов, газовый компрессор и систему охлаждения ГТД.

Раскрыты системы, способы и устройства для предотвращения образования льда на двигателе. Устройство может включать в себя корпус для сопел, соединенный со ступенью сжатия двигателя и, кроме того, соединенный с корпусом передней кромки двигателя.

Устройство для борьбы с обледенением разделителя потоков авиационного газотурбинного двигателя, содержащее разделитель (20) потоков и корпус (28). Разделитель (20) потоков выполнен с возможностью установки на выходе из вентилятора (14) газотурбинного двигателя для образования разделения между кольцевыми каналами прохождения потока первого контура (16) и потока второго контура (18).

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к подводу охладителя к валу авиационного газотурбинного двигателя, и может быть использовано в транспортном машиностроении.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к малоразмерным газотурбинным двигателям летательных аппаратов. Газотурбинная силовая установка летательного аппарата содержит расположенные в корпусе воздухозаборный канал с полым центральным обтекателем, стойками и антиобледенительным устройством, двигатель с выходным валом, планетарный редуктор с механизмом переключения и стартер-генератор, расположенный в полости центрального обтекателя и выполненный в виде обратимой электрической машины, статор которой закреплен на корпусе, а ротор - через планетарный редуктор подключен к выходному валу двигателя.

Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов. Труба распределения горячего воздуха по кромке носка воздухозаборника включает кольцевой патрубок (1) с отверстиями и кронштейны (4) для крепления кольцевого патрубка к перегородке.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Тепловая электрическая станция содержит парогазовую установку с газовой турбиной, компрессором газотурбинной установки, камерой сгорания, котлом-утилизатором, паровой турбиной с конденсатором, к которому подключены трубопроводы охлажденной и нагретой циркуляционной воды.

При подавлении льдообразования на поверхности конструкции турбомашины во время ее работы осуществляют пьезоэлектрическое преобразование механической энергии колебаний конструкции в электрическую энергию.

Разделитель потока газа, способный разделять поток газа на первый поток и второй поток, содержит переднюю кромку разделителя и устройство для предотвращения обледенения передней кромки.

Изобретение относится к устройствам для очистки забираемого из атмосферы воздуха и подготовки его для подачи в компрессор газотурбинного двигателя. Воздухоочистительное устройство содержит воздухоприемную камеру, в которой ярусами установлены блоки комбинированной системы фильтрации, включающие влагоотделители и фильтры грубой очистки, осадкозадерживающие козырьки, систему подогрева циклового воздуха, включающую закольцованный отводящий трубопровод с патрубками и отверстиями.

Раскрыты системы, способы и устройства для предотвращения образования льда на двигателе. Устройство может включать в себя корпус для сопел, соединенный со ступенью сжатия двигателя и, кроме того, соединенный с корпусом передней кромки двигателя.

Изобретение относится к способу обнаружения утечки высокотемпературной текучей среды в турбомашине. Турбомашина содержит источник высокотемпературной сжатой текучей среды, по меньшей мере одну линию распределения текучей среды, подходящую для распределения указанной высокотемпературной текучей среды, и отсек турбомашины, в котором по меньшей мере частично расположена линия распределения. Способ содержит следующие этапы, на которых: измеряют по меньшей мере два параметра давления в отсеке турбомашины, включая измеренное давление и изменение давления с течением времени; обнаруживают утечку высокотемпературной текучей среды при достижении по меньшей мере одним из двух параметров давления в отсеке турбомашины значения, характерного для утечки высокотемпературной текучей среды в отсеке. Изобретение также относится к системе распределения высокотемпературной текучей среды и к турбомашине, содержащей такую систему распределения высокотемпературной текучей среды. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх