ES2332331T3 - Integracion de un modulo arrancador/generador en una caja de transmision de una turbina de gas. - Google Patents
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Abstract
Conjunto que comprende una caja de transmisión de turbina de gas y al menos un arrancador/generador acoplado mecánicamente a la caja de transmisión, conjunto en el cual: - la caja de transmisión comprende un tren de engranajes con varios piñones, - el arrancador/generador comprende una generatriz con un rotor que forma inductor y un estator que forma inducido y una excitatriz con un estator que forma inductor y un rotor que forma inducido unido al inductor de la generatriz, y caracterizado porque - el rotor de la generatriz y el rotor de la excitatriz están montados en un árbol común con un piñón engranado en el tren de engranajes de la caja de transmisión, a una y otra parte de este piñón.
Description
Integración de un módulo arrancador/generador en
una caja de transmisión de una turbina de gas.
La invención se refiere a las turbinas de gas y
de modo más particular al montaje de un arrancador/generador (o
S/G, de "Starter/Generador") en una caja de transmisión, o caja
de relés de accesorios. El ámbito de aplicación de la invención es
aquél de las turbinas de gas para motores aeronáuticos, de aviones o
de helicópteros, así como para grupos auxiliares de potencia (o
APU, de "Auxiliary Power Unit").
En una turbina de gas, un cierto número de
equipos, o accesorios, son arrastrados por una transmisión mecánica
a partir de una potencia mecánica tomada de un árbol de la turbina.
Esta transmisión mecánica, que comprende un conjunto de piñones
alojados en un cárter, es denominada caja de transmisión o caja de
relés de accesorios. Los accesorios comprenden especialmente
diversas bombas para la producción de energía hidráulica, la
alimentación de carburante, la lubricación, así como uno o varios
S/G eléctricos.
Cuando la turbina de gas está en funcionamiento,
el S/G o cada S/G funcionan como un generador eléctrico y producen
una tensión eléctrica que alimenta uno o varios centros de
distribución de energía eléctrica para el avión o el helicóptero y
su motor o sus motores.
Cuando la turbina de gas está parada, un S/G
puede funcionar como arrancador siendo alimentado por una fuente de
energía exterior con el fin de poner en marcha la turbina de gas por
puesta en rotación del árbol de la turbina al cual está conectada
la caja de transmisión.
Un S/G de tipo conocido comprende un generador
síncrono principal con un rotor principal y un estator principal, y
una excitatriz que tiene un inducido en el rotor y un inductor en el
estator. El inducido de la excitatriz alimenta el rotor principal
de la generatriz síncrona a través de un puente rectificador de
diodos giratorios. En modo de generación de energía eléctrica, el
inducido de la generatriz síncrona produce una tensión alterna como
consecuencia del arrastre en rotación del inductor alimentado por
una corriente continua suministrada por el puente de diodos de la
excitatriz, siendo la frecuencia de la tensión alterna producida
variable en función de la velocidad de rotación. En modo de
arranque, el rotor principal alimentado por la excitatriz y el
estator principal alimentado por una tensión alterna a partir de una
fuente externa funcionan como un motor síncrono.
Un S/G conocido de este tipo es un equipo
relativamente voluminoso que habitualmente está montado dentro de
un cárter particular en un lado de la caja de transmisión y que está
unido mecánicamente a ésta. Además de los equipos eléctricos, el
S/G comprende un circuito de lubricación con un depósito de
lubricante y una bomba arrastrada por engranajes. Resulta, así, un
volumen y una masa importantes, más aún cuando varios S/G pueden
estar montados en una misma caja de transmisión. Además, el
documento US 6838778 divulga un S/G que tiene las características
conocidas por el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención tiene por objeto proponer una
integración de un S/G dentro de una caja de transmisión de una
turbina de gas que permita una reducción importante del volumen y
del espacio ocupado, al tiempo que preserve un desmontaje
fácil.
Este objeto se logra gracias a un conjunto que
comprende una caja de transmisión de turbina de gas y al menos un
arrancador/generador, o S/G, acoplado mecánicamente a la caja de
transmisión, conjunto en el cual:
- -
- la caja de transmisión comprende un tren de engranajes con varios piñones,
- -
- el arrancador/generador comprende una generatriz con un rotor que forma inductor y un estator que forma inducido y una excitatriz con un estator que forma inductor y un rotor que forma inducido unido al inductor de la generatriz, y
- -
- el rotor de la generatriz y el rotor de la excitatriz están montados en un árbol común con un piñón engranado en el tren de engranajes de la caja de transmisión, a una y otra parte de este piñón.
Un montaje de este tipo aporta un ahorro
sustancial de masa puesto que se puede prescindir de una unión
mecánica particular con la caja de transmisión, formando parte el
citado piñón de la caja de transmisión cuando el conjunto está
montado.
Por otra parte, con respecto a un montaje del
S/G en un lado de la caja de transmisión, se obtiene una disminución
importante del espacio ocupado y un mejor equilibrado de las masas
por la disposición de la generatriz síncrona y de la excitatriz a
una y otra parte del piñón.
Además, la caja de transmisión y el S/G podrán
compartir los mismos medios de lubricación/enfriamiento.
Ventajosamente, el inducido de la excitatriz
está unido al inductor de la generatriz por una conexión eléctrica
que atraviesa al piñón.
Ventajosamente todavía, estando unido el
inducido de la excitatriz al inductor de la generatriz síncrona por
un puente de diodos giratorio que forma rectificador, los diodos
podrán ser soportados por el piñón.
Puede estar previsto, además, un generador de
imanes permanentes que tenga un rotor montado en el árbol común.
Preferentemente, el generador de imanes
permanentes está montado en el mismo lado del piñón que la
excitatriz, de manera que contribuye a un buen equilibrado de las
masas.
En un modo de realización, el S/G forma con el
piñón y el árbol un módulo, o módulo S/G, que puede ser acoplado a
la caja de transmisión o desacoplado de ésta por traslación.
El desacoplamiento del módulo S/G o su
acoplamiento con la caja de transmisión pueden ser realizados por
traslación paralelamente o perpendicularmente al eje del árbol
común.
El módulo S/G puede estar alojado en una caja
que presente al menos una abertura a través de la cual el piñón
pueda ser acoplado al menos a otro piñón de la caja de
transmisión.
Ventajosamente, el módulo S/G está alojado en
una caja que se empalma de modo estanco a un cárter de la caja de
transmisión.
El módulo S/G puede ser alimentado de líquido de
lubricación/enfriamiento a partir de un circuito de la caja de
transmisión.
En otro modo de realización, la caja de
transmisión y el S/G están alojados en un cárter común.
Ventajosamente, entonces, el conjunto formado
por el árbol con el citado piñón y los rotores de la generatriz y
de la excitatriz puede ser desacoplado de la caja de transmisión por
traslación paralelamente al eje del árbol.
En cada modo de realización, al menos dos S/G
podrán estar integrados en la caja de transmisión, estando montado
cada S/G en un árbol común con un piñón de la caja de
transmisión.
La invención se refiere también a una turbina de
gas que tenga un conjunto formado por una caja de transmisión y al
menos un arrancador/generador, tal como el definido anteriormente,
así como a un motor aeronáutico o a un grupo auxiliar de potencia
equipado con una turbina de gas de este tipo.
La invención se refiere todavía a un módulo de
arrancador/generador o módulo S/G integrable en una caja de
transmisión de turbina de gas, comprendiendo un módulo de este tipo
una generatriz con un rotor que forma inductor y un estator que
forma inducido, una excitatriz con un estator que forma inductor y
un rotor que forma inducido unido eléctricamente al inductor de la
generatriz, un piñón y un árbol en el cual el rotor de la
generatriz y el rotor de la excitatriz están montados en común con
el piñón, a una y otra parte del piñón.
El módulo S/G puede estar alojado en una caja
que presente al menos una abertura a través de la cual el piñón
pueda ser acoplado al menos a otro piñón de la caja de
transmisión.
De acuerdo con una particularidad del módulo
S/G, el inducido de la excitatriz está unido al inductor de la
generatriz por una conexión eléctrica que atraviesa al piñón.
De acuerdo con otra particularidad del módulo
S/G, el inducido de la excitatriz está unido al inductor de la
generatriz por un puente de diodos giratorio, estando los diodos
soportados por el piñón.
El módulo puede comprender, además, un generador
de imanes permanentes que tenga un rotor montado en el árbol común.
Ventajosamente, entonces, el generador de imanes permanentes está
dispuesto en el mismo lado del piñón que la excitatriz.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción que sigue, a título indicativo pero no
limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es un esquema muy simplificado de
un motor de turbina de gas;
- la figura 2 es un esquema eléctrico general
simplificado de un arrancador/generador;
- la figura 3 es una vista que muestra de modo
muy esquemático la integración de un módulo S/G en una caja de
transmisión de turbina de gas de acuerdo con un primer modo de
realización de la invención;
- la figura 4 es una vista en corte más
detallada del módulo S/G de la figura 3;
- las figuras 5 y 6 son vistas que muestran de
modo muy esquemático la integración de un módulo S/G en una caja de
transmisión de acuerdo con una variante del primer modo de
realización de la invención;
- la figura 7 es una vista en corte más
detallada del módulo S/G de las figuras 5 y 6; y
- la figura 8 es una vista que muestra
esquemáticamente la integración de un S/G en una caja de transmisión
de acuerdo con otro modo de realización de la invención.
Un ámbito de aplicación de la invención es el de
los motores de aviones de turbina de gas, tal como el representado
muy esquemáticamente en la figura 1, siendo la invención, no
obstante, aplicable a otros motores aeronáuticos de turbina de gas,
típicamente motores de helicópteros, así como a grupos auxiliares de
potencia de turbina de gas.
El motor de la figura 1 comprende una cámara de
combustión 1, arrastrando los gases de combustión procedentes de la
cámara 1 una turbina de alta presión 2 y una turbina de baja presión
3. La turbina 2 está acoplada por un árbol a un compresor de alta
presión 4 que alimenta de aire a presión a la cámara de combustión
1, mientras que la turbina 3 está acoplada por otro árbol a un
soplante 5 en la entrada del motor.
Una caja de transmisión 7, o caja de relés de
accesorios, está unida por una toma de potencia mecánica 9 a un
árbol de la turbina y comprende un conjunto de piñones para el
arrastre de diferentes accesorios, de los cuales al menos uno
(generalmente dos) es un arrancador/generador o S/G.
La figura 2 muestra de modo simplificado el
esquema eléctrico general de un S/G que comprende una generatriz
síncrona 10, una excitatriz 20 y un generador 30 de imanes
permanentes, o PMG (de "Permanent Magnet Generator") cuyas
partes giratorias o rotores son coaxiales y están montadas en un
mismo árbol giratorio de eje A.
La generatriz síncrona 10 que forma máquina
principal tiene un rotor principal que forma inductor 12 y un
estator principal que forma inducido 14. La excitatriz 20 tiene un
rotor que forma inducido 22 al cual está unido un puente de diodos
giratorio 24 que forma rectificador, y un estator que forma inductor
26. El PMG 30 tiene un rotor 32 que lleva imanes permanentes 34 y
un estator que forma inducido 36.
En modo de generación de energía eléctrica, el
inductor 12 de la generatriz síncrona que está unido al rectificador
24 recibe corriente continua producida por la excitatriz y el
inducido 14 produce una tensión alterna que es transmitida por un
arnés 18 a través de un bus CA 42 de un circuito de distribución de
energía eléctrica tal como una red de a bordo 44 de un avión o un
helicóptero. Un circuito de regulación 40, o GCU (de "Generator
Control Unit"), es alimentado por el PMG 30 a través de un arnés
38. El circuito 40 recibe por una línea 46 una información
representativa del valor de la tensión alterna de salida producida
por la generatriz 10 y manda la corriente continua suministrada al
inductor 26 de la excitatriz a través de un arnés 28 con el fin de
regular la amplitud de la tensión de salida a un valor de
referencia, teniendo esta tensión una frecuencia variable en
función de la velocidad de rotación del árbol A.
En modo de arrancador, el circuito de regulación
40 es alimentado en tensión por una línea 48 a partir del bus CA 42
(o de otra fuente), para asegurar su funcionamiento y para alimentar
de corriente alterna al inductor 26 de la excitatriz. En el mismo
tiempo, el inducido 14 es alimentado de corriente alterna por el
arnés 18 a partir del bus CA 42 (o de otra fuente), siendo entonces
el funcionamiento el de un motor síncrono.
Un S/G tal como el descrito anteriormente, así
como su funcionamiento y su regulación por un GCU, son de tipo en
sí conocido, formando el PMG, la excitatriz y la generatriz
sincrona, en modo de generación de potencia eléctrica, una sucesión
de etapas con amplificación de una etapa a otra. Se significará que
si el circuito de regulación 40 puede ser alimentado de otra
manera, no se requiere la presencia del PMG. Se significará,
también, que las funciones del GCU podrían estar integradas en un
circuito de regulación electrónica del motor, o ECU (de "Engine
Control Unit").
Las figuras 3 y 4 ilustran un modo de
realización de una integración, de acuerdo con la invención, de un
módulo S/G 50 dentro de una caja de transmisión de una turbina de
gas. La caja de transmisión 70 comprende un cárter 72 que contiene
un tren de engranajes 80 y está acoplada mecánicamente por una unión
de potencia 90 a un árbol de turbina de una turbina de gas, tal
como una turbina de motor de avión o de motor de helicóptero o
también de un APU.
El módulo S/G 50 comprende el S/G propiamente
dicho que está alojado en el interior de un cárter o caja 52 con un
piñón 86 que se inserta entre dos piñones 85, 87 del tren de
engranajes 80 con los cuales engrana.
Las partes giratorias de la generatriz síncrona
10, de la excitatriz 20 y del PMG 30 que forman el S/G están
montadas en un árbol 54 en común con el piñón 86. La generatriz
síncrona 10 está montada en un lado del piñón 86 mientras que la
excitatriz 20 y el PMG 30 están montados en el otro lado, para
limitar el desequilibrio de masas entre los dos lados del piñón 86,
y, por consiguiente, para limitar la inestabilidad del módulo S/G
50 en la caja de transmisión 70.
El árbol 54 está soportado dentro de la caja 52
por cojinetes de rodamientos 53a, 53b. El árbol 54 puede estar
realizado en una sola pieza o en varias partes alineadas axialmente
y solidarias en rotación. En el ejemplo ilustrado, el rotor de la
generatriz es insertado entre dos partes tubulares del árbol 54. El
piñón 86 puede estar realizado en una sola pieza con el árbol 54 o
una parte de éste, o puede ser realizado separadamente y acoplado
en rotación con el árbol 54, por ejemplo, por una unión de
acanaladuras.
El rotor principal que lleva los rodamientos del
inductor 12 de la generatriz está así montado en el árbol 54
mientras que el estator principal que lleva los arrollamientos del
inducido 14 está fijado a la caja 52 en el interior de ésta. El
arnés 18 unido al inducido 14 atraviesa la caja 52 de modo estanco
para prolongarse al exterior o ser unida a un bloque de empalme
55.
De modo similar, el rotor de la excitatriz 20
que lleva los arrollamientos del inducido 22 está montado en el
árbol 54 mientras que el estator de la excitatriz que lleva los
rodamientos del inductor 26 está fijado a la caja 52, en el
interior de ésta. El puente de diodos giratorio que forma
rectificador está unido, por una parte, al inducido 22 en el lado
del piñón 86 en el que se encuentra este inducido y, por otra, al
inductor 12 de la generatriz síncrona en el otro lado del piñón 86.
La conexión entre el inducido 22 y el inductor 12 pasa a través de
un paso 86a formado en el piñón 86. Los diodos del puente giratorio
24 están soportados ventajosamente por el piñón 86 estando alojados
en uno o en varios vaciados 86b formados en una cara del piñón 86
vuelta hacia la excitatriz 20 o la generatriz 10. Se asegura, así,
un mantenimiento eficaz de los diodos evitando su deterioro y el de
sus conexiones por el movimiento de rotación. La corriente de
alimentación del inductor 26 de la excitatriz es conducida por un
arnés 28 que se empalma a un conector 56 fijado a la superficie
externa de la caja 52 atravesando a ésta de modo estanco.
En el ejemplo ilustrado, el PMG 30 está montado
en el extremo del árbol 54, estando situada la excitatriz 20 entre
el piñón 86 y el PMG 30. Los imanes 34 del PMG están fijados al
árbol 54 mientras que los arrollamientos del inducido 36 del PMG
situados enfrente de los imanes 34 están soportados por una pieza 37
fijada a la caja 52, en el interior de ésta. La corriente producida
por el PMG es transportada por un arnés 38 que, como el arnés 28,
se empalma al conector 56 pasando a través de la caja 52. Como se
indicó anteriormente, se podría omitir el PMG.
La caja 52 tiene una forma general cilíndrica de
igual eje A que el árbol 54 y comprende una parte 52a en el
interior de la cual está alojada esencialmente la generatriz 10, una
parte 52c en el interior de la cual están alojados la excitatriz 20
y el PMG 30, y una parte intermedia 52b que empalma las partes 52a y
52c y en el interior de la cual se encuentra el piñón 86. En sus
extremidades axiales, la caja 52 está cerrada de modo estanco por
tapas.
La pared de la parte intermedia 52b presenta
aberturas o luces 57a, 57b formadas en zonas opuestas de esta pared
y a través de las cuales el piñón 86 puede engranar con los piñones
85 y 87. Cuando el módulo 50 está integrado en la caja de
transmisión (véase la figura 4), las partes 52a y 52c de la caja 52
sobresalen hacia el exterior a partir de caras externas de las
paredes laterales opuestas 74, 76 del cárter 72 de la caja de
transmisión 70.
En el ejemplo de las figuras 3 y 4, el módulo 50
puede ser extraído de la caja de transmisión 70, con desacoplamiento
del piñón 86 con respecto a los piñones 85 y 87, o puede ser
integrado en la caja de transmisión 70, con acoplamiento del piñón
86 en los piñones 85 y 87, por un movimiento de traslación paralela
al eje A. En la figura 3, el módulo 50 está representado
parcialmente extraído de la caja de transmisión 70.
La extracción (desacoplamiento) del módulo 50 o
su integración (acoplamiento) se realizan, en este ejemplo, en el
lado de la pared 74 en el que se encuentra la parte 52a de la caja
52. Durante el movimiento de desacoplamiento o de acoplamiento, la
parte 52c de la caja 52 pasa a través de las aberturas circulares
coaxiales 74a, 76a formadas en las paredes 74 y 76 y entre los
piñones 85 y 87, mientras que la parte intermedia 52b de la caja 52
pasa a través de la abertura 74a. Las dimensiones respectivas de las
partes 52b, 52c de las aberturas 74a, 76a y de la distancia entre
los piñones 85, 86 son elegidas en consecuencia. La parte 52a lleva
una brida terminal 58, en la proximidad de su empalme con la parte
intermedia 52b, brida por la cual el movimiento de acoplamiento de
la caja queda limitado por llegada a tope contra la pared 74 del
cárter 72, coincidiendo esta llegada a tope con el acoplamiento del
piñón 86 con los piñones 85 y 87.
La caja 52 está fijada al cárter 72 por ejemplo
por empernado de la brida 58 a la pared 74. Naturalmente, podrán
adaptarse otros medios de fijación, como modos de fijación rápida de
tipo conocido con órganos de bloqueo elásticamente deformables.
Sensiblemente a nivel de los empalmes entre las
partes 52a y 52b y entre las partes 52b y 52c, la pared externa de
la caja se ajusta en las aberturas 74a y 76a con interposición de
respectivas juntas de estanqueidad 74b, 76b. Se realiza, así, un
montaje estanco del módulo S/G 50 en la caja de transmisión 70,
abriéndose las luces 57a, 57b únicamente al interior del cárter 72
cuando el módulo 50 está integrado en la caja de transmisión.
Un conducto 59 de alimentación del módulo S/G 50
de líquido de enfriamiento y de lubricación está previsto dentro de
un resalte 52d de la caja 52 y se abre en la superficie de la brida
58 vuelta hacia la pared 74 para ser empalmado a una canalización
78 unida al circuito de enfriamiento y de lubricación de la caja de
transmisión 70. La unión estanca entre el conducto 59 y la
canalización 78 es realizada por un adaptador 79 a través de la
pared 74. El conducto 59 está unido a un conducto 14a de
enfriamiento del inducido 14 de la generatriz 10 y, además, está
unido a pulverizadores (no representados) que aseguran especialmente
la lubricación de los cojinetes 53a, 53b y que forman una niebla de
aceite en el interior de la caja 52. El líquido de enfriamiento y
de lubricación es recuperado (véanse las flechas f) en el cárter 72
a través de la luz 57a para ser puesto nuevamente en circulación
por el circuito de enfriamiento y de lubricación de la caja de
transmisión. Estando el volumen interno de la parte 52c de la caja
52 aislado del resto de la caja por el montaje del cojinete 53b,
sensiblemente a nivel del empalme entre las partes 52b y 52c están
formados pasos en el soporte del cojinete 53b para la circulación
del líquido hacia la parte 52c de la caja y fuera de ésta.
Aunque se haya descrito una caja 52 generalmente
cilíndrica con aberturas 74a, 76a circulares, podrán ser adoptadas
otras formas de la caja, eligiéndose las formas de las aberturas
74a, 76a en consecuencia.
Además, aunque se haya mostrado la integración
de un solo módulo S/G 50, varios de tales módulos, generalmente
dos, estarán integrados en la caja de transmisión 70, a diferentes
niveles del tren de engranajes.
Las figuras 5 a 7 ilustran una variante de
realización de una integración, de acuerdo con la invención, de un
módulo S/G dentro de una caja de transmisión de una turbina de
gas.
Esta variante de realización se distingue
esencialmente de la variante de las figuras 3 y 4 en que el módulo
S/G 150 está integrado en la caja de transmisión 70 en una
extremidad de ésta y puede ser acoplado a la caja o desacoplado de
ésta, por un movimiento de traslación perpendicular al eje A del
módulo S/G.
Los elementos comunes a las figuras 3 y 4, por
una parte, y a las figuras 5 a 7, por otra, llevan las mismas
referencias.
El módulo S/G 150 se distingue del módulo S/G 50
por la realización de la caja 152 del módulo, siendo los otros
elementos constitutivos del módulo 150, principalmente la generatriz
10, la excitatriz 20, el PMG 30 y el piñón 86 montado en el árbol
común 54 sensiblemente semejantes a los del módulo 50.
La caja 152 tiene una forma general cilíndrica
y, en su parte central, presenta una parte de empalme tubular 152d
que es solidaria de la caja 152 y define una abertura 153. La
abertura 153 se sitúa en un plano y está rodeada por una brida
externa 158.
La caja 152 se empalma al cárter 72 de la caja
de transmisión, en una extremidad de este cárter en la que está
formada una abertura 73, de forma correspondiente a la abertura 153.
La unión entre la caja 152 y el cárter 72 se realiza, por ejemplo,
por empernado de la brida 158 a una brida similar 73a del cárter 72
que rodea la abertura 73. Una junta de estanqueidad 73b entre las
bridas 173 y 73 permite un montaje estanco del módulo S/G 150 en la
caja de transmisión 70. Podrán ser utilizados otros medios de unión,
tales como medios de unión rápida conocidos para el bloqueo por
elementos elásticamente deformables. Aunque se hayan representado
aberturas 153 y 73 de forma rectangular, podrán ser adoptadas otras
formas. Además, la superficie de empalme entre la caja 152 y el
cárter 72 podrá ser plana o no.
La integración o el acoplamiento del módulo S/G
150 en la caja de transmisión 70 y su extracción, o desacoplamiento
con respecto a la caja de transmisión, se hacen por traslación
perpendicularmente al eje A. El piñón 86 engrana con un piñón 87
del tren de engranajes de la caja de transmisión a través de las
aberturas 73 y 153.
Dentro de un resalte de la parte de empalme 152d
está previsto un conducto 159 de alimentación del módulo S/G 150 de
líquido de enfriamiento y de lubricación, que se abre en la
superficie de la brida 158 vuelta hacia la brida 73a. El conducto
159 está empalmado a una canalización 178 unida al circuito de
enfriamiento y de lubricación de la caja de transmisión 70. La
conexión entre el conducto 159 y la canalización 178 se realiza por
un adaptador 179 a través de las bridas 158 y 73a.
La circulación del líquido de enfriamiento y de
lubricación se realiza como se describió anteriormente a propósito
del módulo S/G 50, con retorno al cárter 72 de la caja de
transmisión a través de las aberturas 173 y 73.
Aunque se haya previsto una caja 152 de forma
general cilíndrica, son posibles otras formas, más aún cuando no
exista el requisito de inserción de la caja a través de las
aberturas del cárter 72 y entre dos piñones del tren de engranajes
de la caja de transmisión.
Además, un segundo módulo S/G 150 podrá estar
integrado en la caja de transmisión en la otra extremidad de ésta.
Se podría integrar también una caja S/G 50 y una caja S/G 150 en una
misma caja de transmisión.
La figura 8 ilustra otro modo de realización de
una integración, de acuerdo con la invención, de un S/G en una caja
de transmisión de una turbina de gas. A los elementos comunes con el
modo de realización de la figura 4, se les atribuyen las mismas
referencias numéricas. La caja de transmisión 70 comprende un cárter
72 que contiene un tren de engranajes 80 y está acoplada
mecánicamente a un árbol de turbina de una turbina de gas, tal como
una turbina de motor de avión o de motor de helicóptero o también de
un APU.
El S/G está integrado en un piñón 86 del tren de
engranajes 80 de la caja de transmisión, insertándose el piñón 86
entre piñones 85 y 87. Un S/G suplementario podrá estar integrado
del mismo modo en otro piñón. Las partes giratorias de la
generatriz síncrona 10, de la excitatriz 20 y del PMG 30 están
montadas en un árbol 54 común con el piñón 86, por ejemplo formando
una sola pieza con éste. El árbol 54 está soportado dentro del
cárter 72 por cojinetes de rodamientos 53a, 53b.
La generatriz síncrona 10 está montada en un
lado del piñón 86 mientras que la excitatriz 20 y el PMG 30 están
montados en el otro lado.
El rotor principal que lleva los arrollamientos
del inductor 12 de la generatriz está montado en el árbol 54
mientras que el estator principal que lleva los arrollamientos del
inducido 14 está fijado al cárter 72. El arnés 18 unido al inducido
14 atraviesa el cárter 72 de modo estanco para prolongarse al
exterior o estar unido a un bloque de empalme 55.
De modo similar, el rotor de la excitatriz 20
que lleva los arrollamientos del inducido 22 está montado en el
árbol 54 mientras que el estator de la excitatriz que lleva los
arrollamientos del inductor 26 está fijado al cárter 72. El puente
de diodos giratorio 24 que forma rectificador está unido, por una
parte, al inducido 22 en el lado del piñón 86 en el que se
encuentra este inducido y, por otra, unido al inductor 12 de la
generatriz síncrona en el otro lado del piñón 86 pasando a través
de un paso 86a formado en el piñón. Los diodos del puente giratorio
24 están soportados ventajosamente dentro de alojamientos 86b
formados en la cara del piñón 86 vuelta hacia la excitatriz 20, con
el fin de asegurar un mantenimiento eficaz de los diodos evitando su
deterioro y el de sus conexiones por el movimiento de rotación. La
corriente de alimentación del inductor 26 de la excitatriz es
llevada por un arnés 28 que se empalma a un conector 56, fijado a la
superficie externa del cárter 72 atravesando a éste de modo
estanco.
En el ejemplo ilustrado, el PMG está alojado en
un vaciado axial 60 formado en el extremo del árbol 54. Los imanes
34 del PMG están fijados a la superficie interna cilíndrica del
vaciado 60 mientras que los arrollamientos del inducido 36 del PMG
situados enfrente de los imanes están soportados por un vástago
axial 68 fijado al cárter 72. Este montaje del PMG permite reducir
la dimensión axial del S/G y, por tanto, contribuye a la compacidad
del conjunto rodeando el rotor y el estator de la excitatriz al PMG.
En variante, se podrá, naturalmente, montar el PMG de modo
desplazado axialmente con respecto a la generatriz con los imanes
fijados a la periferia del árbol 54 y rodeados por el inducido del
PMG fijado al cárter 72. La corriente producida por el inducido 36
es transportada por un arnés 38 que, como el arnés 28, se empalma al
conector 56 pasando de modo estanco a través del cárter 72.
El conjunto formado por el árbol 54 con el piñón
86, el rotor de la excitatriz 20, el rotor del PMG 30 y el rotor
principal de la generatriz síncrona 10 puede ser desmontado siendo
extraído de la caja de transmisión por traslación paralelamente al
eje del árbol 54. En el ejemplo ilustrado, esta extracción puede
realizarse a partir del lado de la generatriz síncrona 10. Para
facilitar esta extracción, es deseable, entonces, que el diámetro
externo del rotor de la excitatriz 20 sea inferior a la distancia
mínima entre los dientes de los piñones que engranan con el piñón
86 (o de modo sensiblemente equivalente, inferior al diámetro del
piñón 86 a nivel de los intervalos entre los dientes). Asimismo, es
deseable que el diámetro del piñón 86 a nivel de la cresta de los
dientes sea inferior al diámetro interior del estator de la
generatriz síncrona 10.
La integración del S/G dentro de la caja de
transmisión con un cárter común 72 de acuerdo con el modo de
realización de la figura 8 aporta no solamente una disminución de
volumen y de masa, sino que, además, permite beneficiarse, para el
S/G, de los medios de enfriamiento y de lubricación de la caja de
transmisión, obteniéndose habitualmente el enfriamiento y la
lubricación por creación, por medio de uno o varios pulverizadores,
de una niebla de aceite en el interior del cárter.
La integración de acuerdo con la invención de
uno o varios S/G dentro de una caja de transmisión de turbina de
gas aporta una disminución de volumen y de masa, permite mutualizar
recursos para el enfriamiento y la lubricación entre el S/G y la
caja de transmisión, al tiempo que permite un desmontaje. En el modo
de realización de las figuras 3 a 7, siendo el desmontaje y el
montaje del módulo S/G particularmente rápidos y fáciles, se
preserva, en el caso de un motor de avión, la capacidad de retirar
un módulo S/G y de remplazarlo por una intervención rápida debajo
del ala del avión.
Claims (23)
1. Conjunto que comprende una caja de
transmisión de turbina de gas y al menos un arrancador/generador
acoplado mecánicamente a la caja de transmisión, conjunto en el
cual:
- -
- la caja de transmisión comprende un tren de engranajes con varios piñones,
- -
- el arrancador/generador comprende una generatriz con un rotor que forma inductor y un estator que forma inducido y una excitatriz con un estator que forma inductor y un rotor que forma inducido unido al inductor de la generatriz, y caracterizado porque
- -
- el rotor de la generatriz y el rotor de la excitatriz están montados en un árbol común con un piñón engranado en el tren de engranajes de la caja de transmisión, a una y otra parte de este piñón.
2. Conjunto de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual el inducido de la excitatriz está unido al inductor de
la generatriz por una conexión eléctrica que atraviesa el citado
piñón.
3. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, en el cual el inducido de la excitatriz
está unido al inductor de la generatriz por un puente de diodos
giratorio, estando soportados los diodos por el citado piñón.
4. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende, además, un generador de
imanes permanentes que tiene un rotor que lleva imanes permanentes y
un estator que forma inducido, estando montado el rotor del
generador de imanes permanentes en el citado árbol común.
5. Conjunto de acuerdo con la reivindicación 4,
en el cual el generador de imanes permanentes está dispuesto en el
mismo lado del piñón que la excitatriz.
6. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el cual el arrancador/generador forma
con el citado piñón y el árbol un módulo que puede ser acoplado a la
caja de transmisión o desacoplado de ésta por traslación.
7. Conjunto de acuerdo con la reivindicación 6,
en el cual el acoplamiento o el desacoplamiento del módulo son
realizados paralelamente al eje del árbol común.
8. Conjunto de acuerdo con la reivindicación 6,
en el cual el acoplamiento o el desacoplamiento del módulo son
realizados perpendicularmente al eje del árbol común.
9. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, en el cual el módulo está alojado en una
caja que presenta al menos una abertura a través de la cual el
citado piñón puede ser acoplado al menos a otro piñón de la
caja.
10. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 6 a 8, en el cual el módulo está alojado en
una caja que se empalma de modo estanco a un cárter de la caja de
transmisión.
11. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 6 a 9, en el cual el módulo es alimentado de
líquido de lubricación/enfriamiento a partir de un circuito de la
caja de transmisión.
12. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la caja de transmisión y el
arrancador/generador están alojados en un cárter común.
13. Conjunto de acuerdo con la reivindicación
12, en el cual el conjunto formado por el árbol con el citado piñón
y los rotores de la generatriz y de la excitatriz puede ser
desacoplado de la caja de transmisión por traslación paralelamente
al eje del árbol.
14. Conjunto de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 13, que comprende al menos dos
arrancadores/generadores montados, cada uno, en un árbol común con
un piñón de la caja de transmisión.
15. Turbina de gas que tiene una caja de
transmisión acoplada mecánicamente a un árbol de la turbina y al
menos un arrancador/generador, en la cual la caja de transmisión y
el arrancador/generador forman un conjunto de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.
16. Motor aeronáutico de turbina de gas que
tiene una turbina de acuerdo con la reivindicación 15.
17. Grupo auxiliar de potencia de turbina de gas
que tiene una turbina de acuerdo con la reivindicación 15.
18. Módulo de arrancador/generador integrable en
una caja de transmisión de una turbina de gas, que comprende una
generatriz con un rotor que forma inductor y un estator que forma
inducido, una excitatriz con un estator que forma inductor y un
rotor que forma inducido unido al inductor de la generatriz,
caracterizado porque un piñón y un árbol en el cual el rotor
de la generatriz y el rotor de la excitatriz están montados en común
con el piñón, a una y otra parte del piñón.
19. Módulo de acuerdo con la reivindicación 18,
estando alojado el módulo en una caja que presenta al menos una
abertura a través de la cual el citado piñón puede ser acoplado al
menos a otro piñón de la caja de transmisión.
20. Módulo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 18 y 19, en el cual el inducido de la excitatriz
está unido al inductor de la generatriz por una conexión eléctrica
que atraviesa el citado piñón.
21. Módulo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 20, en el cual el inducido de la excitatriz
está unido al inductor de la generatriz por un puente de diodos
giratorio, estando soportados los diodos por el citado piñón.
22. Módulo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 21, que comprende, además, un generador de
imanes permanentes que tiene un rotor montado en el árbol común.
23. Módulo de acuerdo con la reivindicación 22,
caracterizado porque el generador de imanes permanentes está
situado en el mismo lado del citado piñón que la excitatriz.
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