BR102015032040A2 - sistema de motor de turbina e método para operar um sistema de separador de partícula de entrada - Google Patents

Abstract

“sistema de motor de turbina e método para operar um sistema de separador de partícula de entrada”trata-se de um sistema de motor de turbina que inclui um separador de partícula de entrada (36) que recebe um fluxo de fluido de entrada e tem uma saída limpa (52) para um primeiro fluxo de fluido substancialmente limpo, e uma saída de sequestro (54) para um segundo fluxo de fluido de sequestro. uma bomba de fluido (64) se comunica com a saída de sequestro (54). o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido (64) é seletivamente regulado.

Description

“SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE SEPARADOR DE PARTÍCULA DE ENTRADA” Antecedentes da Invenção [001] Motores de turbina e, particularmente, motores de turbina a gás ou de combustão, são motores giratórios que extraem energia de um fluxo de gases queimados que passam através do motor em um número grande de lâminas de turbina. Motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção em terra e náutica e geração de potência, mas são mais comumente usados para aplicações como para aeronaves, incluindo helicópteros. Em aeronaves, motores de turbina a gás são usados para propulsão da aeronave. Em aplicações terrestres, motores de turbina são frequentemente usados para geração de potência.

[002] Ingestão de partícula em motores de turbina a gás pode afetar adversamente o desempenho e confiabilidade de motor, e também pode aumentar a frequência de reparo e manutenção exigidas para motores. Vários métodos são empregados para facilitar a redução do número de partículas que são canalizadas através do fluxo de fluido de entrada ao compressor de motor. Por exemplo, sistemas de separador de partícula de entrada (IPS) conhecidos funcionam ao conferir momento e trajetória em partículas para canalizar tais partículas longe da corrente de fluido que entra no compressor. As partículas são removidas por uma ventoinha que extrai potência de modo convencional da caixa de engrenagens acessória (AGB). Visto que a AGB extrai potência da turbina, a ventoinha de IPS opera de modo contínuo em velocidades em relação à velocidade do motor.

[003] Alguns outros sistemas IPS conhecidos incluem uma ventoinha presa ou uma ventoinha de acionamento variável. A ventoinha de acionamento variável tem um motor de emissão variável que aciona a ventoinha em uma velocidade ajustável. Embora tais ventoinhas possam reduzir extração de potência, esses sistemas são pesados e complexos.

Descrição Resumida da Invenção [004] Em um aspecto, uma realização da invenção se refere a um sistema de motor de turbina que inclui um separador de partícula de entrada que tem uma entrada que recebe um fluxo de fluido de entrada, uma saída limpa que recebe um primeiro fluxo de fluido substancialmente limpo, e uma saída de sequestro que recebe um segundo fluxo de fluido de sequestro, uma bomba de fluido em comunicação fluida com a saída de sequestro, um dispositivo de controle de fluxo de ar que regula o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido, e um controlador acoplado ao dispositivo de controle de fluxo de ar para ajustar seletivamente o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido.

[005] Em outro aspecto, uma realização da invenção se refere a um método para operar um sistema de separador de partícula de entrada que tem um separador de partícula de entrada com uma entrada que recebe um fluxo de fluido de entrada, uma saída limpa que recebe um primeiro fluxo de fluido substancialmente limpo, e uma saída de sequestro que recebe um segundo fluxo de fluido de sequestro, e uma bomba de fluido em comunicação fluida com a saída de sequestro. O método compreende determinar pelo menos uma condição operacional e ajustar o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido com base na pelo menos uma condição operacional.

Breve Descrição Das Figuras [006] Nos desenhos: A Figura 1 é uma vista plana de uma porção de um helicóptero exemplificativo; A Figura 2 é uma vista em corte transversal ampliada de uma porção de uma entrada de motor de turbina a gás exemplificativa que pode ser usada com o helicóptero mostrada na Figura 1; A Figura 3 é uma vista esquemática de uma porção de um sistema IPS da Figura 2 de acordo com uma primeira realização da invenção; A Figura 4 é uma vista esquemática de uma porção de um sistema IPS da Figura 2 de acordo com uma segunda realização da invenção; e A Figura 5 é um fluxograma que mostra um método de operação de um sistema IPS de acordo com uma terceira realização da invenção.

Descrição Detalhada [007] As realizações descritas da presente invenção se referem geralmente a motores de turbina, e mais particularmente, a separadores de partícula de entrada usados com motores de turbina. Separadores de partícula de entrada incluem uma bomba de fluido, como uma ventoinha, que opera de modo contínuo, mesmo em condições em que a separação de partícula pode não ser necessária, como quando a concentração de partícula em ar de ambiente é baixa. A operação contínua da ventoinha pode extrair uma quantidade desnecessária de potência do motor e reduzir consumo de combustível específico do motor. As realizações da presente invenção fornecem sistemas e métodos para controlar a operação de uma ventoinha de IDS de acordo com condições operacionais, como a quantidade de partículas no fluxo de fluido ou altitude. Para propósitos de ilustração, as realizações da presente invenção serão descritas com relação a um motor de turbina a gás para uma aeronave. Será entendido, entretanto, que as realizações da invenção não são tão limitadas e podem ter aplicabilidade geral em aplicações de não aeronaves, como outras aplicações móveis e aplicações industriais, comerciais e residenciais não móveis.

[008] A Figura 1 é uma vista plana de uma aeronave na forma de um helicóptero 10 que inclui conjuntos de turbina a gás 12. Na realização exemplificativa, cada conjunto de motor de turbina a gás 12 inclui um motor de turbina a gás 14 que inclui um sistema de separador de partícula de entrada (IPS) 16 e um escapamento 18. Dois motores de turbina a gás 14 são orientados simetricamente em relação a um eixo geométrico de simetria 20 que se estende axialmente entre os motores de turbina a gás 14. Um terceiro motor de turbina a gás 14 é orientado atrás do par de motores 14. Mais especificamente, o par de motores de turbina a gás simetricamente orientados 14 é montado contra uma fuselagem de helicóptero 22, enquanto o terceiro motor 14 é montado dentro de um compartimento de motor 24 definido pela fuselagem 22. Um eixo de acionamento 26 se estende a partir da frente de cada motor de turbina a gás 14 a uma transmissão principal 28. Em outros projetos, o eixo de acionamento 26 pode se estender a partir de outras regiões de motores 14.

[009] A Figura 2 é uma vista em corte transversal ampliada do sistema IPS 16 para um dos motores de turbina a gás 14 da Figura 1. O motor de turbina a gás 14 define uma linha central 30 e inclui, entre outros componentes convencionais, um compressor 32 que tem uma entrada de compressor 34. Na realização exemplificativa, o sistema IPS 16 pode ser uma unidade removível que é projetada para ser montada na extremidade frontal do motor 14. Mais especificamente, na realização exemplificativa, um sistema IPS 16 inclui um separador de partícula de entrada (IPS) 36 em comunicação fluida com o compressor 32 e um sistema de sequestro 38. O IPS 36 é configurado para separar matéria, que inclui, mas sem limitação, areia, poeira, sujeira, líquidos, e/ou outras matérias estranhas não desejadas no fluxo de ar de motor, todos os quais podem ser denominadas no presente documento como partículas, do fluido que passa através do IPS 36 à entrada de compressor 34. Também deve ser observado que o termo “fluido” conforme usado no presente documento inclui qualquer material ou meio que fluem e que incluem, mas sem limitação, qualquer um dentre gás, ar e líquidos.

[010] O IPS 36 inclui uma entrada de nacela 40 e um nariz em formato de bala 42 que juntos definem uma entrada na forma de uma passagem de admissão 44 que recebe um fluxo de fluido de entrada e um divisor de fluxo 46. O nariz em formato de bala 42 inclui uma seção de cubo frustocônica ou convexa 48. O diâmetro da seção de cubo 48 aumenta gradualmente na direção a jusante ao longo da passagem de admissão 44. Adicionalmente, o diâmetro da entrada de nacela 40 também aumenta de algum modo nessa região. O diâmetro da seção de cubo 48 continua a aumentar gradualmente até alcançar um diâmetro máximo, após o qual o diâmetro de cubo cai ou diminui rapidamente. A porção do IPS 36 em que o diâmetro diminui define uma seção de separação 50. A seção de separação 50 é uma região em que partículas no fluido de entrada se separam fisicamente de um segundo fluxo de um fluido relativamente limpo que entrará eventualmente no compressor 32. A separação de partículas ocorre nessa região devido ao fato de que o fluido de entrada foi acelerado rapidamente após o ponto de diâmetro máximo de cubo e após isso o fluido é forçado a fazer uma curva acentuada radialmente para dentro a uma entrada de compressor 34. A passagem de admissão 44, divisor de fluxo 46 e seção de separação 50 se estendem radialmente em torno da linha central 30.

[011] O divisor de fluxo 46 bifurca a passagem de admissão 44 em uma passagem de fluido limpo 52 e uma passagem de fluido sujo 54 que é radialmente para fora da passagem de fluido limpo 52. A passagem de fluido limpo 52 se estende da seção de cubo 48 à entrada 34 do compressor 32, e define uma saída limpa que recebe um fluxo de fluido substancialmente limpo. A passagem de fluido sujo 54 se estende da seção de cubo 48 ao sistema de sequestro 38, e define uma saída de sequestro que recebe um fluxo de fluido de sequestro. O fluxo de fluido limpo é considerado substancialmente limpo em relação ao fluxo de fluido de sequestro em que inclui uma concentração mais baixa de partículas que o fluido de sequestro.

[012] Na realização exemplificativa, o sistema de sequestro IPS 38 inclui uma pá em espiral 56 acoplada a uma primeira extremidade de um invólucro espiral 58. Um duto de sequestro 60 é acoplado e se estende de uma porta de saída 62 do invólucro espiral 58 a uma bomba de fluido, um exemplo não limítante do qual é uma ventoinha 64. Um duto de escapamento 66 é acoplado e se estende para longe da ventoinha 64. A pá em espiral 56 e o invólucro espiral 58 se estendem radialmente em torno da linha central 30 e em torno de uma circunferência definida pela passagem de admissão 44.

[013] Na realização exemplificativa, uma ventoinha 64 é acoplada e potencializada por uma caixa de engrenagens acessória (AGB) 68 do motor 14. A ventoinha 64 facilita remover partículas do duto de sequestro 60 através do duto de escapamento 66. Em realizações alternativas, a ventoinha 64 pode ser qualquer dispositivo que facilita a descarga de partículas coletadas de um duto de sequestro 60 através do duto de escapamento 66. Deve ser observado que em outras realizações, uma ventoinha 64 pode ser potencializado por quaisquer outros meios.

[014] Durante operação de motor, o fluido flui na passagem de admissão 44, após a seção de cubo 48, e é dividido em duas correntes de fluido pelo divisor de fluxo 46. Uma das correntes, conhecida como fluxo de fluido sujo, é canalizada radialmente para fora em direção à passagem de fluido sujo 54 e no sistema de sequestro 38, em que o fluxo de fluido sujo é ejetado do motor de turbina a gás 14. A segunda corrente de fluido, conhecida como um fluxo de fluido limpo, é canalizada radialmente para dentro na passagem de fluido limpo 52. Muitas partículas no fluido de entrada não terão capacidade para mudar a direção na curva na passagem de fluido limpo 52, devido à inércia e momento maiores das partículas. Consequentemente, a maioria das partículas continuará em uma direção axial e entrará na passagem de fluido sujo 54, facilitando, desse modo, um fluxo de fluido relativamente limpo no compressor 32. O fluido sujo flui através da passagem de fluido sujo 54 à pá em espiral 56, que canaliza o fluido sujo no invólucro espiral 58. O invólucro espiral 58 coleta partículas do fluxo de fluido sujo e guia as partículas ao duto de sequestro 60 em direção à ventoinha 64, que descarrega as partículas para fora do duto de escapamento 66 na atmosfera.

[015] A Figura 3 é uma vista esquemática de uma porção do sistema de sequestro IPS 38 da Figura 2 de acordo com uma primeira realização da invenção. O sistema de sequestro IPS 38 pode incluir um dispositivo de controle de fluxo de ar 70 para regular o fluxo de fluido de sequestro através da ventoinha 64. O dispositivo de controle de fluxo de ar 70 controla o fluxo dentro de uma trajetória de fluxo de sequestro do sistema de sequestro IPS 38, com a trajetória de fluxo de sequestro que se estende para e inclui a saída de sequestro do separador de partícula de entrada, o duto de sequestro 60, a ventoinha 64 e o duto de escapamento 66. O dispositivo de controle de fluxo de ar 70 pode reduzir a taxa de fluxo de massa através da ventoinha 64 ao restringir seletivamente a trajetória de fluxo de sequestro. Visto que a ventoinha 64 extrai potência da AGB 68, que, por sua vez, extrai potência do motor de turbina a gás 14, uma taxa de fluxo de massa reduzida exige menos potência da AGB 68 e reduz a potência extraída pela ventoinha 64. A redução na extração de potência de ventoinha resulta em um consumo de combustível específico de motor melhorado (SFC).

[016] O dispositivo de controle de fluxo de ar 70 pode ser fornecido em várias localizações dentro da trajetória de fluxo de sequestro do sistema de sequestro IPS 38, que inclui a montante ou a jusante da ventoinha 64. O dispositivo de controle de fluxo de ar 70 pode, por exemplo, incluir um mecanismo para constringir a trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64, obstruir uma porção da trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64, ou variar o tamanho de um orifício que define uma porção da trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64. Alguns exemplos não limitantes do dispositivo de controle de fluxo de ar 70 incluem um estrangulador, ou um mecanismo que controla o ângulo de guia de pás localizadas dento da entrada ou saída da ventoinha 64.

[017] Um controlador 72 pode ser acoplado ao dispositivo de controle de fluxo de ar 70 para controlar a operação do dispositivo de controle de fluxo de ar 70 e ajustar seletivamente o fluxo de fluido de sequestro através da ventoinha 64. O controlador 72 pode ajustar o dispositivo de controle de fluxo de ar 70 em tempo real conforme necessário para fornecer uma taxa de fluxo através da ventoinha 64 correspondente a um desempenho de separação de partícula desejado, ou pode ter um ciclo predeterminado correspondente a uma rotina de voo planejada e um desempenho de separação de partícula antecipado, ou uma combinação de ambos.

[018] Um controlador exemplificativo 72 para o dispositivo de controle de fluxo de ar 70 pode incluir um dispositivo de computação de propósito geral na forma de um computador, o que inclui uma unidade de processamento, uma memória de sistema e um barramento de sistema, que acopla vários componentes de sistema, o que inclui a memória de sistema à unidade de processamento. A memória de sistema pode incluir memória somente de leitura (ROM) e memória de acesso aleatório (RAM). O computador também pode incluir um dispositivo de disco rígido magnético para leitura a partir de um disco rígido magnético e registro para o mesmo, um dispositivo de disco magnético para leitura a partir de um disco magnético removível ou registro para o mesmo e um dispositivo de disco óptico para leitura a partir de um disco óptico removível ou registro para o mesmo como um CD-ROM ou outra mídia óptica. Os dispositivos e sua mídia legível por máquina associada fornecem armazenamento não volátil de instruções executáveis por máquina, estruturas de dados, módulos de programa e outros dados para o computador.

[019] Na realização ilustrada, o dispositivo de controle de fluxo de ar 70 é fornecido na forma de um estrangulador. O estrangulador 70 inclui um mecanismo pelo qual o fluxo pode ser gerenciado por uma constrição ou obstrução, ou ao variar o tamanho de um orifício. Conforme mostrado, o estrangulador 70 pode ter um corpo 74 que é ajustado por um atuador ou posicionador elétrico, hidráulico ou pneumático 76. O corpo ajustável 74 pode ser fornecido dentro da trajetória de fluxo de sequestro do sistema de sequestro 38 e pode ser aberto ou fechado pelo posicionador 76 para variar graus em resposta a um sinal de controle recebido do controlador 72. O corpo ajustável 74 pode ser configurado para fechar apenas parcialmente a fim de impedir danos à ventoinha 64. O posicionador 76 pode ser potencializado por um gerador potencializado a motor de aeronave, uma bateria ou outra fonte de energia. Alguns exemplos de um estrangulador adequado 70 para o sistema de sequestro IPS 38 incluem, mas sem limitação, a válvula borboleta, uma válvula globo, uma válvula de diafragma ou outro dispositivo de controle de fluxo.

[020] O estrangulador 70 pode ser ajustado automaticamente com base em um sinal de controle do controlador 72. O sinal de controle pode ser uma função de pelo menos uma inserção ao controlador 72. O estrangulador 70 pode ser controlado para operar a ventoinha 64 nas definições de fluxo ou potência selecionadas como uma função da inserção. O controlador 72 pode receber a inserção para controlar o estrangulador 70 a partir de várias fontes. A fonte da inserção de controlador pode, por exemplo, ser um sensor de partícula, um sensor de altitude, ou um comutador controlado por piloto. O controlador 72 pode ser adicionalmente acoplado a qualquer combinação das fontes de inserção a fim de receber inserção de múltiplas fontes para controlar o estrangulador 70.

[021] Em um exemplo, o controlador 72 pode receber um sinal de inserção de um sensor de partícula 78 acoplado com o controlador 72. O sensor de partícula 78 pode detectar ou monitorar a quantidade de partículas no fluido em uma localização particular. O sensor de partícula 78 pode ser localizado onde o fluido entra no sistema IPS 16 na entrada de nacela 40 (Figura 2) para detectar a quantidade de partículas no ar de ambiente, ou pode ser localizado em um ponto a jusante onde partículas foram separadas, por exemplo, a jusante da ventoinha 64. Alguns exemplos não limitantes do sensor de partícula 78 incluem um sensor eletrostático, uma célula fotoelétrica, ou um contador magnético.

[022] O controlador 72 pode receber o sinal de inserção do sensor de partícula 78, e controla o estrangulador 70 como uma função do sinal de inserção. Por exemplo, quando partículas pequenas ou nenhuma partícula está presente no fluido, o estrangulador 70 pode reduzir fluxo de fluido à ventoinha 64. Quando uma quantidade significante de partículas está presente, o fluxo de fluido à ventoinha 64 pode ser definido a uma taxa de fluxo correspondente a um desempenho de separador de partícula desejado.

[023] Em outro exemplo, o controlador 72 pode receber um sinal de inserção de um sensor de altitude 80 acoplado ao controlador 72. O sensor de altitude 80 pode detectar ou medir a altitude do helicóptero 10. Alguns exemplos não limitantes do sensor de altitude 80 incluem um altímetro, GPS, um fole ou a válvula de vácuo.

[024] O controlador 72 pode receber o sinal do sensor de altitude 80, e controla o estrangulador 70 como uma função do sinal. Por exemplo, em altitudes altas, quando se espera que partículas pequenas ou nenhuma partícula estejam presentes no fluido, o estrangulador 70 pode reduzir fluxo de fluido à ventoinha 64. Em altitudes mais baixas, quando se espera que uma quantidade significante de partículas esteja presente, o fluxo de fluido à ventoinha 64 pode ser definido a uma taxa de fluxo correspondente a um desempenho de separador de partícula desejado.

[025] Em outro exemplo, o controlador 72 pode receber um sinal de inserção de um comutador controlado por piloto 82. O comutador 82 pode ser controlável pelo piloto do helicóptero 10 para definir ou ajustar o fluxo de fluido à ventoinha 64 a uma taxa de fluxo que corresponde a um desempenho de separador de partícula desejado. O comutador 82 pode ser usado para selecionar uma taxa de fluxo de fluido particular à ventoinha 64. Alternativamente, o comutador 82 pode ser usado para definir um modo operacional do sistema IPS 16 que tem uma taxa de fluxo predeterminada à ventoinha 64. Por exemplo, o sistema IPS 16 pode ter um modo de separação alta em que o estrangulador 70 permite fluxo completo à ventoinha 64 e um modo de separação baixa em que o estrangulador 70 restringe fluxo à ventoinha 64. O piloto pode selecionar o modo de separação alta em situações que exigem separação de partícula aumentadas, como em decolagem ou em pouso, e o comutador para modo de separação baixa em situações que não exigem tanta separação, como voo em altitudes mais altas ou sobre a água.

[026] O estrangulador 70 pode ser fornecido em várias localizações dentro da trajetória de fluxo de sequestro do sistema de sequestro IPS 38, o que inclui a montante ou a jusante da ventoinha 64. Na realização ilustrada da Figura 3, a ventoinha 64 inclui uma entrada de ventoinha 84 em comunicação fluida com o duto de sequestro 60 e uma saída de ventoinha 86 em comunicação fluida com o duto de escapamento 66. O estrangulador 70 é localizado a jusante da saída de ventoinha 86, dentro do duto de escapamento 66.

[027] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma porção do sistema de sequestro IPS 38 da Figura 2 de acordo com uma segunda realização da invenção. Na realização ilustrada da Figura 4, o estrangulador 70 é localizado a montante da entrada de ventoinha 84, dentro do duto de sequestro 60.

[028] A Figura 5 é um fluxograma que mostra um método 90 de operação do sistema IPS 16 de acordo com uma terceira realização da invenção. O método 90 pode ser usado para controlar a operação de uma bomba de fluido, como ventoinha 64, de acordo com condições operacionais. Na operação, o controlador 72 pode implantar o método 90. O controlador 72 pode incluir toda ou uma porção de um ou mais programas de computador que têm conjuntos de instruções executáveis para controlar a operação da bomba de fluido. O programa pode incluir um produto de programa de computador que pode incluir mídia legível por máquina para carregar ou ter instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados armazenados na mesma. Tais mídias legíveis por máquina poderão ser qualquer mídia disponível que possa ser acessada por um computador de propósito geral ou específico, ou outra máquina com um processador. Geralmente, tal programa de computador pode incluir rotinas, objetos, componentes, estruturas de dados, algoritmos, etc. que tenham o efeito técnico de realizar tarefas particulares ou implantar tipos particulares de tipos de dados abstratos. Instruções executáveis por máquinas, estruturas de dados associadas e programas representam exemplos de código de programa para executar a troca de informações conforme revelado no presente documento. Instruções executáveis por máquinas podem incluir, por exemplo, instruções e dados, os quais fazem com que um computador de propósito geral, um computador de propósito especial ou máquina de processamento de propósito específico realizem uma certa função ou grupo de funções.

[029] Na etapa 92, pelo menos uma condição operacional é determinada. Alguns exemplos não limitantes de condições operacionais incluem uma quantidade de partículas no fluxo de fluido de entrada, uma quantidade de partículas no fluido limpo, uma quantidade de partículas no fluido de sequestro, a altitude ou a posição do comutador controlado por piloto 82. Para a etapa 92, o controlador 72 pode receber inserção de várias fontes, o que inclui o sensor de partícula 78, o sensor de altitude 80, o comutador controlado por piloto 82 ou qualquer combinação dos mesmos a fim de determinar a(s) condição(condições) de operação. Na etapa 94, com base na(s) condição(condições) de operação determinadas na etapa 92, o fluxo de fluido de sequestro através da ventoinha 64 é ajustado. Ajustar o fluxo pode incluir regular o fluxo de fluido de sequestro através da ventoinha 64 com uso do dispositivo de controle de fluxo de ar 70. O fluxo através da ventoinha 64 pode ser reduzido em certas condições operacionais como quando partículas pequenas ou nenhuma partícula é detectada pelo sensor de partícula 78, em altitudes mais altas conforme determinado pelo sensor de altitude 80, ou quando o piloto seleciona uma taxa de fluxo particular ou modo de separação com uso do comutador 82. Reduzir o fluxo pode acarretar na constrição da trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64, obstruir uma porção da trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64, ou variar o tamanho de um orifício que define uma porção da trajetória de fluxo para ou a partir da ventoinha 64. Em um exemplo, o fluxo através da ventoinha 64 pode ser estrangulado ao ajustar a posição do corpo 74 com o posicionador 76.

[030] Em qualquer uma das realizações acima, uma bomba de fluido diferente de uma ventoinha 64 pode ser usada. Por exemplo, a bomba de fluido pode ser qualquer dispositivo que facilita descarregar partículas coletadas de um duto de sequestro 60 através do duto de escapamento 66. Adicionalmente, realizações da presente invenção podem aplicar a bombas de fluido potencializadas pela AGB 68 do motor 14 ou potencializadas por outros dispositivos.

[031] As várias realizações de sistemas, métodos, e outros dispositivos em relação à invenção revelada no presente documento fornece consumo de combustível melhorado, particularmente em um motor de turbina. Efeitos técnicos das realizações descritas acima incluem um sistema de separação de partícula de entrada dotado de um dispositivo de controle de fluxo de ar a fim de mudar a extração de potência da ventoinha ao restringir ou ajustar a trajetória de fluxo de ventoinha, reduzindo, portanto, a massa de fluxo de ar. Um redução na extração de potência de ventoinha melhora consumo de combustível específico de motor (SFC) para ventoinhas acionados por caixa de engrenagens acessória, e também outras ventoinhas. Se sabe reduzir a extração de potência de ventoinhas de IPS ao usar uma ventoinha de acionamento variável, mas esses sistemas são mais pesados e não compensam nenhum ganho em SFC. Esses sistemas também são relativamente mais complexos, e podem ser menos confiáveis se comparados a uma ventoinha acionado diretamente. As realizações da presente invenção utilizam um dispositivo de controle de fluxo de ar que é relativamente leve e simples em comparação aos sistemas de ventoinha de acionamento variável.

[032] Adicionalmente, a massa de fluxo de ar à ventoinha pode ter controlado de acordo com condições operacionais, como a quantidade de partículas no fluxo de fluido, a altitude da aeronave, ou a posição de um comutador controlado por piloto. Além da melhora de SFC, uma redução na extração de potência de ventoinha pode ser vantajosa quando potência de motor adicional ou emergencial é necessária; com o uso das realizações da invenção revelada no presente documento, torque pode ser desviado da ventoinha ao motor.

[033] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer versado na técnica pratique a invenção, inclusive a fazer e usar quaisquer aparelhos ou sistemas, e a realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram para as pessoas versadas na técnica. Tais outros exemplos se destinam a ser abrangidos pelo escopo das reivindicações se os mesmos tiverem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais a partir das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Componentes 10 helicóptero 12 conjunto de motor 14 motor de turbina a gás 16 sistema IPS 18 escapamento 20 eixo geométrico 22 fuselagem 24 compartimento de motor 26 haste de acionamento 28 transmissão 30 linha central 32 compressor 34 entrada de compressor 36 IPS 38 sistema de sequestro 40 entrada de nacela 42 nariz em formato de bala 44 passagem de admissão 46 divisor 48 seção de cubo 50 seção de separação 52 passagem de fluido limpo 54 passagem de fluido sujo 56 pá em espiral 58 invólucro espiral 60 duto de sequestro 62 porta de saída 64 ventoinha 66 duto de escapamento 68 caixa de engrenagens acessória 70 dispositivo/estrangulador de controle de fluxo de ar 72 controlador 74 corpo de estrangulador 76 posicionador de estrangulador 78 sensor de partícula 80 sensor de altitude 82 comutador 84 entrada de ventoinha 86 saída de ventoinha 88 90 método 92 etapa 94 etapa Reivindicações

Claims (15)

1. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, caracterizado pelo fato de que compreende: um separador de partícula de entrada (36) que tem uma entrada (44) que recebe um fluxo de fluido de entrada, uma saída limpa (52) que recebe um primeiro fluxo de fluido substancialmente limpo, e uma saída de sequestro (54) que recebe um segundo fluxo de fluido de sequestro; uma bomba de fluido (64) em comunicação fluida com a saída de sequestro (54); um dispositivo de controle de fluxo de ar (70) que regula o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido (64); e um controlador (72) acoplado ao dispositivo de controle de fluxo de ar (70) para ajustar seletivamente o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido (64).

2. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba de fluido (64) compreende uma ventoinha.

3. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma caixa de engrenagens acessória (68) acoplada à ventoinha (64) para acionar a ventoinha (64).

4. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (64) compreende uma entrada de ventoinha (84) em comunicação fluida com a saída de sequestro (54) e uma saída de ventoinha (86), e em que o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) está a jusante da entrada de ventoinha (84).

5. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a saída de ventoinha (86) está em comunicação fluida com um duto (66), e em que o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) regula o fluxo de fluido de sequestro através do duto (66).

6. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) compreende um estrangulador (70).

7. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma trajetória de fluxo que compreende pelo menos a saída de sequestro (54) e a bomba de fluido (64), e em que o estrangulador (70) compreende um corpo ajustável (74) dentro da trajetória de fluxo e um posicionador (76) acoplado de modo operável com o corpo (74) para ajustar a orientação do corpo (74) dentro da trajetória de fluxo com base em um sinal de controle do controlador (72).

8. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o separador de partícula de entrada (36) compreende: um divisor de fluxo (46) que define pelo menos parcialmente uma trajetória de fluxo limpo que inclui a saída limpa (52) e uma trajetória de fluxo de sequestro que inclui a saída de sequestro (54); e uma seção de cubo convexa (48) a montante do divisor de fluxo (46) e adjacente ao mesmo para direcionar partículas à trajetória de fluxo de sequestro.

9. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) é posicionado dentro da trajetória de fluxo de sequestro a montante da bomba de fluido (64).

10. SISTEMA DE MOTOR DE TURBINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um dentre: um sensor de partícula (78) acoplado ao controlador (72), em que o controlador (72) é configurado para receber um sinal do sensor de partícula (78) e controlar o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) como uma função do sinal; um sensor de altitude (80) acoplado ao controlador (72), em que o controlador (72) é configurado para receber um sinal do sensor de altitude (80) e controlar o dispositivo de controle de fluxo de ar (70) como uma função do sinal; ou um comutador (82) acoplado ao controlador (72) para controlar seletivamente o dispositivo de controle de fluxo de ar (70).

11. MÉTODO (90) PARA OPERAR UM SISTEMA DE SEPARADOR DE PARTÍCULA DE ENTRADA (16), caracterizado pelo fato de que tem um separador de partícula de entrada (36) com uma entrada (44) que recebe um fluxo de fluido de entrada, uma saída limpa (52) que recebe um primeiro fluxo de fluido substancialmente limpo, e uma saída de sequestro (54) que recebe um segundo fluxo de fluido de sequestro, e uma bomba de fluido (64) em comunicação fluida com a saída de sequestro (54), em que o método (90) compreende: determinar (92) pelo menos uma condição operacional; e ajustar (94) o fluxo de fluido de sequestro através da bomba de fluido (64) com base na pelo menos uma condição operacional.

12. MÉTODO (90), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ajustar (94) o fluxo compreende estrangular o fluxo.

13. MÉTODO (90), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ajustar (94) o fluxo compreende reduzir o fluxo.

14. MÉTODO (90), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que reduzir o fluxo compreende um dentre: constringir uma trajetória de fluxo para ou a partir da bomba de fluido (64); obstruir uma porção de uma trajetória de fluxo para ou a partir da bomba de fluido (64); ou variar o tamanho de um orifício que define uma porção de uma trajetória de fluxo para ou a partir da bomba de fluido (64).

15. MÉTODO (90), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que determinar (92) pelo menos uma condição operacional compreende determinar pelo menos um dentre: uma quantidade de partículas no fluxo de fluido de entrada; uma quantidade de partículas no fluido limpo; uma quantidade de partículas no fluido de sequestro; altitude; ou a posição de um comutador operado por piloto (82).