ES2896933T3 - Arrancador de turbina de aire - Google Patents

Abstract

Un arrancador de turbina de aire (10) para arrancar un motor, que comprende: al menos un miembro de turbina (72, 74) que puede girar alrededor de un eje de giro; un alojamiento (30) que incluye una pared periférica cilíndrica (160) que define un interior y un exterior del alojamiento (30); teniendo el alojamiento (30) una porción del mismo rodeando radialmente al menos un miembro de turbina (72, 74) y definiendo una trayectoria a lo largo de la que un flujo de gas se hace pasar a través del mismo para interactuar con el al menos un miembro de turbina (72, 74); en donde el alojamiento (30) incluye además una entrada (32) y un conjunto de salidas (34), el conjunto de salidas (34) formado en la pared periférica cilíndrica (160), y el al menos un miembro de turbina (72, 74) está situado entre los mismos; y el arrancador de turbina de aire (10) comprendiendo además: una pantalla de contención (166) ubicada dentro del interior corriente abajo del al menos un miembro de turbina (72, 74); en donde la pantalla de contención (166) está ubicada axialmente entre el al menos un miembro de turbina (72, 74) y el conjunto de salidas (34).

Description

DESCRIPCIÓN

Arrancador de turbina de aire

ANTECEDENTES

Un motor de aeronave, por ejemplo un motor de turbina de gas, está acoplado en operación regular a un arrancador de turbina de aire. Los arrancadores de turbina de aire se montan por lo general en el motor a través de una caja de engranajes u otro conjunto de transmisión. La transmisión transfiere la potencia del arrancador al motor para ayudar a arrancar el motor. Los componentes internos tanto del motor de turbina de gas como del arrancador de la turbina de aire giran juntos de tal forma que el arrancador de turbina de aire se puede utilizar para arrancar el motor. El documento US6533541B1 describe un supresor de partículas de alta energía para arrancadores de turbinas de aire. Uno o más anillos supresores de partículas están montados en una porción de flujo radial curva de un paso de flujo anular de la turbina de gas. Los anillos supresores bloquean las trayectorias de la línea de visión entre la rueda de la turbina y la salida del paso de flujo anular.

El documento GB993711A describe un motor de turbina en el que el rotor está montado dentro de un alojamiento que está cubierto en su porción corriente abajo y por medio de un par de placas perforadas dispuestas en una relación espacial.

BREVE DESCRIPCIÓN

En un aspecto, la presente descripción se refiere a un arrancador de turbina de aire según la reivindicación 1 para arrancar un motor que incluye al menos un miembro de turbina que puede girar alrededor de un eje de giro, un alojamiento que define un interior y un exterior y que tiene una porción del mismo que rodea radialmente el al menos un miembro de turbina y que define una trayectoria a lo largo de la que pasa un flujo de gas a través del mismo para interactuar con el al menos un miembro de turbina, y una pantalla de contención ubicada dentro el interior corriente abajo del al menos un miembro de turbina.

En otro aspecto, la presente descripción se refiere al método de formar un arrancador de turbina de aire según la reivindicación 8, incluyendo el método encerrar un miembro de turbina dentro de una pared periférica entre una entrada y un conjunto de salidas para definir una vía de fluido y formar una trayectoria tortuosa entre el miembro de turbina y un exterior de la pared periférica mediante la disposición de una pantalla de contención entre el miembro de turbina y el conjunto de puntos de salidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

En los dibujos:

La Figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un motor de turbina con una caja de engranajes accesorios y un arrancador según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un arrancador que puede utilizarse en el conjunto de motor de la Figura 1, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 3 es una vista en sección transversal del arrancador de la Figura 2, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

la Figura 4 es una vista parcialmente en despiece del arrancador de la Figura 2, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una porción del arrancador de la Figura 2, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 6 es una vista en sección transversal ampliada de una porción del arrancador de la Figura 2, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 7 es una vista en perspectiva parcialmente cortada del arrancador de la Figura 2 con una válvula de entrada en una segunda posición, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 8 es una vista en sección transversal de una porción del arrancador de la Figura 2 con porciones en un evento de diente a diente, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 8A es una vista en perspectiva de una porción del arrancador de la Figura 2 con porciones en un evento de diente a diente, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 9 es una vista en sección transversal de la porción del arrancador de la Figura 8 que ilustra el giro, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 10 es una vista en sección transversal de la porción del arrancador de la Figura 8 que ilustra la retracción, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 11 es una vista en sección transversal de una porción del arrancador de la Figura 2 con un engranaje de piñón en una posición acoplada, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

La Figura 11A es una vista en perspectiva de una porción del arrancador en la posición ilustrada en la Figura 11, según diversos aspectos descritos en esta memoria.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

La presente descripción está relacionada con un mecanismo de accionamiento que genera movimiento cinético en la forma de un eje giratorio acoplado con una pieza de equipo giratorio. Un ejemplo no limitativo es un arrancador de turbina de aire. El arrancador puede tener diversas aplicaciones que incluyen, pero sin limitación, arrancar un motor de turbina de gas, arrancar un motor alternativo, arrancar un motor marino o similar.

Todas las referencias direccionales (p. ej., radial, superior, inferior, ascendente, descendente, izquierda, derecha, lateral, delantera, trasera, hacia arria, hacia abajo, arriba, debajo, vertical, horizontal, en sentido horario, en sentido antihorario) solo se utilizan con fines de identificación para ayudar al lector a comprender la descripción, y no crean limitaciones, particularmente en cuanto a la posición, orientación, o uso del mismo. Las referencias de conexiones (p. ej., fijado/a, acoplado/a, conectado/a y unidos/a) deben interpretarse de forma amplia y pueden incluir miembros intermedios entre una colección de elementos y el movimiento relativo entre elementos a menos que se indique lo contrario. Como tal, las referencias de conexiones no necesariamente infieren que dos elementos estén conectados directamente y en relación fija entre sí. Los ejemplos de dibujos son solo para fines ilustrativos y las dimensiones, posiciones, orden y tamaños relativos reflejados en los dibujos adjuntos pueden variar.

Como se emplea en esta memoria, la expresión "hacia delante" o "corriente arriba" se refiere a moverse en una dirección de flujo de fluido hacia la entrada, o un componente que está relativamente más cerca de la entrada en comparación con otro componente. La expresión "popa" o "corriente abajo" se refiere a una dirección hacia la salida de una trayectoria de flujo en relación con el arrancador de turbina de aire, o un componente que está relativamente más cerca de la salida en comparación con otro componente. Adicionalmente, como se emplea en esta memoria, los términos "radial" o "radialmente" se refieren a una dimensión que se extiende entre un eje longitudinal central del motor y una circunferencia exterior del motor. Debe entenderse además que "un conjunto" puede incluir cualquier número de los elementos descritos respectivamente, incluyendo solo un elemento.

Haciendo referencia a la Figura 1, un motor de arranque o arrancador de turbina de aire 10 está acoplado a una caja de engranajes accesorios (AGB) 12, también conocida como alojamiento de transmisión, y juntos se ilustran esquemáticamente montados en un motor de turbina 14 tal como un motor de turbina de gas. El motor de turbina 14 incluye una entrada de aire con un ventilador 16 que suministra aire a una región de compresión de alta presión 18. La entrada de aire con un ventilador 16 y la región de compresión de alta presión se conocen colectivamente como la "sección fría" del motor de turbina 14 corriente arriba de la combustión. La región de compresión de alta presión 18 proporciona una cámara de combustión 20 con aire a alta presión. En la cámara de combustión, el aire a alta presión se mezcla con combustible y se quema. El gas quemado caliente y presurizado pasa a través de una región de turbina 22 antes de salir del motor de turbina 14. A medida que los gases presurizados pasan a través de la región de turbina 22, las turbinas extraen energía giratoria del flujo de los gases que atraviesan el motor de turbina 14. La turbina de alta presión de la región de turbina 22 puede acoplarse al mecanismo de compresión (no mostrado) de la región de compresión de alta presión 18 por medio de un eje para accionar el mecanismo de compresión.

La AGB 12 está acoplada al motor de turbina 14 en la región de turbina 22 mediante una toma de fuerza mecánica 26. La toma de fuerza mecánica 26 contiene múltiples engranajes y medios para el acoplamiento mecánico de la AGB 12 al motor de turbina 14. En condiciones de funcionamiento normales, la toma de fuerza 26 traslada la potencia del motor de turbina 14 a la AGB 12 para potenciar los accesorios de la aeronave, por ejemplo, pero no se limita a las bombas de combustible, sistemas eléctricos y controles ambientales de la cabina. El arrancador de turbina de aire 10 a menudo se monta cerca de al menos una de la AGB 12 o la toma de fuerza 26 del motor de turbina 14. Por ejemplo, el arrancador de turbina de aire 10 puede montarse en el exterior de la región de entrada de aire que contiene el ventilador 16 o en el núcleo cerca de la región de compresión de alta presión 18.

Durante la operación, el arrancador de turbina de aire 10 puede usarse para iniciar el giro del motor. Aunque se ha ilustrado que el arrancador de turbina de aire 10 se utiliza en el entorno de un motor de aeronave, se entenderá que la descripción no está así limitada. El arrancador de turbina de aire se puede utilizar en cualquier entorno adecuado para iniciar el giro, incluso en otras aplicaciones móviles o no móviles, según se desee.

A continuación, haciendo referencia a la Figura 2, un ejemplo de arrancador de turbina de aire 10 se muestra con mayor detalle. En general, el arrancador de turbina de aire 10 incluye un alojamiento 30 que define una entrada 32 y un conjunto de salidas 34. Una trayectoria de flujo 36, ilustrada esquemáticamente con una flecha, se extiende entre la entrada 32 y el conjunto de salidas 34 para comunicar un flujo de fluido, incluyendo, pero sin limitación gas, aire comprimido o similar, a su través. El alojamiento 30 puede estar formado por dos o más partes que se combinan entre sí o pueden formarse integralmente como una sola pieza. En los aspectos representados de la descripción, el alojamiento 30 del arrancador de turbina de aire 10 define en general, en una disposición en serie en línea, un conjunto de entrada 38, una sección de turbina 40, una caja de engranajes 42 y una sección de accionamiento 44. El arrancador de turbina de aire 10 puede estar formado por cualquier material y método, incluyendo, pero sin limitación, fundición a presión de metales ligeros y de alta resistencia tales como el aluminio, acero inoxidable, hierro o titanio. El alojamiento 30 y la caja de engranajes 42 se pueden formar con un espesor suficiente para proporcionar una rigidez mecánica adecuada sin añadir peso innecesario al arrancador de turbina de aire 10 y, por lo tanto, a la aeronave.

Se ve mejor en la Figura 3 que el conjunto de entrada 38 incluye un acoplamiento de entrada 46 que se puede conectar con cualquier conducto adecuado que transporte un flujo de gas que incluye, pero sin limitación, gas presurizado. En un ejemplo no limitativo, el gas es aire y se suministra desde una fuente de flujo de gas, incluyendo, pero sin limitación, un carro de aire que opera desde el suelo, una unidad de potencia auxiliar, o un arranque con purga cruzada de un motor que ya está operando. El acoplamiento de entrada 46 está acoplado de forma fluida con una cámara de entrada 48, que dirige aire presurizado al interior de la sección de turbina 40 a través de una abertura de entrada 50. Una válvula de entrada 52 puede abrir y cerrar selectivamente la abertura de entrada 50. La abertura de entrada 50 está en línea con la sección de turbina 40. Más específicamente, se ha ilustrado un eje de giro 51 para la sección de turbina 40. La abertura de entrada 50 está alineada con el eje de giro 51. Si bien el acoplamiento de entrada 46 está orientado hacia arriba, se entenderá que la alimentación de aire a través de la abertura de entrada 50 a través de la válvula de entrada 52 está en línea con la sección de turbina 40. Esto permite un arrancador de turbina de aire más compacto 10.

La válvula de entrada 52 puede ser cualquier válvula de entrada adecuada y se ha ilustrado a modo de ejemplo en esta memoria como una válvula de entrada neumática. La válvula de entrada 52 está dispuesta al menos parcialmente dentro de la abertura de entrada 50 y se puede mover entre una posición abierta y una posición cerrada. Puede utilizarse un accionador neumático para mover la válvula de entrada 52 a su posición abierta. La fuente de potencia neumática al accionador puede ser aire presurizado suministrado desde, por ejemplo, una unidad de potencia auxiliar (APU), aire purgado de otro compresor del motor, un carro en el suelo, o similar. En algunos casos, el aire presurizado suministrado al arrancador de turbina de aire 10 y a la válvula de entrada 52 está sin regular, y a una magnitud de presión mayor que la que puede ser necesaria para la operación del arrancador de turbina de aire 10. Por ende, algunas válvulas de entrada 52 se pueden configurar también como una válvula de regulación de presión, para así regular la presión del flujo de aire al arrancador de turbina de aire.

El aire presurizado se puede suministrar en la apertura 54 dentro de una cavidad 56 en un asiento de válvula 58. Independientemente de la fuente específica de aire presurizado, el aire suministrado empuja la válvula de entrada 52 de la posición cerrada a una posición abierta (Figura 7). Puede incluirse un elemento de desvío 60 para desviar la válvula de entrada 52 hacia la posición cerrada cuando ya no se suministra aire presurizado a la cavidad 56. El elemento de desvío 60 puede ser cualquier mecanismo adecuado y se ha ilustrado en esta memoria descriptiva, a modo de ejemplo no limitativo, como un resorte helicoidal.

Si la válvula de entrada 52 está en la posición abierta, el aire presurizado se dirige a la cámara de entrada 48, fluye a través de la entrada 32 del alojamiento, un canal de flujo 62, y sale del alojamiento 30 a través del conjunto de salidas 34. El canal de flujo 62 incluye una porción de flujo axial 64 formada a través de un conjunto de anillo 66 que está montado dentro del alojamiento 30 cerca de la entrada 32. El conjunto de anillo 66 incluye una apertura central 68 y un conjunto de boquillas separadas circunferencialmente 70 (ilustradas mejor en la Figura 4) que son integrales con y se proyectan radialmente desde una superficie del conjunto de anillo 66. La apertura central 68 proporciona una entrada al canal de flujo 62 y las únicas salidas son las definidas por las boquillas 70 del conjunto de anillo 66.

Dentro de la sección de turbina 40 se incluye un conjunto de rotores o miembros de turbina. En el ejemplo ilustrado, un primer miembro de turbina 72 y un segundo miembro de turbina 74 forman un miembro de turbina gemela y están montados giratoriamente dentro del alojamiento 30 en la sección de turbina 40 y dispuestos dentro de la trayectoria de flujo 36 (Figura 5) para extraer de forma giratoria potencia mecánica del flujo de gas a lo largo de la trayectoria de flujo 36. El primer miembro de turbina 72 y el segundo miembro de turbina 74 definen una primera y una segunda etapas, respectivamente, de la sección de turbina 40. En particular, el primer miembro de turbina 72 y el segundo miembro de turbina 74 incluyen ruedas que tienen un número de palas o boquillas a lo largo de su periferia. Las boquillas 76 del primer miembro de turbina 72 están alineadas con las boquillas 70 del conjunto de anillo 66 y en una relación estrechamente separada con la superficie interior del alojamiento 30. Un anillo intermedio 80 que tiene boquillas 82 se puede ubicar entre el primer miembro de turbina 72 y el segundo miembro de turbina 74. Las boquillas 78 del segundo miembro de turbina 74 pueden alinearse con las boquillas 82 del anillo intermedio 80 y en una relación estrechamente separada con la superficie interior del alojamiento 30.

El primer miembro de turbina 72 puede considerarse un rotor de primera etapa y el segundo miembro de turbina 74 puede considerarse un rotor de segunda etapa. De forma similar, el conjunto de anillo 66 puede considerarse un primer estator o una primera etapa de boquilla y el anillo intermedio 80 puede considerarse un segundo estator o una segunda etapa de boquilla. Se ha ilustrado que el conjunto de anillo 66 incluye dieciséis boquillas 70. Se ha ilustrado que el anillo intermedio incluye veinticuatro boquillas 82. Tanto la primera como la segunda etapa de boquillas tienen un mayor número de boquillas que las que se encuentran normalmente en los arrancadores tradicionales de este tamaño (14 y 22, respectivamente). Las boquillas adicionales en combinación con las superiores permiten que el arrancador de turbina de aire 10 consuma más aire y a una presión más alta que los productos tradicionales. Esto permite un par de torsión más alto de 482.633 Pa (70 psig), que es un 26 % mayor que otros arrancadores tradicionales. Si bien se describen dieciséis boquillas 70 y veinticuatro boquillas 82, se pueden incluir boquillas adicionales o menos en al menos uno del conjunto de anillo 66, anillo intermedio 80, o similares. Por ejemplo, en un ejemplo no limitativo, el anillo intermedio 80 puede incluir veinticinco boquillas 82. El primer miembro de turbina 72 y el segundo miembro de turbina 74 están acoplados a través de un eje de salida 90. Más específicamente, el primer miembro de turbina 72 y el segundo miembro de turbina 74 pueden incluir cada uno una porción de cubo central 92 que está enchavetada a una primera porción del eje de salida 90. El eje de salida 90 está soportado de forma giratoria por un par de cojinetes 94.

El eje de salida 90 actúa como una entrada giratoria a un tren de engranajes 96, dispuesto dentro de un interior 98 de la caja de engranajes 42. El tren de engranajes 96 puede incluir cualquier conjunto de engranajes, incluyendo, pero sin limitación, un conjunto de engranajes planetarios o un conjunto de engranajes de piñón. El eje de salida 90 acopla el tren de engranajes 96 al primer y segundo miembros de turbina 72, 74 permitiendo la transferencia de potencia mecánica al tren de engranajes 96. El interior 98 de la caja de engranajes 42 puede contener un lubricante (no mostrado), incluyendo, pero sin limitación, una grasa o aceite para proporcionar lubricación y enfriamiento a las partes mecánicas contenidas en su interior, tal como el tren de engranajes 96.

Se puede montar un miembro de retención 100 en la caja de engranajes 42 y se puede incluir para tapar el interior 98 de la caja de engranajes 42. El miembro de retención 100 puede incluir una placa 102 con una apertura 104 a través de la que puede extenderse el eje de salida 90. Si bien el término "placa" se ha utilizado en esta memoria, se entenderá que tal porción del miembro de retención 100 no necesita ser plana. En el ejemplo ilustrado, la placa 102 incluye un perfil no plano o escalonado, a modo de ejemplo no limitativo.

Se entenderá que el miembro de retención 100 puede tener cualquier forma, perfil, contorno, etc., adecuado. En el ejemplo ilustrado, se puede montar una porción periférica entre el alojamiento y la caja de engranajes y la placa 102 incluye una porción central que se extiende hacia el interior del alojamiento con la apertura 104 ubicada en su interior. El cuerpo o placa 102 puede incluir una porción troncocónica. Este no necesita ser el caso y el miembro de retención 100 puede ser cualquier retenedor adecuado configurado para impedir o limitar el movimiento del lubricante desde el interior de la caja de engranajes 42. Se entenderá que el eje de salida 90 y el miembro de retención 100 pueden formar un sello estanco a fluidos.

El miembro de retención 100 está adaptado para mantener la grasa dentro de la caja de engranajes 42 durante toda la vida de la caja de engranajes. Se contempla que cuando un lubricante, tal como grasa, está situado dentro del interior 98 ese miembro de retención 100 pueda retener el lubricante dentro del interior 98. Esto limita la migración de lubricantes dentro del alojamiento 30 y da como resultado una lubricación de engranajes mejorada de forma que la caja de engranajes 42 no se seque como ha sido un problema en conjuntos convencionales. Asimismo, no es necesario añadir una cantidad adicional de lubricante durante la vida útil del conjunto.

Una salida del tren de engranajes 96 se puede acoplar operativamente a un primer extremo 106 de un eje de accionamiento 108. El eje de accionamiento giratorio 108 se puede construir con cualquier material y método, incluyendo, pero sin limitarse a la extrusión o mecanizado de aleaciones metálicas de alta resistencia, tales como las que contienen aluminio, hierro, níquel, cromo, titanio, tungsteno, vanadio o molibdeno. El diámetro del eje de accionamiento 108 puede ser fijo o variar a lo largo de su longitud.

Puede ubicarse una apertura 110 dentro de la caja de engranajes 42 a través de la que el primer extremo 106 del eje de accionamiento 108 puede extenderse para engranar con el tren de engranajes 96. Un segundo alojamiento 112 se puede acoplar operativamente con la caja de engranajes 42. El eje de accionamiento 108 puede montarse de forma giratoria dentro del segundo alojamiento 112.

Por ejemplo, un segundo extremo 116 del eje de accionamiento 108 puede montarse para girar dentro de una unidad de cojinete 118 soportada y contenida en un alojamiento de extremo 120. El alojamiento de extremo 120 se puede montar en el segundo alojamiento 112 de cualquier forma adecuada. El alojamiento de extremo 120 está formado y montado para tener su superficie de pared interior en una relación concéntrica estrechamente separada con la estructura, que contiene y tiene un extremo de la misma apoyado y atornillado al extremo del segundo alojamiento 112. El segundo alojamiento 112 y el alojamiento de extremo 120 se fijan para ser coaxiales con el alojamiento 30 y el segundo alojamiento 112. De esta forma, el alojamiento incluye una pluralidad de secciones montadas juntas.

El alojamiento de extremo 120 está recortado en una porción de extremo más exterior 122 para exponer una porción del eje de accionamiento 108 y un engranaje de piñón 124 acoplado operativamente al mismo. En el ejemplo ilustrado, la porción de extremo 122 puede considerarse la parte inferior del alojamiento de extremo 120 y puede exponer un lado subyacente del eje de accionamiento 108 y el engranaje de piñón 124.

El alojamiento de extremo 120 aloja también un conjunto de embrague 126 acoplado operativamente al eje de accionamiento 108. En el ejemplo ilustrado, una estría 132 que tiene una porción roscada helicoidal 134 (Figura 7) acopla operativamente el eje de accionamiento 108 y el conjunto de embrague 126. El conjunto de embrague 126 puede incluir cualquier tipo de acoplamiento que incluya, pero sin limitación, engranajes, estrías, un mecanismo de embrague, o combinaciones de los mismos. En el ejemplo ilustrado, el conjunto de embrague 126 incluye una estría de embrague 136 que tiene una rosca helicoidal interna 138 complementaria con la de la porción de rosca helicoidal 134. Un segundo miembro de embrague 140 puede acoplarse de forma operativa selectiva a la estría de embrague 136 a través de una conexión dentada 142. Más específicamente, las caras opuestas o adyacentes de la estría de embrague 136 y el segundo miembro de embrague 140 están provistas de dientes dentados inclinados y mutuamente acoplables transmisores de par 144 y 146, respectivamente (Figura 4). Los dientes dentados 144 y 146 son un ejemplo no limitativo, de la variedad de dientes de sierra para proporcionar una conexión de embrague de contravuelta unidireccional.

El engranaje de piñón 124 se ilustra estando situado en el eje de accionamiento 108 en el segundo extremo 116 inmediatamente adyacente a un lado de salida del conjunto de embrague 126. Más específicamente, el engranaje de piñón 124 está acoplado o formado integralmente con el segundo miembro de embrague 140. El engranaje de piñón 124 está adaptado para moverse dentro y fuera del acoplamiento con una corona dentada 150 del motor (Figura 7), por ejemplo, a lo largo de la dirección coaxial del eje de accionamiento 108. El arrancador de turbina de aire 10 está montado en conexión con el motor de turbina 14 de forma que el eje de accionamiento 108 está paralelo a los dientes de engranaje y define el límite periférico de la corona dentada 150 del motor.

Un conjunto para mover el engranaje de piñón 124 hacia o lejos de la corona dentada 150 del motor puede incluir un pistón 128, un conjunto de indexación 130 y un solenoide 152. El solenoide 152 puede ser cualquier solenoide adecuado. En el ejemplo ilustrado, el solenoide 152 controla el flujo de aire hacia una apertura 154 acoplada a un extremo cerrado 156 del segundo alojamiento 112. El solenoide 152 puede controlar también el flujo de aire hacia la apertura de válvulas 54.

La Figura 4 ilustra mejor que el alojamiento 30 incluye una pared periférica 160 que define un interior 162 y un exterior 164. El conjunto de salidas 34 está ubicado en una sección media del alojamiento a lo largo de la pared periférica 160 después del segundo miembro de turbina 74. Según la invención, la pared periférica 160 es una pared periférica cilíndrica. La pared periférica se puede formar de cualquier forma adecuada, incluyendo que puede tener un espesor de pared de 2,54 milímetros (0,100 pulgadas). El conjunto de salidas 34 puede abarcar una porción de la circunferencia de la pared periférica, incluyendo que pueden abarcar 270 grados o más de la circunferencia. En el ejemplo ilustrado, el conjunto de salidas 34 incluye una pluralidad de salidas o aperturas que están separadas circunferencialmente alrededor de 360 grados de la pared periférica 160. El conjunto de salidas 34 se ilustra como incluyendo múltiples filas de salidas, aunque se entenderá que no es necesario que este sea el caso. Las salidas 34 pueden ubicarse, disponerse u orientarse en cualquier ubicación y forma adecuada. El conjunto de salidas 34 se ilustra incluyendo puertos de escape 34a y 34b que varían en tamaño. Tal diferenciación de tamaño puede ser de naturaleza puramente estética o puede utilizarse para cumplir con otros requisitos, tales como el tamaño para crear pequeñas aberturas de escape, roscado de puertos de tornillo, etc. En el ejemplo ilustrado, se ilustran treinta y dos puertos de escape más grandes 34a y ocho puertos de escape más pequeños 34b. Se contempla que los puertos de escape 34a y 34b pueden ser de cualquier tamaño adecuado, incluyendo, pero sin limitación, que los puertos de escape más grandes 34a pueden ser de 15,875 milímetros (5/8 de pulgada) y los puertos de escape más pequeños 34b pueden ser de 11,1125 milímetros (7/16 de pulgada). Se entenderá que, como alternativa, solo se puede incluir un puerto de escape de un tamaño, que se pueden incluir tamaños adicionales y que se puede incluir cualquier número de puertos de los distintos tamaños. Las salidas 34 pueden incluir cualquier puerto adecuado para proporcionar una trayectoria de escape de baja resistencia para que el gas salga del arrancador de turbina de aire 10. Si bien se pueden utilizar formas, perfiles, contornos alternativos, salidas redondas 34 se ilustran a modo de ejemplo. Asimismo, se entenderá que cuanto mayor sea el área que cubren las salidas 34, menor será la resistencia para el gas y menor cantidad de contrapresión habrá. La contrapresión se puede medir entre el rotor de segunda etapa y el escape. Los aspectos de la descripción dan como resultado 6.894,76 bar (1 psig) de presión o menos. Esto es más bajo que los productos tradicionales que tienen una contrapresión de hasta 68.947,6 Pa (10 psig).

La Figura 5 ilustra más claramente una pantalla o pantalla de contención 166 dispuesta con relación con el alojamiento 30. La pantalla de contención 166 puede ubicarse dentro del interior 162 del alojamiento 30 corriente arriba del conjunto de salidas 34. La pantalla de contención 166 se puede ubicar próxima al segundo miembro de turbina 74. Más específicamente, puede estar ubicada cerca del escape del segundo miembro de turbina 74 y axialmente entre el segundo miembro de turbina 74 y el conjunto de salidas 34. Si bien puede montarse de cualquier forma adecuada dentro del alojamiento 30, la pantalla de contención 166 se ha ilustrado montada en un cubo de cojinete 168 del cojinete 94, que forma un dispositivo de retención axial adaptado para retener axialmente la pantalla de contención 166 con respecto al alojamiento 30. La pantalla de contención 166 puede extenderse para apoyarse contra la pared periférica que forma el alojamiento 30.

La pantalla de contención 166 se puede formar de cualquier forma adecuada, incluyendo que puede incluir una placa con aberturas 167, lámina perforada con aberturas 167, o una pantalla de malla con aberturas 167. La pantalla de contención 166 puede estar formada por cualquier material adecuado, incluyendo, pero sin limitación, acero inoxidable, y tener aberturas de tamaño adecuado y un porcentaje de área abierta. En el ejemplo ilustrado, la pantalla de contención 166 tiene un 60 % de área abierta para proporcionar una mejor contención pero sin aumentar sustancialmente la contrapresión.

Entre otras cosas, la pantalla de contención 166 en combinación con el conjunto de salidas 34 crean una trayectoria tortuosa para el flujo de gas fuera del arrancador de turbina de aire 10. La pantalla de contención 166 en combinación con el conjunto de salidas 34 y su pequeño tamaño reduce la posibilidad de que las chispas, partículas u otros desechos se escapen del alojamiento 30. La Figura 6 es una vista en sección transversal ampliada de una porción del arrancador de turbina de aire 10 que ilustra un ejemplo de trayectoria tortuosa 170. La creación de tales trayectorias tortuosas puede ser particularmente ventajosa cuando el metal u otros contaminantes entran en el alojamiento a través de la entrada 32. Dichos desechos pueden crear chispas dentro del interior 162 del alojamiento 30 y la inclusión de la pantalla de contención 166 junto con las salidas de diámetro pequeño 34 disuaden la salida de las chispas del alojamiento 30. La pantalla de contención 166 junto con las salidas de pequeño diámetro 34 pueden actuar también como varias formas de contención mecánica en caso de que falle una porción del arrancador de turbina de aire 10.

La Figura 7 es una vista en perspectiva parcialmente cortada del arrancador de turbina de aire e ilustra ejemplos de dimensiones para el arrancador de turbina de aire 10. Por ejemplo, una longitud total (L) del arrancador de turbina de aire 10 puede ser de aproximadamente menos de 50 cm (19,7 pulgadas). Más aún, la longitud del arrancador de turbina de aire 10 desde la superficie de montaje del motor (en 112) hasta el extremo de popa del arrancador en la entrada 32 puede ser inferior a 39 cm (15,33 pulgadas). La extensión de la porción de extremo 122 puede ser inferior a 9,7 cm (3,82 pulgadas). A modo de ejemplo no limitativo, el diámetro (H1) del arrancador de turbina de aire 10, que generalmente incluye la altura a excepción del conjunto de entrada 38, la válvula de solenoide 152 y las mangueras/accesorios pueden ser iguales a menos de 15,63 cm (6,15 pulgadas) incluyendo que la porción cilíndrica del alojamiento 30 pueda tener un diámetro de 14,6 cm (5,75 pulgadas) o menos. La altura, incluyendo el conjunto de entrada (H2), puede ser igual o inferior a 17,17 cm (6,76 pulgadas). La altura, incluyendo la válvula de solenoide 152 (H3), puede ser igual o inferior a 23,5 cm (9,25 pulgadas).

La Figura 7 ilustra también que los aspectos de la presente descripción incluyen que se puede incluir un puerto de suministro secundario o puerto de suministro de aire 148 en el conjunto de entrada 38. Se contempla que el arrancador de turbina de aire 10 pueda cumplir una función o finalidad doble y actuar también como un punto de suministro de aire presurizado. Más específicamente, el puerto de suministro de aire 148 está acoplado al flujo del gas presurizado en el arrancador de turbina de aire 10 y adaptado para proporcionar un suministro secundario del gas presurizado desde el arrancador de turbina de aire 10. El puerto de suministro de aire 148 puede permitir que un usuario acceda al aire presurizado ubicado en la cámara 48 del alojamiento 30, preferiblemente cuando la válvula de entrada 52 está en la posición cerrada. Por ejemplo, en un aspecto no limitativo de la descripción, el puerto de suministro de aire 148 se puede adaptar con una interfaz para proporcionar de forma seleccionable un puerto de aire o gas presurizado para otra herramienta o dispositivo neumático. En este sentido, el puerto de suministro de aire 148 puede proporcionar un puerto 148 habilitado para permitir que un usuario u operador reciba o utilice el gas de la fuente presurizada a través del arrancador de turbina de aire 10, sin estructuras intermedias, trayectorias de flujo, conectores, convertidores de interfaz adicionales, o similares. En un aspecto no limitativo de la descripción, el puerto de suministro de aire 148 puede incluir la forma de un puerto cónico de tubería nacional (NPT) de 1,5875 cm (5/8 de pulgada). Si bien no se ilustra, se entenderá que se puede incluir un tapón en el arrancador de turbina de aire 10 y tal tapón puede adaptarse para cerrar selectivamente el puerto de suministro secundario 148.

La Figura 7 ilustra también la válvula de entrada 52 en una posición abierta. Durante su operación, el solenoide 152 puede controlar un flujo de aire suministrado a la apertura 54, por ejemplo, a través de tuberías (no mostrada). A medida que el aire llena la cavidad 56, la válvula de entrada 52 se empuja contra el elemento de desvío 60 y la válvula de entrada 52 se mueve a la posición abierta como se muestra en la Figura 7. El aire presurizado dirigido al interior de la cámara de entrada 48 fluye después a través de la entrada 32 del alojamiento, un canal de flujo 62, y acciona el primer y segundo miembros de turbina 72 y 74 antes de salir de una sección media del alojamiento 30 a través del conjunto de salidas 34. Por tanto, cuando la válvula de entrada 52 está en la posición abierta, el aire comprimido puede fluir a través de la válvula de entrada 52 y dentro de la sección de turbina 40. El aire presurizado incide sobre el primer y segundo miembros de turbina 72 y 74 provocando que giren a una velocidad relativamente alta.

Debido a que la válvula de entrada se describe como estando alimentada por aire presurizado, se puede considerar una válvula neumática. Aunque se entenderá que se pueden utilizar mecanismos y accionadores de válvula alternativos. Cuando ya no se suministra aire a la cavidad 56, el elemento de desvío 60 puede volver a su estado sin comprimir y mover la válvula de entrada 52 de nuevo a la posición cerrada (Figura 3). Cuando la válvula de entrada 52 está en la posición cerrada, se puede evitar el flujo de aire comprimido a la sección de turbina 40.

Durante la operación normal, cuando se desee arrancar el motor de turbina 14, el engranaje de piñón 124 se desplaza hacia la derecha de modo que el engranaje de piñón 124 engrane la corona dentada 150 del motor. Más específicamente, cuando se accionan el primer y segundo miembros de turbina 72 y 74, hacen que el eje de salida 90 gire. El eje de salida 90 actúa como entrada al tren de engranajes 96, lo que a su vez hace que el eje de accionamiento 108 gire. El par se transmite a través de la estría 132 desde la porción roscada 134 al conjunto de embrague 126, al engranaje de piñón 124 a través de la conexión dentada, y finalmente a la corona dentada 150 del motor.

Cuando el motor 14 se enciende y se vuelve autónomo, la corona dentada 150 del motor puede accionar el engranaje de piñón a una velocidad mayor que la del eje de accionamiento 108. Los dientes dentados 144 y 146 se deslizarán de forma que el arrancador de turbina de aire no se accione a altas velocidades del motor.

El arrancador de turbina de aire 10 está diseñado además para proporcionar una función de indexación si el engranaje de piñón 124 se apoya contra con uno de los dientes de la corona dentada 150 del motor cuando se acciona hacia la derecha para acoplarlo. La Figura 8 es una vista en sección transversal de una porción del arrancador en un evento de diente a diente. Se entenderá que la porción del arrancador de turbina de aire 10 ilustrada en las Figuras 8-11A se ilustra con la abertura en el alojamiento de extremo 120 en la posición hacia arriba por motivos de claridad.

Cuando se introduce aire a presión en el extremo cerrado 156 del segundo alojamiento 112 a través de la apertura 154, el pistón 128, el conjunto de indexación 130, el conjunto de embrague 126 y el engranaje de piñón 124 se empujan hacia el alojamiento de extremo 120 como indica la flecha 172. Por último, se supone que el engranaje de piñón 124 engrane con la corona dentada del motor. Sin embargo, cuando hay un evento de diente a diente, el movimiento del engranaje de piñón 124 está obstruido por el apoyo dentado de la corona dentada 150 del motor. Más específicamente, los dientes del engranaje de piñón 124 golpean los dientes de la corona dentada 150 del motor. La indexación tiene lugar cuando el acoplamiento entre el engranaje de piñón 124 y la corona dentada 150 del motor no se consigue en el primer intento. Más

A continuación, haciendo referencia a la Figura 9, debido a la fuerza que actúa sobre el pistón 128 y el conjunto de indexación 130, ilustrado por la flecha 174, un mecanismo interno en el conjunto de indexación 130 gira dentro de la estría de embrague dentado 136, como se ilustra por la flecha 176. Si bien el conjunto de indexación 130 puede girar cualquier cantidad adecuada, se contempla que el conjunto de indexación 130 gire aproximadamente medio diente de piñón. Se entenderá que el engranaje de piñón 124 y la estría de embrague dentado 136 permanecen estacionarios durante el movimiento de indexación.

Después del evento diente a diente, el pistón 128, el conjunto de indexación 130, el conjunto de embrague 126 y el engranaje de piñón 124 se retraen del alojamiento de extremo 120, como se ilustra por la flecha 178 en la Figura 10. Durante esta retracción, un resorte 180 interno al conjunto de indexación 130 inicia la re-indexación del engranaje de piñón 124. La nueva posición del engranaje de piñón se establece cuando el resorte se descarga durante la retracción. Una vez que el engranaje de piñón 124 gira y alcanza la posición indexada, el resorte 180 tira hacia atrás el conjunto del eje de accionamiento 108 a la posición completamente retraída y debido a la acción del aire detrás del pistón 128, el eje de accionamiento 108 se mueve hacia delante una vez más para acoplarse a la corona dentada 150 del motor. A continuación, se intenta un nuevo acoplamiento con el engranaje de piñón 124 en una nueva posición basada en la indexación. Como se ilustra en la Figura 11, el engranaje de piñón 124 puede acoplar correctamente la corona dentada 150 del motor.

Las ventajas asociadas con el arrancador descrito en esta memoria incluyen evitar el retroceso no deseado del arrancador para un motor de turbina. Al evitar el retroceso, el desgaste de las partes descritas en esta memoria, en particular, el eje de accionamiento y el eje de salida disminuyen. A su vez, la disminución del desgaste aumenta la vida útil de las partes. El arrancador como se describe en la presente memoria permite un menor coste de mantenimiento y una fácil reparación. El mecanismo de engranaje del arrancador realiza todas las funciones normales de amortiguación de impactos, indexación, contravuelta, separación automática de dientes dentados, etc.

La disposición del conjunto de salidas alrededor de la pared periférica cilíndrica 160 permite 360 grados de escape desde una variedad de puertos. En arrancadores con menos puertos de escape, el escape está más concentrado y prohíbe dónde se puede montar ese arrancador, o en qué orientación se puede montar, sin bloquear u obstruir los puertos. Por el contrario, el conjunto de salidas descrito anteriormente permite flexibilidad en el montaje del arrancador de turbina de aire 10. El arrancador de turbina de aire 10 simplemente necesita estar acoplado en diversos puntos específicos que incluyen la entrada 32 y el engranaje de piñón 124. Como el conjunto de entrada 38 puede girarse de cualquier forma siempre que se proporcione un flujo de aire en línea en la entrada 32, esto permite numerosas orientaciones del arrancador de turbina de aire 10.

La presente descripción permite también extraer más energía de la segunda etapa. En productos tradicionales, la distribución de energía es normalmente el 70 % de la energía proveniente de la primera etapa (una etapa es la combinación de un estator y un rotor) y solo el 30 % de la segunda etapa. En la presente descripción, la distribución de energía es del 54-46 %. Una combinación de las boquillas aumentadas y un desplazamiento en las boquillas de los estatores permite aumentar la potencia extraída en la segunda etapa.

Un eje de salida más grande permite la transmisión del par mayor creado por esta mayor extracción de potencia. Más específicamente, la presente descripción permite también un eje de accionamiento 108 de mayor diámetro utilizado dentro de un engranaje de piñón tradicional. A modo de ejemplo no limitativo, se puede utilizar un diámetro de 22,225 milímetros (7/8 de pulgada), que es un aumento con respecto a los diámetros de eje convencionales. Un eje tan grande permite una mayor distribución del par. Se pueden incluir aspectos no limitantes de la descripción en donde se pueden utilizar diámetros de eje más pequeños (p. ej., más pequeños que un diámetro de 22,225 milímetros, o 7/8 de pulgada). Más aún, se contempla que un engranaje de piñón tradicional se pueda adaptar ampliando una abertura central en el engranaje de piñón, que está adaptado para recibir un eje de 19,05 milímetros (3/4 de pulgada) para definir una abertura de mayor tamaño. Una vez agrandado, se puede insertar un eje de más de 19,05 milímetros dentro o a través de la abertura de mayor tamaño. La abertura central puede agrandarse de cualquier forma adecuada, incluso mediante perforación o grabado químico.

Asimismo, la rotura de los ejes convencionales que tienen un diámetro de 19,05 milímetros (3/4 de pulgada) es normal, ya que los operadores pueden intentar arrancar el arrancador neumático varias veces. Por ejemplo, en determinadas circunstancias, el arrancador neumático no arrancará el motor y el operador intentará arrancar el arranque neumático de nuevo mientras partes del arrancador neumático todavía están girando. La interacción con la corona dentada estacionaria y el eje de accionamiento re-arrancado que tiene un diámetro convencional da como resultado un eje roto que inutiliza el arrancador neumático. El diámetro mayor contemplado en esta memoria dará como resultado un producto más resistente. Más aún, los aspectos de la presente descripción incluyen un método de formación de un arrancador de turbina de aire que incluye encerrar un miembro de turbina dentro de una pared periférica entre una entrada y un conjunto de salidas para definir una vía de fluido y formar una trayectoria tortuosa entre el miembro de turbina y un exterior de la pared periférica mediante la disposición de una pantalla de contención entre el miembro de turbina y el conjunto de puntos de salidas. La trayectoria tortuosa está dispuesta de tal forma que se retarda la expulsión de un fragmento a través del conjunto de salidas. Esto puede incluir detener o reducir la velocidad de dicho fragmento. Más aún, los aspectos revelan que la pantalla ubicada dentro del interior puede adaptarse para mitigar la expulsión de partículas encendidas desde el interior del alojamiento. La pantalla y las salidas durante el uso pueden formar también una trayectoria tortuosa para que una chispa siga entre el miembro de turbina y el exterior de la pared periférica.

El diseño y la colocación de los diversos componentes tales como el arrancador, la AGB, o componentes del mismo, se pueden reorganizar de tal forma que se puedan realizar varias configuraciones en línea diferentes.

Esta descripción escrita utiliza ejemplos para revelar aspectos de la descripción, incluyendo el mejor modo, y para permitir también que cualquier persona experta en la técnica ponga en práctica los aspectos de la descripción, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de los métodos incorporados. El alcance patentable de la descripción está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la técnica. Se pretende que tales otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un arrancador de turbina de aire (10) para arrancar un motor, que comprende:

al menos un miembro de turbina (72, 74) que puede girar alrededor de un eje de giro;

un alojamiento (30) que incluye una pared periférica cilíndrica (160) que define un interior y un exterior del alojamiento (30);

teniendo el alojamiento (30) una porción del mismo rodeando radialmente al menos un miembro de turbina (72, 74) y definiendo una trayectoria a lo largo de la que un flujo de gas se hace pasar a través del mismo para interactuar con el al menos un miembro de turbina (72, 74);

en donde el alojamiento (30) incluye además una entrada (32) y un conjunto de salidas (34), el conjunto de salidas (34) formado en la pared periférica cilíndrica (160), y el al menos un miembro de turbina (72, 74) está situado entre los mismos; y el arrancador de turbina de aire (10) comprendiendo además:

una pantalla de contención (166) ubicada dentro del interior corriente abajo del al menos un miembro de turbina (72, 74);

en donde la pantalla de contención (166) está ubicada axialmente entre el al menos un miembro de turbina (72, 74) y el conjunto de salidas (34).

2. El arrancador de turbina de aire (10) de la reivindicación 1, en donde la pantalla de contención (166) se apoya contra la pared periférica cilíndrica (160).

3. El arrancador de turbina de aire (10) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el conjunto de salidas (34) incluye una pluralidad de aperturas ubicadas en la pared periférica cilíndrica (160).

4. El arrancador de turbina de aire (10) de la reivindicación 3, en donde la pluralidad de aberturas está separada circunferencialmente alrededor de la pared periférica cilíndrica (160).

5. El arrancador de turbina de aire (10) de cualquier reivindicación anterior, en donde la pantalla de contención (166) comprende una placa perforada.

6. El arrancador de turbina de aire (10) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además un dispositivo de retención axial para retener axialmente la pantalla de contención (166) con respecto al alojamiento (30).

7. El arrancador de turbina de aire (10) de cualquier reivindicación anterior, en donde el alojamiento (30) tiene un espesor de pared (160) de 2,54 milímetros (0,100 pulgadas).

8. Un método de formación de un arrancador de turbina de aire, el método comprendiendo:

encerrar un miembro de turbina dentro de un alojamiento que incluye una pared periférica cilíndrica, definiendo un interior y un exterior, entre una entrada y un conjunto de salidas para definir una vía de fluido; teniendo el alojamiento una porción del mismo rodeando radialmente el miembro de turbina;

en donde el conjunto de salidas se forma en la pared periférica cilíndrica;

el método comprendiendo además:

formar una trayectoria tortuosa entre el miembro de turbina y el exterior de la pared periférica cilíndrica mediante la disposición de una pantalla de contención dentro del interior del alojamiento, corriente abajo del al menos un miembro de turbina; en donde la pantalla de contención (166) está ubicada axialmente entre el miembro de turbina y el conjunto de salidas.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el conjunto de salidas incluye un conjunto de salidas que abarca al menos una porción de una circunferencia de la pared periférica cilíndrica.

10. El método de la reivindicación 8 o 9, en donde el conjunto de salidas abarca más de 270 grados de la circunferencia.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el conjunto de salidas varía en tamaño de 15,875 milímetros (5/8 de pulgada) a 11,1125 milímetros (7/16 de pulgada).