[发明专利]通过使用扭矩测量仪测量进行自由涡轮机超速的检测

说明书

技术领域

本发明的领域是涡轮机组领域，更特别地是防护涡轮发动机的自由涡轮机的领域。

背景技术

涡轮发动机通常用于航空器的推进，特别是用于直升机的推进和上升。这些发动机包括气体发生器，该燃气体发生器特别地沿着主动轴包括一个或多个压气机，围绕轴的环形燃烧室和一个或多个称为联接涡轮机的涡轮机，其通过主动轴驱动一个或多个压气机。离开该发生器的燃气然后送往称为自由涡轮机的涡轮机叶轮，该自由涡轮机连接动力轴，该动力轴与发生器的主动轴是分开的，并且该动力轴供应有用的动力用于推进和/或上升。包括燃烧室和自由涡轮机的燃烧室下游的所有元件称为热部件，相比较认为其它元件是冷的。

当设计涡轮发动机时，对自由涡轮机轴的破裂风险给予适当考虑是正确的，因为当这种事情发生时，由燃气供应给涡轮机的动力不再会被该轴所驱动的设备吸收，自由涡轮机的转速极其快速地增加。这种超速很快引起叶片破裂和/或变得与涡轮机圆盘分离。因为离心力，这些叶片会被很猛烈地向外扔去，甚至可以穿过围绕涡轮机的壳体，引起非常明显的发动机损坏，并且潜在地甚至危及航空器和其乘客。

因此，航空器发动机的设计者不得不预防这种超速的后果。提供所需要保护的一个常用方法是在涡轮机周围安装固位环，该固位环能够吸收变得分离的任何叶片的能量和能够在发动机内包括它们。这种过程的装置代表着很重的质量。

使用一个或多个感测涡轮机叶轮转速的传感器和信号处理单元，或任何其它可编程逻辑系统，已经评估了超速检测装置，当开始出现超速时，这种装置作用于燃气发生器的调节，以减少或切断所喷射的燃料量。当这种装置应用于没有固位环的发动机时，它必须盖住发动机内部轴的破裂。缺点是由此传感器必须定位于紧邻自由涡轮机的附近，即，其中温度特别高的空间中。这是因为不可能定位速度传感器在自由涡轮机轴的相反端，因为那样，如果轴破裂发生在自由涡轮机和传感器所定位的点之间，就不会检查到这种破裂。除了在热空间中安装这些传感器特别复杂的问题事实外，所用的传感器经历环境条件，该环境条件不利于对可靠性要求非常高的功能。因为工作环境不是利于传感器可靠性或传感器寿命，因为传感器的不足够的可靠性，可以出现与安全性功能可用性有关的问题。

例如从专利申请US2912822或US5363317，乃至申请人公司的专利申请FR2931552可知通过测量涡轮机组涡轮机所施加的扭矩而工作的超速检测装置是已知的。

这些装置具有所描述的用于扭矩测量的机械装置的缺点或者利用速度测量的装置的缺点，其反应时间尽管没有特别指定，但是由于所用技术而是相对较长。它们并不是特别适合检测自由涡轮机的超速，如果在极其短的期限内没有做出检测，如果自由涡轮机驱动的轴破裂，就会经历爆炸性失控。

用于检测直升机发动机中自由涡轮机中超速的系统基本上需要包括3种类型事件：

-发动机失控，以至于发动机不可控制地输送超过所需要动力的动力；

-直升机动力系发动机外部的发动机联接的破裂；

-自由涡轮机和输出轴之间发动机外部的联接的破裂；发动机内部的轴破裂理解为意指自由涡轮机和扭矩测量仪之间破裂，以及扭矩测量仪轴本身的破裂。

通过直接监测输出轴的速度通常可以处理前两种情况。相比较，在热部件中不安装测量装置就不能处理第三种情况。

发明内容

本发明的目的是通过提出用于防止自由涡轮机轴破裂的超速预防装置来减轻这些缺点，其没有现有技术的一些缺点，允许发生这种事故时，喷射入燃气发生器内燃料流量的非常快速的减少。

为此，本发明的一个目的是用于包括燃气发生器的涡轮发动机的自由涡轮机的超速保护装置，该燃气发生器包括至少一个压气机，燃烧室，至少一个联接涡轮机和用于调节喷射入所述燃烧室中燃料量的系统，来自于所述发生器的燃气被送往所述自由涡轮机，所述装置包括由机械地联接所述自由涡轮机的输出轴所支撑的至少一个扭矩测量装置和信号处理单元，如果该信号处理单元检测到扭矩已经下降到第一基准数值以下，该信号处理单元能够向涡轮发动机调节系统传输指令以减少所喷射的燃料流量，其特征在于：在对应于所述输出轴一部分转动的转动期间采用用于触发所述减少的扭矩测量。

传输可以同时测定轴速度和所传输的扭矩的信号以及特征在于极快的响应时间的扭矩测量仪装置的使用意指几乎瞬间可以检测到涡轮机内部的轴破裂，这样在自由涡轮机已经达到禁止性高转速之前调节系统可以干预。可以注意到在这种情况下，扭矩测量仪也可以用于测量轴速度。

有利地，测量装置是音轮扭矩测量仪，转动部分由包括在所述音轮的两个连续齿之间的扇体所限定。