(57)【要約】  本発明は、電子ユニットによって実施される、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジンと、ロータを回転駆動させるのに適したスタータとを備えるターボ機械を起動する方法であって、  ターボ機械を起動する命令を受け取るステップ（Ｅ１）と、起動する命令を受け取ったことに応答して、  スタータが、ロータの回転速度（Ｎ）を増大させるように作動される間の一次加速ステップ（Ｅ２、Ｅ３）と、  スタータが、ロータの回転速度（Ｎ）を一定に保つように、または所定の条件が満たされるまでこれを減速するように作動される間の熱均一化ステップ（Ｅ４、Ｅ５）と、  所定の条件があてはまった後、スタータが、ロータの回転速度（Ｎ）を増大させるように作動される二次加速ステップ（Ｅ６）と、  エンジンの点火が命令される点火ステップ（Ｅ６）とを含む、起動する方法を提供する。
2014521004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ユニット（２）によって実施される、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジン（３）と、ロータを回転駆動させるのに適したスタータ（４）とを備えるターボ機械（１）を起動または再起動する方法であって、起動する命令を受け取ったことに応答して、
スタータ（４）が、ロータの回転速度（Ｎ）を増大させるように作動される間の一次加速ステップ（Ｅ２、Ｅ３）と、
エンジンの点火を命令することなく、スタータ（４）が、ロータの回転速度（Ｎ）を一定に保つように、または所定の条件が満たされるまでこれを減速するように作動される間の熱均一化ステップ（Ｅ４、Ｅ５）と、
所定の条件があてはまった後、スタータ（４）が、ロータの回転速度（Ｎ）を増大させるように作動される二次加速ステップ（Ｅ６）と、
エンジン（３）の点火が命令される点火ステップ（Ｅ６）とを含むことを特徴とする、起動する方法。
【請求項２】
一次加速ステップ（Ｅ２、Ｅ３）が、所定の回転速度（Ｎ１）に到達するまで実施される、請求項１に記載の起動する方法。
【請求項３】
所定の回転速度（Ｎ１）が、ターボ機械の第１の臨界回転速度（ＮＣ）より小さい、請求項２に記載の起動する方法。
【請求項４】
前記所定の条件が、熱均一化ステップ（Ｅ４、Ｅ５）の開始から所定の持続時間（Δｔ）経過するものである、請求項１から３までのいずれか一項に記載の起動する方法。
【請求項５】
一次加速ステップ（Ｅ２、Ｅ３）が、第１の所定のレベル（Ｓ１）より大きいまたはこれに等しい振動レベル（Ｓ）が検出されるまで実施され、前記所定の条件は、第１の所定のレベル（Ｓ１）よりそれ自体小さい第２の所定のレベル（Ｓ２）より小さいまたはこれに等しい振動レベル（Ｓ）を検出することである、請求項１に記載の起動する方法。
【請求項６】
熱均一化ステップ（Ｅ４、Ｅ５）中、スタータ（４）が、ロータの回転速度（Ｎ）を一定に保つように作動される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の起動する方法。
【請求項７】
熱均一化ステップ（Ｅ４、Ｅ５）中、スタータ（４）が、ロータを回転駆動させることを停止するように作動される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の起動する方法。
【請求項８】
コンピュータによって実行されたときに、いずれかの前記請求項による起動する方法を実施するための指示を含むコンピュータプログラム（Ｐ１）。
【請求項９】
請求項８に記載のコンピュータプログラム（Ｐ１）が中に記憶されたメモリ（６）を含む電子ユニット（２）。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子ユニット（２）と、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジン（３）と、ロータを回転駆動させるのに適切なスタータ（４）とを備える、ターボ機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械の一般的分野に関する。本発明は、詳細には、ターボ機械を起動するときに熱的非平衡を考慮することに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱的非平衡は、ターボ機械が停止された後にそのロータ内に発生する一時的な非平衡である。高温空気は低温空気より軽いため、空気流路内に温度の不均一性が発生し、これはバイメタル効果によってロータを変形させる。熱的非平衡は、ロータの残留非平衡より１００倍大きいことがある。
【０００３】
しかし、ターボ機械は、その作動速度に達する前に１つまたは複数の臨界速度を通り抜けなければならない。したがって、ターボ機械を再起動する間、臨界速度を通り抜ける際、熱的非平衡は強い振動を生じさせる可能性があり、それによってターボ機械の信頼性を悪化させる恐れがある。熱的非平衡はまた、ステータとロータの間に接触がなされるという結果を有することもあり、それによって関連する構成要素の完全性を低下させる恐れがある。
【０００４】
熱的非平衡の望ましくない効果を低減することを求めるさまざまな解決策が知られている：
・ターボ機械が停止した後、一定の長さの時間の間ターボ機械を再起動しないこと、
・エンジンが停止している間、またはこれが再起動される前に温度むらを低減する目的で特有の手順を実行すること（換気、エンジンの連続回転、空気ストリームの空気流路内への注入など）、
・ターボ機械を再起動する間、ステータおよびロータが接触することを防止するためにステータとロータの間の隙間を広げること、および
・熱的非平衡の影響を限定するためにエンジンの構造を変更すること。
【０００５】
それにも関わらず、これらの知られている解決策は特定の欠点を有する：
・一定の長さの時間の間起動しないことは、ターボ機械の可用性を不利にし、
・特有の手順は、オペレータ、たとえば航空エンジンのパイロットによって行われる動作を必要とし、
・ステータとロータの間の隙間を広げることは、ターボ機械のパフォーマンスに弊害をもたらし、
・エンジンの構造の適合は、ターボ機械の重量に弊害をもたらす。
【０００６】
たとえば、仏国特許第２１８５７５３号明細書の文献は、圧縮空気を、専用に設けられたチャネルを介して空気流路に注入することを記載している。この文献はまた他の解決策、特に、ターニングギヤを用いて、ターボ機械を再起動する前にこれを回転させることも述べている。この特定の解決策は、再起動前にオペレータによって行われる動作を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】仏国特許第２１８５７５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
熱的非平衡を被り得るターボ機械を起動するときにより効果的である解決策に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電子ユニットによって実施される、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジンと、ロータを回転駆動させるのに適したスタータとを備えるターボ機械を起動または再起動する方法であって、
・ターボ機械を起動する命令を受け取るステップと、起動する命令を受け取ったことに応答して、
・スタータが、ロータの回転速度を増大させるように作動される間の一次加速ステップと、
・スタータが、ロータの回転速度を一定に保つように、または所定の条件が満たされるまでこれを減速するように作動される間の熱均一化ステップと、
・所定の条件があてはまった後、スタータが、ロータの回転速度を増大させるように作動される二次加速ステップと、
・エンジンの点火が命令される点火ステップとを含む、方法を提案することによってこの必要性を満足させることを提案する。
【００１０】
回転速度は、一次加速ステップ後にはもはや増大しないため、熱的非平衡は、一次加速ステップおよび熱均一化ステップ中に受け入れ難い振動を生み出さない。さらには、熱均一化ステップ中、エンジン内の強制対流交換が温度を均一にし、したがって熱的非平衡を低減する。したがって、回転速度が二次加速状態中にもう一度増大するとき、熱的非平衡はより小さくなり、受け入れ難い振動をもはや発生させない。
【００１１】
さらには、一次加速、熱均一化、および二次加速のステップは、起動する命令を受け取ったことに応答して電子ユニットによって自動的に実施される。換言すれば、熱的非平衡を低減することができる起動する方法のステップは、電子ユニットによって管理されるようにエンジンを起動するためのプロセス内に組み込まれる。したがって、起動する命令を発すること以外は、オペレータは他のいかなる作動も実施する必要はない。
【００１２】
一実施態様では、一次加速ステップは、所定の回転速度に到達するまで実施される。
【００１３】
所定の回転速度は、ターボ機械の最初の臨界回転速度より小さくなり得る。
【００１４】
熱均一化ステップ中に熱的非平衡が低減されるため、回転速度はその後、第２の加速ステップ中に所定の回転速度を超えることができる。
【００１５】
一実施態様では、所定の条件は、熱均一化ステップの開始から所定の持続時間経過するものである。
【００１６】
例として、所定の持続時間は、５秒から６０秒の範囲内にある。
【００１７】
別の実施態様では、一次加速ステップは、第１の所定のレベルより大きいまたはこれに等しい振動レベルが検出されるまで実施され、前記所定の条件は、第１の所定レベルよりそれ自体が小さい第２の所定のレベルより小さいまたはこれに等しい振動レベルを検出することである。
【００１８】
熱均一化ステップ中、ロータの回転速度を一定に保つようにスタータを制御することが可能である。
【００１９】
変形形態では、熱均一化ステップ中、スタータは、ロータを回転駆動させることを停止するように作動される。
【００２０】
対応する方法では、本発明はまた、：
・コンピュータによって実行されたときに本発明による起動する方法を実行するための指示を含むコンピュータプログラムと、
・本発明によるコンピュータプログラム内に記憶されたメモリを含む電子ユニットと、
・本発明による電子ユニットと、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジンと、ロータを回転駆動させるのに適したスタータとを備える、ターボ機械とを提案する。
【００２１】
本発明の他の特性および利点は、限定する特性を有さない実施態様を示す添付の図を参照してなされた以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態におけるターボ機械の図である。
【図２】図１のターボ機械の回転速度が、本発明の変形の実施態様において時間に応じて起動中にどのように変化するかを示すグラフである。
【図３】図１のターボ機械の回転速度が、本発明の変形の実施態様において時間に応じて起動中にどのように変化するかを示すグラフである。
【図４】図１のターボ機械の回転速度が、本発明の変形の実施態様において時間に応じて起動中にどのように変化するかを示すグラフである。
【図５】図１のターボ機械の回転速度が、本発明の変形の実施態様において時間に応じて起動中にどのように変化するかを示すグラフである。
【図６】本発明の実施態様における起動方法の主要ステップを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、電子ユニット２、エンジン３、およびスタータ４を備えるターボ機械１を示している。本発明の実施形態では、ターボ機械１は、ヘリコプターのターボシャフトエンジンである。このタイプのターボシャフトエンジンは当業者に知られており、したがって詳細には説明されない。そうではあるが、本発明は、航空機用の他のタイプのターボ機械、特にターボジェット、２スプール型バイパスターボジェット、ターボプロップなど、または工業用ターボ機械にも適用可能である。
【００２４】
エンジン３は、少なくとも１つのロータを含むガスタービンエンジンである。以下では、ロータの回転速度がＮと表記される。２スプール型バイパスターボジェットの上記で述べられた状況では、エンジン３は２つのロータを有し、Ｎは、２つのロータのうち一方の回転速度を示している。
【００２５】
例として、スタータ４は、エンジン３に結合されエンジン３を回転駆動させることができる電気モータである。スタータ４はまた、エンジン３によって回転駆動されたときに発電機として作用することもできる。
【００２６】
電子ユニット２は、ターボ機械１の全体作動を、特に、ターボ機械１の速度または推力をサーボ制御するための主要調整ループを実行することによって制御する。電子ユニット２は通常、全自動デジタル電子制御（ＦＡＤＥＣ）システムとしてまたは電子式エンジン制御器（ＥＥＣ）として当業者に知られているタイプのものである。
【００２７】
電子ユニット２は、コンピュータのハードウェアアーキテクチャを有し、特に、プロセッサ５、不揮発性メモリ６、揮発性メモリ７、およびインターフェース８を備える。プロセッサ５は、不揮発性メモリ６内に記憶されたコンピュータプログラムを実行する働きをし、一方では揮発性メモリ７を作業領域として利用する。インターフェース８は、ターボ機械１の作動を表す信号を取得し、制御信号を送信する働きをする。
【００２８】
したがって、電子ユニット２は特に、ロータの回転速度Ｎを表す信号、振動センサ（たとえば加速度計）によって送出された、エンジン３内の振動レベルＳを表す信号、およびたとえば、オペレータ（航空機ターボ機械のパイロット）によって作動され得る制御部材によって送出された、起動命令ＤＥＭを表す信号とを取得することができる。とりわけ、電子ユニット２はまた、スタータ４およびエンジン３の点火を制御することもできる。
【００２９】
図２を参照して、ターボ機械１の起動する方法の第１の例の説明を続ける。図２は、回転速度Ｎが時間ｔに応じてどのように変化するかを示すグラフである。
【００３０】
ｔ０の時点で、電子ユニット２はターボ機械１を起動する命令を受け取る。電子ユニット２は次いで、スタータ４を、これにロータを駆動させ、その回転速度Ｎを、ｔ１の時点において所定の回転速度Ｎ１に到達するまで徐々に増大させるように制御する。回転速度Ｎ１は、ロータの第１の臨界回転速度Ｎｃより小さい。
【００３１】
その後、電子ユニット２はスタータ４を制御し、それにより、スタータが所定の持続時間Δｔの間、ロータを駆動することを停止するようにする。例として、所定の持続時間Δｔは、５秒から６０秒の間にある。空気力学的力の消散により、回転速度Ｎは減速する。この所定の持続時間の間、エンジン３内の強制対流交換が温度をより均一にし、したがって熱的非平衡を低減する。
【００３２】
所定の持続時間Δｔが経過した後、ｔ２の時点で、電子ユニット２はスタータ４を、ロータを駆動し、その回転速度Ｎを、回転速度Ｎ１およびＮｃを超え、ｔ３の時点において所定の回転速度Ｎａに到達するまで徐々に増大させるように制御する。
【００３３】
その後、ｔ３の時点で、電子ユニット２は、エンジン３の点火を命令する。
【００３４】
ｔ０の時点とｔ２の時点の間では、回転速度Ｎは、常に、回転速度Ｎｃよりそれ自体が小さい回転速度Ｎ１より小さいまたはこれに等しい。したがって、熱的非平衡は、受け入れ難い振動を生じさせない。さらには、ｔ１とｔ２の時点の間では、エンジン３内の強制対流交換が温度をより均一にし、したがって熱的非平衡を低減する。したがって、回転速度Ｎがｔ２の時点から増大するとき、熱的非平衡は低減され、これも同様に受け入れ難い振動を生じさせない。
【００３５】
図３は図２に類似するものであり、ターボ機械１を起動する方法の第２の例を示している。この第２の例は、図２の第１の例に類似するものである。これは、ｔ１の時点の後、電子ユニット２はスタータ４を制御し、それにより、スタータが、ｔ２の時点において、回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ１’より小さいまたはこれに等しいことを検出するまでロータを駆動することを停止するということによって第１の例とは異なる。速度Ｎ１’は、速度Ｎ１より小さい。換言すれば、ｔ２の時点は、所定の持続時間の経過に基づくのではなく、速度閾値に基づいて決定される。
【００３６】
図４は図２に類似するものであり、ターボ機械１を起動する方法の第３の例を示している。この第３の例は、図２の第１の例に類似するものである。所定の継続時間Δｔの間、すなわちｔ１とｔ２の時点の間、電子ユニット２はスタータ４を、回転速度Ｎを一定にしかつＮ１に等しくなるように維持するようにして制御するということによって第１の例とは異なる。
【００３７】
図２および図３の例のように、回転速度Ｎはｔ２の時点の前に抑制され、熱的非平衡は、エンジン３内の強制対流交換により、ｔ２の時点後に低減される。このため、受け入れ難い振動が回避される。
【００３８】
図５は図２に類似するものであり、回転速度Ｎが、ターボ機械１を起動する第４の例となる方法において時間ｔに応じてどのように変化するかを示している。
【００３９】
ｔ０の時点で、電子ユニット２は、ターボ機械１を起動する命令を受け取る。電子ユニット２は、次いで、スタータ４にロータを駆動させ、その回転速度Ｎを、ｔ１の時点において、所定の閾値Ｓ１より大きいまたはこれに等しい振動レベルＳを検出するまで徐々に増大させる。ｔ１の時点での回転速度Ｎは、Ｎ１’と表記される。閾値Ｓ１を適切に選択することにより、Ｎ１’がロータの第１の臨界回転速度Ｎｃより小さいことを確実にすることができる。
【００４０】
その後、電子ユニット２はスタータ４を、ｔ２の時点において、振動レベルＳが所定の閾値Ｓ２より小さいまたはこれに等しいことを検出するまで回転速度Ｎを一定にかつＮ１’に等しくなるように制御する。閾値Ｓ２は閾値Ｓ１より小さい。
【００４１】
その後、電子ユニット２はスタータ４を、ロータを駆動し、その回転速度Ｎを、回転速度Ｎ１’およびＮｃを超え、ｔ３の時点において所定の回転速度Ｎａに到達するまで徐々に増大させるように制御する。
【００４２】
ｔ３の時点で、電子ユニット２は、次いで、エンジン３の点火を命令する。
【００４３】
図５の起動方法は反復のものである。換言すれば、ｔ２の時点後、閾値Ｓ１に再度到達する場合、電子ユニット２はスタータ４を、振動レベルＳが閾値Ｓ２より小さいまたはこれに等しいことを検出するまで回転速度Ｎを一定にかつＮ１’に等しくなるように維持するようにもう一度制御する。
【００４４】
図２から図４の例のように、回転速度Ｎはｔ２の時点の前に抑制され、熱的非平衡は、エンジン３内の強制対流交換により、ｔ２の時点後に低減される。このため、受け入れ難い振動が回避される。
【００４５】
図２から図５に示される起動方法の動作は、プロセッサ５が不揮発性メモリ６内に記憶されたコンピュータプログラムＰ１を実行することに対応することができる。図６は、コンピュータプログラムＰ１を実行するときに電子ユニット２によって実施される起動方法の主要ステップを示している。
【００４６】
起動方法は、電子ユニット２が起動する命令を受け取る間のステップＥ１で開始する。ステップＥ１は、図２から図４のｔ０の時点に対応する。後続のステップＥ２からＥ６が、起動する命令を受け取ったことに応答して実施される。
【００４７】
ステップＥ２で、電子ユニット２はスタータ４を、ロータを駆動し、その回転速度Ｎを徐々に増大させるように制御する。ステップＥ３では、電子ユニット２は、ステップＥ４への移行のために条件を試験する。図２から図４の例では、移行条件はＮ≧Ｎ１である。図５の例では、移行条件はＳ≧Ｓ１である。別の変形形態（図示されず）では、条件は、所定の持続時間が経過することである。起動方法ループは、移行条件があてはまらない限りはステップＥ２に戻る。
【００４８】
ステップＥ２およびＥ３は、本発明による起動する方法の一次加速ステップに対応する。
【００４９】
ステップＥ３の移行条件があてはまるとき、これは図２から図５のｔ１の時点に対応し、起動方法はステップＥ４に続く。ステップＥ４中、電子ユニット２はスタータ４を、ロータを駆動することを停止するように（図２および３の例）、または一定の回転速度Ｎを維持する（図４および図５）ように制御する。
【００５０】
ステップＥ５では、電子ユニット２は、所定条件を試験する。図２および図４の例では、所定条件は、ステップＥ３の最後から所定の持続時間Δｔが経過することである。図３の例では、所定条件はＮ≦Ｎ１’である。図５の例では、所定条件はＳ≦Ｓ２である。起動方法ループは、所定条件があてはまらない限りはステップＥ４に戻る。
【００５１】
ステップＥ４およびＥ５は、本発明による起動方法の熱均一化ステップに対応する。
【００５２】
ステップＥ５の移行条件があてはまるとき、これは図２から図４のｔ２の時点に対応し、起動方法はステップＥ６に続く。ステップＥ６中、電子ユニット２はスタータ４を、ロータを駆動させ、その回転速度Ｎを、回転速度Ｎ１（またはＮ１’）およびＮｃを超え、ｔ３の時点において、所定の回転速度Ｎａに到達するまで徐々に増大させるように制御する。電子ユニット２は次いで、エンジン３の点火を命令し、これは、ターボ機械の燃焼室内に燃料を注入し、これに点火することを伴う。
【００５３】
ステップＥ６は、二次加速ステップおよび本発明による起動方法の点火ステップに対応する。
【００５４】
図２から図５を参照して上記で説明されたように、説明された起動方法により、熱的非平衡によって引き起こされ得る受け入れ難い振動を回避することが可能である。エンジン３を再起動するために、ターボ機械１が停止した後で所定の持続時間の間待機する必要はなくなる。提案された解決策は、エンジン３用のいかなる特有の構造を必要とせず、またはステータとロータの間の隙間をより大きくする必要はない。
【００５５】
さらには、ステップＥ２からＥ６は、ステップＥ１において起動する命令を受け取ったことに応答して、自動的に電子ユニット２によって実施される。したがって、起動する命令を発すること以外は、パイロットは他のいかなる作動も実行する必要はない。詳細には、起動方法のステップＥ２からＥ６は、コンピュータプログラムＰ１を実行しながら電子ユニット２によって管理されるようなエンジン３の起動プロセス内に組み込まれる。
【００５６】
変形の実施態様においては、ステップＥ２からＥ６は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサを含む電子ユニット以外によって実施される。たとえば、電子ユニットは、起動する命令を受け取ったことに応答してステップＥ２からＥ６を実施するように構成されたリレーシーケンサタイプの制御器でよい。
【００５７】
一実施態様においては、ステップＥ２からＥ６は、ターボ機械の熱状態を試験するステップによって先行される。そのような状況下では、ターボ機械の熱状態が熱的非平衡の存在を示す場合、ステップＥ２からＥ６は、上記で説明されたように実行される。これとは対照的に、熱状態が、熱的非平衡が存在しない（低温エンジン）ことを示す場合、ターボ機械は、ステップＥ２からＥ６を介さずに起動される。
【図１】
2014521004.tif 000003
【図２】
2014521004.tif 000004
【図３】
2014521004.tif 000005
【図４】
2014521004.tif 000006
【図５】
2014521004.tif 000007
【図６】
2014521004.tif 000008
【国際調査報告】
2014521004.tif 000009
2014521004.tif 000010
2014521004.tif 000011
2014521004.tif 000012