ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТАРТЕРНЫЙ ПРИВОД-ГЕНЕРАТОР
HYDRODYNAMIC STARTER-GENERATOR DRIVE

Изобретение относится к системам генерирования электроэнергии и к системам стартерного запуска силовых установок транспортных средств, преимущественно летательных аппаратов.
Известны устройства для стартерного запуска силовой установки в виде автономного вспомогательного стартерного газотурбинного двигателя (турбостартера) или в виде сцепленной с валом силовой установки высокооборотной воздушной турбины с редуктором, к которой по трубопроводу подводится воздух от компрессора вспомогательной силовой установки (В.И. Локай и др. «Газовые турбины двигателей летательных аппаратов». М., Машиностроение, 1991, с. 489).
Недостатком использования известных устройств является повышенные габариты установки, что приводит в целом к увеличению массы силовой установки.
Известен стартер-генератор, используемый для запуска силовых установок транспортных средств, преимущественно летательных аппаратов, работающий от аккумуляторной батареи транспортного средства или от электрогенератора вспомогательной силовой установки. Такая система осуществлена на самолетах Б-787 фирмы Боинг (А.В. Левин и др. «Электрический самолет: от идеи до реализации». М., Машиностроение, 2010, с. 37).
Используемые в данных силовых установках стартеры-генераторы не позволяют производить стартерный запуск силовых установок большой мощности, поскольку для создания крутящего момента при заторможенном роторе для таких установок требуются очень большие токи, что приводит к существенному увеличению размеров генератора и, следовательно, к значительному увеличению его веса.
Известна система генерирования электроэнергии транспортных средств, например летательных аппаратов, в которой источником электроэнергии является гидродинамический привод-генератор с преобразователем крутящего момента с кругом циркуляции, насосное колесо которого кинематически связано с валом основной силовой установки, а турбинное колесо кинематически связано с валом якоря генератора и с крыльчаткой центробежного насоса, вход в которую соединен с топливной системой транспортного средства, а выход - с кругом циркуляции гидродинамического преобразователя (Патент №2408503 от 23.01.2009 г.).
Данный привод-генератор предназначен только для генерирования электроэнергии для систем силовой установки транспортного средства и не позволяет по своему принципу действия производить стартерный запуск силовых установок.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание единого агрегата, обеспечивающего как гидродинамический стартерный запуск основной силовой установки транспортного средства, так и генерирование электроэнергии для систем силовой установки транспортного средства, что обеспечивает снижение массовых характеристик транспортного средства и позволяет повысить его грузоподъемность и экономичность.
Технический результат достигается тем, что гидродинамический стартерный привод-генератор, содержащий генератор электроэнергии транспортного средства, установленный на его валу центробежный топливный насос, гидродинамический преобразователь крутящего момента с крутом циркуляции, насосное колесо которого кинематически связано с валом силовой установки транспортного средства, а турбинное колесо кинематически связано с валом якоря генератора и с крыльчаткой центробежного топливного насоса, вход в которую соединен с топливной системой транспортного средства, а выход - с кругом циркуляции гидродинамического преобразователя, дополнительно содержит дополнительный гидродинамический преобразователь крутящего момента, насосное колесо которого кинематически связано с валом якоря генератора, а турбинное колесо кинематически связано с валом силовой установки, при этом генератор снабжен устройством электрического преобразования режима генератора в режим электродвигателя и связан через электроконтактор с автономным электрогенератором вспомогательной силовой установки транспортного средства.
Кроме того, гидродинамический стартерный привод-генератор также содержит струйный насос-эжектор, сопло которого связано каналом с напорной полостью крыльчатки центробежного топливного насоса, и снабжен электрогидравлическим блоком управления, подсоединенным к входной магистрали топливопитания силовой установки и к внутренней полости топливного бака транспортного средства, а также гидравлически связанным с входными и выходными каналами обоих гидродинамических преобразователей крутящего момента, с напорной полостью крыльчатки центробежного топливного насоса и с всасывающей и напорной полостями струйного насоса-эжектора.
Наличие в устройстве дополнительного гидропреобразователя, насосное колесо которого кинематически связано с валом якоря генератора, а турбинное колесо кинематически связано с валом силовой установки, позволяет обеспечить запуск двигателя при работе генератора в режиме электродвигателя, при этом насосное колесо движется от генератора, а турбинное колесо, жестко связанное с ротором силовой установки, раскручивает ротор.
Устройство электрического преобразования режима генератора в режим электродвигателя позволяет производить переключение режима работы генератора на режим электродвигателя при запуске силовой установки, в котором генератор производит раскручивание насосного колеса дополнительного гидравлического гидропреобразователя.
Наличие связи генератора через электроконтактор с автономным электрогенератором вспомогательной силовой установки транспортного средства позволяет обеспечить работу генератора в режиме электродвигателя для осуществления запуска силовой установки с помощью электрогидравлического блока управления.
Вся совокупность существенных признаков позволяет создать единый агрегат с единственной стыковкой на коробке приводов и приводным валом, соединенным с ротором силовой установки. Отсутствие в предлагаемом устройстве дополнительных валов на коробке приводов, воздушной турбины с высокооборотным редуктором и системы трубопроводов для подачи воздуха существенно снижает вес всей системы генерирования электроэнергии и стартерного запуска силовой установки транспортного средства, позволяя существенно увеличить грузоподъемность и экономичность транспортного средства.
Предлагаемое изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 изображен предлагаемый гидродинамический стартерный привод-генератор.
Гидродинамический стартерный привод-генератор содержит гидродинамический преобразователь крутящего момента 1, насосное колесо 2 которого связано зубчатыми колесами 3 и 4 с валом силовой установки 5 транспортного средства. Вал турбинного колеса 6 гидродинамического преобразователя 1 с закрепленной на нем крыльчаткой 7 центробежного топливного насоса 8 связан зубчатыми колесами 9 и 10 с валом электрогенератора 11, входящего в состав привода-генератора.
Привод-генератор содержит также дополнительный гидродинамический преобразователь крутящего момента 12, насосное колесо 13 которого связано зубчатыми колесами 14 и 15 с валом генератора 11. Турбинное колесо 16 гидродинамического преобразователя 12 связано зубчатыми колесами 17 и 4 с валом силовой установки 5.
Входная полость центробежного топливного насоса 8 подсоединена трубопроводом 18 к напорной полости центробежного насоса 19 топливопитания, связанной трубопроводом 20 с системой автоматического управления 21 силовой установки 5. Крыльчатка 22 центробежного насоса 19 топливопитания сцеплена с валом силовой установки 5. Входная полость центробежного насоса 19 топливопитания соединена входной магистралью 23 топливопитания силовой установки через обратные клапаны 24 с электроцентробежными насосами 25, расположенными внутри топливного бака 26.
Напорная полость центробежного насоса 8 соединена каналом 27 с соплом 28 струйного насоса-эжектора 29.
В состав привода-генератора входит также электрогидравлический блок управления 30, подсоединенный к входной магистрали 23 топливопитания силовой установки трубопроводом 31 и к внутренней полости топливного бака 25 - трубопроводом 32. К блоку управления 30 присоединены входные каналы 33 и 34 кругов циркуляции обоих гидродинамических преобразователей крутящего момента 1 и 12, их выходные каналы 35 и 36. Кроме того, блок управления 30 соединен каналами 37 и 27 с напорной полостью центробежного насоса 8 и каналами 38 и 39 с всасывающей и напорной полостями струйного насоса-эжектора 29.
Генератор 11 соединен с устройством 40 электрического преобразования режима генератора в режим электродвигателя и через электроконтактор 41 - с автономным электрогенератором 42 вспомогательной силовой установки 43 транспортного средства.
Предлагаемый стартерный привод-генератор работает следующим образом.
В начале для производства стартерного запуска силовой установки 6 по электросигналу устройство 40 переводит генератор 11 из режима генератора в режим электродвигателя и одновременно от аккумуляторной батареи запускается вспомогательная силовая установка 43 с генератором 42, который за счет электроэнергии приводит во вращение находящийся в режиме электродвигателя генератор 11, раскручивая его якорь.
Вместе с якорем генератора 11 через зубчатые колеса 10 и 9 начинают вращаться крыльчатка 7 центробежного топливного насоса 8 и турбинное колесо 6 гидродинамического преобразователя 1. Одновременно через зубчатые колеса 15 и 14 начинает вращаться насосное колесо 13 дополнительного гидродинамического преобразователя 12. При этом на блок управления 30 подаются электрические сигналы, по которым он перекрывает каналы 33 и 34 подвода топлива к кругам циркуляции обоих гидродинамических преобразователей, сообщает каналы 35 и 36 выхода топлива из обоих кругов циркуляции через канал 38 с всасывающей полостью струйного насоса-эжектора 29, а канал 39 напорной полости струйного насоса-эжектора 29 сообщает через канал 32 с топливным баком 26.
По мере раскрутки генератора 11 в режиме электродвигателя крыльчатка 7 центробежного топливного насоса 8 создает давление перед соплом 28 струйного насоса-эжектора 29, благодаря чему все топливо, заполняющее круги циркуляции гидродинамических преобразователей, откачивается в бак, и внутренние полости кругов циркуляции осушаются, что позволяет якорю генератора 11, работающего в режиме электродвигателя, практически без нагрузки с малым тепловыделением раскрутиться до номинальной частоты вращения. На этом этапе запуска передача крутящего момента на вал силовой установки 5 не происходит, и вал сохраняется неподвижным.
Следующий этап запуска происходит после достижения номинальной частоты вращения якоря генератора 11. В этот момент к блоку 30 подается электрический сигнал, по которому он соединяет канал 34 с каналом 37, а канал 36 - с каналом 32. В результате этого круг циркуляции дополнительного гидродинамического преобразователя 12 под давлением центробежного насоса 8 заполняется топливом (топливо прокачивается через круг циркуляции и каналы 36 и 32 в топливный бак 26). С этого времени крутящий момент от якоря генератора 11 передается через гидродинамический преобразователь 12 к валу силовой установки 5, в результате чего происходит раскрутка вала силовой установки до заданной частоты вращения стартерного запуска.
После окончания стартерного запуска переключается электроконтактор 41 на электросеть транспортного средства, устройство 40 переводит генератор 11 из режима электродвигателя в режим генератора, а к блоку 30 подается электрический сигнал, по которому он снова перекрывает канал 34, а канал 36 связывает с каналом 38. Одновременно блок 30 соединяет канал 33 с каналом 37 и канал 35 с каналом 31. Канал 39 связывается с каналом 31, а канал 32 перекрывается. В результате этого круг циркуляции дополнительного гидродинамического преобразователя снова осушается, а круг циркуляции гидродинамического преобразователя 1 под давлением центробежного насоса 8 заполняется топливом, которое прокачивается через круг циркуляции и каналы 35 и 31 в магистраль 23 топливопитания силовой установки, обеспечивая при этом передачу крутящего момента от работающей силовой установки через гидродинамический преобразователь на вал якоря генератора 11. С этого этапа генератор 11 начинает снабжать электроэнергией работу системы генерирования транспортного средства.
Для питания электроэнергией генератора 11, работающего при запуске силовой установки в режиме электродвигателя, могут использоваться вместо генератора 42 вспомогательной силовой установки наземные источники тока или аккумуляторные батареи летательного аппарата.
Предлагаемый гидродинамический стартерный привод-генератор позволяет создать единый агрегат, осуществляющий как гидродинамический стартерный запуск основной силовой установки транспортного средства, так и генерирование электроэнергии для ее систем, что обеспечивает снижение массовых характеристик и повышает грузоподъемность и экономичность транспортного средства.