一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统
阅读说明：本技术 一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统 (Electric starting system of turboprop engine ) 是由 史飞 邹勇 孙瑶 李蓉 张奕 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统,包括：起动继电器盒(106)、发动机附件(107)和自动切油及超温保护器(108)；起动继电器盒(106)用于,在接收到起动检查继电器(102)发送的起动故障信号时延迟断开起动控制电路和发动机停车；自动切油及超温保护器(108)用于,根据发动机转速、排气温度以及大气温度向发动机附件(107)中的起动切油电磁活门发出切油指令,限制发动机起动过程中的供油量,实现发动机起动自动切油功能,从而达到排气温度不超温；当发动机在规定时间内转速未达到预设转速,或,排气温度超温时,控制发动机停车。可实现自动切油又可兼容手动切油操作,可避免发动机起动过程中不必要的停车。(The invention provides an electric starting system of a turboprop engine, comprising: a starting relay box (106), an engine accessory (107) and an automatic oil-cutting and overtemperature protector (108); the starting relay box (106) is used for delaying the disconnection of the starting control circuit and the engine stop when receiving a starting fault signal sent by the starting check relay (102); the automatic oil cutting and overtemperature protector (108) is used for sending an oil cutting instruction to a starting oil cutting electromagnetic valve in an engine accessory (107) according to the rotating speed of an engine, the exhaust temperature and the atmospheric temperature, limiting the oil supply amount in the starting process of the engine, and realizing the automatic oil cutting function of the starting of the engine, so that the exhaust temperature is not overtemperature; and when the rotating speed of the engine does not reach the preset rotating speed within the set time or the exhaust temperature is over-temperature, controlling the engine to stop. The automatic oil cutting can be realized, the manual oil cutting operation can be compatible, and unnecessary stop in the starting process of the engine can be avoided.)
技术领域
本发明属于发动机起动系统领域，具体涉及一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统。
背景技术
发动机起动系统作为发动机系统中的关键子系统，通过适时进行发动机点火和燃油的控制并为发动机提供足够起动功率使发动机得到足够的起动转速。对点火、供油系统的控制是保证发动机在恰当的时间、转速进行点火和供油，使发动机独立工作而起动起来；对起动发电机转速的控制是要使发动机尽快增速达到点火、供油的转速，缩短起动时间。
目前常见的发动机起动方式包括空气涡轮起动、电起动等起动方式。其中电起动系统广泛应用于起动各种类型的涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机，这是因为该系统起动工作容易自动化、使用可靠而且操作简单。但是，电起动系统存在以下几方面问题：
在发动机的起动过程中，为了防止供油过多使发动机温度太高而烧坏涡轮叶片，应控制供油喷嘴的通断以减少起动供油量。发动机起动时，涡轮后的温度不能超过750℃。目前常用的切油方式是机组人员人工操作，在发动机起动过程中需要不停的点按切油按钮，以防止发动机超温，该操作对机组人员的技术能力要求较高，若操作失误会影响发动机的正常使用，与此同时，该操作很大程度上增加了机组人员的工作量。
起动继电器盒，是将发动机电气控制部分的继电器和接触器进行有序整合的控制设备，主要用于配合自动定时器实现起动选择、点火控制、起动供油控制、起动发电机电枢绕组和励磁绕组控制、切油控制、发动机停车控制、发动机起动断开发电控制等功能。进一步，起动继电器盒可配合起动检查继电器在发动机起动故障时断开起动控制电路、紧急控制发动机停车并向远程数据集中器输出起动故障信号。起动故障信号是通过起动检查继电器检测到发动机左、右起动机电流差过大时发出的告警信号。而瞬间的发动机左、右起动机电流差同样会引发告警信号，瞬时差值过大往往不可避免，会引发不必要的告警信号并引起发动机停车，导致发动机起动失败。
发明内容
本发明提供一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统，能够解决自动定时器电磁干扰严重、控制信号精度不高的问题，并解决机组人员起动过程中切油操作难度大及起动过程中由于瞬时左、右电流差过大引起的发动机故障停车的问题。
本发明提供一种涡轮螺旋桨发动机的电起动系统，包括：起动汇流条101、起动检查继电器102、起动继电器盒106、发动机附件107和自动切油及超温保护器108；
所述起动汇流条101用于，接收地面电源车1提供的起动电源，并将起动电源分两路传输给所述起动检查继电器102；
所述起动检查继电器102用于，检测所述起动汇流条101传输的两路起动电源的电流差值，若电流差值大于预设差值则向所述起动继电器盒106输出起动故障信号；
所述起动继电器盒106用于，实现起动选择、点火控制、起动供油控制、起动发电机电枢绕组和励磁绕组控制、切油控制、发动机停车控制、发动机起动断开发电控制功能；在接收到所述起动检查继电器102发送的起动故障信号时延迟断开起动控制电路和发动机停车；
所述自动切油及超温保护器108用于，根据发动机转速、排气温度以及大气温度向发动机附件107中的起动切油电磁活门发出切油指令，限制发动机起动过程中的供油量，实现发动机起动自动切油功能，从而达到排气温度不超温；当发动机在规定时间内转速未达到预设转速，或，排气温度超温时，控制发动机停车。
可选的，涡轮螺旋桨发动机的电起动系统还包括：起动箱103、左起动机104、右起动机105和自动定时器109；
所述起动检查继电器102还用于，将所述起动汇流条101传输的两路起动电源经所述起动箱103分别向左起动机104、右起动机105供电，左起动机104、右起动机105转动带动发动机涡轮工作；
所述自动定时器109用于，按特定的时间顺序，控制信号输出到起动箱103用于控制起动箱103内励磁电路及电枢电路的通断及相应电路阻值的变化，从而起到调节左起动机104、右起动机105的励磁电流和电枢电流的作用，控制飞机发动机起动电路的接通和断开，从而实现发动机的地面起动和冷起动。
可选的，所述起动继电器盒106包括：第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3；所述第一继电器J1为延时继电器；
所述起动检查继电器102检测起动汇流条输出的两路起动电流差值，当电流差值过大时，起动检查继电器102的触点“A”、“B”接通，控制信号从发动机控制汇流条2流经起动检查继电器102的触点“A”、“B”到起动继电器盒106内第一继电器J1的线圈，第一继电器J1工作；
所述第一继电器J1工作后，当控制信号的持续时间达到延迟时间后，该信号通过第一继电器J1的工作触点后传输给第二继电器J2，第二继电器J2用于控制第三继电器J3的通断；
所述第二继电器J2工作后，电源信号从发动机控制汇流条2经过第二继电器J2的工作触点到第二继电器J2的线圈，使第二继电器J2维持自锁，持续保持接通状态；
所述第二继电器J2工作后，自动定时器的控制信号通过第二继电器J2的工作触点到第三继电器J3的线包，继电器J3工作；
所述第三继电器J3工作后，第三继电器J3的工作触点线路断开，则切断了发动机控制汇流条2到发动机附件107的控制线路供电，发动机起动系统控制系统断电，发动机停车。
可选的，所述发动机附件107还包括：起动供油电磁活门、停车电磁活门、液压断电开关、点火线圈；
所述起动检查继电器102，用于在所述电流差值大于预设差值时，输出信号到所述停车电磁活门，用于起动过程中控制发动机停车；
所述自动定时器109，还用于将控制信号输出到起动继电器盒106，用于控制起动继电器盒106内接触器和继电器的通断，实现相应时序的逻辑转换，进而控制起动供油电磁活门、起动切油电磁活门、点火线圈、液压断电开关的通断，实现发动机的供油、切油、点火及停车控制。
可选的，所述自动定时器109包括：电连接器3、电源滤波板4、控制板5、内部总接线板B1、电源滤波板接口板XP1和控制板接口板XP2；
所述电连接器3用于设备内部信号与系统其它设备信号接口的电气连接；
所述电源滤波板4包括：防雷、滤波电路，用于满足雷电防护、电磁兼容以及电源输入要求；
所述电源滤波板接口板XP1、控制板接口板XP2和内部总接线板B1用于设备内部信号的连接；
所述控制板5包括：输入信号电路、输出信号电路，用于时序控制信号的处理；
所述自动定时器109的输入信号中，“发动机起动按钮”“选择开关”、“发动机气动活门”、“停车按钮”信号是以硬线形式输送至定时器的，其中“发动机起动按钮”信号形式为“地/悬空”信号；“选择开关”、“发动机气动活门”、“停车按钮”信号形式为“+28V/悬空”；
所述自动定时器109的输出信号电路用于，在控制板5上处理器的控制下，按特定的时间顺序输出低信号，接通发动机起动电路。
可选的，所述自动切油及超温保护器108具体用于，接收排气温度传感器输出的排气温度信号，当排气温度超温时则发出停车信号到停车电磁活门控制发动机停车；，并输出信号给远程数据集中器，用于显示故障信号；
所述自动切油及超温保护器108具体用于，对发动机的起动时间进行判别，如果规定时间内发动机转速未达到慢车转速，则发出停车信号到停车电磁活门，控制发动机停车；
自动切油及超温保护器108具体用于，检测到转速信号转换器输出的发动机转速信号达到12％额定转速时，开始对该台发动机进行起动控制。
可选的，涡轮螺旋桨发动机的电起动系统还包括：远程数据集中器9；
所述自动切油及超温保护器108还用于，当发动机在规定时间内转速未达到预设转速，或，排气温度超温时，输出信号给远程数据集中器9；
所述远程数据集中器9用于显示接收到的信号。
可选的，所述电源滤波板的防雷电路采用瞬态抑制二极管TVS；
所述电源滤波板的电源滤波电路用于，抑制定时器内部的干扰信号，和外界的电磁干扰进入定时器，在滤波电路的电源线上采用了浪涌抑制器进行电压钳位处理，在过压浪涌发生时，可对定时器进行保护。
本发明提供一种涡轮螺旋桨发动机起动系统，具有以下有益效果：起动过程中发动机的切油操作即可实现自动切油又可兼容手动切油操作，很大程度地降低了机组人员的操作复杂度，并且具备了发动机排气超温时，自动停车功能，可靠保证发动机的正常运行；在发动机起动过程中左、右起动发电机起动电流差瞬时过大时，采取了延时保护的措施，有效的避免了发动机起动过程中不必要的停车。
附图说明
图1是本发明提供的涡轮螺旋桨发动机起动系统的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的自动定时器的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的起动切油及超温保护器的结构示意图；
图4是本发明提供的起动继电器盒内故障延迟保护的结构示意图；
附图标记说明：
1—地面电源车； 2—发动机控制汇流条； 3—电连接器；
4—电源滤波板； 5—控制板； 6—排气温度传感器；
7—核心处理平台； 8—转速信号转换器； 9—远程数据集中器；
B1—内部总接线板； XP1—电源滤波板接口板； XP2—控制板接口板；
J1—第一继电器； J2—第二继电器； J3—第三继电器；
101—起动汇流条； 102—起动检查继电器； 103—起动箱；
104—左起动机； 105—右起动机； 106—起动继电器盒；
107—发动机附件； 108—自动切油及超温保护器； 109—自动定时器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的技术方案进行详细解释说明。
图1是本发明提供的涡轮螺旋桨发动机起动系统的一个实施例的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种涡轮螺旋桨发动机起动系统，包括：起动汇流条101、起动检查继电器102、起动箱103、左起动机104、右起动机105、起动继电器盒106、发动机附件107、自动切油及超温保护器108、自动定时器109；
起动汇流条101用于接收地面电源车1提供的起动电源，并将起动电源分两路传输给起动检查继电器102；
起动检查继电器102用于检测起动汇流条传输的两路起动电源电流差值，若电流差过大则传出起动故障信号；
起动箱103和自动定时器109配合自动控制起动发电机的电枢电压和激磁电流，以逐渐增加发动机的转速，达到起动的目的；
起动继电器盒106主要用于配合自动定时器109实现起动选择、点火控制、起动供油控制、起动发电机电枢绕组和励磁绕组控制、切油控制、发动机停车控制、发动机起动断开发电控制等功能；同时起动继电器盒106可配合起动检查继电器102在发动机起动故障时延迟断开起动控制电路和发动机停车；
自动定时器109用于按特定的时间顺序控制飞机发动机起动电路的接通和断开，从而实现发动机的地面起动和冷起动。由于现有产品不能满足协议中三防试验、寿命、可靠性、电源特性、电磁兼容以及防雷等要求，因此本发明开展了对自动定时器109的研发改进，用数字化控制电路替代了机构定时控制，提高了产品的可靠性和使用寿命并增加了电磁兼容的设计；
自动切油及超温保护器108主要用于控制发动机在地面起动过程中，实现自动切油和超温保护停车，可替代原来手动切油和手动停车功能，同时原有手动切油功能和手动停车功能仍然有效。
进一步的，涡轮螺旋桨发动机起动系统还包括发动机附件107中的起动供油电磁活门、起动切油电磁活门、停车电磁活门、液压断电开关、点火线圈，用于配合自动定时器109、起动继电器盒106和切油及超温保护器108实现发动机的供油、切油、点火及停车控制；两台起动发电机，用于起动时带动发动机涡轮转动，当发动机的转速达到发动机额定转速的42～46％时，则起动发电机自动脱开，而自动转为发电状态。
参照图1，发动机起动电流从地面电源车1传输到起动汇流条101后分成左起动电流、右起动电流两路，该两路电流先后经过起动检查继电器102、起动箱103，最后分别向左起动电机104、右起动电机105供电，左起动电机104、右起动电机105转动带动发动机涡轮工作。
地面电源车1用于起动发动机过程中起动供电电路和控制供电电路的功率输出。
发动机起动控制过程是通过自动定时器109控制的，自动定时器109的控制信号输出到起动箱103用于控制起动箱103内励磁电路及电枢电路的通断及相应电路阻值的变化，从而起到调节左起动机104、右起动机105的励磁电流和电枢电流的作用。
自动定时器109的控制信号输出到起动继电器盒106，用于控制起动继电器盒106内接触器和继电器的通断，实现相应时序的逻辑转换，进而控制发动机附件107中起动供油电磁活门、起动切油电磁活门、点火线圈、液压断电开关的通断。
起动检查继电器102检测左起动发电机104、右起动发电机机105的起动电流差值，当差值过大时输出起动故障信号并切断起动控制电路，发动机停车。
自动切油及超温保护器108输出信号到发动机附件107，用于起动过程中的自动切油及排气温度超温时控制发动机停车。
参见图2，是本发明提供的自动定时器109的一个实施例的结构示意图。
自动定时器109包括：电连接器3、电源滤波板4、控制板5、内部总接线板B1、电源滤波板接口板XP1和控制板接口板XP2。具体如下：
电源滤波板4设计了防雷、滤波电路，用于满足雷电防护、电磁兼容以及电源输入要求，控制板5采用处理器进行逻辑判断和处理并输出时序控制信号，电源滤波板接口板XP1、控制板接口板XP2和内部总接线板B1用于设备内部信号的连接，电连接器3用于设备内部信号与系统其它设备信号接口的电气连接。
电源滤波板4的防雷电路采用瞬态抑制二极管(TVS)组成，TVS管的工作原理为：如果高于标志上的击穿电压，便发生雪崩，提供给瞬时电流一个低阻抗通路。其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前被保护回路一直保持截止电压，当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。
电源滤波板4的电源滤波电路不仅可以抑制定时器内部的干扰信号，还可以抑制外界的电磁干扰进入定时器，在滤波电路的电源线上采用了浪涌抑制器进行电压钳位处理，在过压浪涌发生时，可对定时器进行保护。
控制板5包括输入信号电路、输出信号电路，用于时序控制信号的处理。
自动定时器109的输入信号中，“发动机起动按钮”“选择开关”、“发动机气动活门”、“停车按钮”等信号是以硬线形式输送至定时器的，其中“发动机起动按钮”信号形式为“地/悬空”信号；“选择开关”、“发动机气动活门”、“停车按钮”信号形式为“+28V/悬空”，控制电路无法直接接收该类信号，必须经过该类信号处理电路处理，将“+28V/悬空”信号处理为“地/+5V”信号。
输出信号电路的功能是在控制板5上处理器的控制下，按特定的时间顺序输出低信号，接通发动机起动电路。由于低信号无法直接作为驱动信号，因此需要通过光耦将低信号转换为可驱动继电器的驱动信号来控制继电器的通断，从而控制发动机的起动控制电路和点火电路。
参见图3，是本发明提供的自动切油及超温保护器108的一个实施例的结构示意图。
自动切油及超温保护器108，接收排气温度传感器6的排气温度信号，当排气温度超温时则发出停车信号到发动机附件107的停车电磁活门，控制发动机停车，并且输出信号给远程数据集中器9，用于显示故障信号。
自动切油及超温保护器108，对发动机的起动时间进行判别，如果规定时间内发动机转速未达到慢车转速，则自动切油及超温保护器108发出停车信号到发动机附件107的停车电磁活门，控制发动机停车，并且输出信号给远程数据集中器9，用于显示故障信号。
当自动切油及超温保护器108检测到转速信号转换器8输出的发动机转速信号达到12％额定转速时，开始对该台发动机进行起动控制。在发动机地面起动过程中，自动切油及超温保护器108通过监控转速信号转换器8输出的发动机转速、排气温度传感器6输出的排气温度以及核心处理平台7输出的大气温度，按照设定的控制算法，向发动机附件107的起动切油电磁活门发出切油指令，限制发动机起动过程中的供油量，实现发动机起动自动切油功能，从而达到排气温度不超温。
参见图4，是本发明提供的起动继电器盒106内故障延迟保护的结构示意图。
起动检查继电器102检测起动汇流条输出的左、右起动电流差值，当电流差值过大时，起动检查继电器102的触点“A”、“B”接通，控制信号从发动机控制汇流条2流经起动检查继电器的触点“A”、“B”到起动继电器盒106内第一继电器J1的线圈，第一继电器J1工作。
第一继电器J1工作后，当控制信号的持续时间达到延迟时间后，该信号通过第一继电器J1的工作触点后传输给第二继电器J2和远程数据集中器9，第二继电器J2用于控制第三继电器J3的通断，远程数据集中器9采集到该信号后用于起动故障的指示。
第二继电器J2工作后，控制信号从发动机控制汇流条2经过第二继电器J2的工作触点到第二继电器J2的线圈，使第二继电器J2维持自锁，持续保持接通状态。
第二继电器J2工作后，自动定时器109的控制信号通过第二继电器J2的工作触点到J3继电器的线圈，J3继电器工作。
第三继电器J3工作后，第三继电器J3的工作触点线路断开，则切断了发动机控制汇流条2到发动机附件107的控制线路供电，发动机起动系统控制系统断电，发动机停车。
本发明实施例提供的涡轮螺旋桨发动机起动系统，具有以下有益效果：起动过程中的控制信号能够通过自动定时器精准输出；同时发动机的切油操作即可实现自动切油又可兼容手动切油操作，很大程度地降低了机组人员的操作复杂度，并且具备了发动机排气超温时，自动停车功能，可靠保证发动机的正常运行；在发动机起动过程中左、右起动发电机起动电流差瞬时过大时，采取了延时保护的措施，有效的避免了发动机起动过程中不必要的停车。
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