ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПРЕССОРОМ Российский патент 1995 года по МПК F02C7/22 F02C3/24 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а точнее к топливным дренажным системам газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно дренажное устройство ГТД, содержащее дренажный бак, размещенный в баке топливный эжектор, установленный в линии отвода топлива из бака обратный клапан и расположенный перед активным соплом эжектора электромагнитный отсечной клапан [1] При запуске двигателя эжектор отсасывает топливо из дренажного бака и подает его в топливный бак самолета. Управление отсечным клапаном осуществляется от кнопки запуска двигателя.

Недостаток известного устройства в том, что ввиду необходимости размещения в дренажном баке эжектора бак должен иметь достаточные размеры по высоте. В ряде случаев установить такие баки в нижних точках двигателей из-за ограниченности габаритов не представляется возможным, что затрудняет применение этого устройства на ГТД.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является дренажное устройство ГТД, содержащее дренажный бак, подключенный к заборному отверстию бака и к входному и выходному патрубкам подкачивающего насоса топливный эжектор, а также управляемый отсечной (поплавковый) и обратный клапаны, установленные в линии отвода топлива между баком и эжектором [2] В данном устройстве при работе двигателя топливо отсасывается из бака эжектором и отводится во входной патрубок подкачивающего насоса. Управление отсечным клапаном осуществляется при помощи поплавка по уровню топлива в баке.

Недостатком известного дренажного устройства является то, что отсечной (поплавковый) клапан необходимо размещать внутри бака, так как поплавок отслеживает уровень топлива. Это ведет к увеличению габаритов бака по высоте и усложнению его конструкции. В результате из-за проблем с размещением высоких баков в нижней части двигателя ограничивается область применения таких устройств, а также затpудняется их унификация.

Указанные недостатки устраняются при использовании дренажного устройства, имеющего дренажный бак с малыми размерами по высоте и более простую конструкцию. Если в прототипе управление отсечным клапаном осуществляется с помощью поплавка, размещенного в дренажном баке, то в заявляемом устройстве отсечным клапаном управляет воздушный эжектор с жиклером в линии всасывания, что позволяет эти элементы и отсечной клапан размещать отдельно от бака и тем самым выполнять дренажный бак минимальных размеров и упростить его конструкцию. Эти преимущества заявляемого устройства позволяют размещать дренажные баки в самых нижних точках двигателя, обеспечивая утилизацию сливающегося в них топлива, а также унифицировать элементы, расположенные вне бака, объединить их в один блок и установить в любом удобном месте на двигателе.

Сущность изобретения заключается в том, что в дренажном устройстве ГТД, содержащем дренажный бак, топливный эжектор, подключенный к заборному отверстию бака и к входному и выходному патрубкам подкачивающего насоса, а также установленные в линии отвода топлива между баком и топливным эжектором управляемый отсечной и обратный клапаны, согласно изобретению отсечной клапан выполнен с мембранным сервоприводом, а в устройстве дополнительно установлен воздушный эжектор, активное сопло которого соединены с компрессором двигателя, камера смещения с баком, а пассивное сопло сообщено с управляющей полостью сервопривода и через жиклер с сигнальным отверстием бака, расположенным по уровню выше заборного отверстия.

На чертеже представлена схема заявляемого дренажного устройства.

Дренажное устройство содержит дренажный бак 1, к заборному отверстию 2 которого и к входному и выходному патрубкам подкачивающего насоса 3 подключен топливный эжектор 4. В линии 5 отвода топлива установлены отсечной клапан 6 и обратный клапан 7. Перекрывной элемент 8 отсечного клапана 6 имеет сервопривод в виде мембраны 9, в управляющей полости 10 которой размещена пружина 11. Устройство также содержит воздушный эжектор 12, активное сопло которого соединено с компрессором двигателя, камера смешения с баком 1, а пассивное сопло сообщается с управляющей полостью 10 и через жиклер 13 с сигнальным отверстием 14 бака 1. Отверстие 14 расположено по уровню выше заборного отверстия 2.

Дренажное устройство работает следующим образом.

Из агрегатов 15 топливо сливается в бак 1. При работе двигателя к активному соплу эжектора 4 подается топливо из выходного патрубка подкачивающего насоса 3, а к активному соплу эжектора 12 подводится воздух от компрессора. Эжектор 12 создает разрежение в управляющей полости 10, величина которого зависит от того топливо или воздух подсасываются через жиклер 13. Если уровень топлива в баке 1 выше сигнального отверстия 14, то через жиклер 13 к эжектору 12 поступает топливо и разрежение в полости 10 таково, что пружина 11 удерживает мембрану 9 и перекрывает элемент 8 в крайнем правом (открытом) положении. При этом под действием разрежения, создаваемого эжектором 4, обратный клапан 7 открывается, и из бака 1 через заборное отверстие 2 по линии 5 происходит удаление топлива и его подача во входной патрубок подкачивающего насоса 3. Снижение уровня топлива в баке ниже сигнального отверстия 14 приводит к поступлению через жиклер 13 к эжектору 12 воздуха вместо топлива. Это вызывает резкое увеличение разрежения в полости 10, мембрана 9 сжимает пружину 11 и перемещает перекрывной элемент 8 отсечного клапана 6 в крайнее левое (закрытое) положение. Линия 5 отвода топлива перекрывается и удаление топлива из бака 1 прекращается.

Если уровень топлива в баке вновь поднимается выше отверстия 14, то происходит снижение разрежения в управляющей полости 10, открывание отсечного клапана 6 и удаление топлива. Воздух, поступающий в бак 1 из эжектора 12, стравливается через отверстие 16 в атмосферу.

После выключения двигателя обратный клапан закрывается, не допуская перетекания топлива назад из топливной системы в бак 1.

При поступлении топлива через жиклер 13 массовый расход G_жт и перепад давления ΔР_жт на жиклере связаны соотношением
G_жт где ρ_т плотность топлива;
ΔР_жт Р_Б Р_упт;
Р_б давление в баке;
Р_упт давление в управляющей полости 10 при поступлении через жиклер 13 топлива.

При малых перепадах давления массовый расход воздуха (G_жв) через жиклер 13 также связан с перепадом давления ( ΔР_жв) соотношением
G_жв где ρ_в плотность воздуха;
ΔР_жв= Р_б Р_упв;
Р_упв давление в управляющей полости 10 при поступлении через жиклер 13 воздуха.

Для эжектора можно записать
G_эж n_эж^.G_в, где G_эж расход среды, отсасываемой эжектором;
G_в расход воздуха через активное сопло эжектора;
n_эж коэффициент эжекции (Соколов Е.Я. Зингер Н.М. Струйные агрегаты. М. Энергия 1970).

Коэффициент эжекции связан с давлением на входе и выходе из эжектора следующим соотношением:
n_эж где Р_в давление воздуха перед активным соплом эжектора 12;
Р_вс давление в полости всасывания эжектора 12 (Р_вс Р_упт или Р_вс= Р_упв).

Поступление воздуха вместо топлива приводит к уменьшению массового расхода среды через жиклер. Действительно, если полагать ΔР_жв Δ Р_жт, ρ_в ≈ 1,2 кг/м ² и ρ_т ≈ 780 кг/м³, то
≈ 22,5 т.е. массовый расход воздуха в 22,5 раза меньше массового расхода топлива. Поскольку G_эж G_жв (ранее было G_эж G_жт), во столько же раз уменьшается и расход, отсасываемый эжектором 12. Но так как G_в const, то, значит, уменьшается коэффициент эжекции, что возможно только (P_бconst, Р_в const) при уменьшении давления Рвс, т.е. при росте разрежения.

Ранее было принято ΔР_жв ΔР_жт. На самом деле Р_всв < Р_вст и ΔР_жв> ΔP_жт. Однако отношение всегда много меньшечем отношение и конечный результат не изменяется.

Из вышеизложенного следует, что при поступлении воздуха вместо топлива через жиклер 13 величина разрежения в управляющей полости увеличивается.

Таким образом, устройство позволяет размещать дренажные баки в самых нижних точках двигателя, обеспечивая утилизацию сливающегося в них топлива. Причем оба эжектора, отсечной и обратный клапаны и жиклер могут быть изготовлены в виде одного унифицированного агрегата с размещением его в любом удобном месте на двигателе.

Использование: в авиадвигателестроении. Сущность изобретения: дренажное устройство содержит дренажный бак 1, к заборному отверстию 2 которого и к входному и выходному патрубкам подкачивающего насоса 3 подключен топливный эжектор 4. В линии 5 отвода топлива установлены отсечной клапан 6 и обратный клапан 7. Перерывной элемент 8 отсечного клапана 6 имеет сервопривод в виде мембраны 9, в управляющей полости 10 которой размещена пружина 11. Устройство также содержит воздушный эжектор 12, активное сопло которого соединено с компрессором двигателя, камера смешения - с баком 1, а пассивное сопло сообщается с управляющей полостью 10 и через жиклер 13 с сигнальным отверстием 14 бака 1. Причем отверстие 14 расположено по уровню выше заборного отверстия. 1 ил.

ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПРЕССОРОМ, содержащее дренажный бак, подключенный к заборному отверстию бака отсечной клапан с приводом, подсоединенный к топливному эжектору, связанному с топливным насосом, отличающееся тем, что оно содержит воздушный эжектор с активным, пассивным соплами и камерой смешения и жиклер, привод отсечного клапана выполнен в виде подпружиненной мембраны, расположенной в его управляющей полости, а в боковой стенке бака выполнено отверстие, причем активное сопло воздушного эжектора соединено с компрессором двигателя, камера смешения с дренажным баком, а пассивное сопло сообщено с управляющей полостью привода и через жиклер с отверстием в боковой стенке бака.