ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02C7/04 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения эффективности защиты газотурбинного двигателя (ГТД) от обледенения и попадания на вход посторонних предметов (пыли, песка).

Известен ГТД, где воздух от компрессора поступает в противообледенительную камеру для обогрева элементов входа (лопаток, стоек и т.д.) [1]. Недостатком такой защиты от обледенения является ее низкая эффективность и снижение экономичности двигателя вследствие отбора большого количества воздуха из-за компрессора.

Наиболее близким к предлагаемому является ГТД, содержащий противообледенительную камеру, сообщенную с обогреваемыми элементами. В противообледенительную камеру воздух поступает от компрессора через эжектор, сопло которого сообщено с компрессором, а камера смешения - с атмосферой. Горячий воздух, отбираемый от компрессора, после включения заслонки поступает в эжектор, где в камере смешения, направленной к входу в двигатель, смешивается с воздухом из атмосферы, снижает свою температуру и поступает на обогрев элементов входа [2].

Недостатком такого двигателя является низкая эффективность защиты от обледенения при работе на режимах, близких к режиму малого газа, из-за понижения расхода и температуры воздуха. Кроме того, при включении противообледенительной защиты снижается экономичность двигателя (увеличивается удельный расход топлива, уменьшается мощность (тяга)). Воздух, сбрасываемый из компрессора на режимах малого газа и минимальном крейсерском, не используется, а сбрасывается за борт.

Целью предлагаемого решения является подача на вход двигателя более сухого, чистого воздуха, что позволит уменьшить отбор обогревающего воздуха от компрессора. Это ведет к повышению эффективности защиты входа в двигатель от обледенения и к повышению экономичности двигателя. Кроме того, воздух, выбрасываемый от компрессора за борт на режимах малого газа и минимальном крейсерском, здесь выполняет полезную работу по очистке воздуха на входе в двигатель и транспортировке воды и пыли за борт, что также повышает экономичность двигателя.

Цель достигается тем, что ГТД содержит противообледенительную камеру, сообщенную с обогреваемыми элементами и магистралью, в которой установлена заслонка, с компрессором; эжектор, по крайней мере, с одним соплом, сообщенным с компрессором, и камерой смешения, сообщенной с атмосферой.

Новым в предлагаемом решении является то, что двигатель снабжен инерционным устройством с двумя каналами. Входы каналов сообщены с атмосферой на входе в двигатель. Выход одного из каналов сообщен с обогреваемыми элементами, а выход второго - с атмосферой на выходе двигателя. Эжектор установлен во втором канале; его сопло сообщено с компрессором дополнительной магистралью, а камера смешения направлена к выходу из двигателя.

В магистрали, сообщающей сопло эжектора с компрессором, может быть установлен клапан перепуска воздуха. Между эжектором и клапаном перепуска воздуха может быть выполнено ответвление магистрали, сообщающее сопло эжектора с компрессором через заслонку ручного включения эжектора.

На чертеже изображен предлагаемый ГТД.

Газотурбинный двигатель содержит камеру 1, сообщенную отверстиями 2 с обогреваемыми элементами 3 и магистралью 4, в которой установлена заслонка 5, с компрессором 6.

Двигатель снабжен инерционным устройством 7 с двумя каналами 8 и 9, входы 10, 11 которых сообщены с атмосферой на входе 12 в двигатель.

Выход 13 канала 8 сообщен с обогреваемыми элементами 3, а выход 14 канала 9 сообщен с атмосферой на выходе 15 двигателя. Эжектор 16 установлен в канале 9, его камера смешения 17 направлена к выходу 15 двигателя. Сопла 18 эжектора 16 сообщены дополнительной магистралью 19 с компрессором 6.

В дополнительной магистрали 19 установлен клапан 20 перепуска воздуха. Дополнительная магистраль 19 между эжектором 16 и клапаном 20 имеет ответвление 21, сообщающее сопла 18 эжектора 16 с компрессором 6 через заслонку 22 ручного включения эжектора 16.

При запуске ГТД компрессор 6 начинает раскручиваться. Если температура окружающей среды меньше плюс пяти градусов по Цельсию, автоматически включается заслонка 5. Обогревающий воздух от компрессора 6 через заслонку 5 по магистрали 4 поступает в противообледенительную камеру 1 и через отверстия 2 к обогреваемым элементам 3. Одновременно из средней части компрессора 6 (из-за осевых ступеней) сбросной воздух через клапан 20 перепуска воздуха по магистрали 19 устремляется к соплам 18 эжектора 16. Сброс воздуха осуществляется с целью обеспечения запасов газодинамической устойчивости на режимах малого газа и минимальном крейсерском. Заслонка 22 ручного включения эжектора 16 закрыта.

При восстановлении запасов газодинамической устойчивости на режимах выше минимального крейсерского сброс воздуха из-за компрессора прекращается. В этом случае возможно ручное включение эжектора через заслонку 22.

Воздух из атмосферы со входа 12 в двигатель поступает в каналы 8 и 9.

Эжектор 16 подсасывает атмосферный воздух по каналу 9 в камеру смешения 17, где образуется смесь горячего и атмосферного воздуха. За счет повышенного давления смесь транспортируется из камеры смешения 17 к выходу 15 и выбрасывается из двигателя.

Благодаря применению инерционного устройства 7 частицы влаги, а также пыли сепарируются и перемещаются к стенкам канала 9. Размещение эжектора 16 в канале 9 позволяет эвакуировать влагу и пыль из двигателя в атмосферу 15.

Предлагаемое решение позволяет существенно повысить надежность противообледенительной защиты, т.к. воздух на обогрев элементов входа двигателя поступает более сухой.

Меньшее количество влаги, поступающей с воздухом на вход в двигатель, позволяет уменьшить отбор горячего воздуха от компрессора, что повышает экономичность двигателя.

Кроме того, для очистки воздуха от влаги и пыли используется воздух, который на режимах малого газа и минимальном крейсерском раньше выбрасывался из средней части компрессора двигателя, что также повышает экономичность.

Источники информации
1. Р.Х. Тенишев и др. "Противообледенительные системы летательных аппаратов", М., Машиностроение, 1967, стр. 72, рис. 3, 23 - аналог.

2. Н.Т.Домотенко и др., "Авиационные силовые установки", стр. 229, рис. 8.1 - прототип.

Газотурбинный двигатель содержит противообледенительную камеру, сообщенную с обогреваемыми элементами и магистралью, в которой установлена заслонка с эжектором. Камера смешения эжектора сообщена с атмосферой, а сопло - с компрессором дополнительной магистралью. Двигатель также снабжен инерционным устройством с двумя каналами, входы которых сообщены с атмосферой на входе в двигатель. Выход одного канала сообщен с обогреваемыми элементами, а выход второго - с атмосферой на выходе двигателя. Эжектор установлен во втором канале. Камера смешения эжектора направлена к выходу из двигателя. Изобретение позволяет повысить надежность противообледенительной системы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий противообледенительную камеру, сообщенную с обогреваемыми элементами и магистралью, в которой установлена заслонка с компрессором, эжектор, по крайней мере с одним соплом, сообщенным с компрессором и камерой смешения, сообщенной с атмосферой, отличающийся тем, что двигатель снабжен инерционным устройством с двумя каналами, входы которых сообщены с атмосферой на входе в двигатель, выход одного канала сообщен с обогреваемыми элементами, а выход второго - с атмосферой на выходе двигателя, эжектор установлен во втором канале, его сопло сообщено с компрессором дополнительной магистралью, а камера смешения направлена к выходу из двигателя. 2. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в дополнительной магистрали установлен клапан перепуска воздуха. 3. Газотурбинный двигатель по п. 2, отличающийся тем, что в дополнительной магистрали между эжектором и клапаном перепуска воздуха выполнено ответвление, сообщающее сопло эжектора с компрессором через заслонку ручного включения эжектора.