ТРЕХВАЛЬНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02C9/18 

Изобретение относится к области бронетанковой техники, в частности к азотурбинным двигателям танков.

Известные устройства силовых установок, применяемые на современных объектах бронетанковой техники (например, см. объект 219. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга 2. М., Воениздат, 1979, с. 69-199).

Все эти силовые установки представляют собой комплекс различных узлов и агрегатов, включающие двигатель и обслуживающие его системы - питание топливом, воздухом, смазки, регулирования и защиты. Причем в последней системе не предусмотрена установка соответствующих устройств, способствующих повышению приемистости двигателя, сокращению времени переходных процессов, протекающих в двигателе в период разгона. Это является существенным недостатком, в результате которого ухудшаются динамические показатели силовой установки, снижается средняя скорость движения танка.

Из изученных аналогов в качестве прототипа взят газотурбинный двигатель ГТД-1000Т (1000 ТФ) (см. Двигатель ГТД-1000Т, техническое описание. М., Воениздат, 1980, 144 с.).

Двигатель, взятый в качестве прототипа, имеет существенный недостаток - низкую приемистость из-за отсутствия устройства, повышающего динамические качества двигателя и объекта в целом. В результате снижается средняя скорость движения и повышается вероятность поражения танка на поле боя из-за снижения маневренности.

Практически все современные транспортные ГТД имеют регулируемый сопловой аппарат (РСА). РСА в 2-х вальном ГТД имеет основную функцию - улучшение приемистости. В начале разгона РСА устанавливается в положение максимального проходного сечения (раскрыт), вследствие чего происходит перераспределение перепада давления между турбинами: уменьшение на силовой турбине и возрастание на турбокомпрессоре. Все это обеспечивает быстрый выход турбокомпрессора на максимальную частоту вращения и после прикрытия РСА осуществляется ускоренный разгон силовой турбины.

В 3-х вальном ГТД раскрытие РСА силовой турбины при разгоне турбокомпрессора положительного эффекта не дает. Это связано с характером перераспределения перепадов давления в последовательно расположенных турбинах компрессоров: он значительно возрастает на турбокомпрессоре 1 каскада (ТК1) и незначительно на турбокомпрессоре 2 каскада (ТК2), соответственно ТК1 быстро выходит на предельный скоростной режим и вступает в работу ограничитель его частоты вращения, уменьшая расход топлива, 2 каскад при этом не завершил процесс разгона. В итоге приемистость двигателя значительно снижается. Поэтому в настоящее время возникает необходимость установки дополнительных устройств, перераспределяющих темпы разгона турбокомпрессоров с таким расчетом, чтобы обеспечить одновременный их выход на установившийся режим (замедление разгона турбокомпрессора 1 каскада и ускорение турбокомпрессора 2 каскада). Кроме улучшения приемистости двигателя в этом случае можно ожидать увеличение запаса устойчивости компрессора 1 каскада.

Задачей настоящего технического решения является повышение приемистости двигателя. Она достигается путем выполнения обводного канала, который соединяет газовый тракт между турбинами 1 и 2 каскадов с газовым трактом перед силовой турбиной, в этом же канале установлен управляемый клапан.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже, которое состоит из компрессора низкого давления 1, камеры сгорания 2, турбины компрессора высокого давления 3, форсунки 4, турбины компрессора низкого давления 5, свободной силовой турбины 6, выпускного патрубка 7, регулируемого соплового аппарата силовой турбины 8, электроклапана 9, управляющего устройства клапана 10, обводного канала 11, компрессора высокого давления 12. Для раскрытия и закрытия РСА предполагается установка автомата разгона, аналогичного применяемым для 2-х вальных ГТД.

В процессе движения танка характер работы двигателя можно представить своеобразными циклами, включающими разгон, установившийся режим и торможение. Все эти циклы можно разбить на две группы. Первая - это циклы, совершающиеся обязательно при воздействии механика-водителя на органы управления двигателем. Вторая группа циклов - это малые циклы, которые совершаются без вмешательства механика-водителя при неизменном положении педали подачи топлива. Наличие таких циклов определяется микронеровностями местности. Следует отметить, что наиболее неблагоприятными, с точки зрения протекания рабочего процесса, является первая группа циклов.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При резком перемещении механиком-водителем педали подачи топлива в сторону увеличения подачи одновременно автомат разгона раскрывает лопатки РСА 8 и открывает управляемый клапан 10. Перепуск части газа мимо ТК1 5 к силовой турбине 6 через управляемый клапан 10 замедляет разгон турбокомпрессора 1 каскада 5 и ускоряет разгон турбокомпрессора 2 каскада 3, обеспечивая одновременный выход обоих каскадов на заданный режим. По окончании разгона автомат разгона закрывает клапан 10 и прикрывает лопатки РСА 8, обеспечивая быстрый выход с силовой турбины 6 на максимальный режим.

По расчетным данным оптимальное количество газа на перепуск через управляемый клапан должно составлять 6-7%. Реализация предлагаемого устройства позволит уменьшить время разгона турбокомпрессоров с 7-8 сек примерно до 3 сек.

Таким образом, установка обводного канала с управляемым клапаном для перепуска части газа мимо ТК1 на период разгона двигателя позволит повысить приемистость двигателя, его энергетические и экономические показатели, а также повысит динамические качества и живучесть объекта на поле боя. Простота предлагаемого устройства позволит легко и быстро осуществить реализацию данного изобретения в ходе модернизации объектов бронетанковой техники.

Танковый трехвальный газотурбинный двигатель выполнен с двумя турбокомпрессорами и свободной силовой турбиной с регулируемым сопловым аппаратом. В двигателе выполнен обводной канал, который соединяет газовый тракт между турбинами 1 и 2 каскадов с газовым трактом перед силовой турбиной. В этом канале установлен управляемый клапан. Изобретение позволяет повысить приемистость двигателя. 1 ил.

Танковый трехзальный газотурбинный двигатель с двумя турбокомпрессорами и свободной силовой турбиной с регулируемым сопловым аппаратом, отличающийся тем, что для повышения приемистости двигателя выполнен обводной канал, который соединяет газовый тракт между турбинами 1 и 2 каскадов с газовым трактом перед силовой турбиной, в этом же канале установлен управляемый клапан.