ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02C7/277 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к системам запуска газотурбинного двигателя.

Известна энергетическая установка для запуска газотурбинного двигателя, содержащая газогенератор с местом отбора сжатого воздуха и выхлопным трактом, сообщенный с воздушной турбиной пускового устройства и системой кондиционирования воздуха. Данная установка реализует подвод отбираемого от внешнего источника энергии, преимущественно вспомогательной силовой установки, сжатого воздуха к воздушной турбине пускового устройства и последующую раскрутку ротора двигателя пусковым устройством (Б.М.Кац, Э.С.Жаров, В.К.Винокуров. «Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей», М.: «Машиностроение», 1976 г., стр. 7-9).

Основным недостатком этого устройства является невысокий уровень энергоотдачи внешнего источника энергии, что снижает уровень энергии, подводимой к ротору двигателя при запуске, и тем самым не всегда обеспечивает установленное время надежного запуска двигателя. Увеличение же уровня энергоотдачи внешнего источника энергии приводит к увеличению его размерности, а значит к росту его веса, габаритов и стоимости.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение удельной мощности, подводимой от внешнего источника энергии к ротору двигателя для его надежного запуска без существенных изменений габаритов и веса этого источника энергии.

Задача решается тем, энергетическая установка для запуска газотурбинного двигателя, содержащая газогенератор с местом отбора сжатого воздуха и выхлопным трактом, сообщенный с воздушной турбиной пускового устройства и системой кондиционирования воздуха, снабжена подогревателем сжатого воздуха, выполненным в виде теплообменника, размещенного в выхлопном тракте газогенератора и соединенного своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а выходом - с воздушной турбиной пускового устройства, а также переключающим клапаном, соединенным своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а своими выходами - с подогревателем сжатого воздуха и с системой кондиционирования воздуха, при этом вал газогенератора может быть механически связан через муфту и редуктор с валом ротора двигателя.

Подогрев сжатого воздуха, отбираемого от внешнего источника энергии перед подачей его на воздушную турбину пускового устройства, увеличивает уровень подводимой энергии к ротору двигателя, при этом возрастает температура воздуха перед турбиной и растет ее мощность.

Выполнение подогревателя сжатого воздуха в виде теплообменника, размещенного в выхлопном тракте газогенератора, обеспечивает, с одной стороны, повышение мощности воздушной турбины, а с другой стороны, без увеличения расхода топлива на газогенератор снижает уровень шума от внешнего источника энергии и понижает температуру выхлопных газов, улучшая тем самым экологию.

В ряде случаев, особенно при эксплуатации авиационных двигателей в тяжелых климатических условиях, например при высокой температуре и низком давлении окружающей среды, в связи с уменьшением расхода сжатого воздуха от внешнего источника энергии, параллельно с подводом к ротору механической энергии от пускового устройства целесообразно подводить механическую энергию непосредственно от внешнего источника энергии, соединяя для этого вал ротора двигателя с валом ротора этого источника. Таким образом, при запуске двигателя к его ротору можно подвести как увеличенную за счет подогрева сжатого воздуха мощность воздушной турбины пускового устройства, так и дополнительную механическую мощность. Механическая связь вала газогенератора энергетической установки с валом ротора двигателя через муфту и редуктор позволяет регулировать подвод механической энергии к ротору двигателя.

Подводом от одного внешнего источника энергии сжатого воздуха и механической энергии можно значительно поднять его энергоотдачу, не увеличивая его вес, габариты и расход топлива. Сохранив исходные размеры и параметры внешнего источника энергии, можно значительно повысить надежность запуска двигателя, а также уменьшить его продолжительность.

Так как запуск двигателя протекает непродолжительное время, целесообразно в остальное время направлять сжатый воздух от энергетической установки в систему кондиционирования воздуха. При этом наличие клапана переключения, соединенного своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора энергетической установки, а своими выходами - с подогревателем сжатого воздуха и системой кондиционирования воздуха, позволяет переключать потоки сжатого воздуха с одного направления на другое, перекрывая одновременно невостребованное направление.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема энергетической установки для запуска газотурбинного двигателя.

Предлагаемая энергетическая установка содержит вспомогательную силовую установку (ВСУ) 1, включающую газогенератор с местом отбора сжатого воздуха 2, сообщенным с воздушной турбиной 3 пускового устройства 4 и системой кондиционирования воздуха 5. Между ВСУ 1 и пусковым устройством 4 установлен подогреватель сжатого воздуха, выполненный в виде теплообменника 6. Теплообменник 6 размещен в зоне выхлопного тракта 7 газогенератора ВСУ 1 и соединен своим входом через трубопровод 8 с местом отбора сжатого воздуха 2, а своим выходом - через трубопровод 9 с воздушной турбиной 3. Место отбора сжатого воздуха 2 ВСУ 1 соединено с системой кондиционирования воздуха 5 через переключающий клапан 10 и трубопровод 11. Вход переключающего клапана 10 соединен с местом отбора сжатого воздуха 2 ВСУ 1, а его выходы соединены с трубопроводами 8 и 11.

Воздушная турбина 3 через вал 12 механически связана с редуктором 13, который через вал 14 и муфту 15 соединен с валом 16 ротора газотурбинного двигателя 17.

Вал 18 газогенератора ВСУ 1 через муфту 19 также механически связан с редуктором 13.

Установка работает следующим образом.

Запускают газогенератор ВСУ 1 и выводят его на установившийся рабочий режим. Для кондиционирования воздуха в кабине пилота, например при проверке работы систем самолета на земле, воздух от места отбора сжатого воздуха 2 ВСУ 1 поступает в трубопровод 11, а из него в систему кондиционирования воздуха 5, при этом переключающий клапан 10 открыт в направлении трубопровода 11 и закрыт в направлении трубопровода 8.

На режиме запуска газотурбинного двигателя переключающий клапан 10 перекрывает доступ воздуха к системе кондиционирования воздуха 5 и открывает подачу сжатого воздуха в трубопровод 8, из которого воздух поступает на вход теплообменника 6. Пройдя теплообменник 6, воздух нагревается от газов, проходящих через выхлопной тракт 7 газогенератора ВСУ 1, и по трубопроводу 9 подается на воздушную турбину 3 пускового устройства 4. Механическая мощность, развиваемая турбиной 3, через вал 12, редуктор 13, вал 14 и муфту 15 передается на вал 16 ротора газотурбинного двигателя 17.

При соединении вала 18 посредством муфты 19 с редуктором 13 дополнительная механическая мощность передается от ВСУ 1 к редуктору 18, в котором далее суммируется с механической мощностью от турбины 3 пускового устройства 4. Суммарная мощность через вал 14 и муфту 15 передается на вал 16 двигателя 17, в результате чего происходит раскрутка его ротора. По достижении необходимых оборотов раскрутки ротора двигателя 17 муфта 15 отключает привод мощности от вала 14 и двигатель 17 самостоятельно выходит на устойчивый режим работы - режим малого газа. С выключением муфты 15 клапан 10 перекрывает подачу воздуха в трубопровод 11.

Изобретение позволяет повысить удельную мощность, подводимую от внешнего источника энергии к ротору двигателя при его запуске, повышая тем самым надежность запуска и снижая время, затрачиваемое на него.

Энергетическая установка для запуска газотурбинного двигателя содержит газогенератор с местом отбора сжатого воздуха и выхлопным трактом, сообщенный с воздушной турбиной пускового устройства и системой кондиционирования воздуха. Энергетическая установка снабжена подогревателем сжатого воздуха, выполненным в виде теплообменника, размещенного в выхлопном тракте газогенератора и соединенного своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а выходом - с воздушной турбиной пускового устройства, а также переключающим клапаном, соединенным своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а своими выходами - с подогревателем сжатого воздуха и системой кондиционирования воздуха. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая установка для запуска газотурбинного двигателя, содержащая газогенератор с местом отбора сжатого воздуха и выхлопным трактом, сообщенный с воздушной турбиной пускового устройства и системой кондиционирования воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена подогревателем сжатого воздуха, выполненным в виде теплообменника, размещенного в выхлопном тракте газогенератора и соединенного своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а выходом - с воздушной турбиной пускового устройства, а также переключающим клапаном, соединенным своим входом с местом отбора сжатого воздуха газогенератора, а своими выходами - с подогревателем сжатого воздуха и системой кондиционирования воздуха.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вал газогенератора механически связан через муфту и редуктор с валом ротора двигателя.