ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ, ОБЕСПЕЧЕННОЙ РАЗГРУЗОЧНЫМ КОНТУРОМ Российский патент 2021 года по МПК F02C7/14 F04D27/02 F02C6/08 F02C3/32 

Изобретение относится к области турбомашин, и в частности, к турбовинтовым двигателям, а также к двухконтурным турбореактивным двигателям, таким как двухконтурные турбореактивные двигатели, используемые в гражданской авиации и обеспеченные узлом, в котором циркулирует смазочное масло, перед охлаждением, в соответствии с определенными фазами функционирования. Этот узел представляет собой, например, коробку скоростей.

Для повышения своей производительности, при снижении шума и потребления топлива, турбомашины, такие как турбовинтовые двигатели, должны иметь винты типа «многолопастного винта» большого диаметра, с низким числом оборотов. Или, мощность, передаваемая винту, вращающемуся при слабой скорости, газовым генератором, вращающимся при большой скорости, посредством механической коробки скоростей, порождает большое количество теплоты, из-за механических потерь, то есть, из-за трения. Следует понимать, то эту теплоту необходимо эффективно отводить или рассеивать, во избежание быстрого разрушения механических деталей редуктора, таких как зубчатые зацепления и подшипники, или ухудшения качества смазки редуктора, с угрозой потери выходной мощности турбомашины. Или, даже при выходной мощности, близкой или чуть превышающей 99%, коробка скоростей турбомашины с механической мощностью 10000 кВт высвобождает, несмотря ни на что, тепловую мощность, близкую к 100 кВт, из-за механических потерь. Из данной области техники хорошо известен отвод этого типа теплоты, то есть, рассеивание такой тепловой мощности, за счет циркуляции смазочного материала коробки скоростей по замкнутому контуру посредством насоса или термосифона в радиаторе, таком как масляный радиатор или воздушно-масляный теплообменник, например, теплообменник, известный как ACOC (air cooled/oil cooler, воздушно-масляный теплообменник).

Может быть предложен турбовинтовой двигатель, содержащий ковш, в котором расположен теплообменник, по которому циркулирует смазочное вещество, как это известно из документа EP-0.511.770-A1.

В таком турбовинтовом двигателе, воздух, двигаясь через теплообменник, отводит тепло наружу из ковша, и охлажденное смазочное вещество возвращается в коробку скоростей по цепи охлаждения. На входе или на выходе из ковша в случае необходимости может быть расположена заслонка, для регулирования расхода потока воздуха, проходящего через теплообменник, для регулирования температуры смазочного вещества, например, для стадий функционирования турбовинтового двигателя, при которых радиатор имеет слишком большой размер относительно тепловой энергии, которую он должен отводить.

Однако, для низких скоростей самолета, и для скоростей, при которых функционирует турбовинтовой двигатель, пропускания воздуха через теплообменник может быть недостаточно. Для устранения этого неудобства, известно предложение турбовинтового двигателя, содержащего охлаждающее устройство, содержащего теплообменник, один выход для воздуха которого связан с эжектором типа струйного насоса. Такой эжектор содержит трубопровод для вторичного потока воздуха, выходящий из теплообменника, содержащий, по меньшей мере, одно сопло для распыления первичного потока воздуха, исходящего из компрессора турбовинтового двигателя, предназначенное для ускорения вторичного потока воздуха за счет эффекта Вентури. Ниже по течению относительно сопла, первый патрубок меньшего поперечного сечения образует смеситель, а второй патрубок, большего поперечного сечения образует диффузор.

Точнее говоря, в документах EP 1.018.468-A1 и US-8.261.527-B1 предложен турбовинтовой двигатель типа, описанного ранее, содержащий поднятую заслонку ниже по потоку относительно трубопровода эжектора, который позволяет, в частности, регулировать поток воздуха.

Распылительное сопло, как правило, снабжается через отбирающий отвод или трубопровод, воплощенный для компрессора турбовинтового двигателя, селективным образом, посредством клапана, который позволяет осуществлять циркуляцию потока воздуха, также отбираемого, в зависимости от потребностей в снабжении сопла.

Обычно струйный насос используют для содействия недостаточному вторичному потоку воздуха, проходящему через теплообменник, и эта конфигурация встречается, как правило, для пониженных скоростей течения воздуха через теплообменник, например, когда самолет, который обеспечен турбомашиной, выруливает на низкой скорости или остановлен в ожидании старта.

Если большинство турбомашин обычно содержат стандартные устройства отбора воздуха на компрессорах, предназначенные для снабжения воздухом различных устройств, как, например, устройство сжатия или кондиционирования воздуха кабины соответствующего летательного аппарата, которые они могут содержать помимо разгрузочных устройств, которые предназначены для предотвращения явлений помпажа в компрессорах этих турбомашин, и в частности, в компрессорах высокого давления.

На самом деле, в турбомашине воздух направляется через несколько ступеней компрессора, до достижения камера сгорания. Когда воздух последовательно проходит через ступени компрессора, давление воздуха повышается. При определенных условиях, например, когда двигатель функционирует при режимах низкой мощности, может возникать явление помпажа.

Помпаж представляет собой циклическое явление, в основном присущее динамическим компрессорам. На самом деле, в компрессоре, сжатие достигается за счет обмена энергией в газе, приведенном в движение в областях лопастей. В области крыла самолета, который при повышенном угле атаке и при пониженной скорости теряет свою подъемную силу и «тормозит», компрессор может быть приторможен. При пониженном расходе потока, компрессор больше не позволяет пропускать поток воздуха. Когда в компрессоре образуется соприкосновение двух систем с различными давлениями, то есть, соответственно, системы подсасывания и системы выталкивания, в случае торможения, вместимость системы выталкивания, которая демонстрирует более высокое давление, способна опорожняться в пользу вместимости системы подсасывания за счет расхода потока в компрессоре в режиме противотока.

Когда система выталкивания становится достаточно разреженной в пользу системы подсасывания, компрессор переходит к новым условиям функционирования, которые позволяют ему устанавливать расход потока в надлежащем направлении, вплоть до возобновления нового цикла нестабильности.

Эти большие циклические флуктуации расхода потока, носящие название помпажа, похожи на серию ударов, механические последствия которых могут быть катастрофическими и вызывать, например, разрушения лопаток, или радиальные вибрации на очень высоком уровне, с разрушением конструкций, обеспечивающих внутреннюю герметичность центрифужных компрессоров.

Следовательно, современные турбомашины содержат разгрузочные устройства для своих компрессоров. Разгрузочное устройство состоит в основном из отбирающего отвода или трубопровода больших размеров, воплощенного для выталкивания из компрессора, например, компрессора высокого давления, который позволяет, для пониженных расходов потока, уменьшить давление ниже по течению относительно компрессора, для предотвращения выталкивания, и впоследствии, - для предотвращения явления помпажа. Воздух, отобранный в компрессоре, может быть откачан с помощью различных устройств вовнутрь или наружу из струи внутреннего газового потока турбомашины.

Разгрузочное устройство предназначено для откачки воздуха под давлением в соответствии с повышенными расходами потока, и для достижения этого эффекта оно содержит отбирающие отводы или трубопроводы, которые, с учетом занимаемой площади и эффективности разгрузки, всегда размещают ниже по течению относительно компрессора, разгрузку которого они обеспечивают, причем эти трубопроводы должны с одной стороны, обеспечивать разгрузку всех соответствующих ступеней компрессора, а с другой стороны обладать достаточными размерами, позволяющими пропускать большие расходы потока.

Таким образом, стандартная турбомашина, имеющая разгрузочное устройство и охлаждающее устройство типа, описанного ранее, может содержать стандартный отбирающий отвод или трубопровод, и при этом отбирающий отвод или трубопровод приданы разгрузочному устройству, и оба они воплощены на одном и том же компрессоре и предназначены для снабжения, с одной стороны, охлаждающего устройства, а с другой стороны, - разгрузочного устройства, в условиях, как-никак, аналогичных, т.е., когда турбомашина функционирует в режиме пониженного числа оборотов.

Эта концепция представляется неудобной из-за необходимости увеличения числа отбирающих отводов или трубопроводов на компрессоре, и даже соответствующих клапанов.

Изобретение устраняет это неудобство, предлагая турбомашину, обеспеченную для ее снабжения, по меньшей мере, частично, компоновкой этих устройств.

Для этой цели, в изобретении предложена турбомашина, содержащая разгрузочное устройство компрессора особо высокого давления, содержащее, по меньшей мере, один разгрузочный клапан упомянутого компрессора, один выход которого связан с разгрузочным контуром, пригодным для откачки потока нагнетаемого воздуха, и, по меньшей мере, одно охлаждающее устройство узла, содержащего теплообменник, один выход для воздуха которого связан с эжектором типа струйного насоса, который содержит трубопровод вторичного потока воздуха, выходящего из упомянутого выхода для воздуха, а также распылительное сопло первичного потока воздуха, направленного вовнутрь упомянутого трубопровода, распыление которого подаётся селективному управлению или прерыванию непосредственно клапаном эжектора, причем эта турбомашина выгодно характеризуется тем, что сопло соединено с упомянутым разгрузочным контуром.

Согласно другим характеристикам изобретения:

- разгрузочный контур компрессора содержит, по меньшей мере, один выход, предназначенный для откачки потока нагнетаемого воздуха в струю внутреннего газового потока турбомашины,

- разгрузочный контур компрессора содержит, по меньшей мере, один выход, предназначенный для откачки потока нагнетаемого воздуха наружу из струи внутреннего газового потока турбомашины,

- разгрузочный контур содержит, по меньшей мере, один выход, предназначенный для откачки потока нагнетаемого воздуха наружу из турбомашины,

- разгрузочный контур компрессора содержит один единственный выход, состоящий из распылительного сопла,

- разгрузочный клапан представляет собой двухканальный, вход которого соединен с компрессором, и один выход которого соединен с разгрузочным контуром и с соплом охлаждающего устройства, причем распыление первичного потока воздуха в сопле управляется или прерывается исключительно разгрузочным клапаном,

- разгрузочный клапан представляет собой регулируемый клапан, по меньшей мере, с тремя каналами, вход которого соединен с компрессором, один выход которого соединен с разгрузочным контуром, и, по меньшей мере, один выход которого связан с соплом, связанным с охлаждающим устройством, причем клапан обеспечивает плавное регулирование расхода потока между его выходами,

- теплообменник представляет собой теплообменник воздух/охлаждающее масло смазочного масла узла турбомашины,

- вход воздуха теплообменника каждого охлаждающего устройства соединен для его снабжения внешним воздухом с воздухозаборником, открывающимся в поверхности гондолы опоры турбомашины,

- турбомашина содержит, по меньшей мере, два охлаждающих устройства, у которых входы для воздуха теплообменников связаны с таким же количеством выходов регулируемого клапана снабжения, по меньшей мере, с тремя каналами, вход которого соединен с общим воздухозаборником, причем упомянутый клапан снабжения обеспечивает плавное регулирование расхода потока воздуха, по меньшей мере, между двумя его выходами.

Изобретение также относится к способу управления охлаждающим устройством, по меньшей мере, одного узла турбомашины, содержащей теплообменник, один выход для воздуха которого связан с эжектором типа струйного насоса, который содержит трубопровод вторичного потока воздуха, выходящий из упомянутого выхода для воздуха, а также одно распылительное сопло первичного потока воздуха, текущего вовнутрь упомянутого трубопровода.

Этот способ характеризуется тем, что он содержит, по меньшей мере, один этап снабжения распылительного сопла, в ходе которого распылительное сопло снабжают потоком нагнетаемого воздуха, поступающим из разгрузочного контура компрессора турбомашины, и, по меньшей мере, один этап прерывания снабжения распылительного сопла.

Согласно другой характеристике способа этап снабжения соответствует функционированию при низкой мощности турбомашины, а именно, функционированию при замедленном режиме, в ходе которого разгрузочный клапан, один выход которого соединен с разгрузочным контуром, открыт, а этап прерывания снабжения распылительного сопла соответствует функционированию при номинальной или максимальной мощности, в ходе которого разгрузочный клапан закрыт.

Изобретение будет лучше понято, и другие детали, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более ясными из прочтения описания, которое будет приведено лишь в качестве не ограничивающего примера, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фигура 1 представляет собой разрез турбовинтового двигателя согласно уровню техники;

- Фигура 2 представляет собой схематическое изображение турбомашины согласно уровню техники;

- Фигура 3 представляет собой схематическое изображение первого варианта воплощения турбомашины, реализованного в соответствии с изобретением;

- Фигура 4 представляет собой разрез первого варианта турбовинтового двигателя согласно первому варианту воплощения изобретения;

- Фигура 5 представляет собой разрез второго варианта турбовинтового двигателя согласно первому варианту воплощения изобретения;

- Фигура 6 представляет собой разрез третьего варианта турбовинтового двигателя согласно первому варианту воплощения изобретения;

- Фигура 7 представляет собой схематическое изображение второго варианта воплощения турбомашины, воплощенного в соответствии с изобретением;

- Фигура 8 представляет собой разрез турбовинтового двигателя согласно второму варианту воплощения изобретения;

- Фигура 9 представляет собой схематическое изображение третьего варианта воплощения турбомашины, воплощенного в соответствии с изобретением;

- Фигура 10 представляет собой схематическое изображение четвертого варианта воплощения турбомашины, реализованного в соответствии с изобретением.

В описании, которое последует далее, идентичные ссылочные обозначения обозначают идентичные детали или обладают аналогичными функциями.

На Фигуре 1 представлены основные элементы турбомашины 10, установленные в гондоле 11 под крылом 12 самолета.

В этом случае, турбомашина 10 представляет собой турбовинтовой двигатель, но эта конфигурация никоим образом не ограничивает изобретение.

В части выше по течению относительно него находится воздушный винт 14, приводимый во вращение турбиной 16, с помощью непосредственно коробки скоростей 18.

Турбина 16 принимает газ сгорания из камеры сгорания, на которую подают воздух за счет внутренней циркуляции воздуха 20, вход в которую осуществляется через входной рукав 22, который расположен непосредственно ниже по течению относительно воздушного винта 14, в начале чехла выше по течению 24 относительно гондолы 11 турбовинтового двигателя 10. Течение газов через турбовинтовой двигатель 10 было представлено стрелками «G».

Редуктор 18 снабжается смазочным веществом по контуру 26 для смазочного вещества, который содержит в основном трубопроводы 28, насос 30 и теплообменник 32, предназначенный для обеспечения охлаждения смазочного вещества, циркулирующего в коробке скоростей 18.

Теплообменник 32 составляет часть охлаждающего устройства 50, которое простирается по всему продольному направлению турбовинтового двигателя. Охлаждающий воздух теплообменника 32 отбирают ниже по течению относительно входного рукава 22. Для этого эффекта используют прорезь 34 воздухозаборника, размещенного на контуре 20 внутренней циркуляции воздуха турбомашины, ниже по течению относительно входного рукава 22, для снабжения трубопровода 36 для подачи воздуха, который снабжает воздухом свободный теплообменник 32, расположенный в средней 38 части охлаждающего устройства 50, расширяющейся на концах приемного теплообменника 32.

Охлаждающее устройство 50 образовано из трубопровода 40 для откачки, размещенного ниже по течению относительно центральной 38 части, для продолжения циркуляции воздуха в теплообменнике 32 и для откачки воздуха в окружающую среду 60. Кроме того, расход потока через охлаждающее устройство 50 можно регулировать с помощью заслонки 44, размещенной в трубопроводе 40 для откачки.

В таком турбовинтовом двигателе 10 функционирование охлаждающего устройства связано с условиями функционирования турбовинтового двигателя 10.

Также, при пропускании воздуха при большой скорости в турбулентном режиме, например, в ходе продолжительного пропускания, или при сильном охлаждении, воздух, проникающий в прорезь 34 воздухозаборника, направляющийся подающим трубопроводом 36 через теплообменник 32 и откачиваемый трубопроводом 40 для откачки, как правило, в достаточной мере охлаждает теплообменник 32 и смазочное вещество, через которое проходит. При определенных условиях, по ситуации может быть необходимым модулирование расхода потока воздуха в охлаждающем устройстве 50 посредством заслонки 44, для предотвращения слишком сильного охлаждения смазочного вещества, что, таким образом, препятствует функционированию редуктора 18. Заслонкой 44 можно успешно управлять с помощью устройства автоматического регулирования функционирования турбовинтового двигателя 10, которое предпочтительно является устройством типа «FADEC» (Full Authority Digital Engine Control, автономная цифровая система управления двигателем), и которое приводится в действие известным электрическим, электромеханическим, гидравлическим или электрогидравлическим способом, таким как силовой привод (не показан).

Зато, при низкой скорости, или при условиях, при которых потока воздуха естественным образом доходит до трубопровода 36 для подачи воздуха, недостаточно, например, при ожидании на стоянке, при замедленной циркуляции на земле, или при выруливании при сильном нагреве, доказана полезность усиления расхода потока циркуляционного воздуха в охлаждающем устройстве 50.

При этом эффекте, цепь 50 охлаждения содержит ниже по течению относительно теплообменника 32 и выше по течению относительно трубопровода 40 для откачки эжектор 46 типа струйного насоса.

Как проиллюстрировано на Фигуре 1, такой эжектор 46 содержит в основном трубопровод 48 для пропускания вторичного потока воздуха, исходящего из радиатора 32, и, по меньшей мере, одно сопло 52 для распыления первичного потока воздуха вовнутрь упомянутого трубопровода 48, предназначенное для ускорения потоке воздуха под действием трубки Вентури.

Как проиллюстрировано на Фигуре 1, сопло 52 снабжается первичным воздухом по отбирающему 54 трубопроводу, связанному с компрессором 56 турбовинтового двигателя 10, и циркуляцией воздуха внутри этого отбирающего 54 трубопровода можно управлять или прерывать ее с помощью клапана 58 эжектора.

Впрыскивание первичного воздуха позволяет под действием трубки Вентури ускорять вторичный поток воздуха, и впоследствии, когда это требуется, - повышать расход потока, проходящего через теплообменник 32, с достижением эффекта повышенного охлаждения.

Схематическая конфигурация такого охлаждающего устройства 50 в более общем виде также была представлена частично и схематически на Фигуре 2, причем упомянутое охлаждающее устройство 50 находило свое применение для любой турбомашины, содержащей теплообменник 32, предназначенный для охлаждения узла, и нетипично, для турбодвигателя, содержащего теплообменник 32, предназначенный для охлаждения редуктора 18.

Что касается Фигуры 1, турбовинтовой двигатель 10 содержит также стандартное разгрузочное устройство 62, предназначенное для предотвращения явления помпажа внутри компрессора 56.

Устройство 62 последовательно содержит отбирающий отвод 64 или трубопровод, связанный с компрессором 56, и разгрузочный клапан 66 упомянутого компрессора, один выход которого связан с разгрузочным контуром 68, пригодным для откачки потока нагнетаемого воздуха. Разгрузочный клапан 66 более известен под названием клапана HBV или «Handling Bleed Valve», - клапана отбора, регулируемого летчиком.

На Фигуре 1 представлено разгрузочный контур 68, образованного из ковша 74, который позволяет откачивать воздух для разгрузки компрессора 56 непосредственно в окружающую среду, но следует понимать, что разгрузочный контур 68 может принимать и другие конфигурации, как в дальнейшем видно применительно к различным вариантам изобретения.

В этой конфигурации, хорошо видно на Фигуре 1, как и на Фигуре 2, что турбомашина, как турбовинтовой двигатель 10, обеспеченный охлаждающим устройством 50 и разгрузочным устройством 62, содержит два отбирающих 54 и 64 трубопровода и два клапана, т.е., клапан 58 эжектора и разгрузочный клапан 66.

Или эти клапаны 58, 66 управляются при их открытии при одинаковых условиях функционирования турбомашины, т.е., при режимах пониженного числа оборотов турбомашины и при низкой скорости, - с одной стороны, в рамках разгрузочного устройства 62, для предотвращения явления помпажа внутри компрессора 56, а с другой стороны - в рамках охлаждающего устройства, для повышения расхода потока в теплообменнике 32.

Дублирование, по меньшей мере, отбирающих трубопроводов 54 и 64 повышает массивность турбомашины 10 и повышает ее сложность.

Изобретение устраняет это неудобство, предлагая турбомашину 10 типа, описанного ранее, характеризующуюся тем, что, как схематически проиллюстрировано на Фигурах 3, 7, 9 и 10, сопло 52 охлаждающего устройства 50 соединено с разгрузочным контуром 68 разгрузочного устройства 62.

В более общем виде, изобретение предлагает турбомашину 10, содержащую, по меньшей мере, одно охлаждающее устройство 50 содержащее, по меньшей мере, одно распылительное сопло 52, связанное с этим охлаждающим устройством 50, которое соединено с разгрузочным контуром 68 турбомашины 10.

Следует понимать, что, как видно из продолжения настоящего описание, турбомашина 10 может содержать несколько охлаждающих устройств 50 и несколько соответствующих сопел 52, как это будет описано, в частности, для турбовинтового двигателя 10 согласно Фигурам 7-10.

Эта конфигурация позволяет удачно снабжать сопла 52 охлаждающего устройства 50 с помощью разгрузочного контура 68, без использования специального отбирающего трубопровода типа отбирающего трубопровода 54, который был представлен на Фигуре 2, а следовательно, без необходимости в дополнительной насадке на кожухе компрессора 56. Таким образом, эта конфигурация позволяет уменьшить количество трубопроводов, применяемых в турбомашине 10.

Согласно первому варианту воплощения изобретения, который был представлен на Фигуре 3, разгрузочный клапан представляет собой двухканальный клапан 66, вход которого соединен с компрессором 56, и один выход которого соединен с разгрузочным контуром 68. Сопло 52 охлаждающего устройства 50 соединено с разгрузочным контуром 68 ниже по течению относительно выхода разгрузочного клапана 66. Тем самым, распыление первичного потока воздуха в сопле 52 управляется или прерывается исключительно разгрузочным клапаном 66. Разгрузочный клапан 66 впоследствии играть роль клапана эжектора.

На самом деле, разгрузочному клапану 66 дается команда на открытие точно в соответствии с условиями функционирования турбомашины, которые также требуются для снабжения охлаждающего устройства 50, и, таким образом, упомянутое охлаждающее устройство 50 может снабжаться непосредственно через разгрузочный клапан 66 по разгрузочному контуру 68. Таким образом, эта конфигурация позволяет уменьшить количество клапанов, применяемых в турбомашине 10, т.е., для режимов с меньшим числом оборотов турбомашины и при низкой скорости.

Как было упомянуто ранее, разгрузочный контур 68 может принимать различные конфигурации, и сопло 52 может быть соединено с этим разгрузочным контуром 68 в любой конфигурации.

Например, как проиллюстрировано на Фигуре 4, которая представляет первую разновидность первого варианта воплощения изобретения, разгрузочный контур 68 может содержать, по меньшей мере, один выход 70, предназначенный для откачки потока нагнетаемого воздуха во внутренний газовый поток турбовинтового двигателя 10, например, в реактивную трубу 72. Охлаждающее устройство 50 содержит ответвление 55, связанное с разгрузочным контуром 68, что позволяет снабжать сопло 52.

Разгрузочный контур 68 компрессора также может содержать, по меньшей мере, один выход, предназначенный для откачки отобранного воздух наружу из внутреннего газового потока турбовинтового двигателя 10. Там еще охлаждающее устройство 50 содержит ответвление 55, связанное с разгрузочным контуром 68, что позволяет снабжать сопло 52.

Например, как проиллюстрировано на Фигуре 5, которая представляет вторую разновидность первого варианта воплощения изобретения, разгрузочный контур 68 может содержать выход, предназначенный для откачки потока нагнетаемого воздуха непосредственно наружу из турбовинтового двигателя 10, т.е., в окружающую среду 60, непосредственно через ковш 74, аналогичный тому, который был представлен ранее на Фигуре 1 применительно к уровню техники. В этом случае, охлаждающее устройство 50 также содержит ответвление 55, связанное с разгрузочным контуром 68, что позволяет снабжать сопло 52, и это ответвление, например, локализовано в ковше 74.

Наконец, согласно третьей разновидности первого варианта воплощения изобретения, который был представлено на Фигуре 6, разгрузочный контур компрессора может содержать один единственный выход, состоящий из распылительного сопла 52. В этом случае, ранее упомянутый разгрузочный контур 68 просто заменен распылительным соплом 52, а трубопровод ответвления 55 дополняет насадку 64. Это решение значительно упрощает разгрузочный контур 68, но, тем не менее, требует тщательного расчета для определения размеров сопла 52 и расхода потока через разгрузочный клапан 66, чтобы расход потока не был слишком большим, и чтобы не было риска возникновения слишком сильного охлаждения теплообменника 32.

Согласно второму - четвертому вариантам воплощения изобретения разгрузочный клапан представляет собой регулируемый клапан 67, по меньшей мере, с тремя каналами, вход которого 69 соединен с компрессором 56, один выход которого 71 соединен с разгрузочным контуром 68, и, по меньшей мере, один выход которого 73 связан, по меньшей мере, с одним соплом 52, связанным с соответствующим охлаждающим устройством 50, причем клапан 67 обеспечивает плавное регулирование расхода потока между его выходами.

Как проиллюстрировано на Фигуре 7, согласно второму варианту воплощения изобретения турбомашина 10 содержит только охлаждающее устройство 50, а клапан 67 представляет собой трехканальный клапан, способный регулировать расход потока отобранного воздуха на компрессоре 56, с которым он связан через свой вход 69, для распределения отобранного воздуха между его выходом 71, связанным с разгрузочным устройством 68, и его выходом 73, связанным с соплом 52 эжектора 46 охлаждающего устройства 50. Клапан 67 может, например, состоять из одного золотникового клапана, позволяющего осуществлять плавное регулирование расхода потока воздуха между его выходами 71 и 73, с изменением поперечного сечения канала, определяемого положением золотника.

Такой клапан 67 хорошо известен из уровня техники, и он не будет дальше описан в дальнейшем в настоящем описании.

Такая конфигурация позволяет путем плавного регулирования расхода потока между выходами 71, 73 клапана 67 регулировать расход потока воздуха, подаваемого на сопло 52, в зависимости от стадий полета, и адаптировать рабочие характеристики теплообменника 32 к температуре масла, которая сама по себе обусловлена окружающей средой двигателя, например, окружающей средой, соответствующей изменению положения летательного аппарата на земле, в полете на низкой высоте или в полете на большой высоте.

Как проиллюстрировано на Фигуре 9, согласно третьему варианту воплощения изобретения турбомашина 10 содержит два охлаждающих устройства 50, 50' и разгрузочный клапан 67 представляет собой регулируемый четырехканальный клапан, вход которого 69 соединен с компрессором 56, один выход которого 71 соединен с разгрузочным контуром 68, и два выхода 73, 73' которого связаны с соплами 52, 52', каждое из которых, в свою очередь, связано с независимыми охлаждающими устройствами 50, 50'. Каждое устройство 50, 50' содержит теплообменник 32, 32', обеспеченный воздухозаборником 34, 34' и выходом для воздуха, который связан с эжектором 46, 46' типа струйного насоса, содержащего трубопровод 48, 48' для пропускания вторичного потока воздуха, выходящего из этого выхода для воздуха, распылительным соплом 52, 52', введенным вовнутрь упомянутого трубопровода 48.

В этой конфигурации, клапан 67 способен регулировать расход потока отобранного воздуха на компрессоре 56, с которым он связан через свой вход 69, для распределения отобранного воздуха между его выходом 71, связанным с разгрузочным устройством 68, и его выходами 73, 73', связанными с соплами 52, 52' эжекторов 46, 46' охлаждающих устройств 50, 50'. Аналогично предыдущему варианту воплощения, разгрузочный клапан 67 может, например, состоять из золотникового клапана, позволяющего осуществлять плавное регулирование расхода потока воздуха между его выходами 71, 73 и 73'.

Эта конфигурация, в частности, адаптирована для турбомашины 10, для которой, с учетом ограничений по установке и занимаемому месту охлаждающих устройств 50, 50', является более предпочтительным использовать несколько теплообменников 32, 32' меньшего размера, чем один теплообменник повышенного размера. Каждый теплообменник 32, 32', независимо снабжаемый воздухом, также может быть связан с независимым контуром теплоносителя, который независимым образом охлаждает узел 18.

Следует понимать, что изобретение не ограничено вариантами воплощения, включающими в себя трех- и четырехканальные разгрузочные клапаны, но может содержать клапан, содержащий большее количество каналов, а следовательно, и большее количество выходов, каждый из которых связан с охлаждающим устройством.

Фигура 10 иллюстрирует четвертый вариант воплощения изобретения, в котором разгрузочный клапан 67 также является регулируемым четырехканальным клапаном, вход которого 69 соединен с компрессором 56, один выход которого 71 соединен с разгрузочным контуром 68, и у которого два выхода 73, 73' связаны с соплами 52, 52', каждое из которых связано с независимым охлаждающим устройством 50, 50'.

Однако, в этом третьем варианте воплощения каждое из устройств 50, 50' содержит соответствующие теплообменники 32, 32', которые обеспечены общим воздухозаборником 34. Эта конфигурация, в частности, адаптирована для турбомашины 10, которая входит в гондолу 11, в которой имеющееся свободное место не позволяет размещать более одного воздухозаборника 34. В этом варианте воплощения теплообменники 32, 32' выгодно связаны с двумя выходами 39, 39' одного питающего35 клапана, сконфигурированного в форме регулируемого трехканального клапана, вход 37 которого соединен с общим воздухозаборником 34, причем питающий 35 клапан обеспечивает плавное регулирование расхода потока воздуха, по меньшей мере, между двумя его выходами 39.

Следует понимать, что в случае турбомашины, содержащей большее количество охлаждающих устройств, может быть предусмотрен общий воздухозаборник 34, связанный с многоканальным клапаном, содержащим столько выходов, сколько турбомашина содержит охлаждающих устройств.

Также следует понимать, что в третьем и четвертом вариантах воплощения изобретения выбор количества охлаждающих устройств 50, 50' будет непосредственно продиктован свободным местом в гондоле 11 и расходами на размещение таких устройств.

Как правило, в предпочтительном варианте воплощения изобретения теплообменник 32 представляет собой теплообменник воздух/охлаждающее масло смазочного масла узла турбомашины 10.

Например, в случае турбовинтового двигателя 10 типа того, который был представлен на Фигурах 4-6, узел представляет собой редуктор, аналогичный редуктору 18 по Фигуре 1.

Слишком сильное охлаждение масла, циркулирующего в теплообменнике 32, может повредить производительности этого редуктора 18. Таким образом, становится важным контролировать применение охлаждающего устройства или устройств.

Также, изобретение предлагает способ управления, по меньшей мере, одним охлаждающим устройством 50, по меньшей мере, одного узла 18 турбомашины, содержащей теплообменник 32, один выход для воздуха которого связан с эжектором 46 типа струйного насоса, который содержит трубопровод 48 для пропускания вторичного потока воздуха, выходящего из упомянутого выхода для воздуха, а также распылительное сопло 52 для первичного потока воздуха, направленного вовнутрь упомянутого трубопровода 48, который содержит, по меньшей мере, один этап снабжения воздухом распылительного сопла 52, в ходе которого распылительное сопло 52 снабжают потоком нагнетаемого воздуха, поступающим из разгрузочного контура 68 компрессора турбомашины. Этот этап снабжения соответствует функционированию при низкой мощности турбомашины 10, а именно, функционирование при замедленном режиме, в ходе которого открыт разгрузочный клапан 66, 67, один выход которого соединен с разгрузочным контуром 68. Согласно вариантам воплощения турбомашины 10, а именно, в случае использования многоканального разгрузочного клапана 67, распылительное сопло 52 снабжают потоком нагнетаемого воздуха, регулируемым клапаном 67.

Следует понимать, что так как для улучшения охлаждения теплообменника 18 использование струйного насоса больше не требуется, способ определяет этап прерывания снабжения распылительного сопла 52. Этот этап прерывания снабжения распылительного сопла 52 соответствует функционированию при номинальной или максимальной мощности, в ходе которого разгрузочный клапан 66, 67 закрыт.

Таким образом, изобретение позволяет распределять одну и ту же подачу сжатого воздуха в пользу разгрузочного контура 68 и охлаждающего устройства 50, а также распределять команду на эту подачу на использование общего разгрузочного клапана 66 или 67, что позволяет значительно уменьшить полезную массу турбомашины 10.

Изобретение также позволяет распределить один воздухозаборник 34 между несколькими охлаждающими устройствами 50, 50'.

Является предпочтительным, чтобы воздухозаборники 34 или 34', используемые в турбомашине согласно изобретению, представляли собой воздухозаборники с прорезями, аналогичные тем, которые были представлены на Фигурах 4, 5, 6 и 8. Однако, использование воздухозаборников типа ковша, расположенного на одном уровне, типа Flush или NACA, или еще использование ковша динамического типа может быть воплощено без изменения сущности изобретения, причем выбор типа воздухозаборника определяется корреляцией расхода потока воздуха, которую он способен обеспечить, и определением размеров узлов соответствующего охлаждающего устройства или устройств.

Таким образом, изобретение позволяет легко и эффективно упростить цепь охлаждения узла турбомашины.

Турбомашина (10) содержит устройство (62) отвода воздуха из компрессора (56) и охлаждающее устройство (50). Устройство (62) отвода воздуха из компрессора (56) высокого давления содержит клапан отвода воздуха из компрессора (56), выход которого связан с контуром (68) отвода воздуха из компрессора, выполненным с возможностью отвода от компрессора потока нагнетаемого воздуха под давлением в или за пределы внутреннего потока струи газа турбомашины. Причем упомянутый контур отвода воздуха содержит отвод (64), расположенный ниже по потоку от компрессора (56). Охлаждающее устройство (50) узла (18) содержит теплообменник (32), выход для воздуха которого связан с эжектором (46) типа струйного насоса, который содержит канал (48) для потока воздуха, выходящего из выхода для воздуха, а также инжекционное сопло (52) для подвода потока воздуха под давлением внутрь канала (48). Сопло (52) соединено с контуром (68) отвода воздуха из компрессора. Изобретение позволяет легко и эффективно упростить цепь охлаждения узла турбомашины. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Турбомашина (10), содержащая:

- устройство (62) отвода воздуха из компрессора (56), в частности, высокого давления, содержащее по меньшей мере один клапан отвода воздуха из компрессора (56), выход которого связан с контуром (68) отвода воздуха из компрессора, выполненным с возможностью отвода от компрессора потока нагнетаемого воздуха под давлением в или за пределы внутреннего потока струи газа турбомашины, причем упомянутый контур отвода воздуха содержит отвод (64), расположенный ниже по потоку от компрессора (56), и

- по меньшей мере одно охлаждающее устройство (50) по меньшей мере одного узла (18), содержащее теплообменник (32), выход для воздуха которого связан с эжектором (46) типа струйного насоса, который содержит канал (48) для потока воздуха, выходящего из выхода для воздуха, а также инжекционное сопло (52) для подвода потока воздуха под давлением внутрь канала (48), отличающаяся тем, что сопло (52) соединено с контуром (68) отвода воздуха из компрессора.

2. Турбомашина (10) по п. 1, в которой контур (68) отвода воздуха из компрессора (56) содержит по меньшей мере один выход, выполненный с возможностью отвода потока воздуха из компрессора в струю (G) внутреннего газового потока турбомашины.

3. Турбомашина (10) по п. 1, отличающаяся тем, что контур (68) отвода воздуха из компрессора (56) содержит по меньшей мере один выход, выполненный с возможностью отвода потока воздуха из компрессора за пределы струи (G) внутреннего газового потока турбомашины.

4. Турбомашина (10) по п. 3, отличающаяся тем, что контур (68) отвода воздуха из компрессора содержит по меньшей мере один выход, выполненный с возможностью отвода потока нагнетаемого воздуха за пределы турбомашины (10).

5. Турбомашина (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что контур (68) отвода воздуха из компрессора (56) содержит один единственный выход, состоящий из инжекционного сопла (52).

6. Турбомашина (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что клапан отвода воздуха из компрессора представляет собой двухканальный клапан (66), вход которого соединен с компрессором (56), и один выход которого соединен с контуром (68) отвода воздуха из компрессора и с инжекционным соплом (52) охлаждающего устройства (50), причем инжекция первичного потока воздуха в сопле (52) обеспечивается или прерывается исключительно клапаном (66) отвода воздуха из компрессора.

7. Турбомашина (10) по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что клапан отвода воздуха из компрессора представляет собой регулируемый клапан (67) по меньшей мере с тремя каналами, вход которого соединен с компрессором (56), один выход которого соединен с контуром (68) отвода воздуха из компрессора, и по меньшей мере один выход которого связан с соплом (52), связанным с охлаждающим устройством (50), причем клапан (67) обеспечивает постепенное регулирование расхода потока между его выходами.

8. Турбомашина (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что теплообменник (32) представляет собой теплообменник воздух/масло охлаждения смазочного масла узла (18) турбомашины.

9. Турбомашина (10) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вход (34) для воздуха теплообменника (32) каждого охлаждающего устройства (50) соединен для его снабжения внешним воздухом с воздухозаборником (34), открывающимся в поверхность гондолы (11) опоры турбомашины (10).

10. Турбомашина (10) по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере два охлаждающих устройства (50, 50'), у которых входы (34, 34') для воздуха из теплообменников (32, 32') связаны с таким же количеством выходов (39) регулируемого питательного клапана (35) указанных теплообменников, вход (37) которого соединен с общим воздухозаборником (34), причем упомянутый питательный клапан (35) обеспечивает постепенное регулирование расхода потока воздуха между его по меньшей мере двумя выходами (39).

11. Способ управления по меньшей мере одним охлаждающим устройством (50) по меньшей мере одного узла (18) турбомашины (10), содержащим теплообменник (32), выход для воздуха которого связан с эжектором (46) типа струйного насоса, который содержит канал (48) для потока воздуха, выходящего из упомянутого выхода для воздуха, а также инжекционное сопло (52) для потока воздуха под давлением внутри канала (48),

отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один этап снабжения инжекционного сопла (52), в ходе которого инжекционное сопло (52) снабжают потоком воздуха под давлением, поступающим из контура (68) отвода воздуха из компрессора (56) турбомашины (10), выполненным с возможностью отвода воздуха под давлением в или за пределы внутреннего потока струи газа турбомашины, причем упомянутый контур отвода воздуха содержит дополнительно отвод (64), расположенный ниже по потоку от компрессора, (56) и по меньшей мере один этап прерывания снабжения инжекционного сопла (52).

12. Способ управления по предыдущему пункту, отличающийся тем, что этап снабжения соответствует работе турбомашины (10) при низкой мощности, а именно работе в режиме замедления, в ходе которого клапан (66) отвода воздуха из компрессора, один выход которого соединен с контуром (68) отвода воздуха из компрессора, открыт, причем этап прерывания снабжения инжекционного сопла (52) соответствует работе при номинальной или максимальной мощности, в ходе которого клапан (66) отвода воздуха из компрессора закрыт.