Способ защиты газотурбинного двигателя от раскрутки ротора силовой турбины и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК F02C9/46 

Описание патента на изобретение RU2799266C1

Изобретение относится к области авиационного газотурбинного двигателестроения, а именно к способам и устройствам автоматической защиты газотурбинного двигателя (ГТД) от неконтролируемой раскрутки ротора силовой турбины (например, турбины привода вентилятора в двухконтурных турбореактивных двигателях (ДТРД), свободной турбины в турбовинтовых и турбовальных двигателях и т.п.) при её рассоединении с ротором нагрузки. Изобретение может найти применение в других типах ГТД и газотурбинных установок (ГТУ), служащих силовым приводом для таких видов нагрузки как электрогенератор, газоперекачивающий агрегат и так далее. Может применяться одновременно с системами защиты от раскрутки силовой турбины, особенно в транспортных, энергетических и газоперекачивающих приводных ГТД, использующих перепуск воздуха из компрессора, или рабочего тела перед силовой турбиной, или одновременно оба способа.

Частота вращения роторных частей ГТД достигает десятков и сотен оборотов в секунду. Рассоединение трансмиссии, например, ротора компрессора низкого давления с ротором турбины низкого давления приводит к катастрофическому отказу двигателя, связанному с разрушением ротора турбины низкого давления с возможным выбросом его компонентов и последующим разрушением остальных частей двигателя и даже фюзеляжа летательного аппарата.

В наземных, морских, энергетических установках с ГТД неконтролируемая раскрутка ротора силовой турбины приводит к значительным вторичным разрушениям оборудования.

Процесс раскрутки ротора силовой турбины происходит в доли секунды и не может парироваться вручную действиями человека. Поэтому в Национальных и Международных Авиационных правилах оговорено обязательное наличие автоматической системы защиты двигателя от неконтролируемой раскрутки ротора турбины.

Известны способы автоматической защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, сущность которых заключается в том, что с помощью системы защиты двигателя от раскрутки определяют факт рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки, выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания насосу-регулятору, тем самым прекращая раскрутку ротора силовой турбины (Авторское свидетельство № 1396666 от 30.09.1986 г., МПК F01D21/02, опубл. 27.07.2004 бюл. №21; патент RU №2493393, МПК F02C 9/46, опубл. 20.09.2013 и др.).

Недостатком известных способов является, с одной стороны, недостаточное быстродействие гидравлических агрегатов, в частности насоса-регулятора, не позволяющее быстро прекратить подачу топлива в камеру сгорания и, тем самым, быстро прекратить раскрутку ротора силовой турбины, с другой стороны, срабатывание защиты только выше заранее заданного предельного значения частоты вращения ротора силовой турбины, в связи, с чем имеется незначительный запас по частоте вращения как от максимально допустимого до заранее заданного предельного значения, так и от заранее заданного предельного значения до частоты вращения, при которой силовая турбина разрушается. Эти недостатки делают систему недостаточно надёжной.

Особенно проблема быстрого прерывания подачи топлива в камеру сгорания осложняется в ГТД, работающих на газообразном топливе. Это вызвано тем, что данный вид топлива, в отличие от жидкого, обладает свойством сжимаемости. По этой причине истечение газообразного топлива в камеру сгорания происходит дольше, чем жидкого.

Наиболее близким является способ защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, при котором определяют факт рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки, выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания насосу-регулятору и отсечному устройству, расположенному между насосом-регулятором и, по меньшей мере, одним топливным коллектором (Заявка WO2007036014 от 09.05.2006, МПК F02C7/232, F02C7/22, F01D21/00, опубл. 05.04.2007).

Расположение отсечного устройства между насосом-регулятором и топливным коллектором позволяет уменьшить время прекращения подачи топлива в камеру сгорания по сравнению со скоростью уменьшения только насосом-регулятором. Однако, данный способ не лишен определённых недостатков. При выполнении быстрого прерывания подачи топлива в камеру сгорания отсечным устройством, в топливном коллекторе с падением давления топлива одновременно может происходить выделение растворённых в горячем топливе газов и паров самого топлива, что приведёт, с одной стороны, к замедлению снижения расхода топлива в коллекторе, а с другой стороны, в случае резкого вскипания топлива может произойти резкий выброс остатков топлива в камеру сгорания, который приведёт к краткому скачку роста частоты вращения ротора силовой турбины. То есть, эффект быстрого прекращения подачи топлива в камеру сгорания будет снижен. Кроме того, на снижение эффекта быстрого прекращения подачи топлива в камеру сгорания после отсечки может влиять то обстоятельство, что истечение топлива в камеру сгорания будет продолжено через нижние форсунки в коллекторе, если они не имеют обратных клапанов. Недостаточно эффективным такой способ будет и в ГТД, использующих газообразное топливо, по причинам, указанным выше.

Известно устройство для ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, содержащее два датчика, измеряющих частоты вращения ротора силовой турбины и ротора нагрузки, например, компрессора. Если измеренные частоты вращения этих роторов указывают на то, что произошла потеря связи роторов друг с другом, то генерируется сигнал прекращения подачи топлива, который направляется на клапан отсечки подачи топлива, для перекрытия подачи последнего в камеру сгорания ГТД (Заявка США 20210332765 от 26.03.2021, МПК F02C9/46, F01D21/003, F01D21/14 опубл. 28.10.2021).

Недостатками данного устройства являются недостаточное быстродействие гидравлических агрегатов, в частности насоса-регулятора, и то, что насосы - регуляторы обычно выполняются так, что снижают расход топлива только до определённого минимума. Всё это не позволяет быстро прекратить подачу топлива в камеру сгорания и, тем самым, быстро прекратить раскрутку ротора силовой турбины.

Наиболее близким является устройство защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, включающее системы установления факта рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки и выдачи управляющих сигналов на прекращение подачи топлива в камеру сгорания насосу-регулятору, и, по меньшей мере, одному отсечному устройству с силовым приводом, установленному между насосом-регулятором и одним топливным коллектором (WO2007036014 от 09.05.2006, МПК F02C7/232, F02C7/22, F01D21/00, опубл. 05.04.2007).

Недостатками данного устройства является следующие:

- при срабатывании отсечного устройства происходит резкое падение давления топлива в коллекторе, что при определённых условиях (высокая температура топлива, наличие в нём растворённых газов и так далее) может приводить к вскипанию и кратковременному резкому выбросу топлива в камеру сгорания, что снижает эффект быстрого прекращения подачи топлива;

- истечение топлива в камеру сгорания через нижние форсунки в коллекторе, что увеличивает время прекращения подачи топлива в камеру сгорания;

- постоянно сжатая пружина силового привода отсечного устройства при длительном ресурсе (тысячи часов) из-за усталости не обеспечит изначальное динамическое усилие разжатия пружины, т. е. скорость перекрытия подачи топлива в камеру сгорания будет снижена.

Техническим результатом заявляемого изобретения является сокращение времени на прекращение подачи топлива в камеру сгорания при выявлении факта рассоединения роторов силовой турбины и нагрузки, в результате чего увеличивается запас между максимально достигаемой частотой вращения ротора силовой турбины после рассоединения с ротором нагрузки и частотой вращения, при которой силовая турбина разрушается. Кроме того, этот результат не зависит от величины межремонтного ресурса двигателя. Эти факторы повышают надёжность системы защиты ГТД от раскрутки силовой турбины.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, при котором устанавливают факт рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки, выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания одновременно насосу-регулятору и отсечному устройству, расположенному между насосом-регулятором и, по меньшей мере, одним топливным коллектором, в отличие от известного с помощью отсечного устройства вход топливного коллектора дополнительно сообщают с полостью, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания, давление топлива на входе в топливный коллектор снижают до уровня давления в указанной полости, создают обратный перепад давления топлива на всех форсунках и топливном коллекторе, прекращают истечение топлива в камеру сгорания из всех форсунок одновременно и далее удаляют топливо из всех форсунок и топливного коллектора в указанную полость; сообщение входа, по меньшей мере, в один топливный коллектор с полостью, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания, осуществляют отсечным устройством через отводной канал, разгерметизируя вход в вышеупомянутый отводной канал.

Так же технический результат достигается тем, что в устройстве защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, включающем системы установления факта рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки и выдачи управляющих сигналов на прекращение подачи топлива в камеру сгорания насосу-регулятору, и силовому приводу по меньшей мере, одного отсечного устройства, установленного между насосом-регулятором и одним топливным коллектором, в отличие от известного к отсечному устройству дополнительно подсоединён отводной канал, герметичный вход в который в отсечном устройстве сообщён со входом в топливный коллектор, а открытый выход отводного канала сообщён с полостью, имеющей давление среды меньшее давления в камере сгорания; отсечное устройство может быть установлено на кожухе второго контура, или на корпусе камеры сгорания, а открытый выход отводного канала сообщён с полостью второго контура двигателя; отсечное устройство может быть установлено на продуваемом воздухом наружном теплоизолирующем кожухе двигателя, или на корпусе его камеры сгорания, а открытый выход отводного канала сообщён с внутренней полостью упомянутого кожуха; отсечное устройство может быть установлено на корпусе камеры сгорания или на элементах крепления двигателя к стенду, отводной канал выполнен в виде трубопровода, а открытый выход последнего сообщён с полостью перед или за выходным устройством ГТД; открытый выход отводного трубопровода может быть сообщён с обособленной от двигателя полостью, например, утилизационным устройством; силовой привод отсечного устройства может быть выполнен, например, в виде быстродействующего электромагнитного устройства; силовой привод отсечного устройства может быть выполнен, например, в виде пиротехнического устройства по типу оружейного патрона с поршнем-заглушкой в гильзе патрона, обеспечивающим временную герметизацию продуктов сгорания пиротехнического заряда внутри силового привода; отсечное устройство может быть теплоизолированно или снабжено системой охлаждения совместно с силовым приводом, или ими может быть снабжён только силовой привод; к отсечному устройству может быть подсоединён дополнительно, по меньшей мере, второй отводной канал, герметичный вход в который в отсечном устройстве сообщён с выходом из топливной магистрали, соединяющей насос-регулятор с отсечным устройством, а открытый выход указанного отводного канала сообщён с полостью, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания.

С учётом быстродействия отсечного устройства установление обратного перепада давления и прекращение истечения топлива в камеру сгорания происходят практически мгновенно на всех форсунках, в том числе и на нижних форсунках, и всё топливо, находящееся в коллекторе и форсунках, обратным течением удаляется в указанную полость, имеющую давление меньше давления в камере сгорания. Тем самым достигается технический результат: более быстрое прекращение подачи топлива в камеру сгорания, более быстрое её погасание и более быстрое прекращение раскрутки ротора силовой турбины с достижением ею меньшей максимальной частоты вращения. В результате этого увеличивается запас между максимально достигаемой частотой вращения ротора силовой турбины и частотой вращения, при которой силовая турбина разрушается, что приводит к повышению надёжности турбины от раскрутки. Кроме того, отсечное устройство не имеет пружинного механизма, поэтому межремонтный ресурс ГТД не влияет на работоспособность его силового привода. Тем самым повышается надёжность системы защиты двигателя от раскрутки силовой турбины.

На фигурах показаны:

Фиг. 1 – устройство защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины (до срабатывания защиты), с помощью которого осуществляется предлагаемый способ защиты от раскрутки.

Фиг. 2 – устройство, указанное на фиг. 1 после срабатывания системы защиты от раскрутки силовой турбины.

Фиг. 3 – устройство, в развитие указанного на фиг. 1 (после срабатывания системы защиты от раскрутки силовой турбины) с дополнительным удалением топлива из топливных магистралей, соединяющих насос-регулятор с отсечными устройствами.

Способ осуществляется следующим образом.

Согласно способу защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины 1 сначала определяют факт рассоединения ротора силовой турбины 1 с ротором нагрузки 2. Определение факта рассоединения возможно любым известным способом с помощью любой известной системы 3.

Затем с помощью системы 3 выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания 4 насосу-регулятору 5 и одновременно силовому приводу 6 отсечного устройства 7, расположенному между насосом-регулятором 5 и, по меньшей мере, одним топливным коллектором 8. На Фиг. 1 показан пример с двумя отсечными устройствами - 7 и 9 (с силовыми приводами 6 и 10), и двумя топливными коллекторами- 8 с форсунками 11, и 12 с форсунками 13.

После этого с помощью отсечного устройства 7 происходит рассоединение топливной магистрали 14, идущей от насоса-регулятора 5, с топливным коллектором 8, и осуществляется сообщение входа в топливный коллектор 8 с полостью 15, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания 4. Сообщение входа в топливный коллектор 8 с полостью 15 производится через отводной канал 16 путём разгерметизации входа последнего (Фиг.2).

Давление топлива на входе в топливный коллектор 8 снижается до уровня давления в полости 15. Создается обратный перепад давления топлива на всех форсунках 11 и топливном коллекторе 8. Под действием обратного перепада давления истечение топлива в камеру сгорания из всех форсунок 11 (и верхних, и нижних) вначале прекращается, а затем также из всех форсунок и топливного коллектора удаляется в указанную полость 15 через отводной канал 16.

Аналогичным образом происходит прекращение расхода топлива в камеру сгорания 4 и его удаление при наличии второго коллектора 12 с форсунками 13, отсечного устройства 9 с силовым приводом 10, отводного канала 17, топливной магистрали 18, идущей от насоса-регулятора 5 к отсечному устройству 9 и осуществляется сообщение входа во второй топливный коллектор 12 с полостью 15 через отводной канал 17.

Способ позволяет достигнуть эффекта практически мгновенного (несколько миллисекунд) прекращения горения топлива в камере сгорания 4. При этом происходит резкое уменьшение температуры рабочего тела в камере сгорания 4 на несколько сотен градусов, уменьшение его объёмного расхода через камеру сгорания 4, турбину высокого давления и силовую турбину 1 и уменьшение, соответственно, скорости на выходе из сопловых аппаратов турбины высокого давления и силовой турбины 1, что приводит к падению частоты вращения ротора турбины высокого давления, резкому замедлению скорости роста частоты вращения ротора силовой турбины 1, в том числе, вследствие самоторможения из-за изменения треугольников скоростей на выходе из сопловых аппаратов, затем к прекращению роста частоты вращения и предотвращению выхода частоты вращения ротора силовой турбины 1 на обороты разрушения.

Эффект создания обратного перепада давления на форсунках 11 и 13 приводит к дополнительному уменьшению времени прекращения подачи топлива в камеру сгорания 4 и в случае, когда используются топливные форсунки 11 и 13 с обратными клапанами, а также в ГТД, работающих на газообразном топливе.

При использовании в отсечных устройствах 7 и 9 силовых приводов 6 и 10 соответственно, например, на основе пиротехнического заряда или иного объекта, в результате действия, которых возникают паро- и газообразные продукты, привод отсечного устройства временно задерживает внутри себя эти продукты, постепенно выпуская их в вышеназванную полость 15 после удаления топлива из коллекторов 8 и 12. Этим самым устраняется возможность воспламенения удаляемого из коллекторов 8 и 12 топлива.

Устройство для защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины 1 состоит из системы 3, устанавливающей факт рассоединения ротора силовой турбины 1 с ротором нагрузки 2. Эта система 3 выдает управляющий сигнал на прекращение подачи топлива в камеру сгорания 4 насосу-регулятору 5 и одновременно силовому приводу 6, по меньшей мере, одного отсечного устройства 7. Отсечное устройство 7 расположено между насосом-регулятором 5 и, по меньшей мере, одним топливным коллектором 8 (фиг. 1). На фиг. 1 показано устройство с двумя отсечными устройствами (второе отсечное устройство 9 с силовым приводом 10 расположено между насосом-регулятором 5 и вторым топливным коллектором 12 с форсунками 13.

К отсечному устройству 7 с силовым приводом 6 дополнительно подсоединён отводной канал 16, герметичный вход которого сообщён с входом в топливный коллектор 8, а открытый выход отводного канала 16 сообщён с полостью 15, имеющей давление меньшее давления в камере сгорания 4.

В ДТРД полостью 15, имеющей давление меньшее давления в камере сгорания 4, является полость его второго контура.

В ГТД и ГТУ полостью, имеющей давление меньшее давления в камере сгорания, является полость перед или за их выходными устройствами.

В ГТД и ГТУ с наружным кожухом полостью 15, имеющей давление меньше давления в камере сгорания 4, является полость с атмосферным давлением, образованная их наружными кожухами.

Так же в ГТД и ГТУ полостью 15, имеющей давление меньше давления в камере сгорания 4, может также являться обособленная от них полость 15. Эта полость 15, например, для ГТД и ГТУ, работающих на газообразном топливе, может для повышения противопожарной безопасности быть вакууммирована или заполнена инертным газом под атмосферным давлением.

Отсечное устройство 6 может быть установлено на кожухе второго контура или на корпусе камеры сгорания 4, а открытый выход отводного канала 16 сообщён с полостью второго контура ДТРД, которая является полостью 15, где давление меньше, чем давление к камере сгорания 4.

Отсечное устройство 6 может быть установлено на продуваемом воздухом наружном теплоизолирующем кожухе или на корпусе камеры сгорания 4 ГТД, а открытый выход отводного канала 16 сообщён с внутренней полостью упомянутого кожуха, которая является полостью 15, где давление меньше, чем давление в камере сгорания 4.

Отсечное устройство 6 может быть установлено на корпусе камеры сгорания 4 или на элементах крепления ГТД или ГТУ к стенду, а отводной канал 16 выполнен в виде трубопровода. При этом открытый выход трубопровода сообщён с полостью перед или за выходным устройством ГТД или ГТУ, которые являются полостью 15, где давление меньше, чем давление в камере сгорания 4.

Полостью 15, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания 4, в случае ГТД или ГТУ может быть обособленная от них полость (ёмкость) для утилизации отведённого топлива.

Силовой привод 6 отсечного устройства 7 может быть выполнен, например, в виде быстродействующего электромагнитного устройства.

Силовой привод 6 отсечного устройства 7 может быть выполнен, например, в виде пиротехнического устройства по типу оружейного патрона с поршнем-заглушкой в гильзе патрона, обеспечивающим временную герметизацию продуктов сгорания пиротехнического заряда внутри силового привода 6. Продукты сгорания пиротехнического заряда силовой привод 6 временно задерживает внутри себя, постепенно выпуская их через имеющиеся в нём зазоры в указанную полость 15, имеющую давление меньше давления в камере сгорания 4.

Отсечное устройство 7 может быть теплоизолированно или снабжено системой охлаждения совместно с силовым приводом 6, или ими может быть снабжён только силовой привод 6.

К отсечному устройству 7 может быть подсоединён дополнительно, по меньшей мере, один отводной канал 19, герметичный вход в который в отсечном устройстве 7 сообщён с выходом из топливной магистрали 14, соединяющей насос-регулятор 5 с отсечным устройством 7. Открытый выход указанного отводного канала 19 сообщён с полостью 15, имеющей давление среды меньшее давления в камере сгорания 4 (Фиг. 3). Аналогично устроены и отсечное устройство 9, его силовой привод 10 и отводные каналы 17 и 20 (при наличии по меньшей мере второго коллектора 12 с форсунками 13). Насос-регулятор 5 соединен с дренажной полостью 21.

Устройство работает следующим образом.

Система 3 устанавливается факт рассоединения ротора силовой турбины 1 и нагрузки 2 и выдаёт управляющий сигнал на прекращение подачи топлива одновременно насосу-регулятору 5 и отсечному устройству 7. Отсечное устройство 7 рассоединяет топливную магистраль 14 от топливного коллектора 8 и одновременно разгерметизирует вход в отводной канал 16, сообщает вход в топливный коллектор 8 со входом в отводной канал 16 и далее с помощью отводного канала 16 с полостью 15, имеющей давление меньшее давления в камере сгорания 4. Тем самым прекращается подача топлива в топливный коллектор 8, а создавшийся обратный перепад давления на топливном коллекторе 8 и одновременно на всех форсунках 11 прекращает истечение остатков топлива в топливном коллекторе 8 и из форсунок 11 в камеру сгорания 4 и обратным течением удаляет топливо из топливного коллектора 8 и форсунок 11 в полость 15. Таким образом, прекращается работа камеры сгорания 4 (сжигание в ней топлива) и подвод энергии для работы силовой турбины 1, что прекращает раскрутку ротора силовой турбины 1.

При наличии, по меньшей мере, второго коллектора 12 с форсунками 13 аналогичным образом работает и отсечное устройство 9 с силовым приводом 10 и отводным каналом 17.

Поскольку быстродействие отсечного устройства 7 значительно выше быстродействия насоса-регулятора 5 при перекрытии подачи топлива отсечным устройством 7 может возникнуть гидравлический удар. При необходимости защиты насоса-регулятора 5 от гидравлического удара может быть организован второй отводной канал 19, гидравлически не связанный с первым отводным каналом 16 и конструктивно аналогичный последнему. Перепуск топлива из топливной магистрали 14 в полость 15 при срабатывании отсечного устройства 7 предотвратит возникновение гидравлического удара в системе «насос-регулятор 5- топливная магистраль 14».

При наличии, по меньшей мере, второго коллектора 12 с форсунками 13 аналогичным образом может быть организована защита насоса-регулятора 5 от гидравлического удара путём использования во втором отсечном устройстве 9 с силовым приводом 10 и отводным каналом 17 второго отводного канала 20, гидравлически не связанного с первым отводным каналом 17 и конструктивно аналогичного последнему.

Благодаря предложенному способу защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины и благодаря предложенной конструкции устройства для защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины повышается надёжность системы защиты ГТД от раскрутки силовой турбины, благодаря сокращению времени на прекращение подачи топлива в камеру сгорания при выявлении факта рассоединения роторов силовой турбины и нагрузки, в результате чего увеличивается запас между максимально достигаемой частотой вращения ротора силовой турбины после рассоединения с ротором нагрузки и частотой вращения, при которой силовая турбина разрушается.

Похожие патенты RU2799266C1

название год авторы номер документа
Многоколлекторное устройство подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя 2017
  • Андрюков Николай Анатольевич
  • Бушуев Алексей Александрович
  • Онегин Сергей Фирсович
  • Плескань Алексей Юрьевич
  • Россик Михаил Викторович
RU2664900C1
СПОСОБ ТОПЛИВОПИТАНИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Дзарданов Ю.А.
  • Добрынин А.А.
  • Пресняков С.И.
  • Пугачев Б.А.
RU2034166C1
СПОСОБ ПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА КРИОГЕННОМ ТОПЛИВЕ 2021
  • Шишков Владимир Александрович
RU2772515C1
ТУРБОВИНТОВОЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2007
  • Болотин Николай Борисович
RU2359131C1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ РАСКРУТКИ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ 2015
  • Савенков Юрий Семенович
  • Саженков Алексей Николаевич
  • Трубников Юрий Абрамович
  • Тимкин Юрий Иванович
  • Бажин Сергей Владимирович
RU2602644C1
ГАЗОТУРБОВОЗ И СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ГАЗОТУРБОВОЗА 2008
  • Болотин Николай Борисович
RU2370386C1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2008
  • Кравченко Игорь Федорович
  • Разладский Александр Александрович
  • Харитонов Виктор Николаевич
  • Резник Сергей Борисович
  • Рублевский Юрий Владленович
  • Сигарев Сергей Евгеньевич
RU2376487C2
ВОЗВРАЩАЕМАЯ СТУПЕНЬ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ, СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2015
  • Болотин Николай Борисович
RU2609664C1
ТУРБОВИНТОВОЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2007
  • Болотин Николай Борисович
RU2359132C1
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2008
  • Болотин Николай Борисович
RU2379533C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 799 266 C1

Реферат патента 2023 года Способ защиты газотурбинного двигателя от раскрутки ротора силовой турбины и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области авиационного газотурбинного двигателестроения, и в частности предназначена для автоматической защиты газотурбинного двигателя (ГТД) от неконтролируемой раскрутки ротора силовой турбины. Техническим результатом является сокращение времени на прекращение подачи топлива в камеру сгорания при выявлении факта рассоединения роторов силовой турбины и нагрузки, в результате чего увеличивается запас между максимально достигаемой частотой вращения ротора силовой турбины после рассоединения с ротором нагрузки и частотой вращения, при которой силовая турбина разрушается. Представлен способ защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины, при котором устанавливают факт рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки, выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания одновременно насосу-регулятору и отсечному устройству, расположенному между насосом-регулятором и, по меньшей мере, одним топливным коллектором. Так, с помощью отсечного устройства вход топливного коллектора дополнительно сообщают с полостью, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания, давление топлива на входе в топливный коллектор снижают до уровня давления в указанной полости, создают обратный перепад давления топлива на всех форсунках и топливном коллекторе, прекращают истечение топлива в камеру сгорания из всех форсунок одновременно и далее удаляют топливо из всех форсунок и топливного коллектора в указанную полость; сообщение входа, по меньшей мере, в один топливный коллектор с полостью, имеющей давление среды меньше давления в камере сгорания, осуществляют отсечным устройством через отводной канал, разгерметизируя вход в вышеупомянутый отводной канал. Кроме того, также представлено устройство защиты ГТД от раскрутки ротора силовой турбины. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 799 266 C1

1. Способ защиты газотурбинного двигателя от раскрутки ротора силовой турбины, при котором устанавливают факт рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки, выдают управляющие сигналы на прекращение подачи топлива в камеру сгорания одновременно насосу-регулятору и отсечному устройству, расположенному между насосом-регулятором и, по меньшей мере, одним топливным коллектором, отличающийся тем, что с помощью отсечного устройства вход топливного коллектора дополнительно сообщают с полостью, имеющей давление среды меньшее давления в камере сгорания, давление топлива на входе в топливный коллектор снижают до уровня давления в указанной полости, создают обратный перепад давления топлива на всех форсунках и топливном коллекторе, прекращают истечение топлива в камеру сгорания из всех форсунок одновременно и далее удаляют топливо из всех форсунок и топливного коллектора в указанную полость.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сообщение входа, по меньшей мере, в один топливный коллектор с полостью, имеющей давление среды меньшее давления в камере сгорания, осуществляют отсечным устройством через отводной канал, разгерметизируя вход в вышеупомянутый отводной канал.

3. Устройство защиты газотурбинного двигателя от раскрутки ротора силовой турбины, включающее системы установления факта рассоединения ротора силовой турбины с ротором нагрузки и выдачи управляющих сигналов на прекращение подачи топлива в камеру сгорания насосу-регулятору и силовому приводу, по меньшей мере, одного отсечного устройства, установленного между насосом-регулятором и одним топливным коллектором, отличающееся тем, что к отсечному устройству дополнительно подсоединён отводной канал, герметичный вход в который в отсечном устройстве сообщён с входом в топливный коллектор, а открытый выход отводного канала сообщён с полостью, имеющей давление среды меньшее давления в камере сгорания.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отсечное устройство может быть установлено на кожухе второго контура или на корпусе камеры сгорания, а открытый выход отводного канала сообщён с полостью второго контура двигателя.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отсечное устройство может быть установлено на продуваемом воздухом наружном теплоизолирующем кожухе двигателя или на корпусе камеры сгорания, а открытый выход отводного канала сообщён с внутренней полостью упомянутого кожуха.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отсечное устройство может быть установлено на корпусе камеры сгорания или на элементах крепления двигателя к стенду, отводной канал выполнен в виде трубопровода, а открытый выход последнего сообщён с полостью перед или за выходным устройством двигателя.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что открытый выход отводного трубопровода сообщён с обособленной от двигателя полостью, например, утилизационным устройством.

8. Устройство по любому из пп. 3-7, отличающееся тем, что силовой привод отсечного устройства может быть выполнен, например, в виде быстродействующего электромагнитного устройства.

9. Устройство по любому из пп. 3-7, отличающееся тем, что силовой привод отсечного устройства может быть выполнен, например, в виде пиротехнического устройства по типу оружейного патрона с поршнем-заглушкой в гильзе патрона, обеспечивающим временную герметизацию продуктов сгорания пиротехнического заряда внутри силового привода.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что отсечное устройство может быть теплоизолировано или снабжено системой охлаждения совместно с силовым приводом, или ими может быть снабжён только силовой привод.

11. Устройство по любому из пп. 3-10, отличающееся тем, что к отсечному устройству может быть подсоединён дополнительно, по меньшей мере, второй отводной канал, герметичный вход в который в отсечном устройстве сообщён с выходом из топливной магистрали, соединяющей насос-регулятор с отсечным устройством, а открытый выход указанного отводного канала сообщён с полостью, имеющей давление среды, меньшее давления в камере сгорания.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2799266C1

WO 2007036014 A1, 05.04.2007
SU 1396666 A1, 27.07.2004
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ОТ РАСКРУТКИ СИЛОВОЙ ТУРБИНЫ 2006
  • Кучевасов Константин Петрович
  • Саженков Алексей Николаевич
  • Тимкин Юрий Иванович
  • Трубников Юрий Абрамович
RU2316665C1

RU 2 799 266 C1

Авторы

Ланин Валерий Григорьевич

Даты

2023-07-04Публикация

2023-02-17Подача