Установка для испытания камер сгорания газотурбинного двигателя Российский патент 2024 года по МПК G01M15/14 F23R3/00 G01M15/02 

Установка для исследования камер сгорания ГТД относится к устройствам с помощью которого выполняются испытания при отрицательных и положительных температурах на входе в испытываемую камеру сгорания газотурбинного двигателя с цель получения характеристик и проведения доводочных работ с измерением выбросов вредных загрязняющих веществ.

Известен стенд из учебного пособия «Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет: Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 220 с.» который состоит из системы подачи к отсеку камеры сгорания сжатого воздуха и топлива, системы изменения их параметров, системы водяного охлаждения элементов установки и системы отбора и анализа проб продуктов сгорания в выходном сечении отсека камеры сгорания.

Недостатками данного стенда являются:

Отсутствие возможности испытания камеры сгорания на газообразном топливе.

Отсутствие возможности обеспечения отрицательных температур на входе в камеру сгорания.

Из учебно-методического пособия «Бакланов А.В, Валиев Ф.М. Методы и средства диагностирования технического состояния камер сгорания газотурбинных двигателей. - Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2020. - 96 с.» известен стенд который состоит из вспомогательного двигателя, трубопровода с эжекторным устройством имеющим камеру подогрева и систему подачи топлива к испытываемой камере сгорания.

Недостатками данного стенда являются:

Отсутствие возможности испытания камеры сгорания на газообразном топливе.

Отсутствие возможности обеспечения отрицательных температур на входе в камеру сгорания.

Подача к испытываемой камере сгорания подогретого воздуха с продуктами сгорания.

Из учебно-методического пособия «Бакланов А.В. Расчет элементов стендового оборудования для испытаний камер сгорания газотурбинных двигателей. Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2021- 80 с.». известен стенд, который содержит в качестве нагнетателя воздуха газотурбинный двигатель, топливную систему подачи метана, центральную магистраль с расходомерным устройством и измерительным участком содержащим датчики давления, температуры воздуха.

Недостатками данного стенда являются:

Отсутствие возможности испытания камеры сгорания на жидком топливе.

Отсутствие возможности обеспечения отрицательных температур на входе в камеру сгорания.

Отсутствие имитатора направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины.

Отсутствие возможности регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания

По патенту на полезную модель RU178985U1 известен стенд для испытаний камер сгорания газотурбинных двигателей, содержащий кожух с размещенной в его полости испытуемой камерой сгорания, подсоединенными к нему и сообщающиеся с ним на входе - трубопровод подвода воздуха, на выходе - коллектор впрыска воды и охлаждаемый газоотводящий канал с установленным в нем регулирующим дросселем и имитатором лопаток соплового аппарата турбины.

Недостатками данного стенда являются:

Отсутствие возможности обеспечения отрицательных температур на входе в камеру сгорания.

Отсутствие возможности проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания.

Отсутствие подогрева воздуха на входе в камеру сгорания

Отсутствие возможности регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, совпадающее с заявленным техническим решением как по совокупности совпадающих признаков, так и по назначению, а именно, по патенту на полезную модель RU20581U1 известна установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая источник сжатого воздуха, воздухоподводящую магистраль с регулирующими органами и приборами для измерения параметров потока на выходе из которой расположена камера сгорания.

Недостатками данной установки для испытания камер сгорания газотурбинного двигателя являются:

Отсутствие возможности обеспечения отрицательных температур воздуха на входе в камеру сгорания.

Отсутствие возможности проводить испытания при высоких давлениях воздуха, близких к условиям двигателя.

Отсутствие возможности проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания.

Отсутствие подогрева воздуха на входе в камеру сгорания.

Отсутствие возможности регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания.

Отсутствие возможности работы на жидком и газообразном топливах.

Отсутствие возможности измерения выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания.

Отсутствие возможности выравнивать поле скоростей и давлений на входе в камеру сгорания.

Отсутствие возможности определять потери давления и температурное поле на выходе из камеры сгорания.

Отсутствие дренажа продуктов сгорания.

Указанные выше недостатки в совокупности не позволяют реализовать цели, поставленные в заявленном решении, т.е.:

Не обеспечиваются отрицательных температур воздуха на входе в камеру сгорания.

Не обеспечивается возможность проводить испытания при высоких давлениях воздуха, близких к условиям двигателя.

Не обеспечивается возможность проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания.

Не обеспечивается подогрев воздуха на входе в камеру сгорания.

Не обеспечивается возможность регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания.

Не обеспечивается возможность работы на жидком и газообразном топливах.

Не обеспечивается возможность измерения выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания.

Не обеспечивается возможность выравнивания поле скоростей и давлений на входе в камеру сгорания.

Не позволяет определять потери давления и температурное поле на выходе из камеры сгорания.

Не обеспечен дренаж продуктов сгорания.

Технической задачей предлагаемой установки для испытания камер сгорания газотурбинного двигателя является устранение недостатков прототипа, а именно:

Обеспечение отрицательных температур воздуха на входе в камеру сгорания.

Обеспечение возможности проводить испытания при высоких давлениях воздуха, близких к условиям двигателя.

Обеспечение проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания.

Обеспечение подогрева воздуха на входе в камеру сгорания.

Обеспечение регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания.

Обеспечение работы на жидком и газообразном топливах.

Обеспечение измерения выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания.

Обеспечение выравнивания поле скоростей и давлений на входе в камеру сгорания.

Обеспечение возможности определять потери давления и температурное поле на выходе из камеры сгорания.

Обеспечение дренажа продуктов сгорания.

Сущностью заявленного технического решения является, то что, установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая источник сжатого воздуха, воздухоподводящую магистраль с регулирующей арматурой и приборами для измерения параметров потока на выходе из которой расположена камера сгорания

Предложенная установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется некоторыми конструктивными особенностями: в качестве источника сжатого воздуха в воздухоподводящую магистраль используется нагнетатель (компрессор) приводом которого является электродвигатель, воздухоподводящая магистраль с регулирующей арматурой включает запорную арматуру и имеет линию подогрева воздуха в которой расположено топочное устройство, теплообменник и приборы для измерения параметров потока, а так же линию охлаждения воздуха, которая питается турбодетандером включающим баллонную раму и турбину приводом которой является электродвигатель, воздухоподводящая магистраль содержит измерительный участок в котором расположены приборы для измерения параметров потока (температуры, давления, расхода), перед камерой сгорания размещена выравнивающая решетка, на входе в камеру сгорания подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата, за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена гребенка термопар, пневмогребенка, газоотборный зонд подключенный к газоанализирующему оборудованию и регулируемая заслонка, линия подвода топлива к камере сгорания и линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры топливные насосы и приборы для измерения параметров, на выходе из теплообменника и охлаждаемой проставки установлены системы дренажа продуктов сгорания.

Таким образом, поставленная задача по установке для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя в целом достигается тем, что:

Для обеспечения отрицательных температур воздуха на входе в камеру сгорания воздухоподводящая магистраль с регулирующей арматурой включает запорную арматуру и имеет линию охлаждения воздуха, которая питается турбодетандером включающим баллонную раму и турбину приводом которой является электродвигатель.

Для обеспечения возможности проводить испытания при высоких давлениях воздуха, близких к условиям двигателя в качестве источника сжатого воздуха в воздухоподводящую магистраль используется нагнетатель (компрессор) приводом которого является электродвигатель, за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена регулируемая заслонка.

Для обеспечения проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания на входе в камеру сгорания подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата.

Для обеспечения подогрева воздуха на входе в камеру сгорания воздухоподводящая магистраль имеет линию подогрева воздуха в которой расположено топочное устройство, теплообменник и приборы для измерения параметров потока.

Для обеспечения регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры топливные насосы и приборы для измерения параметров. Воздухоподводящую магистраль с регулирующей арматурой.

Для обеспечения работы на жидком и газообразном топливах линия подвода топлива к камере сгорания и линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры топливные насосы и приборы для измерения параметров.

Для обеспечения измерения выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка в которой размещен газоотборный зонд, подключенный к газоанализирующему оборудованию.

Для обеспечения выравнивания поле скоростей и давлений на входе в камеру сгорания перед камерой сгорания размещена выравнивающая решетка.

Для обеспечения возможности определять потери давления в камере сгорания и температурное поле на выходе из камеры сгорания за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена гребенка термопар, пневмогребенка.

Для обеспечения дренажа продуктов сгорания на выходе из теплообменника и охлаждаемой проставки установлены системы дренажа продуктов сгорания.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом:

Фиг. 1 -общий вид.

Заявленная установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, (фиг.1) установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая источник сжатого воздуха 1, воздухоподводящую магистраль 2 с регулирующей арматурой 3 и приборами 4 для измерения параметров потока на выходе из которой расположена камера сгорания 5.

Заявленная установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, характеризуется наличием существенных конструктивных изменений по сравнению с известными аналогами, обеспечивающими конструкции возможность реализовать поставленные цели, а именно, качестве источника сжатого воздуха 1 в воздухоподводящую магистраль 2 используется нагнетатель (компрессор) 6 приводом которого является электродвигатель 7, воздухоподводящая магистраль 2 с регулирующей арматурой 3 включает запорную арматуру 8 и имеет линию подогрева воздуха 9 в которой расположено топочное устройство 10, теплообменник 11 и приборы для измерения параметров потока 12, а так же линию охлаждения воздуха 13, которая питается турбодетандером 14 включающим баллонную раму 15 и турбину 16 приводом которой является электродвигатель 17, воздухоподводящая магистраль 2 содержит измерительный участок 18 в котором расположены приборы для измерения параметров потока 4 (температуры, давления, расхода), перед камерой сгорания 5 размещена выравнивающая решетка 19, на входе в камеру сгорания 5 подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата 20, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата 21, за камерой сгорания 5 установлена охлаждаемая проставка 22, в которой размещена гребенка термопар 23, пневмогребенка 24, газоотборный зонд 25 подключенный к газоанализирующему оборудованию 26 и регулируемая заслонка 27, линия подвода топлива 28 к камере сгорания 5 и линия подвода топлива 29 к топочному устройству 10 включают в себя баллоны 30,31 с газообразным топливом, баки 32,33 с жидким топливом, топливные фильтры 34,35, топливные насосы 36,37 и приборы для измерения параметров 38,39, на выходе из теплообменника 11 и охлаждаемой проставки 22 установлены системы дренажа продуктов сгорания 40,41.

Основываясь на изложенном выше представляется возможным сделать выводы о достижении заявленных целей, а именно:

Обеспечен подача воздуха с отрицательной температурой на входе в камеру сгорания благодаря тому, что воздухоподводящая магистраль с регулирующей арматурой включает запорную арматуру и имеет линию охлаждения воздуха, которая питается турбодетандером включающим баллонную раму и турбину приводом которой является электродвигатель.

Обеспечена возможность проводить испытания при высоких давлениях воздуха близких к условиям двигателя благодаря тому, что в качестве источника сжатого воздуха в воздухоподводящую магистраль используется нагнетатель (компрессор) приводом которого является электродвигатель, за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена регулируемая заслонка.

Обеспечена возможность проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания тем, что на входе в камеру сгорания подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата.

Обеспечен подогрев воздуха на входе в камеру сгорания тем, что воздухоподводящая магистраль имеет линию подогрева воздуха, в которой расположено топочное устройство, теплообменник и приборы для измерения параметров потока.

Обеспечена регулировка температуры воздуха на входе в камеру сгорания тем, что линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры топливные насосы и приборы для измерения параметров. Воздухоподводящую магистраль с регулирующей арматурой.

Обеспечена работа камеры сгорания на жидком и газообразном топливах тем, что линия подвода топлива к камере сгорания и линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры топливные насосы и приборы для измерения параметров.

Обеспечено измерение выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания за камерой сгорания тем, что установлена охлаждаемая проставка в которой размещен газоотборный зонд подключенный к газоанализирующему оборудованию.

Обеспечено выравнивания поле скоростей и давлений на входе в камеру сгорания тем, что перед камерой сгорания размещена выравнивающая решетка.

Обеспечена возможность определения потерь давления в камере сгорания и температурного поле на выходе из камеры сгорания тем, что за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена гребенка термопар, пневмогребенка.

Обеспечен дренаж продуктов сгорания тем, что на выходе из теплообменника и охлаждаемой проставки установлены системы дренажа продуктов сгорания.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна» предъявляемому к изобретениям.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» предъявляемому к изобретениям, т.к. не является очевидным для специалиста.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. конструкция апробирована в КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева и результаты испытаний показали реализацию поставленных целей.

Воздух (Фиг.1.) из источника сжатого воздуха 1 поступает в воздухоподводящую магистраль 2 из нагнетателя (компрессор) 6 приводом которого является электродвигатель 7, проходит через регулирующую арматуру 3 и разделяется на два потока. Первый поток попадает в линию подогрева воздуха 9 в которой расположено топочное устройство 10.

По линия подвода топлива 29 к топочному устройству 10 включающему в себя баллон 31 с газообразным топливом и бак 33 с жидким топливом, топливный фильтр 35, топливный насос 37 и приборы для измерения параметров 39 подается топливо (жидкое, либо газообразное). В топочном устройстве 10 топливо смешивается с воздухом из первого потока и полученные продукты сгорания попадают в теплообменник 11, в котором происходит нагрев воздуха из второго потока.

Второй поток проходит через темплообменник 11 запорную арматуру 8 и попадает в мерительный участок 18 в котором расположены приборы для измерения параметров потока 4 (температуры, давления, расхода), затем воздух проходит через выравнивающая решетка 19 тем самым выравнивая поле скоростей и давлений, затем проходит через лопаточный имитатор направляющего аппарата 20, и попадает в камеру сгорания 5 на выходе из которой установлен лопаточный имитатор соплового аппарата 21.

Топливо (жидкое, либо газообразное) по линии подвода топлива 28 подается к камере сгорания 5 либо из баллона 30 с газообразным топливом, либо из бака 32 с жидким топливом при помощи топливного насоса 36. Проходит через топливные фильтр 34 и приборы которые выполняют измерения параметров 38. Затем попадает в камеру сгорания 5, смешивается с воздухом и сгорает. Продукты сгорания проходят на выход из камеры сгорания 5 где установлена охлаждаемая проставка 22, в которой размещена гребенка термопар 23, пневмогребенка 24, газоотборный зонд 25 подключенный к газоанализирующему оборудованию 26, что позволяет измерить температурное поле и определить потери давления в камере сгорания 5, а так же определить выбросов вредных загрязняющих веществ. Повышение давление в камере сгорания 5 создается за счет регулируемой заслонка 27.

В случае необходимости подачи воздуха с отрицательной температурой закрывается запорная арматура 8 и линию охлаждения воздуха 13при помощи турбодетандера 14 включающего баллонную раму 15 и турбину 16 приводом которой является электродвигатель 17, к камере сгорания 5 подается холодный воздух.

Продуктов сгорания, выходящие из теплообменника 11 и охлаждаемой проставки 22 при помощи системы дренажа продуктов сгорания 40,41 выбрасываются в атмосферу.

Установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая источник сжатого воздуха, воздухоподводящую магистраль с регулирующей арматурой и приборами для измерения параметров потока, на выходе из которой расположена камера сгорания. При этом в качестве источника сжатого воздуха в воздухоподводящую магистраль используется нагнетатель (компрессор), приводом которого является электродвигатель. Воздухоподводящая магистраль с регулирующей арматурой включает запорную арматуру и имеет линию подогрева воздуха, в которой расположено топочное устройство, теплообменник и приборы для измерения параметров потока, а также линию охлаждения воздуха, которая питается турбодетандером, включающим баллонную раму и турбину, приводом которой является электродвигатель. Воздухоподводящая магистраль содержит измерительный участок, в котором расположены приборы для измерения параметров потока (температуры, давления, расхода). Перед камерой сгорания размещена выравнивающая решетка. На входе в камеру сгорания подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата, за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена гребенка термопар, пневмогребенка, газоотборный зонд, подключенный к газоанализирующему оборудованию, и регулируемая заслонка. Линия подвода топлива к камере сгорания и линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры, топливные насосы и приборы для измерения параметров. На выходе из теплообменника и охлаждаемой проставки установлены системы дренажа продуктов сгорания. Достигается обеспечение отрицательных температур воздуха на входе в камеру сгорания, обеспечение возможности проводить испытания при высоких давлениях воздуха, близких к условиям двигателя, обеспечение проверки влияния направляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины на параметры камеры сгорания, обеспечение подогрева воздуха на входе в камеру сгорания, обеспечение регулировки температуры воздуха на входе в камеру сгорания, обеспечение работы на жидком и газообразном топливах, обеспечение измерения выбросов вредных загрязняющих веществ в продуктах сгорания, обеспечение выравнивания поля скоростей и давлений на входе в камеру сгорания, обеспечение возможности определять потери давления и температурное поле на выходе из камеры сгорания. 1 ил.

Установка для испытания камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая источник сжатого воздуха, воздухоподводящую магистраль с регулирующей арматурой и приборами для измерения параметров потока, на выходе из которой расположена камера сгорания, отличающаяся тем, что в качестве источника сжатого воздуха в воздухоподводящую магистраль используется нагнетатель (компрессор), приводом которого является электродвигатель, воздухоподводящая магистраль с регулирующей арматурой включает запорную арматуру и имеет линию подогрева воздуха, в которой расположено топочное устройство, теплообменник и приборы для измерения параметров потока, а также линию охлаждения воздуха, которая питается турбодетандером, включающим баллонную раму и турбину, приводом которой является электродвигатель, воздухоподводящая магистраль содержит измерительный участок, в котором расположены приборы для измерения параметров потока (температуры, давления, расхода), перед камерой сгорания размещена выравнивающая решетка, на входе в камеру сгорания подсоединен лопаточный имитатор направляющего аппарата, на выходе подсоединен лопаточный имитатор соплового аппарата, за камерой сгорания установлена охлаждаемая проставка, в которой размещена гребенка термопар, пневмогребенка, газоотборный зонд, подключенный к газоанализирующему оборудованию, и регулируемая заслонка, линия подвода топлива к камере сгорания и линия подвода топлива к топочному устройству включают в себя баллоны с газообразным топливом, баки с жидким топливом, топливные фильтры, топливные насосы и приборы для измерения параметров, на выходе из теплообменника и охлаждаемой проставки установлены системы дренажа продуктов сгорания.