Способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной Советский патент 1982 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а в частности к запуску газотурбинных двигателей. Известен способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной, соединеннойС нагрузочным устройством, включающий раскрутку ротора турбокомпрессора механической энергией путем вращения свободной турбины от й агрузочного устройства и передачи энергии свободной турбины ротору турбокомпрессора через устройство связи роторов турбокомпрессора и свободной турбины РЗНедостаток этого способа заключается в относительно низкой надежности из-за усложнения конструкции и повышенного значения передаваемого момента Через устройство связи роторов. Наиболее близким к прс viaraeMOMy по технической сущности и достигаемому результату является способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной, соединенной с-нагрузочным устройством, включающий раскрутку ротора турбокомпрессора авторотацией путем вращения свободной турбины от нагрузочного устройства, подачу воздуха с выхода свободной турбины на вход турбокомпрессора, разжиг камеры сгорания с последующим сообщением входа турбокомпрессора и выхода свободной турбины с атмосферой и вывод двигателя на режим малого газа 2. Недостатком такого способа является то, что при низких температурах атмосферного воздуха и холодном двигателе происходит увеличение времени запуска с относительно низкой надежностью. Цель изобретения - ускорение и повышение надежности запуска при низких температурах атмосферного воздуха. Указанная цель достигается тем, что на вход турбокомпрессора дополнительно подают воздух высокого давления, а с атмосферой сначала сообщают выход свободной турбины, а затем - вход гидрокомпрессора. На чертеже приведена принципиаль ная схема газотурбинного двигателя, реализующего предлагаемый способ за пуска. Газотурбинный двигатель.содержит турбокомпрессор 1, состоящий из ком прессора 2 камеры 3 сгорания и турбины 4, свободную турбину 5, соединенную с нагрузочным устройством (например, трансмиссией транспортного средства - на чертеже не показано) . Вход 6 турбокомпрессора 1 и выход 7 свободной турбины 5 сообщены между собой трубопроводом 8, в котором размещены запорно-регулирующие органы 9 и IO. для поочередного сообщения входа б и выхода 7 с труб проводом 8 и атмосферой. Трубопрово 8через дополнительный трубопровод 11 посредством клапана 12 сообщен с устройством 13 подачи воздуха под высоким давлением, которое может бы выполнено в виде компрессора тормоз ной системы. Способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной осу ществляют следующим образом. Запорно-регулирующйми органами 9и 10 перекрывают подачу воздуха на вход 6 турбокомпрессора 1 и выпуск рабочего тела с выхода 7 свободной турбиной и соединяют вход 6 турбокомпрессора 1 с выходом 7 трубопроводом 8, образуя при этом замкнутый изолированный от атмосферы контур. При вращении свободной турбины 5 нагрузочным устройством (трансмиссией буксируемого транспор ного средства) воздух, находящийся в замкнутом изолированном контуре, сжимается в ней и направляется по трубопроводу 8, в компрессор 2, далее через камеру сгорания 3 в турби ну 4. -Из турбины 4 воздух подается на вход свободной турбины 5 и далее циркуляция потока воздуха по замкну тому контуру осуществляется аналоги но изложенному. Затем на вход 6 турбокомпрессора по трубопроводам 8 и .11, клапан 12, запорно-регулирующий орган 9 подают воздух высокого давления от устройства 13. Из-за наличия сопротивлений по всему контуру и-работы свободной ту 3 5 в компрессорном режиме, повышаются потенциальная и кинетическая энергия циркулирующего в замкнутом контуре воздуха, что приводит к увеличению давления, температуры воздуха, а также к нача/|у и повышению частоты вращения турбокомпрессора 1. При этом обеспечивается подогрев подшипников и элементов проточной части, что способствует снижению момента сопротивления проворачиванию турбокомпрессора 1 и возможности более быстрого нагружения двигателя после его запуска. Повышение же плотности рабочего тела, циркулирующего в контуре, сокращает время разогрева подшипников и повышает эффективность работы турбины А, свободной турбины 5 и компрессора 2. При достижении определенных температуры, давления воздуха и частоты вращения турбокомпрессора 1 топливо подается в камеру 3 сгорания, которое затем воспламеняется. При достижении предельно допустимой температуры газов перед турбиной k компрессора 2 органами 9 и 10 размыкают контур, соединяя вход 6 и выход с атмосферой, причем сначала соединяют выход 7 свободной турбины, а затем вход 6 турбокомпрессора 1, чем обеспечивается срабатывание дополнительной энергии избыточного давления на турбине компрессора 2. Продукты сгорания из камеры 3 сгорания за счет направленной циркуляции потока поступают на турбину А турбокомпрессора 1 и совершают работу, которая используется для сжатия воздуха, поступающего из атмосферы в компрессор 2. Вращением свободной турбины 5, приводимой трансмиссией транспортного средства отсасывают газы из турбины компрессора 2 и выпускают их в атмосферу. За счет предварительной температурной подготовки газотурбинной установки, повышения давления и температуры воздуха до уровней, характерных для рабочих режимов турбокомпрессора, а также существенного снижения противодавления за турбиной k, турбокомпрессора 1 избыточная работа газов и мощность на турбине k компрессора 2 создаваемые в начальный момент при использовании воздуха в замкнутом контуре, кратковременно достигают таких значений, при которых обеспечивается дальнейшее быстрое повышение частоты вращения и самосто тельный выход турбокомпрессора 1 на режим малого газа. Способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной обе спечивает ускорение и повышение надежности запуска npv низких отрицательных температурах окружающего во духа. Формула изобретения Способ запуска газотурбинного двигателя со свободной турбиной.соед ненной с нагрузочным устройством, включающий раскрутку ротора турбокомпрессора авторотацией путем вращения свободной турбины от нагрузоч ного устройства, подачу воздуха с выхода свободной турбины на вход турбокомпрессора, розжиг камеры сгорания с последующим сообщением входа турбокомпрессора и выхода свободной турбины с атмосферой и вывод двигателя на режим малого газа, отличающийся тем, что, с целью ускорения и. повышения надежности запуска при низких температурах атмосферного воздуха, на вход турбокомпрессора дополнительно подают воздух высокого давления, а с атмосферой сначала сообщают выход свободной турбины, а затем - вход турбокомпрессора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Технический проект. Горький. : ГАЗ, 1976, с. 23. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 27б1039,кл. F 02 С 7/2б, 1979. .

8

W