Система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых пылевых испытаниях
Владельцы патента RU 2284497:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)
Изобретение относится к испытательным стендам авиационной техники, а также к областям, где применяются газотурбинные двигатели (ГТД), и они подвергаются пылевым стендовым испытаниям. Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение подачи равномерной концентрации и одинаковости дисперсного состава пыли на площади входа в ГТД, а также, в частности, для случаев ограниченной возможности испытательного стенда в отношении размещения требуемого для этой цели оборудования. Технический результат достигается тем, что перед входом в ГТД устанавливается кольцевая труба, площадь которой в поперечном сечении соответствует площади входа в ГТД. Цилиндрический канал между внешней и внутренней стенками кольцевой трубы разделен продольными перегородками на ряд идентичных каналов. В каждый из этих каналов устанавливают сопло и напротив выхода из сопла устанавливают отражатель. Запыленный воздух в каждое из сопел подается из смесителя в равных количествах и с одинаковым дисперсным составом, причем смеситель устанавливают в удобном месте на стенде и он не имеет жесткой связи с испытываемым ГТД. Взаимодействие выходящих из сопел струй запыленного воздуха с отражателями в каналах, образованных в кольцевой трубе, приводит к рассеиванию содержащихся в струе частиц пыли по всему поперечному сечению кольцевой трубы, а следовательно, перед входом в ГТД. Таким образом, пыль попадает во вход двигателя равномерно распределенной по всему входному сечению как по концентрации, так и по дисперсному составу, а также данное устройство компактно, надежно и имеет низкую стоимость. 8 ил.
Изобретение относится к испытательным стендам авиационной техники, а также к областям, где применяются газотурбинные двигатели (ГТД), и они подвергаются пылевым стендовым испытаниям.
При пылевых стендовых испытаниях ГТД уделяется большое внимание равномерности распределения пыли по всей площади входного сечения двигателя как по концентрации пыли в воздухе, так и по дисперсному составу. Если при стендовых пылевых испытаниях на входе двигателя устанавливается пылезащитное устройство, то и в этом случае стремятся обеспечить равномерное распределение пыли по всей площади его входного сечения. Равномерное распределение пыли придает определенность стендовым пылевым испытаниям и дает возможность для их нормирования.
Известны способы достижения поставленной цели с помощью ресиверов-смесителей, устанавливаемых перед входом ГТД, в которых происходит перемешивание воздушных и пылевых струй и из которых запыленный воздух засасывается двигателем.
Известны также способы, при которых перед входом ГТД устанавливаются соосные с ними длинные трубы, и пыль подается из сопел во вход такой трубы. Воздух в ГТД засасывается через эту трубу, в которой благодаря ее протяженности и турбулентности потока в ней и происходит перемешивание пыли в воздухе, статья Данна, Падовы, Моллера, Аданса "Ухудшение характеристик турбовентиляторного и турбореактивного двигателей при работе в запыленной атмосфере"; Энергетические машины, М., 1988 г., №2, стр.80-82.
Недостатками указанных технических решений являются практическая неосуществимость гарантированного равномерного распределения пыли перед входом в двигатель как по дисперсному составу, так и по концентрации, а также громоздкость систем - большого размера ресиверы, длинные присоединенные к входу двигателя трубы. Последнее в ряде случаев по компоновочным условиям на стенде неприемлемо.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение подачи равномерной концентрации и одинаковости дисперсного состава пыли на площади входа в ГТД, а также, в частности, для случаев ограниченной возможности испытательного стенда в отношении размещения требуемого для этой цели оборудования.
Технический результат достигается тем, что в заявляемой системе подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых пылевых испытаниях, которая содержит регулировочный кран, измерительное устройство, дозатор пыли, трубопровод, смеситель, распределитель пыли, кольцевую трубу подвода запыленного воздуха к входу газотурбинного двигателя, смеситель выполнен в виде вертикально расположенного цилиндра и имеет верхнюю и нижнюю крышки, при этом верхняя крышка соединена с дозатором пыли, а нижняя крышка содержит ряд равных по величине и равномерно расположенных по периферии выходных отверстий относительно центральной оси цилиндрического смесителя и соответствующих им входных патрубков, которые через распределитель пыли соединены с кольцевой трубой, при этом проходное сечение кольцевой трубы разделено продольными перегородками на ряд самостоятельных каналов и каждый образованный канал имеет сопла и установленные напротив их отражатели, причем сопла через гибкие шланги соединены с патрубками нижней крышки цилиндрического смесителя.
На фиг.1 схематично показана система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя.
На фиг.2 схематично изображен смеситель.
На фиг.3 изображен вид на нижнюю крышку смесителя по сечению А-А фиг.2.
На фиг.4 схематично показана кольцевая труба.
На фиг.5 показан вид кольцевой трубы по сечению А-А фиг.4.
На фиг.6 показан канал кольцевой трубы по сечению Б-Б фиг.4.
На фиг.7 показан сектор из смесителя с траекториями частиц пыли в нем.
На фиг.8 показан продольный канал кольцевой трубы с траекториями частиц пыли.
Заявляемая система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя (ГТД) при его стендовых пылевых испытаниях, схематично показанная на фиг.1, содержит регулировочный кран 1 расхода сжатого воздуха, измерительное устройство 2, дозатор 3 пыли, трубопроводы 4, цилиндрический смеситель 5, установленный в вертикальном положении, гибкие шланги 6, распределитель 7 пыли, кольцевую трубу 8, установленную на входе в ГТД. Кольцевая труба 8 на фиг.4 и фиг.5, проходное сечение которой разделено продольными перегородками 11 на ряд самостоятельных продольных каналов, содержит сопла 9 и отражатели 10, выполненные, например, в виде перевернутой конусообразной поверхности, каждые из которых размещены в каждом канале, образованном продольными перегородками 11. Цилиндрический смеситель 5, схематично показанный на фиг.2, содержит верхнюю крышку 13, нижнюю крышку 14, при этом верхняя крышка 13 через трубку 12 соединена с трубопроводом 4, а нижняя крышка 14 имеет ряд равных по величине и равномерно расположенных относительно оси цилиндрического смесителя 5 выходных отверстий 15, фиг.3, и соответствующих выходных патрубков 16, каждые из которых расположены напротив отражателей 10.
Система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых испытаниях работает следующим образом.
Регулировочным краном 1 устанавливается требуемый для эффективной работы системы расход воздуха, измеряемый устройством 2. Затем включается в работу дозатор 3 пыли, из которого дозируемая им пыль ссыпается в трубопровод 4 и проходящим через него воздухом переносится в цилиндрический смеситель 5. Цилиндрический смеситель 5 обеспечивает выход из ряда выходных отверстий 15, выполненных в нижней его крышке 14 запыленного воздуха в равных количествах, при одинаковой концентрации в нем пыли и при одинаковом ее дисперсном составе, что достигается цилиндрической формой корпуса смесителя 5 и его вертикальным положением в пространстве, а также вводом в него воздуха и пыли из дозатора 3 через трубку 12, расположенную в центре верхней крышки 13 и выхода из нее равномерно запыленного воздуха через ряд равнорасположенных относительно оси цилиндра выходных отверстий 15 (фиг.3) на нижней крышке 14 и соответствующих выходных патрубков 16. Из цилиндрического смесителя 5 запыленный воздух следует по гибким шлангам 6 к распределителю 7 пыли и распределяется по соплам 9, расположенным в продольных каналах кольцевой трубы 8, на которые кольцевой канал разбивается продольными перегородками 11. Выходя из сопел 9, струи запыленного воздуха на своем пути встречают препятствие в виде отражателей 10. Воздух обтекает отражатели 10, а содержащиеся в нем частицы пыли, следуя по инерции прямолинейно, ударяются о поверхности отражателей 10 и благодаря выбранной форме отражателей 10 в виде, например, перевернутой конусообразной поверхности рассеиваются в каналах кольцевой трубы 8. К сечению выхода воздуха из кольцевой трубы 8 частицы пыли реализуются по всей площади поперечного сечения кольцевой трубы 8 перед входом в ГТД, обеспечивая равномерное распределение пыли как по концентрации, так и по дисперсному составу.
На фиг.7 в качестве примера показан выделенный сектор из цилиндрического смесителя 5 с траекториями вошедших в него через входной патрубок 16 частиц пыли с размером 200 мкм. Похожая картина получается и для частиц пыли других размеров. В результате многочисленных соударений частиц со стенками и образовании в смесителе вихревых потоков воздуха пыль распределяется равномерно по всему объему цилиндрического смесителя 5. Таким образом, через каждое из выходных отверстий 15 цилиндрического смесителя 5 выходит одинаковое количество запыленного воздуха с одинаковой концентрацией пыли при одинаковом ее дисперсном составе.
На фиг.8 в качестве примера показан один из продольных каналов кольцевой трубы 8 с рассеиванием в нем частиц пыли с размером 200 мкм. Похожая картина получается и для частиц пыли других размеров. Как видно из фиг.8, к выходу из канала частицы пыли распределяются равномерно по всему выходному сечению.
Таким образом, приведенные примеры подтверждают обеспечение при использовании предлагаемой системы подачи запыленного воздуха во вход газотурбинного двигателя равномерного распределения пыли по всему входному сечению газотурбинного двигателя, а также данное устройство компактно, надежно и имеет низкую стоимость.
Система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых пылевых испытаниях, содержащая регулировочный кран, измерительное устройство, дозатор пыли, трубопровод, смеситель, распределитель пыли, кольцевую трубу подвода запыленного воздуха к входу газотурбинного двигателя, отличающаяся тем, что смеситель выполнен в виде вертикально расположенного цилиндра и имеет верхнюю и нижнюю крышки, при этом верхняя крышка соединена с дозатором пыли, а нижняя крышка содержит ряд равных по величине и равномерно расположенных по периферии выходных отверстий относительно центральной оси цилиндрического смесителя и соответствующих им выходных патрубков, которые через распределитель пыли соединены с кольцевой трубой, при этом проходное сечение кольцевой трубы разделено продольными перегородками на ряд самостоятельных каналов, а каждый образованный канал имеет сопла и установленные напротив их отражатели, причем сопла через гибкие шланги соединены с патрубками нижней крышки цилиндрического смесителя.
