Способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата
Способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата относится к машиностроению, преимущественно к подаче топлива или окислителя в двигатель внутреннего сгорания и предназначен как для транспортных средств, так и стационарных энергетических установок. Задачи изобретения в повышении пожарной безопасности и надежности работы турбонасосного агрегата, а также улучшении экономичности и экологических характеристик его работы в составе транспортного средства или стационарной установки. Поставленные задачи решаются способом продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата заключающийся в подаче нейтральной газовой среды в промежуточную полость турбонасосного агрегата с последующим выбросом из нее смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, отличающийся тем, что на входе и выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата соответственно измеряют расходы нейтральной газовой среды и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, при этом сравнивают эти расходы и пропорционально изменению разности между ними изменяют расход нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость турбонасосного агрегата. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
Способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата относится к машиностроению, преимущественно к подаче топлива или окислителя в двигатель внутреннего сгорания и предназначен как для транспортных средств, так и стационарных энергетических установок.
Известен способ и узел уплотнения насоса, содержащий корпус с каналами подвода сжатого воздуха и размещенные в корпусе статорный и роторный элементы, причем в последнем на ее наружной поверхности выполнены лабиринтные канавки, узел снабжен дренажным трубопроводом, в корпусе вокруг статорного элемента выполнена кольцевая камера, статорный элемент выполнен в виде перфорированной втулки, а дренажный трубопровод и кольцевая камера сообщены между собой и заполнены невозгораемым пористым материалом (см. авторское свидетельство СССР №1512240, МКИ F04D 29/08, 1989).
Недостаток данного способа и узла уплотнения в том, что, низка его надежность, т.к. изменяется давление в промежуточной полости на различных частотах вращения ротора турбонасосного агрегата, а это приводит к изменению нагрузок на уплотняющие элементы и соответственно к их быстрому износу, во-вторых, низка экономичность из-за нерегулируемого подвода сжатого воздуха.
Известен способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата нейтральным газом в частности азотом, заключающийся в подаче из источника нейтрального газа через трубопроводы в промежуточную полость турбонасосного агрегата с последующим выбросом смеси (паров топлива и нейтрального газа) через систему дренажа в окружающую среду (рис. 1, стр. 7-9. В.А Борисов. Конструирование основных узлов и систем двигательных установок. Методические указания выполнения лабораторной работы. СГАУ им. С.П. Королева. Самара. 2010, 13 с., http://repo.ssau.ru/bitstream/Metodicheskie-ukazaniya/Konstruirovanie-osnovnyh-uzlov-i-sistem-dvigatelnyh-ustanovok-Elektronnyi-resurs-elektron-primer-vypolneniya-lab-raboty-53917/1/Борисов%20В.А.%20Конструирование%20основных.%20Электронный%20пример.р df).
Недостаток данного способа в том, что, во-первых, низка экономичность из-за использования источника нейтральных газов, т.к. при подаче в насос турбонасосного агрегата жидкого водорода в качестве нейтрального газа применяют дорогостоящий гелий, а для жидкого кислорода применяют азот и систему их подачи, во вторых, низка надежность системы, т.к. частота вращения турбонасосного агрегата для двигателя внутреннего сгорания изменяется в широких пределах, при этом изменяется и давление в промежуточной полости между насосом и турбиной из-за увеличения утечек через уплотнения, а изменение давления в промежуточной полости турбонасосного агрегата приводит к снижению надежности из-за увеличения вероятности возгорания газообразного водорода при его попадании в атмосферу на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата.
Задачи изобретения в повышении пожарной безопасности и надежности работы турбонасосного агрегата, а также улучшении экономичности и экологических характеристик его работы в составе транспортного средства или стационарной установки.
Поставленные задачи в способе продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата заключающегося в подаче нейтральной газовой среды в промежуточную полость турбонасосного агрегата с последующим выбросом из нее смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, решаются тем, что на входе и выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата соответственно измеряют расходы нейтральной газовой среды и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, при этом сравнивают эти расходы и пропорционально изменению разности между ними изменяют расход нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость турбонасосного агрегата, и тем, что сравнивают разность расходов нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость турбонасосного агрегата и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата при его работе на стационарном режиме с контрольным значением, записанным в блоке управления, при его превышении формируют код ошибки, который записывают в энергонезависимую память блока управления, и включают сигнализацию о неисправности внутренних уплотнений между внутренней полостью насосной части и промежуточной полостью и между внутренней полостью турбинной части и промежуточной полостью турбонасосного агрегата, а также тем, преимущественно для насосной подачи криогенных топлив жидкого водорода или сжиженного метана, расход нейтральной газовой среды в промежуточную полость турбонасосного агрегата, при наличии кислорода, подают через первый управляемый дроссельный элемент в количестве для разбавления паров менее двух процентов водорода и менее пяти процентов для метана по объему нейтральной смеси газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата, а также тем, преимущественно для насосной подачи топлива или окислителя, находящихся в жидкой фазе при окружающей температуре, что в качестве нейтральной газовой среды, которую подают в промежуточную полость турбонасосного агрегата, применяют продукты сгорания топлива, которые предварительно охлаждают в теплообменном аппарате, а также тем, что в промежуточной полости турбонасосного агрегата поддерживают давление в диапазоне от равного до давления ниже на 40 кПа давления топлива или окислителя на входе в насосную часть турбонасосного агрегата на всех режимах его работы, при увеличении давления в промежуточной полости турбонасосного агрегата открывают второй управляемый дроссельный элемент на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата, а при снижении давления его прикрывают, и тем, преимущественно для газотурбинного двигателя внутреннего сгорания, что выбросы из промежуточной полости турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, осуществляют на вход компрессора газотурбинного двигателя внутреннего сгорания, а также тем, что контрольное значение изменяют в зависимости от режима работы турбонасосного агрегата, и тем, что отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости турбонасосного агрегата осуществляют из камеры сгорания газотурбинного двигателя внутреннего сгорания, и тем, что отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости турбонасосного агрегата осуществляют из турбины газотурбинного двигателя внутреннего сгорания, а также тем, что перед подачей продуктов сгорания топлива в промежуточную полость турбонасосного агрегата их очищают от механических примесей и сажи.
В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в энергетическом машиностроении и криогенных системах и может быть использовано в системах подачи топлива и окислителя, как на транспорте, так и на стационарных установках, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».
Изобретение поясняется следующими схемами.
На фиг. 1 представлена схема системы для осуществления способа продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата для двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 2 представлена схема с дополнительным теплообменным аппаратом для охлаждения нейтральной газовой среды, подаваемой в промежуточную полость турбонасосного агрегата.
На фиг. 3 представлена схема с дополнительным датчиком давления в промежуточной полости турбонасосного агрегата и со вторым управляемым дроссельным элементом на выходе из нее.
На фиг. 4 представлена схема с подачей из промежуточной полости турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части турбонасосного агрегата, на вход компрессора газотурбинного двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 5 представлена схема подачи продуктов сгорания из газотурбинного двигателя внутреннего сгорания в качестве нейтральной газовой среды через теплообменный аппарат на продувку промежуточной полости турбонасосного агрегата.
На фиг. 6 представлена схема установки сажевого фильтра между выходом продуктов сгорания из газотурбинного двигателя внутреннего сгорания и входом теплообменного аппарата.
Система (фиг. 1) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата содержит насосную часть 1 для подачи жидкого топлива или жидкого окислителя, соединенную посредством приводного вала, через промежуточную полость 2, с турбиной частью 3, которая питается или воздухом или продуктами сгорания топлива и окислителя или парами криогенного топлива или парами криогенного окислителя. На входе промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата установлен датчик расхода 4 нейтральной газовой среды, а на ее выходе датчик расхода 5 смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, при этом датчики 4 и 5 соединены с блоком управления 8. На входе датчика расхода 4 нейтральной газовой среды установлен первый управляемый дроссельный элемент 6, на вход 7 которого подается нейтральная газовая среда, при этом первый управляемый дроссельный элемент 6 соединен с блоком управления 8.
Система (фиг. 2) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата дополнительно содержит теплообменный аппарат 9, вход 10 которого соединен с системой подачи нейтральной газовой среды, а его выход с входом 7 в первый управляемый дроссельный элемент 6.
Система (фиг. 3) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата дополнительно содержит датчик давления 11 в промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата и датчик давления 12 на входе в насосную часть 1, при этом датчики давления 11 и 12 соединены с блоком управления 8, а выход датчика расхода 5 смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части 3, со входом второго управляемого дроссельного элемента 13, который соединен с блоком управления 8.
Система (фиг. 4) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата дополнительно имеет соединение выхода со второго управляемого дроссельного элемента 13 с входом компрессора газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14.
Система (фиг. 5) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата дополнительно имеет соединение 15 выхода продуктов сгорания из газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14 с входом 10 теплообменного аппарата 9.
Система (фиг. 6) для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата дополнительно имеет сажевый фильтр 16 установленный между соединением 15 выхода продуктов сгорания из газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14 и входом 10 теплообменного аппарата 9.
Способ по п. 1 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Во время пуска происходит увеличение частоты вращения ротора турбонасосного агрегата за счет подачи в турбинную часть 3 или воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя. Турбинная часть 3 с помощью приводного вала вращает крыльчатку насосной части 1, при этом на вход 7 первого управляемого расходного элемента 6 подают нейтральную газовую среду, которая проходит через датчик 4 расхода нейтральной газовой среды и поступает на продувку промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата, а на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата смесь нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части 3, проходит через датчик расхода 5. При этом на входе и выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата соответственно измеряют расходы датчиком 4 нейтральной газовой среды и датчиком 5 на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, при этом сравнивают эти расходы в блоке управления 8 и пропорционально изменению разности между ними с помощью первого управляемого дроссельного элемента 6 изменяют расход нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата. При изменении режима работы двигателя внутреннего сгорания изменяется частота вращения ротора турбонасосного агрегата, что, в свою очередь, приводит к изменениям давлений во всех полостях турбонасосного агрегата, при этом изменяются и утечки из насосной части 1 в промежуточную полость и из турбинной части 3 в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, изменение расхода этих утечек требует соответствующее их разбавление нейтральной газовой средой на входе в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, что и осуществляют с помощью предложенного способа. За счет оптимального разбавления нейтральной газовой средой на входе в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, повышена пожарная безопасность и надежность работы турбонасосного агрегата.
Способ по п. 2 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Во время работы двигателя внутреннего сгорания на постоянном режиме, при постоянной частоте вращения ротора турбонасосного агрегата, сравнивают разность расходов нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата, с контрольным значением, записанным в блоке управления 8, при его превышении формируют код ошибки, который записывают в энергонезависимую память блока управления 8, и включают сигнализацию о неисправности внутренних уплотнений между внутренней полостью насосной части 1 и промежуточной полостью 2 и между внутренней полостью турбинной части 3 и промежуточной полостью 2 турбонасосного агрегата. За счет диагностики изменения расходов через уплотнительные элементы между насосной частью 1 и промежуточной полостью 2 и турбинной частью 3 и промежуточной полостью 2 повышена надежность работы турбонасосного агрегата, т.к. своевременное обнаружение повышенных утечек показывает износ уплотнительных элементов в турбонасосном агрегате, а это позволяет выполнить его ремонт до наступления критической ситуации.
Способ по п. 3 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Расход нейтральной газовой среды в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, при наличии кислорода, подают через первый управляемый дроссельный элемент 6 в количестве для разбавления паров менее двух процентов водорода и менее пяти процентов для метана по объему смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата. За счет уменьшения концентрации паров водорода и паров метана ниже порога воспламенения в смеси с кислородом на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата повышена его пожарная безопасность и надежность работы.
Способ по п. 4 формулы (фиг. 2) осуществляют следующим образом. В качестве нейтральной газовой среды, которую подают в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, применяют продукты сгорания топлива, которые предварительно охлаждают в теплообменном аппарате 9. Охлаждение продуктов сгорания топлива перед их подачей в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата необходимо для температурной стабильности всех его уплотнительных элементов и для снижения вероятности воспламенения. Продукты сгорания топлива не содержат достаточного количества, как окислителя, так и горючего для воспламенения при их подаче в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, а это повышает пожаробезопасность и надежность его работы, кроме этого продукты полного сгорания топлива при их выбросе в атмосферу более безопасны для экологии окружающей среды, чем пары топлива или пары окислителя или продукты не полного сгорания топлива. Из-за использования продуктов сгорания топлива для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата повышена экономичность, т.к. не требуется запас нейтрального газа на борту транспортного средства.
Способ по п. 5 формулы (фиг. 3) осуществляют следующим образом. В промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата измеряют давление датчиком 11, а так же измеряют, давление датчиком 12 на входе насосной части 1 турбонасосного агрегата, сравнивают эти значения давлений в блоке управления 8 и с помощью второго управляемого дроссельного элемента 13 поддерживают в промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата давление в диапазоне от равного до давления ниже на 40 кПа давления, измеренного датчиком давления 12 топлива или окислителя на входе в насосную часть 2 турбонасосного агрегата на всех режимах его работы, при увеличении давления в промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата открывают второй управляемый дроссельный элемент 13 на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата, а при снижении давления его прикрывают. За счет поддержания перепада давления в диапазоне от 0 до 40 кПа между входом в насосную часть 1 и промежуточной полостью 2 турбонасосного агрегата отсутствует вероятность попадания смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров топлива или паров окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, в насосную часть 1. Это повышает пожаробезопасность и надежность работы турбонасосного агрегата.
Способ по п. 6 формулы (фиг. 4) осуществляют следующим образом. Выбросы смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата через второй управляемый дроссельный элемент 13, осуществляют на вход компрессора газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14. Это снижает загрязнение окружающей среды парами топлива, окислителя и продуктов неполного сгорания топлива, т.е. повышает экологические показатели энергетической установки в целом.
Способ по п. 7 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Двигатель внутреннего сгорания работает в широком диапазоне режимных параметров, при этом на каждом режиме частота вращения ротора турбонасосного агрегата различна, при этом различны перепады давления между насосной часть 1 и промежуточной полостью 2, а также турбинной частью 3 и насосной частью 2 и соответственно различны утечки через уплотнения между вышеназванными частями турбонасосного агрегата. Поэтому для диагностики состояния уплотнительных элементов между насосной частью 1 и промежуточной полостью 2 и турбинной частью 3 и промежуточной полостью 2 турбонасосного агрегата изменяют контрольное значение разности расходов нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, на выходе из промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата, в зависимости от режима работы (частоты вращения ротора) турбонасосного агрегата. Это позволяет вести диагностику уплотнительных элементов турбонасосного агрегата на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания и при различных частотах вращения ротора турбонасосного агрегата, что повышает надежность его работы.
Способ по п. 8 формулы (фиг. 5) осуществляют следующим образом. Отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата осуществляют из камеры сгорания газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14, при этом продукты сгорания поступают последовательно через вход 10 теплообменника 9, вход 7 первого управляемого дроссельного элемента 6, датчик расхода 4 нейтральной газовой среды в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата. Продукты сгорания топлива не содержат достаточного количества, как окислителя, так и горючего для воспламенения при их подаче в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, а это повышает пожаробезопасность и надежность его работы, кроме этого продукты полного сгорания топлива при их выбросе в атмосферу более безопасны для экологии окружающей среды, чем пары топлива или пары окислителя или продукты не полного сгорания топлива. Из-за использования продуктов сгорания топлива для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата повышена экономичность, т.к. не требуется запас нейтрального газа на борту транспортного средства.
Способ по п. 9 формулы (фиг. 5) осуществляют следующим образом. Отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата осуществляют из турбины газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14, при этом продукты сгорания поступают последовательно через вход 10 теплообменника 9, вход 7 первого управляемого дроссельного элемента 6, датчик расхода 4 нейтральной газовой среды в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата. Продукты сгорания топлива не содержат достаточного количества, как окислителя, так и горючего для воспламенения при их подаче в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата, а это повышает пожаробезопасность и надежность его работы, кроме этого продукты полного сгорания топлива при их выбросе в атмосферу более безопасны для экологии окружающей среды, чем пары топлива или пары окислителя или продукты не полного сгорания топлива. Из-за использования продуктов сгорания топлива для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата повышена экономичность, т.к. не требуется запас нейтрального газа на борту транспортного средства.
Способ по п. 10 формулы (фиг. 6) осуществляют следующим образом. Перед подачей продуктов сгорания топлива в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата их очищают от механических примесей и сажи, пропуская через сажевый фильтр 16 установленный между соединением 15 выхода продуктов сгорания из газотурбинного двигателя внутреннего сгорания 14 и входом 10 теплообменного аппарата 9. За счет очистки продуктов сгорания топлива в сажевом фильтре 16 перед их подачей в промежуточную полость 2 турбонасосного агрегата повышена надежность его работы, т.к. снижается механический износ уплотнительных элементов между насосной частью 1 и промежуточной полостью 2, а также турбинной частью 3 и промежуточной полостью 2, кроме этого промежуточная полость 2 не засоряется механическими примесями.
Из-за оптимального разбавления нейтральной газовой средой в промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части 1 турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбиной части 3 турбонасосного агрегата, повышена пожарная безопасность и надежность работы турбонасосного агрегата.
За счет диагностики изменения расходов через уплотнительные элементы между насосной частью 1 и промежуточной полостью 2, а также турбинной частью 3 и промежуточной полостью 2 повышена надежность работы турбонасосного агрегата, т.к. своевременное обнаружение повышенных утечек показывает износ уплотнительных элементов в турбонасосном агрегате, а это позволяет выполнить его ремонт до наступления критической ситуации.
Из-за продувки промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата нейтральной газовой средой, взятой на выходе из камеры сгорания или на выходе из газовой турбины двигателя внутреннего сгорания, повышена экономичность системы продувки, а также надежность за счет того, что продукты сгорания топлива в окислителе нейтральны к возгоранию, т.к. содержит только окислы топлива.
Из-за поддержания давления в промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата повышена его надежность, т.к. уменьшены износы уплотнительных элементов.
Из-за поддержания не высокой температуры нейтральной газовой среды на продувку промежуточной полости 2 турбонасосного агрегата также повышена его надежность, т.к. уменьшены термические напряжения и расширения в элементах конструкции турбонасосного агрегата, а также уменьшен износ уплотнительных элементов между насосной частью 1 и промежуточной полостью 2, а также турбинной частью 3 и промежуточной полостью 2 турбонасосного агрегата.
Из-за использования продуктов сгорания топлива для продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата повышена экономичность, т.к. не требуется запас нейтрального газа на борту транспортного средства.
Таким образом, изобретением усовершенствован способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата, в котором повышена пожаробезопасность, надежность, экономичность и экологические характеристики, как самого турбонасосного агрегата, так и двигателя внутреннего сгорания.
1. Способ продувки промежуточной полости турбонасосного агрегата, заключающийся в подаче нейтральной газовой среды в промежуточную полость турбонасосного агрегата с последующим выбросом из нее смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части турбонасосного агрегата, отличающийся тем, что на входе и выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата соответственно измеряют расходы нейтральной газовой среды и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части турбонасосного агрегата, при этом сравнивают эти расходы и пропорционально изменению разности между ними изменяют расход нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость турбонасосного агрегата.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнивают разность расходов нейтральной газовой среды на входе в промежуточную полость турбонасосного агрегата и смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части турбонасосного агрегата на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата при его работе на стационарном режиме с контрольным значением, записанным в блоке управления, при его превышении формируют код ошибки, который записывают в энергонезависимую память блока управления, и включают сигнализацию о неисправности внутренних уплотнений между внутренней полостью насосной части и промежуточной полостью и между внутренней полостью турбинной части и промежуточной полостью турбонасосного агрегата.
3. Способ по п. 1 или 2, преимущественно для насосной подачи криогенных топлив жидкого водорода или сжиженного метана, отличающийся тем, что расход нейтральной газовой среды в промежуточную полость турбонасосного агрегата, при наличии кислорода, подают через первый управляемый дроссельный элемент в количестве для разбавления паров менее двух процентов водорода и менее пяти процентов для метана по объему смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя, со стороны турбинной части турбонасосного агрегата, на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата.
4. Способ по п. 1 или 2, преимущественно для насосной подачи топлива или окислителя, находящихся в жидкой фазе при окружающей температуре, отличающийся тем, что в качестве нейтральной газовой среды, которую подают в промежуточную полость турбонасосного агрегата, применяют продукты сгорания топлива, которые предварительно охлаждают в теплообменном аппарате.
5. Способ по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в промежуточной полости турбонасосного агрегата поддерживают давление в диапазоне от равного до давления ниже на 40 кПа давления топлива или окислителя на входе в насосную часть турбонасосного агрегата на всех режимах его работы при увеличении давления в промежуточной полости турбонасосного агрегата открывают второй управляемый дроссельный элемент на выходе из промежуточной полости турбонасосного агрегата, а при снижении давления его прикрывают.
6. Способ по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, преимущественно для газотурбинного двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что выбросы из промежуточной полости турбонасосного агрегата смеси нейтральной газовой среды и паров топлива или окислителя из насосной части турбонасосного агрегата и воздуха или продуктов сгорания топлива и окислителя или паров криогенного топлива или паров криогенного окислителя со стороны турбинной части турбонасосного агрегата осуществляют на вход компрессора газотурбинного двигателя внутреннего сгорания.
7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что контрольное значение изменяют в зависимости от режима работы турбонасосного агрегата.
8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости турбонасосного агрегата осуществляют из камеры сгорания газотурбинного двигателя внутреннего сгорания.
9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отбор продуктов сгорания топлива на продувку промежуточной полости турбонасосного агрегата осуществляют из турбины газотурбинного двигателя внутреннего сгорания.
10. Способ по п. 4, или 8, или 9, отличающийся тем, что перед подачей продуктов сгорания топлива в промежуточную полость турбонасосного агрегата их очищают от механических примесей и сажи.
