Инерционный сепаратор газотурбинного двигателя

 

Союз Советскмх

Соцмалмстическмх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«<>729375 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22);Заявлено 09.01.78 (21) 2566548/25-06 с присоединением заявки №(23) ЕЕриоритет (5I ) )уЕ, Кл.

Г 02 С 7/04

Государственно>й номнтет

СССР по делам нзобрвтвннй н открмтнй (5 >) УДК 621.4 >8 (088.8) Опубликовано 25 04.80. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 05.05.80 (72) Авторы изобретения

А. В, Штода, А. Il. Назаров и Н. В. Ващенк<> (7I ):Заяви гель (54) Hl IE РЕЕИОННЫЛ СЕ. ЕIЛРЛТОР ГЛЗОТУЕ>Е>ИЕ!НОГО

ДВИ ГАТЕ.гЕ Я

Изобрс <ение относи гся к явиядви! ателестроеник>, в частности к инерционным сепари рующи м устройства м для предотвра ще-. ния попадания н двигатель посторонних предм Tor>. Известны струйные системы для предотвращения попадания в двигатель посторс>пни х частиц, содс ржа щие установленные в районе входе в воздухозаборник различные насадки. подклк>ченные трубопроводом к полости отбора сжатого воздуха от компрессора двигателя и образующие систему защитных струй, препятствующих образованию вихря (II.

Однако эти системы не защищают двигатель от частиц, заброшенных в воздухозаборник передним колесом шасси или выхлопной струей взлетающего впереди самолета.

Кроме того, струйные системы снижают эффективность двигателей за счет отбс>ра рабочего тела и требук>т значительных весовых затрат.

Наиболее близким техническим решением к изобретеник> является инерционный сепаратор газотурби нного дви гателя, который с<>de ржит рс! Зм<. !ге ниh! и на вход\ . в пocле дний криволинейный канал для прохода рабочего тела <<> сб< рником отселе>рированн>>х частиц, расположенным kl3 вогнутой стенке кяняля 12).

Недостатком такого сепарят<>ря являю<<и! повышенные потери полно<о:инлсния, обусловленные завихрением потока в:к>не рязделeH>< я.

Пель изобретения - повышение эффективности защиты двигателя <>т попадания посторонних прелметов.

Поставленная цель достигается тем. что в инерционном сепараторе гя:>отурбинного двигателя, содержащем ра змеще ни ы и на входе в последний криволинейный канал для прохода рабочего тела е<> сборником отсепариронянных частиц, расположенным на вогнутой стенкс канала, сборник выполнен в виде съемной панели с сотовым наполнителем и обшивкой, образующей проточную часть канала.

На чертеже схематично изображен инерционный сепаратор. продольный разрез.

Сепаратор содержи г размещенный на входе в двигатель криво.>ннейный канал 1

729375 со сборником 2 отсепарированных частиц, расположенным на наружной вогнутой стенке канала. На входе в сборник установлена съемная панель 3 с сотовым наполннтелем 4, выполненным в виде конусов, к вершинам которых прикреплена обшивка 5, образующая проточную часть канала. Противоположные вершины конусов наполнителя 4 крепятся к силовому основанию б панели, которое, в свою очередь, закрепляется по периметру винтами 7 к обечайке канала 1.

Инерционный сепаратор работает следующим образом.

Посторонние частицы, попавшие в воздухозаборник, например, от переднего холеса шасси, разгоняются потоком воздуха и затем под действием сил инерции пересекают канал 1 в зоне его искривления и ударяются в обшивку 5 панели 3. При этом посторонние частицы пробивают обшивку 5 и попадают внутрь сотового наполнителя 4, чем прелотвращается выпадание частиц обратно в канал. Г1рочность обшивки панели зависит от толщины и размера ячеек сотового наполнителя и рассчитывается следующим образом.

Предварительно рассчитывается максимальное контактное усиление в момент соуларения постороннего предмета и обшивки, что, в свою очередь, позволит рассчитать напряжения, возникающие в зоне контакта

6„. Очечидно, условие. разрушения выразится дк Kg @B где К вЂ” коэффициент возрастания. предела прОчнОсти при динамическом Воздействии на материал;

6 — предел прочности.

Учитывая, что наименьшей пробивной силой обладают сферические частицы малого удельного веса, расчет был произведен для сферических частиц льда минимальной мас- ао сы при скорости их движения в канале 0,2 от скорости воздушного потока 30 м/с и минимальном угле соударения 0,2 рад. Эти минимальные значения массы, скорости и

» угла соударения, взяты на основе данных экспериментальных исследований по определению параметров движения посторонних предметов в воздухоподводящих каналах

ГТД. В качестве материала обшивки панели была взята фольга из технически чистого алюминия. Рассчитанная по указанной мето- 5© дике при заданных исходных данных максимальная толщина обшивки составляе »

Зм,= 0,2 мм.

Минимальная толщина обшивки легкоf5 съемной панели определяется из условия ее неразрушения воздушным потоком. Нагрузка воздушного потока, действуюшая на оби ивку, определяется перепадом полных давлений на обшивке, т. е. местом расположения панели в канале и углом поворота канала в зоне расположения панели. При организации выравнивания давления внутри панели и давления в канале, которое может быть осуществлено выполнением отверстий в обшивке панели, толщина, в частном случае, фольги моЖет быть сколь угодно малой.

Расчет минимальной толщины обшивки произведен при условии, что выравнивание давлений не происходит, скорость воздушного потока в канале составляет 200 м/с, местный угол поворота канала составляет

0,6 рад, периметр ячейки сотового наполнителя, в частном случае, квадратный и в четыре раза превышает периметр сферической частицы льда минимальной массы для обшивки, выполненной, в частном случае, из той же фольги. Очевидно, что напряжение в обшивке 6 R, возникающее при данном перепаде давлений, зависит от толщины обшивки и от размера g-5 -ñoòÜâoão наполни теля, поэтому минимально допустимая толшина обшивки может быть определена при заланном максимальном значеййи площали ячейки сот.

Условие неразрушения обшивки панели. можно выразить следующим уравнением: r g K@Â, где К вЂ” коэффициент запаса прочности.

Подсчитанная при указанных исходньгх данных, при К = 3 минимальная толщина обшивки составляет

О = О,l мм.

Характерно, что толщина обшивки панели не зависит от калибра канала и радиуса его кривизны, она зависит только от минимальной массы посторонних прелметов, подлежащих инерционной сепарации, угла и скорости их соударения с обшивкой панели, скорости воздушного потока и угла поворота канала в зоне установки панели.

Расчет прочности обшивки можно привести к опрелелению относительной массы обшивки ячейки сотового наполнителя, приведенной к минимальной .массе сепарируемых частиц. Для этого необходимо задаться минимальной массой сепарируемых частиц

m„è периметром ячейки сотового наполнителя, например П = 4а = 4Г1о, где По =

Иp периметр пробиваемого отверстия сферической частицей льда минимальной массы. При условии равномерного распрелеления ° массы обшивки по плошали ее толщина определится из уравнения

729375 зз 1234/3 I оапне ное енто, ектнан где Г, = — — — параметр прочности обшивки

Жа

Ttlgp

fthm — масса обшивки ячейки сотового наполнителя;

У вЂ” массовая плотность материала обшивки.

Рассчитанный при приведенных значениях параметров, определяющих допустимые размеры .толщины обшивки, параметр прочности обшивки определяется неравенством

0,7 „ Х g 1,4, Гаким образом, толщина обшивки легкосъемной панели составляет, мм:

0,1 «С 6, 0,2.

Формула изобретения

Инерционный сепаратор газотурбинного

Двигателя, содержащий размещенный на входе в последний криволинейный канал для прохода рабочего тела со сборником отсепарированных частиц, расположенным иа вогнутой стенке канала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности загциты двигателя от попадания посторонних предметов, сборник выполнен в виде съемной панели с сотовым наполнителем и обшивкой, образующей проточную часть канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент ФРГ № 1083566, кл. 62 Ь 37/02, опублик. 1958.

2. Патент США № 3952972, кл. 244 — 53, публик. 976.