Патент на изобретение №2270927

(54) СИСТЕМА ПОДАЧИ ПУСКОВОГО ГАЗА К ТУРБОДЕТАНДЕРУ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области газотурбокомпрессоростроения, в частности, к системам подачи пускового газа к турбодетандерам газотурбинных двигателей. Изобретение решает задачу повышения надежности и экономичности газотурбинных двигателей путем повышения надежности и экономичности применяемых в них систем подачи пускового газа к турбодетандерам. В системе подачи пускового газа к турбодетандеру газотурбинного двигателя, содержащей магистраль пускового газа, запорные, запорно-регулирующий и предохранительный клапаны, блок фильтров, блок управления клапанами, систему автоматики и датчики давлений, в магистрали пускового газа между запорно-регулирующим клапаном и турбодетандером установлен вихревой расширитель газа (труба Ранка-Хилша), причем вход расширителя соединен с выходом запорно-регулирующего клапана, “горячий” выход расширителя соединен с входом турбодетандера, “холодный” выход расширителя соединен со сбросной “свечой”, а по оси расширителя пропущена магистраль сжатого воздуха, соединенная одним концом с нагнетанием циклового компрессора, другим – с его всасыванием. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области турбокомпрессоростроения, в частности, к системам подачи пускового газа к турбодетандерам газотурбинных двигателей.

Известны пусковые устройства газотурбинных газоперекачивающих агрегатов в виде турбодетандеров, к которым подводится неподогретый пусковой газ – частично сдросселированный перекачиваемый газ (см., например, кн.: Б.С.Ревзин “Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты”, Москва, “Недра”, 1986 г., стр.114…116).

Известны холодильно-нагревательные установки, утилизирующие энергию выходящих из вихревой трубы потоков газа (см., например, кн.: А.П.Меркулов “Вихревой эффект и его применение в технике”. Изд-во “Машиностроение”, Москва, 1969 г., стр.113…145).

Известны пусковые устройства газотурбинных установок в виде турбостартеров, работающих на холодном или слабо подогретом сжатом воздухе, отбираемом из специальной системы или от работающего двигателя (см., например, кн.: “Газотурбинные установки”. Справочное пособие. Под общ. ред. Л.В.Арсеньева и В.Г.Тырышкина, Ленинград, “Машиностроением, ЛО, 1978 г., стр 139…140) – прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и экономичности газотурбинных двигателей путем повышения надежности и экономичности применяемых в них систем подачи пускового газа к турбодетандерам.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе подачи пускового газа к турбодетандеру газотурбинного двигателя, содержащей магистраль пускового газа, запорные, запорно-регулирующий и предохранительный клапаны, блок фильтров, блок управления клапанами, систему автоматики и датчики давления, согласно изобретению в магистрали пускового газа между запорно-регулирующим клапаном и турбодетандером установлен вихревой расширитель газа (труба Ранка-Хилша), причем вход расширителя соединен с выходом запорно-регулирующего клапана, “горячий” выход расширителя соединен с входом турбодетандера, “холодный” выход расширителя соединен со сбросной “свечой”, а по оси расширителя пропущена магистраль сжатого воздуха, соединенная одним концом с нагнетанием циклового компрессора, другим – с его всасыванием.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в магистрали пускового газа между запорно-регулирующим клапаном и турбодетандером установлен вихревой расширитель газа (труба Ранка-Хилша), причем вход расширителя соединен с выходом запорно-регулирующего клапана, “горячий” выход расширителя соединен с входом турбодетандера, “холодный” выход расширителя соединен со сбросной “свечой”, а по оси расширителя пропущена магистраль сжатого воздуха, соединенная одним концом с нагнетанием циклового компрессора, другим – с его всасыванием.

На фиг.1 схематично представлена система подачи пускового газа к турбодетандеру газотурбинного двигателя, на фиг.2 схематично представлен вихревой расширитель газа (труба Ранка-Хилша).

В магистрали 1 пускового газа размещены запорный трехходовой клапан 2, блок фильтров 3, запорно-регулирующий клапан 4, выход которого магистралью 5 соединен с входом 6 вихревого расширителя газа 7. “Горячий” выход 8 расширителя 7 соединен магистралью газа 9 с турбодетандером 10 газотурбинного двигателя (на фиг.1 не показан). В магистрали 9 установлены предохранительный клапан 11 и датчик давления 12. “Холодный” выход 13 расширителя 7 соединен магистралью 14 через запорный клапан 15 со сбросной “свечой”. В системе подачи пускового газа к турбодетандеру 10 газотурбинного двигателя установлены также блок управления клапанами 16 и система автоматики 17.

Вихревой расширитель газа 7 выполнен в виде трубы 18, снабженной тангенциальным соплом 19, улиткой 20, диафрагмой 21 с отверстием и регулируемым дросселем 22.

По оси вихревого расширителя газа 7 пропущена магистраль 23, один конец которой соединен через запорный клапан 24 с нагнетанием циклового компрессора газотурбинного двигателя, а другой конец соединен через запорный клапан 25 со всасыванием циклового компрессора.

Работает система подачи пускового газа к турбодетандеру газотурбинного двигателя следующим образом:

При запуске газотурбинного двигателя система автоматики 17 дает команду блоку управления клапанами 16, по команде которого открывается трехходовой запорный клапан 2 с электромагнитным приводом, и по магистрали 1 пусковой газ поступает в блок фильтров 3, а после него к запорно-регулирующему клапану 4 с электроприводом. Клапан 4, также по командам из блока 16 открывается и пусковой газ по магистрали 5 поступает на вход 6 вихревого расширителя газа 7 (трубы Ранка-Хилша). Из входа 6, закручиваясь по тангенциальному соплу 19 и улитке 20, газ в трубе 18 разделяется на два потока: осевой – “холодный”, который выходит через отверстие диафрагмы 21, и периферийный – “горячий”, который выходит через регулируемый дроссель 22. Параметры “холодного” и “горячего” потоков можно изменять с помощью регулируемого дросселя 22 и размера диафрагмы 21. Часть пускового газа, сдросселировавшись и нагревшись в расширителе 7, через “горячий” выход 8 по магистрали 9 поступает в турбодетандер 10 (выполненный, например, в виде центростремительной турбины). Давление и расход пускового газа, поступающего в турбодетандер 10 по магистрали 9, регулируется также изменением положения запорно-регулирующего клапана 4, электропривод которого получает команды из блока управления 16 на основании сигналов датчика давления 12. Для большей надежности ограничения максимального давления газа в магистрали 9 установлен предохранительный клапан 11. Другая часть пускового газа, сдросселировавшись и охладившись в расширителе 7, через “холодный” выход 13 и магистраль 14 поступает к запорному клапану 15, через который сбрасывается на “свечу”.

Для большей эффективности “горячего” выхода расширителя 7 (повышения температуры выходящего нагретого пускового газа) подключают магистраль 23, пропуская через нее с помощью запорных клапанов 24 и 25 горячий сжатый воздух из нагнетания циклового компрессора газотурбинного двигателя и подогревая таким образом околоосевые слои газа в расширителе 7.

Повышение температуры пускового газа перед турбодетандером повышает его экономичность и предотвращает обледенение его выходного тракта.

Формула изобретения

Система подачи пускового газа к турбодетандеру газотурбинного двигателя, содержащая магистраль пускового газа, запорные, запорно-регулирующий и предохранительный клапаны, блок фильтров, блок управления клапанами, систему автоматики и датчики давлений, отличающаяся тем, что в магистрали пускового газа между запорно-регулирующим клапаном и турбодетандером установлен вихревой расширитель газа (труба Ранка-Хилша), причем вход расширителя соединен с выходом запорно-регулирующего клапана, “горячий” выход расширителя соединен с входом турбодетандера, “холодный” выход расширителя соединен со сбросной “свечой”, а по оси расширителя пропущена магистраль сжатого воздуха, соединенная одним концом с нагнетанием циклового компрессора, другим – с его всасыванием.

РИСУНКИ