Пылезащитное устройство двигателя (варианты)
ENGINE DUST-PROTECTING DEVICE (VERSIONS)

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности предназначено для защиты газотурбинных двигателей от попадания пыли и посторонних предметов. Так же может применяться в автомобильной и индустриальной промышленности для очистки воздуха от пыли и посторонних предметов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является мультициклонное пылезащитное устройство ОАО «ВНИИТРАНСМАШ» (патент RU 2181439, МПК F02C 7/052, опубликовано 20.04.2002 г.), состоящее из прямоточных циклонов, закрепленных на наружной и внутренней трубных досках, образующих полость пылесборника с трактом пылеудаления.
Недостатками этого пылезащитного устройства являются:
- низкая степень очистки, большие габариты и масса всего пылезащитного устройства;
- отсутствие удобства эксплуатации (в частности обеспечения регулярного доступа к двигателям).
Данное техническое решение направлено на устранение перечисленных выше недостатков.
Задачей первого варианта заявляемого изобретения является повышение степени очистки, уменьшение габаритов и массы, а также уменьшение гидравлического сопротивления по тракту пылеотсоса пылезащитного устройства.
Поставленная задача решается благодаря тому, что пылезащитное устройство двигателя содержит циклоны, закрепленные между наружной и внутренней циклонными панелями, образующими тракт пылеудаления, согласно заявляемому изобретению расположение циклонов и сечение каналов для отсоса пылевого концентрата связаны следующими геометрическими соотношениями:
1
max
L=(1…2)⋅D;
1
max
H=(0…2)⋅D;
2
1
L=(0…2)⋅L;
2
max
Н=(1…4)⋅D;
α=0…15°;
F=5n…20n,
1
где L - расстояние между осями соседних циклонов в направлении потока;
2
L - расстояние между осями соседних циклонов основного и смежного ряда в направлении потока;
1
H - расстояние между осями смежных рядов циклонов;
2
Н - расстояние между соседними групповыми рядами;
max
D - максимальный диаметр циклона;
α - угол между рядами циклонов;
F - площадь сечения канала либо отверстия пылеудаления;
n - количество циклонов в группе, на которое приходится данное отверстие либо канал.
Таким образом, совокупность вышеуказанных признаков позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление по тракту пылеотсоса, увеличить степень очистки вследствие обеспечения равномерного отсоса пылевого концентрата от каждого циклона, а так же уменьшить габариты и массу пылезащитного устройства за счет оптимального расположения циклонов.
Помимо повышения степени очистки, уменьшения габаритов и массы пылезащитного устройства, а также уменьшения гидравлического сопротивления по тракту пылеотсоса, задачей второго варианта изобретения является адаптация пылезащитного устройства под двигатели с фронтальным забором воздуха, а так же обеспечение удобства эксплуатации с сохранением вышеперечисленных параметров.
Поставленная задача решается благодаря тому, что пылезащитное устройство двигателя летательного аппарата, содержит циклоны, закрепленные между наружной и внутренней циклонными панелями, образующими тракт пылеудаления, согласно заявляемому изобретению - циклонные панели образуют вытянутый вдоль оси двигателя корпус со смещенной внутрь него передней циклонной панелью, на задней стенке пылезащитного устройства, внутри корпуса закреплен обтекатель, а установленная снаружи система навески, выполнена с возможностью поворота корпуса пылезащитного устройства, при этом расположение циклонов и сечение каналов для отсоса пылевого концентрата связаны следующими геометрическими соотношениями:
1
max
L=(1…2)⋅D;
1
ma
H=(0…2)⋅Dx;
2
1
L=(0…2)⋅L;
2
max
Н=(1…4)⋅D;
α=0…15°;
F=5n…20n,
1
где L - расстояние между осями соседних циклонов в направлении потока;
2
L - расстояние между осями соседних циклонов основного и смежного ряда в направлении потока;
1
H - расстояние между осями смежных рядов циклонов;
2
Н - Расстояние между соседними групповыми рядами;
max
D - максимальный диаметр циклона;
α - угол между рядами циклонов;
2
F - площадь сечения канала либо отверстия пылеудаления (в мм);
n - количество циклонов в группе, на которое приходится данное отверстие либо канал.
Во втором варианте исполнения пылезащитного устройства, для уменьшения гидравлического сопротивления по тракту двигателя, передняя циклонная панель утоплена внутрь корпуса и на ней закреплен конфузор, исключающий влияние потоков воздуха, проходящих через радиальные циклоны, на потоки воздуха, проходящие через фронтальные циклоны, а так же обтекатель, установленный на выходе из пылезащитного устройства и уменьшающий вихреобразование на входе в двигатель с возможностью его регулировки во всех направлениях для обеспечения соосности пылезащитного устройства с двигателем. Такое техническое решение позволяет улучшить характеристики пылезащитного устройства, выполненного с вытянутым корпусом вдоль оси двигателя.
Утопленная внутрь корпуса циклонная панель также обеспечивает место под установку защитных экранов, что позволяет избежать повреждений передней циклонной панели при столкновении с птицей.
Заявляемые варианты выполнения пылезащитного устройства поясняются следующими чертежами, где изображены:
фиг. 1 - Вид на установленные циклоны и межпанельное пространство;
фиг. 2а - Одиночный ряд циклонов;
фиг. 2б - Групповой ряд циклонов;
фиг. 3 - Общий вид пылезащитного устройства;
фиг. 4 - Геометрические размеры расположения циклонов;
фиг. 5а - Угловое расположение циклонов, одиночные ряды;
фиг. 5б - Угловое расположение циклонов, групповые ряды;
фиг. 6 - Общий вид пылезащитного устройства в разрезе;
фиг. 7 - пылезащитное устройство вид на заднюю стенку;
фиг. 8 - пылезащитное устройство в открытом положении.
Пылезащитное устройство двигателя, как по первому варианту исполнения (не изображен), так и по второму, содержит (фиг. 1) циклоны 1, закрепленные между наружной 2 и внутренней 3 циклонными панелями, образующими тракт пылеудаления.
Циклоны 1 расположены в виде рядов одиночных фиг. 2а, либо смежных фиг. 2б. Смежные ряды представляют собой несколько рядов, плотно прилегающих друг к другу и образующих групповой ряд. Наиболее предпочтительным вариантом является расположение циклонов в виде смежных сдвоенных рядов в шахматном порядке фиг. 2б, что позволяет обеспечить наилучшее заполнение площади пылезащитного устройства и равномерный отсос пылевого концентрата от каждого циклона 1.
Ряды ориентированы по возможности в направлении потока воздуха отсасываемого источником пылеудаления (эжектором либо вентилятором), пример такого расположения изображен на фиг. 3, где движение потока воздуха обозначено тонкими стрелками. При этом размеры между циклонами и рядами связанны следующими диапазонами и соотношениями (фиг. 4):
1
max
1
max
L=(1…2)⋅D, (оптимально L=1…1,2D);
1
max
1
max
H=(0…2)⋅D, (оптимально H=(0,5…1)⋅D);
2
1
2
1
L=(0…2)⋅L, (оптимально L=0,5L);
2
max
2
max
H=(1…4)⋅D, (оптимально H=(1,2…2)⋅D);
1
где L - расстояние между осями соседних циклонов в направлении потока;
2
L - расстояние между осями соседних циклонов основного и смежного ряда в направлении потока;
1
H - расстояние между осями смежных рядов циклонов, образующих групповой ряд;
2
Н - расстояние между соседними групповыми рядами;
max
D - максимальный диаметр циклона (вихревой либо выпускной трубки).
2
max
Длина ряда L (фиг. 2а, 2б) не влияет на степень очистки пылезащитного устройства при условии, что расстояние между рядами H>3D и обуславливается габаритами и формой пылезащитного устройства.
max
2
max
max
max
В случае если D≤H≤3D, то длина ряда находится в диапазоне 2D≤L≤60 D.
2
Возможно также угловое расположение рядов 4 (фиг. 3, фиг. 5а, фиг. 5б) циклонов 1. Выбор между параллельным и угловым расположением групповых рядов циклонов 1 зависит от геометрии пылезащитного устройства и оптимального заполнения площади пылезащитного устройства. Например, угловой вариант расположения циклонов 1 целесообразно применять в случае, если циклонные панели образуют вытянутый вдоль оси двигателя корпус 5 (второй вариант исполнения) фиг. 3 или ряды имеют большую длину L и малое расстояние Н. В таком случае циклоны 1 располагаются вершиной угла в противоположной стороне от источника пылеудаления, т.е. в наиболее затененной зоне и ряды направлены в сторону к источнику пылеудаления по движению потока пылевого концентрата, причем, чем дальше ряды расположены от источника пылеудаления, тем больше угол между рядами.
Угол между рядами циклонов фиг. 5а, фиг. 5б находится в диапазоне α=0…15° (оптимально α=0,5…2°).
Разбивка размещения циклонов 1 на участки 6 и 7 (группы по несколько рядов различного исполнения) (фиг. 3) обусловлено необходимостью использования в конструкции пылезащитного устройства силового каркаса, который перекрывает свободный проход пылевого концентрата от циклонов 1 к источнику пылеудаления (не показан).
В связи с данной конструктивной особенностью, силовой каркас используется в качестве тракта пылеотсоса, т.е. в корпусе 5 пылезащитного устройства силовые элементы распложены таким образом, чтобы они выполняли функцию каналов 8 фиг. 6, по которым будет производиться отсос пылевого концентрата от циклонов 1 к источнику пылеудаления.
2
Для обеспечения равномерного отсоса пыли от каждой группы 6, 7, либо ряда 4 циклонов 1 в силовых перегородках выполнены отверстия пылеудаления 9 фиг. 6. Данные отверстия могут быть любой формы, а площадь одного отверстия (в мм) находится в диапазоне F=5n…20n (оптимально F=8…15n), где n - количество циклонов 1 в группе либо ряде на которое приходится отверстие 9. Отверстия пылеудаления 9 располагаются, как правило, между рядами циклонов 1.
Площадь отверстий пылеудаления 9, помимо количества циклонов 1 в отсасываемой группе, зависит от степени удаленности данной группы от источника пылеудаления, т.е. чем дальше группы циклонов 1 находятся от источника, тем больше площадь отверстия 9, и обратно, чем ближе к источнику, тем меньше площадь.
Также существует зависимость площади отверстий 9 от направления потока отсасываемого воздуха. В случае, если отверстия 9 расположены прямо по потоку отсасываемого воздуха, то их площадь должна быть меньше, чем площадь отверстий 9 у такой же по количеству группы циклонов 1, но расположенных под углом к потоку отсасываемого воздуха.
Пылезащитное устройство по второму варианту исполнения данного изобретения изображено на фиг. 3 и выполнено в виде циклонных панелей фиг. 1, образующих вытянутый вдоль оси двигателя корпус 5 фиг. 3, со смещенной внутрь него передней циклонной панелью 10 фиг. 6 на которой закреплен конфузор 11. Такое расположение передней циклонной панели 10 с конфузором 11 позволяет исключить влияние потоков воздуха, проходящих через радиальные циклоны 1 на потоки воздуха, проходящие через фронтальные циклоны 1, а так же обеспечивает место под установку защитных экранов 12 фиг. 6. Таким образом при попадании птицы в защитный экран 12 остается достаточно места для деформации этого экрана и сохранения гарантированного зазора до передней циклонной панели 10, вследствие чего удается избежать повреждений циклонной панели при лобовом столкновении с птицей.
На выходе пылезащитного устройства, внутри корпуса 5, расположен обтекатель 13 (фиг. 6, фиг. 7), с возможностью его регулировки во всех направлениях для обеспечения соосности пылезащитного устройства с двигателем. Обтекатель 13 уменьшает вихреобразование на входе в двигатель.
Заявляемое пылезащитное устройство имеет гидравлическое сопротивление ξпзу=ξц+(10…20) мм.вод.ст без учета защитных экранов 12 и обеспечивает степень очистки ηпзу=ηц-(2…3)%, где ξц - сопротивление одного циклона 1, ηц - степень очистки одного циклона 1.
Повышение удобства эксплуатации, в частности обеспечение легкого доступа к двигателям для регулярного их осмотра, в заявляемом изобретении достигается благодаря возможности поворота корпуса 5 пылезащитного устройства. Система навески, предназначенная для крепления и открывания пылезащитного устройства, представляет собой две петли 15 фиг. 7, подпружиненный упор 16 в качестве третьей точки опоры и систему открывания-закрывания с телескопической ручкой 17.
Для обеспечения герметичности предусмотрен резиновый уплотнитель 14 фиг. 6, фиг. 7, расположенный на задней стенке пылезащитного устройства и предотвращающий попадание запыленного воздуха на вход в двигатель в обход пылезащитного устройства.
Пылезащитное устройство работает следующим образом.
Газотурбинный двигатель летательного аппарата в процессе работы создает разряжение. Воздушные потоки, поступающие на вход в двигатель, увлекают за собой взвесь пыли, песка и других посторонних предметов. Проходя через циклоны 1, взвешенные частицы приобретают вращательное движение и под действием центробежных сил, двигаясь по внутренним стенкам циклонов 1, устремляются в тракт пылеудаления 8, образованный между наружной 2 и внутренней 3 циклонными панелями. В тракте пылеудаления создается необходимое разряжение с помощью источника пылеудаления, что способствует отделению пыли внутри циклона и дальнейшему продвижению пылевого концентрата к источнику пылеудаления.
Открывают пылезащитное устройство во втором варианте исполнения при помощи телескопической ручки 17. Путем надавливания на пружинный механизм рукоятки (не показано), происходит выдвижение ручки (не показана) вниз. После поворота рукоятки по часовой стрелке, крюки (не показаны), расположенные на оси телескопической ручки которая закреплена на фюзеляже, выходят из зацепления с проушинами (не показаны), закрепленными на задней стенке пылезащитного устройства.
После открытия замков, пылезащитное устройство поворачивается на своих петлях 15, на угол до 90° Фиг. 8.