ВЫХЛОПНОЕ УСТРОЙСТВО СУДОВОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области судовых газотурбинных двигателей, в частности к их выхлопным устройствам.
Известна эжекторная система воздушного охлаждения корпуса газотурбинного двигателя, где охлаждающий воздух подсасывается в кольцевое пространство между корпусами турбины и наружным (теплоизолирующим) кожухом вследствие эжектирующего действия струи газа, входящего в выпускной газоход из силовой турбины и создающего пониженное давление в кольцевом пространстве между корпусом турбины и наружным кожухом (см., например, книгу: Г.А. Артемов и др. «Судовые газотурбинные установки». Изд-во «Судостроение», Ленинград, 1978 г., Рис. 4.7, стр. 106, 107).
Известно выходное устройство газотурбинного двигателя, содержащее корпус диффузора, выполненный с поворотом потока газов под углом к оси двигателя выхлопной патрубок, профилированный от круглого сечения диффузора до овального выходного сечения, и расположенный внутри выхлопного патрубка обтекатель для вывода вала двигателя назад, при этом обтекатель по ходу потока снабжен эжектором и элементом с радиальными каналами для забора охлаждающего атмосферного воздуха с возможностью дальнейшего его поступления сначала к внутренней поверхности обтекателя, а затем через эжектор вдоль наружной поверхности (см., например, патент на полезную модель RU №62374 U1, опубл. 10.04.2007 г.) - прототип.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения надежности выхлопного устройства судового газотурбинного двигателя за счет улучшения предохранения от нагревания выходного силового вала двигателя путем выполнения его обтекателя с двойной пустотелой стенкой с организацией просасывания через ее внутристенную полость атмосферного охлаждающего воздуха, проходящего перед этим через внутреннюю полость обтекателя.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом выхлопном устройстве судового газотурбинного двигателя, содержащем покрытый изоляцией и выполненный с поворотом потока газов под углом к оси двигателя корпус с двойной пустотелой стенкой и с возможностью просасывания через внутристенную полость этой стенки атмосферного воздуха для охлаждения корпуса, с расположенным внутри корпуса соосным оси силового вала газотурбинного двигателя обтекателем для вывода выходной части этого вала наружу и выводной защитный кожух, согласно полезной модели обтекатель выполнен в виде цилиндрической, с двойной пустотелой стенкой, обечайки, укрепленной одним торцем на выходном неподвижном торце двигателя, а противоположным торцем соединенной с выполненным от двойной пустотелой стенки корпуса патрубком с возможностью сообщения их внутристенных полостей, причем во внутренней стенке обтекателя вблизи торца двигателя выполнена кольцевая щель с обеспечением возможности подсоса воздуха через ее приемный срез, обращенный в сторону выводного защитного кожуха, во внутристенную полость обтекателя из его внутренней полости, сообщенной через отверстие в выводном защитном кожухе с атмосферой.
Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является то, что обтекатель выполнен в виде цилиндрической, с двойной пустотелой стенкой, обечайки, укрепленной одним торцем на выходном неподвижном торце двигателя, а противоположным торцем соединенной с выполненным от двойной пустотелой стенки корпуса патрубком с возможностью сообщения их внутристенных полостей, причем во внутренней стенке обтекателя вблизи торца двигателя выполнена кольцевая щель с обеспечением возможности подсоса воздуха через ее приемный срез, обращенный в сторону выводного защитного кожуха, во внутристенную полость обтекателя из его внутренней полости, сообщенной через отверстие в выводном защитном кожухе с атмосферой.
Предлагаемое выхлопное устройство судового газотурбинного двигателя можно проиллюстрировать с помощью чертежей фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства, на фиг. 2 - представлена выноска А части обтекателя.
В выхлопном устройстве (см. фиг. 1, 2) судового газотурбинного двигателя покрытый изоляцией корпус 1 (стальной сварной или литой) выполнен с двойной пустотелой стенкой 2 с внутристенной полостью 3 в ней и входным 4 и выходным 5 фланцами на нем. При этом перед выходным фланцем 5 двойная стенка 3 корпуса 1 выполнена сужающейся, то есть сужена полость 3 в ней (образован конфузор - поз. на фиг. 1 не обозначена). Соосно с выходным силовым валом (поз. на фиг. 1 не обозначена) двигателя внутри корпуса 1 размещен обтекатель 6, выполненный в виде цилиндрической обечайки с двойной пустотелой стенкой с внутристенной полостью 7 в ней и укрепленный торцем 8 (торцевой частью, с отсутствием кольцевых зазоров при этом) на выходном неподвижном торце 9 двигателя. Противоположным торцем 10 обтекатель 6 соединен (также с отсутствием кольцевых зазоров при этом) с выполненным от двойной пустотелой стенки 2 корпуса 1 патрубком 11 с внутристенной полостью 12 в нем (являющейся ответвлением внутристенной полости 3 корпуса 1) с возможностью сообщения их внутристенных полостей 7 и 12. Вблизи торца 8 во внутренней стенке 13 обтекателя 6 выполнена кольцевая щель 14 с приемным срезом со стороны внутренней полости 15 в обтекателе 6, обращенным в сторону выводного защитного кожуха 16, закрывающего с наружной стороны корпуса 1 патрубок 11 с возможностью вывода через него выходного силового вала двигателя. В кожухе 16 выполнено отверстие 17 с обеспечением возможности поступления через него во внутреннюю полость 15 обтекателя 6 атмосферного воздуха из наружного пространства вне машинного отделения судна.
Работает предлагаемое выхлопное устройство судового газотурбинного двигателя следующим образом (см. фиг. 1, 2).
Отработавшие в двигателе горячие газы (с температурой порядка 500 градусов по Цельсию) выходят с большой скоростью из двигателя через его диффузор (поз. на фиг. 1 не обозначена) в соединенный с ним входным фланцем 4 корпус 1 выхлопного устройства и, пройдя его с поворотом, поступают в соединенный с выходным фланцем 5 выхлопной газоход (поз. на фиг. 1 не обозначена) двигателя и далее в атмосферу. При этом в сечении на входе газов в выхлопной газоход (в сечении по фланцу 5) из-за эжектирующего действия потока (струи) выхлопных газов статическое давление гораздо меньше чем в сечении входного фланца 4 и меньше атмосферного. Благодаря этому происходит просасывание охлаждающего атмосферного воздуха через внутристенную полость 3 в корпусе 1, засасываемого в нее из полости между корпусом газотурбинного двигателя и его шумотеплозащитным кожухом (поз. на фиг. 1 не обозначены). Эффект эжектирования охлаждающего воздуха в полости 3 (и как следствие пониженное статическое давление) усилен выполнением выходной части двойной стенки 2 конфузорным и распространяется и на полость 12 в патрубке 11, а через нее и на внутристенную полость 7 в обтекателе 6, всасывая, таким образом, в полость 7 через кольцевую щель 14 из внутренней полости 15 обтекателя 6 через отверстие 17 в кожухе 16 воздух из атмосферы. При этом во внутренней полости 15 обтекателя 6 организуется движущийся от кожуха 16 (в основном вблизи стенки 13) в сторону двигателя поток атмосферного воздуха, охлаждающего при этом выходной вал двигателя, а затем через щель 14 во внутристенную полость 7 и движется в ней в противоположную сторону, охлаждая при этом стенки обтекателя 6 от нагрева их потоком горячих газов и предотвращая таким образом нагрев выходного силового вала. Выполнение крепления обтекателя 6 торцем (торцевой частью) 8 на торце 9 двигателя и соединение торцем 10 с патрубком 11 без видимых кольцевых зазоров препятствует подсасыванию во внутристенную полость 7 (и внутреннюю полость 15) выхлопных газов из полости вокруг обтекателя 6.
В настоящее время в «НТЦ «Сатурн» г. С.-Петербург выполнен рабочий проект предлагаемого выхлопного устройства судового газотурбинного двигателя.