Газотурбинный двигатель
GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей в промышленности в качестве привода газоперекачивающих агрегатов, в частности, к дополнительным устройствам обеспечивающим очистку проточных частей и внутренних каналов газотурбинных двигателей от загрязнений и топливных осаждений в трубопроводах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является газотурбинный двигатель, содержащий камеру сгорания с форсунками, автономный источник питания, источник высокого давления, источник низкого давления, клапан переключения наддува, единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость, полости наддува сообщены питающими воздуховодами через клапан переключения наддува с источником высокого давления и с источником низкого давления, а через воздуховоды друг с другом.
(RU №2188331 С1, МПК F02C 7/06, опубл. 27.08.2002 г).
Недостатком данного решения является то, что известный газотурбинный двигатель не оборудован средствами очистки двигателя от нарастания слоя загрязнения на поверхности лопаток, содержащего органические и неорганические вещества, загрязнений проточной части, которые возникают в процессе эксплуатации двигателя. Все это приводит к снижению эффективности узлов, а, следовательно, к уменьшению мощности и КПД двигателя. Также наличие загрязнений снижает надежность элементов конструкции двигателя, что приводит к уменьшению ресурса работы газотурбинного двигателя. Поэтому для поддержания параметров газотурбинного двигателя и повышение его ресурса необходимо проводить очистку двигателя от загрязнений специальными растворами.
Задача изобретения - сохранение параметров газотурбинного двигателя в процессе эксплуатации, повышение его ресурса и надежности.
Ожидаемый технический результат - очистка загрязнений двигателя, исключающая попадание используемых при очистке воды и моющего раствора в маслосистему и в элементы камеры сгорания двигателя.
Ожидаемый технический результата достигается тем, что газотурбинный двигатель, содержащий камеру сгорания с форсунками, автономный источник питания, источник высокого давления, источник низкого давления, клапан переключения наддува, единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость, причем полости наддува питающими воздуховодами сообщены через клапан переключения наддува с источником высокого давления и с источником низкого давления, а через воздуховоды - друг с другом, по предложению, для очистки от загрязнений он снабжен дренажной системой и установленным на входе в газотурбинный двигатель коллектором подачи с форсунками, коллектор подачи соединен с системами подачи моющего раствора и воды с нагнетающим компрессором, а дренажная система сообщена с проточной частью газотурбинного двигателя, при этом автономный источник питания через дополнительные трубопроводы сообщен с клапаном переключения наддува и с форсунками камеры сгорания, а на питающих воздуховодах, сообщенных с источником высокого давления и с источником низкого давления, установлены дополнительные заслонки.
Коллектор подачи на входе в газотурбинный двигатель может быть установлен с возможностью поворота из рабочего в нейтральное положение.
Очистку двигателя водой и моющим раствором производят на режиме «холодной прокрутки», который осуществляется с помощью средств запуска двигателя, например, от вспомогательной силовой установки или от турбостартера (при этом подача топлива и система воспламенения не подключаются). Проведение процедуры очистки особенно актуально при эксплуатации газотурбинного двигателя в районах с большой загрязненностью промышленными выбросами, в песчаных районах и т.п.
Снабжение газотурбинного двигателя коллектором подачи моющей жидкости и воды, установленным на входе в двигатель, и соединение его с системами подачи моющего раствора и воды с нагнетающим компрессором обеспечивает попадание воды и моющего раствора на вход в проточную часть двигателя с требуемым давлением и расходом и обеспечивает очистку двигателя от существующих загрязнений.
Наличие дренажной системы, сообщенной с проточной частью газотурбинного двигателя, обеспечивает откачку или слив моющего раствора и воды после осуществления операции по очистке.
Сообщение автономного источника питания через дополнительные трубопроводы с клапаном переключения наддува обеспечивает подачу воздуха от автономного источника питания в единую централизованную систему наддува опор при проведении операции по очистке двигателя, где воздух, поступая в предмасляные полости двигателя, гарантирует стабильный наддув опор и исключает попадание моющего раствора и воды в маслосистему двигателя. Это обеспечивает дальнейшее использование масла, нет необходимости утилизировать все масло после каждой операции по очистке и затрачивать время на залив нового масла. Исключение попадание воды и моющего раствора в маслосистему двигателя гарантирует отсутствие коррозии на элементах маслосистемы, тем самым повышается ресурс двигателя.
Сообщение автономного источника питания через дополнительные трубопроводы с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя при проведении операции по очистке двигателя обеспечивает заполнение воздухом выходных отверстий форсунок камеры сгорания и исключает попадание туда воды и моющего раствора, поскольку наличие моющего раствора в форсунках и его дальнейшее высыхание приводит к их закупорке. Это может приводить к незапускам двигателя, что в свою очередь, требует разборок двигателя для механической очистки форсунок.
Наличие заслонок на питающих воздуховодах, сообщенных с источником высокого давления и с источником низкого давления, позволяет исключить утечку воздуха по питающим воздуховодам при проведении операции по очистке двигателя, и обеспечивает попадание воздуха только в единую централизованную систему наддува опор и в форсунки камеры сгорания.
Установка коллектора подачи с возможностью поворота из рабочего положения в нейтральное обеспечивает технологически удобный отвод коллектора при окончании процесса очистки и работе двигателя на эксплуатационных режимах.
На рисунке приведена схема продольного разреза двигателя оснащенного средствами для очистки.
Газотурбинный двигатель, содержит камеру сгорания 1 с форсунками 2, автономный источник питания 3, источник высокого давления 4, источник низкого давления 5, клапан переключения наддува 6. Двигатель также содержит единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полости наддува 7, 8, 9, 10, сообщенные воздуховодами 11, 12, 13, 14 друг с другом и через клапан переключения наддува 6 сообщены питающими воздуховодами 15 и 16 с источником высокого давления 4 и с источником низкого давления 5 соответственно. Система наддува опор содержит также предмасляные полости 17, 18, 19, 20, сообщенные через подвижные уплотнения 21, 22, 23, 24, 25, 26 с маслосистемой 27, а через клапана суфлирования 28 и 29 с окружающей средой. Полости наддува 7, 8, 9 сообщены с проточной частью двигателя 30.
Также двигатель снабжен коллектором подачи моющей жидкости и воды 31, установленным на входе в газотурбинный двигатель, и соединенный с системами подачи моющего раствора и воды с нагнетающим компрессором 32. Дренажная система 33 сообщена с проточной частью газотурбинного двигателя 30. Автономный источник питания 3 через дополнительные трубопроводы 34 и 35 сообщен с клапаном переключения наддува бис форсунками 2 камеры сгорания 1 соответственно.
На питающих воздуховодах 15 и 16, сообщенных и с источником высокого давления 4 и с источником низкого давления 5, установлены заслонки 36 и 37 соответственно.
Очистка двигателя производится следующим образом:
С помощью средств запуска двигателя, например, от вспомогательной силовой установки или от турбостартера (при этом подача топлива и система воспламенения не подключаются) двигатель выводится на режим «холодной прокрутки». Заслонки 36 и 37, установленные на питающих воздуховодах 15 и 16, сообщенных с источником высокого давления 4 и с источником низкого давления 5 переводятся в положение на закрытие проходного сечения питающих воздуховодов 15 и 16.
Воздух от автономного источника питания 3 с определенным давлением поступает через дополнительный трубопровод 35 в форсунки 2 камеры сгорания 1 и далее во внутреннюю полость камеры сгорания 1.
Через дополнительный трубопровод 34 и клапан переключения наддува 6 воздух поступает в предмасляные полости 17, 18, 19, 20 газотурбинного двигателя и далее через подвижные уплотнения 21, 22, 23, 24, 25,26 в маслосистему двигателя 27.
При постоянной подаче воздуха от автономного источника 3, на вход в двигатель через коллектор подачи 31 поступают вода и моющий раствор с требуемым давлением из системы подачи моющего раствора и воды с нагнетающим компрессором 32 и направляются в проточную часть двигателя 30, где производится очистка лопаточной части от загрязнений. Наличие воздуха в предмасляных полостях 17, 18, 19, 20 и в форсунках 2 камеры сгорания 1 препятствует попаданию туда воды и моющего раствора.
Вода и моющий раствор, прошедшие проточную часть 30 и осуществившие очистку, сливаются с помощью дренажной системы 33, сообщенной с проточной частью двигателя 30, а воздух из предмасляных полостей 17, 18, 19, 20 двигателя суфлируется с помощью клапанов суфлирования 28 и 29 в окружающую среду.
Отключение подачи воздуха осуществляется только после отключения подачи воды и моющего раствора и не ранее чем через 5 сек после полного останова двигателя.
Реализация данного изобретения позволяет сохранить термодинамические параметры двигателя (КПД, мощность) на всем протяжении его эксплуатации за счет периодически проводимой очистки проточной части двигателя от загрязнений, при этом снизить затраты на эксплуатацию двигателя за счет исключения слива масла после каждой промывки двигателя и сокращения времени простоя двигателя при заливе нового масла, а также за счет исключения разборки двигателя и механической очистки форсунок камеры сгорания. Также реализация данного изобретения позволяет повысить ресурс и надежность двигателя за счет повышения ресурса элементов маслосистемы и камеры сгорания.