Устройство для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к эксплуатации газотурбинных установок, в частности к устройствам защиты воздухозаборников газотурбинных двигателей от вихревых шнуров, возникающих между нижней кромкой воздухозаборника и землей и от попадания посторонних предметов, поднятых с поверхности земли вихревыми шнурами.
Известно, что при работе с большой мощностью расположенные близко к земле газотурбинные двигатели образуют наземные вихри. Увлекаемый наземным вихрем воздух движется относительно земли с большой скоростью и может поднимать вверх различные находящиеся на поверхности земли посторонние предметы. Отдельные посторонние предметы, мусор, пыль и грязь вместе с потоком всасываемого в двигатель воздуха попадают в воздухозаборник двигателя. Попадание в двигатель пыли и грязи сопровождается абразивным износом двигателя, ухудшает его характеристики и снижает срок службы. Приземный вихрь может также существенно нарушить структуру воздушного потока в центре двигателя и послужить причиной срыва потока с лопаток и появлению в двигателе пульсаций или скачков давления.
Известно устройство, изложенное в описании способа защиты воздухозаборников турбореактивных двигателей силовой установки самолета от вихреобразования, включающее трубопроводы подвода воздуха из-за компрессора двигателя, дозирующее устройство, организующее импульсную подачу сжатого воздуха к сопловым наклонным форсункам(шесть форсунок расположены по окружности под углом 60 градусов друг к другу и одна – в центре окружности; угол наклона форсунок, расположенных по окружности, выбирается из расчета выдува струй сжатого воздуха на окружность максимальных горизонтальных скоростей; угол наклона центральной форсунки выбирается из расчета выдува струи сжатого воздуха в центр окружности максимальных горизонтальных скоростей [патент Российской Федерации № RU 2138663, МПК F02C 7/05, B64D 33/02, опубл. 27.09.1999].
Недостатком известного устройства является отбор воздуха из компрессора, снижающий коэффициент полезного действия двигателя, относительная сложность конструкции, проблематичность использования на двигателях, в которых данное устройство не предусмотрено изначально. Также, струи воздуха могут поднимать уже осевшую на землю пыль, допуская её всасывание в воздухозаборник вместе с основным потоком.
2
Известно устройство защиты авиационных газотурбинных двигателей от попадания посторонних предметов, поднятых вихревыми шнурами при отладке на гоночной площадке, содержащее установленную на гоночной площадке для отладки газотурбинных двигателей металлическую пластину прямоугольной формы, массой не менее 100 кг, размером сторон не менее двух радиусов зоны вихреобразования, толщиной 2-5 мм, на которой жестко закреплено синтетическое покрытие из «искусственной травы» со сложной формой поверхности, например ровной, волнообразной, хаотичной, выполненное с плотностью ворса 3-5 шт. ворса на 1 дм, направленного вверх, и средней высотой ворса не менее 0,06-0,07 диаметра воздухозаборника газотурбинного двигателя [патент Российской Федерации № RU 107125, МПК B64C 21/00, опубл. 10.08.2011 бюл. № 22].
Недостатком известного устройства является сложность изготовления, сложность монтажа в замкнутом пространстве (касается стационарных газотурбинных двигателей, находящихся в составе газотурбинных установок) возможность разрушения ворса вследствие усталостного износа от постоянных колебаний при непрерывной работе газотурбинного двигателя.
Известен антивихревой рассекатель для защиты двигателя, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий прямоугольную раму, состоящую из пластин высотой 0,07 диаметра воздухозаборника и толщиной около 2 мм, представляющих собой звездообразную конструкцию. Данный рассекатель располагается под воздухозаборником с центром в районе эпицентра возникновения вихря [статья «О проблеме попадания посторонних предметов в двигатель летательного аппарата» опубликована на сайте http://avia-simply.ru/popadanie-postoronnih-predmetov-v-dvigatel/, дата публикации 27.12.2012].
Недостатком прототипа является относительная сложность конструкции, относительно большая масса, так как устройство достаточно металлоемко и имеет неразборную конструкцию. Также, часть устройства должна заходить под воздухозаборник, что невозможно при наличии стены, отделяющей машинный зал от помещения воздухоочистительного устройства.
Технической проблемой является создание устройства простой, разборной конструкции с меньшей массой, не допускающей возникновение приземного вихря у воздуховода газотурбинного двигателя.
Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства.
Технический результат в устройстве для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя, содержащем пластины, жестко закрепленные между собой, отличающемся тем, что каждая из пластин выполнена высотой 0,07-0,1 от их длины и расположены перпендикулярно друг к другу.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя, на фиг. 2 представлен пример конкретной реализации устройства.
Устройство для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя содержит пластины 1 высотой 0,07-0,1 от их длины. В примере конкретной реализации устройства длина пластин 1 составляет, например, 385 мм, ширина пластин 1 составляет, например, 275 мм, высота пластин 1 равна, например, 30,8 мм. Пластины 1 выполнены, например, из стального листа, толщиной, например, 2 мм. Пластины 1 расположены перпендикулярно друг к другу и закреплены между собой, соединениями «паз-паз», то есть в местах соединения имеются пазы шириной, соответствующей толщине и глубиной в половину высоты перегородки. В примере конкретной реализации устройства используются шесть металлических пластин 1. Пластины 1, разделяющие ровную поверхность пола на несколько отдельных «карманов» (участков), при их обтекании потоком способствуют образованию вторичных завихрений потока вблизи земли.
Заявляемое техническое решение представляет собой единую конструкцию.
Рассмотрим устройство для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя в использовании.
Устройство устанавливают на земле перед воздухозаборником 2 газотурбинного двигателя, например, газотурбинного двигателя АЛ-41СТ-25. Пластины 1, разделяющие ровную поверхность пола на несколько отдельных «карманов» (участков), при их обтекании потоком способствуют образованию вторичных завихрений потока вблизи земли. Вторичные завихрения, способствующие отклонению направления движения потока, препятствуют образованию «ядра» вихря (области пониженного давления, обтекаемой течением в горизонтальной плоскости), тем самым разрушая вихрь в самом начале его образования.
Таким образом, техническая проблема решена и технический результат достигнут.
Дополнительным преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с прототипом является уменьшение массы конструкции за счет меньшей металлоемкости устройства.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно- технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности полезной модели новизна.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных подручных материалов и технологий и используется для исключения вихреобразования у воздухозаборников газотурбинных двигателей в составе газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции «Арская» Шеморданского линейного производственного управления магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Казань».