Устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к области машиностроения и, в частности к средствам запуска камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД).
Известны устройства для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя, включающие в себя пусковой факельный воспламенитель, содержащий корпус с камерой сгорания и каналами подвода в нее воздуха, установленные в корпусе топливную форсунку, свечу и агрегат зажигания (Ю.М. Пчелкин. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1973г., стр. 216; М.А. Алабин и др. Запуск авиационных газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1968 г., стр. 55). Подачу воздуха через каналы подвода производят с переменным или постоянным расходом.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащее пусковой факельный воспламенитель со свечой зажигания и штуцером подвода воздуха, источник сжатого воздуха с устройством для управления его расходом и воздухоподводящей трубкой и агрегат зажигания, при этом источник сжатого воздуха соединен со штуцером подвода воздуха посредством воздухоподводящей трубки, а агрегат зажигания соединен со свечой зажигания воспламенителя посредством кабеля (описание изобретения к патенту РФ № 2269019, МПК F02C 7/266, опубл.20.03.2005).
Недостатком известных устройств является расположение агрегата зажигания и баллона сжатого воздуха, имеющих сравнительно большую массу и габариты, непосредственно на двигателе, что невозможно выполнить для малоразмерных ГТД. Запуск камер сгорания таких двигателей производится от наземных источников.
Технической задачей полезной модели является обеспечение запуска малоразмерного ГТД с любой, в том числе движущейся, платформы.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя, в котором источник сжатого воздуха и агрегат зажигания автоматически отсоединяются от двигателя после запуска камеры сгорания. Дополнительным техническим результатом является снижение массы ГТД.
в отличие от известного
Технический результат достигается тем, что в устройстве для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащем пусковой факельный воспламенитель со свечой зажигания и штуцером подвода воздуха, источник сжатого воздуха с устройством для управления его расходом и воздухоподводящей трубкой и агрегат зажигания, при этом источник сжатого воздуха соединен со штуцером подвода воздуха посредством воздухоподводящей трубки, а агрегат зажигания соединен со свечой зажигания воспламенителя посредством кабеля, ,кабель агрегата зажигания и воздухоподводящая трубка жестко соединены между собой и выполнены с возможностью отсоединения от свечи зажигания и штуцера подвода воздуха соответственно, при этом кабель агрегата зажигания и свеча зажигания, воздухоподводящая трубка и штуцер подвода воздуха установлены с одной стороны воспламенителя и параллельно друг другу.
Для удобства управления устройство для управления расходом воздуха может быть выполнено в виде трехпозиционного клапана.
Для ограничения направления перемещения источника сжатого воздуха с воздухоподводящей трубкой устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя может быть снабжено направляющими для перемещения источника сжатого воздуха и агрегата зажигания.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя с подсоединенными агрегатом зажигания и автономным источником воздуха;
фиг. 2 - устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя с отсоединенными агрегатом зажигания и автономным источником воздуха.
Устройство для запуска камеры сгорания газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит пусковой факельный воспламенитель 1 со свечой 2 зажигания, штуцером 3 подвода пускового сжатого воздуха с дросселирующим отверстием (воздушной форсункой) 4 и топливной форсункой 5.
Содержит источник 6 сжатого воздуха, например, баллон, с устройством 7 для управления его расходом и воздухоподводящей трубкой 8. Устройство 7 для управления расходом воздуха, выполнено, например, в виде трехпозиционного клапана или нескольких клапанов, обеспечивающих рабочее, полностью открытое и полностью закрытое проходное сечение магистрали подвода пускового воздуха.
Содержит агрегат 9 зажигания с кабелем 10. Агрегат 9 зажигания и источник 6 сжатого воздуха с воздухоподводящей трубкой 8 установлены отдельно от двигателя.
Источник 6 сжатого воздуха соединен со штуцером 3 подвода воздуха посредством воздухоподводящей трубки 8, а агрегат 9 зажигания соединен со свечой 2 зажигания воспламенителя 1 посредством кабеля 10.
При этом кабель 10 агрегата 9 зажигания и воздухоподводящая трубка 8 располагаются параллельно друг другу и жестко соединены между собой, например, планкой 11 и выполнены с возможностью отсоединения от свечи 2 зажигания и штуцера 3 подвода воздуха соответственно. Для этого, например, концевой участок воздухоподводящей трубки 8 содержит уплотнительный элемент 12, а концевой участок кабеля 10 агрегата 9 зажигания - уплотнительный элемент 13, который в зависимости от конструкции свечи 2 зажигания может располагаться как снаружи, так и внутри корпуса свечи.
При этом кабель 10 агрегата зажигания и свеча зажигания, воздухоподводящая трубка 8 и штуцер 3 подвода воздуха установлены с одной стороны воспламенителя 1 и параллельно друг другу.
Для ограничения направления
гут быть установлены уловители, ограничивающие перемещение источника сжатого воздуха с воздухоподводящей трубкой.
Устройство для запуска камеры сгорания перемещения источника сжатого воздуха с воздухоподводящей трубкой устройство дополнительно может содержать направляющие (показаны пунктиром на фиг. 1).
Сопротивление трения может быть уменьшено использованием смазки либо подшипников качения, в конце направляющих газотурбинного двигателя работает следующим образом.
При запуске двигателя включается зажигание, подача пускового топлива и подача пускового воздуха от источника сжатого воздуха к пусковому факельному воспламенителю 1 при частичном открытии устройства 7 для управления расходом воздуха.
После розжига воспламенителя 1 (или в процессе, в зависимости от циклограммы запуска) включается подача основного топлива. При достижении розжига основного топлива при полном открытии устройства 7 для управления расходом воздуха давление воздуха перед дросселирующим отверстием 4 воспламенителя 1 резко повышается, происходит гидроудар, под действием которого воздухоподводящая трубка 8 выходит из соединения со штуцером 3 воспламенителя 1; вместе с ней посредством соединяющей их планки 11 кабель 10 агрегата зажигания выходит из соединения со свечой 2 зажигания (фиг. 2).
Пример.
При запуске двигателя включается зажигание, подача пускового топлива и частично открывается клапан подачи пускового воздуха от источника сжатого воздуха к пусковому факельному воспламенителю. Начальное давление воздуха в баллоне от 20 до 50 атм. Давление воздуха в воздухоподводящей трубке и перед дросселирующим отверстием (воздушной струйной форсункой) воспламенителя в процессе запуска около 5 атм.
После розжига воспламенителя (или в процессе, в зависимости от циклограммы запуска) включается подача основного топлива. При достижении розжига основного топлива поступает команда на полное открытие клапана, в результате чего давление воздуха перед дросселирующим отверстием воспламенителя резко повышается (гидроудар), и под действием отрицательного перепада (или силы реакции струи) воздухоподводящая трубка выходит из соединения со штуцером воспламенителя; вместе с ней посредством соединяющей их планки кабель агрегата зажигания выходит из соединения со свечой зажигания. Давление воздуха в воздухоподводящей трубке после полного открытия клапана составляет от 15÷20 до 35÷45 атм в зависимости от начального давления воздуха в баллоне, времени запуска (стравливания) и объема баллона с трубкой.
3
Проведенные расчеты подтверждают работоспособность устройства. Например, при диаметре дросселирующего отверстия 1 мм, начальном давлении воздуха в баллоне 40 атм, объеме баллона 0,23 дм, времени стравливания (времени запуска камеры сгорания) 10 секунд с давлением перед дросселирующем отверстием 5 атм остаточное давление воздуха в баллоне 34 атм. При диаметре воздухоподводящей трубки 10 мм и числе Маха на выходе из трубки М=1 массовый расход составляет 0,63 кг/с, импульс (сила реакции струи) равен 195 Н (19,9 кгс). При расчете по параметрам ударной волны скорость распространения волны сжатия Wв=753 м/с (М=2,2), импульс без учета потерь энергии 404 Н (41 кгс), расчетная скорость потока за ударной волной 643 м/с (М=1,9).
3
2
3
2
2
2
Масса оболочки сферического баллона объемом 0,23 дм (диаметр 76 мм) с толщиной стенки 16 мм (запас прочности 2,1, материал титан с [s]=100 кгс/мм, плотность 4,5 г/см) равна 1,95 кг; масса стенки трубки (титан, d=3 мм, запас прочности 2,0, длина 0,5 м) равна 0,276 кг. При предполагаемой массе клапана 1 кг масса системы с остаточным количеством воздуха составляет 3,23 кг. Под действием импульса 195 Н (19,9 кгс) система приобретает ускорение 60 м/с (6,1g), расстояние 50 мм (необходимое для вывода из соединения воздухоподводящей трубки с баллоном и кабеля агрегата зажигания, с запасом) преодолевается за 1,3 мс, что обеспечивает быстрое и полное отсоединение от двигателя системы подвода пускового воздуха к воспламенителю и кабеля с агрегатом зажигания. При массе клапана 2 кг суммарная масса подвижной части системы составляет 4,23 кг, приобретаемое ей ускорение 46,1 м/с (4,7g), расчетное время срабатывания 1,5 мс. При суммарной массе подвижной части 8,46 кг приобретаемое ей ускорение 23 м/с (2,3g), расчетное время срабатывания 2,1 мс.