Установка утилизации тепла выхлопных газов испытуемого воздушно-реактивного газотурбинного двигателя

 

Использование: в устройствах для использования отходящего тепла двигателей. Сущность изобретения: при максимальной температуре выхлопной струи (около 2000 К включены все теплообменные аппараты. Регулируемые створки установлены перпендикулярно потоку выхлопной струи и закрыты, а регулируемые - параллельно потоку. При температуре газовой струи значительно меньшей 2000 К регулируемые створки устанавливаются в положение, прекращающее доступ выхлопных газов к отключенному теплообменному аппарату. После охлаждения в теплообменном аппарате выхлопная струя поступает в шахту выхлопа. 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам для использования отходящего тепла двигателей.

Известна установка для утилизации тепла, содержащая установленный в конце печи теплообменник с подводящим и отводящим трубопроводами.

Ее недостаток - низкая эффективность при утилизации тепла воздушно-реактивных двигателей (ВРД) при их испытаниях.

Наиболее близкой по своей технической сущности является установка утилизации тепла при испытании ВРД, содержащая газоотводящее устройство в виде установленных за двигателем камеры смешения, диффузора, теплообменника, емкости с нагревателем и нагретым рабочим телом, связанные с потребителем и теплообменником подводящим и отводящим трубопроводами соответственно.

Ее недостаток - невысокий теплосъем установки, обусловленный неполным отбором тепла выхлопных газов вследствие нерегулируемого коэффициента эжекции.

Цель изобретения - повышение теплосъема установки.

Указанная цель достигается тем, что известная установка утилизации тепла при испытании ВРД, содержащая газоотводящее устройство, выполненное в виде последовательно установленных за двигателем эжектора, газоподводящего канала и теплообменника, буферные емкости с горячим и холодным рабочим телом, соединенные с теплообменником соответственно отводящей и подводящей магистралями, а с потребителем - трубопроводами, снабжена газоподводящей магистралью, сообщенной с газоподводящим каналом, выполненным в виде диффузора, дополнительными теплообменными аппаратами с регулируемыми створками, подключенными параллельно к подводящей и отводящей магистралям, двумя дополнительными трубопроводами с запорно-регулирующими органами, соединяющими отводящую магистраль соответственно с буферной емкостью с холодным рабочим телом и с подводящей магистралью, регулируемым сопротивлением, размещенным между эжектором, выполненным в виде сменных камер смешения, и диффузором, регулируемым дросселем, установленным в отводящей магистрали. Теплообменники размещены в газоотводящей магистрали последовательно, друг за другом по ходе выхлопных газов с образованием периферийных каналов для прохода последних. Диффузор, регулируемое сопротивление и сменные камеры смешения выполнены охлаждаемыми.

Описанная выше совокупность существенных признаков не обнаружена в патентной и научно-технической литературе, что доказывает ее соответствие критерию "новизна".

Описанные выше существенные признаки заявленного решения известны и используются в заявляемой совокупности по прямому назначению. Так, например, известен стенд для испытания ВРД, в котором камеры смешения вмонтированы в поворотную раму, образуя обойму различных камер. Также известна постановка за камерой смешения регулируемого сопротивления (4).

Однако в заявленной совокупности эти существенные признаки обеспечивают достижение нового свойства, которое заключается в повышении эффективности теплосъема при любых режимах работы двигателя.

На чертеже представлена установка, общий вид.

Установка содержит воздушно-реактивный двигатель 1, установленные за ним сменные охлаждаемые камеры смешения эжектора 2, охлаждаемое регулируемое сопротивление 3 диффузора 4. Несколько теплообменных аппаратов, например 6, 7 и 8 с регулируемыми створками 9, 10, 11 и 12, установлены последовательно друг за другом. Далее установка установлена шахта выхлопа 13. Теплообменные аппараты 5-8 соединены параллельно с подводящим 14 и отводящим 15 трубопроводами. Подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы соединены между собой дополнительным трубопроводом 16. Подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы соединены с теплоизолированными емкостями 17, 18 и 19, соединенными между собой промежуточным требопроводом 20. На отводящем трубопроводе 15 за каждым теплообменным аппаратом установлены датчики температуры 21 и регулирующие дроссели 22. Установка также содержит насосы 23 и 24, насосную станцию 25, краны 26-51, датчики давления 52 и датчики температуры 21, 53-56.

Работает заявленная установка следующим образом.

Если температура выхлопной струи максимальная (около 2000 К), то включены все теплообменные аппараты 5-8. При этом регулируемые створки 9 установлены перпендикулярно потоку выхлопной струи и закрыты, а регулируемые створки 10, 11 и 12 установлены параллельно потоку.

Количество включенных теплообменных аппаратов определяется количеством тепла содержащегося в выхлопной струе (т.е. определяется ее температурой и расходом).

В случае отключения теплообменных аппаратов, например, при температуре газовой струи значительно меньшей 2000К регулируемые створки соответствующих теплообменных аппаратов (в случае, показанном на чертеже, регулируемыми створками 10 теплообменного аппарата 6) устанавливаются в положение, прекращающее доступ выхлопных газов к отключенному теплообменному аппарату.

После охлаждения в теплообменном аппарате 8 выхлопная струя поступает в шахту выхлопа 13.

Рассмотрим работу установки при двух включенных теплообменных аппаратах 5 и 8, как показано на чертеже.

В назначенное время проходит команда (электрические связи на чертеже не показаны), приводящая краны в исходное положение. Краны 26, 32, 34-38, 40 и 46 открыты. Краны 27-31, 33, 39, 41-45 и 47-51 закрыты. Включается насос 23 и насосная станция 25. Запускается двигатель 1, выхлопная струя, проходя по тракту, нагревает рабочее тело, которое по отводящему трубопроводу 15 поступает в емкость 17.

Цикл продолжается до тех пор, пока температура воды в емкости 17 не достигнет заданного значения, после чего краны 42, 47 и 48 открываются, краны 40 и 46 закрываются и рабочее тело из емкости 17 поступает к потребителю. Затем открывается кран 45 и холодное рабочее тело от потребителя заполняет пустую емкость 19.

В случае низкотемпературной выхлопной струи (< 800К) для более полного отбора тепла рабочее тело поступает в теплообменный аппарат с противотоком. Это осуществляется при закрытии кранов 38, 26 и 32 и открытии кранов 39, 27 и 33. Расход рабочего тела через теплообменные аппараты 5-8 можно регулировать давление подачи от насосов насосной станции 25 и регулирующими дросселями 22.

В случае испытания двигателя на режиме с очень низким полным давлением выхлопной струи открываются регулируемые створки 9 и низконапорная выхлопная струя, минуя теплообменные аппараты, по обводным каналам поступает в шахту выхлопа 13.

По сравнению с прототипом заявленное техническое решение обладает следующими технологическими и производными от них общественно-полезными преимуществами: обеспечивается регулирование коэффициента эжекции, что обеспечивает "критический" режим работы эжектора близкий к режиму "запирания" на всех режимах испытания; использование прямотока (Т_о ≥ 800К) и противотока (Т_о < 800К) обеспечивает нагрев рабочего тела до возможно более высокой температуры; и установка теплообменных аппаратов описанным образом позволяет дискретно изменять расход нагреваемого рабочего тела подключением или отключением теплообменных аппаратов в зависимости от количества тепла, содержащегося в выхлопной струе двигателя; обеспечивается удобство обслуживания установки в случае быстрой замены одного из теплообменных аппаратов в случае их прогара.

Формула изобретения

УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ИСПЫТУЕМОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащая газоотводящее устройство, выполненное в виде последовательно установленных за двигателем эжектора, газоподводящего канала и теплообменника, буферные емкости с горячим и холодным рабочими телами, соединенные с теплообменником соответственно отводящей и подводящей магистралями, а с потребителем - трубопроводами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения теплосъема, она снабжена газоподводящей магистралью, сообщенной с газоподводящим каналом, выполненным в виде диффузора, дополнительными теплообменными аппаратами с регулируемыми створками, подключенными параллельно с подводящей и отводящей магистралями, двумя дополнительными трубопроводами с запорно-регулирующими органами, соединяющими отводящую магистраль соответственно с буферной емкостью с холодным рабочим телом и с подводящей магистралью, регулируемым сопротивлением, размещенным между эжектором, выполненным в виде сменных камер смещения, и диффузором, регулируемым дросселем, установленным в отводящей магистрали, при этом теплообменники размещены в газоотводящей магистрали последовательно друг за другом по ходу выхлопных газов с образованием периферийных каналов для прохода последних, а диффузор, регулируемое сопротивление и сменные камеры смещения выполнены охлаждаемыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1