Способ защиты аварийно-спасательной газотурбинной машины и устройство для его осуществления

 

Использование: область транспортного машиностроения, преимущественно на аварийно-спасательных машинах быстрого реагирования. Сущность изобретения: с целью повышения надежности работы газотурбинного двигателя и самой аварийно-спасательной машины в экстремальных условиях над машиной создают защитную зону вращающимися струями из выхлопных газов, для чего на конце выхлопной трубы устанавливают вращающиеся сопла с наклоном от 0 до 30 - 40^o к плоскости вращения и во время их работы раскрывают регулируемый сопловой аппарат силовой турбины, поддерживая температуру газа перед ним на номинальном уровне. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано преимущественно в аварийно-спасательных машинах быстрого реагирования, создаваемых на базе газотурбинных гусеничных машин, которые действуют вблизи извергающихся вулканов, выбрасывающих пепел и камни, вблизи лесных, промышленных и городских пожаров, при которых в воздухе летают тлеющие хвойные иголки, листья и головешки, которые могут снижать надежность и выводить из действия газотурбинные двигатели (ГТД), а также затрудняют работу машины.

Известен механический способ защиты дизельных машин [1] от падающих сверху предметов путем создания над машиной защитной зоны вращающимися в горизонтальной плоскости тросами и цепями с грузом на конце.

Устройство для реализации этого способа содержит вертикальную опору, закрепленную нижним концом на крыше машины, электромотор, установленный на верхнем конце опоры, и цилиндр на валу электромотора, на котором закреплены тросы и цепи с грузом на их свободном конце. При вращении цилиндра тросы и цепи натягиваются центробежной силой и образуют защитную зону. Предметы, попадающие в эту зону, отбиваются тросами или цепями в сторону.

Недостатком этого способа и устройства является пропуск сквозь защитную зону мелких частиц пепла, тлеющих иголок, листьев, мелких углей и других мелких предметов, летающих в массовом количестве в воздухе; кроме того, невозможность быстрого восстановления устройства в случае обрыва троса или цепи, которая приводит к большому дисбалансу, раскачиванию и разрушению вертикальной опоры неуравновешенной центробежной силой, действующей на оставшиеся целые тросы или цепи, что сильно снижает надежность работы двигателя в этих условиях.

Известно устройство защиты аварийно-спасательной газотурбинной машины, содержащей ГТД с регулируемым силовым аппаратом (РСА) в силовой турбине и выхлопной патрубок с поворотной заслонкой [2] Недостатками этого устройства являются пропуск упомянутых мелких частиц через сетку на вход в ГТД, а также возможный прорыв сетки тяжелыми падающими сверху предметами и еще больший пропуск упомянутых мелких частиц и предметов через образовавшиеся отверстия, которые закупоривают входное устройство и циклоны, забивают барьерный фильтр воздухоочистителя и резко снижают надежность работы ГТД, вызывая неустойчивость, помпаж, повышение начальной температуры газа, что может привести к его разрушению и выходу из действия, а машины из эксплуатации.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТД в условиях загрязненной и засоренной атмосферы при аварийно-спасательных работах.

Цель достигается тем, что над аварийно-спасательной газотурбинной машиной с ГТД, имеющим силовую турбину с регулируемым сопловым аппаратом (РСА), содержащим выхлопной патрубок с поворотной заслонкой, защитную зону создают плоскими или круглыми струями выхлопных газов, вытекающих из вращающихся на конце выхлопной трубы околозвуковых сопл, для чего направляют посредством поворотной заслонки выхлопные газы в выхлопную трубу, одновременно раскрывают РСА и контролируют температуру газа перед ним, поддерживая ее величину на номинальном уровне.

Указанная цель и способ реализуются в аварийно-спасательной машине, содержащей ГТД с РСА в силовой турбине, выхлопную трубу с поворотной заслонкой, и достигается тем, что выхлопная труба снабжена соосным теплоизолирующим кожухом и на выходном конце трубы дополнительно установлены эксцентрично с возможностью вращения вокруг оси ее не менее двух симметрично противолежащих околозвуковых сопл, прикрытых сверху защитным экраном. В отличие от аналога и прототипа защитную зону над аварийно-спасательной машиной с ГТД, обладающим в 4-5 раз большим расходом газа по сравнению с дизелем, образуют вращающимися струями, которые не разрушаются падающим предметом, постоянно питают защитную зону в виде круглого зонта выхлопными газами и непрерывно поддерживают ее сплошность. В силу этого она улавливает и не пропускает сквозь себя ранее упомянутые мелкие частицы, а струи выносят их вместе с попавшими в них более крупными предметами за пределами машины. Струи должны быть предпочтительно плоскими, так как по сравнению с круглыми они обладают при прочих равных условиях более высокими скоростью, кинетической энергией и дальнобойностью и, следовательно, более высокой эффективностью воздействия на частицы и предметы. Сопла должны быть околозвуковыми, так как они создают противодавление, близкое к критическому, при котором, с одной стороны, достигается скорость истечения около 500 м/с и достаточная дальнобойность особенно плоских струй и, с другой стороны, получается полезная мощность ГТД, достаточная для передвижения и выполнения аварийно-спасательных работ самой машиной.

Сопла устанавливаются симметрично, диаметрально противоположно, эксцентрично по отношению к оси выхлопной трубы, чтобы получить уравновешенную пару сил, действующих на них со стороны вытекающих из них струй, которая равномерно вращает сопла вместе со струями вокруг оси трубы. Оси сопл могут располагаться в горизонтальной плоскости или под углом 30-45^о к ней. В последнем случае падающие сверху в наклонную струю предметы получают от нее больший по величине силовой импульс из-за более продолжительного пребывания в ней, в результате чего предмет отбрасывается наклонной струей на большее расстояние от машины по сравнению с горизонтальной струей.

При переключении газа поворотной заслонкой в выхлопную трубу и истечении его из сопл ГТД начинает работать на увеличивающееся до критического противодавление. Чтобы избежать неустойчивой работы и помпажа в компрессорах, заброса температуры газа и перегрева наиболее напряженных рабочих лопаток силовой турбины, одновременно раскрывают РСА, контролируют температуру газа перед ним и путем раскрытия РСА удерживают ее на номинальном уровне. В целях предохранения от повреждения или разрушения падающими предметами сама высоконагретая выхлопная труба защищена соосным с ней теплоизоляционным кожухом, а сопла прикрыты сверху защитным экраном. Все указанные существенные признаки повышают надежность работы ГТД, исключают выход его из строя и вывод аварийно-спасательной машины из действия и эксплуатации во время аварийно-спасательных работ.

На фиг. 1 изображена аварийно-спасательная газотурбинная машина с установленным защитным устройством; на фиг. 2 вид А на фиг. 1.

Аварийно-спасательная машина содержит ГТД с газогенератором 1 и силовой турбиной с РСА 2, имеющей рабочее колесо 3, связанное с зубчатым редуктором 4, который соединен с коробкой 5 перемены передач машины.

Газовый тракт силовой турбины сообщается со штатным выхлопным окном 6, которое находится в корме машины и закрыто поворотной заслонкой 7. Он сообщается также с выхлопной трубой 8 ОПВТ, имеющей защитный теплоизолирующий соосный кожух 9. На верхнем выходном конце трубы 8 установлена на подшипниках 10 проставка с плоскими или круглыми околозвуковыми соплами 11. Как показывает фиг. 2, сопла расположены симметрично, диаметрально противоположно и эксцентрично по отношению к оси трубы 8. Сверху сопла 11 прикрыты защитным экраном 12. Оси сопл могут находиться в горизонтальной плоскости или под углом к ней, формируя соответственно горизонтальные или наклонные газовые струи.

Способ и устройство реализуются следующим образом. Закрывают выхлопное окно и открывают вход в трубу 8 поворотной заслонкой 7 и этим направляют выхлопные газы в трубу 8 и сопла 11, которые формируют плоские и круглые газовые струи 13, имеющие околозвуковую скорость (500-550 м/с). Под действием сил реакции струй эксцентрично расположенные сопла 11 вращаются парой сил вокруг оси выхлопной трубы 8 вместе с истекающими из них струями 13. Последние создают над машиной защитную зону в виде сплошного круглого зонта. Мелкие частицы пепла, иголки, листья, мелкие угли задерживаются защитным зонтом, а более крупные предметы 14 выносятся струями вместе с мелкими частицами из зоны за пределы машины. Во избежание помпажа в компрессорах и перегрева наиболее напряженных рабочих лопаток силовой турбины одновременно с переключением газа поворотной заслонкой 7 в трубу 8 раскрывают РСА 2, контролируют температуру газа перед ним и удерживают путем раскрытия РСА ее величину на номинальном уровне. Во время работы сопл 11 машина двигается на пониженной мощности с пониженной скоростью, выполняя аварийно-спасательные работы. По окончании их заслонкой 7 закрывают вход в трубу 8 и поворачивают лопатки РСА 2 в номинальное положение, при этом выхлопные газы выпускаются в атмосферу через открытое штатное выхлопное окно 6. Сплошная зонтичная защитная зона, созданная газовыми струями над машиной, и непрерывный вынос из нее мелких частиц и крупных падающих предметов струями исключает попадание мелких многочисленных частиц и более крупных предметов в воздухоприемное устройство машины и в воздухоочиститель ГТД и этим предотвращает их закупорку, повышая надежность работы ГТД в засоренной атмосфере. Защитные соосный кожух 9 и экран 12 предохраняют от повреждения высоконагретые выхлопную трубу 8 и сопла 11 падающими сверху крупными и тяжелыми предметами и этим обеспечивают стабильное функционирование защитной зоны и надежную работу ГТД. Охлаждающий воздух, эжектируемый газовыми струями через кольцевой зазор между кожухом 9 и трубой 8, а также между экраном 12 и соплами 11, снижает температуру стенок трубы 8 и сопл 11 и повышает их прочность и надежность.

Таким образом настоящее техническое решение существенно повышает надежность работы ГТД аварийно-спасательной машины во время выполнения аварийно-спасательных работ в условиях сильно загрязненной и засоренной атмосферы.

Формула изобретения

1. Способ защиты аварийно-спасательной газотурбинной машины, содержащей силовую турбину, имеющую регулируемый сопловой аппарат, путем создания над машиной защитной зоны, отличающийся тем, что поворотной заслонкой направляют выхлопные газы в выхлопную трубу, одновременно раскрывая регулируемый сопловой аппарат и контролируя температуру газа перед ним, и защитную зону создают плоскими или круглыми струями выхлопных газов, вытекающими из вращающихся на конце выхлопной трубы околозвуковых сопл.

2. Устройство защиты аварийно-спасательной газотурбинной машины с силовой турбиной, имеющей регулируемый сопловой аппарат, содержащее выхлопной патрубок с поворотной заслонкой, отличающееся тем, что оно снабжено выхлопной трубой с по крайней мере двумя околозвуковыми соплами и защитным экраном, причем один конец выхлопной трубы подключен к второму выходу поворотной заслонки, а на другой конец трубы эксцентрично ее оси с возможностью вращения установлены околозвуковые сопла и защитный экран.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оси сопл установлены под углом 30 - 45^o к плоскости вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2