Пылеотделитель для наддува воздухом подшипниковых опор

 

Изобретение предназначено для пылеотделителя перед наддувом и охлаждением воздухом подшипниковых опор газотурбинных двигателей. Пылеотделитель содержит корпус с наружной и внутренней спиральными стенками, входной патрубок для ввода пылевоздушной смеси в корпус, патрубки для вывода очищенного воздуха и отделившейся пыли и патрубок для подвода пылевоздушной смеси к входному патрубку. Внутренняя спиральная стенка выполнена, по крайней мере, двухслойной с щелями, образованными торцами спиральных стенок и сдвинутыми одна относительно другой в радиальном направлении, причем торцы спиральных стенок, направленные против потока пылевоздушной смеси, расположены выше по потоку и на меньшем радиальном расстоянии, чем торцы стенок, направленные по потоку, а щели в спиральных стенках, радиально более удаленные от соответствующих щелей в стенках с меньшим радиальным расстоянием, расположены ниже по потоку, при этом входной патрубок выполнен с конфузорным щелевым участком поперек наружной и внутренней спиральных стенок, а проходная площадь патрубка для вывода пыли составляет 0,04-0,08 от проходной площади патрубка для подвода пылевоздушной смеси. Изобретение позволяет повысить эффективность пылеотделения при наддуве с минимальными потерями давления очищаемого воздуха. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам пылеотделителей для наддува и охлаждения воздухом подшипниковых опор газотурбинных двигателей.

Известен сепаратор посторонних частиц с отсасывающим эжектором для газотурбинного двигателя, содержащий корпусную панель с сетчатым фильтром и рядами сепараторов центробежного типа с лопатками в трубчатых каналах и установленными коаксиально внутренними трубками отбора чистого воздуха [1].

Недостатком известной конструкции является то, что она предназначена для очистки поступающего в двигатель воздуха с помощью эжекторного устройства, поэтому она не может быть эффективно использована для пылеотделения при избыточном давлении воздуха, например, для охлаждения подшипниковых опор газотурбинного двигателя от сжатого в компрессоре воздуха.

Известен также пылеотделитель, содержащий криволинейную вихревую камеру и патрубок ввода, сообщающиеся между собой посредством щелей, а также осевой патрубок очищенного воздуха [2].

Известная конструкция относится к технике очистки газов от дисперсных примесей, преимущественно в установках пневмотранспорта порошкообразных материалов, а циркуляционный поток в ней формируется за счет эжектирующего действия, создаваемого шиберами, и регулируется таким образом, чтобы не допустить вымывания пыли из приемника. Поэтому недостатком такой конструкции является невозможность ее эффективного использования при наддуве, т.е. при избыточном давлении очищаемого воздуха, например, для охлаждения подшипниковых опор и полостей наддува газотурбинных двигателей от сжатого в компрессоре воздуха. Это вызвано необходимостью исключить возможность попадания твердых частиц в масляные полости подшипниковых опор через лабиринтные уплотнения для повышения ресурса и надежности газотурбинных двигателей при минимальных потерях давления сжатого в компрессоре воздуха.

Наиболее близким к заявляемому устройству является пылеуловитель, содержащий корпус с наружной и внутренней спиральными стенками, входной патрубок для ввода пылевоздушной смеси в корпус, патрубки для вывода очищенного воздуха и отделившейся пыли и патрубок для подвода пылевоздушной смеси к входному патрубку [3].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточно высокая эффективность улавливания пыли, что объясняется турбулентным вихревым движением пылевоздушной смеси в центробежно-инерционном пылеуловителе. Недостатком конструкции является также невозможность ее эффективного использования для пылеотделения при избыточном давлении очищаемого воздуха, преимущественно для охлаждения подшипниковых опор и камер наддува в газотурбинных двигателях из-за больших потерь давления сжатого в компрессоре воздуха.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности пылеотделения при наддуве с минимальными потерями давления очищаемого воздуха, например, отбираемого от компрессора газотурбинного двигателя для охлаждения подшипниковых опор, за счет дросселирования очищаемого воздуха в криволинейной вихревой камере, устойчивых траекторий закрутки, торможения, транспортировки и выброса посторонних твердых частиц.

Сущность технического решения заключается в том, что в пылеотделителе для наддува воздухом подшипниковых опор, содержащем корпус с наружной и внутренней спиральными стенками, входной патрубок для ввода пылевоздушной смеси в корпус, патрубки для вывода очищенного воздуха и отделившейся пыли и патрубок для подвода пылевоздушной смеси к входному патрубку, согласно изобретению внутренняя спиральная стенка выполнена по крайней мере двухслойной с щелями, образованными торцами спиральных стенок и сдвинутыми одна относительно другой в радиальном направлении, причем торцы спиральных стенок, направленные против потока пылевоздушной смеси, расположены выше по потоку и на меньшем радиальном расстоянии, чем торцы стенок, направленные по потоку, а щели в спиральных стенках, радиально более удаленные от соответствующих щелей в стенках с меньшим радиальным расстоянием, расположены ниже по потоку, при этом входной патрубок выполнен с конфузорным щелевым участком поперек наружной и внутренней спиральных стенок, а проходная площадь патрубка для вывода пыли составляет 0,04...0,08 от проходной площади патрубка для подвода пылевоздушной смеси.

Выполнение внутренней спиральной стенки по крайней мере двухслойной с образованием щелей торцами спиральных стенок, сдвинутыми одна относительно другой в радиальном направлении таким образом, что торцы спиральных стенок, направленные против потока пылевоздушной смеси, расположены выше по потоку и на меньшем радиальном расстоянии, чем торцы стенок, направленные по потоку, повышает эффективность сепарации крупных абразивных частиц (а мах = 150 мкм) от средних и самых мелких частиц (а мах = 10...50 мкм) за счет образования турбулентных зон обратных токов при прохождении потока воздуха через щели с разворотом на 180^o.

Выполнение щелей в спиральных стенках, радиально более удаленных от соответствующих щелей с меньшим радиальным расстоянием, расположенных ниже по потоку, создает устойчивые траектории движения более легких частиц по внутреннему спиральному контуру с меньшим радиусом, а по наружному спиральному контуру с большим радиусом - более тяжелых частиц. При этом зоны обратных токов в щелях с меньшим радиальным удалением создают дросселирующую завесу для частиц более тяжелых и повышают эффективность сепарации и транспортировки частиц к патрубку для вывода отделившейся пыли.

Выполнение входного патрубка с конфузорным щелевым участком поперек наружной и внутренней спиральных стенок позволяет этот патрубок выполнить диффузорным вдоль стенок, что делает режим течения запыленного воздуха как при конфузорном, так и при диффузорном течении более устойчивым, уменьшается турбулентность потока, а также уменьшаются вторичные течения в спиральных каналах инерционного пылеотделителя.

Выполнение проходной площади патрубка для вывода пыли в пределах 0,04... 0,08 от проходной площади патрубка для подвода пылевоздушной смеси повышает эффективность очистки при срабатывании противопомпажных устройств для сброса воздуха из компрессора высокого давления, от которого производится отбор воздуха для охлаждения подшипниковых опор двигателя. При этих значениях проходной площади обеспечивается надежная транспортировка и выброс в подкапотное пространство двигателя твердых частиц с размерами 10...150 мкм. Кроме того, такое выполнение проходной площади патрубка улучшает динамическую устойчивость компрессора за счет снижения воздействия вращающегося вихря, возникающего на верхних кромках лопаток компрессора.

На фиг. 1 изображен пылеотделитель, установленный на корпусе компрессора газотурбинного двигателя; на фиг. 2 изображен общий вид пылеотделителя; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 3.

Пылеотделитель для наддува воздухом подшипниковых опор газотурбинного двигателя содержит корпус 1 с наружной спиральной стенкой 2 и внутренней спиральной стенкой 3, входной патрубок 4 для ввода пылевоздушной смеси 5 в корпус 1, патрубок 6 для вывода очищенного воздуха 7, патрубок 8 для вывода отделившихся частиц пыли 9 и патрубок 10 для подвода пылевоздушной смеси 5 к входному патрубку 4. Внутренняя спиральная стенка 3 выполнена двухслойной со стенками 11 и 12 (см. фиг. 6) и образует щели X, Y, Z и X1, Y1, Z1 торцами 13 и 14 спиральных стенок 11, 12, сдвинутыми одна относительно другой в радиальном направлении. Торцы 13 спиральных стенок 11, 12, направленные против потока пылевоздушной смеси 5, расположены выше по потоку на величину t, t1 и т. д. и на меньшем радиальном расстоянии R, R3, чем торцы 14 стенок 11, 12, направленные по потоку пылевоздушной смеси 5 и имеющие радиальные расстояния соответственно R1, R2. Щели X1, Y1, Z1 в радиальных стенках 12, радиально более удаленные от соответствующих щелей X, Y, Z в стенках 11 с меньшим радиальным расстоянием, расположены ниже по потоку, т.е. щель X1 расположена ниже по потоку от щели X и т.д. Входной патрубок 4 выполнен с конфузорным щелевым участком 15 поперек наружной 2 и внутренней 3 спиральных стенок корпуса 1. Проходная площадь S1 патрубка 8 для вывода пыли 9 составляет 0,04.. .0,08 от проходной площади S2 патрубка 10 для подвода пылевоздушной смеси 5. На фиг. 6 изображено также, что входной патрубок 4 имеет проходную площадь S2 за счет диффузорности в месте присоединения его к внутренней стенке 3 и к наружной стенке 2 корпуса 1, т.е. на выходе патрубок имеет щелевое сечение Т - Щ (фиг. 4). Кроме того, на фиг. 1 изображена ось вращения компрессора 16 и воздушный теплообменник 17. На фиг. 4, 6 изображена полость 18 очищенного воздуха 7, а на фиг. 6 - поперечная перегородка 19 на выходе спиральных стенок 2, 3 корпуса 1, образующих тупиковую полость P с патрубком 8 для вывода частиц пыли 9.

Работает устройство следующим образом. От первых ступеней компрессора высокого давления отбирается воздух под давлением 3...7 кПа, в котором могут находиться абразивные частицы - пыль, песок и др. размером от 10 до 150 мкм, и поступает во входной патрубок 4, где дросселируется выходным сечением Щ - Т, поступает в спиральные каналы между стенками 2, 3, затем в каналы двухслойной внутренней стенки 11, 12, а далее в щели X, Y, Z и X1, Y1, Z1. Торцы 13, 14 стенок 11 образуют вихревые зоны обратных токов в щелях X, Y, Z сепарируют и отбрасывают твердые частицы 9 к стенкам 12 в щели X1, Y1, Z1. В щелях X1, Y1, Z1 за счет эжектирующего действия потока пылевоздушной смеси 5 частицы 9 подвергаются дополнительной сепарации, более тяжелые и крупные частицы направляются в наружный контур между стенками 2 и 12, а более легкие и мелкие остаются во внутреннем контуре между стенками 11 и 12. При этом обеспечивается устойчивость траекторий закрутки частиц пыли 9, их торможение вниз по потоку от щелей X, Y, Z и X1, Y1, Z1 и устойчивые траектории для перемещения частиц пыли 9 в полость P, где они эжектируются через патрубок 8 и выбрасываются в подкапотное пространство газотурбинного двигателя. Поток очищенного воздуха 7 поступает через щели X, Y, Z в полость 18, далее через патрубок 6 подается в теплообменник 17, где охлаждается воздухом наружного контура и поступает для наддува полостей подшипниковых опор.

Источники информации 1. US, патент N 3811254, кл. B 01 D 45/12, 1972 г.

2. SU, авт. св. N 1337121 A1, кл. B 01 D 45/12, 1985 г.

3. SU, авт. св. N 1724323 A1, кл. B 01 D 45/02, 1989 г. - прототип.

Формула изобретения

Пылеотделитель для наддува воздухом подшипниковых опор, содержащий корпус с наружной и внутренней спиральными стенками, входной патрубок для ввода пылевоздушной смеси в корпус, патрубки для вывода очищенного воздуха и отделившейся пыли и патрубок для подвода пылевоздушной смеси к входному патрубку, отличающийся тем, что внутренняя спиральная стенка выполнена, по крайней мере, двухслойной с щелями, образованными торцами спиральных стенок и сдвинутыми одна относительно другой в радиальном направлении, причем торцы спиральных стенок, направленные против потока пылевоздушной смеси, расположены выше по потоку и на меньшем радиальном расстоянии, чем торцы стенок, направленные по потоку, а щели в спиральных стенках, радиально более удаленные от соответствующих щелей в стенках с меньшим радиальным расстоянием, расположены ниже по потоку, при этом входной патрубок выполнен с конфузорным щелевым участком поперек наружной и внутренней спиральных стенок, а проходная площадь патрубка для вывода пыли составляет 0,04 - 0,08 от проходной площади патрубка для подвода пылевоздушной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6