Устройство для охлаждения электрического оборудования газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель



Устройство для охлаждения электрического оборудования газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель
Устройство для охлаждения электрического оборудования газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель
Устройство для охлаждения электрического оборудования газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

 


Владельцы патента RU 2465477:

ИСПАНО-СЮИЗА (FR)

Устройство для охлаждения электрического оборудования в газотурбинном двигателе содержит, по меньшей мере, одну вихревую трубку, имеющую вход, связанный со средствами питания сжатым воздухом, и выход холодного воздуха, соединенный со средствами охлаждения электрического оборудования. Вихревая трубка питается воздухом, через теплообменник, содержащий вторую цепь, питаемую хладагентом с выхода средств охлаждения электрического оборудования или горячим воздухом, выходящим из вихревой трубки. Изобретение направлено на упрощение устройства для охлаждения электрического оборудования, и на повышение его экономичности и эффективности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение касается устройства для охлаждения электрического или электронного оборудования газотурбинного двигателя.

Газотурбинные двигатели содержат определенное количество оборудования, электрического или электронного, такого как блоки управления работой различной геометрии, которые при работе выделяют большое количество тепла, подлежащего отводу для поддержания приемлемой температуры для электрического оборудования, а также некоторых элементов газотурбинного двигателя, размещенных вблизи этого оборудования.

Известные устройства охлаждения содержат, в основном, средства циркуляции охлаждающей жидкости, такой как масло, углеводороды или воздух, имеют большой объем и являются сложными в эксплуатации.

Задачей изобретения является отличающееся простотой, эффективностью и экономичностью усовершенствование известных технических решений.

Задача решается устройством для охлаждения электрического оборудования в газотурбинном двигателе, содержащим, по меньшей мере, одну вихревую трубку, вход которой соединен со средствами питания сжатым воздухом, а ее выход холодного воздуха соединен со средствами охлаждения электрического оборудования, отличающимся тем, что вихревая трубка питается сжатым воздухом через теплообменник, вторичная цепь которого питается хладагентом с выхода средств охлаждения электрического оборудования или выхода горячего воздуха вихревой трубки.

Известным образом вихревая трубка, называемая также трубкой Ранка, позволяет создать благодаря вихревому эффекту поток холодного воздуха и поток горячего воздуха в зависимости от потока сжатого воздуха при промежуточной температуре. Входной воздух тангенциально впрыскивается в камеру, связанную с трубой, для создания высокоскоростного турбулентного движения, которое направляется к концу трубы, снабженному выходным коническим клапаном. Часть этого воздуха выходит из трубы через этот клапан, а другая часть воздуха отражается от клапана и направляется назад в трубу, турбулизируя встречный поток, снижая его температуру и выходя из противоположного конца трубы.

Устройство охлаждения по изобретению содержит одну или несколько вихревых трубок, которые питаются сжатым воздухом, отбираемым соответствующими средствами с компрессора двигателя, либо с кольцевого трубопровода потока свежего воздуха или вторичного потока газа, такого как трубопровод вентилятора газотурбинного двигателя. Выход холодного воздуха каждой вихревой трубы связан с теплообменником, совмещенным с холодильной машиной или с системой впрыска воздуха в охлаждаемое электрическое оборудование.

Вихревые трубки просты в изготовлении и монтаже и позволяют производить холодный воздух подручными средствами. Они питаются воздухом при давлении в несколько бар (обычно от 5 до 10 бар) и генерируют холодный воздух с температурой, которая может быть примерно на 50°С ниже температуры входного воздуха. Впрочем, вихревые трубки дешевы, надежны и имеют относительно большую продолжительность работы без необходимости специального обслуживания, так как они не содержат движущихся деталей.

Устройство охлаждения может содержать теплообменник, первичная цепь которого соединена с входом, связанным с выходом средств отбора воздуха, и с выходом, связанным с входом вихревой трубы, и, по меньшей мере, вторичная цепь питается хладагентом.

По меньшей мере, часть воздуха, служащая для охлаждения электрического оборудования, может быть направлена во вторичную цепь теплообменника для улучшения охлаждения воздуха, отобранного от газотурбинного двигателя. Кроме того, воздух, выходящий из теплого конца вихревой трубы, может быть направлен во вторичную цепь этого теплообменника для облегчения охлаждения отобранного воздуха, когда его температура ниже температуры воздуха, отобранного от газотурбинного двигателя. Теплообменник содержит также две вторичных цепи охлаждающего воздуха, одна из них выходит из системы охлаждения электрического оборудования, а вторая из вывода горячего воздуха вихревой трубки.

Вихревая трубка может быть выполнена с двойным каналом и содержать второй вход, связанный со средствами питания сжатым воздухом, такое устройство позволяет удвоить производительность.

Можно также использовать несколько вихревых трубок, включенных последовательно или параллельно, для охлаждения электрического или электронного оборудования.

Изобретение касается также газотурбинного двигателя, отличающегося тем, что он содержит устройство охлаждения электрического и электронного оборудования, как было показано выше.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, приводимым со ссылками на сопровождающие чертежи, в числе которых:

Фиг.1 схематично изображает устройство по изобретению для охлаждения электрического оборудования газотурбинного двигателя,

Фиг.2 схематично изображает в аксиальном разрезе вихревую трубку системы охлаждения по изобретению;

Фиг.3 изображает вид в разрезе по линии III-III фиг.2.

Фиг.1 представляет схему устройства по изобретению для охлаждения электрического или электронного оборудования 12 в газотурбинном двигателе 10, содержащего вихревую трубку или трубку Ранка 14, питаемую сжатым воздухом, который поступает на элемент 16 газотурбинного двигателя, причем элемент 16 может быть выполнен в виде трубопровода вентилятора, компрессора высокого или низкого давления, либо осевым компрессором малых размеров, приводимым аксессуарами газотурбинного двигателя.

Вихревая трубка 14 содержит вход 18, который открывается в камеру 20, образованную между концами трубы, которая имеет выход 22 горячего воздуха на одном из концов, а на другом конце выход 24 холодного воздуха. Хорошо известное функционирование вихревой трубки будет детально описано со ссылками на фиг.2 и 3.

В представленном примере устройство охлаждения дополнительно содержит одноступенчатый или многоступенчатый теплообменник 30, содержащий первичную цепь, вход которой 32 связан со средствами поступления воздуха в элемент 16 газотурбинного двигателя и выход которого 36 связан трубопроводом 38 со входом 18 вихревой трубы 14.

Отобранный воздух охлаждается в теплообменнике 30 путем естественной конвекции (а также радиации) и/или теплообменом с хладагентом, проходящим во вторичной цепи 31 теплообменника 30.

Теплообменник 30 может также содержать другую вторичную цепь хладагента, вход которой 40 в данном случае связан трубопроводом 42 с выходом теплообменника 50, служащего для охлаждения электрического оборудования; воздух из выхода 44 вторичной цепи теплообменника 30 может быть использован для охлаждения элементов газотурбинного двигателя.

Более того, выход 22 горячего воздуха вихревой трубки может быть связан трубопроводом 36 с другим входом 34 другой вторичной цепи теплообменника 30.

Выход холодного воздуха вихревой трубки 24 соединен либо с теплообменником 50, либо с системой впрыска воздуха, совмещенной с электрическим оборудованием 12, этот электрический элемент может, например, являться электронным блоком управления изменяемой геометрии газотурбинного двигателя.

Устройство может содержать также средства фильтрации сжатого воздуха, которые могут быть установлены на трубопроводах 32 или 38 для уменьшения износа вихревых трубок, и, соответственно, увеличения продолжительности их работы.

Устройство для охлаждения по изобретению работает следующим образом: сжатый воздух поступает на элемент 16 и проходит далее в первичную цепь теплообменника 30 для охлаждения путем обмена с хладагентом, циркулирующим во вторичной цепи 31, а также с воздухом, циркулирующим во вторичной цепи 40-44 теплообменника 30 и с воздухом, выходящим из отверстия 22 вихревой трубки. Охлажденный воздух, выходящий из теплообменника 30, тангенциально вбрасывается в камеру 20 трубки, которая расположена по соседству с выходом 24 трубки (фиг.2). Камера 20 трубки имеет обычно цилиндрическую форму для того, чтобы привести в движение впрыскиваемый воздух и создать высокоскоростное турбулентное движение 52 внутри трубки, это движение направлено ко второму концу 22 трубки (стрелка 54). Воздух на внешней периферии турбулентного потока является относительно теплым, в то время как воздух, размещенный на внутренней периферии турбулентного потока, является относительно холодным.

Конусный контрольный клапан 56 установлен на втором конце трубки 22 и образует с внутренней поверхностью трубки выходной кольцевой канал для воздуха, размещенный по внешней периферии турбулентного потока, то есть горячего воздуха (стрелка 58). Центральная часть турбулентного потока поступает на клапан 56 и формирует второй турбулентный поток 60, который направлен внутри в сторону, противоположную первому потоку 52 (стрелка 62), отдавая ему тепло до первого конца 24 трубки (стрелка 64).

Вихревая трубка может быть выполнена с двойной циркуляцией и содержать второй вход для воздуха на своем конце 22, противоположном камере 20 для улучшения производительности трубки, как это известно в технике. В представленном примере отверстие 66, коаксиальное трубке, образовано в контрольном клапане 56 и может быть соединено со средствами питания воздухом (стрелка 68), этот воздух может, например, иметь давление и температуру меньшие, чем воздух, поступающий в камеру 20.

Согласно примеру осуществления изобретения расход воздуха, поступающего в элемент 16 и проходящего в теплообменник 30, составляет 2833/min, этот воздух имеет давление в 6,3 бара и температуру 200°С. Хладагент, который питает вторичную цепь 31 теплообменника 30, является воздухом при температуре 90°С и позволяет уменьшить температуру сжатого воздуха, питающего вихревую трубку, до 100°С. Теплообменник 50 питается холодным воздухом с расходом 1840 L/min, этот воздух имеет на входе в теплообменник 50 температуру 57°С, а на выходе теплообменника температура воздуха составляет порядка 80-90°С; этот воздух может быть затем направлен во вторичный трубопровод теплообменника по трубе 42.

Множество вихревых трубок 14 может быть установлено последовательно или параллельно для обеспечения охлаждения одного или нескольких типов электрического или электронного оборудования. Размер каждой вихревой трубки зависит от температуры и расхода холодного воздуха на выходе трубки, которые определяются типом охлаждаемого оборудования.

1. Устройство для охлаждения электрического оборудования (12) в газотурбинном двигателе (10), содержащее, по меньшей мере, одну вихревую трубку (14), имеющую вход (18), связанный со средствами (16) питания сжатым воздухом, и выход (24) холодного воздуха, соединенный со средствами (50) охлаждения электрического оборудования, причем вихревая трубка (14) питается воздухом через теплообменник (30), содержащий вторую цепь, питаемую хладагентом с выхода средств охлаждения электрического оборудования или горячим воздухом, выходящим из вихревой трубки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство (16) питания сжатым воздухом содержит средства отбора воздуха с кольцевого трубопровода для прохождения потока свежего воздуха или вторичного потока газа газотурбинного двигателя (10).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства (16) питания сжатым воздухом содержат средства отбора воздуха с компрессора газотурбинного двигателя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства (16) питания сжатым воздухом содержат осевой компрессор, приводимый вспомогательным оборудованием газотурбинного двигателя.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник (14) содержит две вторичных цепи (40, 44), питаемые холодным воздухом, причем одна цепь питается от средств (50) охлаждения оборудования, а вторая - горячим воздухом вихревой трубки.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая трубка (14) питается воздухом под давлением в несколько бар.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура холодного воздуха, выходящего из вихревой трубки (14), на 50°С ниже температуры сжатого воздуха.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая трубка (14) выполнена с двойной циркуляцией и содержит второй вход (64), соединенный со средствами питания сжатым воздухом.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит несколько включенных последовательно или параллельно вихревых трубок.

10. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что содержит устройство для охлаждения электрического оборудования по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе охлаждения в газотурбинном двигателе, таком, например, как авиационный турбореактивный двигатель, и, в частности, к системе охлаждения створок реактивного сопла и, более конкретно, к заслонке с клапаном, являющейся частью этой системы охлаждения.

Изобретение относится к области двигателестроения, преимущественно к системам подачи охлаждающего воздуха к подшипниковым опорам газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к системам охлаждения газотурбинных двигателей с помощью воздуха. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к системам охлаждения газотурбинных двигателей с помощью воздуха. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к системам охлаждения газотурбинных двигателей с помощью воздуха. .

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к системам охлаждения газотурбинных двигателей с помощью воздуха. .

Изобретение относится к роторам высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения

Турбина газотурбинного двигателя содержит внешний, внутренний и промежуточный корпуса, ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом с кольцевой вставкой над рабочим колесом, системы охлаждения турбины и корпуса, а также средство регулирования радиальных зазоров. Упомянутое средство содержит кольцевые вставки, внешний, внутренний и промежуточный корпуса. Промежуточный корпус выполнен конической формы с радиальным фланцем. Кольцевая вставка над рабочим колесом закреплена на промежуточном и внутреннем корпусах. Система охлаждения турбины и корпуса содержит клапан, основной трубопровод, соединенный с верхней полостью соплового аппарата, внутренний трубопровод, соединенный с аппаратом закрутки, передний дефлектор с отверстиями и отверстия в диске. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система охлаждения турбины с первой секцией и второй секцией содержит первую линию для отведения первого потока из первой секции, имеющий первую температуру, вторую линию для отведения второго потока из первой секции, имеющий вторую температуру ниже первой температуры; и объединенную линию для направления объединенного потока, содержащего первый поток и второй поток во вторую секцию. Объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру. Способ охлаждения секции турбины с промежуточным давлением с помощью потока утечки из секции турбины с высоким давлением содержит этапы, на которых: направляют поток утечки от секции турбины с высоким давлением. Далее комбинируют поток утечки с потоком промежуточного подогрева из секции турбины с высоким давлением для сформирования комбинированного потока; и направляют комбинированный поток в секцию турбины с промежуточным давлением, причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру. Изобретение направлено на повышение эффективности системы охлаждения турбины. 2 н. и 7 з.п ф-лы, 2 ил.

Турбина двухконтурного газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом, ротор и статор турбины. Сопловой аппарат выполнен с полостями над ним и под ним. Ротор турбины выполнен с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним. Статор турбины содержит корпус турбины, кольцевую вставку над рабочим колесом турбины и систему регулирования радиального зазора. Корпус турбины выполнен из двух частей: передней и задней, кольцевая вставка установлена между ними. Статор выполнен охлаждаемым воздухом второго контура. Система подачи охлаждающего статор воздуха выполнена в виде воздухозаборника, установленного во втором контуре, и регулятора расхода с приводом, и также содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора. Привод регулятора расхода и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями с бортовым компьютером. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

Турбина газотурбинного двигателя содержит внешний, внутренний и промежуточный корпуса, ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом с кольцевой вставкой над рабочим колесом, системы охлаждения турбины, в том числе корпуса. Средство регулирования радиальных зазоров содержит кольцевые вставки, внешний, внутренний и промежуточный корпуса. Промежуточный корпус выполнен конической формы с радиальным фланцем. Кольцевая вставка над рабочим колесом закреплена на промежуточном и внутреннем корпусах. Системы охлаждения турбины содержат общий клапан. Система охлаждения корпуса содержит коллектор и отверстия во внешнем корпусе. Система охлаждения турбины содержит основной трубопровод, соединенный с верхней полостью соплового аппарата, внутренний трубопровод, соединенный с аппаратом закрутки, передний дефлектор с отверстиями и отверстия в диске. На внутренней поверхности кольцевой вставки может быть нанесено мягкое легкоистираемое покрытие. На внутренней поверхности кольцевой вставки могут быть закреплены панели сотового уплотнения. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах и более быстрое увеличение мощности без гистерезиса на форсажном режиме. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Двухконтурный газотурбинный двигатель содержит компрессор, имеющий по меньшей мере одну ступень, камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, турбину, содержащую по меньшей мере одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним. Ротор турбины выполнен с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним. Статор турбины содержит по меньшей мере два корпуса турбины с полостями между ними и систему регулирования радиального зазора, содержащую кольцевую вставку над рабочим колесом турбины. Полость над сопловым аппаратом соединена трубопроводом отбора воздуха, содержащим регулятор расхода, с выходом из компрессора. Одна из полостей между корпусами турбины соединена трубопроводом, содержащим второй регулятор расхода, с промежуточной ступенью компрессора. Система регулирования радиального зазора содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора, регулятор расхода, приводы клапанов и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

Турбина газотурбинного двигателя содержит внешний, внутренний и промежуточный корпусы, ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом с кольцевой вставкой над рабочим колесом, системы охлаждения турбины, в том числе корпусов. Средство регулирования радиальных зазоров содержит кольцевые вставки, внешний, внутренний и промежуточный корпусы. Промежуточный корпус выполнен конической формы с радиальным фланцем, при этом кольцевая вставка над рабочим колесом закреплена на промежуточном и внутреннем корпусах. Система охлаждения турбины содержит регулятор расхода, основной трубопровод, соединенный через основной регулятор расхода с верхней полостью соплового аппарата, внутренний трубопровод, соединенный с аппаратом закрутки, передний дефлектор с отверстиями и отверстия в диске. Система охлаждения корпусов содержит также регулятор расхода, коллектор и отверстия во внешнем корпусе. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх