Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель



Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель
Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель

 


Владельцы патента RU 2514522:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способам подачи топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), а также к топливным системам ГТД. Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель при запуске после длительного пребывания при низких температурах заключается в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр, причем перед подогревом отделяют от топлива льдообразования, которые подогревают до таяния, после чего воду, полученную при таянии льдообразований, соединяют с подогретым топливом. Упомянутую воду дополнительно подогревают до температуры не ниже температуры подогретого топлива, предпочтительно до температуры, близкой к температуре кипения, подогрев льдообразований и воды осуществляют отбираемым от компрессора газотурбинного двигателя воздухом. Технический результат изобретения - повышение надежности взлета самолета после его длительного нахождения при низких температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способам подачи топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), а также к топливным системам ГТД.

Известен способ подачи топлива в ГТД, заключающийся в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр двигателя. Топливная система такого двигателя содержит бак, насосы, топливомасляный теплообменник (ТМТ), фильтр и регулятор расхода топлива.

В такой системе таяние льдообразований в топливе происходит в ТМТ (Руководство по эксплуатации АГТД "Д18". ЗМКБ "Прогресс", Запорожье, 1989 г.).

К недостаткам таких способов подачи топлива и топливных систем можно отнести недостаточное количество тепла в масле на выходе из двигателя для подогрева топлива до температуры, обеспечивающей таяние находящихся в нем льдообразований в самые ответственные моменты эксплуатации:

- после длительного пребывания самолета на стоянке при отрицательных температурах окружающего воздуха;

- после ухода самолета на второй круг при выполнении посадки. В этих условиях эффективность таяния льдообразований в ТМТ становится критической. Не исключена возможность обледенения трубной доски ТМТ со стороны входа топлива или обледенения фильтра с последующим заглушением двигателя.

На взлетном режиме двигателя после длительной стоянки самолета при отрицательных температурах окружающего воздуха необходимого количества тепла и масла для предотвращения обледенения трубной доски ТМТ может не хватить. Это объясняется большой разницей в величинах прокачек масла и топлива через ТМТ, особенно в двигателях с большой тягой.

В случае ухода самолета на второй круг при выполнении посадки обледенение этих элементов топливной системы может произойти из-за отсутствия подогрева холодного топлива на режиме планирования, когда количество масла, циркулирующего через двигатель, мало.

При этом учитывается, что температура масла со стороны входа топлива в ТМТ на 30…50°С ниже, чем на выходе из двигателя, поскольку масло поступает в ТМТ со стороны, противоположной стороне входа топлива. Поэтому не только топливный фильтр, но и топливная трубка ТМТ, у которых внутренний диаметр почти вдвое меньше, чем размер стороны ячейки защитной сетки подкачивающего насоса бака, могут стать объектом обледенения со стороны входа в них топлива.

При таких условиях внештатное содержание воды или противокристаллизационной жидкости в топливе может значительно увеличить риск обледенения ТМТ и фильтра.

Известен способ подачи топлива в ГТД при запуске после длительного пребывания при низких температурах, который заключается в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр, а именно: смесь топлива с льдообразованиями забирают из бака подкачивающим центробежным насосом и подают к двигательному центробежному насосу. Этот насос прокачивает смесь через ТМТ, где льдообразования должны превратиться в воду и пройти вместе с топливом через фильтр и последующие агрегаты: шестеренный насос, регулятор расхода топлива и топливные форсунки, при этом топливная система содержит последовательно установленные в топливной магистрали подкачивающий насос бака, двигательный центробежный насос, ТМТ, топливный фильтр, основной шестеренный насос, регулятор расхода топлива и форсунки (Руководство по эксплуатации газотурбинного двигателя "Д-18". Издание ЗМКБ "Прогресс", Запорожье, 1989 г.; и реализуемый в ней способ подачи топлива в ГТД).

Неоднократные летные происшествия по вине обледенения агрегатов топливной системы показали, что на критических режимах работы двигателя при низких температурах окружающего воздуха количества тепла в выходящем из двигателя масле недостаточно для предотвращения находящихся в топливе льдообразований.

Известен способ подачи топлива в газотурбинный двигатель при запуске после длительного пребывания при низких температурах, заключающийся в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр, при этом перед подогревом отделяют от топлива льдообразования, которые подогревают до таяния, после чего образованную воду соединяют с подогретым топливом и топливная система газотурбинного двигателя для реализации указанного способа, содержащая последовательно установленные в топливной магистрали топливомасляный теплообменник и топливный фильтр, причем в топливной магистрали перед топливомасляным теплообменником установлен отделитель льдообразований в снабженный подогревателем сборник, выход из которого соединен с топливной магистралью между топливомасляным теплообменником и топливным фильтром (Патент РФ №2163978, МПК: F02C 7/22 - прототип).

Указанный способ реализуется следующим образом. Топливо с льдообразованиями из бака забирается подкачивающим насосом и по магистрали через пожарный кран подается к центробежному насосу. Центробежный насос подводит топливо с льдообразованиями к тангенциально-наклонному входу отделителя, в результате чего поток топлива с льдообразованиями получает в отделителе поступательно-вращательное движение. При этом льдообразования под действием центробежных сил отбрасываются к периферии и сползают в сборник, а освобожденное от льдообразований топливо поступает к центру отделителя и по патрубку возвращается в магистраль и по ней в ТМТ. Поступившие в сборник льдообразования подогреваются горячим воздухом, протекающим через подогреватель. Этот воздух отбирается из-за одной из ступеней компрессора газотурбинного двигателя и по трубе подводится к входу подогревателя. После обтекания наружной поверхности сборника воздух выпускается в атмосферу через патрубок. Образовавшаяся в результате таяния вода отводится из сборника по трубе обратно в магистраль на участке за ТМТ по потоку топлива.

Полученная вода имеет температуру, близкую к температуре таяния льда, и при дальнейшем ее смешивании с топливом, имеющим более высокую температуру, происходит снижение температуры топлива. Снижение температуры топлива ведет к снижению экономичности работы газотурбинного двигателя в целом, так как поступающее в форсунки топливо с низкой температурой необходимо дополнительно предварительно разогреть до его исходной температуры для последующего его испарения и перемешивания с воздухом.

Основным недостатком указанного способа является то, что на критических режимах работы двигателя при низких температурах окружающего воздуха количества тепла в выходящем из двигателя масле недостаточно для предотвращения образования находящихся в топливе льдообразований, и снижение экономичности работы двигателя, особенно в начальный период работы.

Задачей изобретения является повышение надежности взлета самолета после его длительного нахождения при низких температурах путем создания способа устранения льдообразований в топливе подогревом отделенных от топлива льдообразований.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе подачи топлива в газотурбинный двигатель при запуске после длительного пребывания при низких температурах, заключающемся в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр, причем перед подогревом отделяют от топлива льдообразования, которые подогревают до таяния, после чего воду, полученную при таянии льдообразований, соединяют с подогретым топливом, согласно изобретению упомянутую воду дополнительно подогревают до температуры не ниже температуры подогретого топлива, предпочтительно до температуры кипения.

В варианте применения способа подогрев льдообразований осуществляют отбираемым от компрессора газотурбинного двигателя воздухом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема топливной системы ГТД для реализации указанного способа, на фиг.2 - схема отделителя льдообразований в виде вихревого сепаратора для реализации указанного способа.

Топливная система ГТД, с помощью которой может быть реализован заявленный способ подачи топлива, содержит последовательно установленные в топливной магистрали 1 топливный бак 2, подкачивающий насос 3, пожарный кран 4, двигательный центробежный насос 5, ТМТ 6, топливный фильтр 7, основной насос 8, регулятор расхода топлива 9, соединенный с форсунками (не показано) двигателя 10.

Топливная система содержит также воздушную магистраль 11 отбора воздуха от одной из последних ступеней компрессора (не показано) двигателя 10. В топливной магистрали 1 перед ТМТ 6 установлен отделитель 12 льдообразований в снабженный подогревателем 13 сборник 14, выход 15 из которого соединен с топливной магистралью 1 между ТМТ 6 и топливным фильтром 7.

Отделитель 12 льдообразований выполнен в виде вихревого сепаратора. В его нижней части встроен сборник 14 отделенных льдообразований.

Вход 16 подогревателя 13 сообщен магистралью 11 с полостью за одной из ступеней компрессора (не показано) двигателя 10, а выход 17 - с атмосферой.

В центре отделителя 12 льдообразований установлен патрубок 18 отвода в топливную магистраль 1 освобожденного от льдообразований топлива.

В сборнике 14 установлены отсекатель 19 льдообразований и сливной кран 20.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Топливо с льдообразованиями из бака 2 забирается подкачивающим насосом 3 и по магистрали 1 через пожарный кран 4 подается к центробежному насосу 5. Центробежный насос 5 подводит топливо с льдообразованиями к тангенциально-наклонному входу отделителя 12. В результате поток топлива с льдообразованиями получает в отделителе 12 поступательно-вращательное движение. При этом льдообразования под действием центробежных сил отбрасываются к периферии и сползают в сборник 14, а освобожденное от льдообразований топливо поступает к центру отделителя 12 и по патрубку 18 возвращается в магистраль 1 и по ней в ТМТ 6. Поступившие в сборник 14 льдообразования подогреваются горячим воздухом, протекающим через подогреватель 13. Этот воздух отбирается из-за одной из ступеней компрессора двигателя 10 и по трубе 11 подводится к входу 16 подогревателя 13. После обтекания наружной поверхности сборника 14 воздух выпускается в атмосферу через патрубок 17. Образовавшаяся в результате таяния льда вода отводится из сборника 14, подогревается до температуры топлива и по трубе 15 сбрасывается обратно в магистраль 1 на участке за ТМТ 6 по потоку топлива.

Изобретение обеспечивает взлет самолета без отказа двигателя после длительного нахождения при низких температурах даже при нештатном содержании воды в топливе и без каких-либо противокристаллизационных присадок к топливу.

1. Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель при запуске после длительного пребывания при низких температурах, заключающийся в подогреве топлива перед подачей его в топливный фильтр, причем перед подогревом отделяют от топлива льдообразования, которые подогревают до таяния, после чего воду, полученную при таянии льдообразований, соединяют с подогретым топливом, отличающийся тем, что упомянутую воду дополнительно подогревают до температуры не ниже температуры подогретого топлива, предпочтительно до температуры, близкой к температуре кипения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогрев льдообразований осуществляют отбираемым от компрессора газотурбинного двигателя воздухом.



 

Похожие патенты:

Форсуночный блок камеры сгорания ГТД содержит плиту кольцевой формы с установленными на ней в несколько рядов форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями.

Изобретение относится к энергетическому, химическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок. Предложен способ сжигания топлива, заключающийся в предварительном разделении потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутке соседних смежных струй в противоположных направлениях, причем ближайшие одна к другой части соседних закрученных в противоположном направлении струй подают в радиальном направлении навстречу одна другой с образованием турбулентного сдвигового слоя, при этом подачу топлива осуществляют в этот слой для последующего воспламенения образовавшейся топливовоздушной смеси.

Форсуночный блок камеры сгорания ГТД содержит плиту кольцевой формы с установленными на ней в несколько рядов форсуночными модулями, содержащими топливные и воздушные каналы, и топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями.

(57) Система подачи топлива в газотурбинный двигатель с форсажной камерой сгорания содержит параллельно установленные в магистрали топливоподающие насос высокого давления с электроприводом и двухступенчатый центробежный насос высокого давления с механическим приводом и отбором топлива за каждой ступенью.

Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешней и внутренний корпусы.

Камера сгорания ГТД, содержащая корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешней и внутренний корпусы.

Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки, и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешней и внутренний корпусы.

Камера сгорания ГТД содержит корпус, жаровую трубу, имеющую внешнюю и внутреннюю стенки и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и основной топливный коллектор, соединенный с плитой, полость которого соединена топливными каналами с форсуночными модулями, внешний и внутренний корпусы, внешний и внутренний кожуха, установленные с зазором относительно внешнего и внутреннего корпусов.

Газотурбинная установка содержит газотурбинный двигатель с компрессором, устройство воздухоподготовки газотурбинного двигателя, топливную систему с камерами сгорания, устройством подачи и регулирования топлива, масляную систему узлов трения газотурбинного двигателя и исполнительных агрегатов с теплообменником охлаждения масла, нагнетающим насосом, теплообменником подогрева топлива, выполненными в отдельном регулируемом циркуляционном контуре. Газотурбинная установка дополнительно снабжена тепловым насосом, содержащим последовательно соединенные, по меньшей мере, один испарительный теплообменник, одно устройство повышения давления, один конденсаторный теплообменник, одно устройство понижения давления. Вход испарительного теплообменника подключен к выходу устройства воздухоподготовки газотурбинного двигателя. Выход испарительного теплообменника соединен с входом компрессора. Вход конденсаторного теплообменника соединен с устройством подачи топлива, а выход - с теплообменником подогрева топлива. Изобретение направлено на повышение экономичности газотурбинной установки с различными газовыми и жидкими топливами, на снижение влияния параметров атмосферного воздуха на параметры ее работы, а также на повышение безопасности системы подогрева топлива газотурбинной установки. 1 ил.

Способ может быть использован в энергетике, а именно в газоперекачивающих агрегатах материальных газопроводов, автономных электростанциях и других энергоустановках, содержащих газотурбинный привод, работающий на природном газе. В данном способе топливо к отдельным горелкам подается с критическими параметрами течения в каналах, проходные сечения которых выполняют идентичными. Продольные профили всех каналов выполняют совпадающими с профилем любого произвольно взятого канала, предпочтительно изготовленного первым, с точностью, определяемой погрешностью изготовления, причем стенки каналов выполняют с одинаковой шероховатостью поверхности, при этом равенство расходов топлива, поступающего во входную часть каждого канала, дополнительно обеспечивают за счет выполнения во входной части канала настроечного элемента, преимущественно в виде фаски, с возможностью изменения его геометрических размеров при настройке канала на заданный расход. Технический результат изобретения - обеспечение равномерности температурного поля перед турбиной газотурбинной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано в системах подачи топлива для тепловых двигателей. Предложен способ эксплуатации системы подачи топлива для теплового двигателя, причем система подачи топлива состоит, по меньшей мере, из одного топливопровода (1), проходящего к процессу (3) горения, вдоль которого расположен, по меньшей мере, один блок клапанов. На этапе 1 при закрытом выпускном клапане (7) запорный клапан (4) и распределительный клапан (5) закрыты. На этапе 2 выпускной клапан (7) открывают, поэтому может происходить опорожнение находящегося на участке (1') топливопровода и в сливном трубопроводе (6') объема (V1) топлива. На этапе 3 происходит закрытие выпускного клапана (7). На этапе 4 открывают распределительный клапан (5). На этапе 5 осуществляют наполнение объема (V1) топлива приводимым в движение давлением оттоком топлива из топливопровода, проходящего к процессу (3) горения. Затем на этапе 6 осуществляют запирание распределительного клапана (5) и следующее за ним открытие выпускного клапана (7) для слива наполненного объема (V1) топлива, образовавшегося там вследствие действия после этапа 5. Технический результат заключается в контролируемой откачке остатков топлива, находящихся вдоль проходящего к процессу горения трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки в переходном режиме, при котором регулятор определяет значения управляющей команды для массового расхода входящего воздуха, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара, если вода и пар используются, причем по меньшей мере, одно командное значение динамически компенсируют, чтобы компенсировать различную динамику систем подачи с целью синхронизации результирующих изменений массовых расходов топлива, воды, пара и воздуха горения, которые поступают в камеру сгорания, таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси оставался в пределах границы воспламенения. Также представлены система регулирования, предназначенная для осуществления предлагаемого способа, а также газотурбинная установка, содержащая такую систему регулирования. Изобретение позволяет обеспечить быстрое функционирование в переходном режиме со стабильным пламенем предварительно перемешанной смеси. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям топливных систем вертолетов. Топливная система вертолета с реактивными двигателями на лопастях несущего винта содержит топливный бак (1) с насосом подкачки (2), топливопровод (3), участки которого расположены внутри вала несущего винта и внутри лопастей. В топливопроводе каждой лопасти установлен регулятор частоты вращения несущего винта. На участке топливопровода от насоса подкачки установлен электроприводной насос-регулятор запуска и малого газа (5) с выходами по числу двигателей (8), а также насос-регулятор рабочих режимов (7) двигателей (8) с приводом от вала (11) несущего винта через шестеренчатую передачу (12) коробки приводов (10). На входе в идущие по лопастям (14) топливопроводы (9) смонтирован топливный коллектор (15) для передачи топлива из неподвижных участков топливопроводов (9) к их подвижным участкам (9′) в каждой лопасти (14). Топливный коллектор (15) выполнен в виде двух отсеков (16) и (17). Неподвижный отсек (16) закреплен на неподвижной трубе (13) внутри вала (11) несущего винта. Подвижный отсек (17) закреплен на валу (11) несущего винта и выполнен с кольцевыми полостями (18) и (19) для передачи топлива. Достигается возможность устранить инерционность подачи топлива и регулирования давление топлива в поле центробежных сил. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Камера сгорания в сборе содержит основной корпус, формируемый подающим коллектором с системой подачи топлива и топливными форсунками, продолжающимися от подающего коллектора и снабжаемыми топливом посредством системы подачи топлива подающего коллектора. Подающий коллектор имеет сандвич-конструкцию и сформирован из отдельных элементов. Количество отдельных элементов коллектора превышает количество типов топлива в системе подачи топлива. Система подачи топлива содержит по меньшей мере один газопроводный канал и по меньшей мере один жидкотопливный канал. Подающий коллектор сформирован из по меньшей мере трех отдельных элементов. Изобретение позволяет создать эффективную камеру сгорания в сборе при значительном снижении затрат на изготовление основного корпуса. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике. Топливное сопло имеет первый топливный канал, проходящий к нижней по потоку области смешивания, первый воздушный канал, проходящий от наружной области сопла к нижней по потоку области смешивания, и второй топливный канал, проходящий в указанный первый воздушный канал выше по потоку от указанной нижней по потоку области смешивания. Изобретение позволяет улучшить горение и уменьшить выбросы выхлопных газов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы устройства горения включает в себя подачу топлива и окислителя в устройство горения и их сжигание. Согласно способу во время, по меньшей мере, части периода работы в неустановившемся режиме дополнительная текучая среда подается вместе с топливом, и ее количество регулируется таким образом, чтобы противостоять пульсациям при сгорании. Изобретение позволяет уменьшить пульсации при горении топлива. 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме. В камеру сгорания подают, по меньшей мере, топливо. Неустановившийся режим включает в себя период, имеющий продолжительность, в течение которого топливо подают в количестве меньшем, чем критическое количество топлива. Способ включает в себя задание предельного значения для длительности периода и регулирование подачи топлива так, чтобы длительность периода была меньше или равна предельному значению. Изобретение позволяет нейтрализовать пульсации горения, возникающие во время работы в неустановившемся режиме. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива. Способ очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива включает очистку коллектора с форсунками подачей нагретого реагента и контроль степени очистки форсунок, отличающийся тем, что реагент подают в сверхкритическом состоянии при температуре и давлении, не превышающих допустимые значения температуры и давления из условия прочности коллектора, а степень очистки форсунок контролируют по величине расхода реагента, проходящего через коллектор, который достигает постоянного нормированного значения. Очистку коллектора с форсунками производят в составе двигателя. В качестве реагента подают органическое или неорганическое вещество. Изобретение позволяет производить очистку коллекторов до получения заданных технических характеристик, параметры которых определяются на испытательном оборудовании прокачкой топливом, используемые реагенты не токсичны и инертны по отношению к материалам коллектора, способ обладает экологической чистотой и дешевизной, не требует дорогостоящих подготовительных операций. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх