RU109859U1 - Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей - Google Patents
Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей Download PDFInfo
- Publication number
- RU109859U1 RU109859U1 RU2011126588/06U RU2011126588U RU109859U1 RU 109859 U1 RU109859 U1 RU 109859U1 RU 2011126588/06 U RU2011126588/06 U RU 2011126588/06U RU 2011126588 U RU2011126588 U RU 2011126588U RU 109859 U1 RU109859 U1 RU 109859U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- model
- segment
- node
- modeling
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
1. Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей, содержащий источник газа с соплом на выходе, расположенный за соплом газовый тракт, в котором размещено моделирующее устройство с установленной в нем моделью исследуемого сегмента и датчики температуры и давления газового потока, отличающийся тем, что газовый тракт выполнен открытым, моделирующее устройство снабжено узлом подвода и распределения охлаждающего воздуха, узлом подвода, распределения и отвода охлаждающей жидкости и узлом определения теплового состояния модели исследуемого сегмента. ! 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что моделирующее устройство выполнено в виде корпуса со стенками в форме прямоугольного параллелепипеда, полость которого разделена на две камеры перфорированной диафрагмой, параллельной наибольшим граням, причем стенка вдоль одной из наибольших граней, обращенной в сторону газового тракта, выполнена в виде исследуемой съемной модели сегмента, а стенка вдоль противоположной наибольшей грани выполнена в виде плоского коллектора узла охлаждающей жидкости с входом и выходом, снабжена трубкой узла подачи охлаждающего воздуха с перфорированным отбойником на выходе, которая проходит через коллектор и сообщается с полостью камеры примыкающей к коллектору, притом стенка вдоль одной из наименьших граней снаружи оборудована аэродинамическим обтекателем с переменным радиусом округления, расположенным напротив сопла источника газа, а на противоположной стенке корпуса установлены датчики замера давления воздуха в обеих камерах корпуса. ! 3. Стенд по п.1, отличающийся тем, ч�
Description
Полезная модель относится к области моделирования условий работы разных видов конфигураций и перфорации сегментов жаровых труб камер сгорания характеризующихся длительностью работы (~20000 часов) газотермодинамического высокотемпературного (до 1800 К) воздействия потока при скорости газового обтекания 20-90 м/с и давлении (до 4 МПа).
Известна модельная установка для испытания материалов тепловой защиты (Шишков А.А. и др. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. Справочник. М. Машиностроение, 1989, с.240, рис.5.4.2). Установка содержит корпус с размещенным в нем твердотопливным зарядом торцевого горения - источником высокотемпературного газа. Корпус имеет газоход с сужающимся переходным участком, переходящим в мерный участок цилиндрической формы с размещенным в нем исследуемым материалом, в котором встроены термопары для измерения температуры в материале. Мерный участок переходит в сопло с центральным отверстием для выпуска газа.
Недостаток данной модельной установки состоит в том, что в ней нет возможности управления тепловым режимом исследуемого объекта.
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение является стенд для моделирования газотермодинамического воздействия высокотемпературного газа на элементы тепловой защиты конструкции (патент РФ №2399783, G01M 15/00, 09.07.2009). Стенд содержит газогенератор с соплом, форкамеру, перфорированную диафрагму, переходный участок, мерный участок с исследуемыми элементами и датчиком замера давления, сопловой блок с выпускными окнами, датчиком замера температуры потока (термопарой) и трубкой Пито с датчиком давления для замера полного давления газового потока. Стенд позволяет получить при испытаниях результаты об уносе теплозащитных материалов. Однако это техническое решение не обеспечивает возможности управления тепловым режимом исследуемого объекта и не позволяет обеспечить длительную работу стенда для выбора оптимального варианта элемента тепловой защиты конструкции.
В основу полезной модели положено решение задач моделирования и достижения требуемой температуры стенки сегмента при минимальном расходе охлаждающего воздуха.
Поставленные задачи решаются тем, что стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей содержит источник газа с соплом на выходе, расположенный за соплом газовый тракт, в котором размещено моделирующее устройство с установленной в нем моделью исследуемого сегмента и датчики температуры и давления газового потока.
Новым в полезной модели является то что, газовый тракт выполнен открытым. Моделирующее устройство снабжено узлом подвода и распределения охлаждающего воздуха, узлом подвода, распределения и отвода охлаждающей жидкости и узлом определения теплового состояния модели исследуемого сегмента.
При такой конструкции стенда:
- выполнение газового тракта открытым позволяет регулировать температурные режимы нагрева модели исследуемого сегмента при различном расходе охлаждающего воздуха;
- снабжение устройства узлом определения теплового состояния модели исследуемого сегмента обеспечивает получение информации о распределении температуры в полостях моделирующего устройства и по поверхности, исследуемой модели сегмента;
- снабжение устройства узлом подвода и распределения охлаждающего воздуха обеспечивает изменение расхода охлаждающего воздуха и получение зависимости эффективности охлаждения от расхода охладителя с целью достижения требуемой температуры стенки сегмента при минимальном расходе охлаждающего воздуха;
- снабжение устройства узлом подвода, распределения и отвода охлаждающей жидкости обеспечивает охлаждение стенок, чтобы предотвратить нагрев охлаждающего воздуха и уменьшить погрешность в определении теплового состояния модели.
Существенные признаки полезной модели могут иметь дополнение и развитие:
- моделирующее устройство может быть выполнено в виде корпуса со стенками в форме прямоугольного параллелепипеда. При этом полость корпуса разделена на две камеры перфорированной диафрагмой, параллельной наибольшим граням параллелепипеда. Форма моделирующего устройства определяется формой исследуемого сегмента и его работой в реальных условиях. Разделение корпуса на две камеры перфорированной диафрагмой обеспечивает равномерный подвод охлаждающего воздуха к модели исследуемого сегмента.
Причем стенка вдоль одной из наибольших граней, обращенной в сторону газового тракта, выполнена в виде исследуемой съемной модели сегмента. Стенка вдоль противоположной наибольшей грани выполнена в виде плоского коллектора узла охлаждающей жидкости с входом и выходом. Эта стенка снабжена трубкой узла подачи охлаждающего воздуха с перфорированным отбойником на выходе, которая проходит через коллектор и сообщается с полостью камеры примыкающей к коллектору. Это поддерживает заданный тепловой режим моделирующего устройства.
Притом стенка вдоль одной из наименьших граней снаружи оборудована аэродинамическим обтекателем с переменным радиусом округления расположенным напротив сопла источника газа. Это обеспечивает безотрывное обтекание моделирующего устройства потоком газа, истекающим из сопла.
На противоположной стенке корпуса могут быть установлены датчики замера давления воздуха в двух камерах корпуса.
- узел определения теплового состояния модели исследуемого сегмента может быть выполнен в виде датчиков определения теплового состояния модели и тепловизора, причем датчики закреплены в трубке подачи охлаждающего воздуха перед отбойником и снаружи на стенке модели сегмента, а тепловизор расположен напротив моделирующего устройства по другую сторону газового тракта. Это совместно с датчиками замера давления обеспечивает измерение теплового состояния исследуемой модели;
- стенд может быть снабжен излучателем, расположенным напротив моделирующего устройства по другую сторону газового тракта. Нагрев исследуемой модели с помощью излучателя и регистрация процесса остывания модели после его выключения обеспечивает определение распределений коэффициентов теплоотдачи, что необходимо для расчета теплового состояния сегмента с целью выбора оптимального варианта системы охлаждения сегментов жаровых труб.
Таким образом, решены поставленные в полезной модели задачи моделирования и выбора оптимальной системы охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей.
Полезная настоящая модель поясняется последующим подробным описанием конструкции стенда и его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг.1, 2, где:
На фиг.1 изображен общий вид стенда;
На фиг.2 - элемент I на фиг.1.
Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей содержит (см. фиг.1) источник 1 газа постоянного давления с соплом 2 на выходе. Это могут быть продукты сгорания камеры непрерывного действия или сжатый и нагретый воздух из компрессора (не показано). За соплом 2 расположен газовый тракт 3, в котором размещено моделирующее устройство 4 с установленным в нем моделью 5 исследуемого сегмента и датчики температуры и давления газового потока. Газовый тракт 3 выполнен открытым. Моделирующее устройство 4 (см. фиг.2) снабжено узлом 6 подвода и распределения охлаждающего воздуха, узлом 7 подвода, распределения и отвода охлаждающей жидкости и узлом определения теплового состояния модели исследуемого сегмента. Моделирующее устройство 4 выполнено в виде корпуса 8 со стенками в форме прямоугольного параллелепипеда. Полость корпуса разделена на две камеры 9 и 10 перфорированной диафрагмой 11, параллельной наибольшим граням. Причем стенка вдоль одной из наибольших граней, обращенной в сторону газового тракта, выполнена в виде исследуемой съемной модели 5 сегмента. Стенка вдоль противоположной наибольшей грани выполнена в виде плоского коллектора 12 узла охлаждающей жидкости с входом 13 и выходом 14. Эта стенка снабжена трубкой 15 узла подачи охлаждающего воздуха с перфорированным отбойником 16 на выходе. Трубка 15 проходит через коллектор 12 и сообщается с полостью камеры 10 примыкающей к коллектору 12. Притом стенка 17 вдоль одной из наименьших граней снаружи оборудована аэродинамическим обтекателем 18 с переменным радиусом округления расположенным напротив сопла 2 источника газа. На противоположной стенке 19 корпуса 8 установлены датчики 20 и 21 замера давления воздуха в двух камерах 9 и 10 корпуса 8. К тому же в трубке 15 подачи охлаждающего воздуха перед отбойником 16 и снаружи на стенке модели 5 сегмента закреплены датчики 22 узла определения теплового состояния модели исследуемого сегмента. Стенд снабжен излучателем 23, расположенным напротив моделирующего устройства 4 по другую сторону газового тракта 3. Излучатель 23 состоит трубчатых кварцевых ламп мощностью 1 кВт каждая. Поверх ламп расположено плоское водоохлаждаемое зеркало из полированного алюминия. В результате на стенку моделирующего устройства с исследуемым сегментом направляется радиационный тепловой поток, имитирующий излучение сажистого пламени в реальной камере сгорания по отношению величин радиационного и конвективного потоков тепла. Узел определения теплового состояния модели 5 исследуемого сегмента выполнен в виде тепловизора 24 расположенного напротив моделирующего устройства 4 по другую сторону газового тракт 3.
Стенд работает следующим образом.
При включении источника 1 (см. фиг.1) с заданными расходными характеристиками струя газа (воздуха) из сопла 2 направляется вдоль открытого газового тракта 3. Одновременно в моделирующее устройство 4 (см. фиг.1, 2) подают охлаждающий воздух и охлаждающую жидкость.
При стационарном течении газа (воздуха) из сопла 2 источника 1 модель 5 исследуемого сегмента в составе моделирующего устройства 4 сначала нагревается с помощью излучателя 23 до температуры 100-150°С. Затем поток излучения мгновенно перекрывается заслонкой (не показано) и с помощью тепловизора 24 определяются температурные распределения по поверхности модели 5 исследуемого сегмента в процессе ее остывания. Обработка температурных полей по времени (по скорости остывания) позволяет определить коэффициенты теплоотдачи различных вариантов исследуемой модели 5 сегмента при фиксированном расходе охлаждающего воздуха. Изменяя расход охлаждающего воздуха, и повторяя описанную выше процедуру, можно получить зависимости коэффициентов теплоотдачи в различных точках исследуемой модели от расхода охлаждающего воздуха.
Стенд предложенной конструкции позволяет моделировать и выбирать оптимальную систему охлаждения сегментов жаровой трубы камеры сгорания конкретного газотурбинного двигателя. Стенд прошел испытания. Результаты проводимых экспериментов сокращают время и стоимость доводки двигателя.
Claims (4)
1. Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей, содержащий источник газа с соплом на выходе, расположенный за соплом газовый тракт, в котором размещено моделирующее устройство с установленной в нем моделью исследуемого сегмента и датчики температуры и давления газового потока, отличающийся тем, что газовый тракт выполнен открытым, моделирующее устройство снабжено узлом подвода и распределения охлаждающего воздуха, узлом подвода, распределения и отвода охлаждающей жидкости и узлом определения теплового состояния модели исследуемого сегмента.
2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что моделирующее устройство выполнено в виде корпуса со стенками в форме прямоугольного параллелепипеда, полость которого разделена на две камеры перфорированной диафрагмой, параллельной наибольшим граням, причем стенка вдоль одной из наибольших граней, обращенной в сторону газового тракта, выполнена в виде исследуемой съемной модели сегмента, а стенка вдоль противоположной наибольшей грани выполнена в виде плоского коллектора узла охлаждающей жидкости с входом и выходом, снабжена трубкой узла подачи охлаждающего воздуха с перфорированным отбойником на выходе, которая проходит через коллектор и сообщается с полостью камеры примыкающей к коллектору, притом стенка вдоль одной из наименьших граней снаружи оборудована аэродинамическим обтекателем с переменным радиусом округления, расположенным напротив сопла источника газа, а на противоположной стенке корпуса установлены датчики замера давления воздуха в обеих камерах корпуса.
3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что узел определения теплового состояния модели исследуемого сегмента выполнен в виде датчиков определения теплового состояния модели и тепловизора, причем датчики закреплены в трубке подачи охлаждающего воздуха перед отбойником и снаружи на стенке модели сегмента, а тепловизор расположен напротив моделирующего устройства по другую сторону газового тракта.
4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен излучателем, расположенным напротив моделирующего устройства по другую сторону газового тракта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011126588/06U RU109859U1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011126588/06U RU109859U1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU109859U1 true RU109859U1 (ru) | 2011-10-27 |
Family
ID=44998475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011126588/06U RU109859U1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU109859U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618479C1 (ru) * | 2016-03-11 | 2017-05-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Стенд для моделирования процессов теплообмена в охлаждаемых лопатках |
-
2011
- 2011-06-29 RU RU2011126588/06U patent/RU109859U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618479C1 (ru) * | 2016-03-11 | 2017-05-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Стенд для моделирования процессов теплообмена в охлаждаемых лопатках |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kirollos et al. | ECAT: an engine component aerothermal facility at the University of Oxford | |
| Welsh et al. | RDE integration with T63 turboshaft engine components | |
| CN104764609A (zh) | 一种航空发动机主燃烧室的综合光学测量平台 | |
| Facchini et al. | Combined effect of slot injection, effusion array and dilution hole on the heat transfer coefficient of a real combustor liner: Part 1—Experimental analysis | |
| CN108562440B (zh) | 空气流量分区控制的燃烧室试验装置及其试验方法 | |
| CN110530923A (zh) | 一种带横流的平板气膜冷却流动及换热特性实验测试系统 | |
| CN203849024U (zh) | 一种旋流燃烧室实验装置 | |
| Lawson et al. | Direct measurements of overall effectiveness and heat flux on a film cooled test article at high temperatures and pressures | |
| Bonanni et al. | Heat Transfer Performance of Fan-Shaped Film Cooling Holes: Part I—Experimental Analysis | |
| CN109186815A (zh) | 一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置 | |
| RU2618479C1 (ru) | Стенд для моделирования процессов теплообмена в охлаждаемых лопатках | |
| RU109859U1 (ru) | Стенд для моделирования систем охлаждения сегментов жаровых труб камер сгорания газотурбинных двигателей | |
| RU160313U1 (ru) | Гребенка термопар для измерения поля температур газового потока | |
| CN109443782A (zh) | 一种航空发动机空冷涡轮导叶冷却空气流量测量的装置 | |
| Mathison et al. | Aerodynamics and Heat Transfer for a Cooled One and One-Half Stage High-Pressure Turbine: Part I—Vane Inlet Temperature Profile Generation and Migration | |
| RU155273U1 (ru) | Стенд для моделирования системы охлаждения элементов стенки жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
| CN210269493U (zh) | 一种热障涂层热循环寿命测试系统 | |
| Facchini et al. | Experimental Investigation on the Heat Transfer of a Leading Edge Cooling System: Effects of jet-to-jet spacing and showerhead extraction | |
| Rankin et al. | Radiation measurements and temperature estimates of unsteady exhaust plumes exiting from a turbine driven by pulsed detonation combustion | |
| Li et al. | Heat transfer measurements of vane endwall with film cooling and impingement cooling | |
| CN113533620B (zh) | 自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法 | |
| Wang et al. | Experimental and Numerical Investigations of Effusion Cooling for High Pressure Turbine Components: Part 1—Experimental Study With PSP | |
| Luque et al. | A new experimental facility to investigate combustor-turbine interactions in gas turbines with multiple can combustors | |
| RU195707U1 (ru) | Установка для охлаждения экспериментального оборудования | |
| Goers et al. | Endoscopic chemiluminescence measurements as a robust experimental tool in high-pressure gas turbine combustion tests |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180630 |