RU211323U1

RU211323U1 - Device for protection against vortex formation of the air intake of a gas turbine engine

Info

Publication number: RU211323U1
Application number: RU2021131519U
Authority: RU
Inventors: Рустем Ринатович Усманов; Михаил Владимирович Чучкалов; Александр Владимирович Сорвачев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-05-31

Abstract

Полезная модель относится к эксплуатации газотурбинных установок, в частности к устройствам защиты воздухозаборников газотурбинных двигателей от вихревых шнуров, возникающих между нижней кромкой воздухозаборника и землей и от попадания посторонних предметов, поднятых с поверхности земли вихревыми шнурами.The utility model relates to the operation of gas turbine plants, in particular to devices for protecting the air intakes of gas turbine engines from vortex cords that occur between the lower edge of the air intake and the ground and from the ingress of foreign objects raised from the ground by vortex cords.

Технической проблемой является создание устройства простой, разборной конструкции с меньшей массой, не допускающей возникновение приземного вихря у воздуховода газотурбинного двигателя.The technical problem is the creation of a device of a simple, collapsible design with a lower mass, which does not allow the occurrence of a surface vortex at the gas turbine engine air duct.

Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства.The technical result is to simplify the design of the device.

Технический результат в устройстве для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя, содержащем пластины, жестко закрепленные между собой, отличающемся тем, что каждая из пластин выполнена высотой 0,07-0,1 от их длины и расположены перпендикулярно друг к другу. 2 ил.

EFFECT: technical result in a device for protection against vortex formation of an air intake of a gas turbine engine, containing plates rigidly fixed to each other, characterized in that each of the plates is made 0.07-0.1 in height from their length and are located perpendicular to each other. 2 ill.

Description

Известно, что при работе с большой мощностью расположенные близко к земле газотурбинные двигатели образуют наземные вихри. Увлекаемый наземным вихрем воздух движется относительно земли с большой скоростью и может поднимать вверх различные находящиеся на поверхности земли посторонние предметы. Отдельные посторонние предметы, мусор, пыль и грязь вместе с потоком всасываемого в двигатель воздуха попадают в воздухозаборник двигателя. Попадание в двигатель пыли и грязи сопровождается абразивным износом двигателя, ухудшает его характеристики и снижает срок службы. Приземный вихрь может также существенно нарушить структуру воздушного потока в центре двигателя и послужить причиной срыва потока с лопаток и появлению в двигателе пульсаций или скачков давления.It is known that when operating at high power, gas turbine engines located close to the ground form ground vortices. The air entrained by the ground vortex moves relative to the ground at high speed and can lift up various foreign objects located on the surface of the ground. Separate foreign objects, debris, dust and dirt, along with the air intake into the engine, enter the engine air intake. The ingress of dust and dirt into the engine is accompanied by abrasive wear of the engine, degrades its performance and reduces the service life. The ground vortex can also significantly disrupt the structure of the air flow in the center of the engine and cause flow separation from the blades and the appearance of pulsations or pressure surges in the engine.

Известно устройство, изложенное в описании способа защиты воздухозаборников турбореактивных двигателей силовой установки самолета от вихреобразования, включающее трубопроводы подвода воздуха из-за компрессора двигателя, дозирующее устройство, организующее импульсную подачу сжатого воздуха к сопловым наклонным форсункам(шесть форсунок расположены по окружности под углом 60 градусов друг к другу и одна – в центре окружности; угол наклона форсунок, расположенных по окружности, выбирается из расчета выдува струй сжатого воздуха на окружность максимальных горизонтальных скоростей; угол наклона центральной форсунки выбирается из расчета выдува струи сжатого воздуха в центр окружности максимальных горизонтальных скоростей [патент Российской Федерации № RU 2138663, МПК F02C 7/05, B64D 33/02, опубл. 27.09.1999].A device is described in the description of a method for protecting the air intakes of turbojet engines of an aircraft power plant from vortex formation, including air supply pipelines due to the engine compressor, a metering device that organizes a pulsed supply of compressed air to nozzle inclined nozzles (six nozzles are arranged around a circle at an angle of 60 degrees to each to each other and one - in the center of the circle; the angle of inclination of the nozzles located along the circle is selected based on the blowing of jets of compressed air on the circle of maximum horizontal velocities; the angle of inclination of the central nozzle is selected on the basis of blowing the jet of compressed air into the center of the circle of maximum horizontal velocities [patent of the Russian Federation No. RU 2138663, IPC F02C 7/05, B64D 33/02, published 09/27/1999].

Недостатком известного устройства является отбор воздуха из компрессора, снижающий коэффициент полезного действия двигателя, относительная сложность конструкции, проблематичность использования на двигателях, в которых данное устройство не предусмотрено изначально. Также, струи воздуха могут поднимать уже осевшую на землю пыль, допуская её всасывание в воздухозаборник вместе с основным потоком.The disadvantage of the known device is the extraction of air from the compressor, which reduces the efficiency of the engine, the relative complexity of the design, the problematic use on engines in which this device is not provided initially. Also, jets of air can lift dust that has already settled on the ground, allowing it to be sucked into the air intake along with the main flow.

Известно устройство защиты авиационных газотурбинных двигателей от попадания посторонних предметов, поднятых вихревыми шнурами при отладке на гоночной площадке, содержащее установленную на гоночной площадке для отладки газотурбинных двигателей металлическую пластину прямоугольной формы, массой не менее 100 кг, размером сторон не менее двух радиусов зоны вихреобразования, толщиной 2-5 мм, на которой жестко закреплено синтетическое покрытие из «искусственной травы» со сложной формой поверхности, например ровной, волнообразной, хаотичной, выполненное с плотностью ворса 3-5 шт. ворса на 1 дм², направленного вверх, и средней высотой ворса не менее 0,06-0,07 диаметра воздухозаборника газотурбинного двигателя [патент Российской Федерации № RU 107125, МПК B64C 21/00, опубл. 10.08.2011 бюл. № 22].A device for protecting aircraft gas turbine engines from the ingress of foreign objects raised by vortex cords during debugging on a racing site, containing a rectangular metal plate installed on a racing site for debugging gas turbine engines, weighing at least 100 kg, with a side size of at least two vortex formation zone radii, thickness 2-5 mm, on which a synthetic coating of "artificial grass" with a complex surface shape, for example, even, wavy, chaotic, is rigidly fixed, made with a pile density of 3-5 pcs. pile per 1 dm ² directed upwards, and an average pile height of at least 0.06-0.07 of the diameter of the air intake of a gas turbine engine [patent of the Russian Federation No. RU 107125, IPC B64C 21/00, publ. 08/10/2011 bul. No. 22].

Недостатком известного устройства является сложность изготовления, сложность монтажа в замкнутом пространстве (касается стационарных газотурбинных двигателей, находящихся в составе газотурбинных установок) возможность разрушения ворса вследствие усталостного износа от постоянных колебаний при непрерывной работе газотурбинного двигателя.The disadvantage of the known device is the complexity of manufacturing, the complexity of installation in a confined space (for stationary gas turbine engines that are part of gas turbine plants), the possibility of destruction of the pile due to fatigue wear from constant vibrations during continuous operation of the gas turbine engine.

Известен антивихревой рассекатель для защиты двигателя, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий прямоугольную раму, состоящую из пластин высотой 0,07 диаметра воздухозаборника и толщиной около 2 мм, представляющих собой звездообразную конструкцию. Данный рассекатель располагается под воздухозаборником с центром в районе эпицентра возникновения вихря [статья «О проблеме попадания посторонних предметов в двигатель летательного аппарата» опубликована на сайте http://avia-simply.ru/popadanie-postoronnih-predmetov-v-dvigatel/, дата публикации 27.12.2012].Known anti-vortex divider for engine protection, selected by the applicant as a prototype, containing a rectangular frame consisting of plates with a height of 0.07 diameter of the air intake and a thickness of about 2 mm, representing a star-shaped structure. This divider is located under the air intake with the center near the epicenter of the vortex [the article "On the problem of foreign objects getting into the engine of an aircraft" is published on the website http://avia-simply.ru/popadanie-postoronnih-predmetov-v-dvigatel/, date publications 27.12.2012].

Недостатком прототипа является относительная сложность конструкции, относительно большая масса, так как устройство достаточно металлоемко и имеет неразборную конструкцию. Также, часть устройства должна заходить под воздухозаборник, что невозможно при наличии стены, отделяющей машинный зал от помещения воздухоочистительного устройства.The disadvantage of the prototype is the relative complexity of the design, the relatively large mass, since the device is quite metal-intensive and has a non-separable design. Also, part of the device must go under the air intake, which is impossible if there is a wall separating the machine room from the air cleaning device room.

Технический результат в устройстве для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя, содержащем пластины, жестко закрепленные между собой, отличающемся тем, что каждая из пластин выполнена высотой 0,07-0,1 от их длины и расположены перпендикулярно друг к другу.EFFECT: technical result in a device for protection against vortex formation of an air intake of a gas turbine engine, containing plates rigidly fixed to each other, characterized in that each of the plates is made 0.07-0.1 in height from their length and are located perpendicular to each other.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя, на фиг. 2 представлен пример конкретной реализации устройства.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the device for protection against vortex formation of the air intake of a gas turbine engine, in Fig. 2 shows an example of a specific implementation of the device.

Устройство для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя содержит пластины 1 высотой 0,07-0,1 от их длины. В примере конкретной реализации устройства длина пластин 1 составляет, например, 385 мм, ширина пластин 1 составляет, например, 275 мм, высота пластин 1 равна, например, 30,8 мм. Пластины 1 выполнены, например, из стального листа, толщиной, например, 2 мм. Пластины 1 расположены перпендикулярно друг к другу и закреплены между собой, соединениями «паз-паз», то есть в местах соединения имеются пазы шириной, соответствующей толщине и глубиной в половину высоты перегородки. В примере конкретной реализации устройства используются шесть металлических пластин 1. Пластины 1, разделяющие ровную поверхность пола на несколько отдельных «карманов» (участков), при их обтекании потоком способствуют образованию вторичных завихрений потока вблизи земли.The device for protection against vortex formation of the air intake of a gas turbine engine contains plates 1 with a height of 0.07-0.1 of their length. In an example of a specific implementation of the device, the length of the plates 1 is, for example, 385 mm, the width of the plates 1 is, for example, 275 mm, the height of the plates 1 is, for example, 30.8 mm. The plates 1 are made, for example, of a steel sheet with a thickness of, for example, 2 mm. Plates 1 are located perpendicular to each other and are fixed to each other by “groove-groove” connections, that is, at the junctions there are grooves with a width corresponding to the thickness and a depth of half the height of the partition. In an example of a specific implementation of the device, six metal plates 1 are used. Plates 1, dividing a flat floor surface into several separate "pockets" (sections), when flowing around them, contribute to the formation of secondary flow turbulences near the ground.

Заявляемое техническое решение представляет собой единую конструкцию.The proposed technical solution is a single design.

Рассмотрим устройство для защиты от вихреобразования воздухозаборника газотурбинного двигателя в использовании.Consider a device for protection against vortex formation of the air intake of a gas turbine engine in use.

Устройство устанавливают на земле перед воздухозаборником 2 газотурбинного двигателя, например, газотурбинного двигателя АЛ-41СТ-25. Пластины 1, разделяющие ровную поверхность пола на несколько отдельных «карманов» (участков), при их обтекании потоком способствуют образованию вторичных завихрений потока вблизи земли. Вторичные завихрения, способствующие отклонению направления движения потока, препятствуют образованию «ядра» вихря (области пониженного давления, обтекаемой течением в горизонтальной плоскости), тем самым разрушая вихрь в самом начале его образования.The device is installed on the ground in front of the air intake 2 of a gas turbine engine, for example, a gas turbine engine AL-41ST-25. Plates 1, dividing the flat surface of the floor into several separate "pockets" (sections), when flowing around them, contribute to the formation of secondary flow turbulences near the ground. Secondary eddies, which contribute to the deviation of the direction of flow, prevent the formation of the “core” of the vortex (a region of low pressure flowed around in a horizontal plane), thereby destroying the vortex at the very beginning of its formation.

Таким образом, техническая проблема решена и технический результат достигнут.Thus, the technical problem is solved and the technical result is achieved.

Дополнительным преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с прототипом является уменьшение массы конструкции за счет меньшей металлоемкости устройства.An additional advantage of the proposed technical solution in comparison with the prototype is the reduction in the weight of the structure due to the lower metal content of the device.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно- технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности полезной модели новизна.The analysis of known technical solutions, carried out according to scientific, technical and patent documentation, showed that the totality of the essential features of the proposed technical solution is unknown from the prior art, therefore, it meets the conditions of patentability of the utility model novelty.

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных подручных материалов и технологий и используется для исключения вихреобразования у воздухозаборников газотурбинных двигателей в составе газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции «Арская» Шеморданского линейного производственного управления магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Казань».The claimed technical solution is industrially applicable, manufactured on standard equipment using modern improvised materials and technologies, and is used to exclude vortex formation at the air intakes of gas turbine engines as part of the gas compressor units of the Arskaya compressor station of the Shemordan Linear Production Department of the main gas pipelines of Gazprom Transgaz Kazan LLC.

Claims

A device for protection against vortex formation of an air intake of a gas turbine engine, containing plates rigidly fixed to each other, characterized in that each of the plates is made 0.07-0.1 in height from their length and are located perpendicular to each other.