RU2184876C1

RU2184876C1 - Exhaust plant

Info

Publication number: RU2184876C1
Application number: RU2001101854A
Authority: RU
Inventors: Ш.М. Магафуров; А.М. Бикбулатов; А.А. Култыгин; Д.Х. Шайхутдинов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention relates to turbocompressor sets to provide vacuum of higher degree by means of two-stage controllable supersonic back-up gas ejector at compressor inlet. Proposed exhaust plant has compressor installed on one shaft with free power turbine provided with inlet and outlet, and drive made in form of aircraft gas turbine engine whose outlet is connected with inlet of free power turbine. EFFECT: provision of vacuum of higher level owing to installation of two-stage controllable supersonic back-up gas ejector at compressor. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к турбокомпрессорным агрегатам для получения разрежения. The invention relates to the field of power engineering, in particular to turbocompressor units for vacuum.

Известны эксгаустерные установки, выполненные на базе авиационных газотурбинных двигателей и их узлов. Known exhauster installations made on the basis of aircraft gas turbine engines and their components.

Известна эксгаустерная установка, содержащая два компрессора, приводимых во вращение от свободных турбин, привод, выполненный в виде авиационного газотурбинного двигателя [И.И. Прис. Энергетический узел сверхзвуковой аэродинамической трубы СТ-2 на базе отработавших ресурс ТРД - "Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве". - М.: ВИМИ. Выпуск 1, 1975 г., с.191-198]. Known exhauster installation containing two compressors driven into rotation from free turbines, a drive made in the form of an aircraft gas turbine engine [II. Pr. The energy node of the ST-2 supersonic wind tunnel based on the exhausted turbojet engine resource is “Terrestrial use of aircraft engines in the national economy”. - M .: VIMI. Issue 1, 1975, p.191-198].

Недостатками данной установки являются низкий уровень разрежения, большие габариты, что не позволяет использовать данную установку в качестве мобильной. The disadvantages of this installation are the low level of rarefaction, large dimensions, which does not allow the use of this installation as a mobile one.

Известна так же эксгаустерная установка, содержащая двухступенчатый подпорный эжектор и авиационный газотурбинный двигатель [В.Я. Беляев, А.М. Илларионов, Н.Н. Пономарев. Оптимизация эксгаустерных установок сверхзвуковых аэродинамических труб, проектируемых на основе авиационных двигателей - "Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве". - М.: ВИМИ. Выпуск 1, 1975 г., с.184-190]. Also known is an exhauster installation containing a two-stage retaining ejector and an aircraft gas turbine engine [V.Ya. Belyaev, A.M. Illarionov, N.N. Ponomarev. Optimization of exhauster installations of supersonic wind tunnels designed on the basis of aircraft engines - "Land use of aircraft engines in the national economy." - M .: VIMI. Issue 1, 1975, p.184-190].

Недостатком данной установки является низкий уровень создаваемого разрежения. The disadvantage of this installation is the low level of vacuum created.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой, является эксгаустерная установка, содержащая компрессор, турбину с входом и выходом, привод, выполненный в виде авиационного газотурбинного двигателя [А. М. Бикбулатов, А.А. Култыгин. Использование компрессора авиационного двигателя в эксгаустерной системе мобильного электроразрядного лазера - "Авиационная техника". - КАИ: ИВУЗ 4, 1999 г.]. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is an exhauster installation containing a compressor, a turbine with inlet and outlet, a drive made in the form of an aircraft gas turbine engine [A. M. Bikbulatov, A.A. Kultygin. The use of an aircraft engine compressor in an exhauster system of a mobile electric discharge laser - "Aviation equipment". - KAI: IVUS 4, 1999].

Недостатком подобного устройства является низкий уровень разрежения, создаваемый компрессором. The disadvantage of this device is the low level of vacuum created by the compressor.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение глубокого разрежения за счет применения двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора на входе в компрессор, в котором роль эжектирующего газа выполняет атмосферный воздух. The problem to which the invention is directed is to achieve deep vacuum through the use of a two-stage adjustable supersonic retaining gas ejector at the inlet to the compressor, in which atmospheric air plays the role of ejection gas.

Поставленная задача решается тем, что в эксгаустерной установке, содержащей компрессор, расположенный на одном валу со свободной турбиной, имеющей вход и выход, привод, выполненный в виде авиационного газотурбинного двигателя, выход которого соединен с входом, в свободную турбину, в отличие от прототипа, на входе в компрессор установлен двухступенчатый регулируемый сверхзвуковой подпорный газовый эжектор. The problem is solved in that in an exhauster installation containing a compressor located on one shaft with a free turbine having an input and an output, the drive, made in the form of an aircraft gas turbine engine, the output of which is connected to the input, into a free turbine, unlike the prototype, At the compressor inlet there is a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector.

Существо устройства поясняется чертежом, где представлена схема предлагаемого устройства. The essence of the device is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the proposed device.

Эксгаустерная установка содержит двухступенчатый регулируемый сверхзвуковой подпорный газовый эжектор 1, компрессор 2, свободную турбину 3 с входом 4 и выходом 5, привод, выполненный в виде авиационного газотурбинного двигателя 6, с выходом 7, дроссельные заслонки 8 и 9, расположенные на двухступенчатом регулируемом сверхзвуковом подпорном газовом эжекторе 1, и дроссельную заслонку 10, расположенную в выхлопном патрубке 11 компрессора 2. The exhauster installation contains a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector 1, a compressor 2, a free turbine 3 with an input 4 and an output 5, a drive made in the form of an aircraft gas turbine engine 6, with an output 7, throttles 8 and 9 located on a two-stage adjustable supersonic retaining a gas ejector 1, and a throttle valve 10 located in the exhaust pipe 11 of the compressor 2.

Повышение разрежения достигается за счет применения двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора, имеющего высокие показатели степени повышения полного давления π $\binom{*}{эж}$ . При работе эксгаустерной установки, для обеспечения нормального выхлопа, перепад давления в выхлопном патрубке 11 компрессора 2 π_c должен удовлетворять следующему условию - π_c≥1,05. При этом расчетному (максимальному) режиму работы компрессора будет соответствовать режим, когда полное давление на входе в компрессор 2 будет равно расчетному значению

где Р_н - атмосферное давление, π_c- степень понижения давления в выхлопном патрубке 11 компрессора 2,

степень повышения полного давления компрессором при его работе на расчетном (максимальном) режиме. Для обеспечения нормального запуска сверхзвуковых сопел двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора установлены дроссельные заслонки 8 и 9. В выхлопном патрубке 11 компрессора 2 установлена дроссельная заслонка 10, которая обеспечивает устойчивый режим работы компрессора 2 при запуске ступеней двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора 1 и предотвращает раскрутку компрессора 2 и его работу в турбинном режиме при внезапной остановке эксгаустерной установки.The increase in rarefaction is achieved through the use of a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector having high rates of increase in the total pressure π

\binom{*}{hedgehog}

. During operation of the exhauster installation, in order to ensure normal exhaust, the pressure drop in the exhaust pipe 11 of the compressor 2 π _c must satisfy the following condition - π _c ≥1.05. In this case, the calculated (maximum) operating mode of the compressor will correspond to the mode when the total pressure at the inlet to compressor 2 will be equal to the calculated value

where R _n - atmospheric pressure, π _c - the degree of pressure reduction in the exhaust pipe 11 of the compressor 2,

the degree of increase in total pressure by the compressor during its operation at the design (maximum) mode. To ensure the normal start-up of supersonic nozzles of a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector, throttles 8 and 9 are installed. In the exhaust pipe 11 of compressor 2 a throttle valve 10 is installed, which ensures a stable operation of compressor 2 when starting the stages of a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector 1 and prevents unwinding compressor 2 and its operation in turbine mode when the exhauster unit is suddenly stopped.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

При запуске двигателя 6 дроссельные заслонки 8 и 9 закрыты, а дроссельная заслонка 10 открыта, по мере понижения давления перед компрессором 2 прикрывается дроссельная заслонка 10. В момент, когда давление перед компрессором 2 достигает расчетного значения

запускается первая ступень двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора 1 путем постепенного открытия заслонки 8, при этом режим работы компрессора 2 регулируется дроссельной заслонкой 10. После запуска первой ступени двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора 1 и достижении полного давления перед компрессором 2 расчетного значения

при полностью открытой дроссельной заслонке 8 запускается вторая ступень двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора 1 путем постепенного открытия дроссельной заслонки 9. При полностью открытых дроссельных заслонках 8 и 9 установка выходит на расчетный режим, соответствующий максимальному значению создаваемого разрежения. При внезапной остановке двигателя 6 дроссельная заслонка 10 закрывается автоматически, для предотвращения раскрутки компрессора 2.When starting engine 6, the throttle valves 8 and 9 are closed, and the throttle valve 10 is open, as the pressure decreases in front of the compressor 2, the throttle valve 10 is closed. At the time when the pressure in front of the compressor 2 reaches the calculated value

the first stage of the two-stage adjustable supersonic booster gas ejector 1 is started by gradually opening the shutter 8, while the operation mode of the compressor 2 is regulated by the throttle valve 10. After the first stage of the two-stage adjustable supersonic booster gas ejector 1 is started and full pressure is reached in front of the compressor 2 of the calculated value

when the throttle valve 8 is fully open, the second stage of the two-stage adjustable supersonic booster gas ejector 1 is started by gradually opening the throttle valve 9. When the throttle valves 8 and 9 are fully open, the unit enters the design mode corresponding to the maximum value of the generated vacuum. When the engine 6 suddenly stops, the throttle valve 10 closes automatically to prevent the compressor 2 from spinning up.

Таким образом, предложена эксгаустерная установка с двухступенчатым регулируемым сверхзвуковым подпорным газовым эжектором, позволяющая достичь высоких значений разрежения, причем регулирование двухступенчатого регулируемого сверхзвукового подпорного газового эжектора необходимо для нормального запуска сверхзвуковых сопел в процессе выхода эксгаустерной установки на режим и ее останова. Thus, an exhauster installation with a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector is proposed, which allows to achieve high vacuum values, and the regulation of a two-stage adjustable supersonic booster gas ejector is necessary for the normal start-up of a supersonic nozzle in the process of exhauster installation entering and stopping.

Claims

An exhauster installation comprising a compressor located on one shaft with a free turbine having an input and an output, a drive made in the form of an aircraft gas turbine engine, the output of which is connected to the input of a free turbine, characterized in that a two-stage adjustable supersonic backup is installed at the compressor inlet gas ejector.