RU2284497C1

RU2284497C1 - System for feeding dust into gas turbine engine inlet during stand dust tests

Info

Publication number: RU2284497C1
Application number: RU2005108228/06A
Authority: RU
Inventors: Лев Самойлович Рысин (RU); Лев Самойлович Рысин; Тать на Андреевна Козлова (RU); Татьяна Андреевна Козлова; Сергей Дмитриевич Никольский (RU); Сергей Дмитриевич Никольский; Галина Михайловна Кочкина (RU); Галина Михайловна Кочкина; Константин Яковлевич Якубовский (RU); Константин Яковлевич Якубовский; Владимир Иванович Фронтов (RU); Владимир Иванович Фронтов
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-27
Also published as: RU2005108228A

Abstract

FIELD: test stands of aviation equipment, may be also used in the regions where gas turbine engines are employed and exposed to dust stand tests.

SUBSTANCE: system for feeding dust into gas turbine engine inlet has annular pipe positioned forward of gas turbine engine inlet, with cross sectional area of annular pipe corresponding to area of gas turbine engine inlet. Cylindrical channel between outer and inner walls of annular pipe is divided by longitudinal partitions into number of similar channels. Nozzle is located in each of said channels and baffle is located opposite nozzle outlet. Dust laden air is fed in equal amounts and with identical dispersion composition into each of said nozzles from mixer, which is located in suitable place on stand. Mixer is free from rigid connection with gas turbine engine under test. Cooperation of dust laden air streams issuing from nozzles with baffles located within said channels provided in annular pipe results in dissipation of dust particles contained in stream over the entire cross section of annular pipe and, accordingly, forward of gas turbine engine inlet. Thus, dust entering engine inlet is uniformly distributed over the entire inlet section as to its concentration as well as to dispersion composition.

EFFECT: compact construction, enhanced reliability in operation and reduced production costs.

8 dwg

Description

Изобретение относится к испытательным стендам авиационной техники, а также к областям, где применяются газотурбинные двигатели (ГТД), и они подвергаются пылевым стендовым испытаниям.The invention relates to test benches of aircraft, as well as to areas where gas turbine engines (GTE) are used, and they are subjected to dust bench tests.

При пылевых стендовых испытаниях ГТД уделяется большое внимание равномерности распределения пыли по всей площади входного сечения двигателя как по концентрации пыли в воздухе, так и по дисперсному составу. Если при стендовых пылевых испытаниях на входе двигателя устанавливается пылезащитное устройство, то и в этом случае стремятся обеспечить равномерное распределение пыли по всей площади его входного сечения. Равномерное распределение пыли придает определенность стендовым пылевым испытаниям и дает возможность для их нормирования.During the dust test tests of gas turbine engines, great attention is paid to the uniformity of dust distribution over the entire inlet area of the engine, both in dust concentration in air and in dispersed composition. If a dustproof device is installed at the engine inlet during bench dust tests, then in this case they also strive to ensure uniform distribution of dust over the entire area of its inlet section. The uniform distribution of dust gives certainty to bench dust tests and makes it possible to normalize them.

Известны способы достижения поставленной цели с помощью ресиверов-смесителей, устанавливаемых перед входом ГТД, в которых происходит перемешивание воздушных и пылевых струй и из которых запыленный воздух засасывается двигателем.Known methods for achieving this goal with the help of receiver-mixers installed in front of the gas turbine engine entrance, in which air and dust jets are mixed and from which dusty air is sucked in by the engine.

Известны также способы, при которых перед входом ГТД устанавливаются соосные с ними длинные трубы, и пыль подается из сопел во вход такой трубы. Воздух в ГТД засасывается через эту трубу, в которой благодаря ее протяженности и турбулентности потока в ней и происходит перемешивание пыли в воздухе, статья Данна, Падовы, Моллера, Аданса "Ухудшение характеристик турбовентиляторного и турбореактивного двигателей при работе в запыленной атмосфере"; Энергетические машины, М., 1988 г., №2, стр.80-82.There are also known methods in which long pipes are coaxial with them in front of the gas turbine inlet and dust is supplied from nozzles to the inlet of such a pipe. Air in a gas turbine engine is sucked in through this pipe, in which, due to its length and turbulence of the flow, dust is mixed in air in it, an article by Dunn, Padova, Moller, Adans, "Deterioration of the characteristics of turbofan and turbojet engines when operating in a dusty atmosphere"; Energy machines, M., 1988, No. 2, pp. 80-82.

Недостатками указанных технических решений являются практическая неосуществимость гарантированного равномерного распределения пыли перед входом в двигатель как по дисперсному составу, так и по концентрации, а также громоздкость систем - большого размера ресиверы, длинные присоединенные к входу двигателя трубы. Последнее в ряде случаев по компоновочным условиям на стенде неприемлемо.The disadvantages of these technical solutions are the practical impracticability of the guaranteed uniform distribution of dust before entering the engine, both in terms of dispersed composition and concentration, as well as the bulkiness of the systems - large receivers, long pipes connected to the engine inlet. The latter in some cases, according to the layout conditions at the stand, is unacceptable.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение подачи равномерной концентрации и одинаковости дисперсного состава пыли на площади входа в ГТД, а также, в частности, для случаев ограниченной возможности испытательного стенда в отношении размещения требуемого для этой цели оборудования.The technical task of the invention is to provide a uniform concentration and uniformity of the dispersed composition of the dust on the entrance area of the gas turbine engine, and, in particular, for cases of limited ability of the test bench in relation to the placement of the equipment required for this purpose.

Технический результат достигается тем, что в заявляемой системе подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых пылевых испытаниях, которая содержит регулировочный кран, измерительное устройство, дозатор пыли, трубопровод, смеситель, распределитель пыли, кольцевую трубу подвода запыленного воздуха к входу газотурбинного двигателя, смеситель выполнен в виде вертикально расположенного цилиндра и имеет верхнюю и нижнюю крышки, при этом верхняя крышка соединена с дозатором пыли, а нижняя крышка содержит ряд равных по величине и равномерно расположенных по периферии выходных отверстий относительно центральной оси цилиндрического смесителя и соответствующих им входных патрубков, которые через распределитель пыли соединены с кольцевой трубой, при этом проходное сечение кольцевой трубы разделено продольными перегородками на ряд самостоятельных каналов и каждый образованный канал имеет сопла и установленные напротив их отражатели, причем сопла через гибкие шланги соединены с патрубками нижней крышки цилиндрического смесителя.The technical result is achieved by the fact that in the inventive system for supplying dust to the inlet of a gas turbine engine during its bench dust tests, which contains an adjustment valve, a measuring device, a dust dispenser, a pipeline, a mixer, a dust distributor, an annular pipe for supplying dusty air to the inlet of a gas turbine engine, a mixer made in the form of a vertically arranged cylinder and has a top and bottom covers, while the top cover is connected to a dust batcher, and the bottom cover contains a number of equal in magnitude not evenly distributed around the periphery of the outlet openings relative to the central axis of the cylindrical mixer and their corresponding inlet pipes, which are connected to the annular pipe through the dust distributor, while the bore of the annular pipe is divided by longitudinal partitions into a number of independent channels and each channel formed has nozzles and are installed opposite their reflectors, and nozzles through flexible hoses are connected to the nozzles of the lower cover of the cylindrical mixer.

На фиг.1 схематично показана система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя.Figure 1 schematically shows a dust supply system to the inlet of a gas turbine engine.

На фиг.2 схематично изображен смеситель.Figure 2 schematically shows a mixer.

На фиг.3 изображен вид на нижнюю крышку смесителя по сечению А-А фиг.2.Figure 3 shows a view of the lower cover of the mixer along section AA of figure 2.

На фиг.4 схематично показана кольцевая труба.Figure 4 schematically shows an annular tube.

На фиг.5 показан вид кольцевой трубы по сечению А-А фиг.4.Figure 5 shows a view of the annular pipe in section AA of figure 4.

На фиг.6 показан канал кольцевой трубы по сечению Б-Б фиг.4.In Fig.6 shows the channel of the annular pipe in cross section BB of Fig.4.

На фиг.7 показан сектор из смесителя с траекториями частиц пыли в нем.Figure 7 shows a sector from a mixer with trajectories of dust particles in it.

На фиг.8 показан продольный канал кольцевой трубы с траекториями частиц пыли.On Fig shows a longitudinal channel of the annular pipe with the trajectories of dust particles.

Заявляемая система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя (ГТД) при его стендовых пылевых испытаниях, схематично показанная на фиг.1, содержит регулировочный кран 1 расхода сжатого воздуха, измерительное устройство 2, дозатор 3 пыли, трубопроводы 4, цилиндрический смеситель 5, установленный в вертикальном положении, гибкие шланги 6, распределитель 7 пыли, кольцевую трубу 8, установленную на входе в ГТД. Кольцевая труба 8 на фиг.4 и фиг.5, проходное сечение которой разделено продольными перегородками 11 на ряд самостоятельных продольных каналов, содержит сопла 9 и отражатели 10, выполненные, например, в виде перевернутой конусообразной поверхности, каждые из которых размещены в каждом канале, образованном продольными перегородками 11. Цилиндрический смеситель 5, схематично показанный на фиг.2, содержит верхнюю крышку 13, нижнюю крышку 14, при этом верхняя крышка 13 через трубку 12 соединена с трубопроводом 4, а нижняя крышка 14 имеет ряд равных по величине и равномерно расположенных относительно оси цилиндрического смесителя 5 выходных отверстий 15, фиг.3, и соответствующих выходных патрубков 16, каждые из которых расположены напротив отражателей 10.The inventive system for supplying dust to the inlet of a gas turbine engine (GTE) during its bench dust tests, schematically shown in Fig. 1, contains an adjusting valve 1 for compressed air consumption, a measuring device 2, a dust dispenser 3, pipelines 4, a cylindrical mixer 5 mounted in a vertical position, flexible hoses 6, dust distributor 7, annular pipe 8 installed at the entrance to the gas turbine engine. The annular pipe 8 in Fig. 4 and Fig. 5, the passage section of which is divided by longitudinal partitions 11 into a series of independent longitudinal channels, contains nozzles 9 and reflectors 10, made, for example, in the form of an inverted conical surface, each of which is placed in each channel, formed by the longitudinal partitions 11. The cylindrical mixer 5, schematically shown in FIG. 2, contains a top cover 13, a bottom cover 14, while the top cover 13 is connected through a pipe 12 to the pipe 4, and the bottom cover 14 has a number of equal outlet and evenly spaced relative to the axis of the cylindrical mixer 5 of the outlet holes 15, Fig.3, and the corresponding outlet pipes 16, each of which are located opposite the reflectors 10.

Система подачи пыли во вход газотурбинного двигателя при его стендовых испытаниях работает следующим образом.The dust supply system in the inlet of a gas turbine engine during its bench tests works as follows.

Регулировочным краном 1 устанавливается требуемый для эффективной работы системы расход воздуха, измеряемый устройством 2. Затем включается в работу дозатор 3 пыли, из которого дозируемая им пыль ссыпается в трубопровод 4 и проходящим через него воздухом переносится в цилиндрический смеситель 5. Цилиндрический смеситель 5 обеспечивает выход из ряда выходных отверстий 15, выполненных в нижней его крышке 14 запыленного воздуха в равных количествах, при одинаковой концентрации в нем пыли и при одинаковом ее дисперсном составе, что достигается цилиндрической формой корпуса смесителя 5 и его вертикальным положением в пространстве, а также вводом в него воздуха и пыли из дозатора 3 через трубку 12, расположенную в центре верхней крышки 13 и выхода из нее равномерно запыленного воздуха через ряд равнорасположенных относительно оси цилиндра выходных отверстий 15 (фиг.3) на нижней крышке 14 и соответствующих выходных патрубков 16. Из цилиндрического смесителя 5 запыленный воздух следует по гибким шлангам 6 к распределителю 7 пыли и распределяется по соплам 9, расположенным в продольных каналах кольцевой трубы 8, на которые кольцевой канал разбивается продольными перегородками 11. Выходя из сопел 9, струи запыленного воздуха на своем пути встречают препятствие в виде отражателей 10. Воздух обтекает отражатели 10, а содержащиеся в нем частицы пыли, следуя по инерции прямолинейно, ударяются о поверхности отражателей 10 и благодаря выбранной форме отражателей 10 в виде, например, перевернутой конусообразной поверхности рассеиваются в каналах кольцевой трубы 8. К сечению выхода воздуха из кольцевой трубы 8 частицы пыли реализуются по всей площади поперечного сечения кольцевой трубы 8 перед входом в ГТД, обеспечивая равномерное распределение пыли как по концентрации, так и по дисперсному составу.The control valve 1 sets the airflow required for the effective operation of the system, measured by the device 2. Then the dust batcher 3 is turned on, from which the dust dosed by it is poured into the pipe 4 and transferred through it to the cylindrical mixer 5. The cylindrical mixer 5 provides an exit from a number of outlet openings 15, made in its lower cover 14 of dusty air in equal amounts, with the same concentration of dust in it and with the same dispersed composition, which is achieved the cylindrical shape of the mixer body 5 and its vertical position in space, as well as the introduction of air and dust from the batcher 3 through the tube 12 located in the center of the top cover 13 and the outlet of uniformly dusty air through a series of outlet openings 15 equally spaced with respect to the cylinder axis ( figure 3) on the bottom cover 14 and the corresponding outlet pipes 16. From the cylindrical mixer 5, dusty air follows flexible hoses 6 to the dust distributor 7 and is distributed through nozzles 9 located in the longitudinal channels lah of the annular pipe 8, into which the annular channel is divided by longitudinal partitions 11. Coming out of the nozzles 9, jets of dusty air meet an obstacle in the form of reflectors 10. Air flows around the reflectors 10, and the dust particles contained therein follow a linear inertia by impact about the surface of the reflectors 10 and due to the selected shape of the reflectors 10 in the form of, for example, an inverted conical surface, they are scattered in the channels of the annular pipe 8. Dust particles are realized by the cross-section of the air outlet from the annular pipe 8 This annular cross-sectional area of the pipe 8 in front of the CCD, providing a uniform distribution of dust both on the concentration and composition of the particulate.

На фиг.7 в качестве примера показан выделенный сектор из цилиндрического смесителя 5 с траекториями вошедших в него через входной патрубок 16 частиц пыли с размером 200 мкм. Похожая картина получается и для частиц пыли других размеров. В результате многочисленных соударений частиц со стенками и образовании в смесителе вихревых потоков воздуха пыль распределяется равномерно по всему объему цилиндрического смесителя 5. Таким образом, через каждое из выходных отверстий 15 цилиндрического смесителя 5 выходит одинаковое количество запыленного воздуха с одинаковой концентрацией пыли при одинаковом ее дисперсном составе.Figure 7 shows as an example the selected sector from a cylindrical mixer 5 with the trajectories of dust particles with a size of 200 μm entering it through the inlet 16. A similar picture is obtained for dust particles of other sizes. As a result of numerous collisions of particles with the walls and the formation of vortex air flows in the mixer, the dust is distributed evenly throughout the volume of the cylindrical mixer 5. Thus, through each of the outlet openings 15 of the cylindrical mixer 5, the same amount of dusty air with the same dust concentration with the same dispersed composition .

На фиг.8 в качестве примера показан один из продольных каналов кольцевой трубы 8 с рассеиванием в нем частиц пыли с размером 200 мкм. Похожая картина получается и для частиц пыли других размеров. Как видно из фиг.8, к выходу из канала частицы пыли распределяются равномерно по всему выходному сечению.On Fig, as an example, shows one of the longitudinal channels of the annular pipe 8 with the dispersion in it of dust particles with a size of 200 μm. A similar picture is obtained for dust particles of other sizes. As can be seen from Fig. 8, to the exit from the channel, dust particles are distributed evenly over the entire output section.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают обеспечение при использовании предлагаемой системы подачи запыленного воздуха во вход газотурбинного двигателя равномерного распределения пыли по всему входному сечению газотурбинного двигателя, а также данное устройство компактно, надежно и имеет низкую стоимость.Thus, the above examples confirm the use of the proposed dusty air supply system to the inlet of the gas turbine engine to evenly distribute dust throughout the inlet section of the gas turbine engine, as well as this device is compact, reliable and has a low cost.

Claims

The dust supply system to the inlet of a gas turbine engine during its bench dust tests, comprising an adjustment valve, a measuring device, a dust dispenser, a pipeline, a mixer, a dust distributor, an annular pipe for supplying dusty air to the inlet of a gas turbine engine, characterized in that the mixer is designed as a vertically arranged cylinder and has a top and bottom covers, while the top cover is connected to a dust dispenser, and the bottom cover contains a number of equal in size and evenly spaced around the periphery and outlet openings relative to the central axis of the cylindrical mixer and their corresponding outlet pipes, which are connected to the annular pipe through a dust distributor, while the bore of the annular pipe is divided by longitudinal partitions into a number of independent channels, and each channel formed has nozzles and reflectors mounted opposite them, nozzles through flexible hoses are connected to the nozzles of the bottom cover of the cylindrical mixer.