RU2636229C1

RU2636229C1 - Heat insulating casing of ship gas turbine engine

Info

Publication number: RU2636229C1
Application number: RU2016136615A
Authority: RU
Inventors: Роман Владимирович Илющенко; Валентин Изосимович Паюсов; Николай Борисович Комаров; Светлана Юрьевна Овечкина
Original assignee: Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-11-21

Abstract

FIELD: engine devices and pumps.SUBSTANCE: heat insulating casing of the ship gas turbine engine comprises a ship gas turbine engine with exhaust confuser branch pipe turned relative to the engine axis with exhaust cut at level of exhaust pipe base, an inlet ventilation branch pipe, an outlet branch pipe of the casing connected thereto. An annular perforated partition is arranged in the outlet branch pipe of the casing at a distance from a flange connector and the exhaust pipe, in which holes are made with the possibility of providing required consumption of ventilation air for engine cooling. The partition is secured over outer diameter the on casing outlet branch pipe, and along inner diameter is made in form of elastic blades bent towards exhaust side or secured over inner diameter on the exhaust confuser branch pipe, and outer diameter is made in form of elastic blades bent in opposite direction from the exhaust and resting with possibility of motion on inner surface of the casing outlet branch pipe.EFFECT: improving the reliability of operation of marine gas turbine engines.4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области блочно-модульных газотурбинных установок морского базирования.The present invention relates to the field of modular offshore gas turbine units.

Известна газотурбинная установка с газотурбинным двигателем, помещенным в укрытие, которое выполняет функцию теплоизолирующего кожуха и на котором установлен специальный блок охлаждения газотурбинного двигателя (см., например, книгу: «Николаевские газотурбинные двигатели и установки». История создания, г. Николаев, «Юг-Информ», 2005 г., стр. 164, 165).A known gas turbine installation with a gas turbine engine placed in a shelter that serves as a heat insulating casing and on which a special cooling unit for the gas turbine engine is installed (see, for example, the book: “Nikolaev gas turbine engines and installations.” History, Nikolaev, “South -Inform ”, 2005, p. 164, 165).

Известно устройство для охлаждения газотурбинной установки, содержащее шумотеплозащитный кожух, образующий с корпусом двигателя газотурбинной установки кольцевую камеру, блок вентиляторов с выходом воздуха в кольцевой коллектор с отверстиями в сторону охлаждаемой поверхности двигателя, параллельными его оси, а в кольцевой камере за охлаждаемой поверхностью двигателя выполнен кольцевой приемник нагретого воздуха с выходом во внешнюю среду (см., например, патент RU 2460893 С1, 20.12.2010 г.).A device for cooling a gas turbine installation is known, comprising a noise and heat shielding casing forming an annular chamber with an engine casing of a gas turbine installation, a fan unit with an air outlet into the annular manifold with openings in the direction of the cooled surface of the engine parallel to its axis, and an annular a heated air receiver with access to the external environment (see, for example, patent RU 2460893 C1, 12.20.2010).

Известны эжекторные системы воздушного охлаждения газотурбинных двигателей, где воздух подсасывается в кольцевое пространство между корпусом турбины и наружным кожухом вследствие эжектирующего действия струи газа, входящего в выпускной газоход из силовой турбины и создающего пониженное давление в кольцевом пространстве между корпусом турбины и наружным кожухом (см., например, книгу: Г.А. Артемов и др. «Судовые газотурбинные установки». Изд. «Судостроение», Ленинград, 1978 г., стр. 106…108) - прототип.Ejector air cooling systems for gas turbine engines are known, where air is sucked into the annular space between the turbine body and the outer casing due to the ejective action of the gas jet entering the exhaust duct from the power turbine and creating reduced pressure in the annular space between the turbine body and the outer casing (see, for example, a book: G. A. Artemov et al. “Ship gas turbine installations.” Publishing house “Sudostroenie”, Leningrad, 1978, p. 106 ... 108) - prototype.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности и экономичности работы судовых газотурбинных двигателей, размещенных в теплоизолирующих кожухах, путем надежного и простого крепления выхлопного конфузорного патрубка газотурбинного двигателя и обеспечением при этом необходимого расхода вентиляционного воздуха для охлаждения двигателя на всех режимах его работы.The present invention solves the problem of improving the reliability and efficiency of the work of marine gas turbine engines housed in insulating casings by reliably and easily attaching the exhaust confuser nozzle of the gas turbine engine while ensuring the necessary flow of ventilation air to cool the engine in all modes of operation.

Техническое решение указанной задачи в предлагаемом изобретении достигается тем, что в теплоизолирующем кожухе судового газотурбинного двигателя, содержащем размещенный в нем установленный на раме судовой газотурбинный двигатель с повернутым относительно оси двигателя выхлопным конфузорным патрубком с выхлопным срезом на уровне основания выхлопной трубы, выполненный в верхней части кожуха над головной частью двигателя входной вентиляционный патрубок, повернутый относительно оси двигателя соосно выхлопному конфузорному патрубку выходной патрубок кожуха, соединенный фланцевым разъемом с выхлопной трубой, согласно изобретению в выходном патрубке кожуха на некотором удалении от фланцевого разъема с выхлопной трубой размещена кольцевая перфорированная перегородка, отверстия в которой выполнены с возможностью обеспечения необходимого для охлаждения двигателя расхода вентиляционного воздуха, при этом перегородка или закреплена по наружному диаметру на выходном патрубке кожуха, а по внутреннему диаметру выполнена в виде отогнутых в сторону выхлопа пружинящих лепестков, охватывающих выхлопной конфузорный патрубок двигателя с возможностью его перемещения или закреплена по внутреннему диаметру на выхлопном конфузорном патрубке, а по наружному диаметру выполнена в виде отогнутых в противоположную от выхлопа сторону пружинящих лепестков и опертых с возможностью перемещения на внутреннюю поверхность выходного патрубка кожуха.The technical solution of this problem in the present invention is achieved by the fact that in the heat-insulating casing of a marine gas turbine engine containing a marine gas turbine engine mounted on a frame with an exhaust confuser nozzle rotated relative to the engine axis with an exhaust cut at the level of the base of the exhaust pipe, made in the upper part of the casing above the engine head part, an inlet ventilation pipe rotated relative to the axis of the engine coaxially to the exhaust confuser pipe an outlet pipe of the casing connected by a flange connector to the exhaust pipe, according to the invention, in the output pipe of the casing at some distance from the flange connector with the exhaust pipe there is an annular perforated partition, the openings of which are configured to provide the ventilation air flow necessary for cooling the engine, while the partition or fixed on the outer diameter on the outlet pipe of the casing, and on the inner diameter is made in the form of spring bent towards the exhaust side pestkov covering convergent exhaust nozzle of the engine with the possibility of moving or fixed on the inner diameter convergent exhaust nozzle, and the outside diameter is in the form of bent away in the opposite direction from the exhaust resilient petals and simply supported movably on the inner surface of the outlet housing.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в выходном патрубке кожуха на некотором удалении от фланцевого разъема с выхлопной трубой размещена кольцевая перфорированная перегородка, отверстия в которой выполнены с возможностью обеспечения необходимого для охлаждения двигателя расхода вентиляционного воздуха, при этом перегородка или закреплена по наружному диаметру на выходном патрубке кожуха, а по внутреннему диаметру выполнена в виде отогнутых в сторону выхлопа пружинящих лепестков, охватывающих выхлопной конфузорный патрубок двигателя с возможностью его перемещения, или закреплена по внутреннему диаметру на выхлопном конфузорном патрубке, а по наружному диаметру выполнена в виде отогнутых в противоположную от выхлопа сторону пружинящих лепестков и опертых с возможностью перемещения на внутреннюю поверхность выходного патрубка кожуха.A distinctive feature of the invention is that in the outlet pipe of the casing at some distance from the flange connector with the exhaust pipe there is an annular perforated partition, the openings of which are made with the possibility of providing the ventilation air flow necessary for cooling the engine, while the partition or is fixed on the outer diameter by the outlet pipe of the casing, and according to the inner diameter, is made in the form of springy petals bent towards the exhaust, covering the exhaust second convergent tube motor with the possibility of moving, or fixed on the inner diameter convergent exhaust nozzle, and the outside diameter is in the form of bent away in the opposite direction from the exhaust resilient petals and simply supported movably on the inner surface of the outlet housing.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый теплоизолирующий кожух судового газотурбинного двигателя, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (показана часть кольцевой перфорированной перегородки), на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 (вариант конструкции с лепестками по внутреннему диаметру перегородки), на фиг. 4 - вид Б на фиг. 1 (вариант конструкции с лепестками по наружному диаметру перегородки).In FIG. 1 schematically depicts the proposed insulating casing of a marine gas turbine engine, FIG. 2 is a view A in FIG. 1 (a portion of an annular perforated partition is shown), in FIG. 3 is a view B in FIG. 1 (design with petals along the inner diameter of the partition), FIG. 4 is a view B in FIG. 1 (design variant with petals on the outer diameter of the partition).

В теплоизолирующем кожухе 1 размещен установленный на раме судовой газотурбинный двигатель 2, для выхода газов из силовой турбины которого выполнен в виде конфузора выхлопной патрубок 3, повернутый относительно оси двигателя 2. В верхней части кожуха 1 над головной частью двигателя 2 выполнен входной вентиляционный патрубок 4. Выходной патрубок 5 теплоизолирующего кожуха 1 также выполнен с поворотом относительно оси двигателя 2 (соосно патрубку 3) и при этом фланцевым разъемом 6 соединен с основанием выхлопной трубы 7 двигателя 2. Выхлопной срез 8 выхлопного патрубка 3 расположен примерно на уровне фланцевого разъема 6. Внутри выходного патрубка 5, пониже фланцевого разъема 6, размещена кольцевая перфорированная перегородка 9 с отверстиями 10 в ней. В варианте конструкции, показанном на фиг. 3, перегородка 9 закреплена по наружному диаметру на патрубке 5, а по внутреннему диаметру на ней выполнены отогнутые в сторону выхлопа газов пружинящие лепестки 11, охватывающие выхлопной конфузорный патрубок 3 с возможностью его перемещения. В варианте конструкции, показанном на фиг. 4, перегородка 9 закреплена по внутреннему диаметру на патрубке 3, а по наружному диаметру на ней выполнены отогнутые в противоположную от выхлопа газов сторону пружинящие лепестки 12, опертые с возможностью перемещения на внутреннюю поверхность выходного патрубка 5.In the insulating casing 1, a marine gas turbine engine 2 mounted on the frame is placed, for the exit of gases from the power turbine an exhaust pipe 3 is made in the form of a confuser, rotated relative to the axis of the engine 2. In the upper part of the casing 1, an inlet ventilation pipe 4 is made over the head part of the engine 2. The outlet pipe 5 of the heat-insulating casing 1 is also rotated about the axis of the engine 2 (coaxially to the pipe 3) and, at the same time, is connected to the base of the exhaust pipe 7 of the engine 2 by a flange connector 6. 8 of the exhaust manifold 3 is located approximately at the level of the flange connector 6. Within the outlet pipe 5, 6 below the flange connector, positioned annular partition 9 perforated with holes 10 therein. In the embodiment shown in FIG. 3, the partition 9 is fixed on the outer diameter on the nozzle 5, and on the inner diameter there are spring tabs 11 bent towards the exhaust gas, covering the exhaust confuser nozzle 3 with the possibility of its movement. In the embodiment shown in FIG. 4, the partition 9 is fixed by the inner diameter to the nozzle 3, and by the outer diameter there are spring petals 12 bent to the opposite side from the exhaust gas, supported with the ability to move to the inner surface of the outlet 5.

Осуществление поставленных задач в предлагаемом изобретении происходит следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3, 4).The implementation of the tasks in the present invention is as follows (see Fig. 1, 2, 3, 4).

Во время работы судового газотурбинного двигателя 2, размещенного в теплоизолирующем кожухе 1, отработавшие в двигателе 2 газы выходят с большой скоростью через расположенный примерно на уровне фланцевого разъема 6 выхлопной срез 8 выхлопного конфузорного патрубка 3. При этом вследствие эжектирующего действия струи газа, входящего в выходной патрубок 5 и выхлопную трубу 7(выпускной газоход) из выхлопного конфузорного патрубка 3 двигателя 2, создается пониженное давление в кольцевом пространстве между выхлопным патрубком 3 и выходным патрубком 5, что распространяется (с некоторыми потерями) и на все пространство между корпусом двигателя 2 и теплоизолирующим кожухом 1. Поэтому через входной вентиляционный патрубок 4 в пространство между корпусом двигателя 2 и теплоизолирующим кожухом 1 подсасывается воздух из атмосферы и, обтекая корпус двигателя 2 и охлаждая его, через отверстия 10 в кольцевой перфорированной перегородке 9 уходит (вместе с подсасывающим его газом) в выхлопную трубу 7. Направление движения газов и подсасываемого (охлаждающего) воздуха показано стрелками на фиг. 1, 3, 4. Общее проходное сечение отверстий 10 в перегородке 9, требующееся для пропуска необходимого количества охлаждающего двигатель 2 воздуха, определяют расчетным и экспериментальным путем. Выполненные по внутреннему диаметру перегородки 9 и отогнутые в сторону выхлопа пружинящие лепестки 11 (вариант конструкции на фиг. 3) или выполненные по наружному диаметру перегородки 9 и отогнутые в противоположную от выхлопа сторону пружинящие лепестки 12 (вариант конструкции на фиг. 4) служат достаточно надежной опорой для патрубка 3 как при неработающем двигателе 2, так и во время его работы, когда патрубок 3 сильно нагревается, а следовательно, и расширяется, но благодаря пружинистости отогнутых лепестков 11 (фиг. 3) или 12 (фиг. 4) при любом режиме работы двигателя 2 поддерживают патрубок 3, в то же время не препятствуя его перемещениям. Направление отгиба лепестков в ту или иную сторону определяется только соображениями изготовления и удобством монтажа и сборки.During operation of the marine gas turbine engine 2, located in the insulating casing 1, the exhaust gases in the engine 2 exit at a high speed through the exhaust cut 8 of the exhaust confuser pipe 3 located approximately at the level of the flange connector 6. In this case, due to the ejection action of the gas jet entering the outlet the pipe 5 and the exhaust pipe 7 (exhaust gas duct) from the exhaust confuser pipe 3 of the engine 2, creates a reduced pressure in the annular space between the exhaust pipe 3 and the outlet pipe room 5, which extends (with some losses) to the entire space between the engine casing 2 and the heat-insulating casing 1. Therefore, air from the atmosphere is sucked into the space between the engine casing 2 and the heat-insulating casing 1 through the inlet duct 4 and flowing around the engine casing 2 and cooling it, through openings 10 in the annular perforated partition 9 leaves (together with the gas sucking it) into the exhaust pipe 7. The direction of movement of the gases and the sucked (cooling) air is shown by arrows in FIG. 1, 3, 4. The total flow area of the holes 10 in the partition 9, required to pass the required amount of cooling air for the engine 2, is determined by calculation and experimentation. The spring lobes 11, made according to the inner diameter of the partition 9 and spring-bent 11 bent toward the exhaust side (design variant in Fig. 3) or the spring lobes 12, made on the outer diameter of the partition 9 and bent to the opposite side from the exhaust, spring lobes (design variant in Fig. 4) are quite reliable a support for the pipe 3 both when the engine 2 is idle, and during its operation, when the pipe 3 is very hot, and therefore expands, but due to the springiness of the bent petals 11 (Fig. 3) or 12 (Fig. 4) for any mode Having the operation of the engine 2 support the pipe 3, at the same time without interfering with its movements. The direction of the bending of the petals in one direction or another is determined only by considerations of manufacture and ease of installation and assembly.

Claims

A heat-insulating casing for a marine gas turbine engine comprising a marine gas turbine mounted on the frame with an exhaust confuser nozzle rotated relative to the engine axis and an exhaust cut at the level of the base of the exhaust pipe, made in the upper part of the casing above the engine head inlet ventilation pipe rotated relative to the engine axis coaxially to the exhaust confuser pipe, the outlet pipe of the casing connected by a flange connector to the exhaust pipe, characterized The fact is that in the outlet pipe of the casing at some distance from the flange connector with the exhaust pipe there is an annular perforated partition, the holes in which are made with the possibility of providing the ventilation air flow necessary for cooling the engine, while the partition or is fixed on the outer diameter on the outlet pipe of the casing, and according to the inner diameter it is made in the form of springing petals bent towards the exhaust, covering the exhaust confuser pipe of the engine with the possibility of its overturning escheniya or fastened to the inner diameter convergent exhaust nozzle, and the outside diameter is in the form of bent away in the opposite direction from the exhaust resilient petals and simply supported movably on the inner surface of the outlet housing.