RU2257481C2 - Emergency mechanical protection system of high-energy working medium consumer - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering, turbine building, chemical or petrochemical industries, gas transport lines.

SUBSTANCE: proposed mechanical protection system of high-energy working medium consumer contains high-energy working medium generator, energy consumer of said working medium, high-energy working medium manifold with outer and inner walls connecting generator with consumer, control system, mechanical protection device installed in walls of manifold for turning and overlapping of entire area of passage, supply source and drive of protection device mechanically coupled with supply source. Emergency mechanical protection system of consumer is furnished with antisurge device. Mechanical protection device is made in from of turnable flaps with inner partitions of curvilinear box section placed in cavities of inner wall of manifold for turning relative to axles arranged in plane of its cross section symmetrically and concentrically to its axis. Turnable flaps are furnished with at least two sector inner and outer cover plates arranged alternately from outer and inner sides. Each flap has separate drive mechanism aerohydraulically communicating at least with one source of supply with high energy gas of individual drive mechanisms of sector turnable flaps and electrically coupled with control system.

EFFECT: improved efficiency of operation of emergency mechanical protection system of consumer.

5 cl, 10 dwg

Description

Система предназначена для механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела и может быть использована во многих областях народного хозяйства для защиты высокооборотных устройств и установок с высокоэнергетическими потоками рабочего тела, например таких, как высоконапорные нагнетатели газоразделительных установок, тепловые насосы, паровые или гидравлические турбины, аппараты химической или нефтехимической промышленности, системы газового трубопроводного транспорта и продуктопроводов.The system is designed to mechanically protect the consumer of a high-energy working fluid and can be used in many areas of the national economy to protect high-speed devices and installations with high-energy flows of the working fluid, such as high-pressure blowers of gas separation plants, heat pumps, steam or hydraulic turbines, chemical or petrochemical industry, gas pipeline transport systems and product pipelines.

Система преимущественно предназначена для механической защиты от последствий разрушения газогенерирующей турбины (газогенератора) потребителя высокоэнергетического рабочего тела, связанного с ней газовым трактом высокоэнергетического рабочего тела, находящегося в составе газотурбинной установки (ГТУ), выполненного, например, в виде свободной или приводной турбины, и механизма, приводимого ею в действие, такого как электрогенератор, насос или нагнетательный компрессор газовой перекачивающей станции, от случайно или аварийно попавших в газовый, воздушный или иной тракт высокоэнергетического рабочего тела и движущихся с высокой скоростью посторонних предметов, частиц или частей, а также обломков газогенерирующей турбины (газогенератора), и, кроме этого, для предотвращения гидравлического удара, возникающего при резком изменении параметров движения рабочего тела.The system is mainly intended for mechanical protection against the consequences of the destruction of a gas-generating turbine (gas generator) of a consumer of a high-energy working fluid associated with it by the gas path of a high-energy working fluid, which is part of a gas turbine unit (GTU), made, for example, in the form of a free or drive turbine, and a mechanism driven by it, such as an electric generator, pump or discharge compressor of a gas pumping station, from an accident or accident x into a gas, air or other path of a high-energy working fluid and foreign objects, particles or parts moving at high speed, as well as fragments of a gas-generating turbine (gas-generator), and, in addition, to prevent water hammer arising from a sharp change in the motion parameters of the working fluid .

Широко известны приспособления для защиты проточной части газотурбинных двигателей самолетов от попадания посторонних предметов, выполненные в виде постоянно установленных или поднимаемых на время взлета сепараторов пыли и посторонних предметов, решеток или ограждений входных устройств. Такие устройства имеют ряд недостатков.It is widely known devices for protecting the flowing part of gas turbine engines of aircraft from the ingress of foreign objects, made in the form of permanently installed or lifted during the take-off dust separators and foreign objects, gratings or fencing input devices. Such devices have several disadvantages.

Они создают постоянное аэрогидравлическое сопротивление в тракте высокоэнергетического рабочего тела проточной части газотурбинного двигателя (ГТД) вне зависимости от наличия или отсутствия постороннего предмета в нем. Это приводит к потере мощности и ухудшению характеристик двигателя и не дает надежной гарантии защиты от попадания постороннего предмета, особенно при опущенной в нерабочее положение защитной решетке, например, во время полета, что приводит к аварийным ситуациям при попадании в них птиц или других летающих твердых частиц, например пыли, камней или других предметов, поднятых с земли вихрями, создаваемыми двигателем или самолетом, ветром или торнадо (см., например, книгу “Теория воздушно-реактивных двигателей”. Под ред. д.т.н. С.М.Шляхтенко. М., “Машиностроение”, 1975, стр.57).They create constant aero-hydraulic resistance in the path of the high-energy working fluid of the flowing part of the gas turbine engine (GTE), regardless of the presence or absence of a foreign object in it. This leads to loss of power and deterioration of engine performance and does not provide a reliable guarantee of protection against the ingress of a foreign object, especially when the protective grill is lowered into an inoperative position, for example, during flight, which leads to emergency situations when birds or other flying solid particles get into them. , for example, dust, stones, or other objects raised from the ground by vortices created by an engine or an airplane, wind or tornado (see, for example, the book “Theory of Air-Jet Engines.” Edited by Doctor of Technical Science S.M. Shlyakhtenko. ., "Engineering", 1975, p.57).

При этом потребитель высокоэнергетического рабочего тела, например, в виде силовой турбины, также не защищен от попадания в него предметов, аварийно отделившихся от частей, агрегатов или деталей генератора высокоэнергетического рабочего тела. Это приводит к аварийному повреждению потребителя высокоэнергетического рабочего тела, например, свободной турбины или кинематически связанного с ней привода энергоагрегата наземной ГТУ или передающего механизма судового движителя.At the same time, the consumer of the high-energy working fluid, for example, in the form of a power turbine, is also not protected from the ingress of objects that accidentally separated from parts, aggregates or parts of the generator of the high-energy working fluid. This leads to emergency damage to the consumer of a high-energy working fluid, for example, a free turbine or a kinematically connected drive of a power unit of a ground gas turbine or a transmission mechanism of a ship propulsion device.

Известна система аварийной механической защиты, содержащая генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель его энергии и коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, и средство механической защиты, установленное в коллекторе (см. а.с.СССР №1703844, МПК F 02 C 7/00, опубл. 07.01.1992, М.В.Коротков). Средство механической защиты выполнено в виде постоянно установленной в коллекторе аэродинамической решетки. Основным недостатком такого средства является большое аэрогидравлическое сопротивление, создаваемое им на пути движения высокоэнергетического рабочего тела, которое приведет к потере его кинетической энергии (замедлению скорости движения и вихреобразованию). Большая поверхность теплоотдачи средства также приведет к снижению температуры рабочего тела (дополнительным энергетическим потерям) и нагреву материала решетки, а также к возможности его перегрева и высокотемпературной коррозии, следовательно, аэродинамическая решетка, постоянно находящаяся в потоке высокоэнергетического рабочего тела, сама постепенно может начать разрушаться от механической, термической усталости или коррозии, вызвав повреждение (или разрушение) потребителя высокоэнергетического рабочего тела, что сделает ее малоэффективной в аварийной ситуации при длительных сроках эксплуатации. Следовательно, известное устройство имеет низкие срок службы, готовность к аварийной ситуации, эффективность и надежность использования.A known emergency mechanical protection system, comprising a generator of a high-energy working fluid, a consumer of its energy and a collector of high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, and a mechanical protection device installed in the collector (see.c.SSSR No. 1703844, IPC F 02 C 7/00, published on January 7, 1992, M.V. Korotkov). Means of mechanical protection is made in the form of an aerodynamic lattice permanently installed in the collector. The main disadvantage of such a tool is the large air-hydraulic resistance created by it in the path of movement of a high-energy working fluid, which will lead to the loss of its kinetic energy (slowing down the speed of motion and vortex formation). The large heat transfer surface of the product will also lead to a decrease in the temperature of the working fluid (additional energy losses) and heating of the grating material, as well as to the possibility of its overheating and high-temperature corrosion, therefore, the aerodynamic lattice constantly in the flow of the high-energy working fluid itself may gradually begin to collapse from mechanical, thermal fatigue or corrosion, causing damage (or destruction) to the consumer of a high-energy working fluid, which will make it oeffektivnoy in an emergency situation with a long life. Therefore, the known device has a low service life, emergency preparedness, efficiency and reliability of use.

Известна система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела, которая содержит генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель его энергии и коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, систему управления, причем средство механической защиты выполнено в виде поворотных элементов (лопаток), установленных в стенках коллектора, и их приводов, кинематически связанных между собой (см. а.с.СССР №1813699, МПК F 02 C 7/052, опубл. 07.05.1990, Н.В.Даниленко и В.Н.Зарукин). Основным недостатком известной системы является то, что она для удаления посторонних предметов должна заранее быть приведена в рабочее состояние путем расположения лопаток в определенной взаимной ориентации. Большое число поворотных в радиальной плоскости лопаток для создания профилированных каналов, сепарирующих за счет центробежных сил (как в циклонном очистителе) посторонние предметы, приводит к высокой сложности самого устройства и его привода, низкой скорости перевода его в рабочее положение. Постоянное нахождение в коллекторе большого количества поворотных лопаток приведет к значительным аэрогидравлическим сопротивлениям и потерям тепловой энергии. Находясь постоянно под воздействием высокоэнергетического рабочего тела, поворотные лопатки также могут разрушаться с образованием обломков различной формы и величины, которые затем попадут в потребитель энергии рабочего тела и повредят (разрушат) его.A known emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid, which contains a generator of a high-energy working fluid, a consumer of its energy and a collector of a high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, a control system, and the mechanical protection is made in the form of rotary elements (blades ) installed in the walls of the collector, and their drives, kinematically connected to each other (see ASSSSR No. 1813699, IPC F 02 C 7/052, publ. 07.05. 1990, N.V. Danilenko and V.N. Zarukin). The main disadvantage of the known system is that it must be brought into working condition in advance by removing the blades in a certain mutual orientation in order to remove foreign objects. A large number of rotary blades in the radial plane for creating profiled channels separating foreign objects due to centrifugal forces (as in a cyclone cleaner) leads to high complexity of the device itself and its drive, low speed of transferring it to the working position. The constant presence in the collector of a large number of rotary blades will lead to significant aero-hydraulic resistance and loss of thermal energy. Being constantly under the influence of a high-energy working fluid, rotary blades can also collapse with the formation of fragments of various shapes and sizes, which then fall into the energy consumer of the working fluid and damage (destroy) it.

Известна система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела, содержащая генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель энергии этого рабочего тела и коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, систему управления, средство механической защиты, установленное в стенках коллектора с возможностью поворота и перекрытия всей площади его проходного сечения, источника питания и привода указанного средства, кинематически связанного с последним (см. патент США №4312180, МПК F 02 C 7/052, опубл. 1982 г., BATTELLE DEVELOPMENT CORPORATION). Основным недостатком известной системы является, как ранее указывалось, расположение средства механической защиты в коллекторе и в потоке высокоэнергетического рабочего тела, связывающего газовым трактом высокоэнергетического рабочего тела отдельные части газотурбинной установки (ГТУ), последствия которого указывались выше. Перегрев, создание высокого аэрогидравлического сопротивления и наличие высоко инерционного, медленно действующего электрического привода средства приведет к низкой надежности и эффективности системы защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела от попадания в него посторонних предметов и пыли.A known emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid, comprising a generator of a high-energy working fluid, an energy consumer of this working fluid and a collector of a high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, a control system, a mechanical protection device installed with the possibility of a collector turning and overlapping the entire area of its bore, power source and drive of the specified means, kinematic Ki associated with the latter (see US patent No. 4312180, IPC F 02 C 7/052, publ. 1982, BATTELLE DEVELOPMENT CORPORATION). The main disadvantage of the known system is, as previously indicated, the location of the mechanical protection means in the collector and in the flow of a high-energy working fluid connecting the separate parts of a gas turbine installation (GTU) with the gas path of a high-energy working fluid, the consequences of which are indicated above. Overheating, the creation of high aerohydraulic resistance and the presence of a highly inertial, slow-acting electric drive means will lead to low reliability and efficiency of the consumer protection system of the high-energy working fluid from foreign objects and dust.

Последняя система имеет наибольшее количество сходных признаков и наиболее близка по решаемой задаче к предложенной системе, по этой причине принимаем ее в качестве прототипа.The latter system has the greatest number of similar features and is closest in terms of the problem being solved to the proposed system, for this reason we take it as a prototype.

Необходимость создания предложенного устройства и актуальность его применения возникла в связи с тем, что в современной промышленности началось широкое внедрение сетей и источников высокоэнергетического рабочего тела, которое имеет высокие параметры состояния, такие как температура, скоростной напор, большие движущиеся в трубопроводах массы рабочего тела (расходы, давление и наполнение трубопроводов), которые приведут к возможности переноса механических обломков, предметов или частиц его потоком на большие относительные расстояния без снижения их скорости движения (кинетической энергии), это создает опасность повреждения элементов коллекторов или трубопроводной системы и ее составляющих на значительном удалении от аварийного объекта, что может вызвать большие разрушения или высокую стоимость ремонта дорогостоящего оборудования. Следовательно, для уменьшения последствий от попадания посторонних предметов, аварийных разрушений агрегатов, работающих в условиях напряженных температурных или силовых нагрузок и других аварийных ситуациях, необходимо создавать устройства, локализующие воздействия таких аварий.The need to create the proposed device and the relevance of its application arose due to the fact that in modern industry, the widespread introduction of networks and sources of high-energy working fluid, which has high state parameters, such as temperature, velocity head, large moving mass of the working fluid in the pipelines (costs , pressure and filling of pipelines), which will lead to the possibility of transporting mechanical debris, objects or particles by its flow at large relative distances without reducing their speed (kinetic energy), this creates a risk of damage to collector elements or the pipeline system and its components at a considerable distance from the emergency facility, which can cause large damage or the high cost of repairing expensive equipment. Therefore, to reduce the consequences of the ingress of foreign objects, accidental destruction of units operating under conditions of intense temperature or power loads and other emergency situations, it is necessary to create devices that localize the effects of such accidents.

Задачей, решаемой предложенной системой, является постоянная готовность к устранению разрушительных последствий аварийной ситуации, повышение работоспособности, срока службы и межремонтных сроков и резкое снижение повреждаемости потребителя высокоэнергетического рабочего тела, например, его свободной или приводной турбины, котла-утилизатора, выхлопного устройства или глушителя, затрат на их ремонт и восстановление установки в целом, а также повышение ее ремонтопригодности, надежности работы энергосистемы в условиях аварии или аварийного останова генератора высокоэнергетического рабочего тела, минимизация энергетических потерь, связанных с установкой системы аварийной механической защиты, расширение функциональных возможностей системы.The task solved by the proposed system is constant readiness to eliminate the devastating consequences of an emergency, increase efficiency, service life and turnaround times and a sharp decrease in consumer damage to a high-energy working fluid, for example, its free or driving turbine, recovery boiler, exhaust device or silencer, the cost of their repair and restoration of the installation as a whole, as well as increasing its maintainability, reliability of the power system in an accident or accident stopping the generator of a high-energy working fluid, minimizing energy losses associated with the installation of an emergency mechanical protection system, expanding the functionality of the system.

Другой задачей, решаемой предложенной системой, является снижение энергетического насыщения потока высокоэнергетического рабочего тела в аварийной ситуации путем перепуска его части через байпасные трубы, перфорации и выштамповки накладок, перегородок и поворотных створок в выходное устройство и/или атмосферу, в результате чего предотвращается возникновение помпажа (так как в нагнетателе (вентиляторе или компрессоре), а также и в турбине из-за резкой остановки (энергетически высоко насыщенного как по скорости, так и по температуре) высокоэнергетического рабочего тела возникает явление торможения столба или движущейся его массы с резким увеличением давлением на препятствие (аэрогидравлический удар), создающее условия для возникновения помпажа) и снижается вероятность уноса потоком рабочего тела к потребителю посторонних предметов и частиц.Another problem solved by the proposed system is to reduce the energy saturation of the flow of a high-energy working fluid in an emergency by transferring part of it through bypass pipes, punching and stamping the covers, partitions, and rotary flaps into the output device and / or atmosphere, as a result of which surging is prevented ( since in the supercharger (fan or compressor), as well as in the turbine, due to a sudden stop (energetically highly saturated both in speed and temperature), you okoenergeticheskogo working fluid occurs post braking phenomenon or moving its mass with a surge pressure on the obstacle (aerogidravlichesky shot) that creates conditions for occurrence of the surging) and decreases the likelihood of entrainment of the working fluid flow to a consumer of foreign objects and particles.

Указанные технические задачи решаются тем, что система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела, включает генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель его энергии и коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, систему управления, средство механической защиты, установленное в стенках коллектора с возможностью поворота и перекрытия всей площади его проходного сечения, источник питания и привод средства, кинематически связанный с последним, причем система снабжена противопомпажным устройством, а средство механической защиты выполнено в виде поворотных створок с внутренними перегородками, снабженных, по меньшей мере, двумя секторными, внутренней и внешней, накладками, расположенными на каждой поворотной створке с внешней и внутренней стороны, имеющих криволинейные коробчатые сечения и размещенных в углублениях внутренней стенки коллектора с возможностью поворота относительно осей, расположенных в плоскости его поперечного сечения симметрично и концентрично его оси, при этом привод средства включает индивидуальные приводные механизмы для каждой створки, аэрогидравлически сообщенные, по меньшей мере, с одним электрически связанным с системой управления источником питания высокоэнергетическим газом индивидуальных приводных механизмов поворотных створок, также тем, что поворотные створки выполнены с возможностью поворота до надежного контакта с внешней стенкой коллектора в наклонном положении под острым углом к его оси и перекрытия зазоров между ними.These technical problems are solved in that the emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid includes a generator of a high-energy working fluid, a consumer of its energy and a collector of a high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, a control system, and a mechanical protection device installed in the walls of the collector with the ability to rotate and overlap the entire area of its bore, the power source and drive means, throw connected with the latter, moreover, the system is equipped with an anti-surge device, and the mechanical protection means is made in the form of rotary flaps with internal partitions, provided with at least two sectorial, internal and external, overlays located on each rotary flap from the external and internal side, having curved box-shaped sections and located in the recesses of the inner wall of the collector with the possibility of rotation relative to axes located in the plane of its cross section and its axis concentrically, wherein the means drive includes individual drive mechanisms for each leaf, aerohydraulically connected with at least one high-energy gas electrically connected to the power supply control system of the individual drive mechanisms of the rotary shutters, also by the fact that the rotary shutters are made with the possibility of rotation to reliable contact with the outer wall of the collector in an inclined position at an acute angle to its axis and overlapping gaps between them.

А кроме того, тем, что противопомпажное устройство связано электрически с системой управления, снабжено для перепуска высокоэнергетического рабочего тела противопомпажными клапанами, их приводами и аварийными байпасными трубами, сообщенными с коллектором, входом выпускного устройства и/или атмосферой, и каналами, которые выполнены в виде несоосных перфораций в стенках, внутренних перегородках и накладках секторных поворотных створок системы аварийной механической защиты, а также - в виде выштамповок, расположенных на поверхностях их внутренних и внешних накладок, контактирующих с соответствующими стенками поворотных створок.And in addition, the fact that the anti-surge device is connected electrically to the control system is equipped with anti-surge valves, their actuators and emergency bypass pipes, connected to the collector, the outlet of the exhaust device and / or atmosphere, and channels, which are made in the form misaligned perforations in the walls, internal partitions and onlays of sector rotary flaps of the emergency mechanical protection system, as well as in the form of stampings located on their surfaces internal and external linings in contact with the corresponding walls of the rotary wings.

Противопомпажные клапаны могут быть снабжены разрывными мембранами и пневмоножами для вскрытия мембран или же выполнены в виде перфорированных стаканов, установленных во внешней стенке коллектора высокоэнергетического рабочего тела системы аварийной механической защиты с возможностью перекрытия входа аварийных байпасных труб, а также радиального перемещения и сообщения коллектора высокоэнергетического рабочего тела через аварийные байпасные трубы с атмосферой и/или выпускным устройством.Anti-surge valves can be equipped with rupture disks and pneumatic knives for opening the membranes or can be made in the form of perforated cups installed in the outer wall of the collector of the high-energy working fluid of the emergency mechanical protection system with the ability to block the input of emergency bypass pipes, as well as radial movement and communication of the high-energy working fluid collector through emergency bypass pipes with atmosphere and / or exhaust device.

Система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела включает генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель его энергии и коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, систему управления, средство механической защиты, установленное в стенках коллектора с возможностью поворота и перекрытия всей площади его проходного сечения, источник питания и привод средства, кинематически связанный с последним, причем система снабжена противопомпажным устройством, а средство механической защиты выполнено в виде поворотных створок с внутренними перегородками, снабженных, по меньшей мере, двумя секторными, внутренней и внешней, накладками, расположенными на каждой поворотной створке с внешней и внутренней стороны, имеющих криволинейные коробчатые сечения и размещенных в углублениях внутренней стенки коллектора с возможностью поворота относительно осей, расположенных в плоскости его поперечного сечения симметрично и концентрично его оси, при этом привод средства включает индивидуальные приводные механизмы для каждой створки, аэрогидравлически сообщенные, по меньшей мере, с одним электрически связанным с системой управления источником питания высокоэнергетическим газом индивидуальных приводных механизмов поворотных створок.The emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid includes a generator of a high-energy working fluid, a consumer of its energy, and a collector of a high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, a control system, a mechanical protection device installed in the walls of the collector with the possibility of rotation and overlap of the whole the area of its bore, the power source and drive means kinematically connected with the latter, moreover, the system with is fitted with an anti-surge device, and the mechanical protection means is made in the form of pivoting flaps with internal partitions, provided with at least two sectoral, internal and external, overlays located on each pivoting flap on the external and internal sides, having curved box sections and placed in recesses of the inner wall of the collector with the possibility of rotation relative to axes located in the plane of its cross section symmetrically and concentrically to its axis, while the drive is medium It comprises the CTBA individual drive mechanisms for each door, aerogidravlicheski reported by at least one electrically connected to a power supply control system of a high-energy gas individual drive mechanisms of rotary valves.

Такое выполнение системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела позволяет достичь следующих технических результатов:This embodiment of the emergency mechanical protection system for the consumer of a high-energy working fluid allows to achieve the following technical results:

1. Надежная механическая (броневая) защита потребителя высокоэнергетического рабочего тела при появлении в коллекторе посторонних предметов или обломков генератора и низкая стоимость ее производства. При этом следует отметить, что аэродинамической сепарацией путем организации осевой винтовой закрутки потока, наподобие циклонного отделителя, невозможно удалить из рабочего тела крупные части и обломки, так как она будут разрушать средства для организации закрутки в виде лопаток.1. Reliable mechanical (armor) protection of the consumer of a high-energy working fluid when foreign objects or generator fragments appear in the collector and the low cost of its production. It should be noted that aerodynamic separation by organizing an axial screw swirl of the flow, such as a cyclone separator, it is impossible to remove large parts and debris from the working fluid, since it will destroy the means for organizing the swirl in the form of blades.

2. Повышение срока службы потребителя высокоэнергетического рабочего тела и установки в целом, его ремонтопригодности, снижение затрат на ремонт и эксплуатацию в условиях появления аварийных ситуаций в генераторе, так как при правильном и быстром срабатывании системы будет предотвращена авария на потребителе высокоэнергетического рабочего тела и последующих агрегатах и устройствах ГТУ, таких как выпускное устройство, коллекторы, электрические и другие устройства потребителя.2. Increasing the service life of the consumer of the high-energy working fluid and the installation as a whole, its maintainability, reducing the cost of repairs and operation in the event of emergencies in the generator, since with the correct and quick operation of the system, an accident at the consumer of the high-energy working fluid and subsequent units will be prevented and gas turbine devices, such as exhaust device, manifolds, electrical and other consumer devices.

3. Простота использования, постоянная готовность к быстрому срабатыванию и механической защите потребителя высокоэнергетического рабочего тела, наличие малой номенклатуры унифицированных составляющих частей и высокая эффективность их работы.3. Ease of use, constant readiness for quick response and mechanical protection of the consumer of a high-energy working fluid, the presence of a small range of unified constituent parts and the high efficiency of their work.

4. Максимально возможное использование внутреннего пространства коллектора высокоэнергетического рабочего тела. Минимальное изменение внешних коммуникаций и конфигурации коллектора высокоэнергетического рабочего тела, низкие энергопотери, связанные с установкой системы. Низкие материальные и трудовые затраты на установку системы и переоснащение ГТУ.4. The maximum possible use of the internal space of the collector of a high-energy working fluid. Minimum change in external communications and the configuration of the collector of a high-energy working fluid, low energy losses associated with the installation of the system. Low material and labor costs for installing the system and retrofitting the gas turbine.

5. Повышение безопасности эксплуатации потребителя высокоэнергетического рабочего тела и установки в целом, так как снижается возможность проникновения в другие рабочие помещения аварийно разлетающихся частей и кусков разрушающегося генератора высокоэнергетического рабочего тела через коллектор, при этом следует отметить, что сам газогенератор обычно имеет свою броневую защиту от аварийных ситуаций.5. Improving the safety of the consumer’s operation of the high-energy working fluid and the installation as a whole, since it reduces the possibility of accidentally flying parts and pieces of the collapsing high-energy working fluid generator breaking through the collector into other working rooms, it should be noted that the gas generator itself usually has its armor protection from emergency situations.

6. Снижение затрат на эксплуатацию и ремонт установки, так как устройство и система не требуют больших дополнительных затрат на их эксплуатацию, которые сводятся к штатному использованию системы управления, унифицированных средств автоматизации и дополнительных элементов диагностирования состояния генератора, а снижение потерь от аварийных и профилактических мероприятий значительно перекрывает указанные выше затраты.6. Reducing the costs of operation and repair of the installation, since the device and the system do not require large additional costs for their operation, which are reduced to the regular use of the control system, standardized automation tools and additional elements for diagnosing the condition of the generator, and reducing losses from emergency and preventive measures significantly covers the above costs.

7. Расширение функциональных возможностей установки за счет получения дополнительной информации о состоянии элементов ГТУ средствами, дополняющими индикацию аварийного состояния ее генератора высокоэнергетического рабочего тела.7. Expanding the functionality of the installation by obtaining additional information about the state of the elements of gas turbines by means that complement the indication of the emergency state of its generator of a high-energy working fluid.

8. Устранение последствий аэрогидравлического удара в коллекторе и в противопомпажном устройстве, в результате чего обеспечивается сохранение работоспособности вентилятора и компрессора подачи воздуха в генераторе высокоэнергетического рабочего тела.8. Elimination of the consequences of aerohydraulic shock in the collector and in the anti-surge device, as a result of which the operability of the fan and the air supply compressor in the high-energy working fluid generator is ensured.

9. Снижение энергии движения потока высокоэнергетического рабочего тела и, как следствие этого, кинетической энергии посторонних предметов нем и способности их разрушительного воздействия.9. Reducing the energy of the flow of the high-energy working fluid and, as a consequence of this, the kinetic energy of foreign objects therein and the ability of their destructive effects.

10. Сепарация противопомпажными клапанами в отводимом потоке рабочего тела крупных и поглощение мелких осколков.10. Separation by anti-surge valves in the diverted flow of the working fluid of large and absorption of small fragments.

11. Максимальное использование для гашения аэрогидравлического удара элементов средства механической защиты (створок, их перегородок и накладок) системы путем их перфорации и изготовления в них каналов в виде выштамповок.11. The maximum use of the system of mechanical protection means (sashes, their partitions and overlays) for damping an aero-hydraulic impact of a system by perforating them and manufacturing channels in them in the form of stampings.

12. Расширение функциональных возможностей установки путем использования оптимальных по условиям происходящих аварийных событий режимов функционирования всех ее остальных элементов. Разные режимы работы выпускного устройства, противопомпажных клапанов и аварийных байпасных труб, позволяют оптимизировать последствия аварийных остановов установки для окружающей среды и персонала.12. Expanding the functionality of the installation by using the optimal operating conditions of all its other elements according to the conditions of the occurring emergency events. Different operating modes of the exhaust device, surge valves and emergency bypass pipes allow us to optimize the consequences of plant emergency shutdowns for the environment and personnel.

Кроме указанных, достигаются другие технические результаты. Поворотные створки выполнены с возможностью их поворота совместно с накладками до надежного контакта с внешней стенкой коллектора в наклонном положении под острым углом к его оси и перекрытия зазоров между ними. Это позволяет надежно перекрыть проходное сечение коллектора высокоэнергетического рабочего тела и предотвратить раскрытие зазоров, так как накладки будут препятствовать выпадению отдельных створок, а их наклон позволит воспринимать только часть кинетической энергии посторонних предметов и тангенциально их перфорированной поверхности отражать эти удары.In addition to these, other technical results are achieved. Rotary flaps are made with the possibility of their rotation together with the plates until they are in reliable contact with the outer wall of the collector in an inclined position at an acute angle to its axis and overlap the gaps between them. This allows you to reliably close the passageway of the collector of a high-energy working fluid and prevent the opening of gaps, since the pads will prevent the loss of individual valves, and their slope will allow you to perceive only part of the kinetic energy of foreign objects and tangentially their perforated surface to reflect these shocks.

Противопомпажное устройство связано электрически с системой управления, снабжено для перепуска высокоэнергетического рабочего тела противопомпажными клапанами, их приводами и аварийными байпасными трубами, сообщенными с входом выпускного устройства или атмосферой, и каналами, которые выполнены в виде несоосных перфораций в стенках, перегородках и накладках поворотных створок системы аварийной механической защиты, а также каналов, расположенных на поверхностях их внутренних и внешних накладок, контактирующих с соответствующими стенками поворотных створок. Через указанные элементы высокоэнергетическое рабочее тело будет истекать в другие рабочие и нерабочие объемы, а частицы и предметы, могущие повредить потребитель высокоэнергетического рабочего тела, не смогут преодолеть перфорации противопомпажных клапанов, поворотных створок, их перегородок и накладок, а при этом также будет происходить гашение энергии движения путем ударов об них и поглощение крупных частей и посторонних предметов.The anti-surge device is electrically connected to the control system, equipped with anti-surge valves, their actuators and emergency bypass pipes, connected to the outlet of the exhaust device or the atmosphere, and channels, which are made in the form of non-aligned perforations in the walls, partitions and pads of the system's rotary shutters, for bypassing the high-energy working fluid emergency mechanical protection, as well as channels located on the surfaces of their internal and external linings in contact with the corresponding nkami rotary wings. Through these elements, the high-energy working fluid will flow into other working and non-working volumes, and particles and objects that could damage the consumer of the high-energy working fluid will not be able to overcome the perforations of the anti-surge valves, rotary shutters, their partitions and linings, and energy will also be quenched movement by striking them and absorbing large parts and foreign objects.

Противопомпажное устройство, в котором противопомпажные клапаны снабжены разрывными мембранами и пневмоножами для вскрытия мембран, позволяет упростить их конструкцию.The anti-surge device, in which the anti-surge valves are equipped with rupture disks and pneumatic knife for opening the membranes, allows to simplify their design.

Противопомпажное устройство, в котором противопомпажные клапаны выполнены в виде перфорированных стаканов, установленных во внешней стенке коллектора высокоэнергетического рабочего тела системы аварийной механической защиты с возможностью перекрытия входа аварийных байпасных труб, а также радиального перемещения и сообщения коллектора высокоэнергетического рабочего тела через аварийные байпасные трубы с атмосферой и/или выпускным устройством, что в штатном положении, перекрывающем аварийные байпасные трубы, позволяет минимально изменить конфигурацию внешней стенки коллектора, а в рабочем, выдвинутом состоянии, создать дополнительное препятствие для движения посторонних предметов.The anti-surge device, in which the anti-surge valves are made in the form of perforated cups installed in the outer wall of the collector of the high-energy working fluid of the emergency mechanical protection system with the possibility of blocking the input of the emergency bypass pipes, as well as the radial movement and communication of the high-energy working fluid collector through the emergency bypass pipes with the atmosphere and / or an exhaust device, which in the normal position, covering the emergency bypass pipes, allows a minimum change the configuration of the outer wall of the reservoir, and in working, extended position, create an additional obstacle for the movement of foreign objects.

Указанное выше выполнение элементов системы позволяет при обычной штатной работе ГТУ снизить энергетические потери (динамического напора высокоэнергетического рабочего тела и его тепла в материал механического защитного средства). Конфигурация внутренних поверхностей коллектора практически не изменяется, так как криволинейные поверхности поворотных створок и противопомпажных клапанов будут повторять поверхность обычного коллектора. В коллекторе также может располагаться валопровод отвода энергии от последней ступени газового или газотурбинного генератора, который также будет защищен от тепловых нагрузок. При этом межремонтные сроки службы средства механической защиты должны быть больше, чем межремонтные сроки составляющих ГТУ, и тогда они не смогут ухудшить эту характеристику установки. Готовность к срабатыванию и механической защите потребителя не должна снижаться при длительном сроке работы ГТУ, так как основные ответственные узлы приводов, источников питания и поворотных створок находятся в благоприятных условиях и не подвергаются высокой температуре, давлению или коррозионному воздействию рабочего тела.The aforementioned implementation of the system elements allows during normal routine operation of a gas turbine to reduce energy losses (dynamic pressure of a high-energy working fluid and its heat into the material of a mechanical protective equipment). The configuration of the inner surfaces of the manifold remains practically unchanged, since the curved surfaces of the rotary flaps and anti-surge valves will repeat the surface of a conventional collector. The collector may also contain a shaft of energy removal from the last stage of a gas or gas turbine generator, which will also be protected from thermal loads. In this case, the overhaul life of the mechanical protection means should be longer than the overhaul time of the components of the gas turbine, and then they will not be able to degrade this characteristic of the installation. The readiness for actuation and mechanical protection of the consumer should not decrease during the long term operation of the gas turbine, since the main responsible units of the drives, power supplies and rotary flaps are in favorable conditions and are not exposed to high temperature, pressure or corrosive effects of the working fluid.

Кинематическая связь отдельных элементов поворотных створок повышает надежность срабатывания всего средства, так как, если начнет двигаться хотя бы одна из створок, то за счет кинематической связи через накладки с другими створками она начнет страгивать и двигать соседние створки, а при достаточной мощности ее индивидуального привода она может сдвинуть даже все остальные створки. Далее они будут подхвачены потоком высоко энергетического рабочего тела и поставлены в рабочее положение с надежным контактом к внешней стенке и перекрытием всех зазоров между ними и стенками коллектора.The kinematic connection of the individual elements of the pivoting flaps increases the reliability of the operation of the whole tool, since if at least one of the flaps starts moving, then due to the kinematic connection through the lining with the other flaps, it will start stragging and moving the adjacent flaps, and if the individual drive has sufficient power, it will can even shift all other leaves. Then they will be picked up by the flow of a high-energy working fluid and put into working position with reliable contact to the outer wall and overlapping all the gaps between them and the walls of the collector.

Поворот створок вокруг осей, расположенных в плоскости поперечного сечения симметрично и концентрично его оси позволяет максимально упростить расположение приводов створок, например, разместив их радиально, кинематику их связей и движения и обеспечить одинаковую унифицированную конструкцию, форму и расположение створок и накладок, что удешевляет их изготовление, установку и ремонт.The rotation of the flaps around the axes located symmetrically and concentrically to its axis in the plane of the cross section allows to simplify the arrangement of the leaf drives as much as possible, for example, by placing them radially, the kinematics of their connections and movements and to provide the same unified design, shape and arrangement of the flaps and linings, which makes their manufacture cheaper , installation and repair.

Снабжение поворотных створок секторными внутренними и внешними накладками, расположенными на соответствующих их поверхностях, например, попеременно с внешней и внутренней стороны каждой створки в шахматном порядке или по одной боковой ее стороне, а в их сложенном состоянии позволяет обеспечить надежную кинематическую связь створок между собой, так как накладки предыдущей створки упираются в соответствующую поверхность последующей створки, что в раскрытом положении обеспечивает надежное перекрытие секторных зазоров между створками и соответственно всей площади поперечного проходного сечения проточной части коллектора высокоэнергетического рабочего тела. Можно располагать накладки и в ином порядке, обеспечивающем надежное перекрытие зазоров в раскрытом их состоянии, но остальные варианты, например такой, когда накладки попарно находятся только с внутренней или с наружной стороны створки, сложнее в изготовлении и не обеспечивает унифицированную форму и полную взаимозаменяемость, то есть не являются оптимальными по унификации.The supply of rotary flaps with sectorial internal and external overlays located on their respective surfaces, for example, alternately from the outer and inner sides of each leaf in a checkerboard pattern or on one side of it, and in their folded state allows for reliable kinematic connection of the flaps with each other, so how the overlays of the previous sash abut against the corresponding surface of the subsequent sash, which in the open position provides reliable overlap of sector gaps between the sashes and, accordingly, the entire cross-sectional area of the flow passage of the collector of the high-energy working fluid. It is possible to arrange the linings in a different order that provides reliable overlap of the gaps in their open state, but other options, for example, when the linings are pairwise located only on the inner or outer side of the sash, are more difficult to manufacture and do not provide a uniform shape and complete interchangeability, then there are not optimal for unification.

Наличие у каждой поворотной створки индивидуального привода, аэрогидравлически сообщенного, по меньшей мере, с одним источником питания индивидуальных приводов секторных поворотных створок, электрически связанного с системой управления, позволяет повысить надежность и быстроту срабатывания средства механической защиты. Как уже указывалось, кинематическая связь створок позволяет повысить одновременность срабатывания всех приводов даже при наличии различия в их свойствах, таких как скорость срабатывания, усилие действия, наличие неодинаковых некомпенсированных зазоров и т.д. Так как при срабатывании одного из них должны сработать и остальные. При этом приводы могут быть сообщены с разными источниками высокоэнергетического газа попеременно через один или в ином порядке, повышающем надежность срабатывания. Использование в приводе высокоэнергетического газа обеспечивает наибольшую скорость срабатывания индивидуальных приводных механизмов и наименьшую стоимость привода средства механической защиты.The presence of each rotary leaf of an individual actuator, aero-hydraulically connected with at least one power source of individual actuators of sector rotary shutters, electrically connected to the control system, allows to increase the reliability and speed of operation of the mechanical protection means. As already mentioned, the kinematic connection of the valves allows to increase the simultaneous actuation of all actuators even if there is a difference in their properties, such as actuation speed, force of action, the presence of unequal uncompensated gaps, etc. Since when one of them is triggered, the rest should work. In this case, the drives can be communicated with different sources of high-energy gas alternately through one or in another order, which increases the reliability of operation. The use of high-energy gas in the drive provides the highest response speed of individual drive mechanisms and the lowest cost of the drive of mechanical protection.

Дублирование источников питания, например, путем использования быстродействующего пневмопривода, пиропатрона или другого источника высокоэнергетического газа, срабатывающих от единого сигнала системы управления, также позволяет повысить надежность и быстроту срабатывания системы механической защиты.Duplication of power sources, for example, by using a high-speed pneumatic actuator, squib or other high-energy gas source, triggered by a single signal from the control system, also improves the reliability and speed of operation of the mechanical protection system.

После раскрытия средства механической защиты, то есть постановки поворотных створок в рабочее положение, они воспринимают на себя удары посторонних предметов или частей аварийно разрушающегося генератора, летящих с опасными скоростями, задерживают их или уменьшают их скорость и ослабляют их удары. Современное программное обеспечение позволяет правильно рассчитать прочность и жесткость створок, их перегородок и накладок. А после проведения необходимого объема испытаний и, при необходимости, местного усиления отдельных частей створок они должны задержать все опасные посторонние предметы, не допустив их пролета к потребителю высокоэнергетического рабочего тела. Это обеспечит надежную его механическую защиту, увеличит срок его службы, снизит затраты на его плановые и неплановые ремонты и на соответствующие ремонты ГТУ в целом, повысит его ремонтопригодность при неплановых ремонтах и снизит затраты на них, соответственно повысит работоспособность, сроки службы установки в целом, повысит безопасность эксплуатации ГТУ, снизит потери от последствий экстренного отключения привода потребителя, путем его медленной остановки или выбега на холостом ходу и отсутствие заклинивания привода и нештатной работы валопроводов и других связей с приводимым агрегатом.After the mechanical protection means are opened, that is, the rotary shutters are put into working position, they take on themselves the impacts of foreign objects or parts of the accidentally collapsing generator flying at dangerous speeds, delay them or reduce their speed and weaken their impacts. Modern software allows you to correctly calculate the strength and stiffness of the flaps, their partitions and linings. And after carrying out the necessary volume of tests and, if necessary, local strengthening of individual parts of the valves, they must detain all dangerous foreign objects, not allowing them to fly to the consumer of a high-energy working fluid. This will provide reliable mechanical protection, increase its service life, reduce the costs of its scheduled and unscheduled repairs and related repairs of the gas turbine in general, increase its maintainability during unscheduled repairs and reduce the cost of them, respectively, increase operability, service life of the installation as a whole, increase the safety of operation of the gas turbine, reduce the losses from the consequences of an emergency shutdown of the consumer’s drive, by stopping it slowly or by running idling and the absence of jamming of the drive and emergency bots shafting and other ties with the driven machine.

Малые затраты на реконструкцию ГТУ и ее коммуникаций для установки системы, обеспечивают такие факторы как, отсутствие потребности в дополнительном пространстве для размещения ее составляющих, потому что используется внутреннее свободное пространство коллектора, что обеспечит компактность устройства, простоту использования и постоянную готовность к срабатыванию, расширит функциональные возможности устройства и системы, путем возможности введения в рабочее тело или сжатый воздух средств для пожаротушения, гашения огня, таких как вода или порошковые составы тушения огня, и использования естественных защитных функций кожуха и каналов охлаждения опоры потребителя, расположенной в коллекторе.Low costs for the reconstruction of gas turbines and its communications for installation of the system are ensured by such factors as the lack of need for additional space to accommodate its components, because the internal free space of the collector is used, which will ensure the compactness of the device, ease of use and constant readiness for operation, expand the functional the capabilities of the device and system, by the possibility of introducing into the working fluid or compressed air fire extinguishing means, extinguishing fires, such as in or a fire extinguishing powder compositions, and use of natural protective functions of housing and cooling channels consumer support located in the reservoir.

При этом произойдет расширение функциональных возможностей и надежности работы системы на начальном этапе срабатывания за счет быстрого выдвижения и малой инерционности противопомпажных клапанов, в связи с чем появляется возможность восприятия ими ударов части мелких посторонних предметов, а также уноса через них наиболее мелких частиц с потоком отходящих газов в аварийные байпасные трубы. Таким образом, противопомпажные клапаны как бы будут средством механической защиты на указанном этапе. А сброс давления и скорости отходящих газов в коллекторе высокоэнергетического рабочего тела снизит энергию движения посторонних предметов и обломков.At the same time, the functionality and reliability of the system at the initial stage of expansion will expand due to the rapid extension and low inertia of the anti-surge valves, which makes it possible to perceive impacts of some small foreign objects, as well as carry through them the smallest particles with the exhaust gas flow into emergency bypass pipes. Thus, the anti-surge valves would be a means of mechanical protection at the indicated stage. And the discharge of pressure and velocity of the exhaust gases in the collector of a high-energy working fluid will reduce the energy of movement of foreign objects and debris.

В связи с тем, что в момент взаимодействия защитных створок с обломками деталей, обладающими большим запасом кинетической энергии, на створки действуют значительные усилия от соударения с обломками деталей, а следовательно, силовое кольцо, на котором закреплены защитные поворотные створки, должно эти нагрузки выдержать, к прочности и жесткости внутренней стенки коллектора высокоэнергетического рабочего тела предъявляются высокие требования. И они полностью выполняются благодаря тому, что в газотурбиностроении принято коллекторы (переходники) высокоэнергетического рабочего тела, устанавливаемые между генератором высокоэнергетического рабочего тела (газогенератором) и потребителем энергии этого рабочего тела (силовой турбиной), изготавливать со значительным запасом прочности и жесткости. Коллекторы высокоэнергетического рабочего тела (переходники), являясь базовыми силовыми элементами, проектируются и изготавливаются в стационарном варианте, при этом наружная и внутренняя стенки переходника обычно выполняются с толщиной стенок, обеспечивающей его прочность и долговечность. Пилоны (стойки), соединяющие наружную и внутреннюю стенки переходника, не только придают ему требуемую по условиям работы жесткость и устойчивость к большим нагрузкам, но позволяют относительно просто через каналы и полости стоек провести коммуникации для подачи и слива масла из подшипниковых опор, организовать суфлирование масляных полостей, подачу воздуха различного давления в различные точки внутри переходника. Так как из-за разности температур наружная и внутренняя стенки при нагреве удлиняются по-разному, то при проектировании это учитывают и вводят в конструкцию переходника различные конструктивные приемы, позволяющие учесть неравномерность температурных расширений различных элементов переходника и в значительной мере разгрузить его конструкцию от термических напряжений. Кроме того, в конструкцию наружной и внутренней стенок переходника вводят различные подкрепляющие стенки с фланцевыми креплениями для удобства разборки-сборки при монтаже и ремонте.Due to the fact that at the moment of interaction of the protective shutters with the fragments of parts with a large supply of kinetic energy, the shutters are subject to significant forces from impact with the fragments of the parts, and therefore, the force ring on which the protective rotary shutters are fixed must withstand these loads, high demands are placed on the strength and rigidity of the inner wall of the collector of a high-energy working fluid. And they are fully implemented due to the fact that in gas turbine engineering it is customary to produce collectors (adapters) of a high-energy working fluid installed between a generator of a high-energy working fluid (gas generator) and the energy consumer of this working fluid (power turbine) with a significant margin of safety and rigidity. The collectors of a high-energy working fluid (adapter), being the basic power elements, are designed and manufactured in a stationary version, while the outer and inner walls of the adapter are usually made with a wall thickness that ensures its strength and durability. The pylons (racks) connecting the outer and inner walls of the adapter not only give it the stiffness and resistance to heavy loads required by the working conditions, but they make it relatively easy to conduct communications through the channels and cavities of the racks to supply and drain oil from the bearing supports, organize oil venting cavities, air supply of various pressures to various points inside the adapter. Since, due to the temperature difference, the outer and inner walls elongate differently during heating, this is taken into account during the design process and various design methods are introduced into the design of the adapter, allowing to take into account the unevenness of the temperature expansion of various elements of the adapter and significantly relieve its design from thermal stresses . In addition, various reinforcing walls with flange mounts are introduced into the design of the outer and inner walls of the adapter for the convenience of disassembly-assembly during installation and repair.

В газотурбинных двигателях и газотурбинных установках наземного и морского применения высокоэнергетическое рабочее тело (высокотемпературный газ) движется в проточной части с большой скоростью. Время пребывания продуктов сгорания топлива внутри проточной части генератора очень мало, а, следовательно, обломок детали, оказавшийся в потоке газовоздушного тракта, очень быстро набирает продольную скорость, а также окружную закрутку, и с большим запасом кинетической энергии выходит из газогенератора в проточную часть коллектора высокоэнергетического рабочего тела и далее попадает на вход в потребитель энергии этого рабочего тела (силовую турбину). Поэтому своевременное обнаружение появления обломка (группы обломков деталей) и их надежный перехват в зоне коллектора (переходника) задача технически сложная. Эта задача трудноразрешима, если для выявления внезапно возникшей поломки в проточной части генератора высокоэнергетического рабочего тела использовать традиционные диагностические средства контроля, например, контроль вибрационного состояния опор генератора высокоэнергетического рабочего тела. Если ориентироваться на сигнал об изменении вибрационного состояния генератора высокоэнергетического рабочего тела, то можно выполнить ложное включение защитного механического устройства, когда рост вибраций связан не с нарушением дисбаланса ротора из-за разрушения лопатки, а с разрушением подшипниковой опоры. При этом, в проточной части генератора высокоэнергетического рабочего тела все может нормально продолжать работать, ничем не угрожая потребителю энергии этого рабочего тела (силовой турбине).In gas turbine engines and gas turbine installations of land and sea applications, a high-energy working fluid (high-temperature gas) moves in the flow part with high speed. The residence time of the products of fuel combustion inside the flow part of the generator is very short, and, therefore, a fragment of the part that is in the flow of the gas-air duct very quickly gains longitudinal velocity and also circumferential swirl, and with a large supply of kinetic energy leaves the gas generator in the flow part of the high-energy collector the working fluid continues to enter the energy consumer of this working fluid (power turbine). Therefore, the timely detection of the appearance of a fragment (a group of fragments of parts) and their reliable interception in the zone of the collector (adapter) is a technically difficult task. This task is difficult to solve if traditional diagnostic means of control, for example, monitoring the vibrational state of the supports of the generator of a high-energy working fluid, are used to identify a sudden breakdown in the flow part of the generator of a high-energy working fluid. If we focus on the signal about a change in the vibrational state of the generator of a high-energy working fluid, then we can carry out a false activation of the protective mechanical device when the growth of vibrations is associated not with the imbalance of the rotor due to the destruction of the blade, but with the destruction of the bearing support. Moreover, in the flow part of the generator of a high-energy working fluid, everything can continue to work normally, without threatening the consumer of energy of this working fluid (power turbine).

Вполне возможна и такая ситуация, когда в газовоздушном тракте происходит отделение фрагмента от рабочей лопатки компрессора или турбины, но отделившийся фрагмент так мал, что нарушить заметным образом дисбаланс ротора он не может. По вибродатчикам - с газогенератором все нормально, но маленький обломок быстро набрал скорость и, двигаясь в генераторе, соударяется с подвижными и статорными деталями и наносит им повреждения, включая отделения от них мелких и крупных обломков. Идет лавинообразное появление обломков различных деталей проточной части генератора, часть из них уже покинула генератор, движется по коллектору высокоэнергетического рабочего тела (переходнику) и, наконец, начинает свою разрушительную работу в газовоздушном тракте потребителя энергии этого рабочего тела (в силовой турбине). А в это время в газовоздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела разрушение рабочих лопаток роторов достигло таких значений, что возросли дисбалансы роторов до значений, на которые среагировали датчики вибраций и дали сигнал в систему управления газотурбинного привода на останов. То есть отключение газотурбинного привода произошло слишком поздно: сильно пострадали и проточная часть генератора высокоэнергетического рабочего тела, и проточная часть потребителя энергии этого рабочего тела (силовой турбины).It is quite possible that such a situation occurs when a fragment separates from the working blade of a compressor or turbine in the gas-air duct, but the separated fragment is so small that it cannot disturb the rotor imbalance in a noticeable way. As far as vibration sensors are concerned, everything is fine with the gas generator, but the small chip quickly gained speed and, moving in the generator, collides with moving and stator parts and causes damage to them, including the separation of small and large fragments from them. There is an avalanche-like appearance of fragments of various parts of the flow part of the generator, some of them have already left the generator, move along the collector of the high-energy working fluid (adapter), and finally begin its destructive work in the gas-air path of the energy consumer of this working fluid (in the power turbine). At this time, in the gas-air path of the generator of a high-energy working fluid, the destruction of the rotor blades reached such values that the imbalances of the rotors increased to the values that the vibration sensors reacted and gave a signal to the gas-turbine drive control system to stop. That is, the shutdown of the gas-turbine drive occurred too late: both the flow part of the high-energy working fluid generator and the flow part of the energy consumer of this working fluid (power turbine) were badly damaged.

Задача по надежной защите потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины) от разрушения летящими из поврежденного генератора высокоэнергетического рабочего тела обломками может быть надежно решена, если система ее аварийной механической защиты будет включать в себя ряд элементов, использующих современные технологии, которые при этом действуют синхронно и с малой инерционностью, позволяя в доли секунды обнаружить начало возникновения в проточной части генератора высокоэнергетического рабочего тела аварийной ситуации (например, на вход в проточную часть генератора попал посторонний предмет), проанализировать сигналы от датчиков диагностической системы с применением специализированных программ, выдать сигнал исполнительным механизмам на выдвижение поворотных створок в проточную часть коллектора высокоэнергетического рабочего тела (переходника) и включение противопомпажной системы защиты аварийного генератора высокоэнергетического рабочего тела.The task of reliably protecting the consumer of a high-energy working fluid (power turbine) from destruction by debris flying from a damaged generator of a high-energy working fluid can be reliably solved if its emergency mechanical protection system includes a number of elements using modern technologies that operate simultaneously and with low inertia, allowing in a split second to detect the onset of an emergency in the flow part of the generator of a high-energy working fluid (for example, a foreign object has entered the flow part of the generator), analyze the signals from the sensors of the diagnostic system using specialized programs, give a signal to the actuators to extend the rotary flaps into the flow part of the collector of a high-energy working fluid (adapter) and turn on the emergency surge protection system high energy working fluid generator.

Именно таким принципам отвечает наше изобретение, в наибольшей степени отвечающее рассмотренным требованиям.It is to these principles that our invention meets the most relevant requirements.

Система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (например, защиты силовой турбины от повреждения движущимися из аварийного генератора высокоэнергетического рабочего тела обломками деталей) делится на четыре части:The emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid (for example, protecting a power turbine from damage by fragments of parts moving from an emergency high-energy working fluid generator) is divided into four parts:

1. Система обнаружения момента начала процесса разрушения деталей в газо-воздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела (обнаружение момента появления первого обломка в любой части газовоздушного тракта генератора или попадание в генератор постороннего предмета) и выдачи сигнала о возникновении аварийной ситуации в генераторе высокоэнергетического рабочего тела.1. A system for detecting the moment of the beginning of the process of destruction of parts in the gas-air path of the generator of a high-energy working fluid (detecting the moment of the appearance of the first fragment in any part of the gas-air path of the generator or getting into the generator of a foreign object) and issuing a signal about an emergency in the generator of the high-energy working fluid.

2. Средство механической защиты в виде поворотных створок, перекрывающих кольцевой канал в коллекторе высокоэнергетического рабочего тела (переходнике) и осуществляющих перехват летящих к потребителю энергии этого рабочего тела (к силовой турбине) обломков деталей из проточной части генератора высокоэнергетического рабочего тела.2. Means of mechanical protection in the form of pivoting flaps overlapping the annular channel in the collector of a high-energy working fluid (adapter) and intercepting fragments of parts from the flow part of the generator of a high-energy working fluid flying to the consumer of the energy of this working fluid (power turbine).

3. Противопомпажное устройство, защищающее детали газовоздушного тракта генератора высокоэнергетического рабочего тела от опасного роста давлений и температур в его проточной части, возникающих в момент перекрытия проходного сечения коллектора высокоэнергетического рабочего тела (переходника) защитными створками, что провоцирует динамическую остановку массы рабочего тела, срывы и обратное течение потока газов, а также внезапный рост температуры газа, т.е. помпаж.3. An anti-surge device that protects the parts of the gas-air path of the generator of a high-energy working fluid from dangerous growth of pressures and temperatures in its flowing part that occur at the moment of blocking of the passage section of the collector of a high-energy working fluid (adapter) with protective flaps, which provokes a dynamic stop of the mass of the working fluid, breakdowns and reverse flow of gases, as well as a sudden increase in gas temperature, i.e. surge.

Если при срабатывании защитного механического устройства не принять меры, исключающие возникновение режима помпажа, то велика вероятность дополнительного повреждения генератора высокоэнергетического рабочего тела (резкий заброс температуры газа может перегреть рабочие лопатки турбины, резкое возрастание давления газа может проявиться в виде обратного течения потока газа с резким его выбросом на входную сторону генератора), в результате чего поток газа может погнуть или даже сломать лопатки направляющих аппаратов компрессора, а также рабочие лопатки его отдельных ступеней.If, when the protective mechanical device is tripped, measures are taken to exclude the occurrence of the surge mode, then the likelihood of additional damage to the generator of the high-energy working fluid is high (a sharp drop in gas temperature can overheat the turbine blades, a sharp increase in gas pressure can manifest itself in the form of a reverse gas flow with a sharp emission to the input side of the generator), as a result of which the gas flow can bend or even break the blades of the compressor guide vanes, and e rotor blades of the individual stages.

4. Наружные и внутренние коммуникации, через которые под высоким давлением подается высокоэнергетический газ, то есть сжатый воздух или продукты сгорания технической пороховой шашки, к приводным механизмам поворотных створок при их переводе в рабочее положение, при котором возможен перехват обломков деталей на их пути следования к входу в газовоздушный тракт потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины), а также трубопроводы, по которым осуществляется отвод высокотемпературного газа из генератора высокоэнергетического рабочего тела в обход потребителя энергии этого рабочего тела (силовой турбины), и высокоэнергетический газ, используемый в механизмах привода поворотных створок системы механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины).4. External and internal communications through which high-energy gas, that is, compressed air or products of the combustion of technical powder bombs, is supplied under high pressure to the drive mechanisms of the rotary flaps when they are transferred to the working position, in which it is possible to intercept fragments of parts along their route to the entrance to the gas-air path of the consumer of a high-energy working fluid (power turbine), as well as pipelines through which high-temperature gas is removed from the high-energy generator the working fluid bypassing the energy consumer of this working fluid (power turbine), and high-energy gas used in the drive mechanisms of the rotary flaps of the mechanical protection system for the consumer of the high-energy working fluid (power turbine).

Система обнаружения начала разрушения деталей в газовоздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела или попадания на вход в генератор постороннего предмета в целях ее максимального быстродействия должна базироваться на новых принципах и технологиях выявления поломок на самой ранней стадии их возникновения. Для генераторов высокоэнергетического рабочего тела наземных и морских газотурбинных установок из-за высоких предъявляемых к ним требований подходят бесконтактные диагностические системы, обладающие большой информативностью о процессах, происходящих в газовоздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела в любой текущий момент его работы, например, работающие на следующих физических принципах:The system for detecting the beginning of the destruction of parts in the gas-air path of a generator of a high-energy working fluid or getting a foreign object entering the generator in order to maximize its speed should be based on new principles and technologies for detecting breakdowns at the very early stage of their occurrence. Because of the high requirements imposed on them, non-contact diagnostic systems are suitable for the generators of the high-energy working fluid of land and offshore gas turbine plants, which are very informative about the processes occurring in the gas-air path of the high-energy working fluid generator at any current moment of its operation, for example, operating on the following physical principles:

1. Регистрация изменения нестационарных электрических полей, генерируемых потоком газа в газовоздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела.1. Registration of changes in non-stationary electric fields generated by the gas flow in the gas-air path of the generator of a high-energy working fluid.

2. Регистрация высокочувствительными микрофонами, расположенными над различными участками газового тракта по длине газогенератора, изменений спектра шумов работающего генератора высокоэнергетического рабочего тела с целью обнаружения по характеру изменения спектра шумов возникшей неисправности (например, попадание на вход в генератор постороннего предмета, обрыв стержня болта, удерживающего внутри проточной части вставку, расположенную над рабочей лопаткой турбины, отделение фрагмента от пера рабочей лопатки компрессора или турбины и многие другие поломки деталей).2. Registration by high-sensitivity microphones located over various sections of the gas path along the length of the gas generator, changes in the noise spectrum of the working generator of the high-energy working fluid in order to detect the nature of the change in the noise spectrum of the malfunction that has arisen (for example, a foreign object entering the generator input, breaking the bolt holding the rod inside the flow part an insert located above the turbine blade, separating the fragment from the pen of the compressor or turbine blade us and many other parts breakdowns).

Оба этих метода ранней диагностики основаны на непрерывном сравнении нестационарных электрических и акустических полей, генерируемых газом проточной части газогенератора, записанных на различных режимах нормально работающего генератора и хранящихся в памяти ЭВМ, с текущей картиной электрических полей или спектра акустических шумов работающего генератора.Both of these early diagnostic methods are based on a continuous comparison of unsteady electric and acoustic fields generated by the gas of the gas generator flow, recorded in various modes of a normally working generator and stored in a computer, with the current picture of electric fields or the spectrum of acoustic noise of a working generator.

Сигнал на перевод поворотных створок в рабочее положение выдается в тот момент, когда диагностическая система повышенной чувствительности выявляет произошедшие изменения по сравнению с эталонной картиной параметра, хранящегося в памяти ЭВМ.The signal to translate the rotary shutters to the operating position is issued at the moment when the diagnostic system of increased sensitivity detects the changes that have occurred in comparison with the reference picture of the parameter stored in the computer's memory.

3. Появились и успешно отрабатываются в эксперименте диагностические системы, использующие другие технологии. Например, лазерная диагностика потока газов, использующая эффект Доплера и особенности рассеяния лазерного излучения частицами газового потока, а также радиолокационные системы обнаружения появившихся в среде высокотемпературного газа посторонних предметов или обломков деталей генератора высокоэнергетического рабочего тела (малогабаритная аппаратура на современной элементной базе, приемные датчики которой могут длительно работать в потоке высокотемпературного газового потока).3. Diagnostic systems using other technologies have appeared and are being successfully tested in an experiment. For example, laser diagnostics of a gas flow using the Doppler effect and features of laser radiation scattering by gas flow particles, as well as radar systems for detecting foreign objects or fragments of parts of a generator of a high-energy working fluid that have appeared in a high-temperature gas medium (small-sized equipment on a modern element base, the receiving sensors of which can work continuously in a high-temperature gas stream).

В отличие от датчиков бесконтактных диагностических систем, лазерные и радиолокационные датчики размещаются на корпусных деталях узлов генератора высокоэнергетического рабочего тела, а их чувствительные элементы через специальные отверстия вводятся в проточную часть генератора. Количество и расположение датчиков выбирается из условия, чтобы в поле их зрения находилось все внутреннее пространство проточной части генератора высокоэнергетического рабочего тела, а при отказе одного или нескольких датчиков качество обзора не ухудшалось за счет перекрытия соседними датчиками зон наблюдения за секторами проточной части генератора.Unlike sensors of non-contact diagnostic systems, laser and radar sensors are located on the body parts of the generator assemblies of the high-energy working fluid, and their sensitive elements are introduced through special openings into the flow part of the generator. The number and location of sensors is selected so that the entire interior of the flow part of the generator of the high-energy working fluid is in their field of view, and if one or several sensors fails, the viewing quality does not deteriorate due to the overlapping neighboring sensors of the observation zones of the generator flow part sectors.

Зачем необходимо размещать датчики диагностической системы на протяжении всей длины генератора высокоэнергетического рабочего тела? Ведь если в проточной части генератора произойдет случайная поломка детали или на вход в генератор попадет посторонний предмет, то подхваченный газовым потоком он неминуемо окажется на выходе из генератора высокоэнергетического рабочего тела и будет обнаружен диагностической системой (начальный участок коллектора высокоэнергетического рабочего тела (переходника), соединяющего проточные части генератора высокоэнергетического рабочего тела и потребителя энергии этого рабочего тела (силовой турбины), также снабжен датчиками диагностической системы). Если рассуждать так, то, на первый взгляд, не требуются устанавливать датчики по всей длине генератора высокоэнергетического рабочего тела. Но при более внимательном рассмотрении фактора времени при обнаружении неисправности и выдачи сигнала на ввод в действие защитных створок для перехвата обломков, становится понятной важность обнаружения обломков, детали или постороннего предмета на возможно большом удалении от выхода из генератора высокоэнергетического рабочего тела. Это позволит не только своевременно отключить генератор высокоэнергетического рабочего тела, что уменьшит число повреждений в нем, но при этом систему управления можно запрограммировать так, что при выявлении аварийной ситуации на начальном или среднем по длине генератора участке, можно будет выделить больше времени программному анализу текущей ситуации, а это повысит вероятность точной выдачи сигнала на введение в действие механической системы защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины), при этом снижается вероятность выдачи ложного сигнала на включение системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела.Why is it necessary to place the sensors of the diagnostic system along the entire length of the generator of a high-energy working fluid? Indeed, if an accidental part breakdown occurs in the generator’s flow part or a foreign object enters the generator’s entrance, it will inevitably be caught by the gas stream at the outlet of the high-energy working fluid generator and will be detected by the diagnostic system (the initial section of the high-energy working fluid collector (adapter) connecting flowing parts of the generator of a high-energy working fluid and the energy consumer of this working fluid (power turbine) are also equipped with diagnostics sensors system). If we argue this way, then, at first glance, it is not required to install sensors along the entire length of the generator of a high-energy working fluid. But with a more careful consideration of the time factor when a malfunction is detected and a signal is issued to put the protective flaps into operation to intercept the debris, the importance of detecting debris, part or foreign object at the greatest possible distance from the output of the high-energy working medium from the generator becomes clear. This will allow not only timely disconnecting the generator of the high-energy working fluid, which will reduce the number of damages in it, but the control system can also be programmed so that if an emergency is detected in the initial or average section along the length of the generator, more time can be allocated for program analysis of the current situation , and this will increase the likelihood of accurate signal output to the introduction of the mechanical consumer protection system of a high-energy working fluid (power turbine), while reducing there is a likelihood of issuing a false signal to turn on the emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid.

Чтобы в максимальной степени избежать выдачи ложной команды на приведение в действие системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины) от движущихся в газовоздушном потоке обломков генератора высокоэнергетического рабочего тела, необходимо, чтобы при его работе были в непрерывном режиме задействованы две или более диагностические системы, работающие на разных физических принципах. Например, параллельно с бесконтактной акустической системой диагностики должна работать радиолокационная система, а управляющий сигнал на ввод в действие аварийной механической системы защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины) должен выдаваться после анализа сигналов двух или более диагностических систем.In order to maximally avoid the issuance of a false command to activate the emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid (power turbine) from fragments of a high-energy working fluid generator moving in a gas-air flow, it is necessary that during its operation two or more diagnostic systems operating on different physical principles. For example, a radar system should work in parallel with a non-contact acoustic diagnostic system, and a control signal for putting into operation an emergency mechanical consumer protection system for a high-energy working fluid (power turbine) should be issued after analyzing the signals of two or more diagnostic systems.

Более подробная информация по указанным современным диагностическим системам содержится в техническом обзоре №1101-04-2003 ГУП ТМКБ “Союз” на тему: “Состояние работ по созданию и доводке нового поколения средств диагностики для раннего выявления начала разрушения деталей проточной части ГТД и газотурбинных установок наземного и морского применения”.More detailed information on the indicated modern diagnostic systems is contained in the technical review No. 1101-04-2003 SUE TMKB “Soyuz” on the topic: “Status of work on the creation and refinement of a new generation of diagnostic tools for early detection of the onset of destruction of parts of the gas turbine part and gas turbine installations of the ground and marine applications. ”

На чертежах изображены:The drawings show:

Фиг.1. Продольный разрез коллектора высокоэнергетического рабочего тела (переходника), соединяющего газовоздушный тракт генератора высокоэнергетического рабочего тела (газогенератора) с газовоздушным трактом потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбиной), со средством аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела.Figure 1. A longitudinal section through the collector of a high-energy working fluid (adapter) connecting the gas-air path of a high-energy working-fluid generator (gas-generator) with the gas-air path of a high-energy working-fluid consumer (power turbine), with emergency mechanical protection of the high-energy working-fluid consumer.

Фиг.2. Разрез противопомпажного клапана в увеличенном масштабе.Figure 2. Cross-section of the surge valve on an enlarged scale.

Фиг.3. Вид поворотной створки в рабочем положении по стрелке В(фиг.1).Figure 3. View rotary sash in working position along arrow B (figure 1).

Фиг.4. Поворотная створка и приводной механизм для перевода ее в рабочее положение в увеличенном масштабе.Figure 4. The rotary leaf and the drive mechanism for translating it into working position on an enlarged scale.

Фиг.5. Поперечный разрез поворотных створок по стрелкам Г-Г (фиг.4) при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела.Figure 5. A cross section of the rotary flaps along the arrows GG (figure 4) during normal operation of the generator of a high-energy working fluid.

Фиг.6. Вид по стрелке Ж (фиг.5) на поворотные створки при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела.6. View along arrow G (Fig. 5) of the rotary flaps during normal operation of the generator of a high-energy working fluid.

Фиг.7. Поворотная створка в разрезе по стрелкам Е-Е (фиг.5) с фиксирующим ее положение пальцем-фиксатором при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела.7. The pivoting sash in the direction of the arrows E-E (Fig. 5) with the locking pin fixing its position during normal operation of the generator of a high-energy working fluid.

Фиг.8. Разрез по стрелкам 3-3 (фиг.7) по месту соединения поворотной створки с пальцем-фиксатором через промежуточную втулку при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела.Fig. 8. The cross-section along arrows 3-3 (Fig. 7) at the junction of the rotary shutter with the locking pin through the intermediate sleeve during normal operation of the generator of a high-energy working fluid.

Фиг.9. Соединение поворотной створки с пальцем-фиксатором без использования промежуточной втулки при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела.Fig.9. Connection of a rotary shutter with a locking pin without using an intermediate sleeve during normal operation of a high-energy working fluid generator.

Фиг.10. Схема расположения датчиков диагностики генератора высокоэнергетического рабочего тела и схема системы управления системой аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела.Figure 10. The location diagram of the diagnostic sensors of the generator of the high-energy working fluid and the control system diagram of the emergency mechanical protection system for the consumer of the high-energy working fluid.

Ключевые элементы системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (фиг.1, фиг.2 и фиг.4) размещаются между выходным участком 1 газового тракта генератора высокоэнергетического рабочего тела и входным участком 2 газового тракта потребителя энергии этого рабочего тела в коллекторе 3 высокоэнергетического рабочего тела, через который высокоэнергетическое рабочее тело движется по направлению стрелки 4.The key elements of the emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid (FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4) are located between the output section 1 of the gas path of the high-energy working fluid generator and the inlet portion 2 of the gas path of the energy consumer of this working fluid in the collector 3 of the high-energy working fluid body through which the high-energy working fluid moves in the direction of the arrow 4.

В состав противопомпажного устройства входят противопомпажные клапаны 5, устанавливаемые на наружной стенке 6 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела. Во внутренней стенке 7 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела выполнено кольцевое углубление 8, в котором размещены коробчатой формы поворотные створки 9, конфигурация и размеры которых выбраны с учетом конструкции коллектора 3 (переходника) высокоэнергетического рабочего тела в месте перекрытия его канала (каналов) поворотными створками 9.The composition of the anti-surge device includes anti-surge valves 5 mounted on the outer wall 6 of the collector 3 of a high-energy working fluid. An annular recess 8 is made in the inner wall 7 of the collector 3 of the high-energy working fluid, in which the rotary flaps 9 are box-shaped, the configuration and dimensions of which are selected taking into account the design of the collector 3 (adapter) of the high-energy working fluid at the point of overlapping of its channel (channels) by the rotary shutters 9 .

Каждая поворотная створка 9 для обеспечения возможности поворота в рабочее положение 10 снабжена парой проушин 11 (фиг.4), расположенных на ее основании 12. Проушинами 11 поворотные створки 9 крепятся к опорному силовому кольцу 13 (фиг.1), соединенному с внутренней стенкой 7 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела. Для того чтобы при нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела 1 не создавать гидравлических сопротивлений движущемуся в канале коллектора 3 по стрелке 4 высокоэнергетическому рабочему телу, поворотные створки 9 располагаются в кольцевом углублении 8 внутренней стенки 7 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела. При нормальной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела каждая из створок 9 зафиксирована в нерабочем положении управляемыми пальцами-фиксаторами 14 (фиг.7). Для перевода поворотных створок 9 в рабочее положение 10 под каждой поворотной створкой 9 имеется шток-толкатель 15 индивидуального приводного механизма створки, расположенный в корпусе 16. Корпуса 16 штоков-толкателей 15, герметично соединены с рядом расположенными стенками и образуют блок 17 привода средства механической защиты с поворотными створками 9, через который производится раздача управляющего давления к штокам-толкателям 15. Доступ в блок 17 привода средства механической защиты поворотных створок 9 для установки или демонтажа штоков-толкателей 15 производится через отъемную крышку 18, имеющую опорные пальцы 19 штоков-толкателей 15. Со стороны, противоположной крышке 18, имеется герметично закрепленная стенка, в которую входят трубопроводы 20 и 21 подачи высокоэнергетического газа необходимого давления к штокам-толкателям 15. Для придания необходимой прочности и жесткости передняя и задняя стенки блока 17 привода средства механической зашиты с поворотными створками 9 соединены между собой продольными связями 22.Each pivoting flap 9 is provided with a pair of lugs 11 (Fig. 4) located on its base 12 to enable pivoting to the working position 10. The lugs 9 of the pivoting flaps 9 are attached to a supporting force ring 13 (Fig. 1) connected to the inner wall 7 collector 3 high-energy working fluid. In order that during normal operation of the generator of the high-energy working fluid 1 not to create hydraulic resistance to the high-energy working fluid moving in the collector channel 3 in the direction of arrow 4, the rotary flaps 9 are located in the annular recess 8 of the inner wall 7 of the high-energy working fluid manifold 3. During normal operation of the generator of high-energy working fluid, each of the shutters 9 is fixed in an inoperative position by controlled fingers-clamps 14 (Fig.7). To translate the rotary shutters 9 to the operating position 10, under each rotary shutter 9 there is a rod-pusher 15 of the individual drive mechanism of the leaf located in the housing 16. Housings 16 of the rod-pushers 15 are hermetically connected to adjacent walls and form a block 17 of the actuator of the mechanical protection means with rotary flaps 9, through which control pressure is distributed to the push rods 15. Access to the drive unit 17 of the mechanical protection means of the rotary flaps 9 for installing or removing the rods is pushers 15 are made through a detachable cover 18 having support fingers 19 of pusher rods 15. From the side opposite to cover 18, there is a hermetically sealed wall, which includes pipelines 20 and 21 for supplying high-energy gas with the necessary pressure to the push rods 15. To give the necessary strength and stiffness, the front and rear walls of the drive unit 17 of the mechanical means are sewn with pivoting wings 9 are interconnected by longitudinal bonds 22.

Так как при переводе поворотных створок 9 в рабочее положение 10 они встают на пути высокоэнергетического рабочего тела, в объеме которого находятся обломки газогенератора, им приходится воспринимать значительные нагрузки. Именно с учетом этого поворотные створки 9 выполняются в виде коробок (то есть с поперечным криволинейным коробчатым сечением), которые обладают повышенной жесткостью. Чтобы наверняка перехватить весь поток обломков деталей, поворотные створки 9 внутри имеют внутренние перегородки 23, соединенные с наружными стенками створки 9 силовыми стержнями 24. Количество внутренних перегородок 23 и силовых стержней 24 зависит от параметров высокоэнергетического рабочего тела, скорости и температуры потока газа, размеров поворотных створок 9 и возможного количества обломков деталей. В каждом отдельном случае это выбирается при проектировании створки 9 на основе прочностных расчетов с увеличенным коэффициентом по запасу прочности. Для особо напряженных условий работы внутри поворотных створок 9 могут устанавливаться дополнительные силовые пространственные связи 25 в виде стержней или соответствующего диаметра проволоки, соединяемые со стенками поворотной створки 9 и силовыми стержнями 24 сваркой или печной пайкой.Since when translating the rotary flaps 9 in the working position 10, they get in the way of a high-energy working fluid, in the volume of which there are fragments of a gas generator, they have to take significant loads. It is with this in mind that the rotary flaps 9 are made in the form of boxes (that is, with a transverse curved box section), which have increased rigidity. In order to surely intercept the entire flow of debris of parts, the rotary flaps 9 inside have internal partitions 23 connected to the outer walls of the leaf 9 by power rods 24. The number of internal partitions 23 and power rods 24 depends on the parameters of the high-energy working fluid, the speed and temperature of the gas flow, the size of the rotary sash 9 and the possible number of fragments of parts. In each individual case, this is selected when designing the sash 9 on the basis of strength calculations with an increased safety factor. For particularly stressful working conditions inside the pivoting flaps 9, additional spatial power connections 25 can be established in the form of rods or a corresponding wire diameter, connected to the walls of the pivoting flap 9 and the power pins 24 by welding or brazing.

Установленные внутри поворотной створки 9 внутренние перегородки 23 делят ее внутреннее пространство на отсеки 26, имеющие важное значение в момент, когда переведенные в рабочее положение поворотные створки 9 встают на пути обладающих большой кинетической энергией обломков деталей из аварийного газогенератора. Гашение скорости обломков от максимальной до нулевой происходит за счет расходования энергии удара обломков об стенки находящихся в рабочем положении 10 поворотных створок 9. При ударе обломка о поворотную створку 9 может произойти деформация стенки поворотной створки 9 или ее сквозной пробой. При сквозном пробое стенки поворотной створки 9 обломок детали может застрять в ней, а может войти в отсек 26. Если при этом его энергия полностью израсходована на пробой стенки, то он останется внутри отсека и фактически может повысить прочность створки 9 на пробой, так как следующий движущийся обломок может столкнуться с ранее влетевшим в отсек обломком и принять удар на себя.The internal partitions 23 installed inside the rotary flap 9 divide its internal space into compartments 26, which are important at the moment when the rotary flaps 9 are put into operation and get in the way of fragments of parts from the emergency gas generator having high kinetic energy. The damping of the debris speed from maximum to zero occurs due to the expenditure of debris impact energy on the walls of the 10 rotatable flaps 9 in operation. When the debris strikes the rotatable flap 9, the wall of the rotatable flap 9 or its through breakdown can be deformed. When through the breakdown of the wall of the rotary shutter 9, a fragment of the part may get stuck in it, or can enter the compartment 26. If at the same time its energy is completely spent on the breakdown of the wall, then it will remain inside the compartment and can actually increase the strength of the shutter 9 for breakdown, since the next a moving fragment may collide with a fragment that previously flew into the compartment and take a hit on itself.

Если обломок детали не израсходовал полностью запас кинетической энергии при деформации и пробое стенки створки 9, то, попав в отсек 26, он столкнется с внутренней перегородкой 23, расположенной внутри поворотной створки 9. Обломок при ударе может деформировать или пробить промежуточную перегородку 23, поэтому он либо останется в отсеке 26 деформированной перегородки 23, расположенном со стороны движущегося потока обломков, либо попадет в следующий отсек 26, еще больше израсходовав свою энергию. На пробой стенки, расположенной со стороны входа в проточную часть силовой турбины, его энергии не должно хватить, так как эта стенка специально изготавливается из более толстого листа либо при одинаковой толщине всех стенок из более прочного материала. Наиболее высокие требования по запасам прочности предъявляются к следующим элементам поворотных створок 9, а именно к носку 27, который при переводе створки 9 в рабочее положение 10 первым воспринимает удар о стенку 6 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела, основанию 12 поворотной створки 9, на котором закреплены поворотные проушины 11 и соединяющие их оси 28, а также часть стенки створки 9, контактирующей со штоком-толкателем 15 в рабочем положении 10 створки 9, так как воспринимает и передает давление высокотемпературного газового потока, несущего в своем объеме обломки деталей и узлов газогенератора.If the fragment of the part has not completely consumed the kinetic energy reserve during deformation and the breakdown of the leaf wall 9, then, having entered compartment 26, it will collide with the internal partition 23 located inside the rotary shutter 9. The chip can deform or break through the intermediate partition 23 upon impact, therefore it will either remain in the compartment 26 of the deformed partition 23 located on the side of the moving stream of debris, or will fall into the next compartment 26, having spent even more energy. It should not have enough energy for a breakdown of the wall located on the side of the entrance to the flow part of the power turbine, since this wall is specially made from a thicker sheet or with the same thickness of all walls from a more durable material. The highest requirements for safety margins are imposed on the following elements of the pivoting flaps 9, namely, the toe 27, which, when the flap 9 is moved to the working position 10, is the first to take a hit on the wall 6 of the collector 3 of the high-energy working fluid, the base 12 of the pivoting flap 9, on which are fixed the pivoting eyes 11 and the axes 28 connecting them, as well as a part of the wall of the sash 9 in contact with the rod-pusher 15 in the working position 10 of the sash 9, as it receives and transmits the pressure of the high-temperature gas flow a bearing within its scope fragments of parts and components of the gas generator.

Так как поворотные створки 9 в своем рабочем положении 10 должны полностью перекрыть проходное сечение кольцевого канала в коллекторе 3 высокоэнергетического рабочего тела (от диаметра 29 до диаметра 30), то их конфигурация выбирается в соответствии с требуемым контуром a-b-c-d (Фиг.3), состоящим из участка а'-b'-d'-с' теоретического профиля и двух участков плоскостей k и m для создания перекрытия по границам сопряжения смежных поворотных створок 9. Конструктивно они (Фиг.3) имеют одинаковое поперечное сечение с размерами, позволяющими выбранное число поворотных створок 9 разместить в кольцевом углублении 8 внутренней стенки 7 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела с монтажными зазорами между соседними створками 9, обеспечивающими удобство их монтажа и демонтажа, свободу температурных расширений, а также компенсирующими погрешности, связанные с изготовлением и монтажом поворотных створок 9. На наружной и внутренней поверхности каждой створки 9 при штамповке выполняется уступ величиной, примерно равной толщине накладок 31 и 32. Накладки 31 и 32 на половине общего количества поворотных створок 9 свариваются с их соответствующими наружными и внутренними поверхностями. На остальных смежных поверхностях соседних поворотных створок 9 накладки 31 и 32 лежат свободно, при этом между поворотными створками 9 и накладками 31 и 32 имеется нахлест (участки k и m на фиг.3). Контуры накладок 31 и 32 в местах их контакта с наружными и внутренними поверхностями поворотных створок 9 сопряжены между собой. Внутренние перегородки 23 поворотных сворок 9 выполнены так, что выходят за контур коробчатого сечения поворотной створки 9 (фиг.5). Это сделано по двум причинам. Во-первых, обеспечивается удобство сварки наружной и внутренней половинок поворотной створки 9. Во-вторых, в рабочем положении 10 поворотных створок 9 при перехвате летящих обломков накладки 31 и 32 работают схожим образом с коробками поворотных створок 9, т.е. имеются две внешние стенки в виде накладок 31 и 32, а роль внутренней перегородки 23 берут на себя выступающие по смежным границам поворотных створок 9 ее ранее указанные выступы, усиленные в процессе сварки половинок створки. Эти выступы способны эффективно противостоять ударному воздействию летящих обломков, обеспечивая равнопрочность всего периметра перекрытия проходного сечения коллектора 3.Since the rotary flaps 9 in their working position 10 must completely overlap the bore of the annular channel in the collector 3 of the high-energy working fluid (from diameter 29 to diameter 30), their configuration is selected in accordance with the required circuit abcd (Figure 3), consisting of plot a'-b'-d'-c 'of the theoretical profile and two sections of the planes k and m to create overlap at the borders of the mating adjacent rotary flaps 9. Structurally, they (Figure 3) have the same cross section with dimensions that allow the selected number of the rotary flaps 9 to be placed in the annular recess 8 of the inner wall 7 of the collector 3 of the high-energy working fluid with mounting gaps between adjacent flaps 9, providing ease of installation and dismantling, freedom of thermal expansion, as well as compensating for errors associated with the manufacture and installation of rotary flaps 9. On the outer and inner surfaces of each leaf 9 during stamping is led to a step approximately equal to the thickness of the plates 31 and 32. The plates 31 and 32 half the total number of turns the flaps 9 are welded with their respective outer and inner surfaces. On the remaining adjacent surfaces of the adjacent rotary flaps 9, the linings 31 and 32 lie freely, while there is an overlap between the rotary flaps 9 and the linings 31 and 32 (sections k and m in FIG. 3). The contours of the pads 31 and 32 in places of their contact with the outer and inner surfaces of the rotary flaps 9 are interconnected. The inner partitions 23 of the rotary folds 9 are designed so that they extend beyond the box section of the rotary shutter 9 (FIG. 5). This is done for two reasons. Firstly, it is convenient to weld the outer and inner halves of the pivoting flap 9. Secondly, in the working position, 10 pivoting flaps 9 intercept flying fragments of the lining 31 and 32 in a similar way to the boxes of pivoting flaps 9, i.e. there are two external walls in the form of overlays 31 and 32, and the role of the inner partition 23 is taken by the protrusions previously adjacent to the adjacent borders of the pivoting flaps 9, reinforced during welding of the flap halves. These protrusions are able to effectively resist the impact of flying debris, ensuring equal strength of the entire perimeter of the overlap of the passage section of the collector 3.

При нормальной работе газогенератора поворотные створки 9 располагаются в кольцевом углублении 8 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела в зафиксированном положении. Фиксирующий поворотные створки 9 механизм (Фиг.7, 8 и 9) состоит из приводных пальцев-фиксаторов 14, одним концом входящих во втулки 33, являющиеся частью поворотной створки 9. Для втулки 33 наиболее оптимальным местоположением является такое, когда она расположена между поворотными проушинами 11. Второй конец пальца-фиксатора 14 имеет кольцевую пластину, поджатую при нормальной работе газогенератора для надежной фиксации поворотных створок 9 пружиной 34. Палец-фиксатор 14 и пружина 34 расположены в корпусе 35 цилиндра, закрепленного на силовом кольце 13 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела. Для доступа в полость корпуса 35 имеется крышка 36. В управляющую полость цилиндра 35 командное давление высокоэнергетического газа (например, сжатого воздуха или продуктов сгорания пороховой технической шашки) подается по стрелке 37 через трубопровод.During normal operation of the gas generator, the rotary flaps 9 are located in the annular recess 8 of the collector 3 of the high-energy working fluid in a fixed position. The locking mechanism of the pivoting shutter 9 (Figs. 7, 8 and 9) consists of driven locking pins 14, one end of which enters the bushings 33, which are part of the pivoting leaf 9. For the bushing 33, the most optimal location is when it is located between the pivoting eyes 11. The second end of the locking pin 14 has an annular plate, preloaded during normal operation of the gas generator to securely lock the pivoting shutter 9 with a spring 34. The locking pin 14 and spring 34 are located in the cylinder body 35, mounted on the power ring е 13 collectors 3 high-energy working fluid. For access to the cavity of the housing 35, there is a cover 36. In the control cavity of the cylinder 35, the command pressure of the high-energy gas (for example, compressed air or the combustion products of the powder technical checkers) is supplied along arrow 37 through the pipeline.

Противопомпажное устройство системы аварийной механической защиты предназначено для исключения явления помпажа (срывного течения высокотемпературного газа), который возникнет в тот момент, когда поворотные створки окажутся в рабочем положении 10 или на подходе к нему. Чтобы исключить возникновение помпажа, система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела имеет следующие элементы.The anti-surge device of the emergency mechanical protection system is designed to eliminate the surge phenomenon (stall flow of high-temperature gas), which will occur at the moment when the rotary flaps are in the working position 10 or on the approach to it. To exclude the occurrence of surge, the emergency mechanical protection system for the consumer of a high-energy working fluid has the following elements.

Это - противопомпажные клапаны 5, размещенные на корпусе коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела, а также выполненные на стенках наружных и внутренних поворотных створок 9, внутренних разделительных перегородок 23 и накладок 31 и 32 несоосные перфорации в виде большого количества сквозных отверстий 38 малого диаметра (Фиг.3). Диаметры отверстий и их расположение выбираются из условия, чтобы через них вместе с газом могли просочиться лишь такие частицы обломков, которые не в состоянии нанести серьезный урон деталям проточной части потребителя 2 высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины) (мелкие обломки в состоянии нанести лишь незначительные поверхностные царапины на профильных частях рабочих и сопловых лопаток, но, учитывая, что при ремонте лопаток обычно старое защитное покрытие удаляется, а вместо него наносится новый слой покрытия, то можно считать приемлемыми подобные небольшие повреждения на лопатках).These are anti-surge valves 5 located on the collector body 3 of a high-energy working fluid, as well as non-coaxial perforations in the form of a large number of through holes 38 of small diameter on the walls of the external and internal rotary flaps 9, internal dividing walls 23 and 32 (Fig. 3). The diameters of the holes and their location are selected so that, together with the gas, only particles of debris that can not cause serious damage to the parts of the flow passage of consumer 2 of a high-energy working fluid (power turbine) can leak through them (small fragments are able to cause only negligible surface scratches on the profile parts of the working and nozzle blades, but given that when repairing the blades the old protective coating is usually removed and a new coating layer is applied instead, such small damage to the shoulder blades is acceptable).

Весь объем высокоэнергетического рабочего тела, который не удается пропустить через перфорации отверстий 38 на стенках поворотных створок 9, выводится за пределы коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела через противопомпажные клапаны 5 (при этом одновременно производится очистка сбрасываемого высокоэнергетического рабочего тела от крупных и средних обломков деталей генератора), а далее по присоединенным аварийным байпасным трубопроводам этот газ после дополнительной очистки от мелких обломков в циклонных (сепараторных) устройствах поступает или в выхлопное устройство, или при особо высоком напоре удаляется в атмосферу.The entire volume of the high-energy working fluid, which cannot be passed through the perforations of the openings 38 on the walls of the rotary shutters 9, is discharged outside the collector 3 of the high-energy working fluid through the anti-surge valves 5 (at the same time, large and medium fragments of the generator parts are discharged) and then through connected emergency bypass pipelines, this gas after additional cleaning of small fragments in cyclone (separator) devices It enters either the exhaust device or, at a particularly high pressure, is vented to the atmosphere.

Противопомпажные клапаны 5 (Фиг.2) состоят из корпусов 39, закрепляемых на стенке 6 коллектора 3 высокоэнергетического рабочего тела над специальными окнами, выполненными в стенке 6 коллектора 3. В центральной части противопомпажного клапана 5 с помощью пальцев-фиксаторов 40 закреплен корпус 41 штока 42, на котором крепится перепускной перфорированный стакан 43 с отверстиями, который при нормальной работе генератора 1 высокоэнергетического рабочего тела находится в положении 44 и перекрывает окно в стенке 6, в момент перевода поворотных створок 9 в рабочее положение 10 (то есть в момент раскрытия поворотных створок 9) по команде системы управления начинает выдвигаться шток 42 с закрепленным на нем перепускным стаканом 43 до положения 45. При выдвижении перепускного стакана 43 в кольцевой канал коллектора 3 (переходника) начинается отвод по стрелкам 46 высокоэнергетического рабочего тела (высокотемпературного газа) из полости коллектора 3, далее по аварийным байпасным трубам, соединенным с корпусами противопомпажных клапанов 5. При нормальной работе генератора 1 высокоэнергетического рабочего тела шток 42 перепускного клапана, расположенный в корпусе 41, поджат пружиной 47, поэтому часть перепускного стакана 43, расположенная со стороны проточной части коллектора 3, плотно прижата к гнезду в окне стенки 6 коллектора 3. Управляющее передвижением штока 42 перепускного стакана 43 давление подается в полость корпуса штока 41 по стрелке 48. Доступ к штоку 42 и пружине 47 выполняется через крышку 49.Anti-surge valves 5 (Figure 2) consist of housings 39, mounted on the wall 6 of the collector 3 of the high-energy working fluid above the special windows made in the wall 6 of the manifold 3. In the central part of the anti-surge valve 5, the rod body 41 is fixed using the pins 40; 42 on which a perforated bypass cup 43 with holes is attached, which during normal operation of the generator 1 of the high-energy working fluid is in position 44 and closes the window in the wall 6, at the time of the translation of the rotary shutters 9 the working position 10 (that is, at the moment of opening the rotary shutters 9), at the command of the control system, the rod 42 with the bypass cup 43 fixed on it starts to extend to position 45. When the bypass cup 43 is pulled out into the annular channel of the manifold 3 (adapter), retraction begins along arrows 46 high-energy working fluid (high-temperature gas) from the collector cavity 3, then through the emergency bypass pipes connected to the bodies of the anti-surge valves 5. During normal operation of the generator 1 high-energy slave of the other body, the bypass valve stem 42 located in the housing 41 is spring-loaded 47, so the part of the bypass cup 43 located on the side of the manifold 3 is pressed tightly to the socket in the window of the manifold wall 6 3. The pressure is supplied to control the movement of the rod 42 of the bypass cup 43 into the cavity of the stem housing 41 in the direction of the arrow 48. Access to the stem 42 and the spring 47 is through the cover 49.

Как видно на фиг.1, штоки-толкатели 15 в своих корпусах 16, штоки 42 противопомпажных клапанов 5 (фиг.2), а также пальцы-фиксаторы 14 поворотных створок 9 (фиг.7) - это классические пары цилиндр-поршень, для приведения в действие которых требуется управляющее давление (командное давление) высокоэнергетического газа от постороннего источника. В технике наиболее часто в качестве рабочего тела в подобных приводах используют высокоэнергетический газ, например, сжатый до высоко давления воздух, инертные газы или газовую смесь, образующуюся при сгорании в специальном устройстве пороховой технической шашки (такие устройства часто называют пороховой аккумулятор давления (ПАД). С учетом того, что приводные механизмы, обслуживающие средство механическкой защиты, работают в зоне высоких и повышенных температур окружающей среды, то в приводных пневматических парах “цилиндр-поршень” во избежание их заклинивания при работе приходится выбирать увеличенные зазоры, поэтому при подаче управляющего давления неизбежны утечки рабочего тела. Это приходится компенсировать за счет использования более высокого командного давления высокоэнергетического газа (по сравнению с устройствами, работающими в более благоприятных условиях) и большего расхода рабочего тела (с учетом его утечек по зазорам), а чтобы эти увеличенные расходы подвести без заметных потерь к приводным механизмам, требуется применять трубопроводы с увеличенными сечениями. Так как в системе аварийной механической защиты требуется высокое быстродействие всех входящих в нее элементов систем, то и в этих целях гораздо выгоднее использовать высокие давления рабочего тела. В этом случае при поступлении рабочего тела в полость приводного механизма нарастание управляющего давления перед штоком-толкателем 15, штоком перепускного клапана 42 и пальцем-фиксатором 14 поворотной створки 9 будет происходить за более короткое время, что приведет к уменьшению промежутка времени от начала поступления рабочего тела к индивидуальному приводному механизму до момента, когда он под действием командного давления начнет движение.As can be seen in FIG. 1, the push rods 15 in their bodies 16, the anti-surge valve rods 42 (FIG. 2), as well as the locking pins 14 of the rotary flaps 9 (FIG. 7) are classic cylinder-piston pairs, for actuating which requires control pressure (command pressure) of high-energy gas from an external source. In technology, the most often used as a working fluid in such drives is high-energy gas, for example, air compressed to high pressure, inert gases or a gas mixture formed during the combustion of a powder technical checker in a special device (such devices are often called a powder pressure accumulator (PAD). Taking into account the fact that the drive mechanisms servicing the mechanical protection device operate in the zone of high and elevated ambient temperatures, then in the pneumatic drive pairs “cylinder-piston” in order to avoid jamming during operation, it is necessary to choose increased gaps, therefore, when the control pressure is applied, leakages of the working fluid are inevitable.This must be compensated for by using a higher command pressure of high-energy gas (compared to devices operating in more favorable conditions) and a higher flow rate of the working fluid (taking into account its leakage by gaps), and in order to bring these increased costs without noticeable losses to the drive mechanisms, it is required to use pipelines with increased my sections. Since the emergency mechanical protection system requires high performance of all system elements included in it, it is much more profitable to use high pressures of the working fluid for these purposes. In this case, when the working fluid enters the cavity of the drive mechanism, an increase in control pressure in front of the pusher rod 15, the bypass valve stem 42 and the locking pin 14 of the rotary shutter 9 will occur in a shorter time, which will lead to a decrease in the time interval from the beginning of the arrival of the working fluid to the individual drive mechanism until it begins to move under the influence of command pressure.

В рассматриваемой системе аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (Фиг.1 и 4) использован модульный метод проектирования сложных систем. Блок 17 привода средства механической защиты с поворотными створками 9, состоящий из корпусов 16 штоков-толкателей 15 и самих штоков-толкателей 15 закрепленных на стенках блока 17 привода средства механической защиты с поворотными створками 9, образующих одновременно камеру раздачи управляющего давления к штокам-толкателям 15, трубопроводы 20 и 21, закрепленные кронштейнами 50, 51 и 52, а также снабженный фланцем для крепления к опорному силовому кольцу 13 и имеющий крышку 18 для доступа к штокам-толкателям 15, представляет собой модуль полной заводской готовности, который можно заменить при частичной разборке газотурбинного привода непосредственно в месте его эксплуатации. Противопомпажные клапаны 5, пальцы-фиксаторы 14 вместе со своими приводами, а также поворотные створки 9 - также являются модулями системы аварийной механической защиты. Для соблюдения принципа модульности конструкции трубопроводы 20 и 21 подачи управляющего давления, расположенные в коллекторе 3 высокоэнергетического рабочего тела и проходящие внутри его силовых стоек (пилонов) 53, спроектированы с использованием телескопического метода соединения их частей без дополнительной подгонки при монтаже всей системы механической защиты. Для этого при заводской сборке модулей наконечник 54 телескопического соединения и ответная часть трубопровода 20, размещаемая в блоке 17 привода средства механической защиты с поворотными сворками 9, при заводском изготовлении закрепляются по своим координатам с использованием монтажных стапелей и фиксируются в этом положении кронштейнами 51 и 52.In the considered system of emergency mechanical protection of the consumer of a high-energy working fluid (Figs. 1 and 4), a modular method for designing complex systems is used. The mechanical protection means drive unit 17 with pivoting flaps 9, consisting of the bodies 16 of the push rods 15 and the push rods 15 themselves mounted on the walls of the mechanical protection means drive unit 17 with pivoting flaps 9, which simultaneously form a control pressure distribution chamber to the pushers 15 , pipelines 20 and 21, fixed by brackets 50, 51 and 52, and also equipped with a flange for fastening to the support ring 13 and having a cover 18 for access to the push rods 15, is a complete factory module readiness, which can be replaced by partial disassembly of the gas turbine drive directly in the place of its operation. Anti-surge valves 5, locking pins 14 along with their actuators, as well as rotary flaps 9 - are also modules of the emergency mechanical protection system. To comply with the principle of modular design, the control pressure supply pipelines 20 and 21 located in the collector 3 of the high-energy working fluid and passing inside its power racks (pylons) 53 are designed using the telescopic method of connecting their parts without additional adjustment during installation of the entire mechanical protection system. To do this, during the factory assembly of the modules, the tip 54 of the telescopic connection and the reciprocal part of the pipe 20, placed in the drive unit 17 of the mechanical protection means with rotary folds 9, are factory-fixed in their coordinates using mounting frames and are fixed in this position by the brackets 51 and 52.

В качестве источника управляющего давления 55 для индувидуальных приводных механизмов привода средства механической защиты (Фиг.10) может быть использован сжатый до высоко давления воздух или инертный газ. Этот источник 55 подает высокоэнергетический газ к индивидуальным приводным механизмам по командному сигналу системы управления газотурбинной установки (подача напряжения на электромагнит запорного клапана рабочего (командного) давления). При подаче напряжения на катушку электромагнитного запорного клапана он открывает путь 56 (Фиг.10) рабочему телу из источника 55 и под высоким давлением высокоэнергетический газ поступает в трубопроводы 20 и 21, а также другие аналогичные трубопроводы, чтобы подвести его к индивидуальным приводным механизмам поворотных створок 9, пальцев-фиксаторов 14 и штоков 42 противопомпажных клапанов 5 по стрелкам 48 (Фиг.2) и 37 (Фиг.7).As a source of control pressure 55 for the individual drive mechanisms of the drive of the mechanical protection means (Figure 10) can be used compressed to high pressure air or inert gas. This source 55 supplies high-energy gas to the individual drive mechanisms by the command signal of the control system of the gas turbine installation (supply voltage to the electromagnet of the shut-off valve of the working (command) pressure). When voltage is applied to the coil of the electromagnetic shut-off valve, it opens a path 56 (Figure 10) to the working fluid from source 55 and, under high pressure, high-energy gas enters pipelines 20 and 21, as well as other similar pipelines, in order to bring it to the individual drive mechanisms of the rotary flaps 9, the retainer pins 14 and the anti-surge valve rods 42 in the direction of arrows 48 (FIG. 2) and 37 (FIG. 7).

Для того, чтобы при команде системы управления на перевод поворотных створок 9 в рабочее положение 10 все входящие в систему защиты устройства функционировали в строгой последовательности, при проектировании средства механической защиты учитываются длина трубопроводов для подвода к индивидуальным приводным механизмам створок 9 управляющего давления высокоэнергетического газа, рабочие объемы полостей, в которых расположены штоки-толкатели 15, штоки 42 противопомпажных клапанов 5 и пальцев-фиксаторов 14. Учитываются также утечки управляющего рабочего тела, связанные с наличием зазоров и неплотностей в исполнительных механизмах. Так как исполнение команд должно выполняться с точностью до сотых долей секунды, обычно в период подробного изучения особенностей изготовленной системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела и при доводке всех параметров системы аварийной защиты до требуемого уровня необходимой технологической операцией для этой системы является осциллографирование времени начала и завершения срабатывания всех элементов, входящих в состав этой системы. Способов регулировки для достижения требуемого качества функционирования всех элементов системы может быть несколько, наиболее дешевые и простые из них известны и широко используются во многих отраслях техники: изменение длины и диаметра трубопроводов командного давления, объемов полостей в исполнительных механизмах, а также использование жиклеров, устанавливаемых в трубопроводы подвода командного давления.In order for the control system to transfer the rotary shutters 9 to the operating position 10, all the devices included in the protection system function in strict order, when designing mechanical protection means, the length of the pipelines for supplying high-energy gas control pressure valves 9 to the individual drive mechanisms is taken into account, workers the volume of the cavities in which the pusher rods 15, the rods 42 of the anti-surge valves 5 and the locking pins 14 are located. its working fluid associated with the presence of gaps and leaks in the actuators. Since the execution of commands should be carried out with an accuracy of hundredths of a second, usually during a detailed study of the features of the manufactured emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid and when adjusting all the parameters of the emergency protection system to the required level, the necessary technological operation for this system is to oscillate the start time and completion of the operation of all elements that make up this system. There can be several adjustment methods to achieve the required quality of functioning of all system elements, the cheapest and simplest of them are known and widely used in many branches of technology: changing the length and diameter of command pressure pipelines, the volume of cavities in actuators, and also using nozzles installed in command pressure supply pipelines.

Сжатый до высокого давления воздух в качестве рабочего тела для передачи командного давления пневматических приводов применяется давно и успешно. Но для устройств, используемых при быстро протекающих процессах, лучше ориентироваться на пороховые аккумуляторы давления. В настоящее время отечественной промышленностью освоен ряд промышленных пороховых шашек, применение которых в качестве рабочего тела в приводных устройствах по степени опасности для обслуживающего персонала соизмеримо с использованием сжатого воздуха высокого давления. Причем пороховые аккумуляторы давления продолжают совершенствоваться, для них создаются системы безопасности, включающие различные блокировки.Compressed to high pressure air as a working fluid for transmitting the command pressure of pneumatic drives has been used for a long time and successfully. But for devices used in fast-moving processes, it is better to focus on powder pressure accumulators. At present, the domestic industry has mastered a number of industrial powder bombs, the use of which as a working fluid in the drive devices in terms of danger to service personnel is comparable with the use of high-pressure compressed air. Moreover, the powder pressure accumulators continue to improve, security systems are created for them, including various interlocks.

При использовании промышленных пороховых шашек отпадает необходимость иметь сосуды (баллоны) высокого давления, понижающие редукторы. Применительно к газотурбинным установкам наземного и морского применения пороховые аккумуляторы давления целесообразно размещать вне контейнера с газотурбинной установкой, т.е. снаружи. Пороховой аккумулятор давления должен размещаться в прочном, надежно запираемом от несанкционированного доступа металлическом контейнере. Трубопроводы, по которым пороховые газы должны подводиться к исполнительным механизмам, должны быть изготовлены из прочных материалов, все сварные швы должны быть аттестованы с применением неразрушающих методов контроля, кроме того, трубопровод должен быть снабжен защитным кожухом (по типу “труба в трубе”).When using industrial powder checkers, there is no need to have high-pressure vessels (cylinders) reducing gears. In relation to gas turbine installations of land and sea applications, it is advisable to place powder pressure accumulators outside the container with a gas turbine installation, i.e. outside. The powder pressure accumulator should be placed in a strong, metal container securely locked against unauthorized access. Pipelines through which powder gases must be connected to the actuators must be made of durable materials, all welds must be certified using non-destructive testing methods, in addition, the pipeline must be equipped with a protective casing (“pipe in pipe” type).

Технически сложные и ответственные детали, узлы и различные механизмы принято после изготовления испытать в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации вновь изготовленного или отремонтированного изделия. Это требование целиком относится и к системе аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела. Для испытания выделяется технологический полноразмерный газогенератор, на выходной части которого монтируются специальная проставка, с закрепленными на ней противопомпажными клапанами 5. Внутренняя поверхность проставки в точности имитирует наружную стенку 6 коллектора 3, при этом длина ее выбрана такой, чтобы был небольшой участок за границей контакта с ней носовых частей 27 поворотных створок 9, когда они повернуты в рабочее положение створок 10. Чтобы после испытаний была полная уверенность в надежной работе средства механической защиты, генератор высокоэнергетического газа вырабатывает рабочее тело (газовоздушную смесь) с давлением и температурой аналогичными тем, при которых средство механической защиты будет работать в месте эксплуатации. На технологическом изделии при испытании и обкатке при рабочих температурах и давлениях блок привода поворотных створок 9 монтируется на специальных штангах, закрепляемых на корпусе генератора высокоэнергетического рабочего тела. На этих же штангах подвешивается имитатор опорного кольца 13 поворотных створок 9, а также монтируются пальцы-фиксаторы 14 поворотных створок 9 вместе со своими приводами и трубопроводами подачи командного давления. Штанги крепления изготавливаются из трубных заготовок, чтобы можно было удобно и просто подвести к исполнительным механизмам управляющее давление. Когда технологический газогенератор выйдет на рабочий режим, оператор установки нажатием кнопки на пульте управления дает команду “Аварийная ситуация”, в этот момент прекращается подача топлива в камеру сгорания генератора высокоэнергетического рабочего тела, а также подается сигнал на электромагнитный клапан, клапан открывает проход высокоэнергетическому газу в трубопроводы индивидуальных приводных механизмов, при этом начинается осциллографирование быстро протекающих процессов срабатывания различных элементов средства механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела. После расфиксации поворотных створок 9 штоки-толкатели 15 выдвигаются из своих корпусов под действием высокого давления в камере блока 17 привода механической защиты, происходит раздача управляющего давления к штокам-толкателям 15. Из-за наличия на наружных и внутренних поверхностях створок 9 накладок 31 и 32 выдвижение поворотных створок 9 из кольцевого углубления 8 имитатора внутренней стенки 7 коллектора 3 происходит почти синхронно. В определенный момент поворотные створки 9 подхватываются высокоэнергетическим рабочим телом (высокотемпературным газовым потоком), подобно парусу, наполняемому ветром, и быстро доходят до конечной точки своего поворота, то есть до соприкосновения со стенкой технологического приспособления, имитирующей наружную стенку коллектора 3. Так как на каждую створку действуют значительные силы, то носовые части 27 поворотных створок 9 испытывают при контакте со стенкой 6 сильный удар, который может повредить носовые части 27 поворотных створок 9. Чтобы избежать этого, на передней стенке створки 9 устанавливаются амортизаторы удара, выполненные в виде пластин 57 с отгибным элементом, расположенным вблизи носка 27 поворотной створки 9. Размеры и конфигурация амортизатора удара выбраны так, что при выдвижении поворотных створок 9 в свое рабочее положение 10 контакт со стенкой 6 произошел сначала с отгибным элементом пластины 57, а затем с носком поворотной створки 27. Такая последовательность контакта створок 9 со стенкой 6 позволяет испытать на рабочих режимах поворотные створки 9 без опасения, что они при этом могут быть значительно деформированы, т.к. основная часть энергии, накопленная створкой 9 при движении, будет израсходована на деформацию выступов пластин 57 поворотных створок 9.It is customary to test technically complex and critical parts, assemblies and various mechanisms after manufacture under conditions as close as possible to the operating conditions of a newly manufactured or repaired product. This requirement also applies wholly to the emergency mechanical protection system of a consumer of a high-energy working fluid. For testing, a technological full-sized gas generator is distinguished, on the output part of which a special spacer is mounted, with anti-surge valves fixed on it 5. The inner surface of the spacer exactly simulates the outer wall 6 of the manifold 3, while its length is chosen so that there is a small area outside the contact nasal parts 27 of the rotary shutters 9 when they are rotated to the working position of the shutters 10. So that after testing there is complete confidence in the reliable operation of the mechanical protection means You, a high-energy gas generator, produce a working fluid (gas-air mixture) with a pressure and temperature similar to those at which the mechanical protection device will work in the place of operation. On a technological product during testing and running at operating temperatures and pressures, the drive unit of the rotary shutters 9 is mounted on special rods mounted on the generator body of a high-energy working fluid. A simulator of the support ring 13 of the rotary flaps 9 is suspended on the same rods, and the locking pins 14 of the rotary flaps 9 are mounted together with their actuators and command pressure supply pipes. The fastening rods are made of tube blanks so that it is possible to conveniently and simply bring control pressure to the actuators. When the technological gas generator enters the operating mode, the installation operator presses the button on the control panel and gives the command “Emergency”, at this moment the fuel supply to the combustion chamber of the high-energy working fluid generator is stopped, and a signal is sent to the electromagnetic valve, the valve opens the passage to the high-energy gas in pipelines of individual drive mechanisms, while the oscillography of rapidly occurring processes of the actuation of various elements of the means of mechanics begins consumer protection of a high-energy working fluid. After the pivoting flaps 9 are unlocked, the push rods 15 are pulled out of their bodies under high pressure in the chamber of the mechanical protection drive unit 17, the control pressure is distributed to the push rods 15. Due to the presence of overlays 31 and 32 on the outer and inner surfaces of the flaps 9 the extension of the rotary valves 9 from the annular recess 8 of the simulator of the inner wall 7 of the manifold 3 occurs almost synchronously. At some point, the rotary flaps 9 are picked up by a high-energy working fluid (high-temperature gas flow), like a sail filled with wind, and quickly reach the end point of their turn, that is, in contact with the wall of the technological device that simulates the outer wall of the collector 3. Since each the sash is subject to significant forces, then the bow 27 of the swinging leaf 9 experiences a strong impact upon contact with the wall 6, which can damage the bow 27 of the swinging leaf 9. H To avoid this, shock absorbers are installed on the front wall of the sash 9 in the form of plates 57 with a folding element located close to the toe 27 of the pivoting flap 9. The dimensions and configuration of the shock absorber are selected so that when the pivoting flaps 9 extend to their working position 10, the contact with the wall 6, it first happened with the folding element of the plate 57, and then with the toe of the pivoting flap 27. Such a sequence of contact of the flaps 9 with the wall 6 allows you to test the pivoting flaps 9 under operational conditions without danger tions, while they can be greatly deformed, as the main part of the energy accumulated by the shutter 9 during movement will be spent on the deformation of the protrusions of the plates 57 of the rotary shutter 9.

При отправке средства механической защиты после испытаний и обкатки на место эксплуатации амортизаторам удара 57 требуется легкая рихтовка (исправление геометрических форм). При штатной работе средства механической защиты в эксплуатации амортизатор удара 57 даже в деформированном после обкатке виде нужен как элемент страховки на случай, если по какой-либо причине не выдержит удара носок 27 поворотной створки 9. В этом случае в работу вступит амортизатор удара пластины 57.When sending mechanical protection equipment after testing and running into the place of operation, shock absorbers 57 require easy straightening (correction of geometric shapes). During the normal operation of the mechanical protection means in operation, the shock absorber 57 even in the form deformed after running-in is needed as an insurance element in the event that for some reason it cannot withstand the impact of the sock 27 of the rotary wing 9. In this case, the shock absorber of the plate 57 will come into operation.

При штатной работе генератора высокоэнергетического рабочего тела система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела работает следующим образом.When the generator of the high-energy working fluid is operating normally, the emergency mechanical protection system for the consumer of the high-energy working fluid works as follows.

Контактные 58 и бесконтактные 59 (фиг.10) датчики диагностической системы, расположенные вдоль всего генератора высокоэнергетического рабочего тела, непрерывно ведут контроль за физическими характеристиками работающего газогенератора. Сигналы от датчиков непрерывно поступают в логическое устройство 60 системы управления генератором и газотурбинной установкой в целом по линиям связи 61.Contact 58 and non-contact 59 (figure 10) sensors of the diagnostic system located along the entire generator of the high-energy working fluid continuously monitor the physical characteristics of the working gas generator. The signals from the sensors are continuously fed to the logic device 60 of the control system of the generator and the gas turbine installation as a whole via communication lines 61.

Если по какой-либо причине на вход в генератор попадет посторонний предмет (например, произойдет разрушение секции защитной сетки, установленной на входе в генератор), то неминуемо произойдет удар (серия ударов) попавшего на вход предмета о статорные и роторные детали генератора. Предположим, что генератор оборудован акустической системой контроля. Это означает, что в памяти системы управления хранится акустическая картина спектра шумов нормально работающего генератора, а текущие шумы от работающего генератора непрерывно через специальные микрофоны поступают в ЭВМ и мгновенно сравниваются межу собой по специально разработанной программе. В нормально работающем генераторе не может быть резких, ударного типа звуков. И если такой звук микрофоны передали, система управления поймет это как знак беды и мгновенно выдаст серию команд: на прекращение подачи топлива в камеру сгорания, на включение системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела, на пульте оператора загорится световое табло, а также будет подан звуковой сигнал, предупреждающие об опасности.If, for any reason, a foreign object enters the generator input (for example, a section of the protective mesh installed at the generator input is destroyed), then an inevitably impact (series of strokes) of the object entering the generator’s input on the stator and rotor parts of the generator will occur. Suppose the generator is equipped with an acoustic control system. This means that the acoustic picture of the noise spectrum of a normally working generator is stored in the memory of the control system, and the current noise from the working generator is continuously transmitted through special microphones to computers and instantly compared with each other using a specially developed program. A normally working generator cannot have sharp, shock-like sounds. And if the microphones transmitted such sound, the control system will understand this as a sign of trouble and will instantly give a series of commands: to stop supplying fuel to the combustion chamber, to turn on the emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid, a light board will light up on the operator’s console, and sound signal warning of danger.

Если применяются две ли более диагностические системы контроля работы генератора, использующие для контроля различные физические принципы построения работы датчиков (например, параллельно с акустической системой диагностики ведется радиолокационное наблюдение за обстановкой в проточной части генератора), то при ситуации, когда на вход в проточную часть генератора попал посторонний предмет, в систему управления поступит сигнал не только от микрофонов, но движущийся внутри генератора посторонний предмет будет замечен радиолокатором, о чем в систему управления также немедленно будет передан сигнал. Когда имеются два или более диагностических сигнала, то в дело вступит логическое устройство, которое по специальной программе проанализирует полученные от датчиков сигналы и решит: возникла ли аварийная ситуация или сигналы больше похожи на посторонние помехи.If there are two or more diagnostic systems for monitoring the operation of the generator that use different physical principles for constructing the sensors for monitoring (for example, radar monitoring of the situation in the generator’s flow part is carried out in parallel with the acoustic diagnostic system), then in a situation where the generator’s flow part is a foreign object has entered, the control system will receive a signal not only from microphones, but a foreign object moving inside the generator will be noticed by the radar, about which a signal will also be immediately transmitted to the control system. When there are two or more diagnostic signals, a logical device will come into play, which, according to a special program, will analyze the signals received from the sensors and decide whether an emergency has occurred or the signals are more like extraneous interference.

Если диагностическая система дала команду на перевод в рабочее положение средства механической защиты, это значит, что подано напряжение на обмотку электромагнитного клапана, установленного между источником высокоэнергетического газа, хранящегося, например, в баллоне, и трубопроводами, по которым осуществляется подача его к приводным механизмам. Или подано напряжение на снятие блокировок безопасности и поджог технической пороховой шашки. После этого открывается путь в трубопроводы высокоэнергетическому газу, управляющему индивидуальными приводными механизмами поворотных створок 9 средства механической защиты. Высокоэнергетический газ (сжатый воздух или пороховые газы) поступит в полости, в которых установлены штоки-толкатели 15 поворотных створок 9, пальцы-фиксаторы 14 поворотных створок 9 и штоки 42 противопомпажных клапанов 5.If the diagnostic system gave the command to transfer the mechanical protection means to the working position, this means that voltage is applied to the winding of the electromagnetic valve installed between the source of high-energy gas stored, for example, in the cylinder, and the pipelines through which it is supplied to the drive mechanisms. Or voltage has been applied to remove safety locks and set fire to a technical powder checker. After that, a path opens into the pipelines for high-energy gas, which controls the individual drive mechanisms of the rotary flaps 9 of the mechanical protection means. High-energy gas (compressed air or powder gases) will enter the cavity in which the pusher rods 15 of the pivoting flaps 9, the locking pins 14 of the pivoting flaps 9 and the rods 42 of the anti-surge valves 5 are installed.

Так как все элементы средства механической защиты ранее изучены и отработано их надлежащее функционирование, а модуль привода средства механической защиты проверен и обкатан на технологическом генераторе, то первыми вступят в работу пальцы-фиксаторы 14 поворотных створок 9 (Фиг.7). Управляющее давление высокоэнергетического газа, поступив по стрелке 37 в полость корпуса 35 привода пальцев-фиксаторов, переместит в сторону пружины 34 палец-фиксатор 14, преодолев сопротивление пружины 34, и выйдет из зацепления со втулкой 33. К этому моменту высокоэнергетический газ под управляющим давлением по трубопроводам 20 и 21 заполнит полость в блоке 17 привода средства механической защиты с поворотными створками 9 (Фиг.1). Его давление начнет перемещать штоки-толкатели 15 в сторону проточной части коллектора 3. Под действием штоков-толкателей 15 освобожденные от пальцев-фиксаторов 14 поворотные створки 9 начнут поворачиваться вместе с шарнирами 11 вокруг осей 28 (Фиг.4). Выйдя в проточную часть коллектора 3, поворотные створки 9 будут подхвачены потоком высокоэнергетического рабочего тела (высокотемпературным газом) и займут свое рабочее положение 10.Since all the elements of the mechanical protection means have been previously studied and their proper functioning has been tested, and the drive module of the mechanical protection means has been tested and run on the technological generator, the pins-latches 14 of the rotary shutters 9 will be the first to enter operation (Fig. 7). The control pressure of the high-energy gas, having passed along the arrow 37 into the cavity of the finger-retainer drive housing 35, moves the finger-retainer 14 towards the spring 34, overcoming the resistance of the spring 34, and disengages from the sleeve 33. At this point, the high-energy gas under the control pressure pipelines 20 and 21 will fill the cavity in the block 17 of the drive means of mechanical protection with rotary valves 9 (Figure 1). Its pressure will begin to move the pusher rods 15 towards the flow part of the manifold 3. Under the action of the pusher rods 15, the rotary flaps 9 freed from the locking pins 14 will begin to rotate together with the hinges 11 around the axes 28 (Figure 4). Leaving in the flow part of the collector 3, the rotary flaps 9 will be picked up by the flow of a high-energy working fluid (high-temperature gas) and will occupy their working position 10.

Одновременно с поворотными створками 9 (Фиг.2) под действием высокоэнергетического газа высокого давления, поступающего по стрелке 48 в корпус 41 противопомпажного клапана 5, начнется движение штока 42 перепускного перфорированного стакана 43.Simultaneously with the rotary flaps 9 (Figure 2) under the action of high-energy high-pressure gas flowing along arrow 48 into the housing 41 of the anti-surge valve 5, the movement of the rod 42 of the overflow perforated glass 43 will begin.

Перепускной стакан 43 выдвинется в проточную часть коллектора 3 до положения 45. При этом через отверстия перепускного стакана 43 в направлении по стрелкам 46 из полости коллектора 3 высокоэнергетическое рабочее тело будет сбрасываться в выхлопное устройство или в атмосферу, одновременно очищаясь от перемещаемых вместе с ним обломков деталей и узлов генератора. Высокоэнергетическое рабочее тело, вовремя эвакуированное из проточной части коллектора 3 через противопомпажные клапаны 5 и аварийные байпасные трубы, через перфорации (отверстия 38) в стенках поворотных створок 9 (Фиг.3) и через отверстия 38 в накладках 31 иThe bypass cup 43 extends into the flow part of the collector 3 to position 45. At the same time, through the openings of the bypass cup 43 in the direction of arrows 46 from the cavity of the collector 3, the high-energy working fluid will be discharged into the exhaust device or into the atmosphere, while simultaneously clearing debris moved with it and generator nodes. A high-energy working fluid evacuated from the flow path of the manifold 3 in time through anti-surge valves 5 and emergency bypass pipes, through perforations (openings 38) in the walls of the rotary flaps 9 (Figure 3) and through openings 38 in the plates 31 and

32 (Фиг.5) поворотных створок 9 исключит появление помпажа в генераторе высокоэнергетического рабочего тела.32 (Figure 5) of the rotary flaps 9 eliminates the appearance of surge in the generator of a high-energy working fluid.

В момент перевода поворотных створок 9 в рабочее положение 10 каждая пара створок и все они вместе имеют постоянный контакт по цилиндрическим поверхностям накладок 31 и 32 (Фиг.3). Если в момент перемещения поворотных створок 9 какая-то из них начнет притормаживать (например, случайно при монтаже створок 9 погнули (и не заметили этого) проушину 11), то поворотные створки 9, объединенные накладками 31 и 32 в единую динамическую систему, заставят приторможенную створку 9 двигаться в совместно с остальными за счет силового давления накладок 31 и 32 соседних поворотных створок 9.At the time of the translation of the rotary flaps 9 to the operating position 10, each pair of flaps and all of them together have constant contact on the cylindrical surfaces of the linings 31 and 32 (Figure 3). If at the moment of moving the rotary flaps 9, one of them starts to slow down (for example, accidentally, when installing the flaps 9, the eye 11 is bent (and did not notice this), then the rotary flaps 9, combined by plates 31 and 32 into a single dynamic system, will make the braked the sash 9 move in conjunction with the rest due to the force pressure of the plates 31 and 32 of the adjacent rotary sash 9.

Существующая постоянная кинематическая связь через накладки 31 и 32 всех поворотных створок 9 между собой позволяет нормально функционировать системе аварийной механической защиты даже в случае, если по какой-либо причине не произошла расфиксация одной или нескольких поворотных створок 9, т.е. команда на выведение пальцев-фиксаторов 14 из втулок 33, принадлежащих поворотным створкам 9, прошла, а один или несколько пальцев-фиксаторов 14 остались во втулках 33 (подобная ситуация может случиться, если при монтаже сломали (и не заметили этого) индивидуальные трубопроводы подвода управляющего давления). Чтобы и при такой ситуации система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины) нормально выполнила свои защитные функции, палец-фиксатор 14 может быть изготовлен в варианте, изображенном на Фиг.7 и 8. В этом варианте во втулку 33, закрепленную на поворотной створке 9, устанавливается дополнительная разрезная фиксирующая втулка 62, а на пальце-фиксаторе 14 выполняется фигурный участок с клиновидными гранями 63. При введении пальца-фиксатора 14 в контакт со втулкой 62 клиновидные грани 63 располагаются по длине реза на втулке. В этом варианте удержание пальцем-фиксатором 14 поворотной створки 9 при нормальной работе генератора происходит по клиновидным граням 63 пальца-фиксатора 14. Чтобы надежно удерживать в своем гнезде поворотную створку 9 по варианту с промежуточной разрезной фиксирующей втулкой 62, необходимо расчетно-экспериментальным путем подобрать толщину и длину втулки 62, марку материала втулки и ширину ее реза, а для пальца-фиксатора также обоснованно необходимо подойти при выборе угла клина фигурной части пальца-фиксатора 14 и длины фигурной части.The existing constant kinematic connection through the linings 31 and 32 of all the rotary flaps 9 with each other allows the emergency mechanical protection system to function normally even if, for some reason, one or more of the rotary flaps 9 have not been released, i.e. the command to remove the locking pins 14 from the bushings 33 belonging to the rotary leaves 9 passed, and one or more of the locking pins 14 remained in the bushings 33 (a similar situation can happen if during installation they broke (and did not notice this) individual control supply pipelines pressure). So that even in such a situation, the emergency mechanical protection system for the consumer of the high-energy working fluid (power turbine) normally performs its protective functions, the locking pin 14 can be made in the embodiment shown in Figs. 7 and 8. In this embodiment, in the sleeve 33, mounted on the pivoting flap 9, an additional split fixing sleeve 62 is installed, and a shaped portion with wedge-shaped faces 63 is made on the retainer finger 14. When the locking pin 14 is brought into contact with the sleeve 62, the wedge-shaped faces 63 are arranged The length of the cut on the sleeve. In this embodiment, holding the pivoting shutter 9 with the finger-retainer 14 during normal operation of the generator occurs along the wedge-shaped faces 63 of the retaining finger 14. In order to reliably hold the pivoting shutter 9 in its slot according to the variant with the intermediate split fixing sleeve 62, it is necessary to select the thickness by calculation and experimentation and the length of the sleeve 62, the brand of material of the sleeve and the width of its cut, and for the locking pin also reasonably need to be approached when choosing the wedge angle of the curly part of the locking pin 14 and the length of the curly part.

Такая контактирующая пара при переводе поворотных створок 9 в рабочее положение 10 работает следующим образом: прошла команда на расфиксацию поворотных створок 9 и следующая команда на выдвижение штоков-толкателей 15 из своих корпусов на разворот поворотных створок 9 в рабочее положение 10, но при этом не произошло расфиксации одной или нескольких поворотных створок 9. В этом случае на штоки-толкатели 15 подано командное давление, они начали выдвижение из своих корпусов и, упираясь в другие отстающие поворотные створки 9, нагрузили их выталкивающей силой, достаточной для того, чтобы клиновые грани 63, контактирующие по месту реза со втулкой 62, деформировали втулку 62 до состояния 64, при котором наиболее широкая часть клиновой части пальца-фиксатора 14 займет положение 64, т.е. выйдет из втулки-фиксатора 14 и дальнейшее раскрытие поворотной створки 9 в рабочее положение 10 будет происходить штатно.Such a contacting pair when translating the rotary leaves 9 to the working position 10 works as follows: the command to unlock the rotary shutters 9 and the next command to extend the push rods 15 from their bodies to rotate the rotary shutters 9 to the working position 10, but this did not happen unlocking one or more of the rotary flaps 9. In this case, command pressure was applied to the push rods 15, they began to push out of their bodies and, abutting against the other lagging rotary flaps 9, loaded them guide sufficient force to the wedge faces 63 in contact at the place of cutting to the sleeve 62, the sleeve 62 deformed to a condition 64 in which the widest part of the wedge portion of the finger latch 14 takes the position 64, i.e., comes out of the retainer sleeve 14 and the further opening of the pivoting flap 9 to the operating position 10 will occur normally.

Чтобы фигурный клиновой выступ на пальце-фиксаторе 14 относительно поворотной створки 9 устанавливался в требуемом положении, на втулке 33 закреплена направляющая планка 65, имеющая продольный паз, по которому осуществляется контакт штифта 66, закрепленного на пальце-фиксаторе 14.In order for the figured wedge protrusion on the locking pin 14 relative to the pivoting flap 9 to be installed in the desired position, a guide bar 65 is fixed on the sleeve 33, having a longitudinal groove, through which the pin 66 is contacted on the locking pin 14.

Чтобы можно было вывести палец-фиксатор 14, имеющий фигурную клиновую часть, через стенку опорного фланца 13, в ней выполняется вырез по форме фигурной части пальца-фиксатора 14, а чтобы управляющее положением пальца-фиксатора 14 высокоэнергетический газ не вытек из корпуса 35 привода пальца-фиксатора 14, под основание корпуса устанавливается состоящая из двух половинок уплотнительная шайба 67.In order to be able to withdraw the locking pin 14 having a curly wedge portion through the wall of the support flange 13, a cutout is made in it in the shape of the curly portion of the locking pin 14, and so that the high-energy gas that controls the position of the locking pin 14 does not leak from the finger drive housing 35 -fixer 14, a sealing washer 67 consisting of two halves is installed under the base of the housing.

Применение пальцев-фиксаторов 14, имеющих фигурную часть с клиновыми поверхностями 63 в комплекте с разрезными фиксирующими втулками 62, особенно целесообразно на этапе экспериментальной и опытно-промышленной эксплуатации средства механической защиты. На этапе промышленной эксплуатации, когда выполнен определенный объем доводочных работ и количество отказов сведено до минимума, можно упростить конструкцию пальцев-фиксаторов 14, исключив из конструкции средства механической защиты разрезные фиксирующие втулки 62, а пальцы-фиксаторы 14 изготавливать без фигурного клинового участка (Фиг.9), при этом штифт 66 на пальце-фиксаторе 14 и направляющая планка 65 из конструкции не изымаются, т.к. они обеспечивают удобный доступ к штифтам 66 при монтажно-демонтажных работах.The use of locking pins 14 having a figured part with wedge surfaces 63 complete with split fixing sleeves 62 is especially advisable at the stage of experimental and pilot industrial operation of mechanical protection means. At the stage of industrial operation, when a certain amount of finishing work has been completed and the number of failures has been minimized, the design of the retaining fingers 14 can be simplified by eliminating the split retaining sleeves 62 from the mechanical protection means and making the retaining fingers 14 without a figured wedge section (Fig. 9), while the pin 66 on the locking pin 14 and the guide bar 65 are not removed from the structure, because they provide convenient access to pins 66 during installation and dismantling.

Система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела способна нормально работать в случае, если при подаче сигнала на разворот поворотных створок 9 не работают один или несколько штоков-толкателей 15. В этом случае роль штока-толкателя 15 берут на себя закрепленные на поворотных створках 9 накладки 32. Соседние поворотные створки 9 с нормально работающими штоками-толкателями 15 при развороте в рабочее положение 10 через накладки 32 окажут силовое воздействие на поворотные створки 9, у которых отказали штоки-толкатели 15, и выдвинут их из кольцевого углубления 8 до положения в газовоздушном тракте коллектора 3, когда высокоэнергетическое рабочее тело (высокоскоростной газовый поток из проточной части генератора 1) подхватит и развернет до рабочего положения 10 весь комплект поворотных створок 9.The emergency mechanical protection system for the consumer of a high-energy working fluid is able to work normally if, when a signal is sent to the turn of the rotary wings 9, one or more of the push rods 15 does not work. 32. The adjacent rotary flaps 9 with normally working push rods 15, when turned to the working position 10 through the linings 32, will have a force effect on the rotary flaps 9, for which the rods failed Catel 15 and push them out of the annular recess 8 to the position in the flowpath manifold 3, when a high-energy working fluid (high-speed gas flow from the flow of the generator 1) picks up and deploys to the working position 10, the entire set of rotary slats 9.

Находящиеся во всем мире в эксплуатации газотурбинные установки наземного и морского применения не имеют в своем составе систем аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела. По сути дела, в любой текущий момент при работе ГТУ может произойти случайная поломка в газовоздушном тракте генератора высокоэнергетического рабочего тела и произойдет повреждение потребителя высокоэнергетического рабочего тела, вплоть до полного, не подлежащего восстановлению.The gas and turbine installations of land and sea use located around the world do not include emergency mechanical protection systems for consumers of high-energy working fluids. In fact, at any current moment during the operation of a gas turbine engine, a random breakdown in the gas-air path of a generator of a high-energy working fluid can occur and a consumer of a high-energy working fluid can be damaged, even a complete one that cannot be restored.

Наличие в составе газотурбинной установки системы аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой приводной турбины) качественным образом меняет характер эксплуатации газотурбинной установки наземного и морского применения. Теперь, если произойдет поломка в газотурбинном тракте генератора, повреждение получат только поворотные створки, а дорогостоящий потребитель высокоэнергетического рабочего тела (силовая турбина) останется невредимым или получит на рабочих поверхностях рабочих лопаток небольшие отметины типа мелких царапин и вмятин, а также возможны незначительные намины, царапины и сколы на поверхности жаростойкого защитного покрытия профильных частей проточной части потребителя высокоэнергетического рабочего тела (силовой турбины).The presence of a high-energy working fluid (power drive turbine) in the gas-turbine installation of the emergency mechanical protection system for the consumer qualitatively changes the nature of the operation of the gas-turbine installation onshore and offshore. Now, if a breakdown occurs in the gas-turbine path of the generator, only the rotary flaps will receive damage, and the expensive consumer of the high-energy working fluid (power turbine) will remain unscathed or receive small marks such as small scratches and dents on the working surfaces of the working blades, as well as minor burns, scratches and chips on the surface of the heat-resistant protective coating of the profile parts of the flow passage of the consumer of a high-energy working fluid (power turbine).

Правда, появляется возможность ложного срабатывания механической системы защиты. Насколько это опасно?! В рассматриваемой системе средства механической защиты это не опасно, потому что все ключевые элементы и агрегаты системы перед отправкой потребителям проверены технологическими испытаниями (обкаткой на рабочих режимах генератора высокоэнергетического рабочего тела). В программе технологических испытаний модулей механического средства механической защиты вполне может быть требование выполнения ложного срабатывания диагностической системы.True, there is the possibility of false triggering of a mechanical protection system. How dangerous is this ?! In the system under consideration, mechanical protection means are not dangerous, because all the key elements and units of the system before being sent to consumers are checked by technological tests (running-in at the operating modes of the generator of a high-energy working fluid). In the program of technological testing of modules of a mechanical means of mechanical protection, there may well be a requirement to perform a false positive of the diagnostic system.

Claims (5)

1. Система аварийной механической защиты потребителя высокоэнергетического рабочего тела, содержащая генератор высокоэнергетического рабочего тела, потребитель энергии этого рабочего тела, коллектор высокоэнергетического рабочего тела с наружной и внутренней стенками, соединяющий генератор с потребителем, систему управления, средство механической защиты, установленное в стенках коллектора с возможностью поворота и перекрытия всей площади его проходного сечения, источник питания и привод средства, кинематически связанный с последним, отличающаяся тем, что снабжена противопомпажным устройством, а средство механической защиты выполнено в виде поворотных створок с внутренними перегородками, имеющих криволинейные коробчатые сечения, размещенных в углублениях внутренней стенки коллектора с возможностью поворота относительно осей, расположенных в плоскости его поперечного сечения симметрично и концентрично его оси, снабженных, по меньшей мере, двумя секторными внутренними и внешними накладками, расположенными на поворотных створках попеременно с внешней и внутренней стороны, причем каждая створка снабжена индивидуальным приводным механизмом, аэрогидравлически сообщенным, по меньшей мере, с одним источником питания высокоэнергетическим газом индивидуальных приводных механизмов секторных поворотных створок и электрически связанным с системой управления.1. An emergency mechanical protection system for a consumer of a high-energy working fluid, comprising a generator of a high-energy working fluid, an energy consumer of this working fluid, a collector of a high-energy working fluid with external and internal walls, connecting the generator to the consumer, a control system, and a mechanical protection device installed in the walls of the collector with the ability to rotate and overlap the entire area of its bore, the power source and drive means kinematically connected with the last them, characterized in that it is equipped with an anti-surge device, and the mechanical protection device is made in the form of rotary flaps with internal partitions having curved box sections, located in the recesses of the collector's inner wall with the possibility of rotation relative to axes located in the plane of its cross section symmetrically and concentrically axis, provided with at least two sectorial internal and external plates, located on the rotary flaps alternately with the external and internal her hand, wherein each flap is provided with an individual drive mechanism aerogidravlicheski message to at least one power source of high-energy gas sector individual drive mechanisms of rotary slats and electrically connected with the control system. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что поворотные створки выполнены с возможностью поворота до надежного контакта с внешней стенкой коллектора в наклонном положении под острым углом к его оси и перекрытия зазоров между ними.2. The system according to claim 1, characterized in that the pivoting flaps are rotatable until reliable contact with the outer wall of the collector in an inclined position at an acute angle to its axis and overlapping gaps between them. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что ее противопомпажное устройство связано электрически с системой управления, снабжено для перепуска высокоэнергетического рабочего тела аварийными байпасными трубами с противопомпажными клапанами, сообщенными с входом выпускного устройства или атмосферой, и каналами, которые выполнены в виде несоосных перфораций в стенках, внутренних перегородках и секторных накладках поворотных створок системы аварийной механической защиты, выштамповок, расположенных на поверхностях их секторных внутренних и внешних накладок, сопряженных с соответствующими стенками поворотных створок.3. The system according to claim 1, characterized in that its anti-surge device is connected electrically to the control system, equipped with emergency bypass pipes with anti-surge valves connected to the outlet of the exhaust device or atmosphere, and channels, which are made in the form of misaligned, for bypassing the high-energy working fluid perforations in the walls, internal partitions and sector pads of the rotary flaps of the emergency mechanical protection system, stampings located on the surfaces of their sector internal and external overlays associated with the corresponding walls of the rotary wings. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что противопомпажные клапаны противопомпажного устройства снабжены разрывными мембранами и пневмоножами для вскрытия мембран.4. The system according to claim 3, characterized in that the anti-surge valves of the anti-surge device are equipped with bursting discs and pneumatic knife for opening the membranes. 5. Система по п.3, отличающаяся тем, что противопомпажные клапаны противопомпажного устройства выполнены в виде перфорированных стаканов, установленных во внешней стенке коллектора высокоэнергетического рабочего тела системы аварийной механической защиты с возможностью перекрытия входа аварийных байпасных труб, а также радиального перемещения и сообщения коллектора высокоэнергетического рабочего тела через аварийные байпасные трубы с атмосферой или выпускным устройством.5. The system according to claim 3, characterized in that the anti-surge valves of the anti-surge device are made in the form of perforated cups installed in the outer wall of the collector of the high-energy working fluid of the emergency mechanical protection system with the ability to block the input of the emergency bypass pipes, as well as radial movement and communication of the high-energy collector working fluid through emergency bypass pipes with atmosphere or exhaust device.

Images