RU2295644C2 - Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) - Google Patents
Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295644C2 RU2295644C2 RU2004116379/06A RU2004116379A RU2295644C2 RU 2295644 C2 RU2295644 C2 RU 2295644C2 RU 2004116379/06 A RU2004116379/06 A RU 2004116379/06A RU 2004116379 A RU2004116379 A RU 2004116379A RU 2295644 C2 RU2295644 C2 RU 2295644C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- turbine
- cooling air
- heat exchanger
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам повышения экономичности турбореактивных двигателей, преимущественно для двухконтурных турбореактивных двигателей с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре, и может быть успешно использовано в турбоэнергомашиностроении.The invention relates to methods for increasing the efficiency of turbojet engines, mainly for double-circuit turbojet engines with an air-air heat exchanger in the external circuit, and can be successfully used in turbo-energy engineering.
Известен способ повышения теплоотдачи в охлаждаемых каналах турбины путем постановки в каналах рабочих лопаток, по крайней мере, на внутренней поверхности одной стенки конфигурации турбулизаторов, имеющих определенную высоту и длину, с чередующимися по высоте турбулизаторами, предназначенными для генерации турбулентности в центре потока охлаждаемого канала и для уменьшения толщины термического пограничного слоя, расположенного вниз по течению. (См. Европатент - ЕР 0852284, F 01 D 5/18).A known method of increasing heat transfer in the cooled channels of the turbine by setting in the channels of the working blades, at least on the inner surface of one wall of the configuration of turbulators having a certain height and length, with alternating height turbulators designed to generate turbulence in the center of the flow of the cooled channel and for reducing the thickness of the thermal boundary layer located downstream. (See Europatent - EP 0852284, F 01 D 5/18).
Известна конструктивная схема охлаждения элементов конструкции газотурбинного двигателя четвертого поколения (ТРДДФ) с температурой Тг=1680 К и воздухо-воздушным теплообменником, расположенным в наружном контуре с заданным суммарным расходом охлаждающего воздуха и распределением его по элементам конструкции для охлаждения турбины высокого давления и турбины низкого давления. (См. кн. Н.Н.Сиротин «Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей» Москва, РИА ИМ-Информ 2002 г. Рис. 1.31, стр.97, 98).A known structural diagram of the cooling of the structural elements of the fourth generation gas turbine engine (TRDDF) with a temperature Tg = 1680 K and an air-air heat exchanger located in the external circuit with a given total flow rate of cooling air and its distribution over the structural elements for cooling the high pressure turbine and low pressure turbine . (See the book. N.N. Sirotin “Design and operation, damage and operability of gas turbine engines” Moscow, RIA IM-Inform 2002. Fig. 1.31, p.97, 98).
Известна система управления расходом воздуха, охлаждающего турбину турбореактивного двигателя, на крейсерских и максимальных режимах работы, содержащая выполненные перед входом в охлаждающий тракт турбины, перекрывающие устройства. Она снабжена агрегатом управления, а перекрывающие устройства выполнены в виде расположенных по окружности неуравновешенных клапанов обратного хода со ступенчатыми поршнями, с большими диаметрами в надпоршневых полостях, с коаксиальными корпусами, установленными в радиальных соосных отверстиях, выполненных в наружном корпусе и внутренней обечайке, дросселирующие сечения клапанов размещены в полости коллектора охлаждающего воздуха, образованного наружным корпусом и внутренней обечайкой, а запирающая часть подпружиненного шток-поршня агрегата управления установлена на воздухопроводах, соединяющих надпоршневые полости клапанов и командный коллектор с коллектором охлаждающего воздуха или с полостью мотогондолы. Для двухконтурных турбореактивных двигателей с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре у воздухо-воздушного теплообменника вход сообщен с зоной вторичного воздуха камеры сгорания, а выход - с коллектором охлаждающего воздуха. Она содержит для доводки заданных параметров и более экономичного охлаждения соплового аппарата и рабочего колеса турбины на основных режимах работы турбореактивного двигателя-прототипа систему измерений и регистрации: расхода охлаждающего воздуха и топлива, колебаний давления охлаждающего воздуха в воздухо-воздушном теплообменнике и турбине, колебаний давления топлива в агрегате управления и параметров турбореактивного двигателя при работе. (См. патент РФ-RU №2194179, F 02 C 9/00).A known control system for the flow of air, cooling a turbine of a turbojet engine, at cruising and maximum operating modes, comprising shutoff devices made before the entrance to the cooling tract of the turbine. It is equipped with a control unit, and the overlapping devices are made in the form of unbalanced reverse valves located around the circumference with step pistons, with large diameters in the piston cavities, with coaxial housings installed in radial coaxial holes made in the outer casing and the inner shell, throttling valve sections placed in the cavity of the cooling air manifold formed by the outer casing and the inner shell, and the locking part of the spring-loaded rod-pore nya control unit mounted on the air ducts connecting the cavity above the piston and the valve command collector to the collector of the cooling air cavity or nacelle. For dual-circuit turbojet engines with an air-air heat exchanger in the outer circuit of the air-air heat exchanger, the inlet is connected to the secondary air zone of the combustion chamber, and the output is connected to the cooling air collector. It contains a system for measuring and recording: cooling air and fuel consumption, cooling air pressure fluctuations in an air-air heat exchanger and turbine, fuel pressure fluctuations, to refine the set parameters and more economical cooling of the nozzle apparatus and the turbine impeller in the main operating modes of the prototype turbojet engine in the control unit and the parameters of the turbojet engine during operation. (See RF-RU patent No. 2194179, F 02 C 9/00).
Задачей изобретения является повышение экономичности турбореактивного двигателя.The objective of the invention is to increase the efficiency of a turbojet engine.
Для достижения указанной задачи система управления расходом воздуха, охлаждающего турбину турбореактивного двигателя, содержит выполненные перед входом в охлаждающий тракт турбины перекрывающие устройства. Она снабжена агрегатом управления, а перекрывающие устройства выполнены в виде расположенных по окружности неуравновешенных клапанов обратного хода со ступенчатыми поршнями, с большими диаметрами в надпоршневых полостях, с коаксиальными корпусами, установленными в радиальных соосных отверстиях, выполненных в наружном корпусе и внутренней обечайке, дросселирующие сечения клапанов размещены в полости коллектора охлаждающего воздуха, образованного наружным корпусом и внутренней обечайкой, а запирающая часть подпружиненного шток-поршня агрегата управления установлена на воздухопроводах, соединяющих надпоршневые полости клапанов и командный коллектор с коллектором охлаждающего воздуха или с полостью мотогондолы. Для двухконтурных турбореактивных двигателей с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре у теплообменника вход сообщен с зоной вторичного воздуха камеры сгорания, а выход - с коллектором охлаждающего воздуха. При этом между входом в воздухо-воздушный теплообменник и силовой аппарат турбины установлен, по меньшей мере, один источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха, выполненный в виде пояса из ряда акустических излучателей, закрепленных на кожухе камеры сгорания и направленных выходами в полость соплового аппарата, рабочего колеса турбины и воздухо-воздушного теплообменника. Причем снабжают воздушный тракт системы кондиционирования турбины, по меньшей мере, одним источником вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха, подают на вход в агрегат управления пульсирующее давление топлива, настраивают источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на колебательный режим работы, пропускают через него охлаждающий воздух, подают его из воздухо-воздушного теплообменника в полость соплового аппарата и рабочего колеса турбины, интенсифицируют теплообмен в турбине и воздухо-воздушном теплообменнике, при этом частоту колебаний давления охлаждаемого воздуха в каналах воздухо-воздушного теплообменника и турбины поддерживают в области акустических колебаний. Или возбуждают автоколебательный режим работы источника вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха агрегатом управления, настраивают и выводят источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на согласованный режим работы турбореактивного двигателя, обеспечивают более экономичное охлаждение соплового аппарата и рабочего колеса турбины на крейсерских и максимальных режимах работы турбореактивного двигателя.To achieve this goal, the control system for the flow of air cooling the turbine of a turbojet engine, contains blocking devices made before entering the cooling path of the turbine. It is equipped with a control unit, and overlapping devices are made in the form of unbalanced reverse valves located around the circumference with step pistons, with large diameters in the piston cavities, with coaxial housings installed in radial coaxial holes made in the outer casing and the inner shell, throttling valve sections placed in the cavity of the cooling air manifold formed by the outer casing and the inner shell, and the locking part of the spring-loaded rod-pore nya control unit mounted on the air ducts connecting the cavity above the piston and the valve command collector to the collector of the cooling air cavity or nacelle. For dual-circuit turbojet engines with an air-air heat exchanger in the outer circuit of the heat exchanger, the inlet is connected to the secondary air zone of the combustion chamber, and the output to the cooling air collector. At the same time, at least one source of forced oscillations of the cooling air pressure is installed between the entrance to the air-air heat exchanger and the turbine power unit, made in the form of a belt of a number of acoustic emitters mounted on the casing of the combustion chamber and directed by the exits into the cavity of the nozzle apparatus, the working one turbine wheels and air-air heat exchanger. Moreover, the air path of the turbine conditioning system is supplied with at least one source of forced oscillations of the cooling air pressure, a pulsating fuel pressure is supplied to the control unit input, the source of forced oscillations of the cooling air pressure is tuned to the oscillatory mode of operation, cooling air is passed through it, and supplied from the air-air heat exchanger into the cavity of the nozzle apparatus and the impeller of the turbine, intensify heat transfer in the turbine and the air-air heat transfer at the same time, while the frequency of pressure fluctuations of the cooled air in the channels of the air-air heat exchanger and turbine is maintained in the region of acoustic vibrations. Or they initiate a self-oscillating mode of operation of the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air by the control unit, set up and output the source of forced fluctuations of the pressure of the cooling air to the agreed mode of operation of the turbojet engine, provide more economical cooling of the nozzle apparatus and the impeller of the turbine at cruising and maximum modes of operation of the turbojet engine.
Далее задача достигается тем, что:Further, the task is achieved by the fact that:
а) дополнительно теплообменная матрица воздухо-воздушного теплообменника выполнена из частей с четным числом ходов охлаждаемого воздуха, сообщенных их смежными сторонами кольцевой полостью, с установленным в ней, по меньшей мере, одним источником вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха, выполненным в виде пояса из ряда акустических излучателей, образующих внутриматричное генерирующее устройство, при этом торец последнего хода теплообменной матрицы расположен в плоскости соплового аппарата турбины;a) additionally, the heat-exchange matrix of the air-air heat exchanger is made of parts with an even number of moves of the cooled air communicated by their adjacent sides with an annular cavity, with at least one source of forced pressure fluctuations of the cooling air installed in it, made in the form of a belt of a number of acoustic emitters forming an intra-matrix generating device, while the end face of the last stroke of the heat exchange matrix is located in the plane of the nozzle apparatus of the turbine;
б) в надпоршневой полости устанавливают упругий элемент, выполненный в виде пружины, шарнирно закрепленный на ступенчатом поршне и крышке, при этом торец ступенчатого поршня располагают на расстоянии от седла клапана, равном части от хода ступенчатого поршня, а усилие пружины на растяжение и сжатие равно массе ступенчатого поршня;b) an elastic element is installed in the supra-piston cavity, made in the form of a spring, pivotally mounted on a step piston and a cover, while the end face of the step piston is located at a distance from the valve seat equal to a part of the step piston stroke, and the spring force for tension and compression is equal to the mass step piston;
в) возбуждают автоколебательный режим работы источника вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха агрегатом управления, настраивают и выводят источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на согласованный режим работы;c) they initiate a self-oscillating mode of operation of the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air by the control unit, configure and output the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air to an agreed mode of operation;
г) клапан перекрывающего устройства источника акустических колебаний снабжен противоударным воздушным демпфером хода ступенчатого поршня, по меньшей мере, со стороны поршня с большим диаметром;d) the valve of the blocking device of the source of acoustic vibrations is equipped with an shockproof air damper for the step piston stroke, at least from the side of the piston with a large diameter;
д) противоударный демпфер выполнен с обоих торцов ступенчатого поршня, на нем дополнительно со стороны большего диаметра образована промежуточная полость, отделенная от надпоршневой полости стенкой, сообщенная с одной стороны рядом торцевых отверстий с надпоршневой полостью, а с другой стороны через отверстие - с полостью высокого давления у седла клапана при "открытии", кроме того внутри ступенчатого поршня установлен канал с коллектором, через торцевые отверстия сообщающим надпоршневую полость с зоной у седла клапана при его ″закрытии″.d) shockproof damper is made from both ends of the stepped piston, on it, additionally, from the side of larger diameter, an intermediate cavity is formed, separated from the nadporshnevoy cavity by a wall, communicated on one side by a number of end holes with nadporshnevoy cavity, and on the other hand through the hole with a high-pressure cavity at the valve seat when "opening", in addition, a channel with a collector is installed inside the staged piston, through the end openings communicating the over-piston cavity with the area at the valve seat when it is ″ closed and. "
Новым здесь является то, что снабжают воздушный тракт системы кондиционирования турбины между входом в теплообменник и сопловой аппарат турбины, по меньшей мере, одним источником вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха, подают на вход в агрегат управления пульсирующее давление топлива, настраивают источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на колебательный или автоколебательный режим работы, пропускают через него охлаждающий воздух, подают его из воздухо-воздушного теплообменника в полость соплового аппарата и рабочего колеса турбины, интенсифицируют теплообмен в турбине и теплообменнике.What is new here is that they supply the air path of the turbine conditioning system between the inlet of the heat exchanger and the turbine nozzle apparatus with at least one source of forced fluctuations in the pressure of cooling air, supply a pulsating fuel pressure to the input of the control unit, and set up the source of forced fluctuations in the pressure of cooling air to oscillatory or self-oscillating mode of operation, cooling air is passed through it, it is supplied from the air-air heat exchanger to the nozzle cavity and apparatus and turbine impeller, intensify heat transfer in the turbine and heat exchanger.
Далее, новым для двухконтурных турбореактивных двигателей с воздухо-воздушным теплообменником во втором контуре является то, что выполняют источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха в виде пояса из ряда акустических излучателей, образующих перекрывающее устройство, закрепляют их на кожухе камеры сгорания и направляют выходами в полость соплового аппарата, рабочего колеса турбины и теплообменника. При этом частоту колебаний давления воздуха в каналах воздухо-воздушного теплообменника и турбины поддерживают в области акустических колебаний. Возбуждают автоколебательный режим работы источника вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха агрегатом управления, настраивают и выводят источник на согласованный режим работы.Further, a new feature for dual-circuit turbojet engines with an air-air heat exchanger in the second circuit is that they perform a source of forced pressure fluctuations in the cooling air in the form of a belt of a number of acoustic emitters forming an overlapping device, fix them on the casing of the combustion chamber and direct them to the nozzle cavity apparatus, impeller of the turbine and heat exchanger. In this case, the frequency of fluctuations in air pressure in the channels of the air-air heat exchanger and turbine is maintained in the region of acoustic vibrations. The self-oscillating mode of operation of the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air is excited by the control unit, the source is tuned and output to the agreed mode of operation.
Выполняют теплообменную матрицу воздухо-воздушного теплообменника из частей с четным числом ходов охлаждаемого воздуха, сообщенных их смежными сторонами кольцевой полостью, устанавливают в ней источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха.The heat-exchange matrix of the air-air heat exchanger is made of parts with an even number of strokes of the cooled air communicated by their adjacent sides to the annular cavity, and a source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air is installed in it.
В надпоршневой полости клапана устанавливают упругий элемент, выполненный в виде пружины, шарнирно закрепляют на ступенчатом поршне и крышке, при этом торец ступенчатого поршня располагают на расстоянии, равном части от хода поршня от седла клапана, а усилие пружины на растяжение и сжатие равно массе поршня.An elastic element made in the form of a spring is installed in the supra-piston cavity of the valve, pivotally mounted on the step piston and cover, while the end of the step piston is placed at a distance equal to a part of the piston stroke from the valve seat, and the spring force for tension and compression is equal to the mass of the piston.
Клапан перекрывающего устройства источника акустических колебаний давления охлаждающего воздуха снабжен противоударным воздушным демпфером хода ступенчатого поршня, по меньшей мере, со стороны ступенчатого поршня с большим диаметром. Противоударный демпфер выполнен с обоих торцов ступенчатого поршня, на нем дополнительно со стороны большего диаметра образована промежуточная полость, отделенная от надпоршневой полости стенкой, сообщенная с одной стороны рядом торцевых отверстий с надпоршневой полостью, а с другой стороны через отверстие - с полостью высокого давления у седла клапана при "открытии", кроме того, внутри ступенчатого поршня установлен канал с коллектором, через выполненные торцевые отверстия сообщающий надпоршневую полость с зоной у седла клапана при его "закрытии".The valve of the blocking device of the source of acoustic pressure fluctuations in the cooling air pressure is equipped with an shockproof air damper for the step piston stroke, at least from the step piston with a large diameter. The shockproof damper is made at both ends of the stepped piston; on it, from the side of a larger diameter, an intermediate cavity is formed, separated from the nadporshnevoy wall by a wall, communicated on one side by a number of end holes with nadporshnevoy cavity, and on the other hand through the hole with a high pressure cavity at the saddle when opening the valve, in addition, a channel with a collector is installed inside the staged piston, through the end openings it communicates the over-piston cavity with the zone at the valve seat at about "closing".
Установив в воздушном тракте системы кондиционирования турбины, между входом в воздухо-воздушный теплообменник и сопловой аппарат турбины, по меньшей мере, один источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха подают на вход в агрегат управления пульсирующее давление топлива, настраивают источник на колебательный или автоколебательный режим работы, пропускают через него расход охлаждающего воздуха, подают его в полость соплового аппарата и рабочего колеса турбины (мы интенсифицируем теплообмен в турбине и теплообменнике).By installing in the air path of the turbine conditioning system, between the inlet of the air-air heat exchanger and the turbine nozzle apparatus, at least one source of forced oscillations of the cooling air pressure is supplied to the inlet of the control unit pulsating fuel pressure, the source is set to oscillatory or self-oscillating operation, the flow of cooling air is passed through it, it is fed into the cavity of the nozzle apparatus and the impeller of the turbine (we intensify the heat transfer in the turbine and the heat exchanger ).
Для двухконтурных турбореактивных двигателей с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре выполняют источник вынужденных колебаний в виде пояса из ряда акустических излучателей, образующих перекрывающее устройство, закрепляют их на кожухе камеры сгорания и направляют выходами в полость соплового аппарата, рабочего колеса турбины и теплообменника. Мы получаем возможность повысить экономичность турбореактивного двигателя так как по обе стороны от источника вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на "открытых концах трубы" течение его дозвуковое, то акустические колебания распространяются в обе стороны как по течению потока, так и против направления его, интенсивно воздействуют на пристеночный слой и интенсифицируют теплообмен (теплоотдачу), что позволяет уменьшить расход охлаждающего воздуха на охлаждение элементов турбины до заданной температуры стенки, в которую он поступает с большим хладоресурсом из-за более эффективной работы матрицы воздухо-воздушного теплообменника, и таким образом снизить удельный расход топлива турбореактивного двигателя на величину уменьшения затрат мощности турбокомпрессора на сжатие сэкономленного расхода воздуха и возвратить его в контур высокого давления на создание тяги ТРДДФ.For double-circuit turbojet engines with an air-air heat exchanger in the external circuit, a source of forced oscillations is made in the form of a belt of a number of acoustic emitters forming a blocking device, they are fixed on the casing of the combustion chamber and directed by the outlets into the cavity of the nozzle apparatus, turbine impeller and heat exchanger. We get the opportunity to increase the efficiency of a turbojet engine, since the flow is subsonic on both sides of the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air at the “open ends of the pipe”, acoustic vibrations propagate in both directions, both in the flow direction and in the opposite direction, they intensively affect the parietal layer and intensify heat transfer (heat transfer), which reduces the flow of cooling air for cooling the turbine elements to a given wall temperature, into which it comes with a large cold resource due to the more efficient operation of the matrix of the air-air heat exchanger, and thus reduce the specific fuel consumption of a turbojet engine by reducing the cost of power of the turbocompressor to compress the saved air flow and return it to the high pressure circuit to create a turbofan engine.
Поддерживая частоту колебаний давления воздуха в каналах теплообменника и турбины в области акустических колебаний, мы получаем возможность оптимизировать эффективность теплообмена по частоте вынужденных колебаний.By supporting the frequency of fluctuations in air pressure in the channels of the heat exchanger and turbine in the region of acoustic vibrations, we are able to optimize the efficiency of heat transfer in terms of the frequency of forced vibrations.
Для возбуждения колебательного или автоколебательного режима работы источника акустических колебаний используют агрегат управления, настраивают и выводят источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха на согласованный режим работы, что дает возможность менять характеристики излучателя.To excite the oscillatory or self-oscillating mode of operation of the source of acoustic vibrations, a control unit is used, the source of forced fluctuations in the pressure of the cooling air is tuned and output to the agreed mode of operation, which makes it possible to change the characteristics of the emitter.
Дополнительно разделив теплообменную матрицу трубчатого многозаходного с коридорными пучками труб перекрестного многоходового с общим прямоточным движением теплоносителей воздухо-воздушного теплообменника ТРДД на части с четным числом ходов охлаждаемого воздуха, сообщив ее смежные части кольцевой полостью и установив в ней, по меньшей мере, один источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха, мы получаем возможность еще больше повысить эффективность работы теплообменника и оптимизировать его работу при фиксированной активной теплообменной поверхности и/или уменьшить массу ВВТ.Additionally, dividing the heat exchange matrix of a multi-pass tubular with corridor bundles of cross-pass pipes with the general direct-flow movement of the heat carriers of the air-to-air heat exchanger TRDD into parts with an even number of strokes of the cooled air, communicating its adjacent parts with an annular cavity and installing at least one source of forced vibrations pressure of the cooling air, we get the opportunity to further increase the efficiency of the heat exchanger and optimize its operation with a fixed th active heat exchanging surface and / or reduce the weight of the IWT.
Выполнив клапан перекрывающего устройства источника так, что в надпоршневой полости клапана установлен упругий элемент, выполненный в виде пружины, шарнирно закрепленный на поршне и крышке, при этом торец поршня располагают на расстоянии, равном части от хода ступенчатого поршня от седла клапана, а усилие пружины на растяжение и сжатие равно массе поршня, мы получаем возможность обеспечить автоколебательный режим работы и преобразовать исходный двухпозиционный клапан (см. прототип) в клапанный акустический излучатель, работающий в колебательном или автоколебательном режиме. Далее, клапан перекрывающего устройства источника акустических колебаний давления охлаждающего воздуха может быть снабжен противоударным воздушным демпфером хода ступенчатого поршня, по меньшей мере, со стороны поршня с большим диаметром. Для этого его снабжают воздушными каналами, противолежащими опорным поверхностям, попеременно сообщают их с полостью коллектора командного давления или полостью мотогондолы - наружного контура. При этом мы получаем возможность обеспечить большой ресурс работы, т.к. исключаются ударные нагрузки на поршень и подпружиненные пирографитовые уплотнения при изменении направления его движения.Having performed the valve of the source shutoff device so that in the supra-piston cavity of the valve an elastic element is installed made in the form of a spring, pivotally mounted on the piston and the cover, while the end face of the piston is located at a distance equal to part of the stroke of the stepped piston from the valve seat, and the spring force is stretching and compression is equal to the mass of the piston, we get the opportunity to provide a self-oscillating mode of operation and convert the original on-off valve (see prototype) into a valve acoustic emitter operating in a count the vibrational or oscillatory regime. Further, the valve of the blocking device of the source of acoustic pressure fluctuations in the cooling air pressure can be equipped with shockproof air damper for the step piston stroke, at least from the piston with a large diameter. To do this, it is provided with air channels opposite the supporting surfaces, alternately communicating them with the cavity of the command pressure manifold or the cavity of the engine nacelle - the outer contour. At the same time, we get the opportunity to provide a large resource of work, because shock loads on the piston and spring-loaded pyrographic seals are excluded when changing the direction of its movement.
Далее, противоударный демпфер выполнен с обоих торцов ступенчатого поршня, на нем дополнительно со стороны большего диаметра образована промежуточная полость, отделенная от надпоршневой полости стенкой, сообщенная с одной стороны рядом торцевых отверстий с надпоршневой полостью, а с другой стороны через отверстие - с полостью высокого давления у седла клапана при "открытии", кроме того, внутри ступенчатого поршня установлен канал с коллектором, через выполненные торцевые отверстия сообщающий надпоршневую полость с зоной у седла клапана при его "закрытии".Further, the shockproof damper is made at both ends of the stepped piston; on it, additionally, from the side of the larger diameter, an intermediate cavity is formed, separated from the supra-piston cavity by a wall, communicated on one side by a number of end holes with a supra-piston cavity, and, on the other hand, through a hole with a high-pressure cavity at the valve seat when "opening", in addition, a channel with a collector is installed inside the staged piston, through the made end openings it communicates the over-piston cavity with the zone at the seat of the valve when it is "closed".
Повышение экономичности турбореактивного двигателя обеспечивается тем, что интенсифицируют теплообмен в турбине и теплообменнике от воздействия акустического поля источника вынужденных колебаниях давления охлаждающего воздуха на пограничный слой и на его теплоотдачу при вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха (хладагента) в полости соплового аппарата, рабочих лопаток турбины и внутренних каналах пучков трубок ВВТ. Это позволяет уменьшить расход охлаждающего воздуха и таким образом улучшить экономичность турбореактивного двигателя путем снижения удельного расхода топлива турбореактивного двигателя.Increasing the efficiency of a turbojet engine is ensured by intensifying heat transfer in the turbine and heat exchanger from the influence of the acoustic field of the source of forced fluctuations in the pressure of cooling air on the boundary layer and on its heat transfer during forced fluctuations of the pressure of cooling air (refrigerant) in the cavity of the nozzle apparatus, turbine blades and internal channels of bundles of arms and military equipment. This reduces the consumption of cooling air and thus improves the efficiency of the turbojet engine by reducing the specific fuel consumption of the turbojet engine.
На приведенных чертежах показана конструкция устройства к способу повышения экономичности турбореактивного двигателя.The drawings show the design of the device to a method of increasing the efficiency of a turbojet engine.
На фиг.1 показана конструктивная схема устройства с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре в исходном положении.Figure 1 shows a structural diagram of a device with an air-air heat exchanger in the outer circuit in the initial position.
На фиг.2 показана конструктивная схема устройства с воздухо-воздушным теплообменником в наружном контуре с разделенной теплообменной матрицей на части с четным числом ходов и источником вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха между ними.Figure 2 shows a structural diagram of a device with an air-air heat exchanger in the outer circuit with a divided heat exchange matrix into parts with an even number of strokes and a source of forced fluctuations in the pressure of cooling air between them.
На фиг.3 показан клапан с демпфером со стороны ступенчатого поршня с большим диаметром в крайнем верхнем положении.Figure 3 shows a valve with a damper on the side of the stepped piston with a large diameter in its highest position.
На фиг.4 показан клапан с демпфером со стороны ступенчатого поршня с меньшим диаметром в крайнем верхнем положении.Figure 4 shows a valve with a damper on the side of the stepped piston with a smaller diameter in its highest position.
На фиг.5 показан клапан с демпферами на обоих торцах ступенчатого поршня при "открытии".Figure 5 shows a valve with dampers at both ends of a stepped piston when "opened".
На фиг.6 показан клапан с демпферами на обоих торцах ступенчатого поршня при "закрытии".Figure 6 shows a valve with dampers at both ends of the stepped piston when "closed".
Указанное устройство установлено на турбореактивном двигателе 1, содержащем воздухо-воздушный теплообменник (ВВТ) 2, размещенный в наружном контуре 3, на кожухе 4 камеры сгорания, перекрывающие устройства 5, агрегат управления 6 и турбину 7, газовоздушный тракт 8 с сопловым аппаратом 9 и рабочим колесом 10 турбины 7, систему кондиционирования 11 турбины 7. Между входом ВВТ 12 и входом 13 в сопловой аппарат 9 турбины 7 установлен, по меньшей мере, один источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 14, на вход 15 агрегата управления 6 подают пульсирующее давление топлива 16, пропускают через источник 14 охлаждающего воздуха, подают его в полость 17 соплового аппарата 9 и рабочего колеса 10, настраивают источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 14 на колебательный или автоколебательный режимы работы, интенсифицируют теплообмен в турбине 7 и ВВТ 2. Выполняют источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 14 в виде пояса 18 из ряда акустических излучателей 19, образующих перекрывающее устройство 5, закрепляют их на кожухе 4 камеры сгорания. Частоту колебаний давления воздуха в каналах теплообменника 2 и турбины 7 возбуждают, поддерживают и выводят источник 14 на согласованный режим работы агрегатом управления 6. Автоколебательный режим работы акустических излучателей 19 обеспечивают установкой шток-поршня 20 с запирающей частью 21 в нейтральное положение в полости 22, между кромками 23 и 24.The specified device is installed on a turbojet engine 1 containing an air-air heat exchanger (IHT) 2, located in the outer circuit 3, on the
Для улучшения теплофизических характеристик ВВТ 2 дополнительно выполняют теплообменную матрицу 25 из частей 26 и 27 с четным числом ходов 28 охлаждаемого воздуха 29, по направлению 30 охлаждающего воздуха 31, например, в отношении как (2:1), сообщают ее смежные части 26, 27 кольцевой полостью 32, устанавливают в ней источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 33 в виде пояса 34 из ряда акустических излучателей 35, образующих внутриматричное генерирующее устройство 36.To improve the thermophysical characteristics of the IWT 2, an additional heat exchange matrix 25 is made of
В надпоршневой полости 37 клапана 38 устанавливают упругий элемент 39, выполненный в виде пружины 40, шарнирно закрепляют его на ступенчатом поршне 41 и крышке 42, при этом торец 43 ступенчатого поршня 41 располагают на расстоянии 44, равном части от хода ступенчатого поршня 41 от седла 45 клапана 38, например равном 1/2 хода ступенчатого поршня, а усилие пружины 40 на растяжение и сжатие равно массе поршня 41.In the over-piston
Клапан 38 перекрывающего устройства 5 источника акустических колебаний давления охлаждающего воздуха 14 снабжен противоударным воздушным демпфером 46 хода ступенчатого поршня 41, по меньшей мере, со стороны ступенчатого поршня 41 с большим диаметром.The
Клапан 38 выполнен с демпфером 47 со стороны ступенчатого поршня 41 с меньшим диаметром, в крайнем нижнем положении поршня 41, путем выполнения в стыке 48 кольцевой канавки 49, образованной корпусом 50 клапана 38 и цилиндрической расточкой в поясе 18, сообщенной с одной стороны каналом 51 с полостью коллектора командного давления 52, а с другой стороны - с каналами 53, выполненными в стойках 54, расположенных между воздушными каналами 55, и в опорной поверхности седла 45.The
Клапан 56 выполнен с противоударными демпферами 57 и 58, выполненными на обоих торцах ступенчатого поршня 41, на нем дополнительно со стороны большего диаметра образована промежуточная полость 59, отделенная от надпоршневой полости 37 стенкой 60, сообщенная с одной стороны рядом торцевых отверстий 61 с надпоршневой полостью 37, а с другой стороны через отверстие 62 - с полостью высокого давления 63 у седла 45 клапана 56 при "открытии", кроме того внутри ступенчатого поршня 41 установлен канал 64 с коллектором 65, через выполненные торцевые отверстия 66 сообщающий надпоршневую полость 37 с зоной 67 у седла 45 клапана 56 при его "открытии".The
Работа указанного устройства, предназначенного для улучшения экономичности турбореактивного двигателя, осуществляется следующим образом.The operation of this device, designed to improve the efficiency of a turbojet engine, is as follows.
При запуске и работе турбореактивного двигателя на дроссельных режимах ступенчатые поршни клапанов перекрывного устройства находятся в положении "закрыто".When starting and operating a turbojet engine in throttle modes, the stepped pistons of the valves of the shutoff device are in the "closed" position.
При работе турбореактивного двигателя на режимах, близких к максимальным, ступенчатые поршни находятся в положении "открыто" до включения режима повышенной экономичности.When the turbojet engine is operating at close to maximum modes, the stepped pistons are in the “open” position until the enhanced economy mode is activated.
При работе турбореактивного двигателя 1 на режимах, близких к максимальным, и максимальных, характеризирующихся повышенной температурой газов перед турбиной 7, и режиме с повышенной экономичностью, путем уменьшения удельного расхода топлива турбореактивного двигателя, в полость 15 агрегата управления 6 подают пульсирующее давление топлива 16, перемещающее шток-поршень 20 с той же частотой между кромками 23, 24 в полости 22. При этом ступенчатый поршень 41 клапана 38 "возбуждается" и совершает возвратно-поступательный движения вдоль оси в обе стороны от исходного положения 43. Настраивают источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 14 на колебательный режим работы или для перехода на автоколебательный режим работы, устанавливают шток-поршень 20 в нейтральное положение между кромками 23, 24 полости 22, настраивают и выводят источник вынужденных колебаний давления охлаждающего воздуха 14 на согласованный режим работы.When the turbojet engine 1 is operating in modes close to maximum and maximum, characterized by an increased temperature of the gases in front of the turbine 7, and a mode with increased efficiency, by reducing the specific fuel consumption of the turbojet engine, a pulsating fuel pressure 16 is supplied to the cavity 15 of the control unit 6, which transfers the piston rod 20 with the same frequency between the edges 23, 24 in the cavity 22. In this case, the
Акустический излучатель 19 представляет собой клапан 38 и связанный с ним резонатор 68, составляющие колебательную систему 69 в виде петлевого трубопровода 70, на одном конце которого находится "упругая мембрана", выполненная в виде поршня 41 с подпружиненными уплотнительными кольцами 71, 72 и торцом 43, взаимодействующим с седлом 45, соединенного упругим элементом 39 с крышкой 42.The acoustic emitter 19 is a
При "закрытии" клапана 38 происходит понижение давления на стороне турбины 7 и повышение давления охлаждающего воздуха на стороне ВВТ 2, гидравлическое сопротивление потоку увеличивается, при этом ступенчатый поршень 41 под воздействием усилия от упругого элемента 39, направленного к периферии на "открытие", открывает проходные сечения, и давление перед турбиной 7 повышается, а надпоршневые полости клапанов 38 сообщаются с наружным контуром или с полостью мотогондолы. Этот цикл периодически повторяется с заданной частотой, при этом импульс давления распространяется по трубопроводу 70 со скоростью звука.When the
Перекрывающие устройства 5 выполнены в виде расположенных по окружности неуравновешенных клапанов 38 обратного хода со ступенчатыми поршнями 41, с большими диаметрами 73 в надпоршневых полостях 37, с коаксиальными корпусами 42 и 45, установленными в радиальных соосных отверстиях 74, выполненных в наружном корпусе 4, в поясе 18 и внутренней обечайке 75, дросселирующие сечения клапанов 38 размещены в полости коллектора охлаждающего воздуха 76, образованного наружным корпусом 4 и внутренней обечайкой 75, а запирающая часть 21 подпружиненного шток-поршня 20 агрегата управления 6 установлена на воздухопроводах 70 и 77, соединяющих подпоршневые полости 37 клапанов 38 и командный коллектор 78 с коллектором охлаждающего воздуха 76 или с полостью мотогондолы 79, у воздухо-воздушного теплообменника 2 вход 12 сообщен с зоной вторичного воздуха камеры сгорания, а выход - с коллектором охлаждающего воздуха 76.Overlapping devices 5 are made in the form of circumferential
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116379/06A RU2295644C9 (en) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116379/06A RU2295644C9 (en) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004116379A RU2004116379A (en) | 2006-01-10 |
| RU2295644C2 true RU2295644C2 (en) | 2007-03-20 |
| RU2295644C9 RU2295644C9 (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=35871326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004116379/06A RU2295644C9 (en) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2295644C9 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623852C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-06-29 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Air feed method for cooling a turbine turbojet engine |
| RU197905U1 (en) * | 2020-01-30 | 2020-06-04 | ПАО "ОДК-Сатурн" | Turbine cooling manifold |
-
2004
- 2004-06-01 RU RU2004116379/06A patent/RU2295644C9/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623852C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-06-29 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Air feed method for cooling a turbine turbojet engine |
| RU197905U1 (en) * | 2020-01-30 | 2020-06-04 | ПАО "ОДК-Сатурн" | Turbine cooling manifold |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2295644C9 (en) | 2007-08-10 |
| RU2004116379A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3676228B2 (en) | Gas turbine combustor, gas turbine and jet engine | |
| US7389852B2 (en) | Integrated heat exchanger and muffler unit | |
| CN101776013B (en) | In order to strengthen the method and apparatus of the transition duct cooling in gas turbine engine | |
| FI66235C (en) | AVGASSERIE FOER EN KOMPRESSORMATAD FOERBRAENNINGSMOTOR | |
| JP6063246B2 (en) | Compact high pressure exhaust silencer | |
| US20020121089A1 (en) | Miniaturized waste heat engine | |
| RU2606464C2 (en) | Internal combustion engine with four cylinders located in row and operation method thereof | |
| CN101377175A (en) | Electricity generation in a turbine engine | |
| CN102644935A (en) | Combustor assembly for use in turbine engine and methods of fabricating same | |
| JPH10252501A (en) | Cooling manifold assembly for cooling combustion turbine part and combustion turbine | |
| US10711774B2 (en) | Membrane pump, in particular for use in the exhaust gas system of an internal combustion engine, and internal combustion engine comprising a membrane pump | |
| JPH02238132A (en) | Gas turbine | |
| EP2792868B1 (en) | Exhaust turbine supercharger | |
| CN109595591B (en) | Corrugated plate heat shield with water-cooling curtain wall | |
| RU2295644C2 (en) | Method of and device to increase economy of turbojet engine (versions) | |
| US2678529A (en) | Exhaust gas manifold for internalcombustion engines | |
| RU2563079C1 (en) | Low-sized gas turbine engine with heat recovery | |
| EP1049863B1 (en) | Miniaturized waste heat engine | |
| CN110878722B (en) | Opposed free piston Stirling generator system adopting annular combustor to provide heat | |
| US20080104956A1 (en) | Turbocharger having inclined volutes | |
| US20070175214A1 (en) | Turbocharger having divided housing with nozzle vanes | |
| Muller | Theoretical and practical aspects of the application of resonant combustion chambers in gas turbines | |
| JPH07317558A (en) | Internal combusion engine with large-sized constant-pressureturbo charge | |
| RU2260748C2 (en) | Combustion chamber for gas-turbine engine | |
| JP2005180223A (en) | Energy recovery device of internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140602 |