Способ торможения турбины двигателя

 

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: средствми автоматики производят перепуск газа из полости перед силовой турбиной или из любого места до нее в пространство непосредственно за силовой турбиной, причем поток направляют по или против вращения ротора, разгоняют до скорости, соответствующей тепловому перепаду на силовой турбине, и создают потенциальный вихрь rc_u= const , формирующий градиент давления в полости, перпендикулярной оси турбины. 2 ил.

Изобретение относится к газотурбостроению и может быть использовано в транспортных, судовых, локомотивных и стационарных установках.

Известен способ торможения силовой турбины газотурбинного двигателя с помощью регулируемых сопловых аппаратов силовой турбины.

Основным недостатком такого способа торможения являются сложность и высокая стоимость регулируемых сопловых аппаратов. Сложность осуществления способа снижает надежность машины.

Известен также принятый за прототип способ торможения силовой турбины газотурбинного двигателя с применением перепуска газа перед силовой турбиной, причем газ отбирают из полости перед турбиной и, используя средства автоматики, направляют в пространство за ротором турбины.

Применение перепуска газа перед силовой турбиной обеспечивает малую величину тормозной мощности.

Целью изобретения является повышение тормозной мощности силовой турбины газотурбинного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что по способу торможения, основанному на перепуске газа перед силовой турбиной, средствами автоматики производят перепуск газа из полости перед силовой турбиной или из любого места до нее в пространство непосредственно за силовой турбиной, причем поток, направленный по или против вращения ротора, разгоняется до скорости, соответствующей тепловому перепаду на силовой турбине, и создается потенциальный вихрь rC_u const, формирующий градиент давления в плоскости, перпендикулярной оси турбины, где r текущий радиус; C_u проекция скорости потока на окружное направление.

Предлагаемый способ торможения турбины отличается от известного (принятого за прототип) признаками, приведенными выше, следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна".

По способу-прототипу газ из полости перед силовой турбиной перепускают в выхлопное устройство двигателя.

По предлагаемому же способу газ забирают из полости перед силовой турбиной или из любого места до нее и далее поток преобразуют потенциальный вихрь, представляющий собой в проточной части двигателя заграждение для основного потока.

На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена структурная схема двигателя с элементами средств автоматики; на фиг. 2 продольный разрез силовой турбины с регулирующим клапаном и вихревым тормозом, включающим безлопаточную спиральную камеру.

Двигатель включает компрессор 1, за которым размещены регенератор 2 и камера сгорания 3. Для привода компрессора предусмотрена турбина 4 компрессора, за которой по потоку размещена силовая турбина 5 двигателя. Турбина 4 компрессора и силовая турбина 5 механически между собой не связаны, между ними имеется только газодинамическая связь. Непосредственно за силовой турбиной смонтирован вихревой тормоз 6, в состав которого входит однозаходная или многозаходная безлопаточная спиральная камера (улитка).

В конструкцию двигателя входят и элементы средств автоматики: регулятор 7, сервомотор 8 и регулирующий клапан 9.

Газ из полости между турбиной 4 компрессора и силовой турбиной 5 поступает в вихревой тормоз 6. В спиральной камере вихревого тормоза поток направляется против или по вращению ротора, создается в идеализированной схеме потенциальный вихрь r C_u const и газ разгоняют до скорости, соответствующей тепловому перепаду на силовой турбине. Вихрь rC_u const формирует соответствующий градиент давления в плоскости, перпендикулярной оси турбины.

При этом происходит взаимодействие и смешение основного потока, поступающего из последнего рабочего колеса силовой турбины, и перепускаемого потока в условиях преобладания высоких сверхзвуковых скоростей в вихре и дозвуковых скоростей основного потока, что приводит к росту сопротивления движению основного потока в выходном патрубке и обеспечивает соответствующий тормозной эффект.

Одновременно формирование перепускаемого потока связано с резким падением давления перед силовой турбиной, что также вызывает уменьшение расхода газа и соответствующее снижение вращающего момента, которое суммируется с тормозным эффектом вихревого течения за свободной турбиной.

Для усиления эффекта торможения создается вихрь rC_u const, формирующий градиент давления на конической поверхности, с вершиной конуса, лежащей на оси турбины. В этом случае перепускаемый газ направляется против основного потока (C_z < 0, где С_z осевая составляющая скорости потока).

В конструкции двигателя может быть предусмотрен подвод в вихревой тормоз не только газа из полости между турбинами 4, 5 компрессора и силовой, но и подвод воздуха из-за компрессора 1 или из полости между регенератором 2 и камерой сгорания 3.

Использование предлагаемого способа торможения силовой турбины газотурбинного двигателя позволит значительно повысить ее тормозную мощность, упростить устройство тормоза, тем самым повысить его надежность и снизить стоимость изготовления двигателя.

Формула изобретения

СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ТУРБИНЫ ДВИГАТЕЛЯ, заключающийся в регулируемом посредством средств автоматики отборе части газа из полости перед турбиной и перепуске его в пространство за ротором турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения тормозной мощности, перепускаемый поток разгоняют до скорости, соответствующей тепловому перепаду на турбине, направляют его по или против вращения ротора турбины и создают потенциальный вихрь rC_u const, формирующий градиент давления в плоскости, перпендикулярной оси турбины, где r текущий радиус, а C_u проекция скорости потока на окружное направление.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2