RU2260135C1 - Gas-turbine engine starting system - Google Patents
Gas-turbine engine starting system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2260135C1 RU2260135C1 RU2003134403/06A RU2003134403A RU2260135C1 RU 2260135 C1 RU2260135 C1 RU 2260135C1 RU 2003134403/06 A RU2003134403/06 A RU 2003134403/06A RU 2003134403 A RU2003134403 A RU 2003134403A RU 2260135 C1 RU2260135 C1 RU 2260135C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starting
- pipeline
- auxiliary power
- combustion chamber
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к системам запуска газотурбинного двигателя.The invention relates to the field of aircraft engine construction, in particular to gas turbine engine starting systems.
Известна система запуска газотурбинного двигателя, содержащая вспомогательную силовую установку (далее - ВСУ), включающую компрессор и жаровую трубу камеры сгорания, и пусковое устройство с воздушной турбиной, связанной посредством основного трубопровода через запорное устройство с компрессором вспомогательной силовой установки (Б.М.Кац, Э.С.Жаров, В.К.Винокуров. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей, - М.: Машиностроение, 1976 г., с. 7-9).A known system for starting a gas turbine engine containing an auxiliary power unit (hereinafter referred to as APU), including a compressor and a heat pipe of a combustion chamber, and a starting device with an air turbine connected via a main pipeline through a locking device to an auxiliary power unit compressor (B.M. Katz, E.S. Zharov, V.K. Vinokurov, Launching Systems for Aircraft Gas Turbine Engines, - M.: Mechanical Engineering, 1976, p. 7-9).
В известном устройстве в качестве пускового устройства используется воздушный стартер, механически связанный с валом ротора двигателя. Пусковое устройство раскручивает ротор двигателя до того момента, когда турбина начнет развивать мощность, достаточную для самостоятельной раскрутки ротора двигателя с заданным ускорением, после чего оно отключается.In the known device as a starting device, an air starter is used, mechanically connected to the shaft of the rotor of the engine. The starting device spins the engine rotor until the moment when the turbine begins to develop power sufficient to independently spin the engine rotor with a given acceleration, after which it turns off.
Основным недостатком известного устройства является снижение уровня мощности, подводимой к ротору двигателя из-за невысокого уровня энергоотдачи ВСУ, что приводит к увеличению времени запуска двигателя и снижению его надежности. Вместе с тем, для обеспечения требуемых характеристик запуска ГТД приходится повышать мощность ВСУ, увеличивая при этом ее габариты, вес и стоимость.The main disadvantage of the known device is the reduction in the power supplied to the rotor of the engine due to the low level of energy efficiency of the APU, which leads to an increase in the start time of the engine and a decrease in its reliability. However, to ensure the required characteristics of the launch of a gas turbine engine, it is necessary to increase the power of the APU, while increasing its dimensions, weight and cost.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности и сокращение времени запуска двигателя без существенных изменений габаритов и веса исходной ВСУ.The problem to which the claimed invention is directed is to increase reliability and reduce engine start time without significant changes in dimensions and weight of the original APU.
Задача решается тем, что система запуска газотурбинного двигателя, содержащая вспомогательную силовую установку, включающую компрессор и жаровую трубу камеры сгорания, и пусковое устройство с воздушной турбиной, связанной посредством основного трубопровода через запорное устройство с компрессором вспомогательной силовой установки, оснащена дополнительным трубопроводом, сообщенным своим входом с внутренней полостью жаровой трубы камеры сгорания вспомогательной силовой установки, а выходом - с внутренней полостью основного трубопровода, причем запорное устройство размещено в основном трубопроводе между выходом дополнительного трубопровода и воздушной турбиной пускового устройства.The problem is solved in that the gas turbine engine start-up system, comprising an auxiliary power unit including a compressor and a combustion chamber heat pipe, and a starting device with an air turbine connected via a main pipeline through a shut-off device to an auxiliary power unit compressor, is equipped with an additional pipeline communicated with its input with the internal cavity of the flame tube of the combustion chamber of the auxiliary power unit, and the output with the internal cavity of the main pipe water, wherein the locking device is arranged in the main conduit between the outlet conduit and the additional air turbine starter unit.
Кроме того, в устройстве может иметь место следующее:In addition, the following may occur in the device:
- дополнительный трубопровод может быть размещен во внутренней полости основного трубопровода;- an additional pipeline can be placed in the internal cavity of the main pipeline;
- во внутренней полости основного трубопровода между запорным устройством и выходом дополнительного трубопровода может быть размещено профилированное сужающееся-расширяющееся сопло типа трубки Вентури;- in the inner cavity of the main pipeline between the locking device and the output of the additional pipeline can be placed profiled tapering-expanding nozzle type venturi;
- профилированное сужающееся-расширяющееся сопло типа трубки Вентури может быть оснащено механизмом его перемещения вдоль оси основного трубопровода;- a profiled tapering-expanding nozzle such as a venturi can be equipped with a mechanism for moving it along the axis of the main pipeline;
- на наружной поверхности дополнительного трубопровода в зоне его выхода может быть размещена профилированная вставка.- on the outer surface of the additional pipeline in the area of its exit, a profiled insert can be placed.
Оснащение двигателя дополнительным трубопроводом и сообщение через него внутренней полости жаровой трубы камеры сгорания ВСУ с внутренней полостью основного трубопровода обеспечивает подвод горячего газа к трубопроводу, сообщенному с воздушной турбиной. Повышение температуры рабочего тела, подаваемого на воздушную турбину, значительно увеличивает ее удельную мощность, увеличивая, тем самым, уровень мощности, подводимой к ротору двигателя. Использование в качестве подогретого рабочего тела горячего газа из камеры сгорания ВСУ позволяет более полно использовать потенциальные возможности самой ВСУ. При этом нет необходимости изменять конструкцию ВСУ за счет ввода каких-либо элементов подогрева рабочего тела.Equipping the engine with an additional pipeline and communicating through it the internal cavity of the combustion tube of the APU combustion chamber with the internal cavity of the main pipeline ensures the supply of hot gas to the pipeline in communication with the air turbine. An increase in the temperature of the working fluid supplied to the air turbine significantly increases its specific power, thereby increasing the level of power supplied to the rotor of the engine. The use of hot gas from the combustion chamber of the APU as a heated working fluid makes it possible to more fully use the potential capabilities of the APU itself. In this case, there is no need to change the design of the APU by introducing any elements of the heating of the working fluid.
Размещение запорного устройства в основном трубопроводе между выходом дополнительного трубопровода и воздушной турбиной обеспечивает подачу рабочего тела к воздушной турбине, а также прекращение этой подачи.Placing the shut-off device in the main pipeline between the outlet of the additional pipeline and the air turbine ensures the supply of the working fluid to the air turbine, as well as the cessation of this supply.
Размещение дополнительного трубопровода во внутренней полости основного трубопровода наиболее рационально, поскольку, во-первых, не требует для этого дополнительного пространства, а, во-вторых, позволяет воздухом, проходящим по основному трубопроводу, охлаждать сильно нагретый из-за горячих газов дополнительный трубопровод, обеспечивая ему тем самым тепловую защиту.Placing an additional pipeline in the inner cavity of the main pipeline is most rational, because, firstly, it does not require additional space, and, secondly, it allows air passing through the main pipeline to cool the additional pipeline, which is very hot due to hot gases, providing him thereby thermal protection.
Размещение во внутренней полости основного трубопровода между запорным устройством и выходом дополнительного трубопровода профилированного сужающегося-расширяющегося сопла типа трубки Вентури обеспечивает минимальные потери давления рабочего тела, подаваемого на воздушную турбину пускового устройства.Placing in the inner cavity of the main pipeline between the locking device and the outlet of the additional pipeline a profiled tapering-expanding nozzle such as a venturi ensures minimal pressure loss of the working fluid supplied to the air turbine of the starting device.
Оснащение профилированного сужающегося-расширяющегося сопла типа трубки Вентури механизмом его перемещения вдоль оси основного трубопровода позволяет перемещать трубку Вентури вдоль участка основного трубопровода, фиксируя ее положение относительно выходного участка дополнительного трубопровода. При этом в положении, когда горло трубки Вентури размещено в зоне выходного участка дополнительного трубопровода, обеспечивается разгон воздуха внутри трубки Вентури и понижается его статическое давление, благодаря чему горячий газ из внутренней полости камеры сгорания поступает в расширяющийся участок трубки Вентури и смешивается с воздухом от компрессора.Equipping a profiled tapering-expanding venturi-type nozzle with a mechanism for moving it along the axis of the main pipeline allows you to move the venturi along the section of the main pipeline, fixing its position relative to the output section of the additional pipeline. At the same time, in the position where the throat of the Venturi tube is located in the area of the outlet section of the additional pipeline, air is accelerated inside the Venturi tube and its static pressure is reduced, so that hot gas from the internal cavity of the combustion chamber enters the expanding section of the Venturi tube and mixes with air from the compressor .
Выполнение на наружной поверхности выходного участка дополнительного трубопровода вставки позволяет в крайнем положении трубки Вентури, благодаря контактированию ее входного участка с вставкой, перекрыть доступ воздуха по основному трубопроводу к воздушной турбине и открыть доступ для горячего газа из камеры сгорания.Performing an additional insert pipe on the outer surface of the outlet section allows the venturi to be in the extreme position by contacting its inlet section with the insert to block the air flow through the main pipeline to the air turbine and to allow hot gas from the combustion chamber to open.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема системы запуска ГТД, а на фиг. 2 показаны возможные положения профилированного сужающегося-расширяющегося сопла типа трубки Вентури в основном трубопроводе.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general diagram of a gas turbine engine launch system, and FIG. 2 shows the possible positions of a profiled tapering-expanding nozzle such as a venturi in the main pipe.
Предлагаемая система запуска газотурбинного двигателя содержит ВСУ 1 с компрессором 2 и камерой сгорания 3 и воздушную турбину 4 пускового устройства, вал 5 которой механически связан с валом ротора 6 двигателя 7. Турбина 4 связана с компрессором 2 ВСУ 1 основным трубопроводом 8. Во внутренней полости основного трубопровода 8 размещены управляющий клапан 9 и дополнительный трубопровод 10, сообщенный своим входом с внутренней полостью камеры сгорания 3, а выходом - с внутренней полостью основного трубопровода 8, а также профилированное сужающееся-расширяющееся сопло типа трубки Вентури 11. Управляющий клапан 9 размещен в трубопроводе 8 между выходом дополнительного трубопровода 10 и воздушной турбиной 4. Профилированное сужающееся-расширяющееся сопло типа трубки Вентури 11 оснащено механизмом 12 его перемещения вдоль оси основного трубопровода 8, выполненным в виде цилиндра с поршнем 13. На наружной поверхности дополнительного трубопровода 10 в зоне его выхода во внутреннюю полость основного трубопровода 8 размещена профилированная вставка 14.The proposed system for starting a gas turbine engine contains an APU 1 with a compressor 2 and a combustion chamber 3 and an air turbine 4 of a starting device, a shaft 5 of which is mechanically connected to the rotor shaft 6 of the engine 7. The turbine 4 is connected to the compressor 2 of the APU 1 by a
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Запускается ВСУ 1 и выводится на установившийся режим.The APU 1 is launched and displayed in steady state.
Для раскрутки ротора 6 двигателя 7 подается команда на клапан управления 15 и воздух по трубопроводу 16 поступает из компрессора 2 в цилиндр 17, перемещая шток 18 в положение, при котором управляющий клапан 9 открывается и обеспечивая доступ воздуху от компрессора 2 к воздушной турбине 4, которая, в свою очередь, через выходной вал 5 соединена с ротором 6 двигателя 7.To spin the rotor 6 of the engine 7, a command is sent to the control valve 15 and the air through the pipe 16 enters from the compressor 2 to the cylinder 17, moving the stem 18 to the position in which the control valve 9 opens and provides air from the compressor 2 to the air turbine 4, which in turn, through the output shaft 5 is connected to the rotor 6 of the engine 7.
Таким образом, воздушная турбина 4 начинает раскручивать ротор 6. После этого подается команда на открытие клапана управления 19 и воздух из компрессора 2 по трубопроводу 20 поступает во внутреннюю полость механизма 12, перемещая шток 21 с поршнем 13. Одновременно воздух, вытесняемый поршнем 13 из внутренней полости механизма 12, по трубопроводу 22 через клапан 19 стравливается в атмосферу.Thus, the air turbine 4 begins to spin the rotor 6. After this, a command is issued to open the control valve 19 and air from the compressor 2 through the pipe 20 enters the internal cavity of the
В зависимости от команды блока запуска 23 двигателя 7 шток 21 перемещает трубку Вентури 11 из положения 24 в положение 25 или 26.Depending on the command of the starting block 23 of the engine 7, the
При положении 25 внутренний контур трубки Вентури 11 совместно с выходным участком дополнительного трубопровода 10 образует эжектор, где функции эжектирующего газа, поступающего по трубопроводу 8, выполняет воздух за компрессором 2, а эжектируемого газа, поступающего по трубопроводу 10, выполняет горячий газ, поступающий из внутренней полости жаровой трубы камеры сгорания 3.At
Воздух из компрессора 2 в трубке Вентури 11 ускоряется, и его статическое давление падает, достигая минимального уровня в зоне выходного сечения участка дополнительного трубопровода 10 и обеспечивая перепад давления в трубопроводе 10. Горячий газ начинает поступать в трубку Вентури 11 и смешиваться с более холодным воздухом из компрессора 2. Одновременно увеличивается подача топлива в ВСУ 1. Дальнейшая раскрутка двигателя 7 производится воздушной турбиной 4. По достижении заданных оборотов двигателя 7 происходит отключение привода от воздушной турбины 4 и подается команда от блока запуска 23 к клапану управления 19 и воздух начинает поступать в полость цилиндра механизма 12 по трубопроводу 22 и, перемещая шток 21 с поршнем 13, и через трубопровод 27 стравливается в атмосферу. В результате трубка Вентури 11 занимает исходное положение 24. При этом прекращается поступление горячего газа в трубопровод 8, так как с перемещением трубки Вентури 11 давление на срезе выходного участка трубопровода 10 повышается до уровня давления за компрессором 2.The air from the compressor 2 in the venturi 11 accelerates, and its static pressure drops, reaching a minimum level in the outlet section of the section of the
Давление внутри жаровой трубы камеры сгорания 3 ниже давления за компрессором 2, поэтому воздух за ним начинает поступать по трубопроводу 10 внутрь жаровой трубы камеры сгорания 3. Небольшой перепад на трубопроводе 10 между воздухом и газом внутри жаровой трубы камеры сгорания 3 обеспечивает протекание воздуха через него внутрь жаровой трубы камеры сгорания 3.The pressure inside the flame tube of the combustion chamber 3 is lower than the pressure behind the compressor 2, so the air behind it begins to flow through the
Далее подается команда от блока 23 к клапану управления 15 и воздух поступает в цилиндр 17, перемещая шток 18 в обратном направлении на закрытие управляющего клапана 9, расположенного в основном трубопроводе 8, прекращая подачу воздуха на воздушную турбину 4. Одновременно открывается клапан перепуска 28.Next, a command is sent from block 23 to the control valve 15 and air enters the cylinder 17, moving the rod 18 in the opposite direction to close the control valve 9 located in the
На форсированных режимах запуска перемещение трубки Вентури 11 производится в положение 26, ее входной участок совместно с вставкой 14 перекрывает трубопровод 8, в результате чего в воздушную турбину 4 прекращает поступать воздух из компрессора 2, а поступает только горячий газ из внутренней полости жаровой трубы камеры сгорания 3. Одновременно увеличивается подача топлива в камеру сгорания 3 и открывается клапан перепуска 28 в газовый тракт ВСУ 1.In forced start-up modes, the venturi 11 is moved to
Предложенная система позволяет значительно повысить энергоотдачу от ВСУ без существенных изменений ее габаритов и веса, тем самым повышая надежность запуска двигателя, а также сокращая его время.The proposed system can significantly increase energy efficiency from the APU without significant changes in its dimensions and weight, thereby increasing the reliability of starting the engine, as well as reducing its time.
Источники информацииSources of information
1. Б.М.Кац, Э.С.Жаров, В.К.Винокуров. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1976 г., с. 7-9.1. B.M. Katz, E.S. Zharov, V.K. Vinokurov. Starting systems for aircraft gas turbine engines, M.: Mechanical Engineering, 1976, p. 7-9.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003134403/06A RU2260135C1 (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Gas-turbine engine starting system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003134403/06A RU2260135C1 (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Gas-turbine engine starting system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003134403A RU2003134403A (en) | 2005-08-10 |
| RU2260135C1 true RU2260135C1 (en) | 2005-09-10 |
Family
ID=35844229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003134403/06A RU2260135C1 (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Gas-turbine engine starting system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2260135C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480601C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Gas turbine engine start-up control method |
| RU2594843C2 (en) * | 2011-01-11 | 2016-08-20 | Турбомека | Method for gas turbine engine start-up |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3098626A (en) * | 1960-11-21 | 1963-07-23 | Lockheed Aircraft Corp | System for starting gas turbine power plants |
| DE2325592C2 (en) * | 1973-05-19 | 1982-08-26 | Vereinigte Flugtechnische Werke Gmbh, 2800 Bremen | Arrangement for starting up aircraft gas turbine engines and for operating aircraft auxiliary equipment |
| US4777793A (en) * | 1986-04-14 | 1988-10-18 | Allied-Signal Inc. | Emergency power unit |
| WO1990011440A1 (en) * | 1989-03-17 | 1990-10-04 | Sundstrand Corporation | Combustion heated air turbine starter system |
| RU2133126C1 (en) * | 1997-09-24 | 1999-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Цамакс" | Antiseptic deodorant |
| RU2133358C1 (en) * | 1997-09-02 | 1999-07-20 | Акционерное общество открытого типа Авиамоторный научно-технический комплекс "Союз" | Aircraft power plant with additional gas-turbine engine for air starting system and ventilation and air-conditioning system |
-
2003
- 2003-11-28 RU RU2003134403/06A patent/RU2260135C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3098626A (en) * | 1960-11-21 | 1963-07-23 | Lockheed Aircraft Corp | System for starting gas turbine power plants |
| DE2325592C2 (en) * | 1973-05-19 | 1982-08-26 | Vereinigte Flugtechnische Werke Gmbh, 2800 Bremen | Arrangement for starting up aircraft gas turbine engines and for operating aircraft auxiliary equipment |
| US4777793A (en) * | 1986-04-14 | 1988-10-18 | Allied-Signal Inc. | Emergency power unit |
| WO1990011440A1 (en) * | 1989-03-17 | 1990-10-04 | Sundstrand Corporation | Combustion heated air turbine starter system |
| RU2133358C1 (en) * | 1997-09-02 | 1999-07-20 | Акционерное общество открытого типа Авиамоторный научно-технический комплекс "Союз" | Aircraft power plant with additional gas-turbine engine for air starting system and ventilation and air-conditioning system |
| RU2133126C1 (en) * | 1997-09-24 | 1999-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Цамакс" | Antiseptic deodorant |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2594843C2 (en) * | 2011-01-11 | 2016-08-20 | Турбомека | Method for gas turbine engine start-up |
| RU2480601C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Gas turbine engine start-up control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003134403A (en) | 2005-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4705727B2 (en) | Combined cycle pulse detonation turbine engine | |
| US9920710B2 (en) | Multi-nozzle flow diverter for jet engine | |
| US11255544B2 (en) | Rotating detonation combustion and heat exchanger system | |
| US6666018B2 (en) | Combined cycle pulse detonation turbine engine | |
| US10794290B2 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
| US6477829B1 (en) | Combined cycle pulse combustion/gas turbine engine | |
| WO2018089458A1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
| EP3091195A1 (en) | System and method for waste heat powered active clearance control | |
| US11572840B2 (en) | Multi-mode combustion control for a rotating detonation combustion system | |
| JPS592773B2 (en) | fuel supply control device | |
| US3740949A (en) | Fuel cooled ram air reaction propulsion engine | |
| RU2478811C2 (en) | Ventilation and supercharging of turbo-machine components | |
| US3028729A (en) | Rocket fuel system | |
| RU2661427C1 (en) | Bypass turbojet engine | |
| US7762056B2 (en) | Aircraft combination engines exhaust thrust recovery | |
| RU2260135C1 (en) | Gas-turbine engine starting system | |
| EP3483418B1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
| EP3736424B1 (en) | Assisted engine start bleed system | |
| US5157917A (en) | Gas turbine engine cooling air flow | |
| EP3232032A1 (en) | Cooling air architecture for compact size and performance improvement | |
| RU2168122C1 (en) | Cooling turbine plant with bleed-off of air from by-pass engine | |
| RU2405959C1 (en) | Method of gas generation for creation of thrust in air jet engine with multi-stage axial compressor and air jet engine | |
| RU2391525C1 (en) | Combined nuclear boost aircraft engine | |
| RU2383763C1 (en) | Combined nuclear afterburner aircraft engine | |
| US2609656A (en) | Gas turbine power plant having fuel cut-off valve actuated by an overspeed governor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140127 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |