Пристрій для охолоджування електричного обладнання газотурбінного двигуна та газотурбінний двигун

1. Пристрій для охолоджування електричного обладнання (12) в газотурбінному двигуні (10), який містить щонайменше одну вихрову трубку (14), що має вхід (18), зв'язаний із засобами (16) живлення стисненим повітрям, і вихід (24) холодного повітря, з'єднаний із засобами (50) охолоджування електричного обладнання, який відрізняється тим, що вихрова трубка (14) живиться повітрям, яке стискається теплообмінником (30), який містить другий ланцюг, що живиться холодоагентом із засобів охолоджування електричного обладнання або гарячим повітрям, що виходить з вихрової трубки. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що засіб (16) живлення стисненим повітрям містить засоби направлення повітря в кільцевий трубопровід для проходження потоку свіжого повітря або вторинного потоку газотурбінного двигуна (10). C2 2 (11) 1 3 Задачею винаходу є удосконалення відомих технічних рішень, що відрізняється простотою, ефективністю та економічністю. Задача вирішується пристроєм для охолоджування електричного обладнання в газотурбінному двигуні, який містить щонайменше одну вихрову трубку, вхід якої з'єднаний із засобами живлення стисненим повітрям, а її вихід холодного повітря з'єднаний із засобами охолоджування електричного обладнання, згідно з винаходом, вихрова трубка живиться стисненим повітрям через теплообмінник, вторинний ланцюг якого живиться холодоагентом з виходу засобів охолоджування електричного обладнання або виходу гарячого повітря вихрової трубки. Відомим чином вихрова трубка, яка називається також трубкою Ранка, дозволяє створити завдяки вихровому ефекту потік холодного повітря і потік гарячого повітря залежно від потоку стисненого повітря при проміжній температурі. Вхідне повітря тангенціально впорскується в камеру, зв'язану з трубою, для створення високошвидкісного турбулентного руху, який направляється до кінця труби, забезпеченого вихідним конічним клапаном. Частина цього повітря виходить з труби через цей клапан, а інша частина повітря відбивається від клапана і направляється назад в трубу, турбулізуючи зустрічний потік, знижуючи його температуру і виходячи з протилежного кінця труби. Пристрій охолоджування за винаходом містить одну або декілька вихрових трубок, які живляться підвищеним тиском із засобів, розміщених на компресорі газотурбінного двигуна або в кільцевому трубопроводі вторинного потоку газу, такого як вихлопний компресор газотурбінного двигуна. Вихід холодного повітря кожної вихрової труби зв'язаний з теплообмінником, суміщеним з холодильною машиною або з системою впорскування повітря в електричне обладнання, що охолоджується. Вихрові трубки прості у виготовленні та монтажі і дозволяють виробляти холодне повітря підручними засобами. Вони живляться повітрям при тиску в декілька бар (звичайно від 5 до 10 бар) і генерують холодне повітря з температурою, яка може бути приблизно на 50 °С нижче температури вхідного повітря. Проте, вихрові трубки дешеві, надійні і мають відносно велику тривалість роботи без необхідності спеціального обслуговування, оскільки вони не містять рухомих деталей. Пристрій охолоджування може містити теплообмінник, первинний ланцюг якого з'єднаний з входом, зв'язаним з виходом засобів відбору повітря, і з виходом, зв'язаним з входом вихрової труби, і щонайменше вторинний ланцюг живиться холодоагентом. Щонайменше частина повітря, яка служить для охолоджування електричного обладнання, може бути направлена у вторинний ланцюг теплообмінника для поліпшення охолоджування повітря, відібраного від газотурбінного двигуна. Крім того, повітря, що виходить з теплого кінця вихрової труби, може бути направлене у вторинний ланцюг цього теплообмінника для полегшення охолоджування відібраного повітря, коли його температура 94912 4 нижче температури повітря, відібраного від газотурбінного двигуна. Теплообмінник може містити також два вторинних ланцюги охолоджуючого повітря, один з яких виходить з системи охолоджування електричного обладнання, а другий - з виводу гарячого повітря вихрової трубки. Вихрова трубка може бути виконана з подвійним каналом і містити другий вхід, зв'язаний із засобами живлення стисненим повітрям, такий пристрій дозволяє подвоїти продуктивність. Можна також використовувати декілька вихрових трубок, включених послідовно або паралельно, для охолоджування електричного або електронного обладнання. Винахід стосується також газотурбінного двигуна, згідно з винаходом, він містить пристрій охолоджування електричного та електронного обладнання, як було показано вище. Надалі винахід пояснюється нижченаведеним описом, який не є обмежувальним, що наводиться з посиланнями на супроводжуючі фігури креслень, в числі яких: Фіг. 1 схематично зображує пристрій за винаходом для охолоджування електричного обладнання газотурбінного двигуна. Фіг. 2 схематично зображує в аксіальному розрізі вихрову трубку системи охолоджування за винаходом. Фіг. 3 зображує вигляд в розрізі по лінії ІІІ-ІІІ фіг. 2. Фіг. 1 представляє схему пристрою за винаходом для охолоджування електричного або електронного обладнання 12 в газотурбінному двигуні 10, що містить вихрову трубку або трубку Ранка 14, яка живиться стисненим повітрям, яке надходить на елемент 16 газотурбінного двигуна, причому елемент 16 може бути виконаний у вигляді трубопроводу вентилятора, компресора високого або низького тиску, або осьовим компресором малих розмірів, що приводиться в дію аксесуарами газотурбінного двигуна. Вихрова трубка 14 містить вхід 18, який відкривається в камеру 20, утворену між кінцями труби, яка має вихід 22 гарячого повітря на одному з кінців, а на іншому кінці вихід 24 холодного повітря. Добре відоме функціонування вихрової трубки буде детально описане з посиланнями на фіг. 2 та 3. У представленому прикладі пристрій охолоджування додатково містить одноступеневий або багатоступеневий теплообмінник 30, який містить первинний ланцюг, вхід якого 32 зв'язаний із засобами надходження повітря в елемент 16 газотурбінного двигуна і вихід якого 36 зв'язаний трубопроводом 38 з входом 18 вихрової трубки 14. Відібране повітря охолоджується в теплообміннику 30 шляхом природної конвекції (а також радіації) і/або теплообміном з холодоагентом, що проходить у вторинному ланцюгу 31 теплообмінника 30. Теплообмінник 30 може також містити інший вторинний ланцюг холодоагенту, вхід якого 40 в цьому випадку зв'язаний трубопроводом 42 з виходом теплообмінника 50, що служить для охолоджування електричного обладнання; повітря з ви 5 ходу 44 вторинного ланцюга теплообмінника 30 може бути використане для охолоджування елементів газотурбінного двигуна. Більше того, вихід 22 гарячого повітря вихрової трубки може бути зв'язаний трубопроводом 36 з іншим входом 34 іншого вторинного ланцюга теплообмінника 30. Вихід холодного повітря вихрової трубки 24 з'єднаний або з теплообмінником 50, або з системою впорскування повітря, суміщеною з електричним обладнанням 12, цей електричний елемент може, наприклад, бути електронним блоком керування змінної геометрії газотурбінного двигуна. Пристрій може містити також засоби фільтрації стисненого повітря, які можуть бути встановлені на трубопроводах 32 або 38 для зменшення зносу вихрових трубок, і, відповідно, збільшення тривалості їх роботи. Пристрій для охолоджування за винаходом працює таким чином: стиснене повітря надходить на елемент 16 і проходить далі в первинний ланцюг теплообмінника 30 для охолоджування шляхом обміну з холодоагентом, циркулюючим у вторинному ланцюгу 31, а також з повітрям, циркулюючим у вторинному ланцюгу 40-44 теплообмінника 30 і з повітрям, що виходить з отвору 22 вихрової трубки. Охолоджене повітря, що виходить з теплообмінника 30, тангенціально вкидається в камеру 20 трубки, яка розташована поруч з виходом 24 трубки (фіг. 2). Камера 20 трубки має зазвичай циліндричну форму для того, щоб привести в рух повітря, що впорскується, і створити високошвидкісний турбулентний рух 52 всередині трубки, цей рух направлений до другого кінця 22 трубки (стрілка 54). Повітря на зовнішній периферії турбулентного потоку є відносно теплим, в той час, як повітря, розміщене на внутрішній периферії турбулентного потоку, є відносно холодним. Конусний контрольний клапан 56 встановлений на другому кінці трубки 22 і утворює з внутрішньою поверхнею трубки вихідний кільцевий ка 94912 6 нал для повітря, розміщений по зовнішній периферії турбулентного потоку, тобто гарячого повітря (стрілка 58). Центральна частина турбулентного потоку надходить на клапан 56 і формує другий турбулентний потік 60, який направлений всередині в сторону, протилежну першому потоку 52 (стрілка 62), віддаючи йому тепло до першого кінця 24 трубки (стрілка 64). Вихрова трубка може бути виконана з подвійною циркуляцією і містити другий вхід для повітря на своєму кінці 22, протилежному камері 20 для поліпшення продуктивності трубки, як це відомо в техніці. У представленому прикладі отвір 66, коаксіальний трубці, утворений в контрольному клапані 56 і може бути з'єднаний із засобами живлення повітрям (стрілка 68), це повітря може, наприклад, матитиск і температуру менші, ніж повітря, що надходить в камеру 20. Згідно з прикладом здійснення винаходу, витрата повітря, що надходить в елемент 16 і проходить в теплообмінник 30, становить 2833 L/min, це повітря має тиск в 6,3 бар і температуру 200 °С. Холодоагент, який живить вторинний ланцюг 31 теплообмінника 30, є повітрям при температурі 90 °С і дозволяє зменшити температуру стисненого повітря, що живить вихрову трубку, до 100 °С. Теплообмінник 50 живиться холодним повітрям з витратою 1840 L/min, це повітря має на вході в теплообмінник 50 температуру 57 °С, а на виході теплообмінника температура повітря становить порядку 80-90 °С; це повітря може бути потім направлене у вторинний трубопровід теплообмінника по трубі 42. Множина вихрових трубок 14 може бути встановлена послідовно або паралельно для забезпечення охолоджування одного або декількох типів електричного або електронного обладнання. Розмір кожної вихрової трубки залежить від температури і витрати холодного повітря на виході трубки, які визначаються типом обладнання, що охолоджується. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 94912 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601