RU2392465C2 - Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants - Google Patents
Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392465C2 RU2392465C2 RU2008118671/06A RU2008118671A RU2392465C2 RU 2392465 C2 RU2392465 C2 RU 2392465C2 RU 2008118671/06 A RU2008118671/06 A RU 2008118671/06A RU 2008118671 A RU2008118671 A RU 2008118671A RU 2392465 C2 RU2392465 C2 RU 2392465C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas turbine
- turbine engine
- engine
- rotor
- outlet
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, используемых в качестве привода энергетических установок газовой и энергетической отраслей, конкретно к способам охлаждения газотурбинных двигателей при аварийном (внезапном) выключении энергетических установок.The invention relates to the field of gas turbine engines used as a drive for power plants of the gas and energy industries, and specifically to methods for cooling gas turbine engines during emergency (sudden) shutdown of power plants.
В системы автоматического управления энергетическими установками закладывается ряд уставок (предельных величин контролируемых параметров), при достижении (превышении) которых происходит аварийное (внезапное) выключение энергетических установок и соответственно их приводов - газотурбинных двигателей. По сигналу аварийного выключения система автоматического управления энергетической установки выдает команду на закрытие стопорного клапана системы топливопитания газотурбинного двигателя, прекращающего подачу топлива в камеру сгорания независимо от режима работы последнего. Пока происходит выбег ротора (роторов) двигателя, частично снимается тепло с горячих элементов конструкции за счет небольшого течения воздуха по газовоздушному тракту и циркуляции масла, обеспечиваемой одним или более насосами, имеющими привод от ротора газотурбинного двигателя. После выбега ротора (роторов) течение воздуха по газовоздушному тракту двигателя и циркуляция масла в маслосистеме двигателя прекращаются. Статор, имея меньшую относительно ротора массу, остывает быстрее; учитывая малую величину радиальных зазоров между ротором и статором, может произойти заклинивание ротора (роторов). Горячие элементы двигателя передают тепло масляным форсункам, что способствует коксованию масла. Следовательно, необходимо охлаждать теплонапряженные элементы двигателя при его аварийном (внезапном) выключении.In the automatic control system of power plants, a number of settings (limit values of controlled parameters) are laid, upon reaching (exceeding) of which there is an emergency (sudden) shutdown of power plants and, accordingly, their drives - gas turbine engines. By an emergency shutdown signal, the automatic control system of the power plant issues a command to close the stop valve of the fuel supply system of the gas turbine engine, which stops the supply of fuel to the combustion chamber, regardless of the mode of operation of the latter. While the rotor (s) of the engine are running out, heat is partially removed from the hot structural elements due to the small air flow through the gas-air path and the oil circulation provided by one or more pumps driven by the rotor of the gas turbine engine. After the run-out of the rotor (s), the air flow through the gas-air path of the engine and the oil circulation in the engine oil system are stopped. The stator, having a smaller mass relative to the rotor, cools faster; Given the small radial clearance between the rotor and the stator, jamming of the rotor (s) may occur. Hot engine elements transfer heat to the oil nozzles, which contributes to the coking of the oil. Therefore, it is necessary to cool the heat-stressed elements of the engine during its emergency (sudden) shutdown.
Известна система охлаждения турбины газотурбинного двигателя (патент РФ №2004103042, F02C 7/12, 2005 г.), содержащая связанные между собой воздуховодами место отбора сжатого воздуха от компрессора, нагнетатель, теплообменник и каналы охлаждаемых деталей турбины, и снабженная обратным клапаном - сигнализатором, соединенным своим входом с местом отбора сжатого воздуха от компрессора, а выходом - с нагнетателем, клапаном аварийного сброса, соединенным своим входом с выходом из каналов охлаждаемых деталей турбины, а выходом - с проточной частью двигателя, и датчиком температуры охлаждаемых деталей турбины, связанным на выходе с клапаном аварийного сброса, причем нагнетатель снабжен узлом регулирования его производительности, также связанным с выходом датчика температуры охлаждаемых деталей турбины, а теплообменник установлен между нагнетателем и охлаждаемыми соединен с входом в нагнетатель.A known system for cooling a turbine of a gas turbine engine (RF patent No. 2004103042, F02C 7/12, 2005), containing interconnected ducts for the location of compressed air from the compressor, a supercharger, a heat exchanger and channels for cooled parts of the turbine, and equipped with a check valve - signaling device, connected by its inlet to the place of compressed air from the compressor, and the outlet - with a supercharger, emergency relief valve, connected by its inlet to the outlet of the channels of the cooled turbine parts, and the outlet - with the flow part of the engine I, and the sensor temperature cooled turbine components connected at the output with an emergency relief valve, wherein the blower assembly is provided with adjustment of its performance, also associated with temperature sensor output cooled turbine parts and heat exchanger mounted between the blower and cooled with an input connected to the plenum.
Недостатком данной системы является то, что она может применяться для охлаждения газотурбинного двигателя только на рабочих режимах этого двигателя и не обеспечивает его охлаждения при аварийном (внезапном) выключении в связи с прекращением течения воздуха в проточной части двигателя.The disadvantage of this system is that it can be used to cool a gas turbine engine only in the operating modes of this engine and does not provide cooling during an emergency (sudden) shutdown due to the cessation of air flow in the engine flow part.
В варианте данной системы, оснащенной баком с запасом дополнительного охладителя, недостатком является необходимость пополнения бака охладителем при расходе последнего. Еще одним недостатком такого варианта системы является увеличение массы двигателя, его габаритов и необходимость размещения бака с охладителем на двигателе или в укрытии двигателя.In the version of this system equipped with a tank with a supply of additional cooler, the disadvantage is the need to replenish the tank with a cooler at the expense of the latter. Another disadvantage of this version of the system is the increase in engine mass, its dimensions and the need to place a tank with a cooler on the engine or in the engine cover.
В варианте данной системы, когда нагнетатель механически связан с внешним источником энергии, недостатком является то, что система оснащается дополнительным потребителем энергии и требует его размещения на двигателе или в укрытии двигателя, габариты которого ограничены.In the variant of this system, when the supercharger is mechanically connected to an external energy source, the disadvantage is that the system is equipped with an additional energy consumer and requires its placement on the engine or in the engine cover, the dimensions of which are limited.
Известна система охлаждения турбины газотурбинного двигателя (патент РФ №2006108713, F02C 7/18, 2007 г.), включающая воздуховод для прохода охлаждающего воздуха от компрессора к турбине, образованный валом, соединяющим компрессор с турбиной, и внутренней стенкой двигателя, размещенной вокруг вала, отличающаяся тем, что воздуховод снабжен дополнительным осевым компрессором, содержащим одну или более ступеней, при этом рабочие лопатки дополнительного осевого компрессора установлены на валу, соединяющем компрессор с турбиной, а направляющие аппараты - на внутренней стенке двигателя, размещенной вокруг вала.A known cooling system of a turbine of a gas turbine engine (RF patent No. 2006108713, F02C 7/18, 2007), including an air duct for the passage of cooling air from the compressor to the turbine, formed by a shaft connecting the compressor to the turbine, and an internal wall of the engine located around the shaft, characterized in that the duct is equipped with an additional axial compressor containing one or more stages, while the working blades of the additional axial compressor are mounted on the shaft connecting the compressor to the turbine, and the guiding apparatus s - on the inner wall of the engine, located around the shaft.
Недостатком данной системы является то, что она может применяться для охлаждения газотурбинного двигателя только на рабочих режимах этого двигателя и не обеспечивает его охлаждения при аварийном (внезапном) выключении в связи с прекращением течения воздуха в проточной части двигателя.The disadvantage of this system is that it can be used to cool a gas turbine engine only in the operating modes of this engine and does not provide cooling during an emergency (sudden) shutdown due to the cessation of air flow in the engine flow part.
Известен способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата или энергоустановки в случае аварийных (внезапных) выключений газотурбинного двигателя (патент РФ №94025938, F02C 7/12, F01P 7/02, 1996 г.), согласно которому повышение надежности работы опор турбин газотурбинного двигателя в составе газоперекачивающего агрегата или энергоустановки достигается тем, что в случае аварийного выключения газотурбинного двигателя через трубы сброса воздуха, наддувающего уплотнения масляной полости опоры турбины в предмасляную наддувающую полость либо через трубы суфлирования - в масляную полость, от внешнего энергоисточника подается охлаждающий воздух с температурой ≈100°С в течение времени τ, по истечении которого температура деталей опоры снижается до величины, исключающей коксование масла.A known method of preventing coking of oil in a turbine support of a gas turbine engine operating as part of a gas pumping unit or power plant in case of emergency (sudden) shutdowns of a gas turbine engine (RF patent No. 94025938, F02C 7/12, F01P 7/02, 1996), according to which improving the reliability of the supports of the turbines of a gas turbine engine as part of a gas pumping unit or power plant is achieved by the fact that in the event of an emergency shutdown of the gas turbine engine through the vent pipes, pressurized I turbine bearing oil chamber in predmaslyanuyu nadduvayuschuyu cavity either through venting tubes - in the oil chamber, from an external power source is supplied the cooling air at ≈100 ° C for the time τ after which the temperature of the bearing parts is reduced to a value that excludes oil coking.
Недостатком такого способа является то, что воздух к опоре турбины должен подводиться с определенными параметрами, откуда следует необходимость в системе подготовки охлаждающего воздуха. Кроме того, чем больше время т подачи воздуха на охлаждение, тем большие запасы последнего нужно размещать рядом с энергетической установкой. Учитывая то, что энергетические установки зачастую находятся в отдалении от населенных пунктов (например, газоперекачивающие агрегаты), возникает вопрос о снижении затрат на их строительство, которые будут тем меньше, чем меньшее количество различных модулей или систем входит в состав энергетических установок. Следовательно, к недостаткам такого способа относится необходимость создания системы обеспечения охлаждающим воздухом опоры турбины газотурбинного двигателя при его аварийном (внезапном) выключении.The disadvantage of this method is that the air to the turbine support must be supplied with certain parameters, which implies the need for a cooling air preparation system. In addition, the longer the time t of air supply for cooling, the greater the reserves of the latter should be placed next to the power plant. Considering the fact that power plants are often far from settlements (for example, gas pumping units), the question arises of reducing the cost of their construction, which will be the smaller, the smaller the number of different modules or systems included in power plants. Therefore, the disadvantages of this method include the need to create a system for providing cooling air to the turbine bearings of a gas turbine engine during its emergency (sudden) shutdown.
Технический результат, полученный при осуществлении или использовании способа, воплощающего настоящее изобретение, выражается в более эффективном охлаждении газотурбинного двигателя при его аварийном (внезапном) выключении, в результате чего исключается риск заклинивания ротора (роторов) двигателя и не возникает условий для коксования масла. Также расширяются функциональные характеристики системы запуска, и сокращается количество дополнительных систем жизнеобеспечения энергетических установок.The technical result obtained by implementing or using the method embodying the present invention is expressed in more efficient cooling of the gas turbine engine during its emergency (sudden) shutdown, as a result of which the risk of jamming of the rotor (s) of the engine is eliminated and there are no conditions for oil coking. The functional characteristics of the launch system are also expanded, and the number of additional life support systems for power plants is reduced.
Это достигается тем, что в способе охлаждения газотурбинных двигателей при аварийном (внезапном) выключении энергетических установок, заключающемся в том, что измеряется частота вращения ротора (роторов) двигателя, температура масла на выходе из газотурбинного двигателя или на выходе любой из его опор, и формируется управляющее воздействие на исполнительный орган - стартер системы запуска газотурбинного двигателя (команда на его включение, выключение или переход на другой режим по частоте вращения). Во время выбега ротора (роторов) газотурбинного двигателя при его аварийном (внезапном) выключении система автоматического управления энергетической установкой выдает команду на включение стартера, который приводит во вращение ротор (ротора) двигателя и соответственно связанные с ним масляные насосы с частотой вращения n, в течение времени τ или до достижения температуры масла на выходе из газотурбинного двигателя или на выходе любой из его опор величины, исключающей коксование масла, при этом топливо в камеру сгорания двигателя не подается.This is achieved by the fact that in the method of cooling gas turbine engines during emergency (sudden) shutdown of power plants, which consists in measuring the rotational speed of the rotor (s) of the engine, the oil temperature at the outlet of the gas turbine engine or at the output of any of its bearings, and is formed the control action on the executive body is the starter of the starting system of the gas turbine engine (a command to turn it on, off, or switch to another mode in terms of speed). During the run-out of the rotor (s) of the gas turbine engine during its emergency (sudden) shutdown, the automatic control system of the power plant issues a command to turn on the starter, which drives the rotor (rotor) of the engine and the associated oil pumps with a speed of n, for time τ or until the temperature of the oil at the exit of the gas turbine engine or at the exit of any of its supports reaches a value excluding coking of the oil, while the fuel does not feed into the combustion chamber of the engine is.
Из практики разработки и эксплуатации энергетических установок с авиационным газотурбинным приводом известно, что замкнутая масляная система газотурбинного двигателя остается замкнутой, но конструктивно поделена на две части - систему маслообеспечения газотурбинного двигателя (масляный бак, рассчитанный на непрерывную работу газотурбинного двигателя в течение не менее 700 ч, и комплекс фильтров и средств измерения параметров маслосистемы газотурбинного двигателя), расположенную в отдельном укрытии, для возможности проведения технического обслуживания и дозаправки маслобака газотурбинного двигателя различными способами (из передвижной маслозаправочной установки, из резервуаров склада и т.д.) без остановки последнего; и неотъемлемую от конструкции газотурбинного двигателя часть маслосистемы (откачивающие и нагнетающие масляные насосы, центрифуга и другие составные части маслосистемы, приводимые в движение от ротора (роторов) последнего). Поэтому месторасположения входа и выхода масла из газотурбинного двигателя или из его опор находится на конструктивной границе помещений, в которых расположены вышеуказанные части маслосистемы газотурбинного двигателя.From the practice of developing and operating power plants with an aircraft gas turbine drive, it is known that a closed oil system of a gas turbine engine remains closed, but is structurally divided into two parts - the oil supply system of a gas turbine engine (an oil tank designed for continuous operation of a gas turbine engine for at least 700 hours, and a set of filters and means for measuring the parameters of the oil system of a gas turbine engine), located in a separate shelter, for the possibility of carrying out technical maintenance and refueling of the oil tank of the gas turbine engine in various ways (from a mobile oil filling unit, from storage tanks, etc.) without stopping the latter; and an integral part of the oil system from the design of the gas turbine engine (pumping and forcing oil pumps, a centrifuge and other components of the oil system, driven by the rotor (s) of the latter). Therefore, the location of the entrance and exit of oil from the gas turbine engine or from its supports is located on the structural boundary of the premises in which the above parts of the oil system of the gas turbine engine are located.
Частота вращения n выбирается из условия обеспечения необходимой производительности масляных насосов, приводимых во вращение ротором двигателя, ограничивается максимально возможной частотой вращения, которую может развить выходной вал стартера и, как правило, принимается равной частоте вращения холодной прокрутки ротора газотурбинного двигателя. Время τ подбирается для конкретного газотурбинного двигателя экспериментально таким образом, чтобы при выключения стартера (по завершению процесса охлаждения) не наблюдалась тенденция к росту температуры масла.The rotational speed n is selected from the condition of ensuring the necessary performance of oil pumps driven by the rotor of the engine, is limited by the maximum possible rotational speed that the output shaft of the starter can develop and, as a rule, is taken equal to the rotational speed of the cold scroll rotor of a gas turbine engine. The time τ is selected experimentally for a particular gas turbine engine so that when the starter is turned off (upon completion of the cooling process) there is no tendency to increase the temperature of the oil.
В еще оной реализации настоящего изобретения регулируется частота вращения ротора газотурбинного двигателя n в зависимости от изменения температуры масла на выходе из газотурбинного двигателя или на выходе любой из его опор, что позволит снизить потребление электроэнергии.In another implementation of the present invention, the rotational speed of the rotor of the gas turbine engine n is controlled depending on the change in oil temperature at the outlet of the gas turbine engine or at the output of any of its supports, which will reduce energy consumption.
Частота вращения n, время прокручивания ротора (роторов) двигателя τ и величина температуры масла на выходе из газотурбинного двигателя или на выходе любой из его опор, исключающая коксование масла, устанавливается индивидуально для конкретного типа газотурбинного двигателя, учитывая особенности его эксплуатации.The rotational speed n, the time of rotation of the rotor (s) of the engine τ and the temperature of the oil at the outlet of the gas turbine engine or at the output of any of its supports, excluding oil coking, are set individually for a particular type of gas turbine engine, taking into account the peculiarities of its operation.
Изобретенный способ распространяется на все виды аварий, за исключением случаев состояния энергетической установки по достижении опасного (но еще не аварийного) уровня вибрации в опоре ротора (опорах роторов) газотурбинного двигателя. В последнем случае защита будет осуществляться по алгоритму не аварийного, а алгоритму нормального останова, по методике диагностики состояния газотурбинного двигателя.The invented method applies to all types of accidents, with the exception of cases when the state of the power plant reaches a dangerous (but not yet emergency) vibration level in the rotor support (rotor bearings) of a gas turbine engine. In the latter case, the protection will be carried out according to the algorithm not emergency, but the normal stop algorithm, according to the method of diagnosing the state of a gas turbine engine.
Техническим результатом применения настоящего изобретения во всех альтернативных случаях является стабилизация температуры масла на выходе из газотурбинного двигателя или на выходе любой из его опор (отсутствие тенденции к росту).The technical result of the application of the present invention in all alternative cases is the stabilization of the temperature of the oil at the outlet of the gas turbine engine or at the outlet of any of its bearings (no upward trend).
Осуществление или использование способа, воплощающего изобретение, позволит добиться более эффективного охлаждения газотурбинного двигателя при его аварийном (внезапном) выключении, в результате чего исключается риск заклинивания ротора (роторов) двигателя и не возникает условий для коксования масла, что продляет ресурс масла и подшипников. Также расширяются функциональные характеристики системы запуска и сокращается количество дополнительных систем жизнеобеспечения энергетических установок, сокращается стоимость энергетических установок и затраты на их строительство.The implementation or use of the method embodying the invention will allow for more efficient cooling of the gas turbine engine during its emergency (sudden) shutdown, as a result of which the risk of jamming of the rotor (s) of the engine is eliminated and there are no conditions for coking of oil, which prolongs the life of oil and bearings. The functional characteristics of the launch system are also expanded and the number of additional life support systems for power plants is reduced, the cost of power plants and the cost of their construction are reduced.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118671/06A RU2392465C2 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118671/06A RU2392465C2 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008118671A RU2008118671A (en) | 2009-11-20 |
| RU2392465C2 true RU2392465C2 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=41477518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008118671/06A RU2392465C2 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2392465C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660739C2 (en) * | 2013-09-13 | 2018-07-09 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Coking degree monitoring method at the gaskets level using the gas generator shaft |
| RU2660989C2 (en) * | 2013-09-13 | 2018-07-11 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Coking degree on the dynamic seals monitoring method by means of starter |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3027061B1 (en) | 2014-10-10 | 2019-10-25 | Safran Helicopter Engines | METHOD AND DEVICE FOR NOTIFYING A COMPLETE STOP AUTHORIZATION OF AN AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINE |
-
2008
- 2008-05-12 RU RU2008118671/06A patent/RU2392465C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660739C2 (en) * | 2013-09-13 | 2018-07-09 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Coking degree monitoring method at the gaskets level using the gas generator shaft |
| RU2660989C2 (en) * | 2013-09-13 | 2018-07-11 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Coking degree on the dynamic seals monitoring method by means of starter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008118671A (en) | 2009-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3228836B1 (en) | Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine | |
| EP2708720B1 (en) | Gas turbine and operating method thereof | |
| CN103089339B (en) | For active clearance control system and the method for combustion gas turbine | |
| JP3677289B2 (en) | Enhanced turbine engine oil cooling method | |
| US20160201557A1 (en) | Gas turbine engine thermal management system | |
| US20180016933A1 (en) | Method and system for soak-back mitigation by active cooling | |
| JP6589211B2 (en) | Gas turbine and component temperature control method thereof | |
| KR101867199B1 (en) | Gas turbine power generation equipment, and device and method for drying gas turbine cooling air system | |
| WO2018089458A1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
| RU2562682C2 (en) | Turbine comprising system of sealing air valves | |
| US20130284398A1 (en) | Gas turbine engine thermal management system | |
| US20220154600A1 (en) | Pneumatic starter supplemental lubrication system | |
| CN110159435B (en) | Method and structure for operating an engine having a curved rotor condition | |
| RU2392465C2 (en) | Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants | |
| KR101833657B1 (en) | Gas turbine operation method and operation control device | |
| US20160061060A1 (en) | Combined cycle power plant thermal energy conservation | |
| WO2014137465A1 (en) | Gas turbine engine with a clearance control system and corresponding method of operating a gas turbine engine | |
| RU2319024C1 (en) | Gas turbine locomotive | |
| RU2312239C1 (en) | Power plant of gas-turbine locomotive | |
| RU2308383C1 (en) | Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine | |
| RU2821280C1 (en) | Gas turbine engine compressor fuel supply and mechanization system | |
| US9599023B2 (en) | Ventilation of an accessory gear box, and turbojet engine comprising such a gear box | |
| RU2727945C1 (en) | Turbine expander power plant | |
| RU181987U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE BEARING COOLING SYSTEM FOR ITS EMERGENCY STOP | |
| KR20240068343A (en) | Compressor rig test apparatus and controlling method for supplying seal air to bearings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110513 |