Пылезащитное устройство двигателя вертолета

7.5. Пылезащитное устройство.

Пылезащитное устройство (ПЗУ) предназначено для очистки воздуха, поступающего в двигатели ТВ2-117А, от пыли, песка и посторонних предметов во время руления, взлета и посадки вертолета на песчаных аэродромах и запыленных площадках. На каждом двигателе вертолета установлено одно ПЗУ, их конструкция и работа аналогичны.

Крепление и работу пылезащитного устройства (рис._7.15.)

Рис. 7.15. Размещение ПЗУ на вертолете:
1- ПЗУ; 2,4- трубопроводы; 3- регулирующая заслонка; 5- подкосы и тяги крепления; 6- патрубок отвода загрязненного воздуха
обеспечивают: регулирующая заслонка 3 с электроуправлением, трубопроводы 2 и 4 подачи воздуха от двигателя, патрубок отвода загрязненного воздуха 6, подкосы и тяги крепления 5.
ПЗУ устанавливают впереди воздухозаборников двигателей и крепят тягами и подкосами к кронштейнам, расположенным на фюзеляже вертолета, и тягами к кронштейну капотной стойки.
Пылезащитное устройство (рис._7.16.)

Рис. 7.16. Пылезащитное устройство
1,2,9,32- фланец; 3- опора; 4- патрубок отвода загрязненного воздуха; 5,16- шпангоут; 6,40- переходник; 7- заходной конус;8- резиновое кольцо; 10- внешняя обечайка; 11- стойка; 12- стенка; 13- диафрагма; 14- переходник; 15- косынка; 17- резиновое кольцо; 18- воздухозаборник двигателя; 19- сепаратор; 20- ступица; 21- ребро; 22- кольца; 23- крышка сепаратора; 24- хвостовик; 25- труба отвода загрязненного воздуха ;26- пружина; 27- кок двигателя; 28- резиновая опора; 29,34- направляющая; 30- опора;31- проставка; 33-резиновое кольцо; 35- сопло эжектора; 36- штуцер; 37- тяга; 38- подкос; 39- узел крепления ПЗУ к фюзеляжу; 41- обтекатель
состоит из внешней обечайки, обтекателя, узла сепаратора, эжектора, проставки, трубопровода вывода пылевого концентрата, тяг, подкосов к кронштейнов крепления.
Внешняя обечайка 10 пылеочистителя переходит в цилиндрическую часть, обеспечивая плавные переходы для входа воздуха в пылеочиститель, С задней стороны обечайка подкреплена стенкой 12 с набором диафрагм 13. Для придания плавности обводов с воздухозаборником 18 двигателя к обечайке косынками 15 закреплен переходник 14. На цилиндрической части обечайки установлен шпангоут 16 с резиновым уплотнительным кольцом 17, который, прилегая к внутренней обшивке воздухозаборника двигателя, обеспечивает герметичность разъема между воздухозаборником и пылеочистителем.
На стенке 12 внешней обечайки установлены кронштейны, к которым подсоединяются тяги 37 и подкосы 38 крепления пылеочистителя к узлам:, 39 фюзеляжа.
Внутри внешней обечайки установлен сепаратор 19, являющийся второй ступенью очистки воздуха. Сепаратор — сварной конструкции, состоит из ступицы 20, четырех колец 22, четырех продольных ребер 21 и крышки 23. Ступица и продольные ребра приварены к четырем стойкам 11, а кольца 22 сепаратора — к ребрам 21. С задней стороны ступицы установлен хвостовик 24, внешняя обечайка которого образует проточную часть канала Б, а труба 25 отвода загрязненного воздуха — эжектор, сочлененный с заходным конусом 7. На переднем фланце 9 ступицы 20 установлена цилиндрическая опора 3 с передним фланцем 2 для крепления обтекателя 41. Между последними установлено кольцо 8.
В крышке 23 сепаратора образована полость К, в которую подается сжатый воздух от двигателя по нижнему продольному ребру 21.
Сопло 35 эжектора служит для выброса сжатого воздуха в камеру Д смешения. С задней стороны к фланцу крышки 23 крепится направляющая 34, которая закрывает полость К.
Проставка 31 обеспечивает плавность перехода воздушного тракта перед входом в двигатель и при помощи подвижной установки вдоль оси позволяет компенсировать несоосность пылеочистителя и двигателя. Проставка представляет собой цилиндрическую оболочку, в передней части которой имеется фланец 32 с резиновым уплотнительным кольцом 33. Сзади к фланцу закреплена опора 30 с направляющей 29. Между направляющими 34 и 2.9 установлена пружина 26, прижимающая проставку через резиновую опору 28 к коку 27 двигателя.
Обтекатель 41 состоит из передней и задней частей, соединенных между собой шпангоутом 5. В центре передней части обтекатель имеет фланец 1, которым он крепится к фланцу 2 опоры 3 с помощью замков.
На шпильках фланца обтекателя установлен патрубок 4 вывода загрязненного воздуха в атмосферу. Дополнительное крепление патрубка выполнено двумя проушинами к кронштейну обтекателя. Патрубок вывода с помощью дюритового шланга и хомутов соединен с переходником 6, который входит в заходный конус 7 и уплотняется резиновым кольцом. Противоположный конец патрубка 4 выведен за обтекатель для выброса загрязненного воздуха в атмосферу. Заходный конус закреплен винтами к фланцу 9, на котором установлено резиновое уплотнительное кольцо 8 для герметизации полости обтекателя от проточной части пылеочистителя.
Подвод воздуха к эжектору осуществляется от магистрали отбора воздуха к противообледенительной системе двигателя. Для этого в трубе отбора воздуха от компрессора имеется отвод, от которого по трубопроводу 4 (см._рис._7.15.)

Рис. 7.15. Размещение ПЗУ на вертолете:
1- ПЗУ; 2,4- трубопроводы; 3- регулирующая заслонка; 5- подкосы и тяги крепления; 6- патрубок отвода загрязненного воздуха
воздух поступает к регулировочной заслонке 3 и далее по трубопроводу 2 к выводному патрубку. От патрубка воздух через трубопровод, переходник 40 (см._рис._7.16.)

Рис. 7.16. Пылезащитное устройство
1,2,9,32- фланец; 3- опора; 4- патрубок отвода загрязненного воздуха; 5,16- шпангоут; 6,40- переходник; 7- заходной конус;8- резиновое кольцо; 10- внешняя обечайка; 11- стойка; 12- стенка; 13- диафрагма; 14- переходник; 15- косынка; 17- резиновое кольцо; 18- воздухозаборник двигателя; 19- сепаратор; 20- ступица; 21- ребро; 22- кольца; 23- крышка сепаратора; 24- хвостовик; 25- труба отвода загрязненного воздуха ;26- пружина; 27- кок двигателя; 28- резиновая опора; 29,34- направляющая; 30- опора;31- проставка; 33-резиновое кольцо; 35- сопло эжектора; 36- штуцер; 37- тяга; 38- подкос; 39- узел крепления ПЗУ к фюзеляжу; 41- обтекатель
и шланг поступает к штуцеру 36. От штуцера воздух проходит по трубе, расположенной внутри нижнего продольного ребра 21, в полость К и далее в сопло 35 эжектора.
В результате разрежения, создаваемого при работе двигателя, запыленный воздух проходит через кольцевой искривленный туннель А, образованный между задней частью обтекателя 41 и внешней обечайкой 10. Под действием центробежных сил частицы пыли прижимаются к поверхности задней части обтекателя и, перемещаясь вместе с частью воздуха, поступают на вход сепаратора — канал Б. Большая часть воздуха, очистившись от пыли, проходит по каналу В, образованному внешней обечайкой и сепаратором на вход в двигатель.
Проходя сепаратор, часть воздуха с пылью очищается в нем вследствие поворота потока в межкольцевых каналах Б, поступает в канал В и далее на вход в двигатель. Небольшая часть воздуха с пылью (пылевой концентрат) проходит в камеру Д и поступает к эжектору. В результате разряжения, создаваемого эжектором, пылевой концентрат совместно с воздухом, подаваемым из сопла 35 эжектора по трубе эжектора 25 и патрубку 4, выбрасывается в атмосферу.
Пылезащитное устройство включается в работу при подаче сжатого воздуха к соплу 35 эжектора. Для этого необходимо открыть заслонку 3 (см._рис._7.15.)

Рис. 7.15. Размещение ПЗУ на вертолете:
1- ПЗУ; 2,4- трубопроводы; 3- регулирующая заслонка; 5- подкосы и тяги крепления; 6- патрубок отвода загрязненного воздуха
путем включения электромеханизмов ЭПВ-50БТ, входящих в конструкцию заслонок 1919Т.
Для управления электромеханизмами на левом щитке верхнего электропульта расположен двухпозиционный переключатель. Открытое положение заслонок сигнализируется табло с желтыми светофильтрами «Лев.ПЗУ включен», «Прав.ПЗУ включен». Полное открытие или закрытие заслонки происходит за 30 с.

ПЫЛЕЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2002 года по МПК F02C7/52

Описание патента на изобретение RU2181439C2

Изобретение относится к области очистки воздуха, поступающего в двигатели летательных аппаратов, в частности, вертолетов и может быть также использовано в воздухоочистителях силовых установок наземных транспортных средств с поршневыми и газотурбинными двигателями, в системах кондиционирования, в стационарных энергетических установках.

Преимущественное использование предлагаемого изобретения — для двигателей вертолетов.

К пылезащитным устройствам (ПЗУ) вертолетов предъявляются высокие требования в части удельных габаритных объемов, потерь давления (гидравлического сопротивления) и эффективности очистки. Так, например, у лучших конструкций ПЗУ гидравлическое сопротивление находится в пределах 100. 150 кгс/кв.м, а эффективность очистки — 90. 95%.

Известны пылезащитные устройства, предназначенные для очистки воздуха, поступающего в двигатели вертолета. Так, на вертолетах США установлены ПЗУ с прямоточными циклонами фирмы Donaldson. В ФРГ фирма Pall разрабатывает и поставляет вертолетные ПЗУ с прямоточными циклонами с диаметром корпуса до 16 мм [1].

Наиболее широкое применение в качестве базовых элементов в ПЗУ вертолетов получили прямоточные циклоны, конструкция которых известна 2. Они состоят, как правило, из цилиндрического или конического корпуса, лопаточного закручивающего аппарата — завихрителя, трубки отвода очищенного воздуха, установленной по оси корпуса и канала отвода сепарированной пыли.

В целях достижения минимальных габаритов устройства внутренний диаметр циклона выполняется в пределах 15. 30 мм при обшей его длине, равной 3. 4 диаметрам. Это позволяет обеспечить уменьшенные размеры устройства в направлении по потоку воздуха.

Прототипом циклона предлагаемого ПЗУ является сепаратор по заявке Франции N 2632215, 1989 г. Однако данный сепаратор имеет иную форму корпуса — диффузорная часть его снова переходит в цилиндр, а вместо кольцевого канала отвода пыли имеется специальное окно в корпусе. При малых диаметрах циклона, характерных для вертолетных ПЗУ, это увеличивает вероятность засорения данного окна крупными частицами и снижает этим эффективность очистки. В заявленной конструкции сепаратора не регламентированы соотношения размеров элементов, что, как правило, приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение гидравлического сопротивления при сохранении эффективности очистки циклона, а также упрощение конструкции. При этом может быть решена и другая задача — повышение эффективности очистки при сохранении гидравлического сопротивления.

Поставленная задача решается тем, что в известном пылезащитном устройстве вертолета, содержащем прямоточные циклоны, закрепленные между наружной и внутренней трубными досками, образующими полость пылесборника с трактом пылеудаления, цилиндрический корпус каждого циклона, снабженный лопаточным закручивающим аппаратом-завихрителем, в его выходном сечении переходит в конический диффузор, внутри которого соосно корпусу циклона на внутренней трубной доске установлена трубка отвода очищенного воздуха, образуя вместе с корпусом кольцевой канал для отвода сепарированной пыли в пылесборник, а геометрические параметры циклона связаны между собой следующими соотношениями:
d_т/D=0,60-0,75; D_д/D=1,10-1,20;
l_c/D=0,50-1,50; l_o=0,10-0,30;
d_вых/D=0,85. 1,00,
где D — внутренний диаметр цилиндрической части корпуса циклона;
d_т и d_вых — входной и выходной диаметры трубки отвода очищенного воздуха;
D_д — выходной диаметр диффузора корпуса;
l_c — расстояние между завихрителем и трубкой очищенного воздуха;
l_o — длина кольцевого канала отвода сепарированной пыли.

Причем наружная трубная доска может совпадать с наружной обшивкой корпуса вертолета и повторять контуры его профиля, а диаметр лопаточного закручивающего аппарата связан с выходным диаметром трубки отвода очищенного воздуха следующим соотношением:

где R — радиус поверхности наружной трубной доски;
L — расстояние между трубными досками.

На фиг.1 показан вариант размещения ПЗУ 1 в мотогондоле вертолета 2.

На фиг. 2 и 3 изображена схема конструкции предлагаемого пылезащитного устройства.

Устройство содержит корпус 1 с наружной и внутренней трубными досками 2 и 3. Корпус крепится к капоту вертолета 4. Наружная трубная доска изогнута по профилю капота. В качестве очистительного элемента в устройстве применяются прямоточные циклоны 5, герметично закрепленные в трубных досках 2 и 3. Пространство внутри корпуса 1 образует сборник сепарированной пыли, которая удаляется по каналу 6 с частью воздуха. Очищенный воздух из циклонов 5 попадает в воздухосборник 7.

На фиг.3 изображена конструктивная схема циклона — составной части предлагаемого ПЗУ. Циклон состоит из корпуса 8, в передней части которого расположен завихритель 9, трубки 10 для отвода очищенного воздуха. Сепарированная пыль удаляется из циклона через кольцевой канал 11, образованный корпусом 8 и трубкой 10. Корпус 8 и трубка 10 консольно закреплены в трубных досках 2 и 3 соответственно с обеспечением их соосности и герметичности соединений.

Устройство работает следующим образом.

Под действием разрежения, создаваемого компрессором двигателя, запыленный воздух получает вращательное движение в завихрителе 9 циклона 5. Частицы пыли, взвешенные во вращающемся потоке воздуха, движутся поступательно в направлении потока. В то же время под действием центробежных сил они отбрасываются к внутренней поверхности корпуса 8, в конечном счете попадая преимущественно в кольцевой канал 11 и далее с частью воздуха в канал 6 пылесборника ПЗУ. Очищенный воздух поступает в трубку 10 и далее в воздухосборник 7.

Эффективность очистки и гидравлическое сопротивление циклона определяются рядом факторов, основными из которых являются геометрические размеры и форма элементов, а также соотношение размеров элементов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что корпус циклона выполняется в виде цилиндра, переходящего в конический диффузор.

Это позволяет увеличить зазор в кольцевом сечении между трубкой и корпусом циклона Δr и этим обеспечить более эффективную сепарацию частиц пыли без изменения гидравлического сопротивления. Наибольший эффект проявляется при изменении формы корпуса с малым внутренним диаметром (15. 30 мм), характерным для циклонов, применяемых в ПЗУ двигателей вертолетов.

По данным экспериментов в циклоне с диаметром корпуса 20 мм применение корпуса комбинированной формы взамен цилиндрического приводит к уменьшению пропуска пыли в трассу очищенного воздуха в два раза. При этом зазор Δr в кольцевом сечении увеличивается в два раза и более, что снижает вероятность его засорения.

Известно влияние величины диаметра трубки d_т: чем меньше ее диаметр, т. е. больше зазор Δr, тем меньше пропуск пыли в зону очищенного воздуха и выше эффективность очистки. Но в то же время уменьшение диаметра d_т приводит к заметному увеличению гидравлического сопротивления циклона.

Применение конического диффузора на участке сепарации пыли в циклоне позволяет увеличить зазор Δr, что способствует улучшению сепарации пыли при сохранении диаметра трубки, а следовательно, и величины гидравлического сопротивления.

Увеличение диаметра корпуса за счет применения диффузора предусмотрено в пределах, не превышающих размеры и межцентровые расстояния, необходимые для крепления корпусов и трубок циклонов в трубных досках корпуса ПЗУ, поэтому в целом это не приводит к увеличению габаритов устройства, выполняемого как комплект циклонов, объединенных в батарею.

Наиболее рациональные соотношения геометрических параметров циклона предлагаемого ПЗУ находятся в следующих пределах:
d_т/D=0,60. 0,75; D_д/D=1,10. 1,20;
l_с/D=0,50. 1,50; l_o/D=0,10. 0,30;
d_вых/D=0,85. 1,00.

При использовании циклона в ПЗУ, имеющих цилиндрическую форму корпуса — по форме поверхности капота мотогондолы (фиг.1 и 2), предлагается с целью снижения гидравлического сопротивления диаметр завихрителя выполнять увеличенным относительно размеров циклона на выходе. Это допустимо за счет большего межцентрового расстояния между циклонами на наружной трубной доске 3 корпуса ПЗУ (фиг.3) как поверхности с большим радиусом. При этом диаметр D завихрителя находится с выходным диаметром трубки отвода очищенного воздуха dвых в соотношении

где R — радиус поверхности наружной трубной доски ПЗУ;
L — расстояние между трубными досками.

Перечень использованных источников информации
1. Проспект фирмы Pall, ФРГ.

2. Заявка N 0344748, кл. В 04 С-3/00, 1989, ЕПВ (ЕР).

3. Заявка N 0344749, кл. В 04 С-3/00, 1989, ЕПВ (ЕР).

4. Заявка N 0344750, кл. В 04 С-3/00, 1989, ЕПВ (ЕР).

5. Заявка N 2632214, кл. В 04 С-3/06, 1989, Франция.

6. Заявка N 263216, кл. В 04 С-3/06, 1989, Франция.

7. Заявка N 2632215, кл. В 04 С-3/06, 1989, Франция (прототип).

Похожие патенты RU2181439C2

название	год	авторы	номер документа
ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА	2011	Сяфуков Алий Хасянович Прусов Дмитрий Викторович Малюгина Екатерина Сергеевна	RU2487059C1
Циклон	2015	Королев Станислав Дмитриевич Демьянюк Сергей Александрович Меркушкин Евгений Витальевич Калинин Денис Владимирович	RU2621923C9
КОМБИНИРОВАННЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ГАЗА	1996	Выпов А.П. Грицаенко Н.И. Иванов Г.М. Никитин В.Т. Сивуха М.Н. Червяков В.П.	RU2116843C1
ИНЕРЦИОННЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ГАЗА	1996	Васильев А.П. Выпов А.П. Иванов Г.М. Никитин В.Т. Никонов Е.А. Сиволобов Г.В. Пеший О.И.	RU2116116C1
ЦИКЛОН ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА	1999	Поткин В.И. Харлов В.И. Калугин А.И. Сивуха М.Н.	RU2175577C2
ИНЕРЦИОННЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ГАЗА	2003	Кореневский Л.Г. Фишер А.В. Юдовин Б.И.	RU2226121C1
ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН И МУЛЬТИЦИКЛОННЫЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ	2000	Клевакин В.К. Назаров И.В. Рыбаулин В.М. Мымрин В.Н.	RU2179072C1
МУЛЬТИЦИКЛОННЫЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ	1991	Рак В.П. Седов Б.С.	RU2020255C1
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ	2002	Подопросветов А.В. Миончинский В.А. Пташинский В.В. Сериков П.А. Клевакин В.К.	RU2218474C2
БАТАРЕЙНЫЙ ЦИКЛОН	1996	Резник В.А. Прокофичев Н.Н. Александрович Е.И.	RU2112602C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 181 439 C2

Реферат патента 2002 года ПЫЛЕЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изоберетение предназначено для двигателя летательного аппарата. Устройство содержит прямоточные циклоны, закрепленные между наружной и внутренней трубными досками, образующими полость пылесборника с трактом пылеудаления. Цилиндрический корпус каждого циклона, снабженный лопаточным закручивающим аппаратом-завихрителем, в его выходном сечении снабжен коническим диффузором. Внутри диффузора соосно корпусу циклона, на внутренней трубной доске установлена трубка отвода очищенного воздуха, образуя кольцевой канал для отвода сепарированной пыли в пылесборник. Далее идут соотношения, связывающие геометрические параметры циклона. Такое выполнение устройства позволит снизить гидравлическое сопротивление при сохранении эффективности очистки циклона, а также упростить конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 181 439 C2

1. Пылезащитное устройство двигателя летательного аппарата, например, вертолета, содержащее прямоточные циклоны, закрепленные между наружной и внутренней трубными досками, образующими полость пылесборника с трактом пылеудаления, отличающееся тем, что цилиндрический корпус каждого циклона, снабженный лопаточным закручивающим аппаратом-завихрителем, в его выходном сечении снабжен коническим диффузором, внутри которого соосно корпусу циклона, на внутренней трубной доске установлена трубка отвода очищенного воздуха, образуя кольцевой канал для отвода сепарированной пыли в пылесборник, а геометрические параметры циклона связаны между собой следующими соотношениями:
d_т/D= 0,60-0,75; D_д/D= 1,10-1,20;
l_с/D= 0,50-1,50; l_о/D= 0,10-0,30;
d_вых/D= 0,85-1,00,
где D — внутренний диаметр цилиндрической части корпуса циклона;
d_т и d_вых — входной и выходной диаметры трубки отвода очищенного воздуха;
D_д — выходной диаметр диффузора;
l_с — расстояние между завихрителем и трубкой очищенного воздуха;
l_о — длина кольцевого канала отвода пыли. 2. Пылезащитное устройство двигателя летательного аппарата по п. 1, отличающееся тем, что наружная трубная доска выполнена по профилю поверхности корпуса летательного аппарата, например, по радиусу. 3. Пылезащитное устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что диаметр лопаточного закручивающего аппарата связан с выходным диаметром трубки отвода очищенного воздуха следующим соотношением:

где R — радиус поверхности наружной трубной доски пылезащитного устройства;
L — расстояние между трубными досками.