ТУРБИНА Российский патент 1995 года по МПК F01D1/00 F02K3/02 

Изобретение относится и авиадвигателестроению, а более конкретно - к турбинам двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) со смешением потоков первого и второго контуров на срезе сопла и с регулируемым радиальным зазором по кончикам лопаток турбин.

Известны турбины, содержащие оребренный статор, с набором кольцевых трубопроводов, окружающих статор. Трубопроводы со стороны статора снабжены отверстиями, направленными на ребра. Полости трубопроводов подключены через коллектор и через регулирующий кран к месту отбора воздуха второго контура за вентилятором. При работе охлаждающий воздух отбирается за вентилятором, проходит через кран и подводится к кольцевым трубопроводам. Из трубопроводов через отверстия в них производится обдув ребер статора. При охлаждении ребер они сжимают корпус и уменьшают радиальный зазор до нужной величины [1].

Ввиду большого количества трубопроводов охлаждения, отбора воздуха за вентилятором и ребер статора данная система регулирования радиального зазора по лопаткам турбины достаточно сложна и обладает неоправданно большой массой.

Указанные недостатки устранены в турбинах в закапотированным статором.

Известна турбина, имеющая статор, прикрытый капотом охлаждения. Заборник воздуха капота расположен в районе стыковки камеры сгорания с турбиной в канале второго контура. Канал охлаждения статора снабжен кольцевым перекрывающим сечение канала мембранным клапаном. Задняя часть капота со статором образует выход подогретого от статора воздуха вновь во второй контур. Турбина оборудована коническим стекателем первого контура, закрепленном на статоре с помощью полых ребер. Стекатель на его вершине имеет плоский срез для выхода охлаждающего воздуха, взятого непосредственно из второго контура и прошедшего через полые ребра. Эффективность охлаждения известного статора турбины ограничена относительно незначительным располагаемым перепадом давления на длине капота. Малый перепад давления приводит к небольшим скоростям протекания охлаждающего воздуха и соответственно к неплотному выбору радиальных зазоров по концам лопаток турбины по крейсерских режимах и к улучшенному расходу топлива [2].

Известна турбина содержащая капот охлаждения, подключенный через полые ребра к полости затурбинного обтекателя [3].

Целью изобретения является снижение удельного расхода топлива и массы двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в известной турбине задняя часть кольцевой полости под капотом соединена через полые ребра с внутренней полостью обтекателя и тем, что клапан перекрытия установлен внутри стекателя на входе в трубу сброса.

Регулируемое подключение полости под капотом через полые ребра и трубу сброса к атмосфере на срезе реактивного сопла обеспечивает оптимальный радиальный зазор по лопаткам и минимальный расход топлива двигателя.

На чертеже представлена предлагаемая турбина ТРДД со смещением потоков и с регулируемым радиальным зазором по ее рабочим лопаткам.

Турбина, преимущественно ТРДД со смещением потоков первого и второго контуров, содержит роторы турбины 1 низкого, среднего и высокого давлений с набором рабочих лопаток 2. Снаружи проточная часть турбины 3 сформирована статором 4. Статор накрыт капотом 5 охлаждения, образующим кольцевую полость 6 над статором. Капот в его передней части оборудован заборником 7 воздуха второго контура 8 двигателя. К статору 4 сзади прикреплен смеситель 9 и на полых ребрах 10 обтекатель 11. Задняя часть 12 полости 6 соединена через полые ребра с внутренней замкнутой полостью 13 обтекателя. Концевые части перьев рабочих лопаток 2 имеют по статору радиальные зазоры 14. Обтекатель 11 по оси двигателя снабжен трубой 15 сброса с выходом 16, расположенным в районе плоскости 17 среза реактивного сопла 18, потоков двух контуров. Внутри обтекателя в трубе сброса, на ее входе 19, установлен клапан 20 перекрытия, преимущественно с бесступенчатым регулированием расхода. Во время работы двигателя при открытом клапане 20 воздух под действием перепада давления, равного разности давлений на входе 7 под капот охлаждения и на срезе 17 реактивного сопла, из заборника 7 попадает в кольцевую полость 6 над статором 4 и охлаждает его. Охлаждение статора вызывает уменьшение его диаметра и соответственно уменьшение радиального зазора 14 по торцам кончиков вращающихся лопаток 2, что обеспечивает более высокий КПД турбины. Нагретый воздух из задней части 12 полости 6 через полые ребра 10 перетекает в полость 13 обтекателя. Отсюда воздух через заборник 19 входа трубы сброса и через клапан 20 сбрасывается в атмосферу на срезе 17 реактивного сопла. Степень перекрытия трубы сброса задается в зависимости от режима работы двигателя. В частности, на переходных режимах, на запуске, клапан 20 может перекрыть сечение трубы 15 полностью. На крейсерских режимах клапан открыт или полностью, или почти полностью.

С целью упрощения конструкции и дальнейшего уменьшения массы двигателя капот 5 может быть выполнен или только над ротором турбин среднего и низкого давления, или только над ротором турбины низкого давления. Клапан перекрытия может быть сделан двухпозиционным (открыт-закрыт).

Эффективность охлаждения статора турбины определяется значительным перепадом давления в тракте охлаждения, равному практически давлению за вентилятором и малыми потерями полного давления по пути протекания охлаждающего воздуха. Эффективное охлаждение статора обеспечивает практически беззазорную работу лопаток турбины на всех рабочих режимах двигателя, что позволяет увеличить КПД турбины и уменьшить расход топлива. Простота выполнения системы регулирования зазоров турбины и перекрытие потока охлаждающего воздуха в трубе сброса малого диаметра обеспечивают высокую надежность и малую массу турбины.

Использование: в авиадвигателестроении. Сущность изобретения: полость над статором подключена через ребра к полости затурбинного обтекателя, а последняя через трубу сброса - к срезу реактивного сопла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ТУРБИНА преимущественно двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая капот охлаждения, образующий над статором кольцевую полость, подключенную через полые ребра к полости затурбинного обтекателя, расположенного перед реактивным соплом, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельного расхода топлива и массы двигателя, она снабжена трубой сброса с установленным в ней клапаном перекрытия, причем входное сечение трубы сброса расположено внутри обтекателя. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что клапан перекрытия установлен на входе трубы сброса. 3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что выходное сечение трубы сброса расположено на срезе реактивного сопла.