УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ВОЗДУХА ИЗ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК F02C7/16 F04D19/02 

Изобретение относится к области двигателестроения и, в частности, к системе подачи охлаждающего воздуха к термически нагруженным элементам газотурбинного двигателя ГТД.

Известны устройства отбора сжатого воздуха от компрессора и подвода его на охлаждение лопаток и дисков турбины (см., например, патент США N 3597106, кл. 415-144, F 01 B 25/00, F 04 B 25/24, заявку Франции N 2491549, кл. F 02 C 7/16 от 8.10.80, опубликованную 9.04.82, патент США N 3632221, кл. 415-115, F 01 D 5/18, патент США N 5267832, кл. F 02 C 7/16.

С точки зрения наиболее рационального использования отбираемого воздуха в качестве хладоагента для внутренних полостей турбины ГТД, наиболее перспективными являются устройства с отбором воздуха из проточной части компрессора через барабан его ротора таким образом, чтобы проточная часть напрямую соединялась с полостью распределения охлаждающего воздуха, находящегося внутри барабана в зоне, прилежащей к оси его вращения, т.е. в зоне с малыми радиусами вращения.

В заявке Франции N 2491549, кл. F 02 C 7/16 от 8.10.80 такое устройство представлено. В нем радиальные сквозные каналы, связывающие проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха, выполнены непосредственно в толще диска, что делает последний нетехнологичным и тяжелым.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя на охлаждение конструктивных элементов, содержащее радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора, связывающие проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, выполненных на спицах, расположенных между дисками барабана.

Это устройство описано в патенте США N 5267832, кл. F 02 C 7/16. Недостатком этого устройства является то, что в нем вышеуказанные спицы прикрепляются к наружной стенке барабана изнутри посредством фланцев, находящихся на верхних концах спиц, тогда как нижние концы спиц имеют с барабаном ротора лишь одностороннюю связь в тангенциальном направлении. Так как центр тяжести спиц находится на меньшем радиусе вращения чем заделка верхних концов спиц, малейший перекос последних от перпендикулярного направления по отношению к оси вращения барабана приводит к переменному изгибающему моменту в заделке верхних концов спиц, что в целом снижает надежность конструкции. Кроме того, такая конструкция крепления спиц не позволяет их устанавливать и снимать (для оценки технического состояния при наработке) без разбора барабана ротора, а если последний выполнен сварным, то спицы вообще не подлежат контролю технического состояния и ремонту.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении надежности конструкции крепления спиц и в возможности осуществлять контроль их технического состояния и ремонт в процессе эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено опорным цилиндрическим кожухом, установленным во внутренней полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связанным с барабаном, при этом наружный диаметр кожуха выполнен меньше внутреннего диаметра ступиц дисков, спицы выполнены цилиндрическими, верхний конец каждой спицы связан с отверстием наружной стенки барабана ротора с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном в упомянутом кожухе, например, с помощью резьбового соединения, причем часть резьбового конца спицы выполнена в виде хвостовика, который выступает внутрь кожуха и имеет плоские параллельные грани, контактирующие с продольными пазами, выполненными на цилиндрической контровочной втулке, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха с фиксацией от перемещения в осевом направлении, например, с помощью упорного пружинного кольца.

Такое выполнение устройства делает его практически нечувствительным к естественным перекосам резьбовых отверстий в кожухе в пределах задаваемой точности, так как второй (верхний) конец спиц фиксируется во всех направлениях по строгой посадке в круглых отверстиях наружной стенки барабана ротора. Заделка нижних концов спиц, таким образом, работает всегда под статической однонаправленной нагрузкой, подлежащей точному расчету. Кроме того, такое выполнение устройства позволяет при частичной разборке барабана ротора (снятии контровочной втулки, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха) извлечь любую из спиц для осуществления контроля за ее техническим состоянием.

Сущность технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез осевого компрессора ГТД с системой отбора воздуха.

На фиг. 2 в увеличенном масштабе показано крепление нижнего конца пустотелых спиц на опорном цилиндрическом кожухе.

На фиг. 3 в увеличенном масштабе изображена фиксация от проворачивания пустотелой спицы.

Устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя содержит осевой компрессор 1, статор которого состоит из корпуса 2 и лопаток спрямляющих аппаратов 3 каждой ступени. Ротор 4 компрессора содержит рабочие лопатки 5 и диски 6 со ступицами 7 каждой ступени, барабан 8 с наружной стенкой 9, в которой выполнены радиальные сквозные отверстия 10. Внутри барабана между дисками ротора радиально расположены цилиндрические пустотелые спицы 11 с верхним концом 12 и нижним 13, опорный цилиндрический кожух 14 со сквозными радиальными отверстиями 15, при этом наружный диаметр кожуха 14 меньше внутреннего диаметра ступиц дисков 7, цилиндрическая контровочная втулка 16 с продольными параллельными пазами 17, упорное пружинное кольцо 18 и полость 19 распределения охлаждающего воздуха. Нижний конец спицы имеет хвостовик 20 с плоскими параллельными гранями 21.

При работе газотурбинного двигателя, сжатый воздух, проходя по тракту осевого компрессора 1, поступает через отверстие 10 во внутреннюю полость спиц 11 и далее, опускаясь по ним, попадает во внутреннюю полость 19 распределения охлаждающего воздуха, откуда по специальным каналам подводится к конструктивным элементам двигателя (лопаткам, дискам турбины и др.), которым необходимо дополнительное охлаждение.

Количество равномерно расположенных по окружности спиц 11 и их внутренний диаметр определяется расчетным или экспериментальным путем из условия получения потребного количества охлаждающего воздуха, необходимого для обеспечения эксплуатационных условий работы термически нагруженных конструктивных элементов ГТД.

Устройство позволяет осуществить охлаждение лопаток и дисков турбины и других элементов газотурбинного двигателя, которым необходимо дополнительное охлаждение с минимальными расходами сжатого воздуха, отбираемого от компрессора, не ухудшая основных характеристик двигателя, являясь при этом простой в изготовлении и надежной в эксплуатации системой отбора и транспортировки сжатого воздуха к различным узлам и деталям ГТД.

Устройство для отбора воздуха из компрессора предназначено для двигателестрсения и может быть использовано в системах подачи охлаждающего воздуха к термически нагруженным конструктивным элементам двигателя. Радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора связывают проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, образованных цилиндрическими пустотелыми спицами, установленными между дисками ротора. Верхний конец каждой спицы связан с радиальным сквозным отверстием в наружной стенке барабана с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном на опорном цилиндрическом кожухе. Последний установлен в полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связан с барабаном. Выполнение каналов в цилиндрических спицах и размещение их между дисками позволяет упростить конструкцию системы отбора и транспортировки охлаждающего воздуха при устранении дополнительного подогрева его в коммуникациях подвода. 3 ил.

Устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя на охлаждение конструктивных элементов, содержащее радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора, связывающее проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, выполненных в спицах, расположенных между дисками барабана, отличающееся тем, что устройство снабжено опорным цилиндрическим кожухом, установленным во внутренней полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связанным с барабаном, при этом наружный диаметр кожуха выполнен меньше внутреннего диаметра ступиц дисков, спицы выполнены цилиндрическими, верхний конец спицы связан с отверстием наружной стенки барабана ротора с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном в упомянутом кожухе, например, с помощью резьбового соединения, причем часть резьбового конца спицы выполнена в виде хвостовика, который выступает внутрь кожуха и имеет плоские параллельные грани, контактирующие с продольными пазами, выполненными на цилиндрической контровочной втулке, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха с фиксацией от перемещения в осевом направлении, например, с помощью упорного пружинного кольца.