ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F02C7/28 F01D11/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в авиации, а также в наземных установках.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий лабиринтное уплотнение проточной части за компрессором с уплотнительными гребешками на роторной и сопряженной с ней статорной деталях двигателя [1].

Недостатком известной конструкции является низкий КПД двигателя за счет того, что воздух, прорывающийся через лабиринтное уплотнение, выбрасывается в наружный контур двигателя, не совершая полезной работы.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является газотурбинный двигатель, содержащий лабиринтное уплотнение проточной части за последней ступенью компрессора, полость за которым соединена с газовым трактом за турбиной [2].

Недостатком известной конструкции является то, что большое количество горячего воздуха, прорывающегося через лабиринтное уплотнение в полость между кожухом вала и внутренним кожухом камеры сгорания, увеличивает теплопередачу в масло и ухудшает работу шарикоподшипника. Воздух из этой полости не используется для охлаждения деталей турбины или обогрева деталей входа в двигатель, что приводит к снижению КПД двигателя и надежности работы турбины.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и КПД двигателя за счет использования воздуха из кольцевой полости лабиринтного уплотнения для охлаждения деталей турбины или обогрев входа двигателя, а также за счет уменьшения утечек горячего воздуха через лабиринтное уплотнение и стабилизации осевой силы, действующей на шарикоподшипник компрессора.

Данная техническая задача решается за счет того, что в газотурбинном двигателе, включающем камеру сгорания, турбину и компрессор с многоярусным лабиринтным уплотнением, согласно изобретению кольцевая полость между соседними ярусами уплотнения выполнена сообщающейся с системой подвода воздуха к деталям турбины и входа в двигатель.

Образование кольцевой межлабиринтной полости позволяет использовать воздух, прорывающийся через верхний ярус уплотнения, на полезные нужды двигателя (охлаждение деталей турбины или обогрев деталей входа двигателя). Кольцевая межлабиринтная полость сообщается через жиклер с системой повода воздуха, что позволяет при максимальном режиме работы двигателя направлять охлаждающий воздух из компрессора на корпус турбины, а на остальных режимах - из кольцевой полости на ротор и рабочие лопасти турбины, и в случае необходимости направлять воздух на подогрев деталей входа в двигатель.

Установка жиклера позволяет управлять осевой силой, действующей на шарикоподшипник компрессора в случае износа лабиринтного уплотнения за счет подбора величины проходного сечения жиклера. Это приведет к увеличению надежности работы шарикоподшипника, компрессора и двигателя в целом.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показано лабиринтное уплотнение, выполненное за компрессором двигателя газотурбинной установки наземного применения.

На фиг. 2 - лабиринтное уплотнение той же конструкции, но выполненное в авиационном газотурбинном двигателе.

Лабиринтное уплотнение содержит роторные уплотнительные элементы 1 верхнего яруса и 2 нижнего яруса, выполненные на ободе 3 лабиринтного уплотнения, установленного в роторе и соединенного с диском 4 последней ступени компрессора, и ответные им статорные уплотнительные элементы 5 верхнего и 6 нижнего ярусов на фланце 7, закрепленном на корпусе 8 камеры сгорания и образующие между собой межлабиринтную кольцевую полость А, соединенную через трубку 9 со стойкой 10 камеры сгорания, а также жиклер 11 с трубопроводом 12 подачи воздуха на охлаждение деталей турбины. На выходе из стоек 10 камер сгорания в трубопровод встроен предельный регулятор давления 13.

На фиг. 2 представлен второй вариант исполнения корпуса 14 камеры сгорания с нежесткими трубами 15. Кожух шарикоподшипника 16 установлен в полости Б и закреплен на корпусе 8 камеры сгорания, защищая подшипник от избыточного нагрева воздухом, проходящим через нижний ярус уплотнения.

В процессе работы двигателя воздух, прорывающийся через верхний ярус уплотнительных элементов 1 и 5, попадает в кольцевую полость А, далее через трубу 9, стойку 10 или нежесткую трубу 15 и жиклер 11 - в трубопровод 12 и охлаждает детали турбины, а также осуществляет нагрев деталей входа в двигатель, предотвращая их обледенение. Оставшаяся меньшая часть воздуха, прорывающаяся через нижний ярус уплотнительных элементов 2 и 6 за чет перепада давления в полостях А и Б, омывает кожух 16 шарикоподшипника и сбрасывается через отверстия (не показаны) камеры сгорания в наружный контур двигателя.

В случае износа лабиринтного уплотнения при экстренных сбросах режима работы двигателя регулятор давления 13 предотвращает увеличение давления в полости А, тем самым ограничивает увеличение осевой силы, действующей на шарикоподшипник компрессора, обеспечивая надежность его работы.

При механическом износе лабиринтного уплотнения при продолжительной работе двигателя осуществляют замену жиклера 12 с необходимым проходным сечением, тем самым обеспечивают необходимые осевые силы, действующие на шарикоподшипник (не показан) компрессора и повышает надежность его работы.

Источники информации:
1. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д - 30, 2 серия, М, "Машиностроение", 1976, с. 9.

2. Патент РФ N 2039872, МКИ F 01 D 11/08, 1995 г.

Газотурбинный двигатель включает в себя камеру сгорания, турбину и компрессор с многоярусным лабиритным уплотнением и кольцевой полостью между соседними ярусами уплотнений. Кольцевая полость на входе соединена с проточной частью компрессора через верхний ярус уплотнения, а на выходе выполнена сообщающейся через жиклер с системой подвода воздуха. Перед жиклером установлен регулятор давления воздуха. Такое выполнение двигателя повышает его надежность и КПД. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинный двигатель, включающий камеру сгорания, турбину и компрессор с многоярусным лабиринтным уплотнением и кольцевой полостью между соседними ярусами уплотнения, отличающийся тем, что кольцевая полость на входе соединена с проточной частью компрессора через верхний ярус уплотнения, а на выходе выполнена сообщающейся через жиклер с системой подвода воздуха. 2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что перед жиклером установлен регулятор давления воздуха.