ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F01D15/10 F02C7/32 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, преимущественно к малоразмерным авиационным двигателям.

Известен газотурбинный двигатель (Одновальный, малоразмерный ТРД Микротурбо TRS 18-046. Иностранные авиационные двигатели. 1978 г. ЦИАМ, стр. 241), содержащий входное устройство, компрессор, камеру сгорания, осевую турбину, выходное устройство с центральным телом, электрический генератор, размещенный в обтекателе входного устройства, приводимый во вращение от вала двигателя через редуктор.

Недостатки этого двигателя заключаются в следующем.

1. Увеличенный вес из-за наличия обтекателя, закрывающего электрический генератор и редуктор.

2. Увеличенная длина двигателя.

Газотурбинный двигатель (Патент США N 3214908, кл. 69-39-28, выдан 02.11.65 г.), который принят в качестве прототипа заявленного решения, содержит входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину, выходное устройство, электрический генератор, расположенный соосно с валом турбокомпрессора, соединенный с ним с помощью рессоры и закрепленный на опоре переднего подшипника во входном устройстве.

Такой двигатель имеет меньший вес и габариты по сравнению с вышеуказанным аналогом, так как не содержит редуктора.

Однако такой двигатель также имеет обтекатель, закрывающий электрический генератор, и стоечный узел входного устройства, к которому крепится электрический генератор.

Все это увеличивает вес и длинновые размеры двигателя, особенно в конструкции двигателя с одноступенчатым центробежным компрессором.

Кроме того, расположение электрического генератора перед центробежным компрессором приводит к искривлению воздушного канала на входе в компрессор, что увеличивает гидравлические потери на входе в двигатель.

Заявляемое техническое решение направлено на снижение веса двигателя и уменьшение его габаритов.

В газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания, осевую турбину с диском, снабженным цапфой, расположенной в подшипнике, установленном в корпусе, выходное устройство с центральным телом, закрепленным на стойках, электрический генератор, включающий ротор и статор. Снижение веса и уменьшение габаритов достигается тем, что электрический генератор расположен в пространстве, ограниченном центральным телом выходного устройства, статор закреплен на корпусе подшипника турбины соосно с цапфой, а ротор закреплен на цапфе диска турбины, цапфа состоит из двух соосных частей, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой, причем часть цапфы, на которой закреплен ротор, выполнена из материала с удельным весом и коэффициентом теплопроводности меньшим, чем у материала другой части, и на поверхности выточки выполнены пазы.

С целью дальнейшего снижения веса двигателя ротор электрического генератора расположен между диском и подшипником турбины.

Новым в этом решении является то, что электрический генератор расположен в пространстве, ограниченном центральным телом выходного устройства, статор закреплен на корпусе подшипника турбины соосно с цапфой, а ротор закреплен на цапфе диска турбины, цапфа состоит из двух соосных частей, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой, причем часть цапфы, на которой закреплен ротор, выполнена из материала с удельным весом и коэффициентом теплопроводности меньшим, чем у материала другой части и на поверхности выточки выполнены пазы. Электрический генератор расположен между диском и подшипником турбины.

По мнению заявителя, все новые существенные признаки позволяют достичь технического результата, выраженного в снижении веса и габаритов двигателя.

Действительно, расположение электрического генератора в пространстве, ограниченном центральным телом выходного устройства с закреплением статора на корпусе подшипника турбины соосно с цапфой, позволяет отказаться от стоечного узла входного устройства, сократить длину двигателя и снизить его вес, особенно в двигателе с центробежным компрессором.

Закрепление ротора электрического генератора на цапфе диска турбины позволяет отказаться от подшипников, вала электрического генератора и от рессоры для соединения ротора с цапфой, что ведет к снижению веса двигателя.

Выполнение цапфы диска турбины из двух соосных частей, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой части, а также выполнение части цапфы, на которой закреплен ротор, из материала с удельным весом, меньшим, чем у материала другой части, позволяет снизить вес цапфы и, тем самым, вес двигателя, и уменьшить теплоподвод к ротору за счет увеличения контактного термического сопротивления.

Выполнение на поверхности выточки пазов позволяет уменьшить вес цапфы, а также уменьшить поверхность контакта двух частей цапфы и, тем самым, снизить теплоподвод от диска турбины к магнитной системе ротора электрического генератора.

Расположение электрического генератора между диском и подшипником, турбины позволяет отказаться от выполнения крышки в центральном теле выходного устройства для постановки ротора на цапфу турбины, что снижает вес и трудоемкость изготовления двигателя.

Выполнение части цапфы, на которой закреплен ротор, из материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала другой части, позволяет уменьшить теплоподвод к ротору электрического генератора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид газотурбинного двигателя; на фиг. 2 - элемент А на фиг. 1; на фиг. 3 - элемент А на фиг. 1 с вариантом выполнения электрического генератора; на фиг. 4 - элемент А на фиг. 1 с вариантом выполнения цапфы турбины; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - элемент А на фиг. 1 с вариантом размещения электрического генератора.

Газотурбинный двигатель содержит компрессор 1 (фиг. 1), камеру сгорания 2, осевую турбину 3, выходное устройство 4 с закрепленным на его стойках 5 центральным телом 6, электрический генератор 7, состоящий из ротора 8 (фиг. 2) и статора 9.

Диск 10 турбины снабжен цапфой 11, расположенной в подшипнике 12, который установлен в корпусе 13. Ротор 8 соединен рессорой 14 с цапфой 11 диска 10 турбины.

В варианте, показанном на фиг. 3, ротор 8 электрического генератора закреплен на цапфе 11 диска турбины. Отверстие в центральном теле 6 для монтажа ротора 8 закрыто крышкой 15.

На фиг. 4 цапфа состоит из двух соосных частей 16 и 17, неподвижно соединенных между собой, например штифтом 18, конец одной из которых входит в выточку другой, причем часть 16 цапфы, на которой закреплен ротор 8, выполнена из материала с удельным весом и коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала другой части 17. На поверхности 19 (фиг. 5) выточки части 16 цапфы выполнены пазы 20.

В варианте, показанном на фиг. 6, электрический генератор 7 расположен между диском 10 и подшипником 12 турбины.

Воздух из компрессора 1 (фиг. 1) подается в камеру сгорания 2, в которой происходит сгорание топлива. Продукты сгорания из камеры 2 направляются в турбину 3, приводя ее во вращение, затем поступают в выходное устройство 4 и из него выбрасываются в окружающую среду, создавая тягу.

Ротор 8 (фиг. 2) электрического генератора приводится во вращение от турбины при помощи рессоры 14 или же непосредственно от диска 10 турбины, за счет неподвижной установки ротора 8 на цапфе 11, как показано на фиг. 3.

Расположение электрического генератора 7 (фиг. 1) в пространстве, ограниченном центральным телом 6 выходного устройства, позволяет сократить длину двигателя по сравнению с прототипом на 13-15%, за счет отказа от стоечного узла входного устройства и снизить вес двигателя на 10-14%.

Установка ротора 8 (фиг. 3) электрического генератора на цапфе 11 диска 10 турбины позволяет отказаться от подшипников и вала электрического генератора и от рессоры 14, что позволяет, тем самым снизить вес двигателя на 0,6-1,6%.

Выполнение цапфы диска турбины из двух соосных частей 16 (фиг. 4) и 17, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой, а также выполнение части 16 цапфы, на которой закреплен ротор 8, из материала с удельным весом, меньшим, чем у материала части 17 цапфы, приводит к снижению веса устройства.

Выполнение пазов 20 (фиг. 5) на поверхности 19 выточки части 16 цапфы снижает вес цапфы, уменьшает поверхность контакта между ее частями 16 и 17 (фиг. 4) и, тем самым, снижает теплоподвод к ротору электрического генератора.

Расположение электрического генератора 7 (фиг. 6) между диском 10 и подшипником 12 турбины позволяет отказаться от крышки 15 (фиг. 3) в центральном теле для монтажа ротора электрического генератора на цапфе диска турбины, что снижает вес двигателя на 0,3-0,5% и его трудоемкость изготовления.

Выполнение части 16 цапфы из материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала части 17, позволяет уменьшить теплоподвод от диска 10 турбины к ротору электрического генератора.

Газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания, осевую турбину с диском, снабженным цапфой, выходное устройство, в центральной части которого расположен электрический генератор, включающий ротор, закрепленный на цапфе диска, и статор. Цапфа диска турбины состоит из двух соосных частей, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой. Часть цапфы, на которой закреплен ротор, выполнена из материала с удельным весом и коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала другой части. Такое выполнение двигателя приводит к уменьшению веса и уменьшению теплоподвода к ротору за счет увеличения контактного термического сопротивления. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания, осевую турбину с диском, снабженным цапфой, выходное устройство, в центральном теле которого расположен электрический генератор, включающий ротор, закрепленный на цапфе диска, и статор, отличающийся тем, что цапфа диска турбины состоит из двух соосных частей, неподвижно соединенных между собой, конец одной из которых входит в выточку другой, причем часть цапфы, на которой закреплен ротор, выполнена из материала с удельным весом, меньшим, чем у материала другой части. 2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на поверхности выточки выполнены пазы. 3. Газотурбинный двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что часть цапфы, на которой закреплен ротор, выполнена из материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала другой части.