УСТРОЙСТВО ОТБОРА ВОЗДУХА МЕЖДУ КОМПРЕССОРАМИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного или наземного применения.

Известно устройство для обеспечения газодинамической устойчивости осевого компрессора путем перепуска воздуха из проточной части через отверстия при помощи клапана перепуска. [1].

Недостатком известной конструкции является ее сложность и неравномерность потока воздуха на входе в последующие ступени из-за неравномерного отбора воздуха.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для отбора воздуха между компрессором низкого (КНД) и компрессором высокого давления (КВД) двухконтурного газотурбинного двигателя (ГТД), представляющее собой множество заслонок, установленных в переходном канале между компрессорами, причем заслонки установлены на периферийной поверхности канала и в закрытом положении образуют часть периферийной поверхности этого канала [2].

В известной конструкции, принятой за прототип, сброс загрязняющих частиц осуществляется при открытых заслонках вместе с воздухом в канал наружного контура двигателя.

Недостатком конструкции является отсутствие сброса загрязнений при закрытых заслонках и высокая неравномерность потока воздуха на входе в компрессор высокого давления при открытых заслонках, что снижает надежность двигателя из-за повреждений лопаток КВД посторонними предметами, а также из-за повышенных вибраций лопаток КВД, связанных с неравномерностью потока воздуха на его входе.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности двигателя путем сброса загрязнений и уменьшения неравномерности потока воздуха на входе в КВД при открытых заслонках.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве отбора воздуха между компрессорами ГТД, установленном на периферии переходного канала между компрессорами и включающем в себя перепускные заслонки, соединяющие в открытом положении переходный канал с каналами наружного контура и с полостями наддува и охлаждения двигателя, согласно изобретению между переходным каналом и заслонками, под острым углом к переходному каналу на его периферии выполнен кольцевой канал, соединенный на выходе через множество отдельных каналов трубопроводами с полостями наддува и охлаждения двигателя.

Выполнение между переходным каналом и заслонками под острым углом к переходному на его периферии кольцевого канала, соединенного на выходе через множество отдельных каналов трубопроводами с полостями наддува и охлаждения двигателя, позволяет улавливать загрязняющие частицы, поступающие из КНД в КВД при работе двигателя на всех его режимах работы, так как кольцевой канал через часть отдельных каналов соединен постоянно с полостями охлаждения двигателя, в которых воздух из переходного канала идет на охлаждение, например, ротора турбины низкого давления, а загрязняющие частицы сепарируются и выбрасываются за турбину низкого давления, в газовый тракт двигателя.

Выполнение кольцевого канала перед отдельными каналами с заслонками позволяет также существенно снизить неравномерность потока воздуха на входе в КВД при открытии нескольких, например двух, заслонок, при этом в кольцевом канале поток отбираемого воздуха выравнивается, что повышает надежность КВД из-за уменьшения вибронапряжений его лопаток.

На фиг. 1 изображен общий вид ГТД с устройством отбора воздуха между компрессорами.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 1 в увеличенном виде.

Устройство отбора воздуха 1 между компрессором низкого давления (КНД) 2 и компрессором высокого давления (КВД) 3 двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя 4 выполнено в переходном канале 5 между КНД и КВД и состоит из кольцевого на длине l₁ канала 6, соединенного на входе с переходным каналом 5 непосредственно за КНД, а на входе - с множеством отдельных каналов 7 и 8. Кольцевой канал 6 выполнен на периферийной поверхности 9 переходного канала 5 под острым углом к нему. Отдельные каналы 7 на длине l₂ выполнены с плавным переходом от кольцевого сечения к прямоугольному и на входе соединены с кольцевым каналом 6, а на выходе через заслонки 10 и отверстия 11 в разделительном корпусе 12 - с каналом наружного контура 13 двигателя 4. Каналы 8 на входе соединены с кольцевым каналом 6, а на выходе через трубопроводы 14, 15 с охлаждаемой полостью 16 ротора 17 турбины низкого давления 18, полостями 19, 20 и 21 охлаждения корпусов 22 и 23 КВД и турбины 24, а также полостями наддува масляных опор подшипников 25, 26 и 27 газотурбинного двигателя 4. Заслонки 10 перепуска воздуха поворачиваются вокруг осей 28 с помощью тяг 29 и гидроцилиндров 30 и могут устанавливаться с помощью гидроцилиндров 30 в два положения: положение "Закрыто" - поз. 10 и положение "Открыто" - поз. 10а. Компрессор низкого давления 2 закреплен на одном валу с вентилятором 31 двухвального двухконтурного двигателя 4. Воздух от вентилятора 31 поступает как в КНД 2, так и в канал наружного контура 13.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя, особенно при резком уменьшении режима, из-за большой инерционности ротора вентилятора 31 возможен помпаж КНД 2, так как обороты ротора КВД 3 из-за малой его инерционности снижаются быстро и КВД уже не может пропустить воздух, подаваемый на его вход вентилятором 31 и КНД 2. Поэтому на пониженных режимах заслонки 10 с помощью гидроцилиндров 30 переключаются в положение 10а, открывая проход "лишнему" воздуху для его слива через кольцевой канал 6, каналы 7 и отверстия 11 в канал наружного контура 13. Загрязняющие частицы 32, которые сепарируются в вентиляторе 31 и КНД 2 за счет центробежных сил к периферийной поверхности 9 переходного канала 5, через кольцевой канал 6 и отверстия 11 выбрасываются в канал наружного контура 13, и далее через сопло (не показано) выбрасываются из двигателя 4, не повреждая его. Так как между отдельными каналами 7 и переходным каналом 5 выполнен кольцевой канал 6, неравномерность потока воздуха на входе в КВД 3 остается низкой, что способствует его надежной работе. При максимальной работе двигателя скорость воздуха, всасываемого в воздухозаборник (не показано) двигателя 4 достигает 200. . . 250 м/сек и из-за малого расстояния между воздухозаборником и поверхностью взлетно-посадочной полосы (~800 мм), со стороны этой поверхности на входе в воздухозаборник образуется присоединенный вихрь (вихревой шнур), интенсивность которого очень велика: данный вихрь способен забросить на вход в вентилятор посторонний предмет диаметром до 40 мм. Благодаря наличию кольцевого канала 6 подобного рода загрязнения не могут попасть на вход в КВД (что привело бы к его разрушению), а сбрасываются через каналы 6 и 7 в канал наружного контура 13. При разбеге самолета из-за набегающего встречного потока воздуха интенсивность присоединенного вихря (вихревого шнура) ослабевает и при скоростях выше 60 км/час вихрь исчезает. Слив загрязнений (посторонних предметов) осуществляется через кольцевой канал 6 и отдельные каналы 8, которые через трубопроводы 14 и 15 соединены с полостями наддува и охлаждения газотурбинного двигателя. При этом интенсивность сброса загрязнений уменьшается, но это происходит на режимах эксплуатации двигателя и самолета, при которых попадание загрязнений на вход в двигатель минимально.

Таким образом, заявляемое устройство отбора воздуха между компрессорами кроме перепуска излишнего воздуха между компрессорами с целью исключения помпажа позволяет осуществлять регулируемый сброс загрязнений на входе в КВД, т. е. при интенсивном попадании загрязнений на вход в двигатель - интенсивный их сброс, а при минимальном попадании загрязнений - минимальный их сброс, с целью минимального ухудшения параметров двигателя (особенно тяги) из-за перепуска воздуха. Сброс загрязнений на входе в КВД повышает его надежность и ресурс из-за уменьшения повреждения рабочих и направляющих лопаток, а также способствует сохранению удельного расхода топлива двигателя по ресурсу из-за снижения загрязнения проточной части КВД.

Источники информации
1. Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", стр. 54, 56, рис.3.6а.

2. US, патент N 5351473, F 02 C 6/18 - прототип.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного или наземного применения и позволяет повысить надежность двигателя путем сброса загрязнений и уменьшения неравномерности потока воздуха на входе в КВД при открытых заслонках. Устройство отбора воздуха установлено на периферии переходного канала между компрессорами и включает в себя перепускные заслонки, соединяющие в открытом положении переходный канал с каналами наружного контура и с полостями наддува и охлаждения двигателя. Между переходным каналом и заслонками, под острым углом к переходному каналу на его периферии выполнен кольцевой канал, соединенный на выходе через множество отдельных каналов трубопроводами с полостями наддува и охлаждения двигателя. 3 ил.

Устройство отбора воздуха между компрессорами газотурбинного двигателя, установленное на периферии переходного канала между компрессорами и включающее в себя перепускные заслонки, соединяющие в открытом положении переходный канал с каналами наружного контура и с полостями наддува и охлаждения двигателя, отличающееся тем, что между переходным каналом и заслонками, под острым углом к переходному каналу на его периферии выполнен кольцевой канал, соединенный на выходе через множество отдельных каналов трубопроводами с полостями наддува и охлаждения двигателя.