ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям.

Известен газотурбинный двигатель, в котором закомпрессорная разгрузочная полость соединена с газовым трактом двигателя через задние полости двухполостных сопловых лопаток турбины [1].

В известной конструкции основная часть воздуха, прорвавшегося через закомпрессорный лабиринт, срабатывается в последних ступенях турбины, что улучшает экономичность двигателя. Однако в этом случае давление в закомпрессорной полости должно быть достаточно высоким, и для компенсации повышенной осевой силы, действующей на ротор компрессора в разгрузочной полости, необходимо увеличивать диаметр закомпрессорного лабиринта, что увеличивает утечки воздуха через него и ухудшает экономичность двигателя, т.е. снижает положительный эффект от срабатывания утечек в турбине. Таким образом, недостатком такой конструкции является недостаточная экономичность.

Наиболее близким к заявляемому является уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя с активным управлением величиной радиального зазора между роторными и статорными элементами при помощи охлаждения статорных элементов уплотнения холодным воздухом [2].

В известном устройстве, принятом за прототип, утечки закомпрессорного воздуха в разгрузочную полость снижаются за счет минимизации радиального зазора между роторными и статорными элементами, однако утечки этого воздуха через закомпрессорную полость сливаются в наружный контур двигателя, что ухудшает экономичность двигателя, так как в наружном контуре двигателя утечки срабатываются менее эффективно, чем, например, в газовой турбине. Данное уплотнение является недостаточно эффективным, так как утечки через лабиринтное уплотнение с сотовым уплотнением даже при нулевом радиальном зазоре не равны нулю, так как существует перетекание воздуха над гребешками лабиринта через сотовую ячейку.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении экономичности двигателя за счет выполнения закомпрессорной разгрузочной полости между периферийным и внутренним уплотнительными устройствами.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с уплотнительным устройством за компрессором согласно изобретению устройство выполнено в виде периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, размещенных на разных диаметрах с образованием разгрузочной закомпрессорной полости, которая на входе через периферийное уплотнительное устройство соединена с проточной частью компрессора, а на выходе как с полостью сброса через внутреннее уплотнительное устройство, так и с газовой полостью через втулки, размещенные между стенками коллектора, образованного сотовым фланцем и дефлектором, при этом на охлаждаемой поверхности сотового фланца в периферийном уплотнительном устройстве выполнены интенсификаторы в виде кольцевых треугольных канавок в сечении.

Выполнение устройства в виде периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, размещенных на разных диаметрах с образованием разгрузочной закомпрессорной полости, которая на входе через периферийное уплотнительное устройство соединена с проточной частью компрессора, а на выходе как с полостью сброса через внутреннее уплотнительное устройство, так и с газовой полостью через втулки, размещенные между стенками коллектора, образованного сотовым фланцем и дефлектором, позволяет синхронно уменьшать радиальные зазоры между гребешками и сотовым уплотнителем периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, за счет чего уменьшаются утечки закомпрессорного воздуха из компрессора в разгрузочную полость, что повышает экономичность двигателя.

Интенсификаторы в виде кольцевых треугольных канавок, выполненные на охлаждаемой поверхности сотового фланца в периферийном уплотнительном устройстве, турбулизируют охлаждающий воздух, протекающий из коллектора через щелеобразную полость в полость сброса, активно регулируя зазоры в этом устройстве.

На фиг.1 изображен продольный разрез ГТД с разгрузочной закомпрессорной полостью;
на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
на фиг.3 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 включает в себя компрессор 2, на последнем диске 3 которого с помощью байонетного соединения 4 закреплен двойной лабиринт 5 с уплотнительными гребешками 6 на большем диаметре и гребешками 7 на меньшем диаметре на осевых кольцевых выступах 8 и 9 соответственно. Ответная двойному лабиринту 5 статорная часть уплотнительного устройства 10 состоит из регулируемого сотового фланца 11 с сотовым уплотнителем 12 и дефлектора 13, который вместе с сотовым фланцем 11 образует кольцевой коробчатый коллектор 14, а также щелеобразные полости 15 и 16 для периферийного уплотнительного устройства 17 и внутреннего уплотнительного устройства 18. Регулируемый сотовый фланец 11 из-за больших газовых сил, действующих на него, выполнен двухопорным и через упругий элемент 19 с помощью болтов 20 закреплен на периферии на спрямляющем аппарате 21 компрессора 2, а внутренней своей частью - с помощью болтов 22 на опоре 23 шарикоподшипника 24.

Таким образом, разгрузочная закомпрессорная полость А заключена между периферийным и внутренним уплотнительными устройствами 17 и 18, расположенными на разных диаметрах и охлаждаемыми воздухом из одного коллектора 14 через каналы 25 и 26. Для обеспечения равномерного охлаждения в окружном направлении сотового фланца 11 при неравномерном подводе охлаждающего воздуха в кольцевой коллектор 14 на фланце 11 на входе в уплотнительные устройства 17 и 18 выполнены верхнее 27 и нижнее 28 кольцевые осевые ребра, образующие с дефлектором 13 кольцевые щели h1 и h2 переменной ширины, которые обеспечивают равномерный расход охлаждающего воздуха по окружности через уплотнительные устройства 17 и 18. Охлаждающий воздух в кольцевой коллектор 14 поступает от промежуточной ступени (на фиг. не показано) компрессора 2 по трубе 29, стойке 30 камеры сгорания (на фиг. не показано), патрубку 31 и трубе 32 и сливается через щелеобразные полости 15 и 16 в полость сброса Б. Закомпрессорная полость А соединена с газовой полостью турбины (на фиг. не показано) с помощью втулок 33, установленных телескопически своими концами в регулируемом сотовом фланце 11 и дефлекторе 13 внутри коллектора 14, а также с помощью труб 34, патрубков 35 и стоек 30 камеры сгорания, расположенных в другой плоскости по отношению к стойкам 30 подвода охлаждающего воздуха и далее трубами (на фиг. не показано). Для интенсификации охлаждения в периферийном уплотнительном устройстве 17 выполнены интенсификаторы охлаждения в виде треугольных канавок 36 на охлаждаемой поверхности сотового фланца 11.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя, при его выходе на номинальный режим, охлаждающий воздух из-за промежуточной ступени компрессора по трубам 29, стойкам 30, патрубкам 31 и трубам 32 поступает в кольцевой коллектор 14, откуда, равномерно растекаясь по окружности, через кольцевые щели h1 и h2 переменной ширины, поступает в щелеобразные полости 15 и 16, охлаждая регулируемый сотовый фланец 11, за счет чего синхронно уменьшаются радиальные зазоры между гребешками 6 и 7 и сотовым уплотнителем 12 периферийного и внутреннего уплотнительных устройств 17 и 18, за счет чего уменьшаются утечки закомпрессорного воздуха из компрессора в разгрузочную полость А, а из полости А в полость сброса Б.

Так как зазоры изменяются синхронно, то давление в полости А меняется незначительно, что способствует стабильности осевой силы на радиально-упорный подшипник 24. Так как периферийное уплотнительное устройство 17 установлено на большем диаметре и соответственно с большими радиальными зазорами между гребешками 6 и сотовым уплотнением 12, то и активное регулирование зазоров для этого устройства должно производиться на большую величину, чему способствуют треугольные в сечении канавки - интенсификаторы на охлаждаемой поверхности сотового фланца 11, которые турбулизируют охлаждающий воздух, протекающий из коллектора 14 через щелеобразную полость 15 в полость сброса Б низкого давления. Из щелеобразной полости 16 внутреннего уплотнительного устройства 18 охлаждающий воздух также сбрасывается в полость Б. Закомпрессорный воздух, прорвавшийся из компрессора 2 через периферийное уплотнительное устройство 17 в разгрузочную полость А, в основной своей части через трубы 33 между регулируемым фланцем 11 и дефлектором 13, по трубам 34, патрубкам 35 и стойкам 30 подается, например, в газовый тракт турбины (на фиг. не показано), где совершает полезную работу. Небольшая часть закомпрессорного воздуха из разгрузочной полости А через внутреннее уплотнительное устройство 18 прорывается в полость сброса Б, откуда сбрасывается, например, в атмосферу или в наружный контур двигателя в случае применения данного устройства в двухконтурном газотурбинном турбореактивном двигателе.

Источники информации
1. Патент RU N 2073103 С1.

2. Патент RU N 2036312 С1 - прототип.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям. Газотурбинный двигатель содержит уплотнительное устройство за компрессором. Уплотнительное устройство выполнено в виде периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, размещенных на разных диаметрах с образованием разгрузочной закомпрессорной полости. Разгрузочная полость на входе через периферийное уплотнительное устройство соединена с проточной частью компрессора, а на выходе как с полостью сброса через внутреннее уплотнительное устройство, так и с газовой полостью через втулки, размещенные между стенками коллектора, образованного сотовым фланцем и дефлектором. При этом на охлаждаемой поверхности сотового фланца в периферийном уплотнительном устройстве выполнены интенсификаторы в виде кольцевых треугольных канавок в сечении. Такое выполнение газотурбинного двигателя позволит повысить его экономичность за счет выполнения закомпрессорной разгрузочной полости. 3 ил.

Газотурбинный двигатель с уплотнительным устройством за компрессором, отличающийся тем, что устройство выполнено в виде периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, размещенных на разных диаметрах с образованием разгрузочной закомпрессорной полости, которая на входе через периферийное уплотнительное устройство соединена с проточной частью компрессора, а на выходе как с полостью сброса через внутреннее уплотнительное устройство, так и с газовой полостью через втулки, размещенные между стенками коллектора, образованного сотовым фланцем и дефлектором, при этом на охлаждаемой поверхности сотового фланца в периферийном уплотнительном устройстве выполнены интенсификаторы в виде кольцевых треугольных канавок в сечении.