ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВУХВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МЕЖВАЛЬНЫМ ПОДШИПНИКОМ Российский патент 2002 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к технике авиационного и наземного применения с использованием конверсионных авиационных газотурбинных двигателей.

Известен двухвальный газотурбинный двигатель с межвальным подшипником, масло на смазку которого подается под маслоуловительные козырьки и далее через прорези в наружном валу к межвальному подшипнику [1].

Недостатком такой конструкции является повышенный расход масла на смазку межвального подшипника, т.к. под маслоуловительные козырьки попадает только небольшая часть поступающего из форсунки масла.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является газотурбинный двухвальный двигатель с межвальным подшипником, в котором масло для метального подшипника подается через пазы в наружном валу [2].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за наличия масляных каналов, ослабляющих прочность наружного вала, нагруженного большим крутящим моментом. Кроме того, в межвальный подшипник поступает 20.. . 25% подаваемого через форсунку масла, что приводит к увеличению барботажа масла и повышенной теплоотдачи в масло, снижающей эффективность двигателя.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности и надежности работы двигателя путем снижения расхода масла на межвальный подшипник, исключения появления концентраторов напряжений на наружном валу и попадания масла в воздушные полости турбины.

Сущность изобретения заключается в том, что газотурбинный двухвальный двигатель с межвальным подшипником согласно изобретению снабжен трубопроводом подачи масла на межвальный подшипник, трубопровод соединен с внутренней трубкой, телескопически соединенной с наружной трубкой с образованием герметичных замкнутых воздушных полостей, при этом масляная полость межвального подшипника связана с воздушной полостью, примыкающей к межвальному подшипнику.

Авиационные и полученные из них путем конверсии газотурбинные двигатели наземного применения выполнены с основными и межвальными подшипниками качения, которые непродолжительное время могут работать в условиях масляного голодания, например при запуске, при выбеге роторов после выключения двигателя, а также при авторотации, т.е. вращении ротора неработающего двигателя на летящем самолете встречным потоком воздуха. При максимальном режиме работы двигателя это время составляет ~10 с.

Трубы подвода масла на межвальный подшипник работают в условиях повышенной вибрации, действия центробежных сил и термических напряжений, а также в условиях больших тепловых потоков от горячего вала (300...400^oС) к холодному маслу (~100^oС). При таких условиях работы предъявляются повышенные требования к надежности труб.

Внутренняя труба, по которой подается масло, охватывается наружной трубой, которая выполняет роль теплового экрана, уменьшая тепловые потоки от вала турбины к подаваемому на межвальный подшипник маслу. Телескопическое соединение трубок с образованием герметичных замкнутых воздушных полостей, каждая из которых имеет объем не более 300 см³, исключает термические напряжения.

Воздушная полость между трубками соединена с масляной полостью межвального подшипника, поэтому при образовании трещины на внутренней трубе масло заполняет эту полость за время не более 10 с, что позволяет предотвратить поломку межвального подшипника из-за масляного голодания и существенно повысить надежность его работы.

Одновременно исключается попадание масла в воздушные полости турбины, которое может привести к возгоранию этого масла и к пожару в турбине.

Кроме того, наружная трубка более жесткая, чем внутренняя, обладает устойчивостью в условиях воздействия центробежных сил при вращении вала турбины.

Отсутствие масляных каналов для смазки межвального подшипника и осуществление подачи масла с помощью устройства заявляемой конструкции позволяет существенно снизить расход масла, исключить ее барботаж, снизить теплоотдачу в масло, тем самым повышая эффективность двигателя в целом.

На фиг.1 представлен продольный разрез газотурбинного двигателя заявляемой конструкции. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4, вращающей с помощью вала 5 компрессор 2, а также силовой турбины 6, вал 7 которой выведен на вход 8 двигателя 1 для отбора полезной мощности в холодной зоне. Длинный вал 7 выполнен с межвальным подшипником 9, расположенным в масляной полости 10 между валами 5 и 7.

Подвод масла к межвальному подшипнику 9 осуществляется со стороны задней опоры 11 двигателя 1 с помощью трубопровода 12, жиклера 13 с контактным уплотнением 14 и двойной телескопической трубы 15, закрепленной в валу 7 с помощью гайки 16 и болтов 17.

Внутренняя 18 и наружная 19 трубки соединены неподвижно между собой фланцами 20 и 21 внутри вала 7 в задней опоре 11, а на остальной длине - телескопически, образуя с помощью втулок 22 и уплотнительных колец 23 кольцевые герметичные между собой воздушные полости 24, объем каждой из которых не превышает 300 см³.

Внутренняя трубка 18 подвода масла на выходе через канал 25 втулки 26 соединена с жиклером 27 подвода масла на межвальный подшипник 9.

Примыкающая к межвальному подшипнику 9 кольцевая полость 28 между трубками 18 и 19 через каналы 29 и 30 соединена с масляной полостью 10 межвального подшипника 9. Полость 28 отделена от воздушной полости 31 с помощью уплотнительных колец 32, а от полости 28 внутренняя полость трубки 18 отделена с помощью уплотнительных колец 33.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При работе двигателя масло для смазки и охлаждения межвального подшипника 9 поступает внутри задней опоры 11 по трубопроводу 12, жиклеру 13 с контактным уплотнением 14 и далее по трубке 18, каналу 25 и жиклеру 27. Кольцевые герметичные воздушные полости 24 работают при этом как теплоизолирующие, уменьшая теплоотдачу от горячего вала 7 к холодному маслу внутри трубки 18. Радиальные втулки 22 при этом обеспечивают устойчивость трубки 18, работающей в условиях воздействия повышенных центробежных сил.

В случае нарушения герметичности уплотнительных колец 33 утечки масла по дополнительному каналу 30 поступает в масляную полость 10 подшипника 9, смазывая его за счет барботажа. При этом масло в воздушные полости 31 не попадает.

В случае образования трещины в трубке 18 масло заполняет кольцевую герметичную полость 24 объемом не более 300 см³. В течение этого времени межвальный подшипник 9 работает в условиях масляного голодания без разрушения. После заполнения полости 24 масло снова начинает поступать на смазку подшипника 9 в обычном объеме.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр. 207, рис.4.54
2. Патент РФ 1563302, F 02 С 7/00, 1993 г.

Изобретение предназначено для конверсионных авиационных газотурбинных двигателей с межвальным подшипником. Такое выполнение газотурбинного двигателя позволит повысить эффективность и надежность работы двигателя путем снижения расхода масла на межвальный подшипник, исключения появления концентраторов напряжений на наружном валу и попадания масла в воздушные полости турбины. Газотурбинный двухвальный двигатель с межвальным подшипником снабжен трубопроводом подачи масла на межвальный подшипник, трубопровод соединен с внутренней трубкой, телескопически соединенной с наружной трубкой с образованием герметичных замкнутых воздушных полостей, при этом масляная полость межвального подшипника связана с воздушной полостью, примыкающей к межвальному подшипнику. 2 ил.

Газотурбинный двухвальный двигатель с межвальным подшипником, отличающийся тем, что он снабжен трубопроводом подачи масла на межвальный подшипник, трубопровод соединен с внутренней трубкой, телескопически соединенной с наружной трубкой с образованием герметичных замкнутых воздушных полостей, при этом масляная полость межвального подшипника связана с воздушной полостью, примыкающей к межвальному подшипнику.