КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F04D25/04 

Изобретение относится к конструкциям компрессоров газотурбинных двигателей, преимущественно наземного применения, полученных путем конверсии экономичного двухконтурного авиационного двигателя.

В известном компрессоре газотурбинного двигателя для обеспечения газодинамической устойчивости выполнено перепускное устройство с лентой перепуска [1].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за обрывов ленты перепуска.

В авиационных двухконтурных газотурбинных двигателях для наддува опор используется воздух наружного контура, т.е. из-за компрессора низкого давления. В случае конверсии авиационного газотурбинного двигателя в двигатель для наземных установок используется только компрессор высокого давления, температура и давление на выходе которого велики для наддува опор, и поэтому воздух отбирается из-за промежуточной ступени компрессора. Однако конструктивная организация отбора воздуха из-за промежуточной ступени требует дорогостоящей переделки компрессора, а отбор воздуха из кольцевой полости перепуска воздуха приводит к выбросу масла из наддуваемых масляных полостей в проточную часть двигателя при открытых клапанах перепуска из-за пониженного давления воздуха.

Наиболее близким к заявляемому является компрессор газотурбинного двигателя, в котором перепуск воздуха осуществляется с помощью клапана перепуска, при открытии которого воздух из проточной части компрессора через множество отверстий и кольцевую полость на корпусе компрессора истекает в атмосферу [2].

Данная конструкция не обеспечивает необходимую газодинамическую устойчивость, т. к. давление воздуха в кольцевой полости при открытых клапанах перепуска резко падает, а воздух с низким давлением не пригоден для охлаждения и наддува масляных полостей в подшипниковых опорах газотурбинного двигателя. В случае использования воздуха из этой кольцевой полости для наддува опор при резком снижении давления подаваемого воздуха возможен выброс масла из масляных полостей в проточную часть двигателя, что вызовет пожар на двигателе.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы компрессора газотурбинного двигателя за счет обеспечения газодинамической устойчивости.

Этот эффект достигается в результате того, что в компрессоре газотурбинного двигателя, имеющем воздушные полости подшипниковых опор и снабженном клапанами перепуска воздуха из кольцевой полости, связанной клапанами с проточной частью, согласно изобретению в кольцевой полости размещены состоящие из телескопически соединенных зигзагообразных радиальных ребер перегородки, образующие полость отбора воздуха с атмосферой. При этом наилучший эффект достигается в том случае, если F1:F2=0,002...0,03, где
F1 - площадь сечения трубопровода отбора воздуха;
F2 - площадь сечения проточной части компрессора, расположенная под полостью отбора воздуха.

Наличие радиальных перегородок позволяет обеспечивать постоянное давление воздуха в полости отбора при закрытых и открытых клапанах перепуска. Радиальные перегородки выполнены зигзагообразными, и при этом имеют телескопические соединения, что позволяет компенсировать взаимные температурные деформации корпуса компрессора и наружного кожуха кольцевой полости, имеющие разные скорости нагрева.

Ребра перегородки, образуя полость отбора воздуха,. на входе связанную через трубопровод отбора воздуха и воздушные полости подшипниковых опор с атмосферой, позволяют на всех режимах работы двигателя постоянно из проточной части компрессора через полость отбора воздуха и трубопровод и далее, через полости наддува и охлаждения подшипниковых опор в атмосферу, отбирать воздух, расход которого определяется площадью сечения трубопровода, являющегося жиклером. При этом расход воздуха достаточен для наддува и охлаждения опор, но не вызывает окружную неравномерность потока воздуха в проточной части компрессора, которая могла бы вызвать ухудшение к.п.д. и газодинамической устойчивости компрессора.

При соотношении F1:F2<0,002 расход отбираемого воздуха будет недостаточным для наддува и охлаждения подшипниковых опор. В случае, когда F1: F2>0,015, ухудшается газодинамическая устойчивость компрессора из-за существенной окружной неравномерности в его проточной части.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя с компрессором заявляемой конструкции. На фиг. 2 представлен элемент 1 на фиг.1 в увеличенном виде. Фиг.3 - сечение А-А на фиг.2, фиг.4 - сечение Б-Б на фиг. 3.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2 с передней опорой 3 и задней опорой 4, а также камеры сгорания 5, турбины 6 высокого давления с опорой 7 и силовой турбины 8 с задней опорой 9. Полезная мощность от двигателя 1 снимается с вала 10 со стороны входного устройства 11.

Компрессор 2 выполнен с кольцевой полостью 12, которая расположена на периферии наружного корпуса компрессора 13, ограничена наружным кожухом 14 и разделена с помощью радиальных перегородок 15 и 16, 17 и 18 на две полости: полость 19 отбора воздуха с трубопроводом 20 отбора воздуха на наддув опор 3, 4, 7, 9, а также полость 21 перепуска воздуха с клапанами перепуска 22, которые периодически открываются путем поворота вокруг оси 23 в положение 24. Полость 19 отбора воздуха расположена между клапанами 22 перепуска воздуха. Перегородки 15, 16, 17 и 18 выполнены упругими, имеют зигзагообразную форму и телескопически соединены между собой по поверхностям 25 и 26 соответственно.

Проточная часть 27 компрессора 2 соединена с полостями 19 и 21 с помощью множества каналов 28. На выходе полость перепуска 21 через ответные клапаны 24 соединяется через наружный канал 29 двигателя 1 с атмосферой, а полость отбора 19 через трубопровод 20 и воздушные полости опор 3, 4, 7 и 9 - также с атмосферой.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя, особенно на переходных режимах, для обеспечения газодинамической устойчивости компрессора 2 осуществляется периодическое открытие клапанов перепуска 22. В результате этого часть воздуха из проточной части 27 компрессора 2 через множество каналов 28, полость 21 перепуска воздуха и наружный канал 29 двигателя 1 перепускается в атмосферу.

На всех режимах работы двигателя из проточной части 27 компрессора 2 через каналы 28, полость отбора воздуха 19 и трубопровод 20, и далее - через полости наддува и охлаждения опор - в атмосферу отбирается воздух, расход которого определяется соотношением F1:F2, где расход воздуха достаточен для наддува и охлаждения опор, но не вызывает окружную неравномерность потока воздуха в проточной части компрессора, которая могла бы вызвать ухудшение к. п.д. и газодинамической устойчивости компрессора.

Зигзагообразные телескопически соединенные между собой ребра 15, 16 и 17, 18 перегородки парируют взаимные температурные деформации корпуса компрессора 13 и наружного корпуса 14, возникающие из-за разных температур и разных темпов нагрева, изолируя полости 19 и 21 друг от друга, повышая тем самым надежность двигателя.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, "Машиностроение", 1989, стр. 56, рис. 3.6б.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, "Машиностроение", 1989, стр. 56, рис. 3.6а.

Изобретение относится к конструкциям компрессоров газотурбинных двигателей преимущественно наземного применения, полученных путем конверсии экономичного двухконтурного авиационного двигателя, и позволяет повысить надежность работы компрессора газотурбинного двигателя за счет обеспечения газодинамической устойчивости. Этот технический результат достигается за счет того, что в компрессоре газотурбинного двигателя, имеющем воздушные полости подшипниковых опор и снабженном клапанами перепуска воздуха из кольцевой полости, связанной клапанами с проточной частью, согласно изобретению в кольцевой полости размещены состоящие из телоскопически соединенных зигзагообразных радиальных ребер перегородки, образующие полость отбора воздуха с атмосферой. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Компрессор газотурбинного двигателя, имеющий воздушные полости подшипниковых опор и снабженный клапанами перепуска воздуха из кольцевой полости, связанной каналами с проточной частью, отличающийся тем, что в кольцевой полости размещены состоящие из телескопически соединенных зигзагообразных радиальных ребер перегородки, образующие полость отбора воздуха, на выходе связанную через трубопровод отбора воздуха и воздушные полости опор с атмосферой. 2. Компрессор газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что F1: F2= 0,002-0,03, где F₁ - площадь сечения трубопровода отбора воздуха; F₂ - площадь сечения проточной части компрессора, расположенной под полостью отбора воздуха.