ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель, масляные полости подшипниковых опор которого уплотняются с помощью контактных подпружиненных торцевых уплотнений [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за возможных сколов и износа графитового кольца, а также повышенная теплоотдача в масло из-за высокого тепловыделения в зоне контакта графитового кольца с контртелом (стальным кольцом на валу ротора).

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель, масляные полости подшипниковых опор которого уплотняются контактным графитовым уплотнением, работающим совместно с воздушным лабиринтным уплотнением, которое создает необходимое давление воздуха, прижимающее графитовое кольцо к контртелу [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность, особенно при больших ресурсах, из-за износа графитового кольца, что недопустимо для высокоресурсных двигателей, например для газотурбинных двигателей наземного применения. Наибольшим ресурсом обладают бесконтактные лабиринтные уплотнения, ресурс которых практически неограничен.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности ГТД путем уплотнения масляных полостей подшипниковых опор двухъярусным лабиринтным уплотнением.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем высоконапорный компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и турбину низкого давлений, согласно изобретению масляная полость подшипниковой опоры двигателя уплотнена двухъярусным уплотнением, содержащим верхний и нижний лабиринты, обращенные к воздушной полости, и ответный лабиринтам фланец, обращенный к масляной полости, причем гребешки нижнего по диаметру лабиринта выполнены с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к масляной полости, а верхнего лабиринта - с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к воздушной полости, при этом внутренняя поверхность верхнего лабиринта выполнена наклонной.

Уплотнение масляной полости подшипниковой опоры двигателя двухъярусным уплотнением, содержащим верхний и нижний лабиринты, обращенные к воздушной полости, и ответный лабиринтам фланец, обращенный к масляной полости, позволяет повысить надежность ГТД за счет исключения перетекания масла из масляной в воздушную полость, и снижения утечек охлаждающего воздуха из воздушной в масляную полость.

Выполнение гребешков нижнего по диаметру лабиринта с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к масляной полости, способствует снижению утечек охлаждающего воздуха из воздушной в масляную полость.

Выполнение гребешков верхнего лабиринта с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к воздушной полости, предотвращает прорыв масляного тумана из масляной полости в воздушную.

Выполнение внутренней поверхности верхнего лабиринта наклонной позволяет вернуть под действием центробежных сил прорвавшуюся часть масляного потока.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя.

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

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2 с поворотным входным направляющим аппаратом 3, камеры сгорания 4, турбины высокого давления 5, вращающей компрессор 2, и силовой турбины низкого давления 6, ротор 7 которой своим задним концом установлен в задней опоре 8 двигателя 1. Полезная мощность от турбины 6 снимается с помощью вала 9 со стороны входа в компрессор 2, а запуск двигателя осуществляется с помощью газового стартера 10. Подшипниковая опора 11 состоит из подшипника качения 12, внутреннее кольцо 13 которого установлено на валу 14 ротора 7 турбины низкого давления 6, а наружное кольцо 15 с помощью гайки 16 закреплено во внутреннем упругом элементе 17, установленном в наружном упругом элементе 18. Масло на смазку подшипника 12 поступает из жиклера 19, струя масла 20 из которого поступает на наружную поверхность 21 внутреннего кольца 13, т.е. на беговую дорожку роликов 22, которые осуществляют барботаж масла, за счет которого происходит смазка сепаратора 23 подшипника 12 и внутренней поверхности 24 наружного кольца 15. Масляный туман, образующийся в масляной полости 25 при барботаже, уплотняется от перетекания в воздушную полость 26 с помощью двухъярусного уплотнения 27, который состоит из фланца 28, обращенного в сторону масляной полости 25, и ответных ему лабиринтов: верхнего 29 и нижнего 30, причем на нижнем лабиринте 30 гребешки 31 лабиринта выполнены с наклонными поверхностями 32 в сторону масляной полости 25, а на верхнем 29 лабиринте - в сторону воздушной полости 26. Внутренняя поверхность 33 верхнего лабиринта 29 выполнена с наклоном в сторону воздушной полости 26, которая наддувается из-за промежуточной ступени 34 компрессора 2, а наружный диаметр 35 лабиринта 29 выполнен больше диаметра наружной поверхности 21 кольца внутреннего 13 подшипника 12. Пакет деталей из лабиринтов 29, 30 и внутреннего кольца 13 подшипника 12 затягивается на валу 14 гайкой 36.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя лабиринтное уплотнение 27, состоящее из лабиринтов 29 и 30, а также фланца 28, снижает утечки охлаждающего воздуха из воздушной полости 26 в охватываемую ею масляную полость 25. При этом гребешки 31 на лабиринте 30, имеющие наклонные поверхности 32 в сторону масляной полости 25, работают с большей эффективностью, чем гребешки лабиринта 29 с обратным наклоном поверхностей 32. Однако на низких режимах работы двигателя давление воздуха из-за промежуточной ступени 34 компрессора 2 падает из-за работы первых ступеней компрессора 2 в турбинном режиме, что приводит к падению давления воздуха в воздушной полости 26, что может привести к прорыву масляного тумана из масляной полости 25 в воздушную полость 26 и далее в газовоздушный тракт двигателя 1, что может привести к пожару на двигателе. Однако этого не происходит, так как этому препятствует верхний лабиринт 29 с гребешками 31, наклонные поверхности 32 которого обращены в сторону воздушной полости 26 - в этом случае эффективность данного лабиринтного уплотнения максимальна. Прорвавшаяся часть масляного тумана сепарируется на наклонной внутренней поверхности 33 лабиринта 29, стекает по ней под действием центробежных сил, а при увеличении режима работы двигателя 1 после повышения давления воздуха в полости 26 выдувается воздухом в масляную полость 25. Увеличенный наружный диаметр 35 верхнего лабиринта 29 по сравнению с наружной поверхностью 21 внутреннего кольца 13 подшипника 12 препятствует прострелу струи масла 20 из жиклера 19 через лабиринтное уплотнение 27.

Источники информации
1. С.А. Вьюнов, "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", М., Машиностроение, стр.533, рис.12.3б.

2. С.А. Вьюнов, стр.7, рис.1,2 - прототип.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения и позволяет повысить надежность ГТД путем уплотнения масляных полостей подшипниковых опор двухярусным лабиринтным уплотнением. Газотурбинный двигатель содержит высоконапорный компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и турбину низкого давлений. Масляная полость подшипниковой опоры двигателя уплотнена двухярусным уплотнением, содержащим верхний и нижний лабиринты, обращенные к воздушной полости, и ответный лабиринтам фланец, обращенный к масляной полости, причем гребешки нижнего по диаметру лабиринта выполнены с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к масляной полости, а верхнего лабиринта - с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к воздушной полости, при этом внутренняя поверхность верхнего лабиринта выполнена наклонной. 2 ил.

Газотурбинный двигатель, содержащий высоконапорный компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и турбину низкого давлений, отличающийся тем, что масляная полость подшипниковой опоры двигателя уплотнена двухярусным уплотнением, содержащим верхний и нижний лабиринты, обращенные к воздушной полости, и ответный лабиринтам фланец, обращенный к масляной полости, причем гребешки нижнего по диаметру лабиринта выполнены с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к масляной полости, а верхнего лабиринта - с наклонными боковыми поверхностями, обращенными к воздушной полости, при этом внутренняя поверхность верхнего лабиринта выполнена наклонной.