ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F01D5/08 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель, диски турбины которого выполнены без покрывных дефлекторов [1].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за возможности перегрева дисков горячим газом из проточной части турбины.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является газотурбинный двигатель, диск турбины в котором закрыт от контакта с газом покрывным дефлектором, полотно которого от ступицы к периферии наклонено к диску [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за больших напряжений, возникающих в полотне дефлектора при работе двигателя, так как под действием центробежных сил полотно дефлектора стремится установиться в радиальной плоскости, что приводит к деформации полотна и к возникновению больших напряжений в радиальных штифтах крепления периферийной части дефлектора к диску, так как периферийная часть дефлектора под действием центробежных сил стремится отойти от диска. Деформация дефлектора может привести к появлению зазоров между торцами диска и дефлектора в месте их крепления, появлению паразитных утечек охлаждающего воздуха и перегреву рабочей охлаждаемой лопатки.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения паразитных утечек охлаждающего воздуха между торцами диска и дефлектора в месте их крепления, а также перегрева рабочей охлаждающей лопатки.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с диском турбины, на котором установлен покрывной дефлектор диска, состоящий из ступицы и полотна, согласно изобретению, полотно дефлектора выполнено с радиальной внешней и наклонной от диска внутренней стенками, причем наклон внутренней стенки выполнен от ступицы дефлектора к его периферии, а отношение максимальной толщины Н к его минимальной толщине h на периферии дефлектора равно 1.2...3.

Выполнение полотна дефлектора с радиальной внешней и наклонной от диска внутренней стенками, причем наклон внутренней стенки выполнен от ступицы дефлектора к его периферии позволяет исключить зазор между торцами дефлектора и диска, тем самым исключаются паразитные утечки охлаждающего воздуха, повышая надежность газотурбинного двигателя.

При Н/h<1,2 излишне увеличиваются напряжения в полотне дефлектора, в месте перехода к ступице из-за действия центробежных сил.

При Н/h>3 увеличиваются изгибные напряжения в полотне дефлектора при работе двигателя под действием центробежных сил.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя; на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5. Турбина высокого давления 4 состоит из статора 6 и ротора 7, состоящего из вала 8 с установленными на нем дисками 9 и 10 первой и второй ступеней соответственно. Для подачи охлаждающего воздуха на охлаждение первой рабочей лопатки 11 и полотен 12 и 13 на дисках 9,10 с помощью болтов 14 и 15 установлены покрывные дефлекторы 16 и 17 первой и второй ступеней, которые крепятся по периферии относительно дисков 9 и 10 с помощью байонетных соединений 18 и 19. Дефлектор 16 состоит из ступицы 20 и полотна 21, внешняя стенка 22 которого выполнена радиальной, а внутренняя, обращенная к диску 9 стенка 23, - наклонной от диска, от ступицы 20 к периферии. При этом отношение максимальной толщины Н полотна 21 в месте его перехода к ступице 20 и минимальной h в месте перехода полотна 21 к байонетному соединению 18 равно Н/h=1,2...3. Между полотном 21 дефлектора 16 и полотном 12 диска I ступени 9 образована воздушная полость 24 для прохода охлаждающего воздуха на охлаждение первой рабочей лопатки 11, для исключения паразитных утечек охлаждающего воздуха упорный бурт 25 дефлектора 16 упирается в торец 26 диска I ступени 9.

Работает устройство следующим образом.

При работе двигателя в воздушную полость 24 между диском 9 и дефлектором 16 поступает охлаждающий воздух, избыточное давление которого стремится отжать дефлектор 16 от диска 9. В случае износа байонетного соединения 18 за счет упругой деформации полотна 21 дефлектора 16, упорный бурт 25 за счет перепада давления воздуха отойдет от торца 26 диска 9, что приведет к паразитным утечкам охлаждающего воздуха, повышению температуры и обрыву первой рабочей лопатки 11. Однако под действием центробежных сил, так как внутренняя стенка 23 полотна 21 дефлектора 16 выполнена наклонной от диска, полотно 21 стремится упруго cреформироваться таким образом, чтобы средняя между поверхностями 22 и 23 линия полотна 21 стала радиальной, в результате этого полотно 21, преодолевая перепад давления воздуха, прижимается к диску и зазор между упорным торцом 25 и торцом 26 диска 9 закрывается, исключая тем самым паразитные утечки охлаждающего воздуха. Изгибные напряжения за счет упругой деформации полотна 21 при этом минимальны, что повышает ресурс дефлектора 16. При сбросе газа снижается давление в воздушной полости 23, одновременно уменьшаются и обороты двигателя, что приводит к уменьшению прижатия полотна 21 к диску 9 за счет действия центробежных сил.

Источники информации

1. С.А. Вьюнов "Конструкция и проектирование авиационных ГТД". М.: Машиностроение, стр.205, рис.4.52.

2. С.А. Вьюнов, стр.222, рис.4.63 - прототип.

Газотурбинный двигатель содержит диск турбины, на котором установлен покрывной дефлектор диска, состоящий из ступицы и полотна. Полотно дефлектора выполнено с радиальной внешней и наклонной от диска внутренней стенками. Наклон внутренней стенки выполнен от ступицы дефлектора к его периферии. Отношение максимальной толщины дефлектора к его минимальной толщине на периферии дефлектора равно 1, 2...3. Изобретение повышает надежность газотурбинного двигателя путем исключения паразитных утечек охлаждающего воздуха между торцами диска и дефлектора в месте их крепления, а также перегрева рабочей охлаждающей лопатки. 3 ил.

Газотурбинный двигатель с диском турбины, на котором установлен покрывной дефлектор диска, состоящий из ступицы и полотна, отличающийся тем, что полотно дефлектора выполнено с радиальной внешней и наклонной от диска внутренней стенками, причем наклон внутренней стенки выполнен от ступицы дефлектора к его периферии, а отношение максимальной толщины Н к его минимальной толщине h на периферии дефлектора равно 1,2...3.