ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F02C7/47 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного и авиационного применения.

Известен газотурбинный двигатель НК-12СТ, выполненный путем конверсии авиационного двигателя НК-12 в наземный газотурбинный двигатель для механического провода [1].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за отбора полезной мощности от силовой турбины двигателя со стороны выхлопа, т.к. высокая температура газов снижает надежность трансмиссии и устройств, приводимых в действие газотурбинным двигателем.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с валом привода внешней нагрузки со стороны входа в двигатель [2].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за возможности обмерзания трансмиссии, расположенной внутри входного обтекателя, а также повреждения этой трансмиссии после проведения регламентных работ по промывке газовоздушного тракта двигателя промывочной жидкостью с целью удаления загрязняющих отложений на лопатках газотурбинного двигателя и восстановления характеристик этого двигателя.

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения обледенения входного обтекателя за счет обогрева упругой муфты и предотвращения накопления промывочной жидкости во внутренней полости входного обтекателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, включающем входной корпус, компрессор, входной обтекатель и вал привода внешней нагрузки со стороны входа в двигатель, согласно изобретению входной обтекатель установлен на подшипниковой опоре компрессора с помощью промежуточной кольцевой стенки, разделяющей внутреннюю часть обтекателя на переднюю по потоку воздуха полость, в которой размещена на вале привода гибкая муфта, и заднюю по потоку воздуха полость сброса, соединенную на входе с передней по потоку воздуха полостью с помощью отверстия в промежуточной стенке, а на выходе через отверстие в задней обечайке - с проточной частью двигателя, входной обтекатель включает внешнюю обечайку и закрепленный на промежуточной кольцевой стенке внутренний дефлектор, щелевая полость между которыми на входе со стороны стенки соединена с компрессором, а на выходе - со входом в переднюю по потоку воздуха полость, в нижней части стенки и задней обечайке обтекателя выполнены сливные отверстия, при этом периферийная поверхность сливного отверстия стенки расположена ближе к проточной части двигателя, чем внутренняя поверхность дефлектора, на 0,5-5 мм.

Кроме того, диаметр сливных отверстий составляет 10-30 мм, а задняя обечайка обтекателя установлена телескопически относительно входного корпуса.

Установка входного обтекателя на подшипниковой опоре компрессора с помощью промежуточной кольцевой стенки позволяет разместить элементы крепления (например, болты) обтекателя к двигателю во внутренней части обтекателя, что исключает попадание болтов на вход в компрессор в случае их поломки и повышает надежность газотурбинного двигателя.

Размещение гибкой муфты в передней по потоку воздуха полости входного обтекателя позволяет защитить гибкую муфту от внешних воздействий, в том числе от посторонних частиц, поступающих с воздухом на вход двигателя. Горячий воздух из-за компрессора, поступающий на обогрев обтекателя, перетекает через переднюю по потоку воздуха полость обтекателя, предохраняя муфту от обледенения.

Работа газотурбинного двигателя в условиях атмосферных осадков, а также в случае проведения регламентных работ с целью восстановления характеристик двигателя, когда на его вход подается промывающая жидкость, может привести к накоплению жидкости в передней полости обтекателя, что приведет к поломке гибкой муфты в случае соприкосновения ее с жидкостью.

Образование задней по потоку воздуха полости сброса, соединенной на входе с передней по потоку воздуха полостью с помощью отверстия в промежуточной стенке, а на выходе через отверстие в задней обечайке - с проточной частью двигателя, обеспечивает слив жидкости из передней полости и исключает поломку гибкой муфты.

Входной обтекатель включает внешнюю обечайку и закрепленный на промежуточной кольцевой стенке внутренний дефлектор, щелевая полость между которыми на входе со стороны стенки соединена с компрессором, а на выходе - со входом в переднюю по потоку воздуха полость, что позволяет через щелевую полость при пониженной температуре атмосферного воздуха организовать подачу из компрессора со стороны промежуточной стенки обогревающего воздуха, предотвращая обледенение внешней обечайки входного обтекателя.

Выполнение сливного отверстия в нижней части стенки и задней обечайке обтекателя, а также расположение периферийной поверхности сливного отверстия стенки ближе к проточной части двигателя, т.е. дальше от вала, чем внутренняя поверхность дефлектора на расстояние 0,5 - 5 мм, позволяет обеспечить полный слив жидкости из передней полости. Если это расстояние меньше 0,5 мм, то надежность будет снижаться из-за накопления промывочной жидкости на внутренней поверхности дефлектора и его коррозии, а также эрозии лопаток компрессора. Расстояние больше 5 мм вызывает излишнее увеличение габаритов и веса входного обтекателя. Поскольку жидкость обладает поверхностной пленкой натяжения, выполнение сливных отверстий диаметром менее 10 мм, особенно для промывочной жидкости, может не обеспечить слив жидкости из передней полости. Сливные отверстия диаметром более 20 мм снижают прочность промежуточной стенки и создают дополнительное гидравлическое сопротивление на входе в двигатель.

Кроме того, задняя обечайка обтекателя установлена телескопически относительно входного корпуса, что позволяет исключить появление дополнительных термических напряжений в задней обечайке.

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

Газотурбинный двигатель 1 состоит из входного корпуса 2, компрессора 3, камеры сгорания 4, турбины высокого давления 5, соединенной валом 6 с компрессором 3, и силовой турбины низкого давления 7. Полезная мощность от вала 8 турбины низкого давления 7 через промежуточный вал 9 и гибкую муфту 10 передается на вал 11 привода внешней нагрузки. Пластинчатая гибкая муфта 10 состоит из пакета 12 пластин, закрепленных с помощью болтов 13 и гаек 14 между передним 15 и задним 16 фланцами муфты 10, установленной в передней по потоку воздуха полости 17 входного обтекателя 18 газотурбинного двигателя 1.

Входной обтекатель 18 установлен с помощью промежуточной стенки 19 на опоре 20 шарикового радиально-упорного подшипника 21 компрессора 3 и состоит из внешней обечайки 22, закрепленной болтами 23 на внутреннем дефлекторе 24, между которыми образован кольцевой коллектор 25, соединенный со щелевой полостью 26 между обтекателем 18 и дефлектором 24, на выходе через щелевые каналы 27 между болтами 23 на верхнем крае 28 дефлектора 24, соединенной с полостью 17 обтекателя 18 на его входе.

Между обтекателем 18 и входным корпусом 2 двигателя 1 на стенке 19 болтами 29 совместно с дефлектором 24 телескопически закреплена задняя обечайка 30, по цилиндрической поверхности 31 установленная относительно входного корпуса 2, что исключает появление дополнительных термических напряжений в задней обечайке 30. Данное соединение уплотнено с помощью уплотнительного кольца 32.

Передняя по потоку воздуха полость 17 входного обтекателя 18 соединена с задней по потоку воздуха полостью сброса 33 между промежуточной стенкой 19 и входным корпусом 2 с помощью осевого отверстия 34, расположенного в нижней части промежуточной стенки 19, причем периферийная поверхность 35 сливного отверстия 34 расположена ближе к проточной части 37 двигателя 1 или дальше от вала 9, чем внутренняя поверхность 36 дефлектора 24 на 0,5-5 мм.

На выходе задняя полость 33 соединена с проточной частью 37 на входе в двигатель 1 с помощью радиального отверстия 38 в нижней части задней обечайки 30 входного обтекателя 18.

Горячий воздух из компрессора 3 или из-за его промежуточной ступени подается в кольцевой коллектор 24 обогреваемого входного обтекателя 18с помощью трубы 39, при открытии клапана (не показано).

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя 1 в случае понижения температуры атмосферного воздуха и возникновении опасности обледенения из-за компрессора 3 или из-за его промежуточной ступени при открытии клапана (не показано) подается по трубам 39 в компрессор 25 входного обтекателя 18 горячий воздух, который, проходя по щелевой полости 26, осуществляет эффективный подогрев наружной поверхности внешней обечайки 22, предотвращая ее обледенение.

Далее горячий воздух, истекая через щелевые каналы 27 на верхнем краю 28, под действием перепада давления протекает во внутреннюю полость 17 обтекателя 18, обогревая гибкую муфту 10, а затем через отверстия 34 и 38 истекает на вход 37 в двигатель 1.

При работе газотурбинного двигателя в условиях атмосферных осадков, а также в ходе регламентных работ по промывке двигателя, при “холодной” прокрутке его ротора с помощью стартера промывочная жидкость могла бы накопиться во внутренней полости 17 обтекателя 18. Однако по осевому отверстию 34 и радиальному отверстию 38 жидкость из внутренней полости 17 стекает на вход 37 двигателя 1. При этом промывочная жидкость стекает из полости 17 полностью.

Источники информации:

1. Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, Москва, “Недра”, 1986, стр. 132, рис. 70.

2. Патент РФ №2098649, F 02 С 7/12, F 01 D 25/14, 1997 г.

Газотурбинный двигатель содержит входной корпус, компрессор, входной обтекатель и вал привода внешней нагрузки со стороны входа в двигатель. Входной обтекатель установлен на подшипниковой опоре компрессора с помощью промежуточной кольцевой стенки, разделяющей внутреннюю часть обтекателя на переднюю по потоку воздуха полость, в которой размещена на вале привода гибкая муфта, и заднюю по потоку воздуха полость сброса, соединенную на входе с передней по потоку воздуха полостью с помощью отверстия в промежуточной стенке, а на выходе через отверстие в задней обечайке - с проточной частью двигателя. Входной обтекатель включает внешнюю обечайку и закрепленный на промежуточной кольцевой стенке внутренний дефлектор, щелевая полость между которыми на входе со стороны стенки соединена с компрессором, а на выходе - со входом в переднюю по потоку воздуха полость. В нижней части стенки и задней обечайке обтекателя выполнены сливные отверстия. Периферийная поверхность сливного отверстия стенки расположена ближе к проточной части двигателя, чем внутренняя поверхность дефлектора. Изобретение повышает надежность газотурбинного двигателя путем исключения обледенения входного обтекателя за счет обогрева упругой муфты и предотвращения накопления промывочной жидкости во внутренней полости входного обтекателя. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Газотурбинный двигатель, включающий входной корпус, компрессор, входной обтекатель и вал привода внешней нагрузки со стороны входа в двигатель, отличающийся тем, что входной обтекатель установлен на подшипниковой опоре компрессора с помощью промежуточной кольцевой стенки, разделяющей внутреннюю часть обтекателя на переднюю по потоку воздуха полость, в которой размещена на вале привода гибкая муфта, и заднюю по потоку воздуха полость сброса, соединенную на входе с передней по потоку воздуха полостью с помощью отверстия в промежуточной стенке, а на выходе через отверстие в задней обечайке - с проточной частью двигателя, входной обтекатель включает внешнюю обечайку и закрепленный на промежуточной кольцевой стенке внутренний дефлектор, щелевая полость между которыми на входе со стороны стенки соединена с компрессором, а на выходе - со входом в переднюю по потоку воздуха полость, в нижней части стенки и задней обечайке обтекателя выполнены сливные отверстия, при этом периферийная поверхность сливного отверстия стенки расположена ближе к проточной части двигателя, чем внутренняя поверхность дефлектора, на 0,5-5 мм.2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что диаметр сливных отверстий составляет 10-30 мм.3. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что задняя обечайка обтекателя установлена телескопически относительно входного корпуса.