ТУРБОКОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F02C7/06 F01D25/16 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известна задняя опора турбокомпрессора, расположенная под камерой сгорания, где охлаждение и наддув опоры осуществляется воздухом, отбираемым за компрессором с последующим охлаждением в теплообменнике (патент WO 99/54609).

Недостатком известной конструкции является необходимость постановки специального теплообменника, наличие потерь из-за загромождения наружного контура, необходимость постановки специальных с увеличенным перепадом графитовых уплотнений, наличие увеличенного давления в масляной полости опоры требует постановки маслонасосов, обеспечивающих высокое давление подаваемого для смазки масла. Также недостатком известной конструкции является то, что вал ротора, на котором находится внутренняя обойма подшипника, не охлаждается холодным воздухом, а подвод воздуха через стойки камеры сгорания загромождает проточную часть за компрессором, что увеличивает потери в тракте.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является турбокомпрессор, охлаждение валов ротора которого и внутренних обойм подшипников осуществляется холодным воздухом, проходящим внутри валов турбокомпрессора. Охлаждение фланцев опор и наддув масляных полостей опор турбокомпрессора, расположенных под камерой сгорания, осуществляется воздухом с подводом его через стойки камеры сгорания (патент US 6050079).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является наличие сложной двухсторонней подачи воздуха на охлаждение опор турбокомпрессора, расположенных под камерой сгорания. Также недостатком конструкции является то, что подвод воздуха через стойки камеры сгорания загромождает проточную часть, увеличивает потери в тракте.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и экономичности двигателя за счет уменьшения потерь в тракте путем исключения магистрали подвода воздуха через газовоздушный тракт между компрессором и камерой сгорания.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбокомпрессоре газотурбинного двигателя с расположенной под камерой сгорания задней опорой согласно изобретению в валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях: лабиринтах и фланцах выполнены перед подшипником отверстия забора, а за подшипником отверстия выпуска охлаждающего воздуха, при этом отверстия забора связаны с отверстиями выпуска через перепускные отверстия. Перед отверстиями выпуска охлаждающего воздуха за подшипником на валу турбокомпрессора выполнен бурт с уменьшенным кольцевым зазором между валами. Отверстия забора воздуха наклонены навстречу потоку, направленному в сторону турбины, а отверстия выпуска - по потоку.

Выполнение в валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях: лабиринтах и фланцах перед подшипником отверстий забора, а за подшипником - отверстий выпуска охлаждающего воздуха позволяет исключить магистраль подвода воздуха для охлаждения опоры турбокомпрессора через газовоздушный тракт между компрессором и камерой сгорания, при этом подвод воздуха осуществляется из межвального пространства таким образом, что из магистрали продувки межвального пространства через отверстия забора в вале турбокомпрессора подается воздух для охлаждения вокруг масляной полости подшипника турбокомпрессора и возвращается через отверстия выпуска охлаждающего воздуха обратно в межвальное пространство.

Выполнение за подшипником перед отверстиями выпуска охлаждающего воздуха на валу турбокомпрессора бурта с уменьшенным кольцевым зазором между валами позволяет регулировать величины и соотношения между воздухом, проходящим под подшипником (внутри вала) и вокруг опоры (масляной полости). Уменьшенный кольцевой зазор между буртом и валом увеличивает расход воздуха вокруг опоры.

Наклон отверстий забора воздуха навстречу потоку, направленному в сторону турбины, а отверстий выпуска - по потоку увеличивает расход воздуха для охлаждения опоры турбокомпрессора, что в целом повышает экономичность и надежность двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез задней опоры турбокомпрессора.

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

Турбокомпрессор газотурбинного двигателя состоит из компрессора 1, турбины 2 и расположенной между ними задней опоры 3 с подшипником 4, которая установлена под камерой сгорания 5. В валу 6 турбокомпрессора и в примыкающих деталях: лабиринте 7 и фланце 8 выполнены перед подшипником 4 отверстия забора 9. Передний фланец 8 и задний фланец 10 крепятся к опоре 3 подшипника 4 и имеют вместе с опорой перепускные отверстия 11. В заднем фланце 10, лабиринте 12 и в валу 6 турбокомпрессора выполнены за подшипником 4 отверстия выпуска 13 охлаждающего воздуха. Перед отверстиями выпуска 13 на валу 6 имеется бурт 14 с уменьшенным кольцевым зазором 15 между валами 6 и 16 турбокомпрессора. Отверстия забора 9 воздуха наклонены навстречу потоку 17, направленному в сторону турбины 2, а отверстия выпуска 13 наклонены по потоку.

При работе двигателя охлаждающий воздух, например, из-за подпорных ступеней проходит между валами 6 и 16, охлаждая валы и внутреннюю обойму подшипника 4. Затем при помощи отверстий забора 9 осуществляется отбор воздуха на охлаждение деталей вокруг масляной полости подшипника 4 с прохождением этого воздуха между обечайками фланца 8, через перепускные отверстия 11, между обечайками заднего фланца 10 и через отверстия выпуска 13.

Таким образом, вал, на котором установлена внутренняя обойма подшипника и задняя опора, полностью кругом охлаждается воздухом (т.е. образована замкнутая кольцевая «рубашка», продуваемая холодным воздухом) без подвода этого воздуха через проточную часть между компрессором и камерой сгорания.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения и позволяет повысить надежность и экономичность двигателя за счет уменьшения потерь в тракте. Турбокомпрессор газотурбинного двигателя выполнен с расположенной под камерой сгорания задней опорой с подшипником. В валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях - лабиринтах и фланцах выполнены перед подшипником отверстия забора, а за подшипником - отверстия выпуска охлаждающего воздуха. Отверстия забора связаны с отверстиями выпуска через перепускные отверстия. Изобретение позволяет повысить надежность и экономичность двигателя за счет уменьшения потерь в тракте путем исключения специальной магистрали подвода воздуха через газовоздушный тракт между компрессором и камерой сгорания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбокомпрессор газотурбинного двигателя с расположенной под камерой сгорания задней опорой с подшипником, отличающийся тем, что в валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях - лабиринтах и фланцах выполнены перед подшипником отверстия забора, а за подшипником - отверстия выпуска охлаждающего воздуха, при этом отверстия забора связаны с отверстиями выпуска через перепускные отверстия.2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что перед отверстиями выпуска охлаждающего воздуха за подшипником на валу турбокомпрессора выполнен бурт с уменьшенным кольцевым зазором между валами.3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что отверстия забора воздуха наклонены навстречу потоку, направленному в сторону турбины, а отверстия выпуска - по потоку.