ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ОБТЕКАТЕЛЕМ СТАТОРА ВО ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ Российский патент 2007 года по МПК F02C7/18 

Настоящее изобретение относится к системе вентиляции ротора турбины высокого давления.

В частности, оно относится к газотурбинному двигателю с осью Х, содержащему, от входа к выходу, компрессор высокого давления, ротор которого содержит выходной обтекатель, диффузор, продолженный сзади со стороны оси Х внутренним кожухом, расположенным радиально снаружи от указанного выходного обтекателя компрессора, камеру сгорания, расположенную радиально снаружи от указанного внутреннего кожуха диффузора, и турбину высокого давления, ротор которой соединен с выходным обтекателем компрессора при помощи соединительной муфты, при этом между внутренним кожухом диффузора и выходным обтекателем компрессора сформирована подкамерная полость, которая находится на выходе разгрузочного лабиринта, и в которой в направлении от входа к выходу циркулирует охлаждающий воздух.

Такой газотурбинный двигатель 1 с осью Х показан на фиг.1. Позицией 2 обозначен диск последней ступени компрессора высокого давления, содержащий на своей периферии лопатки, расположенные перед входом диффузора 3. В сторону выхода ротор компрессора продолжен выходным обтекателем 4, расположенным радиально внутри от внутреннего кожуха 5, продолжающего радиально внутреннюю часть диффузора 3. Вокруг внутреннего кожуха 5 установлена кольцевая камера сгорания 6. Камера сгорания 6 подает горячие газы на спрямляющую решетку, не показанную на чертеже, расположенную на входе первой ступени турбины высокого давления, ротор которой соединен при помощи соединительной муфты 7 с выходным обтекателем 4 для приведения во вращение ротора компрессора высокого давления. Позицией 8 обозначен вал низкого давления, соединяющий турбину низкого давления, расположенную за турбиной высокого давления, с компрессором низкого давления, расположенным на входе турбины высокого давления, и, возможно, с вентилятором в случае турбореактивного двигателя.

Вместе с внутренней рубашкой 10 камеры сгорания внутренний кожух 5 диффузора 3 ограничивает кольцевой канал 11 для прохождения воздушного потока, выходящего из диффузора 3 и предназначенного для сжигания топлива в первичной зоне камеры сгорания, для разбавления отработавших газов в зоне разбавления/сжигания и для разбавления отработавших газов в зоне разбавления с целью понижения температуры горячих газов, подаваемых на турбину высокого давления. Часть воздушного потока, проходящего через кольцевой канал 11, предпочтительно может служить для охлаждения лопаток турбины высокого давления.

Между внутренним кожухом 5 диффузора 3 и выходным обтекателем 4 компрессора высокого давления сформирована кольцевая полость 12, расположенная радиально под внутренним кожухом 5 на выходе разгрузочного лабиринта 13, установленного под диффузором 3 и предназначенного для обеспечения герметичности между внутренним кожухом 5 и выходным обтекателем 4 ротора компрессора высокого давления.

Воздушный поток утечки попадает в камеру 14, расположенную на входе разгрузочного лабиринта 13 под диффузором 3, через промежуточное пространство, отделяющее передний конец радиально внутренней части диффузора 3 от заднего конца периферии диска компрессора 2. Этот воздушный поток утечки проходит в кольцевую полость 12 через разгрузочный лабиринт 13 и служит для охлаждения выходного обтекателя 4 ротора компрессора и передних сторон ротора турбины, в частности, переднего фланца диска турбины, затем удаляется в контур горячих газов через выхлопную полость, расположенную между спрямляющей решеткой и ротором турбины.

Кольцевая полость 12 имеет радиальное сечение, расширяющееся в направлении выхода, и скорость циркулирующего в ней воздушного потока снижается от входа к выходу, при этом воздушный поток значительно нагревается по причине нагрузок, создаваемых трением между воздухом и стенками внутреннего кожуха 5. Этот нагрев тем больше, чем больше площадь трения поверхностей статора, и может достигать температуры, близкой к 100°С.

Задачей настоящего изобретения является снижение нагрузок, создаваемых в кольцевой полости 12, для понижения температуры циркулирующего в ней охлаждающего воздушного потока.

Задача изобретения достигается за счет того, что газотурбинный двигатель дополнительно содержит обтекатель статора, установленный под внутренним кожухом диффузора за разгрузочным лабиринтом.

Таким образом, радиусы статора в этой области значительно уменьшаются, что приводит к сокращению трущихся поверхностей статора и к снижению нагрузок, создаваемых трением.

Предпочтительно поперечное сечение кольцевой полости, определяемое обтекателем статора и выходным обтекателем, остается практически постоянным от входа к выходу.

Такая конструкция обеспечивает практически однородную скорость воздушного потока в этой кольцевой полости и позволяет сократить время перехода воздушного потока в эту зону.

Кроме того, между обтекателем статора и внутренним кожухом диффузора сформирована кольцевая камера, отделяющая кольцевой канал, расположенный вокруг внутреннего кожуха диффузора, от кольцевой полости. Температура в этой кольцевой камере практически равна половине температуры обоих воздушных потоков, что позволяет сократить теплообмен между этими двумя воздушными потоками.

Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут пояснены в приводимом ниже в качестве примера описании со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает в полуразрезе расположенный под камерой сгорания фрагмент газотурбинного двигателя, известного из предшествующего уровня техники.

Фиг.2 изображает в полуразрезе расположенный под камерой сгорания фрагмент газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.

Показанное на фиг.1 известное техническое решение было описано в преамбуле описания и не требует дополнительных пояснений.

На фиг.2 показан фрагмент газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением, расположенный радиально внутри от камеры сгорания 6 на выходе последней ступени компрессора высокого давления.

Как и в известном техническом решении, диск 2 компрессора продолжен в сторону выхода выходным обтекателем 4, соединенным с соединительной муфтой ротора турбины высокого давления. Диффузор 3 также содержит внутренний кожух 5, имеющий расширяющуюся в сторону выхода форму и расположенный внутри радиально внутренней рубашки 10 камеры сгорания 6, формируя вместе с последней канал 11, через который проходит воздушный поток, выходящий из диффузора 3. Под диффузором 3 между внутренним кожухом 5 и выходным обтекателем 4 выполнен разгрузочный лабиринт 13.

В соответствии с настоящим изобретением под внутренним кожухом 5 на выходе разгрузочного лабиринта 13 установлен обтекатель статора 20. Обтекатель 20 и выходной обтекатель 4 на выходе разгрузочного лабиринта 13 ограничивают конический кольцевой канал 21, радиальная толщина или поперечное сечение которого является практически постоянным по всей длине обтекателя 20.

Конический кольцевой канал 21, радиус которого уменьшается в направлении от входа к выходу, обеспечивает прохождение потока утечки, который проходит через разгрузочный лабиринт 13 в сторону закрытого пространства 22, расположенного на выходе обтекателя 20, обеспечивая охлаждение передних сторон ротора турбины.

Обтекатель 20 и внутренний кожух 5 диффузора 3 формируют камеру 23, которая термически изолирует основной воздушный поток, циркулирующий в канале 11, от потока утечки, циркулирующего в кольцевом коническом канале 21. Содержащийся в этой камере 23 воздух имеет температуру, промежуточную между температурой основного воздушного потока и температурой потока утечки.

Выполнение обтекателя статора 20 под внутренним кожухом 5 диффузора 3 позволяет значительно сократить площадь трущихся поверхностей статора и снизить тем самым нагрузки, создаваемые в кольцевом канале 21.

Для одного и того же потока утечки, проходящего через разгрузочный лабиринт 13, температура воздуха на входе камеры 22 понижается на величину, которая может достигать 26°С.

Если, наоборот, уменьшить напор потока утечки, проходящего через разгрузочный лабиринт 13, чтобы температура воздуха в камере 22 была равной температуре в этом же месте при отсутствии обтекателя 20, выигрыш в удельном расходе топлива может быть определен примерно в 0,1%.

Изобретение относится к газотурбинному двигателю с осью X, содержащему от входа к выходу компрессор высокого давления, ротор которого содержит выходной обтекатель (4), диффузор (3), продолженный сзади со стороны оси Х внутренним кожухом (5), расположенным радиально снаружи от указанного выходного обтекателя компрессора, камеру сгорания, расположенную радиально снаружи от указанного внутреннего кожуха диффузора, и турбину высокого давления, ротор которой соединен с выходным обтекателем компрессора при помощи соединительной муфты, при этом между внутренним кожухом диффузора и выходным обтекателем компрессора сформирована подкамерная полость, которая находится на выходе разгрузочного лабиринта (13), и в которой в направлении от входа к выходу циркулирует охлаждающий воздух. Газотурбинный двигатель дополнительно содержит обтекатель статора (20), установленный под внутренним кожухом (5) диффузора на выходе разгрузочного лабиринта (13). Изобретение обеспечивает снижение нагрузок в кольцевой полости и понижение температуры в ней охлаждающего воздуха. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинный двигатель с осью X, содержащий от входа к выходу компрессор высокого давления, ротор которого содержит выходной обтекатель (4), диффузор (3), продолженный сзади со стороны оси Х внутренним кожухом (5), расположенным радиально снаружи от указанного выходного обтекателя компрессора, камеру сгорания, расположенную радиально снаружи от указанного внутреннего кожуха диффузора, и турбину высокого давления, ротор которой соединен с выходным обтекателем компрессора при помощи соединительной муфты, при этом между внутренним кожухом диффузора и выходным обтекателем компрессора сформирована подкамерная полость, которая находится на выходе разгрузочного лабиринта (13) и в которой в направлении от входа к выходу циркулирует охлаждающий воздух, отличающийся тем, что дополнительно содержит обтекатель статора (20), установленный под внутренним кожухом (5) диффузора на выходе разгрузочного лабиринта (13) и формирующий с внутренним кожухом (5) камеру (23), обеспечивающую термоизоляцию воздушного потока, циркулирующего вокруг указанной камеры сгорания от потока охлаждающего воздуха, циркулирующего в коническом канале (21), ограниченном обтекателем статора (20) и выходным обтекателем (4).2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение кольцевой полости (21), сформированной между обтекателем статора (20) и выходным обтекателем (4), является практически постоянным в направлении от входа к выходу.