ВРАЩАЮЩИЕСЯ В ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С РАЗДЕЛЕНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F02K3/72 

Предпосылки создания изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к газотурбинным двигателям с противовращением, предназначенным для летательных аппаратов с вращающимися в противоположных направлениях вентиляторами, приводимыми в движение вращающимися в противоположных направлениях роторами турбин низкого давления, и, в частности, к таким двигателям, содержащим лопасти для эффективного неравного разделения мощности и переменного вращающего момента между вращающимися в противоположных направлениях роторами турбин низкого давления.

Описание уровня техники

Газотурбинный двигатель турбовентиляторного типа обычно включает в себя передний вентилятор и нагнетательный компрессор, внутренний контур двигателя и заднюю силовую турбину низкого давления. Внутренний контур двигателя включает в себя компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбину высокого давления, расположенные в потоке последовательно. Компрессор высокого давления и турбина высокого давления внутреннего контура двигателя соединены посредством вала высокого давления. Компрессор высокого давления, турбина и вал по существу образуют ротор высокого давления. Компрессор высокого давления приводится во вращение для сжатия воздуха, входящего во внутренний контур двигателя, до относительно высокого давления. Затем этот сжатый воздух смешивается с топливом в камере сгорания, а смесь воспламеняется для образования газового потока высокой энергии. Газовый поток протекает назад и проходит через турбину высокого давления, приводя во вращение ее и вал высокого давления, который, в свою очередь, приводит по вращение компрессор.

Газовый поток, уходящий из турбины высокого давления, расширяется на протяжении второй турбины или турбины низкого давления. Турбина низкого давления через посредство вала низкого давления приводит во вращение вентилятор и нагнетательный компрессор, все эти узлы образуют ротор низкого давления. Вал низкого давления проходит через ротор высокого давления. Некоторые турбины низкого давления проектируют как вращающиеся в противоположных направлениях турбины, которые приводят в движение вращающиеся в противоположных направлениях вентиляторы и нагнетатели или компрессоры низкого давления. В патентах США №4860537, 5307622 и 4790133 раскрыты вращающиеся в противоположных направлениях турбины с вращающимися в противоположных направлениях роторами, которые приводят в движение вращающиеся в противоположных направлениях вентиляторы и нагнетатели или компрессоры низкого давления. Большая часть тяги создается вентилятором. Лопаточные венцы или ступени одного ротора вращающихся в противоположных направлениях турбин выполнены встречно-гребенчатыми совместно с лопаточными венцами или ступенями другого ротора вращающихся в противоположных направлениях турбин. Лопасти между встречно-гребенчатыми рядами лопаток отсутствуют. Внешний в радиальном направлении барабан поддерживает лопаточные венцы одной из вращающихся в противоположных направлениях турбин. Эти лопаточные венцы свисают в радиальном направлении внутрь от барабана.

Проектируются усовершенствованные промышленные газотурбинные двигатели, имеющие вращающиеся в противоположных направлениях передний и задний вентиляторы и вращающиеся в противоположных направлениях нагнетатели. Желательно проектировать двигатель с противовращением, имеющий максимальный коэффициент полезного действия. Установлено, что максимальный коэффициент полезного действия достигается в случае, когда передний вентилятор работает при более высоком отношении давлений вентилятора и при более высокой частоте вращения, чем задний вентилятор. Это может привести к значительному рассогласованию мощностей и частот вращения вращающихся в противоположных направлениях роторов. Турбина низкого давления с противовращением требуется для подачи необходимой мощности к переднему и заднему вентиляторам на частоте вращения каждого вентилятора. Обычная турбина с противовращением будет работать с максимальным коэффициентом полезного действия в случаях, когда мощность разделяется между обоими валами поровну и когда скорости вращения являются равными и противоположными. В таком случае отношения частот вращения и мощностей двух роторов и турбин по существу равны 1. Чтобы достичь максимальной эффективности вентилятора, весьма желательно иметь газотурбинный двигатель с вращающимися в противоположных направлениях турбинами низкого давления, которые имеют разные отношения частот вращения и мощностей, например отношения частот вращения и мощностей, равные 1, 2 или более.

Краткое описание изобретения

Газотурбинный двигатель для летательного аппарата включает в себя каскад высокого давления, имеющий турбину высокого давления, с возможностью передачи приводного усилия соединенную с компрессором высокого давления посредством вала высокого давления и вращающуюся вокруг центральной линии двигателя. Газотурбинный двигатель включает в себя вращающиеся в противоположных направлениях внутренний и внешний каскады низкого давления. Турбина низкого давления, имеющая путь потока турбины низкого давления, расположена позади каскада высокого давления. Турбина низкого давления включает в себя вращающиеся в противоположных направлениях роторы турбин с внутренним и внешним валами низкого давления, имеющие внутренний и внешний валы низкого давления соответственно, которые, по меньшей мере частично, расположены с возможностью вращения соосно с и в радиальном направлении внутри относительно каскада высокого давления. Ротор турбины с внутренним валом низкого давления включает в себя первые лопаточные венцы турбины низкого давления, расположенные поперек пути потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия соединенные с лопаточным венцом первого вентилятора посредством внутреннего вала низкого давления. Ротор турбины с внешним валом низкого давления включает в себя вторые лопаточные венцы турбины низкого давления, расположенные поперек пути потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия соединенные с лопаточным венцом второго вентилятора посредством внешнего вала низкого давления. Первые и вторые лопаточные венцы расположены в пределах внешнего контура, ограниченного в радиальном направлении снаружи корпусом вентилятора.

В части вариантов осуществления, по меньшей мере, некоторые из первых лопаточных венцов турбины низкого давления выполнены встречно-гребенчатыми совместно с некоторыми из вторых лопаточных венцов турбины низкого давления. По меньшей мере один ряд поворотных лопастей низкого давления расположен между одной встречно-гребенчатой парой первых и вторых лопаточных венцов турбин низкого давления поперек пути потока турбины низкого давления. В других вариантах осуществления первые лопаточные венцы турбины низкого давления выполнены без образования встречно-гребенчатой структуры совместно с вторыми лопаточными венцами турбины низкого давления. Вращающиеся в противоположных направлениях роторы турбин с внутренним и внешним валами низкого давления расположены последовательно, при этом ротор турбины с внутренним валом расположен позади ротора турбины с внешним валом, а ряд поворотных лопастей низкого давления расположен между роторами турбин с внутренним и внешним валами низкого давления.

В иллюстративном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один нагнетатель с возможностью передачи приводного усилия соединен с одним из внутреннего или внешнего валов низкого давления и по направлению оси расположен между лопаточным венцом первого вентилятора и каскадом высокого давления. Сопло турбины низкого давления расположено по направлению оси впереди, выше по потоку от и вблизи первых лопаточных венцов турбины низкого давления.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые аспекты и другие особенности изобретения поясняются в нижеследующем описании, сделанном в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:

фиг.1 - продольный разрез передней части иллюстративного варианта осуществления турбовентиляторного газотурбинного двигателя для летательного аппарата с турбиной низкого давления с противовращением, имеющей направляющие спрямляющие лопасти;

фиг.2 - продольный разрез задней части двигателя;

фиг.3 - увеличенный вид турбины низкого давления с противовращением, показанной на фиг.1;

фиг.4 - схематичный вид турбины низкого давления с противовращением, показанной на фиг.2;

фиг.5 - схематичный вид варианта турбины низкого давления с противовращением, показанной на фигурах 3 и 4;

фиг.6 - продольный разрез передней части второго иллюстративного варианта осуществления турбовентиляторного газотурбинного двигателя для летательного аппарата с турбиной низкого давления с противовращением, имеющей неподвижные спрямляющие лопасти;

фиг.7 - продольный разрез задней части двигателя, имеющего альтернативную турбину низкого давления с противовращением для двигателя, показанного на фиг.6;

фиг.8 - увеличенный вид альтернативной турбины низкого давления с противовращением в задней части двигателя, показанного на фиг.7;

фиг.9 - схематичный вид турбины низкого давления с противовращением, показанной на фигурах 7 и 8; и

фиг.10 - схематичный вид второго ряда лопаток нагнетателя в разрезе по линии 10-10 турбовентиляторного газотурбинного двигателя для летательного аппарата, показанного на фиг.1.

Подробное описание изобретения

Показанное на фиг.1 представляет собой переднюю часть 7 приведенного в качестве примера турбовентиляторного газотурбинного двигателя 10, очерченного вокруг центральной линии 8 двигателя и имеющего вентиляторную секцию 12, в которую принимается воздушный поток, поступающий из окружающего воздуха 14. Двигатель 10 имеет рамную структуру 32, которая включает в себя переднюю раму 34 или раму вентилятора, присоединенную посредством корпуса 45 двигателя к центральной раме 60 турбины и к задней раме 155 турбины, показанным на фиг.2. Двигатель 10 устанавливается внутри или на летательном аппарате, например на пилоне (непоказанном), который вытянут вниз от крыла летательного аппарата.

Вентиляторная секция 12 имеет вращающиеся в противоположных направлениях первый и второй вентиляторы 4 и 6, включающие в себя лопаточные венцы 13 и 15 соответственно первого и второго вентиляторов и в показанном здесь иллюстративном варианте осуществления нагнетатель 16. Нагнетатель 16 представляет собой нагнетатель с противовращением, имеющий первый ряд лопаток 116 нагнетателя, приводимых во вращение в противоположном направлении относительно переднего и заднего вторых лопаток 117 и 118 нагнетателя посредством внутреннего вала 130 низкого давления. Первый и оба вторых ряда лопаток 116, 117 и 118 нагнетателя с возможностью передачи приводного усилия соединены с лопаточными венцами 13 и 15 соответственно первого и второго вентиляторов. Нагнетатель 16 расположен между лопаточными венцами 13 и 15 первого и второго вентиляторов и это означает, что он в целом расположен по направлению оси между вращающимися в противоположных направлениях лопаточными венцами 13 и 15 первого и второго вентиляторов. Радиально внешняя часть лопаточного венца 15 второго вентилятора в радиальном направлении расположена внутри внешнего контура 21. Радиально внутренние части 48 лопаток 47 второго вентилятора из лопаточного венца 15 второго вентилятора в радиальном направлении расположены внутри воздухозаборника 19 внутреннего контура двигателя и образуют по меньшей мере часть заднего второго ряда лопаток 118 нагнетателя. Как показано на фиг.10, дополнительные лопатки 119 нагнетателя могут быть размещены по окружности между радиально внутренними частями лопаток 47 второго вентилятора. Нагнетатель 16 окружен разделительным бандажом 17, имеющим переднекромочный разделитель 9. Нагнетатель обычно располагают по направлению оси между лопаточным венцом первого вентилятора и внутренним контуром двигателя, но его можно располагать между вращающимися в противоположных направлениях лопаточными венцами первого и второго вентиляторов. Кольцевая стенка 49 радиально внутреннего канала ограничивает внутри в радиальном направлении нагнетатель 16. После вентиляторной секции 12 находится компрессор 18 высокого давления (КВД), который дополнительно показан на фиг.2. На фиг.2 схематично показана задняя часть 22 двигателя 10.

Ниже по потоку относительно компрессора 18 высокого давления находится камера 20 сгорания, в которой топливо смешивается с воздухом 14, сжатым компрессором 18 высокого давления, предназначенная для образования газообразных продуктов сгорания, которые протекают ниже по потоку через турбину 29 высокого давления (ТВД) и через вращающуюся в противоположном направлении турбину 26 низкого давления (ТНД), из которой газообразные продукты сгорания выбрасываются из двигателя 10. Вал 27 высокого давления соединяет турбину 29 высокого давления с компрессором 18 высокого давления по существу для образования первого каскада 33 или каскада высокого давления (также называемого ротором высокого давления). Компрессор 18 высокого давления, камера 20 сгорания и турбина 29 высокого давления в совокупности относятся к внутреннему контуру 25 двигателя, который для замыслов этого патента включает в себя вал 27 высокого давления. Внутренний контур 25 двигателя может быть выполнен в виде модуля, так что как единый узел его можно независимо заменять отдельно от других деталей газовой турбины.

Снова обратимся к фиг.1, на которой внешний контур 21 в радиальном направлении снаружи ограничен корпусом 11 вентилятора и отчасти разделительным бандажом 17. Лопаточные венцы 13 и 15 первого и второго вентиляторов расположены внутри внешнего контура 21, который в радиальном направлении снаружи ограничен корпусом 11 вентилятора. Разделительный бандаж 17 и переднекромочный разделитель разделяют воздушный поток 23 первого вентилятора, выходящий из лопаточного венца 13 первого вентилятора, на первую часть 35 воздушного потока вентилятора в нагнетатель 16 и на вторую часть 37 воздушного потока вентилятора во внешний контур 21 вокруг нагнетателя 16, где он затем выходит из вентиляторной секции 12 через выходной канал 30 вентилятора, создавая тягу двигателя. Первая часть 35 воздушного потока вентилятора, сжатая нагнетателем 16, выходит из нагнетателя в компрессор 18 высокого давления внутреннего контура 25 двигателя.

Теперь обратимся к фигурам 2, 3 и 4, где турбина 26 низкого давления имеет путь 28 потока турбины низкого давления. Турбина 26 низкого давления включает в себя вращающиеся в противоположных направлениях турбины 41 и 42 с внутренним и внешним валами низкого давления, имеющие роторы 200 и 202 турбин соответственно с внутренним и внешним валами низкого давления. Роторы 200 и 202 турбин с внутренним и внешним валами низкого давления включают в себя соответственно первые и вторые лопаточные венцы 138 и 148 турбин низкого давления, расположенные поперек пути 28 потока турбины низкого давления. Вращающиеся в противоположных направлениях внутренний и внешний каскады 190 и 192 низкого давления включают в себя роторы 200 и 202 турбин с внутренним и внешним валами низкого давления, соединенные с возможностью передачи приводного усилия с лопаточными венцами 13 и 15 первого и второго вентиляторов посредством внутреннего и внешнего валов 130 и 140 низкого давления соответственно.

Внутренний и внешний валы 130 и 140 низкого давления по крайней мере отчасти расположены с возможностью вращения соосно с и в радиальном направлении внутри относительно каскада 33 высокого давления. В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фигурах 2 и 3, имеются четыре ряда как первых, так и вторых лопаточных венцов 138 и 148 турбин низкого давления. Нагнетатель 16 с возможностью передачи приводного усилия соединен с одним из внутреннего и внешнего валов 130 и 140 низкого давления и является частью соответственно внутреннего или внешнего каскадов 190 или 192. Сопло 220 турбины расположено по направлению оси впереди, выше по потоку от и вблизи первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления.

Турбины 41 и 42 с внутренним и внешним валами низкого давления, показанные на фигурах 2 и 3, выполнены встречно-гребенчатыми. Первые лопаточные венцы 138 турбины низкого давления включают в себя по меньшей мере один первый встречно-гребенчатый лопаточный венец 221 турбины, расположенный между по меньшей мере одной соседней встречно-гребенчатой парой 216 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления. Вторые лопаточные венцы 148 турбины низкого давления включают в себя по меньшей мере один второй встречно-гребенчатый лопаточный венец 224 турбины, расположенный между по меньшей мере одной соседней парой 218 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления. По меньшей мере один ряд поворотных лопастей 210 низкого давления расположен между встречно-гребенчатой парой 216 первых и вторых лопаточных венцов 138 и 148 турбин низкого давления поперек пути 28 потока турбины низкого давления. Поворотные лопасти 210 низкого давления представляют собой часто используемые в компрессорах и обычно выполнены с возможностью поворота вокруг оси 77 лопасти, которая пересекает центральную линию 8 двигателя. Кроме того, имеются лопасти, разработанные для применения в турбинах. Поворотные лопасти 210 низкого давления обеспечивают возможность управления разделением вращающего момента между вращающимися в противоположных направлениях турбинами 41 и 42 с внутренним и внешним валами низкого давления для того, чтобы лучше регулировать эксплуатационный коэффициент полезного действия двигателя.

Показанное на фиг.2 и 3 и схематично на фиг.4 представляет собой вариант осуществления турбины 26 низкого давления, в которой первый самый передний ряд 50 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления выполнен встречно-гребенчатым совместно с самой передней парой 51 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления. Ряд поворотных лопастей 210 низкого давления расположен по направлению оси между вторым самым передним рядом 53 самой передней пары 51 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления и первым самым передним рядом 50 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления.

В основном на фиг.4 дополнительно показано, что соседняя пара 218 выполнена встречно-гребенчатой и что один встречно-гребенчатый ряд 221 первых или вторых лопаточных венцов 138 и 148 турбины низкого давления выполнен встречно-гребенчатым совместно с соседней парой 218 другого из первых или вторых лопаточных венцов 138 и 148 турбины низкого давления. В основном на фиг.4 также показано первое количество, равное четырем, первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления, выполненных встречно-гребенчатыми совместно со вторыми лопаточными венцами 148 турбины низкого давления, второе количество которых показано равным четырем.

Схематично показанное на фиг.5 представляет собой другой вариант осуществления турбины 26 низкого давления. Самый задний ряд 54 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления выполнен встречно-гребенчатым совместно с самой задней парой 52 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления. Ряд поворотных лопастей 210 низкого давления расположен по направлению оси между вторым самым задним рядом 67 самой задней пары 52 лопаточных венцов 138 турбины низкого давления и самым задним рядом 54 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления.

В вариантах осуществления, показанных выше, имеются четыре вторых лопаточных венца 148 турбины низкого давления и четыре первых лопаточных венца 138 турбины низкого давления. В других вариантах осуществления могут быть два или более вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления и два или более первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления. Все вторые лопаточные венцы 148 турбины низкого давления выполнены встречно-гребенчатыми совместно с первыми лопаточными венцами 138 турбины низкого давления. Что касается фиг.3, то первые лопаточные венцы 138 турбины низкого давления установлены на внешнем в радиальном направлении барабане 100 турбины низкого давления. Барабан 100 турбины представляет собой часть ротора 200 турбины с внутренним валом низкого давления. Самый задний или четвертый ряд 106 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления представляет собой часть вращающейся рамы 108, которая поддерживает внешний в радиальном направлении барабан 100 турбины и с возможностью вращения поддерживается центральной рамой 60 и задней рамой 155 турбины. Ротор 202 турбины с внешним валом низкого давления показан имеющим четыре вторых лопаточных венца 148 турбины низкого давления, установленных на первых дисках 238 турбины низкого давления.

Показанное на фигурах 6-9 представляет собой альтернативный вариант осуществления двигателя 10 и альтернативный вариант осуществления турбины 26 низкого давления. В этом варианте осуществления имеются одноступенчатый нагнетатель 16 без противовращения и тандемная турбина 126 низкого давления с противовращением без встречно-гребенчатой структуры, содержащая лопасти между первыми лопаточными венцами 138 турбины низкого давления и вторыми лопаточными венцами 148 турбины низкого давления. Нагнетатель 16 расположен по направлению оси позади вращающихся в противоположных направлениях лопаточных венцов 13 и 15 первого и второго вентиляторов и окружен разделительным бандажом 17, имеющим переднекромочный разделитель 9. Лопаточные венцы 13 и 15 первого и второго вентиляторов расположены в пределах внешнего контура 21, который в радиальном направлении снаружи ограничен корпусом 11 вентилятора. Разделительный бандаж 17 и переднекромочный разделитель 9 разделяют воздушный поток 23 вентилятора, выходящий из лопаточного венца 15 второго вентилятора, на первую часть 35 воздушного потока вентилятора в нагнетатель 16 и на вторую часть 37 воздушного потока вентилятора вокруг нагнетателя 16 во внешний контур 21, где он затем выходит из вентиляторной секции через выходной канал 30 вентилятора, создавая тягу для двигателя. Воздух 31 нагнетателя, сжатый нагнетателем 16, выходит из нагнетателя и разделяется соответственно на первую и вторую части 135 и 137 воздуха нагнетателя посредством разделителя 39 впускного канала. Разделитель 39 впускного канала направляет первую часть 135 воздуха нагнетателя в воздухозаборник 19 внутреннего контура двигателя, ведущий к компрессору 18 высокого давления внутреннего контура 25 двигателя. Кроме того, разделитель 39 впускного канала направляет вторую часть 137 воздуха нагнетателя вокруг внутреннего контура 25 двигателя во внешний контур 21, где он затем выходит из вентиляторной секции 12 через выходной канал 30 вентилятора.

Ниже по потоку от компрессора 18 высокого давления находится камера 20 сгорания, в которой топливо смешивается с первой частью 135 воздуха нагнетателя, сжатого компрессором 18 высокого давления, для образования газообразных продуктов сгорания, которые протекают вниз по потоку через турбину 29 высокого давления (ТВД) и тандемную турбинную секцию 126 низкого давления с противовращением без встречно-гребенчатой структуры, из которой газообразные продукты сгорания выбрасываются из двигателя 10. Вал 27 высокого давления соединяет турбину 29 высокого давления с компрессором 18 высокого давления для по существу образования первого каскада 33 или каскада высокого давления. Компрессор 18 высокого давления, камера 20 сгорания и турбина 29 высокого давления в совокупности относятся к внутреннему контуру 25 двигателя, который для замыслов этого патента включает в себя вал 27 высокого давления. Внутренний контур 25 двигателя может быть выполнен в виде модуля, так что как единый узел его можно независимо заменять отдельно от других деталей газовой турбины.

Турбина 126 низкого давления включает в себя расположенные последовательно, вращающиеся в противоположных направлениях переднюю и заднюю турбины 40 и 43 без встречно-гребенчатой структуры и путь 28 потока турбины низкого давления. Внутренний каскад 190 низкого давления включает в себя заднюю турбину 43 низкого давления, а внешний каскад 192 низкого давления включает в себя переднюю турбину 40 низкого давления. Задняя турбина 43 низкого давления включает в себя первые лопаточные венцы 138 турбины низкого давления, расположенные поперек пути 28 потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия соединенные с лопаточным венцом 13 первого вентилятора посредством внутреннего вала 130 низкого давления.

Передняя турбина 40 низкого давления включает в себя вторые лопаточные венцы 148 турбины низкого давления, расположенные поперек пути 28 потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия соединенные с лопаточным венцом 15 второго вентилятора посредством внешнего вала 140 низкого давления. В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фигурах 6-9, имеются четыре ряда как первых, так и вторых лопаточных венцов 138 и 148 турбин низкого давления. Нагнетатель 16 с возможностью передачи приводного усилия соединен с одним из внутреннего и внешнего валов 130 и 140 низкого давления.

Первые лопаточные венцы 138 турбины низкого давления расположены ниже по потоку от вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления вдоль пути 28 потока турбины низкого давления. Один ряд поворотных лопастей 210 низкого давления расположен между первыми лопаточными венцами 138 турбины низкого давления и вторыми лопаточными венцами 148 турбины низкого давления. Ряды неповоротных или неподвижных лопастей 222 низкого давления расположены поперек пути 28 потока турбины низкого давления между первыми соседними парами 218 первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления и между вторыми соседними парами 219 вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления. Сопло 220 турбины расположено по направлению оси впереди, выше по потоку от и вблизи вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления.

Расположенные последовательно, вращающиеся в противоположных направлениях передняя и задняя турбины 40 и 43 низкого давления без встречно-гребенчатой структуры и ряд поворотных лопастей 210 низкого давления содействуют работе двигателя при максимальном или почти максимальном коэффициенте полезного действия путем обеспечения возможности работы переднего вентилятора при более высоком отношении давлений вентилятора и при более высокой частоте вращения по сравнению с задним вентилятором наряду с предотвращением значительного рассогласования мощностей и частот вращения вращающихся в противоположных направлениях турбин низкого давления и роторов. Это обеспечивает возможность работы двигателя с различными отношениями скоростей и мощностей, такими как отношения скоростей и мощностей 1, 2 или более, для содействия достижению максимальной производительности вентилятора. Кроме того, расположенные последовательно, вращающиеся в противоположных направлениях передняя и задняя турбины низкого давления без встречно-гребенчатой структуры являются конструкцией с небольшой массой и легко поддерживаются с возможностью вращения статическими рамами двигателя.

В иллюстративном варианте осуществления имеется одинаковое некоторое количество первых лопаточных венцов 138 турбины низкого давления и вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления. Точнее говоря, в иллюстративном варианте осуществления имеются четыре первых лопаточных венца 138 турбины низкого давления и четыре вторых лопаточных венца 148 турбины низкого давления. Первые лопаточные венцы 138 турбины низкого давления показаны установленными на первых дисках 238 турбины низкого давления, относящихся к ротору 200 турбины с внутренним валом низкого давления, а вторые лопаточные венцы 148 турбины показаны установленными на вторых дисках 248 турбины низкого давления, относящихся к ротору с внешним валом низкого давления. В качестве альтернативы первые и вторые лопаточные венцы 138 и 148 турбин низкого давления могут быть установлены на барабанах соответственно роторов 200 и 202 турбин с внутренним и внешним валами низкого давления. Сопло 220 турбины расположено по направлению оси впереди, выше по потоку от и вблизи вторых лопаточных венцов 148 турбины низкого давления.

Можно использовать различные конфигурации турбины низкого давления. Может быть равное или неравное количество первых и вторых лопаточных венцов турбин низкого давления и могут быть три или четыре или больше каждых из первых и вторых лопаточных венцов турбин низкого давления.

Настоящее изобретение описано иллюстративным образом.

Должно быть понятно, что использованная терминология скорее предопределяет сущность изложения описания, а не является ограничивающей. В то время как здесь описано то, что считается предпочтительными и иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения, другие варианты изобретения должны быть очевидными для специалистов в области техники, к которой относится изобретение, на основании идей, приведенных в настоящем описании, и поэтому желательно обеспечить в приложенной формуле изобретения охрану всех таких вариантов, какие попадают в рамки истинной сущности и объема изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

4. Первый вентилятор

6. Второй вентилятор

7. Передняя часть

8. Центральная линия двигателя

9. Переднекромочный разделитель

10. Газотурбинный двигатель

11. Корпус вентилятора

12. Вентиляторная секция

13. Лопаточный венец первого вентилятора

14. Окружающий воздух

15. Лопаточный венец второго вентилятора

16. Нагнетатель

17. Разделительный бандаж

18. Компрессор высокого давления (КВД)

19. Воздухозаборник внутреннего контура двигателя

20. Камера сгорания

21. Внешний контур

22. Задняя часть

23. Воздушный поток вентилятора

25. Внутренний контур двигателя

26. Турбина низкого давления (ТНД)

27. Вал высокого давления

28. Путь потока

29. Турбина высокого давления (ТВД)

30. Выходной канал вентилятора

31. Воздух нагнетателя

32. Рамная структура

33. Каскад высокого давления

34. Рама вентилятора

35. Первая часть

37. Вторая часть

39. Разделитель впускного канала

40. Передняя турбина низкого давления

41. Турбина с внутренним валом

42. Турбина с внешним валом

43. Задняя турбина низкого давления

45. Корпус двигателя

47. Лопатки второго вентилятора

48. Радиально внутренние части

49. Стенка внутреннего канала

50. Самый передний ряд

51. Самая передняя пара

52. Самая задняя пара

53. Второй самый передний ряд

54. Самый задний ряд

60. Центральная рама

67. Второй самый задний ряд

77. Ось лопасти

100. Внешний барабан турбины

106. Четвертый ряд

108. Вращающаяся рама

116. Первый ряд лопаток нагнетателя

117. Передний второй ряд лопаток нагнетателя

118. Задний второй ряд лопаток нагнетателя

119. Дополнительные лопатки нагнетателя

126. Вращающаяся в противоположном направлении турбина без встречно-гребенчатой структуры

130. Внутренний вал низкого давления

135. Первая часть нагнетателя воздуха

137. Вторая часть нагнетателя воздуха

138. Первые лопаточные венцы турбины низкого давления

140. Внешний вал низкого давления

148. Вторые лопаточные венцы турбины низкого давления

155. Задняя рама турбины

190. Внутренний каскад низкого давления

192. Внешний каскад низкого давления

200. Ротор турбины с внутренним валом низкого давления

202. Ротор турбины с внешним валом низкого давления

210. Поворотные лопасти низкого давления

216. Одна соседняя встречно-гребенчатая пара

218. Первая соседняя пара

219. Вторая соседняя пара

220. Сопло турбины

221. Один первый встречно-гребенчатый лопаточный венец турбины

222. Лопасти низкого давления

224. Второй встречно-гребенчатый лопаточный венец турбины

238. Первые диски турбины

248. Вторые диски турбины

Узел газотурбинного двигателя летательного аппарата содержит каскад высокого давления, включающий в себя турбину высокого давления с возможностью передачи приводного усилия, соединенную с компрессором высокого давления посредством вала высокого давления и вращающуюся вокруг центральной линии двигателя, турбину низкого давления, имеющую путь потока турбины низкого давления и расположенную позади каскада высокого давления. Турбина низкого давления имеет вращающиеся в противоположных направлениях турбины с внутренним и внешним валами низкого давления, включающие в себя вращающиеся в противоположных направлениях роторы турбин соответственно с внутренним и внешним валами низкого давления, которые, по меньшей мере частично, расположены с возможностью вращения соосно с каскадом высокого давления и в радиальном направлении внутри относительно него. Ротор турбины с внутренним валом низкого давления включает в себя первые лопаточные венцы турбины низкого давления, соединенные с возможностью передачи приводного усилия с лопаточным венцом первого вентилятора посредством внутреннего вала низкого давления. Ротор турбины с внешним валом низкого давления включает в себя вторые лопаточные венцы турбины низкого давления, соединенные с возможностью передачи приводного усилия с лопаточным венцом второго вентилятора посредством внешнего вала низкого давления. По меньшей мере, один ряд поворотных лопастей низкого давления расположен поперек пути потока турбины низкого давления между соседней парой одного из первых лопаточных венцов турбины низкого давления с внутренним валом и одного из вторых лопаточных венцов турбины низкого давления с внешним валом. Изобретение направлено на повышение эффективности работы вентилятора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Турбинный узел газотурбинного двигателя, содержащий турбину (26) низкого давления, имеющую путь потока турбины низкого давления и вращающиеся в противоположных направлениях турбины (41 и 42) с внутренним и внешним валами низкого давления, при этом турбина (41) с внутренним валом включает в себя первые лопаточные венцы (138) турбины низкого давления, расположенные поперек пути (28) потока турбины низкого давления, турбина (42) с внешним валом включает в себя вторые лопаточные венцы (148) турбины низкого давления, расположенные поперек пути (28) потока турбины низкого давления, по меньшей мере, одну соседнюю пару (218) из одного из первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления и одного из вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления и, по меньшей мере, один ряд из поворотных лопастей (210) низкого давления, расположенных поперек пути (28) потока турбины низкого давления между указанной соседней парой (218).2. Узел по п.1, в котором соседняя пара (218) выполнена встречно-гребенчатой, имеющей один встречно-гребенчатый ряд (221) из первых и вторых лопаточных венцов (138 и 148) турбины низкого давления, выполненных встречно-гребенчатыми совместно с соседней парой (218) из других первых и вторых лопаточных венцов (138 и 148) турбины низкого давления.3. Узел по п.2, дополнительно содержащий первое некоторое количество первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления, выполненных встречно-гребенчатыми совместно со вторым некоторым количеством вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления.4. Узел по п.2, дополнительно содержащий первый самый передний ряд (50) первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления, выполненный встречно-гребенчатым совместно с самой передней парой (51) вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления, и ряд поворотных лопастей (210) низкого давления, расположенных между вторым самым передним рядом (53) указанной самой передней парой (51) вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления и первым самым передним рядом (50) первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления.5. Узел по п.2, дополнительно содержащий самый задний ряд (54) вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления, выполненных встречно-гребенчатыми совместно с самой задней парой (52) первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления, и ряд поворотных лопастей (210) низкого давления, расположенных между вторым самым задним рядом (67) указанной самой задней пары (52) вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления и самым задним рядом (54) вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления.6. Узел по п.1, в котором вращающиеся в противоположных направлениях турбины с внутренним и внешним валами низкого давления выполнены в виде последовательно расположенных соответственно передней и задней турбин (40 и 43) низкого давления без встречно-гребенчатой структуры, а ряд поворотных лопастей (210) низкого давления по направлению оси расположен между передней и задней турбинами (40 и 43) низкого давления.7. Узел газотурбинного двигателя летательного аппарата, содержащий каскад (33) высокого давления, включающий в себя турбину (29) высокого давления с возможностью передачи приводного усилия, соединенную с компрессором (18) высокого давления посредством вала (27) высокого давления и вращающуюся вокруг центральной линии (8) двигателя, турбину (26) низкого давления, имеющую путь (28) потока турбины низкого давления и расположенную позади каскада (33) высокого давления, при этом турбина (26) низкого давления имеет вращающиеся в противоположных направлениях турбины (41 и 42) с внутренним и внешним валами низкого давления, включающие в себя вращающиеся в противоположных направлениях роторы (200 и 202) турбин соответственно с внутренним и внешним валами низкого давления, турбина (26) низкого давления имеет соответственно внутренний и внешний валы (130 и 140) низкого давления, которые, по меньшей мере, частично расположены с возможностью вращения соосно с каскадом (33) высокого давления и в радиальном направлении внутри относительно него, ротор (200) турбины с внутренним валом низкого давления включает в себя первые лопаточные венцы (138) турбины низкого давления, расположенные поперек пути (28) потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия соединенные с лопаточным венцом (13) первого вентилятора посредством внутреннего вала (130) низкого давления, ротор (202) турбины с внешним валом низкого давления включает в себя вторые лопаточные венцы (148) турбины низкого давления, расположенные поперек пути (28) потока турбины низкого давления и с возможностью передачи приводного усилия, соединенные с лопаточным венцом (15) второго вентилятора посредством внешнего вала (140) низкого давления, по меньшей мере, один нагнетатель (16) с возможностью передачи приводного усилия, соединенный с одним из числа указанных внутреннего и внешнего валов (130 и 140) низкого давления и по направлению оси, расположенный между лопаточным венцом (13) первого вентилятора и каскадом (33) высокого давления, при этом лопаточные венцы (13 и 15) первого и второго вентиляторов, расположенные в пределах внешнего контура (21), в радиальном направлении снаружи ограничены корпусом (11) вентилятора, по меньшей мере, одну соседнюю пару (218) из одного из первых лопаточных венцов (138) турбины низкого давления и одного из вторых лопаточных венцов (148) турбины низкого давления и, по меньшей мере, один ряд поворотных лопастей (210) низкого давления, расположенных поперек пути (28) потока турбины низкого давления между соседней парой (218).8. Узел по п.7, в котором соседняя пара (218) выполнена встречно-гребенчатой, имеющей один встречно-гребенчатый ряд (221) из первых и вторых лопаточных венцов (138 и 148) турбин низкого давления, выполненных встречно-гребенчатыми совместно с соседней парой (218) других из первых и вторых лопаточных венцов (138 и 148) турбин низкого давления.9. Узел по п.7, в котором вращающиеся в противоположных направлениях турбины (41 и 42) с внутренним и внешним валами низкого давления выполнены в виде последовательно расположенных соответственно передней и задней турбин (40 и 43) низкого давления без встречно-гребенчатой структуры, а ряд поворотных лопастей (210) низкого давления по направлению оси расположен между передней и задней турбинами (40 и 43) низкого давления.10. Узел по п.9, дополнительно содержащий воздухозаборник (19) внутреннего контура двигателя для компрессора (18) высокого давления, при этом воздухозаборник (19) внутреннего контура двигателя имеет разделитель (39) впускного канала, разделитель (39) впускного канала при работе расположен вблизи и ниже по потоку от нагнетателя (16) для разделения воздуха (31) из нагнетателя на первую и вторую части (135 и 137) воздуха нагнетателя и разделитель (39) впускного канала выполнен с возможностью направления первой части (135) воздуха нагнетателя в воздухозаборник (19) внутреннего контура двигателя и второй части (137) воздуха нагнетателя вокруг воздухозаборника (19) внутреннего контура двигателя.