ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2009 года по МПК F01D17/00 F01D7/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструированию турбореактивных двигателей, преимущественно Черемушкина О.В.

Широко известны реактивные турбины, в которых преобразование потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую происходит как в сопловом аппарате, так и на рабочих лопатках ротора турбины.

Известна газовая турбина турбореактивного двигателя (экспериментальный двигатель США, Космонавтика, Маленькая энциклопедия, Издательство «Советская энциклопедия» Москва - 1968 год, стр.406-407), приводящая во вращение компрессор, установленная в сопловом аппарате, рабочие лопатки которой установлены на центральном валу отбора мощности, а периферийные их стороны соединены кольцевым элементом, которая не может быть применена в сопловом аппарате реактивного двигателя Черемушкина О.В. (патент РФ №2250387, 20.04.2005 г. «Реактивный двигатель») из-за малого КПД и отсутствия регулируемого отбора мощности.

Известная газовая турбина (Ротор турбины ТНО ЖРД «Гамма», Англия, космонавтика, Маленькая энциклопедия, стр.404, Москва - 1968 г., Издательство «Советская энциклопедия), преобразующая потенциальную энергию газа в механическую, также не может быть использована в сопловом аппарате реактивного двигателя Черемушкина О.В. (патент РФ №2250387, 20.04.2005 г. «Реактивный двигатель»), так как лопатки газовой турбины препятствуют свободному проходу газового потока реактивного двигателя.

В основу изобретения положена задача создания газовой турбины с возможностью регулированного отбора мощности.

Эта задача решается за счет того, что лопатки газовой турбины, ограниченные периферийно через минимальный зазор внешней стенкой соплового аппарата, закрепленной внутренней диаметральной частью на внешней стороне промежуточного силового корпуса реактивного двигателя, установлены на внешней стороне цилиндрической втулки с возможностью вращения и одновременного осевого перемещения за счет ее закрепления через силовые стойки, выполненные на конусном кольце, установленном на внешнем конусном выступе, выполненном заодно с силовой кольцевой стенкой, центральная часть которой выполнена в виде двухстенного поршня, внутренняя стенка которого шлицевой частью установлена в режиме сопряжения с шлицевой частью, выполненной на выходной части, в сопловую зону вала реактивного двигателя, а в межстенном пространстве двухстенного поршня размещена пружина, второй конец которой опирается о внутренний кольцевой выступ цилиндрического стакана, жестко закрепленного на валу, при этом его внешняя поверхность находится в режиме сопряжения с внутренней поверхностью двухстенного поршня, а на внешней, тыльной, части цилиндрического стакана выполнены заодно кольцевая стенка и часть лопаток вихревой турбины с выполненными между их основаниями пазами, установки оснований лопаток вихревой турбины, выполненной заодно на кольцевом выступе с выполненными промежуточными прорезями, и внутренней диаметральной поверхности силовой кольцевой стенки таким образом, что при осевых перемещениях двухстенного поршня основания лопаток силовой кольцевой стенки входят в пазы цилиндрического стакана, при этом внешние диаметральные части лопаток вихревой турбины ограничены кольцевыми перегородками, выполненными противоположно на промежуточном силовом корпусе и силовой кольцевой стенке, таким образом, что кольцевые перегородки, установленные на силовой кольцевой стенке при осевом перемещении, входят коаксиально с минимальными зазорами в кольцевые перегородки промежуточного силового корпуса, кроме этого, на торцевой поверхности двухстенного поршня выполнен кольцевой выступ с радиальными отверстиями, образующий с упорной кольцевой стенкой внутреннего цилиндра, корпуса двухстенного цилиндра, жестко закрепленного на внешней конечной части вала реактивного двигателя, проходную камеру горючего, а кольцевой поршень внешнего цилиндра установлен через шлицевую часть на шлицевой части корпуса двухцилиндрового цилиндра, при этом тыльная диаметральная часть внутренней стенки соплового аппарата закреплена в режиме сопряжения с внешним диаметральным торцом конусного кольца силовых стоек за счет ее прижима через установленную в передней части внутренней стенки кольцевой перепускной камеры, образованной профилированным кольцевым элементом с внутренней кольцевой перегородкой, прижимную пробку, через ее резьбовую часть с резьбовой частью корпуса двухцилиндрового цилиндра, кроме этого, горючее соразмерно давлению в топливных магистралях реактивного двигателя, приводящее в действие механизм осевого перемещения цилиндрической втулки, регулирующей величину зазора кольцевого прохода газового потока, в зону лопаток газовой турбины, образованного внутренним торцом цилиндрической втулки и противоположно расположенной кольцевой частью промежуточного силового корпуса, поступает в сопловой аппарат через: входной патрубок топливной магистрали внешней стенки соплового аппарата; разделитель топливного потока; топливный канал промежуточного силового корпуса; подшипник; осевой и радиальные каналы вала, ограниченные перепускным клапаном, установленным в конце вала, задержки подачи горючего в механизм осевого перемещения цилиндрической втулки; проходную камеру и кольцевую проточку внутреннего цилиндра, соединенную топливными каналами с кольцевой полостью внешнего цилиндра; топливные каналы кольцевого поршня, соединенные топливопроводами с кольцевой перепускной камерой; охладительную магистраль внутренней стенки соплового аппарата, соединенную топливопроводами с форсунками, установленными на внутренней поверхности силовой кольцевой стенки, между лопатками вихревой турбины, кроме этого, на периферии силовой кольцевой стенки, в зоне кольцевых перегородок и над ними, выполнен угловой отражательный выступ с выполненными осевыми прорезями режима дожигания горючего.

На фиг.1 схематично изображена газовая турбина - вид сбоку, в статике; на фиг.2 - то же, в динамике, работа в дежурном режиме; на фиг.3 - то же, в динамике, работа в форсажном режиме; на фиг.4 схематично показан разрез совмещенных лопаток вихревой турбины; на фиг.5 схематично показан угловой отражательный выступ, разделение топливного потока, вид спереди, в дежурном (А) и форсажном (Б) режимах работы двигателя.

Предлагаемая конструкция газовой турбины представляет собой (фиг.1) лопатки 1 газовой турбины, ограниченные периферийно, через минимальный зазор внешней стенкой 2 соплового аппарата 3, закрепленной внутренней диаметральной частью на внешней стороне промежуточного силового корпуса 4 реактивного двигателя, установлены на внешней стороне цилиндрической втулки 5 с возможностью вращения и осевого перемещения за счет ее закрепления через силовые стойки 6, выполненные на конусном кольце 7, установленном на внешнем конусном выступе 8, выполненном заодно с силовой кольцевой стенкой 9, центральная часть которой выполнена в виде двухстенного поршня 10, внутренняя стенка 11 которого шлицевой частью 12 установлена в режиме сопряжения с шлицевой частью 13, выполненной на выходной части, в сопловую зону вала 14 реактивного двигателя, а в межстенном пространстве двухстенного поршня 10 размещена пружина 15, второй конец которой опирается о внутренний кольцевой выступ 15 цилиндрического стакана 17, жестко закрепленного на валу 14, при этом его внешняя поверхность находится в режиме сопряжения с внутренней поверхностью двухстенного поршня 10, а на внешней, тыльной, части цилиндрического стакана 17 выполнены заодно кольцевая стенка 18 и часть лопаток вихревой турбины 19 с выполненными между их основаниями пазами 20, установки оснований лопаток 21 вихревой турбины, выполненной заодно на кольцевом выступе 22 с промежуточными прорезями 23, и внутренней диаметральной поверхности силовой кольцевой стенки 9 таким образом, что при осевых перемещениях двухстенного поршня 10 основания лопаток силовой кольцевой стенки 9 входят в пазы 20 цилиндрического стакана 17 (фиг.4), при этом внешние диаметральные части лопаток 19, 21 вихревой турбины ограничены кольцевыми перегородками 24, 25 (фиг.1, 2, 3), выполненными противоположно на промежуточном силовом корпусе 4 и силовой кольцевой стенке 9, таким образом, что кольцевые перегородки 24, установленные на силовой кольцевой стенке 9 при осевом перемещении, входят коаксиально с минимальными зазорами в кольцевые перегородки 25 промежуточного силового корпуса 4, кроме этого, на торцевой поверхности двухстенного поршня 10 (фиг.1) выполнен кольцевой выступ 26 с радиальными отверстиями 27, образующий с упорной кольцевой стенкой внутреннего цилиндра 28, корпуса 29 двухстенного цилиндра, жестко закрепленного на конечной части вала 14 реактивного двигателя, проходную камеру 30 горючего 31, а кольцевой поршень 32 внешнего цилиндра 33 установлен через шлицевую часть 34 на шлицевой части 35 корпуса двухцилиндрового цилиндра 29, при этом тыльная диаметральная часть внутренней стенки 36 соплового аппарата 3 закреплена в режиме сопряжения с внешним диаметральным торцом конусного кольца 7 силовых стоек 6 за счет ее прижима через установленную в передней части внутренней стенки 36 кольцевой перепускной камеры 37, образованной профилированным кольцевым элементом 38 с внутренней кольцевой перегородкой 39, прижимную пробку 40, через ее резьбовую часть 41 с резьбовой частью 42 корпуса 29 двухцилиндрового цилиндра, кроме этого, горючее 31 соразмерно давлению в топливных магистралях реактивного двигателя, приводящее в действие механизм осевого перемещения цилиндрической втулки 5, регулирующей величину зазора 43 кольцевого прохода газового потока, в зону лопаток 1 газовой турбины, образованного ее внутренним торцом и противоположно расположенной кольцевой частью промежуточного силового корпуса 4, поступает в сопловой аппарат 3 через: входной патрубок 44 топливной магистрали 45 внешней стенки 2 соплового аппарата 3; разделитель топливного потока 46; топливный канал 47 промежуточного силового корпуса 4; подшипник 48; осевой 49 и радиальные 50 каналы вала 14, ограниченные перепускным клапаном 51, установленным в конце вала 14, задержки подачи горючего в механизм осевого перемещения цилиндрической втулки 5; проходную камеру 30 и кольцевую проточку 52 внутреннего цилиндра 28, соединенную топливными каналами 53 с кольцевой полостью внешнего цилиндра 33; топливные каналы 54 кольцевого поршня 32, соединенные топливопроводами 55 с кольцевой перепускной камерой 37; охладительную магистраль 56 внутренней стенки 36 соплового аппарата 3, соединенной топливопроводами 57 с форсунками 58, установленными на внутренней поверхности силовой кольцевой стенки 9, между лопатками 21 вихревой турбины, кроме этого, на периферии силовой кольцевой стенки 9, в зоне кольцевых перегородок 24 и над ними, выполнен угловой отражательный выступ 59 с выполненными осевыми прорезями 60, режима дожигания горючего 31.

Предлагаемая газовая турбина может быть использована преимущественно в реактивном двигателе Черемушкина О.В. (патент РФ №2250387, 20.04.2005 г.). Установка реактивных двигателей с предлагаемой газовой турбиной в общую компоновку летательных аппаратов Черемушкина О.В. (патенты РФ №2214945 от 27.09.2003 г., №2261823, 10.10.2005 г.) значительно упрощает систему управления летательными аппаратами.

Работает газовая турбина турбореактивного двигателя (ТРД) следующим образом. После запуска ТРД и выведения его в дежурный режим газовый поток при выходе в сопловой аппарат 3 (фиг.2) разделяется на основной, ограниченный внутренней поверхностью цилиндрической втулки 5 и наружной поверхностью конусного кольца 7 силовых стоек 6 и внутренней стенкой 36 соплового аппарата 3, и дополнительный, поступающий через кольцевой зазор 43 кольцевого прохода газового потока на лопатке 1 газовой турбины, при этом цилиндрическая втулка 5 с лопатками 1 газовой турбины вращается вместе с механизмом осевого перемещения цилиндрической втулкой 5, преобразуя потенциальную энергию газового потока в механическую, т.е. вращения вала 14 двигателя, при этом перепускной клапан 51 частично открыт соразмерно общему давлению горючего 31 в топливных магистралях, соответствующего дежурному режиму работы ТРД, но недостаточному для преодоления напряжения пружины 15, при этом горючее 31, поступающее в зону работы лопаток 19, 21 вихревой турбины, через минимальные зазоры кольцевых перегородок 24, 25, воспламеняясь, истекает на угловой отражательный выступ 59 кольцевой стенки 9 и его кольцевые прорези 60 на внешние поверхности конусного кольца 7 силовых стоек 6 и внутреннюю стенку 36 соплового аппарата 3 (фиг.5А), обеспечивая их дополнительное пленочное охлаждение, что существенно при продолжительной работе ТРД в этом режиме. При переводе ТРД на более напряженный и форсажный режимы (фиг.3) давление горючего 31 в топливных магистралях ТРД и механизме осевого перемещения цилиндрической втулки 5 повышается, перепускной клапан 51 увеличивает подачу горючего 31 в проходную камеру 30 внутреннего цилиндра 28 и давления в ней, двухстенный поршень 10 перемещается по шлицевой части 13 вала 14, преодолевая напряжение пружины 15, при этом перемещаются: лопатки 19 вихревой турбины силовой кольцевой стенки 9, уменьшая объем зоны работы лопаток 19, 21 вихревой турбины; кольцевые перегородки 24 силовой кольцевой стенки 9; цилиндрическая втулка 5, уменьшая зазор 43 кольцевого прохода газового потока таким образом, что при максимальном осевом перемещении цилиндрической втулки 5 - между ее торцом и промежуточным силовым корпусом 4 - остается зазор 43 кольцевого прохода газового потока на лопатки 1 газовой турбины (фиг.3), при этом горючее 31, истекающее под большим давлением на угловой отражательный выступ 59, силовой кольцевой стенки 9 и его кольцевые прорези 60 (фиг.5Б), отражаясь и воспламеняясь, попадает в истекающий газовый поток ТРД в виде кольцевой дуги - режима дожигания. Установка цилиндрической втулки 5 лопаток 1 газовой турбины в исходное положение достигается уменьшением общего давления горючего в топливных магистралях ТРД или его выключением.

Изобретение относится к газовым турбинам турбореактивных двигателей. Лопатки газовой турбины установлены на цилиндрической втулке с возможностью вращения и осевого перемещения за счет ее закрепления на конусном выступе силовой кольцевой стенки. Центральная часть стенки выполнена в виде двухстенного поршня с установленной в межстенном пространстве пружиной, опирающейся в кольцевой выступ цилиндрического стакана, жестко закрепленного на валу. На тыльной части стакана выполнены заодно кольцевая стенка и часть лопаток вихревой турбины с возможностью соосного вхождения в них при осевом перемещении второй части лопаток вихревой турбины, выполненных на внутренней поверхности силовой кольцевой стенки. Внешние части лопаток вихревой турбины ограничены кольцевыми перегородками, выполненными на промежуточном силовом корпусе ТРД и силовой кольцевой стенке. Горючее соразмерно общему давлению в топливных магистралях приводит в действие механизм осевого перемещения цилиндрической втулки, изменяющей величину кольцевого зазора прохода газового потока в зону лопаток газовой турбины. Изобретение позволяет осуществить регулирование отбора мощности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газовая турбина, содержащая камеру сгорания, сопло и лопасти, установленные на валу, размещенном в центральном осевом канале камеры сгорания, отличающаяся тем, что лопатки газовой турбины, ограниченные периферийно, через минимальный зазор внешней стенкой соплового аппарата, закрепленной внутренней диаметральной частью на внешней стороне промежуточного силового корпуса реактивного двигателя, установлены на внешней стороне цилиндрической втулки с возможностью вращения и осевого перемещения за счет ее закрепления через силовые стойки, выполненные на конусном кольце, установленном на внешнем конусном выступе, выполненном заодно с силовой кольцевой стенкой, центральная часть которой выполнена в виде двухстенного поршня, внутренняя стенка которого шлицевой частью установлена в режиме сопряжения с шлицевой частью, выполненной на выходной части, в сопловую зону вала реактивного двигателя, а в межстенном пространстве двухстенного поршня размещена пружина, второй конец которой опирается о внутренний кольцевой выступ цилиндрического стакана, жестко закрепленного на валу, при этом его внешняя поверхность находится в режиме сопряжения с внутренней поверхностью двухстенного поршня, а на внешней тыльной части цилиндрического стакана выполнены заодно кольцевая стенка и часть лопаток вихревой турбины, с выполненными между их основаниями пазами установки оснований лопаток вихревой турбины, выполненной заодно на кольцевом выступе с промежуточными прорезями и внутренней диаметральной поверхностью силовой кольцевой стенки таким образом, что при осевых перемещениях двухстенного поршня, основания лопаток силовой кольцевой стенки входят в пазы цилиндрического стакана, при этом внешние диаметральные части лопаток вихревой турбины ограничены кольцевыми перегородками, выполненными противоположно на промежуточном силовом корпусе и силовой кольцевой стенке, таким образом, что кольцевые перегородки, установленные на силовой кольцевой стенке при осевом перемещении, входят коаксиально с минимальными зазорами в кольцевые перегородки промежуточного силового корпуса, кроме этого, на торцевой поверхности двухстенного поршня выполнен кольцевой выступ с радиальными отверстиями, образующий с упорной кольцевой стенкой внутреннего цилиндра, корпуса двухстенного цилиндра, жестко закрепленного на конечной части вала реактивного двигателя, проходную камеру горючего, а кольцевой поршень внешнего цилиндра установлен через шлицевую часть на шлицевой части корпуса двухцилиндрового цилиндра, при этом тыльная диаметральная часть внутренней стенки соплового аппарата закреплена в режиме сопряжения с внешним диаметральным торцом конусного кольца силовых стоек за счет ее прижима через установленную в передней части внутренней стенки кольцевой перепускной камеры, образованной профилированным кольцевым элементом с внутренней кольцевой перегородкой, прижимную пробку, через ее резьбовую часть с резьбовой частью корпуса двухцилиндрового цилиндра, кроме этого, горючее соразмерно давлению в топливных магистралях, приводящее в действие механизм осевого перемещения цилиндрической втулки, регулирующей величину зазора кольцевого прохода газового потока в зону лопаток газовой турбины, образованную ее внутренним торцом и противоположно расположенной кольцевой частью промежуточного силового корпуса, поступает в сопловой аппарат через: входной патрубок топливной магистрали внешней стенки соплового аппарата; разделитель топливного потока; топливный канал промежуточного силового корпуса; подшипник; осевой и радиальные каналы вала, ограниченные перепускным клапаном, установленным в конце вала, задержки подачи горючего в механизм осевого перемещения цилиндрической втулки; проходную камеру и кольцевую проточку внутреннего цилиндра, соединенную топливными каналами с кольцевой полостью внешнего цилиндра; топливные каналы кольцевого поршня, соединенные топливопроводами с кольцевой перепускной камерой; охладительную магистраль внутренней стенки соплового аппарата, соединенной топливопроводами с форсунками, установленными на внутренней поверхности силовой кольцевой стенки, между лопатками вихревой турбины.

2. Газовая турбина по п.1, отличающаяся тем, что на периферии силовой кольцевой стенки, в зоне кольцевых перегородок и над ними, выполнен угловой отражательный выступ с выполненными осевыми прорезями режима дожигания горючего.