ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения для привода электрогенератора или механического привода.

Известен газотурбинный двигатель, закомпрессорная разгрузочная полость которого отделена от проточной части компрессора с помощью лабиринтного уплотнения, статорный фланец которого закреплен резьбовым соединением на опоре шарикоподшипника компрессора, закрепленной в свою очередь резьбовым соединением на спрямляющем аппарате компрессора (RU 2235912, F04D 19/02, 2004 г.).

Недостатком такой конструкции является низкая эффективность лабиринтного уплотнения из-за упругой деформации опоры шарикоподшипника и установленного на ней статорного фланца лабиринта при работе газотурбинного двигателя под действием осевых и радиальных нагрузок, действующих на шарикоподшипник.

Наиболее близким к заявляемой является конструкция газотурбинного двигателя, двухъярусный статорный фланец закомпрессорного лабиринта в котором закреплен силовым резьбовым соединением между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника компрессора (RU 2225535, F04B 29/00, 2004 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенной осевой силы, действующей на ротор компрессора вследствие размещения закомпрессорного лабиринта на малом диаметре.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем снижения действующей на ротор компрессора осевой силы от газовых сил за счет размещения закомпрессорного лабиринтного уплотнения на максимально возможном диаметре.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с закомпрессорным лабиринтом и ответным ему статорным фланцем, закрепленным силовым резьбовым соединением между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника компрессора, согласно изобретению между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника с помощью силового резьбового соединения установлен радиальный фланец, на котором дополнительным резьбовым соединением закреплены верхний и нижний фланцы лабиринта, причем головка болта силового резьбового соединения размещена между верхним фланцем лабиринта и фланцем спрямляющего аппарата, a h/L=1-3, где:

h - высота пера последней рабочей лопатки компрессора;

L - расстояние между проточной частью компрессора и ближайшим к ней уплотнительным гребешком лабиринтного уплотнения.

При h/L<1 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за повышения осевой силы, действующей на ротор компрессора, с соответствующим снижением надежности шарикового радиально-упорного подшипника скольжения.

При h/L>3 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за излишнего уменьшения толщины обода последнего диска компрессора.

При конверсии двухконтурного авиационного газотурбинного двигателя в двигатель наземного применения из-за изменения давлений газа в полостях двигателя меняются осевые силы, действующие на компрессор и турбину, в результате чего осевая сила на шарикоподшипник компрессора может превысить допустимое значение, что снижает надежность газотурбинного двигателя.

Радиальный фланец, закрепленный силовым резьбовым соединением между фланцем спрямляющего аппарата и опорой шарикоподшипника, позволяет установить фланцы двухъярусного лабиринта закомпрессорного лабиринтного уплотнения на максимальном диаметре, т.е. на минимальном расстоянии от проточной части компрессора, что снижает осевую силу от газовых сил, действующих на компрессор, и повышает надежность шарикоподшипника компрессора. При этом головки болтов силового резьбового соединения оказываются размещенными между верхним фланцем лабиринта и фланцем спрямляющего аппарата компрессора, что исключает самопроизвольное выкручивание силовых болтов и попадание их в газовоздушный тракт газотурбинного двигателя, что повышает его надежность.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя; на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, ротор 3 которого установлен на переднем роликовом подшипнике 4 и заднем шариковом радиально-упорном подшипнике 5, а также из камеры сгорания 6 и турбины 7 с ротором турбины 8. На выходе из компрессора 2 выполнена закомпрессорная разгрузочная полость 9 с пониженным давлением, отделенная от проточной части 10 компрессора 2 двухъярусным лабиринтным уплотнением 11, состоящим из роторного лабиринта 12 с лабиринтными уплотнительными гребешками 13 и статорных верхнего 14 и нижнего 15 фланцев лабиринта, закрепленных дополнительным резьбовым соединением 16 на радиальном фланце 17. Фланец 17 закреплен силовым резьбовым соединением 18 между фланцами 19 спрямляющего аппарата 20 компрессора 2 и опорой 21 радиально-упорного шарикоподшипника 5. Головки болтов 22 силового резьбового соединения 18 располагаются в полости 23 между статорным верхним фланцем лабиринта 14 и фланцами 19 спрямляющего аппарата 20 компрессора 2. Такое крепление фланцев 14 и 15 позволяет разместить лабиринтное уплотнение 11 на максимально возможном диаметре, при минимальном расстоянии между проточной частью 10 компрессора 2 в месте расположения последней рабочей лопатки 24 с пером 25 и ближайшим к проточной части 10 уплотнительным гребешком 26 лабиринтного уплотнения 11, выполненным за одно целое с диском 27 последней ступени компрессора 2.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя 1 разгрузочная полость 9 наддувается воздухом пониженного давления. Поскольку разгрузочная полость 9 отделена от проточной части 10 компрессора 2 лабиринтным уплотнением 11, размещенным на максимальном диаметре с минимальным расстоянием от гребешков 13 лабиринта 12 до проточной части 10, то осевая сила от газовых сил, действующих на ротор 3 компрессора 2, минимальна, что повышает надежность радиально-упорного шарикоподшипника 5 и двигателя 1 в целом.

Головки болтов 22 силового резьбового соединения 18, размещенные в полости 23 между фланцем лабиринта 14 и фланцем 19 спрямляющего аппарата 20, ограничивают перемещение болтов 22 резьбового соединения 18 в случае их выкручивания от вибрации при работе двигателя 1 и исключают попадание болтов 22 в проточную часть 10 компрессора 2, что также повышает надежность газотурбинного двигателя 1.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного применения для привода электрогенератора или механического привода. Технический результат заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем снижения действующей на ротор компрессора осевой силы от газовых сил за счет размещения закомпрессорного лабиринтного уплотнения на максимально возможном диаметре. Газотурбинный двигатель выполнен с закомпрессорным лабиринтом и ответным ему статорным фланцем, закрепленным силовым резьбовым соединением между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника компрессора. Между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника с помощью силового резьбового соединения установлен радиальный фланец, на котором дополнительным резьбовым соединением закреплены верхний и нижний фланцы лабиринта. Головка болта силового резьбового соединения размещена между верхним фланцем лабиринта и фланцем спрямляющего аппарата. При этом h/L=1-3, где h - высота пера последней рабочей лопатки компрессора; L - расстояние между проточной частью компрессора и ближайшим к ней уплотнительным гребешком лабиринтного уплотнения. Поскольку разгрузочная полость отделена от проточной части компрессора лабиринтным уплотнением, размещенным на максимальном диаметре с минимальным расстоянием от гребешков лабиринта до проточной части, то осевая сила от газовых сил, действующих на ротор компрессора минимальна, что повышает надежность шарикоподшипника и двигателя в целом. Головки болтов силового резьбового соединения, размещенные в полости между фланцем лабиринта и фланцем спрямляющего аппарата, ограничивают перемещение болтов резьбового соединения в случае их выкручивания от вибрации при работе двигателя и исключают попадание болтов в проточную часть компрессора. 2 ил.

Газотурбинный двигатель с закомпрессорным лабиринтом и ответным ему статорным фланцем, закрепленным силовым резьбовым соединением между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника компрессора, отличающийся тем, что между фланцем спрямляющего аппарата компрессора и опорой шарикоподшипника с помощью силового резьбового соединения установлен радиальный фланец, на котором дополнительным резьбовым соединением закреплены верхний и нижний фланцы лабиринта, причем головка болта силового резьбового соединения размещена между верхним фланцем лабиринта и фланцем спрямляющего аппарата, a h/L=1-3, где
h - высота пера последней рабочей лопатки компрессора;
L - расстояние между проточной частью компрессора и ближайшим к ней уплотнительным гребешком лабиринтного уплотнения.