КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F04D29/08 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, в котором закомпрессорный лабиринт установлен на диске последней ступени с помощью болтового соединения (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981 г., стр.104, рис.3.40б).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за высоких напряжений в болтовом соединении, работающем в условиях повышенных центробежных сил.

Наиболее близким к заявляемому является компрессор газотурбинного двигателя, в котором закомпрессорный лабиринт установлен на диске последней ступени по периферии с помощью выступов с внутренней стороны обода лабиринта, размещенных в кольцевой канавке консоли диска с торцевым упором в ограничивающие уступы, образующие стенку канавки, причем в ободе лабиринта выполнен торцевой выступ, установленный в ответной выемке диска, а с валом лабиринт соединен шлицами (патент РФ №651608).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за износа соединения закомпрессорного лабиринта с диском последней ступени, так как данное соединение выполняется по условиям сборки с радиальными и осевыми зазорами между диском и лабиринтом, что приводит к вибрации тонкостенного лабиринта на основных режимах работы компрессора газотурбинного двигателя, к износу соединения и к поломке лабиринта.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и герметичности соединения диск-лабиринт путем обеспечения прижатия с помощью газовых сил закомпрессорного лабиринта к диску компрессора последней ступени на всех режимах работы компрессора газотурбинного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя с установленным на диске последней ступени с помощью периферийного соединения закомпрессорным лабиринтом, в полотне которого выполнены каналы, согласно изобретению замкнутая полость между диском и лабиринтом через каналы в полотне лабиринта соединена с разгрузочной закомпрессорной полостью низкого давления, а с проточной частью компрессора полость соединена через осевые зазоры в периферийном соединении, при этом уплотнительные гребешки лабиринта выполнены с уменьшающимся от диска наружным диаметром, причем F1/F2=10…30, D/d=1,02…1,2, где:

F1 - проходная площадь каналов в полотне лабиринта,

F2 - проходная площадь осевых зазоров в периферийном соединении диска с лабиринтом,

D - наружный диаметр ближнего к диску уплотнительного гребешка,

d - наружный диаметр наиболее удаленного от диска уплотнительного гребешка.

Соединение замкнутой полости между диском и лабиринтом через каналы в полотне лабиринта с разгрузочной закомпрессорной полостью низкого давления позволяет избежать излишних деформаций полотна лабиринта при нагреве воздуха в полости, а также способствует снижению давления воздуха в полости и прижатию периферийной части лабиринта за счет газовых сил.

Соединение замкнутой полости между диском и лабиринтом через осевые зазоры в периферийном соединении с проточной частью компрессора обусловлено необходимостью этих зазоров для качественной сборки периферийного соединения без задиров и дополнительных деформаций диска и лабиринта при сборке, что повышает надежность конструкции.

Выполнение уплотнительных гребешков лабиринта с уменьшающимся от диска наружным диаметром позволяет за счет избыточного давления уплотняемого воздуха в межгребешковых полостях лабиринта обеспечить прижатие периферийной части лабиринта к диску на всех режимах работы компрессора, что повышает герметичность соединения.

При F1/F2<10 возможно повышение давления воздуха в полости между диском и лабиринтом, а также вибрация лабиринта в пределах осевых зазоров по периферийному соединению и поломка лабиринта из-за повышенных вибронапряжений.

При F1/F2>30 - снижение надежности лабиринта из-за ослабления его полотна каналами.

При D/d<1,02 возможна вибрация лабиринта из-за снижения газовой силы, прижимающей лабиринт к диску.

При D/d>1,2 снижается надежность компрессора из-за нестабильности осевой силы, действующей на ротор компрессора, особенно при износе лабиринтного уплотнения.

На фиг.1 - изображен продольный разрез компрессора низкого давления.

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

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и ротора 3, на последнем диске 4 которого с помощью периферийного соединения 5 установлен закомпрессорный лабиринт 6 с уплотнительными гребешками 7. Лабиринт 6 совместно со статорным фланцем 8 образуют закомпрессорное уплотнение 9, отделяющее проточную часть 10 компрессора 1 на его выходе от закомпрессорной разгрузочной полости низкого давления 11, которая на выходе через отверстия 12 в опоре 13 шарикоподшипника 14 и стойки 15 соединена с полостью низкого давления (на чертеже не показано), например, с атмосферой. Периферийная часть 16 лабиринта 6 с уплотнительными гребешками 7 и соединением 5 связана со ступицей 17 лабиринта 6 полотном 18, в котором выполнены каналы 19, соединяющие на выходе замкнутую полость 20 между диском 4 и лабиринтом 6 с разгрузочной полостью низкого давления 11. На входе полость 20 соединена через радиальные 21 и осевые 22 зазоры, необходимые для сборки в соединении 5, с проточной частью 10 компрессора 1 на его выходе. Уплотнительные гребешки 7 лабиринта 6 расположены на разных диаметрах: ближний к диску 4 уплотнительный гребешок 23 выполнен с большим диаметром D по наружной поверхности 24, а наиболее удаленный от диска 4 гребешок 25 выполнен с меньшим диаметром d по наружной поверхности 26.

Работает устройство следующим образом.

При работе компрессора газотурбинного двигателя воздух из проточной части 10 компрессора 1 через закомпрессорное лабиринтное уплотнение 9 перетекает в разгрузочную полость 11. При обтекании воздухом уплотнительных гребешков 7 лабиринта 6 уплотнения 9 возникают срывные явления, которые могли бы привести к осевым колебаниям периферийной части 16 лабиринта 6 в пределах осевого зазора 22 с дальнейшим износом и разрушением периферийного соединения 5 и лабиринта 6. Однако этого не происходит, так как благодаря низкому давлению воздуха в замкнутой полости 20 и тому, что уплотнительные гребешки 7 лабиринта 6 выполнены с уменьшающимся от диска 4 диаметром, результирующая газовых сил, действующая на лабиринт 6, прижимает его периферийную часть 16 к диску 4, что исключает вибрацию лабиринта 6, а также существенно уменьшает осевой зазор 22 с паразитными утечками воздуха, с соответствующим повышением КПД и надежности компрессора.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей и повышает надежность и герметичность соединения диск - лабиринт. В компрессоре газотурбинного двигателя на диске последней ступени с помощью периферийного соединения установлен закомпрессорный лабиринт. В полотне лабиринта выполнены каналы. Через каналы замкнутая полость между диском и лабиринтом соединена с разгрузочной закомпрессорной полостью низкого давления. С проточной частью компрессора полость соединена через радиальные и осевые зазоры в периферийном соединении. Уплотнительные гребешки лабиринта выполнены с уменьшающимся от диска наружным диаметром. Отношение проходной площади каналов в полотне лабиринта F1 к проходной площади осевых зазоров в периферийном соединении диска с лабиринтом F2 находится в пределах 10…30. Отношение наружного диаметра ближнего к диску уплотнительного гребешка D к наружному диаметру наиболее удаленного от диска уплотнительного гребешка d находится в пределах 1,02…1,2. Путем обеспечения прижатия с помощью газовых сил закомпрессорного лабиринта к диску компрессора последней ступени повышается надежность и герметичность соединения диск-лабиринт на всех режимах работы компрессора газотурбинного двигателя. 2 ил.

Компрессор газотурбинного двигателя с установленным на диске последней ступени с помощью периферийного соединения закомпрессорным лабиринтом, в полотне которого выполнены каналы, отличающийся тем, что замкнутая полость между диском и лабиринтом через каналы в полотне лабиринта соединена с разгрузочной закомпрессорной полостью низкого давления, а с проточной частью компрессора замкнутая полость соединена через осевые зазоры в периферийном соединении, при этом уплотнительные гребешки лабиринта выполнены с уменьшающимся от диска наружным диаметром, причем F1/F2=10÷30, D/d=1,02÷1,2, где F1 - проходная площадь каналов в полотне лабиринта;
F2 - проходная площадь осевых зазоров в периферийном соединении диска с лабиринтом;
D - наружный диаметр ближнего к диску уплотнительного гребешка;
d - наружный диаметр наиболее удаленного от диска уплотнительного гребешка.