ТУРБОКОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен турбокомпрессор с расположенной под камерой сгорания задней опорой ротора. В валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях - лабиринтах и фланцах перед подшипником выполнены отверстия забора, а за подшипником - отверстия выпуска охлаждающего воздуха (патент RU №2300003).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность и экономичность двигателя из-за наличия отверстий выпуска воздуха через вал (концентраторы напряжений).

Наиболее близким к заявляемому является турбокомпрессор с расположенной под камерой сгорания задней опорой ротора, с полостями охлаждения: первой полостью охлаждения, расположенной вокруг масляной полости, второй полостью охлаждения, расположенной над первой полостью между внутренними и наружными фланцами, а также с полостью сброса между первой и второй полостями.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность и экономичность двигателя из-за увеличения утечек при сбросе воздуха и подогреве воздухом второй полости воздуха, идущего по первой полости.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности двигателя за счет охлаждения фланцев, что уменьшает зазоры в лабиринтном уплотнении, а также за счет охлаждения обечаек, позволяющих дополнительно охлаждать воздух, поступающий на охлаждение турбины.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбокомпрессоре газотурбинного двигателя с расположенной под камерой сгорания задней опорой ротора, с полостями охлаждения: первой полостью охлаждения, расположенной вокруг масляной полости, второй полостью охлаждения, расположенной над первой полостью между внутренним и наружным фланцами, а также с полостью сброса между первой и второй полостями, согласно изобретению между второй полостью охлаждения и полостью сброса обечайками образована третья полость охлаждения, соединенная с первой полостью каналами охлаждения, выполненными во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом. Снаружи второй полости образована обечайками четвертая полость охлаждения, а в наружном фланце над наружным лабиринтом выполнены каналы охлаждения. Вокруг масляных труб организованы полости охлаждения.

Образование третьей полости охлаждения обеспечивает охлаждение обечаек, расположенных внутри магистрали подвода воздуха, что позволяет дополнительно охлаждать воздух, поступающий на охлаждение турбины, в целом повышая надежность двигателя.

Выполнение каналов во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом позволяет за счет охлаждения фланцев уменьшить зазоры в лабиринтном уплотнении, что уменьшает утечки через лабиринтные уплотнения, повышая экономичность двигателя.

Образование четвертой полости охлаждения обеспечивает охлаждение обечаек, расположенных с внешней стороны магистрали подвода воздуха, что позволяет охлаждать воздух, поступающий на охлаждение турбины.

Выполнение каналов в наружном фланце над наружным лабиринтом уменьшает зазоры в лабиринтном уплотнении путем охлаждения фланцев, что уменьшает утечки через лабиринтные уплотнения и повышает экономичность двигателя.

Организация полостей охлаждения вокруг масляных труб теплоизолирует масляные трубы от воздействия горячего воздуха из-за компрессора, что также повышает надежность двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез задней опоры турбокомпрессора с полостями охлаждения внутренних фланцев.

На фиг.2 - продольный разрез с полостями охлаждения внутренних и наружных фланцев.

На фиг.3 - продольный разрез с полостями охлаждения внутренних и наружных фланцев и масляных труб.

Турбокомпрессор газотурбинного двигателя состоит из компрессора 1, турбины 2 и расположенной между ними задней опоры 3 с подшипником 4, которая установлена под камерой сгорания 5. В валу 6 и в примыкающих деталях: внутреннем лабиринте 7 и внутреннем фланце 8, выполнены отверстия забора холодного воздуха 9 перед подшипником 4. Передний 8 и задний 10 внутренние фланцы крепятся к опоре 3 подшипника 4 и имеют вместе с опорой перепускные каналы 11. Отверстия забора воздуха 9 наклонены навстречу потоку холодного воздуха 12, направленному в сторону турбины 2. Вокруг масляной полости 13 расположена первая полость охлаждения 14. Над первой полостью охлаждения 14 между внутренним 8 и наружным 15 фланцами расположена вторая полость 16. Между первой 14 и второй 16 полостями расположена полость сброса 17, а между второй полостью 16 и полостью сброса 17 обечайками 18 образована третья полость охлаждения 19, соединенная с первой полостью 14 каналами охлаждения 20, выполненными во внутреннем фланце 8 над внутренним лабиринтом 7.

Аналогичная конструкция выполнена со стороны турбины (зеркально). Сплошными стрелками показано движение холодного воздуха (например, из-за подпорных ступеней), пунктирными - движение воздуха, идущего на охлаждение турбины (например, из-за средней ступени компрессора высокого давления).

При работе двигателя охлаждающий воздух, например, из-за подпорных ступеней проходит между валами 6 и 21, охлаждая валы и внутреннюю обойму подшипника 4. При помощи отверстий забора холодного воздуха 9 осуществляется отбор воздуха в первую полость охлаждения 14 на охлаждение деталей вокруг масляной полости подшипника 4 с прохождением этого воздуха через каналы охлаждения 20 в третью полость охлаждения 19 на охлаждение внутреннего фланца 8 и обечайки 22, затем воздух через пазы 23 сбрасывается через стойки опоры между компрессором и камерой сгорания. Охлаждение внутреннего фланца 8 над внутренним лабиринтом 7 уменьшает радиальные зазоры, вследствие чего происходит уменьшение утечек через уплотнение. Охлаждение обечайки 22 приводит к тому, что обечайка охлаждает воздух, идущий на охлаждение турбины по полости 16 (см. фиг.1).

Аналогично обеспечивается охлаждение внутреннего фланца со стороны турбины (зеркально).

На фиг.2 изображен продольный разрез задней опоры с дальнейшим использованием охлаждающего воздуха для охлаждения наружных фланцев.

Снаружи второй полости охлаждения 16 образована обечайками 24 четвертая полость охлаждения 25. В наружном фланце 15 над наружным лабиринтом 26 выполнены каналы охлаждения 27.

При работе двигателя охлаждающий воздух, прошедший через полости внутреннего фланца 8, проходит через перепускные пазы 23 и отверстия 28 в четвертую полость охлаждения 25, при этом воздух охлаждает наружный фланец 15, который охлаждает воздух, идущий на охлаждение турбины по полости 16. Далее охлаждающий воздух проходит через каналы охлаждения 27 и охлаждает лабиринтное уплотнение, вследствие этого уменьшаются радиальные зазоры. После этого охлаждающий воздух сбрасывается через отверстия 29 и стойки опоры между компрессором и камерой сгорания.

Охлаждающий воздух при прохождении через полости внутреннего фланца может значительно нагреваться, тогда холодный воздух может забираться из полости 14 и поступать в четвертую полость 25 для охлаждения наружного фланца.

Аналогично обеспечивается охлаждение наружных фланцев со стороны турбины (зеркально).

На фиг.3 изображен продольный разрез задней опоры с дальнейшим использованием охлаждающего воздуха для охлаждения полостей 30 между масляными трубами 31 и кожухами 32.

При работе двигателя охлаждающий воздух, прошедший через полости внутренних и наружных фланцев, через отверстия 29 попадает в полости 30 между масляными трубами 31 и кожухами 32, расположенными в стойках между компрессором и камерой сгорания. Воздух теплоизолирует масляные трубы от воздействия горячего воздуха из-за компрессора. Далее этот воздух сбрасывается в наружный контур.

Холодный воздух может, минуя внутренние и наружные фланцы, поступать непосредственно из первой полости 14 в полость 30.

Таким образом, конструкция позволяет использовать воздух, подведенный через ротор, в первую очередь, для охлаждения опоры подшипника с последующим охлаждением внутренних и наружных фланцев с целью уменьшения зазоров по лабиринтным уплотнениям (утечек воздуха) и охлаждения обечаек, соприкасающихся с магистралью подвода воздуха для охлаждения турбины, со снижением температуры охлаждающего турбину воздуха. Таким образом, внутри фланцев опоры организованы своего рода теплообменники как со стороны компрессора, так и со стороны турбины.

Турбокомпрессор газотурбинного двигателя состоит из компрессора, турбины с расположенной между ними задней опорой с подшипником, установленной под камерой сгорания. Вокруг масляной полости расположена первая полость охлаждения. Над полостью между внутренним и наружным фланцами расположена вторая полость охлаждения. Между первой и второй полостями находится полость сброса. Между второй и полостью сброса обечайками образована третья полость охлаждения, соединенная с полостью каналами охлаждения во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом. Снаружи второй полости образована обечайками четвертая полость охлаждения. В наружном фланце над наружным лабиринтом выполнены каналы охлаждения. Вокруг масляных труб организованы полости охлаждения. Путем охлаждения фланцев уменьшаются зазоры в лабиринтных уплотнениях, что повышает надежность и экономичность двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбокомпрессор газотурбинного двигателя с расположенной под камерой сгорания задней опорой ротора, с полостями охлаждения: первой полостью охлаждения, расположенной вокруг масляной полости, второй полостью охлаждения, расположенной над первой полостью между внутренним и наружным фланцами, а также с полостью сброса между первой и второй полостями, отличающийся тем, что между второй полостью охлаждения и полостью сброса обечайками образована третья полость охлаждения, соединенная с первой полостью каналами охлаждения, выполненными во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что снаружи второй полости образована обечайками четвертая полость охлаждения, а в наружном фланце над наружным лабиринтом выполнены каналы охлаждения.

3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что вокруг масляных труб организованы полости охлаждения.