ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F02C7/18 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель, в котором за вентилятором выполнены подпорные ступени. (Хронин Д.В. «Конструкция и проектирование газотурбинных двигателей», М., Машиностроение, 1989 г., стр.67, 68).

Недостатком известной конструкции является отсутствие перепуска воздуха за подпорными ступенями для обеспечения газодинамической устойчивости.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с системой управления зазорами по концам лопаток последних ступеней компрессора и турбины газотурбинного двигателя. (А.А.Иноземцев и др. «Авиационный двигатель ПС-90А», Москва, 2007 г., стр.140, 141).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является то, что управление зазорами по концам лопаток компрессора и турбины обеспечивается при помощи отбора воздуха за подпорными ступенями по трубам с регулированием расхода воздуха при помощи системы управления и исполнительных механизмов (заслонок) на трубах подвода воздуха с последующим обдувом корпусов компрессора и турбины, что снижает надежность двигателя.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности, в снижении стоимости изготовления путем регулирования радиальных зазоров между статором и ротором без использования дополнительных систем управления и исполнительных механизмов.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, включающем в себя компрессор с подпорными ступенями с расположенной за ними кольцевой полостью отбора, соединенной с полостью перепуска воздуха с заслонками перепуска, согласно изобретению из полости перепуска воздуха перед заслонками перепуска выполнен, по крайней мере, один канал отбора воздуха, соединенный трубопроводами с полостями обдува воздухом корпусов турбины и компрессора, при этом площадь окна, расположенного между полостью отбора и полостью перепуска воздуха, меньше площади окна в полости перепуска перед заслонками перепуска воздуха, в 1,1…2,0 раза. Отбор воздуха на обдув корпусов турбины и компрессора выполнен под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска воздуха.

Выполнение из полости перепуска воздуха перед заслонками, по крайней мере, одного канала отбора воздуха, соединенного трубопроводами с полостями обдува воздухом корпусов турбины и компрессора позволяет из одной полости выполнять перепуск воздуха за подпорными ступенями и обдув корпусов турбины и компрессора, т.е. «авторегулирование» зазорами без дополнительных систем управления и исполнительных механизмов.

Выполнение окна, расположенного между полостью отбора и полостью перепуска, с площадью меньше площади окна в полости перепуска перед заслонками в 1,1…2,0 раза позволяет снизить давление воздуха в системе обдува корпусов при открытии заслонок перепуска, что повышает надежность двигателя.

Выполнение отбора воздуха на обдув корпусов турбины и компрессора под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска воздуха позволяет увеличить потери при открытии заслонок перепуска воздуха, что дополнительно позволяет снизить давление в системе обдува корпусов, что также повышает надежность двигателя.

На фиг.1 - изображен продольный разрез двигателя с отборами воздуха на обдув корпусов компрессора и турбины.

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

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

На фиг.4 - элемент II нафиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель включает в себя компрессор 1 с подпорными ступенями 2, с расположенной за ними кольцевой полостью отбора 3. Полость отбора соединена с полостью перепуска 4 воздуха с заслонками перепуска 5. Из полости перепуска 4 воздуха перед заслонками перепуска 5 выполнен, по крайней мере, один канал отбора воздуха 6, соединенный трубопроводами 7 с полостями обдува 8, 9, 10 воздухом корпусов турбины 11 и компрессора 1. Площадь окна 12, расположенного между полостью отбора 3 и полостью перепуска 4 воздуха меньше площади окна 13 в полости перепуска 4 перед заслонками перепуска 5 воздуха в 1,1…2,0 раза. Отбор воздуха на обдув корпусов турбины 11 и компрессора 1 выполнен под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска 4 воздуха.

Работает устройство следующим образом.

При работе двигателя на переменных режимах для обеспечения газодинамической устойчивости за подпорными ступенями 2 производится перепуск воздуха в наружный контур из полости перепуска 4 при помощи открытия заслонок 5. При этом из-за падения давления в полости 4 не производится обдув корпуса компрессора 1, корпусов турбины 11. Отбор воздуха под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска 4 воздуха в большей степени гарантирует отсутствие потока на обдув корпусов (отбор статического давления, эжекция). На установившихся режимах заслонки перепуска 5 воздуха за подпорными ступенями 2 закрываются и воздух из полости 4 направляется перед заслонками через канал отбора воздуха 6 по трубопроводам 7 в полости обдува 8, 9, 10 корпусов турбины 11 и компрессора 1.

Таким образом, из одной полости происходит перепуск воздуха за подпорными ступенями на обдув корпусов компрессора и турбины, т.е. «авторегулирование» зазорами по лопаткам без дополнительных механизмов (заслонок обдува).

Газотурбинный двигатель включает в себя компрессор с подпорными ступенями, с расположенной за ними кольцевой полостью отбора. Полость отбора соединена с полостью перепуска воздуха с расположенными в ней заслонками перепуска. Из полости перепуска перед заслонками выполнен, по крайней мере, один канал отбора воздуха. Канал соединен трубопроводами с полостями обдува воздухом корпусов турбины и компрессора. Площадь окна между полостями и меньше площади окна в полости перепуска перед заслонками в 1,1…2,0 раза. Отбор воздуха на обдув корпусов турбины и компрессора выполнен под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска воздуха. Изобретение позволяет путем регулирования радиальных зазоров между статором и ротором повысить надежность и снизить стоимость изготовления двигателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газотурбинный двигатель, включающий в себя компрессор с подпорными ступенями с расположенной за ними кольцевой полостью отбора, соединенной с полостью перепуска воздуха с заслонками перепуска, отличающийся тем, что из полости перепуска воздуха перед заслонками перепуска выполнен, по крайней мере, один канал отбора воздуха, соединенный трубопроводами с полостями обдува воздухом корпусов турбины и компрессора, при этом площадь окна, расположенного между полостью отбора и полостью перепуска воздуха, меньше площади окна в полости перепуска перед заслонками перепуска воздуха в 1,1…2,0 раза.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что отбор воздуха на обдув корпусов турбины и компрессора выполнен под углом α=90…180° от направления потока в полости перепуска воздуха.