ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЗАДНИМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ОТКРЫТОГО ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2013 года по МПК F02K3/62 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного применения с задним расположением открытого (некапотированного) винтовентилятора.

Известен газотурбинный винтовентиляторный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора, в котором выходное сопло газогенератора расположено на входе в винтовентилятор, а для снижения температуры истекающего из сопла газа используются форсунки для подачи распыленной воды (Авторское свидетельство №1760964, F02C 7/00, 1989 г.).

Недостатком такой конструкции является необходимость применения воды, имеющей значительную массу.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора и с кольцевым газовым каналом, в котором хвостовики лопастей винтовентилятора размещены в полых стойках, внутренние полости которых подключены к компрессору (Авторское свидетельство №1407153, F02C 3/067, 1986 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность и экономичность из-за паразитных утечек протекающего по газовому каналу газа - через уплотнения между статором и передним ротором винтовентилятора, а также между передним и задним роторами винтовентилятора, что приводит к потере тяги двигателя и к нагреву лопастей винтовентилятора.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности двигателя путем исключения паразитных утечек газа из газового кольцевого канала винтовентилятора.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора согласно изобретению с внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора, причем лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно, а дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади.

Выполнение с внешней стороны от газового канала винтовентилятора воздушной полости, соединенной на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора позволяет исключить паразитные утечки газа из газового канала в атмосферу, что позволяет повысить экономичность газотурбинного двигателя и исключить подогрев лопастей винтовентилятора паразитными утечками газа, повышая таким образом надежность двигателя.

Соединение кольцевой воздушной полости на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора позволяет минимизировать ухудшение экономичности и потери тяги газотурбинного двигателя из-за отборов воздуха, так как работа на сжатие воздуха в первой ступени компрессора является минимальной по сравнению с любой другой ступенью компрессора. При этом давление воздуха за первой ступенью компрессора выше, чем давление газа в газовом канале винтовентилятора, что исключает паразитные утечки из газового канала.

Соединение кольцевой воздушной полости на выходе с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, каждое из которых в свою очередь на выходе соединено с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора, позволяет на режимах полета, например на крейсерском режиме, за счет скоростного напора набегающего потока воздуха и его торможения в кольцевых воздухозаборниках минимизировать перепад давления на лабиринтах и таким образом уменьшить паразитные утечки через лабиринт в атмосферу из-за первой ступени компрессора, повышая таким образом экономичность газотурбинного двигателя.

Соединение кольцевой воздушной полости на выходе с атмосферой через расположенное в заднем конусе втулки винтовентилятора дополнительное сопло с возможностью периодического регулирования проходной площади этого сопла позволяет поддерживать необходимый уровень давления воздуха в кольцевой воздушной полости независимо от увеличения радиального зазора в лабиринтных уплотнениях.

На фиг.1 показан продольный разрез заявляемого газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1. На фиг.3 представлен элемент II на фиг.1, на фиг.4 - элемент III на фиг.1. На фиг.5 показан элемент IV на фиг.1.

Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора 1 состоит из газогенератора 2 с воздухозаборником газогенератора 3, двухкаскадным компрессором 4, камерой сгорания 5 и турбиной 6, а также из винтовентилятора 7 с редуктором 8, передним ротором 9 винтовентилятора 1 и с задним ротором 10 винтовентилятора 1.

Поток газа 11 из газогенератора 2 поступает в кольцевой газовый канал 12 винтовентилятора 7, ограниченный с внутренней стороны воздушной полостью 13 втулки 14 винтовентилятора 1, а с внешней стороны - воздушной кольцевой воздушной полостью 15, соединенной трубопроводами 16 на входе 17 с выходом 18 из первой 19 ступени двухкаскадного компрессора 4.

На выходе кольцевая воздушная полость 15 соединяется с атмосферой 20 через размещенное перед передним ротором винтовентилятора 9 переднее лабиринтное уплотнение 21, которое в свою очередь на выходе 22 соединено с направленным против потока набегающего воздуха дополнительным передним кольцевым воздухозаборником 23, размещенным перед передним ротором 9, а также через размещенное перед задним ротором винтовентилятора 10 заднее лабиринтное уплотнение 24, соединенное в свою очередь на выходе 25 с дополнительным направленным против потока набегающего воздуха задним кольцевым воздухозаборником 26.

Также кольцевая воздушная полость 15 на выходе через внутренние полости 27 и 28 полых стоек 29 и 30 с хвостовиками 31 и 32 передних 33 и задних 34 лопастей 7 винтовентилятора 1 соединена с воздушной полостью 13 втулки 14 винтовентилятора 1 и далее через дополнительное сопло 35 - с атмосферой 20.

Для периодического регулирования проходной площади дополнительного сопла F_доп дополнительное сопло 35 снабжено жиклерной шайбой 36, зафиксированной упругим кольцом 37.

Газовый канал 12 уплотнен от внутренней воздушной полости 13 втулки 14 передним и задним внутренними лабиринтными уплотнениями 38 и 39, а от кольцевой воздушной полости 15 - передним и задним внешними лабиринтными уплотнениями 40 и 41. На выходе газовый канал 12 заканчивается основным соплом 42. Позицией 43 показано направление полета, а позицией 44 - поток набегающего атмосферного воздуха.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя 1 на крейсерском режиме поток набегающего атмосферного воздуха 44 создает в воздухозаборнике 3 газогенератора 2 повышенное давление, что приводит к повышению давления потока газа 11 в кольцевом газовом канале 12 и во внешней кольцевой воздушной полости 15, что могло бы привести к повышению паразитных утечек воздуха через переднее 21 и заднее 24 лабиринтные уплотнения и к ухудшению экономичности двигателя 1. Однако этого не происходит, так как в дополнительных кольцевых водозаборниках 23 и 26 набегающий поток атмосферного воздуха 44 также создает повышенное давление воздуха на выходе 22 из лабиринтного уплотнения 21 и на выходе 25 из лабиринтного уплотнения 24, что приводит к снижению паразитных утечек.

В процессе эксплуатации двигателя 1 происходит износ лабиринтных уплотнений 21 и 24, что могло бы привести к снижению давления охлаждающего воздуха в воздушной полости 13 втулки винтовентилятора 14 и в кольцевой полости 15 и к поступлению в них газа из газового канала 12, что ведет к перегреву втулки 14 и лопастей 33 и 34 винтовентилятора 1. Однако этого не происходит, так как периодическая, во время регламентных работ, регулировка проходной площади F_доп. дополнительного сопла 35 путем замены жиклерной шайбы 36 позволяет поддерживать давление охлаждающего воздуха в воздушных полостях 13 и 15.

Газотурбинный двигатель выполнен с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора. С внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора. Лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно. Дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности двигателя путем исключения паразитных утечек газа из газового кольцевого канала винтовентилятора. 5 ил.

Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора, отличающийся тем, что с внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора, причем лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно, а дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади.