ТУРБИНА ДВУХРОТОРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/06 F02C7/28 F01D25/16 F01D25/18 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции турбин двигателя, в частности к устройствам регулирования температуры смазочного материала, отделения смазочного материала от воздуха и поддержания уровня масла в опорных подшипниках в зависимости от положения двигателя при движении.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является турбина двухроторного газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус, воздушный коллектор, предмасляную и масляную полости, роторы высокого и низкого давлений, связанные своими цапфами через роликоподшипники и опоры с наружным корпусом, каналы подачи масла в роликоподшипники, масляные уплотнения, установленные между предмасляной и масляной полостями, межроторное лабиринтное уплотнение в воздушном зазоре между ротором низкого давления и ротором высокого давления и питающие форсунки, выполненные в вале ротора низкого давления по его периметру, сообщающие масляную ванну, образованную со стороны внутреннего диаметра вала ротора низкого давления, и воздушный зазор /RU 26819, МПК 7 F02C 7/06, опубликовано 20.12.2002 г./.

Недостатком известного технического решения является большая пропускная способность подвижных уплотнений, выполненных в виде лабиринтных уплотнений, что приводит к поступлению горячего воздуха из предмасляной полости в масляную полость и, в свою очередь, значительно повышает температуру масла в опоре, увеличивает долю испаренного масла и повышает уровень коксования в опоре. Все это увеличивает уровень невосполнимых потерь масла в окружающую среду, снижает работоспособность турбины, уменьшает ее ресурс, требует дополнительных конструктивных мероприятий для восстановления надежности и уменьшения расхода масла двигателя.

Другим недостатком является большой уровень расхода воздуха, насыщенного парами масла из маслосистемы, в окружающую среду, что снижает привлекательность двигателя из-за ухудшения экологической обстановки в окружающей среде, а также увеличивает заметность летательных аппаратов (копоть выхлопа).

Задача изобретения - увеличение ресурса и повышение экологичности двигателя, снижение заметности летательного аппарата в полете.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение расхода масла, в том числе от испарения за счет снижения температуры масла в опоре, а также увеличение ресурса и повышение экологичности двигателя.

Технический результат достигается тем, что известная турбина двухроторного газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус, воздушный коллектор, предмасляную и масляную полости, роторы высокого и низкого давлений, связанные своими цапфами через роликоподшипники и опоры с наружным корпусом, каналы подачи масла в роликоподшипники, масляные уплотнения, установленные между предмасляной и масляной полостью, межроторное лабиринтное уплотнение, расположенное в воздушном зазоре между ротором низкого давления и ротором высокого давления, и питающие форсунки, выполненные в вале ротора низкого давления и сообщающие воздушный зазор с масляной ванной, образованной со стороны внутреннего диаметра вала ротора низкого давления, по предложению снабжена опорной кольцевой обечайкой с радиальным буртом, кольцевой гайкой с радиальным буртом на ее боковой поверхности, опорной втулкой, установленной на вале ротора высокого давления и зафиксированной кольцевой гайкой, и радиально-торцевым масляным уплотнением, расположенным между опорной кольцевой обечайкой и опорной втулкой, причем опорная кольцевая обечайка выполнена за одно целое с валом ротора низкого давления и установлена с образованием верхней масляной ванны между ее радиальным буртом и валом ротора низкого давления, а радиально-торцевое масляное уплотнение выполнено в виде двух подпятников с расположенными между ними графитовыми уплотнительными кольцами и распорной втулкой с фиксирующей пружиной, при этом масляные уплотнения между предмасляной и масляной полостями выполнены в виде браслетных графитовых уплотнений, а в опорной кольцевой обечайке и в подпятнике, прилегающем к торцу вала ротора низкого давления, выполнены отверстия, сообщенные друг с другом, причем кольцевая гайка установлена с образованием средней масляной ванны между ее радиальным буртом и валом ротора высокого давления, а питающие форсунки размещены напротив средней масляной ванны.

Снабжение турбины опорной кольцевой обечайкой с радиальным буртом, выполненной за одно целое с валом ротора низкого давления, и ее размещение позволяет образовать верхнюю масляную кольцевую ванну между валом ротора и радиальным буртом на внутренней стороне кольцевой обечайки и, одновременно, подготовить место для размещения на внешней стороне опорной кольцевой обечайки радиально-торцевого масляного (контактного) уплотнения.

Выполнение радиально-торцевого масляного уплотнения виде двух подпятников с расположенными между ними двумя графитовыми уплотнительными кольцами и распорной пружиной с фиксирующей пружиной, размещение радиально-торцевого масляного уплотнения между опорной кольцевой обечайкой на вале ротора низкого давления и опорной втулкой на вале ротора высокого давления, а также регулируемое натяжение фиксирующей кольцевой гайкой создает дополнительное подвижное уплотнение между предмасляной полостью (с размещенным внутри нее межроторным лабиринтным уплотнением) и масляной полостью. Тем самым уменьшается поступление горячего масла из предмасляной в масляную полость. А так как температура воздуха выше температуры масла, то снижается теплоподвод к маслу, что не позволяет повышаться его температуре.

Выполнение масляных уплотнений между предмасляной и масляной полостями в виде браслетных графитовых (контактных) уплотнений еще больше уменьшает поступление горячего воздуха в масляную полость, что дополнительно препятствует повышению температуры масла. Размещение межроторного лабиринтного уплотнения и радиально-торцевого масляного уплотнения на пути транспортировки воздуха из предмасляной полости в масляную полость, помимо уменьшения расхода горячего воздуха, повышает надежность маслосистемы, так в случае выхода из строя радиально-торцевого масляного уплотнения маслосистема сохранит работоспособность.

Верхняя масляная (кольцевая) ванна, образованная между радиальным буртом опорной кольцевой обечайки и валом ротора низкого давления, принимает масло и эвакуирует его в масляную полость на крейсерских режимах работы турбины. В этом случае масло из средней масляной (кольцевой) ванны, образованной валом ротора высокого давления и радиальным буртом на наружной боковой поверхности кольцевой гайки, начнет переливаться через край в верхнюю масляную полость.

Отверстия, выполненные в одном из подпятников радиально-торцевого масляного уплотнения, и сообщенные с ними отверстия в опорной кольцевой обечайке позволяют сливать остатки масла в масляную полость на крейсерских режимах работ турбины. На режимах работы, близких к максимальным, масло через бурт кольцевой гайки не сливается. Через отверстия, выполненные в одном подпятнике и опорной кольцевой обечайке, воздух проходит в количестве меньшем, чем поступает через браслетные графитовые уплотнения из предмасляной полости в масляную полость.

Средняя масляная кольцевая ванна через систему кольцевых проточек и канавок, выполненных в роторе высокого давления, соединена с форсунками подшипника ротора высокого давления.

Совокупность предложенных элементов конструкции турбины позволяет уменьшить температуру масла и сократить его потери от испарения при различных режимах работы турбины.

Изобретение поясняется приведенными ниже чертежами.

На фиг.1 показан продольный разрез турбины;

на фиг.2 показан элемент турбины с масляной и предмасляной полостями;

на фиг.3 показано сечение с каналами раздачи масла под внутренним кольцом подшипника опоры турбины высокого давления.

Турбина двухроторного газотурбинного двигателя содержит наружный корпус, воздушный коллектор, предмасляную и масляную полости, ротор 1 высокого давления с лабиринтными уплотнениями 2, ротор низкого давления, опорную втулку 3, кольцевую гайку 4, опору 5 турбины высокого давления, каналы.

Также турбина содержит масляные уплотнения, установленные между предмасляной и масляной полостями и выполненные в виде графитовых браслетных (контактных) уплотнений 6 и 7, вал 8 ротора низкого давления с лабиринтными уплотнениями 9, 10, 11, радиально-торцевое масляное уплотнение (с графитовыми уплотнительными кольцами 12, 13), выполненное в виде двух подпятников (втулок) 14, 15, между которыми расположены графитовые уплотнительные кольца 12, 13 и распорная втулка 16 с фиксирующей пружиной 17, опорную кольцевую обечайку 18, имеющую отверстия 19 и радиальный бурт 20. Опорная втулка 3 установлена на вале ротора высокого давления и зафиксирована кольцевой гайкой 4. В подпятнике 14, прилегающем к торцу вала 8 ротора низкого давления, выполнены отверстия 21.

При этом радиально-торцевое масляное уплотнение установлено между опорной кольцевой обечайкой 18 на вале 8 ротора низкого давления и опорной втулкой 3.

Турбина содержит питающие форсунки 22, выполненные в вале 8 ротора низкого давления по его периметру, а также сливные отверстия 23.

Опора 24 турбины низкого давления содержит графитовое браслетное уплотнение 25, форсунки 26 и 27, роликоподшипники 28 и 29, внутреннюю масляную полость 30, масляную полость 31 опоры 24 турбины низкого давления и предмасляную полость 32. Сливные отверстия 23 сообщены с внутренней масляной полостью 30. Для поступления масла в роликоподшипники 28 и 29 в турбине имеются соответствующие каналы подачи масла (не показаны).

Отверстия 19 в опорной кольцевой обечайке 18 и отверстия 21 в подпятнике 14 сообщаются друг с другом и с масляными полостями.

Роторы высокого и низкого давлений связаны своими цапфами через роликоподшипники 28, 29 и опоры с наружным корпусом.

Кольцевая гайка 4 выполнена с радиальным буртом 33 (см. фиг.2) по ее наружной боковой поверхности и установлена с образованием средней масляной (кольцевой) ванны 34 между ее радиальным буртом 33, направленным в сторону питающих форсунок 22, и валом 8 ротора высокого давления. Питающие форсунки 22 размещены напротив средней масляной ванны 34.

Опорная кольцевая обечайка 18 выполнена за одно целое с валом 8 ротора низкого давления и установлена с образованием между ее радиальным буртом 20, направленным в сторону форсунок 22, и валом 8 ротора низкого давления верхней масляной (кольцевой) ванны 35.

Питающие форсунки 22 выполнены в вале 8 ротора низкого давления таким образом, что сообщают воздушный зазор, выполненный между ротором низкого давления и ротором высокого давления, с масляной ванной, образованной со стороны внутреннего диаметра вала 8 ротора низкого давления.

Турбина двухроторного газотурбинного двигателя работает следующим образом.

При работе на максимальных режимах масло подается форсункой 27 через питающие форсунки 22 вала 8 в среднюю масляную ванну 34 и далее на роликоподшипник 28 через систему кольцевых и наклонных проточек. Затем масло, после прохождения роликоподшипника 28, в виде пены поступает в масляную полость 30. При этом горячий воздух проходит через лабиринтные уплотнения 9,10, попадает в предмасляную полость 32, задерживается графитовым уплотнительным кольцом 12 радиально-торцевого уплотнения и дросселируется через отверстие 19.

На крейсерских режимах расход масла на роликоподшипник 28 уменьшается, заполняется внутренняя масляная ванна 34, а неиспользованное масло переливается через бурт 33 кольцевой гайки 4 в верхнюю масляную ванну 35. Расход масла дросселируется отверстием 19, расположенным в опорной кольцевой обечайке 18 вала 8 ротора низкого давления, при этом запирается воздух графитовым кольцом 12 радиально-торцевого уплотнения и маслом, находящимся в верхней масляной ванне 35.

Предложенная конструкция позволяет уменьшить подогрев масла во внутренней масляной полости, уменьшить невозвратный расход масла, а также позволяет повысить экологичность двигателя и уменьшить его заметность.

Турбина двухроторного газотурбинного двигателя содержит наружный корпус, воздушный коллектор, предмасляную и масляную полости, роторы высокого и низкого давлений, каналы подачи масла в роликоподшипники, масляные уплотнения, межроторное лабиринтное уплотнение, питающие форсунки. В соответствии с заявленным предложением турбина снабжена опорной кольцевой обечайкой с радиальным буртом, кольцевой гайкой с радиальным буртом на ее боковой поверхности, опорной втулкой и радиально-торцевым масляным уплотнением. Опорная втулка установлена на вале ротора высокого давления и зафиксирована кольцевой гайкой. Опорная кольцевая обечайка выполнена за одно целое с валом ротора низкого давления и установлена с образованием верхней масляной ванны. Радиально-торцевое масляное уплотнение выполнено в виде двух подпятников с расположенными между ними графитовыми уплотнительными кольцами и распорной втулкой с фиксирующей пружиной. Масляные уплотнения между предмасляной и масляной полостями выполнены в виде браслетных графитовых уплотнений. В опорной кольцевой обечайке и в подпятнике, прилегающем к торцу вала ротора низкого давления, выполнены отверстия, сообщенные друг с другом. Кольцевая гайка установлена с образованием средней масляной ванны. Питающие форсунки размещены напротив средней масляной ванны. Позволяет уменьшить подогрев масла в масляной полости, уменьшить невозвратный расход масла, позволяет повысить экологичность двигателя и уменьшить его заметность. 3 ил.

Турбина двухроторного газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус, воздушный коллектор, предмасляную и масляную полости, роторы высокого и низкого давлений, связанные своими цапфами через роликоподшипники и опоры с наружным корпусом, каналы подачи масла в роликоподшипники, масляные уплотнения, установленные между предмасляной и масляной полостью, межроторное лабиринтное уплотнение, расположенное в воздушном зазоре между ротором низкого давления и ротором высокого давления, и питающие форсунки, выполненные в вале ротора низкого давления и сообщающие воздушный зазор с масляной ванной, образованной со стороны внутреннего диаметра вала ротора низкого давления, отличающаяся тем, что турбина снабжена опорной кольцевой обечайкой с радиальным буртом, кольцевой гайкой с радиальным буртом на ее боковой поверхности, опорной втулкой, установленной на вале ротора высокого давления и зафиксированной кольцевой гайкой, и радиально-торцевым масляным уплотнением, расположенным между опорной кольцевой обечайкой и опорной втулкой, причем опорная кольцевая обечайка выполнена за одно целое с валом ротора низкого давления и установлена с образованием верхней масляной ванны между ее радиальным буртом и валом ротора низкого давления, а радиально-торцевое масляное уплотнение выполнено в виде двух подпятников с расположенными между ними графитовыми уплотнительными кольцами и распорной втулкой с фиксирующей пружиной, при этом масляные уплотнения между предмасляной и масляной полостями выполнены в виде браслетных графитовых уплотнений, а в опорной кольцевой обечайке и в подпятнике, прилегающем к торцу вала ротора низкого давления, выполнены отверстия, сообщенные друг с другом, причем кольцевая гайка установлена с образованием средней масляной ванны между ее радиальным буртом и валом ротора высокого давления, а питающие форсунки размещены напротив средней масляной ванны.