ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК F01D25/16 F02C7/06 F02C7/47 

Изобретение относится к турбореактивным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен турбореактивный двигатель высокой степени двухконтурности, включающий в себя вентилятор и компрессор низкого давления, а также обтекатель, установленный на рабочем колесе вентилятора (С.А. Вьюнов «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.67 рис.3.11).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за образования льда на поверхности входного обтекателя и дальнейшей поломки компрессора из-за попадания льда на вход в компрессор.

Наиболее близким к заявляемому является турбореактивный двигатель высокой степени двухконтурности с необогреваемым входным обтекателем, установленным на рабочем колесе вентилятора, а также с компрессором низкого давления и с компрессором высокого давления (патент US №6708482, МПК: F01D 25/16, 25/28, 5/06).

Недостатком конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность лабиринтного уплотнения масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора, а также возможность обледенения входного обтекателя вентилятора с дальнейшим попаданием льда в компрессор низкого давления.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности турбореактивного двигателя путем повышения эффективности лабиринтного уплотнения масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора, а также путем исключения образования льда за счет обогрева обтекателя вентилятора воздухом из-за компрессора высокого давления с возможностью переключения на воздух из-за промежуточной ступени компрессора высокого давления.

Указанный технический результат достигается тем, что в турбореактивном двигателе, включающем вентилятор с входным обтекателем на рабочем колесе и радиально-упорный подшипник с лабиринтными уплотнениями масляной полости, а также компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, с передней стороны лабиринтных уплотнений последовательно расположены кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления и кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления, причем кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления на выходе через лабиринтные уплотнения соединена с масляной полостью, а на входе - через трубы, расположенные в каналах опоры масляной полости радиально-упорного подшипника, незамкнутый коллектор и трубу в масляной полости - с периферийной полостью проточной части компрессора низкого давления на его выходе, при этом кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления соединена на выходе с воздушными полостями входного обтекателя, а на входе - через разрыв незамкнутого коллектора и трубу в масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора - с проточной частью на выходе компрессора высокого давления.

Расположение последовательно с передней стороны лабиринтных уплотнений кольцевой полости охлаждающего воздуха повышенного давления и кольцевой полости обогревающего воздуха повышенного давления исключает попадание горячего воздуха в масляную полость при включенной системе обогрева входного обтекателя и исключает вытекание масла из масляной полости подшипника при выключенной системе обогрева входного обтекателя.

Соединение кольцевой полости охлаждающего воздуха повышенного давления на выходе через лабиринтные уплотнения с масляной полостью, а на входе - через трубы, расположенные в каналах опоры масляной полости, незамкнутый коллектор и трубу в масляной полости - с периферийной полостью проточной части компрессора низкого давления на его выходе предотвращает попадание масла из масляной полости в газовоздушный тракт двигателя, что повышает его надежность.

Расположение в каналах опоры масляной полости радиально-упорного подшипника незамкнутого коллектора обеспечивает минимальные гидравлические потери воздуха, идущего на наддув лабиринтных уплотнений из-за компрессора низкого давления.

Соединение кольцевой полости обогревающего воздуха повышенного давления на выходе с воздушными полостями входного обогревателя, а на входе - через разрыв незамкнутого коллектора и трубу в масляной полости радиально-упорного подшипника - с проточной частью на выходе компрессора высокого давления обеспечивает отбор воздуха на обогрев из-за компрессора высокого давления с возможностью переключения отбора на промежуточную ступень, что исключает перегрев вала вентилятора и входного обтекателя на повышенных режимах работы газотурбинного двигателя, что также повышает его надежность.

На фиг.1 изображен продольный разрез турбореактивного двигателя.

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

На фиг.3 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде в другом радиальном сечении.

Турбореактивный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 с входным обтекателем 3 на рабочем колесе 4 и с радиально-упорным подшипником 5 с лабиринтными уплотнениями 6 масляной полости 7 подшипника 5, а также из компрессора низкого давления 8 и из компрессора высокого давления 9. С передней стороны 10 лабиринтных уплотнений 6 последовательно расположены кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления 11 и кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления 12, причем кольцевая полость 11 на выходе через лабиринтные уплотнения 6 соединена с масляной полостью 7 подшипника 5, а на входе, через трубы 13, расположенные в каналах 14 опоры масляной полости 7, незамкнутый коллектор 15 и трубу 16, расположенную в масляной полости 7 подшипника 5 - с периферийной полостью 17 проточной части 18 компрессора низкого давления 8 на его выходе 19. Кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления 12 на выходе через каналы 20 в валу 21 вентилятора 2 и трубы 22 соединена с воздушными полостями 23 входного обтекателя 3, а на входе, через разрыв 24 в незамкнутом коллекторе 15 и трубу 25 в масляной полости 7 подшипника 5 - с проточной частью 26 компрессора высокого давления 9 на его выходе 27, с возможностью переключения отбора воздуха на промежуточную ступень 28 компрессора высокого давления 9.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя 1 лабиринтное уплотнение 6 масляной полости 7 радиально-упорного подшипника 5 уплотнено избыточным давлением холодного воздуха, поступающего из кольцевой периферийной полости 17 на выходе 19 из компрессора низкого давления в кольцевую полость охлаждающего воздуха 11, что предотвращает попадание масла из масляной полости 7 в газовоздушный тракт двигателя 1.

При возникновении опасности обледенения - например, при снижении температуры атмосферного воздуха и при повышении его влажности, в кольцевую полость 12 по трубе 25 подается из-за компрессора высокого давления 9 горячий воздух, который далее поступает в воздушные полости 23 входного обтекателя 3, подогревая его и предотвращая тем самым его обледенение. В случае, если режим работы двигателя оказался высоким и температура воздуха за компрессором излишне высока и может уменьшить прочность деталей вентилятора, отбор воздуха переключается на промежуточную ступень 28 компрессора высокого давления 9, где температура отбираемого воздуха ниже.

Турбореактивный двигатель включает в себя вентилятор (2) с входным обтекателем (3) на рабочем колесе (4) и радиально-упорный подшипник (5) с лабиринтными уплотнениями масляной полости (7), а также компрессор низкого давления (8) и компрессор высокого давления (9). С передней стороны лабиринтных уплотнений последовательно расположены кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления и кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления. Кольцевая полость охлаждающего воздуха на выходе через лабиринтные уплотнения соединена с масляной полостью, а на входе - через трубы, расположенные в каналах опоры масляной полости, незамкнутый коллектор и трубу в масляной полости - с периферийной полостью (17) проточной части (18) компрессора низкого давления (8) на его выходе (19). Кольцевая полость обогревающего воздуха соединена на выходе с воздушными полостями (23) входного обтекателя (3), а на входе - через разрыв незамкнутого коллектора и трубу (25) в масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора - с проточной частью (26) на выходе (27) компрессора высокого давления (9). Достигается повышение надежности двигателя за счет противообледенительного обогрева обтекателя вентилятора и повышения эффективности лабиринтного уплотнения масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора. 3 ил.

Турбореактивный двигатель, содержащий вентилятор с входным обтекателем на рабочем колесе и радиально-упорный подшипник с лабиринтными уплотнениями масляной полости, а также компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, отличающийся тем, что с передней стороны лабиринтных уплотнений последовательно расположены кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления и кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления, причем кольцевая полость охлаждающего воздуха повышенного давления на выходе через лабиринтные уплотнения соединена с масляной полостью, а на входе - через трубы, расположенные в каналах опоры масляной полости радиально-упорного подшипника, незамкнутый коллектор и трубу в масляной полости радиально-упорного подшипника - с периферией проточной части компрессора низкого давления на его выходе; кольцевая полость обогревающего воздуха повышенного давления соединена на выходе с внутренними полостями входного обтекателя, а на входе - через трубу в разрыве незамкнутого коллектора и трубу в масляной полости радиально-упорного подшипника вентилятора - с проточной частью компрессора высокого давления на его выходе, с возможностью переключения на промежуточную ступень компрессора высокого давления.