Заявляемое изобретение относится к системам охлаждения тепловых двигателей, а именно, двухконтурных газотурбинных двигателей и стационарных газотурбинных установок. Преимущественной областью применения являются многорежимные газотурбинные двигатели с форсажной камерой сгорания боевых маневренных самолетов.
Известен двухконтурный турбореактивный двигатель (патент РФ №2 618 993 С1, опубликован 11.05.2017), являющийся наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения.
Недостатками известного устройства является неэффективная система охлаждения. Подвод охлаждающего воздуха к передней полости рабочей лопатки турбины организован через безлопаточный диффузор и далее по круглым каналам подвода, что приводит к повышению давления и существенному повышению температуры охлаждающего воздуха за счет центробежной подкачки, то есть при движении охлаждающего воздуха от аппарата закрутки к входу в полость охлаждения лопатки с определенной абсолютной скоростью, относительная температура охлаждающего воздуха будет расти, так как она зависит от скорости потока относительно точки на диске в которой измеряется температура, а окружная скорость входа в полость охлаждения значительно выше окружной скорости точки на диске, напротив выхода из аппарата закрутки, поэтому относительная скорость охлаждающего потока и, следовательно, его относительная температура на входе в полость охлаждения будут значительно выше. Подвод охлаждающего воздуха в заднюю полость охлаждения лопатки с помощью направляющего аппарата так же поспособствует подогреву охлаждающего воздуха. Не предусмотрено отключение подвода охлаждающего воздуха на режимах с низкой частотой вращения и температурой, это приведет к необоснованно высокому расходу охлаждающего воздуха на режимах с низкой частотой вращения роторов и низких температур в проточной части турбины и, соответственно, не будет способствовать высокому коэффициенту полезного действия (КПД) и высокой экономичности двигателя. Неоптимальное распределение охлаждающего воздуха и недостаточное использование уплотнений в полостях воздушной системы приведет к повышенному расходу охлаждающего воздуха, большим утечкам в проточную часть и высокому значению осевых сил, действующих на турбину, все это также негативно скажется на ресурсе и КПД двигателя. Кроме того, в двигателе применена сложная конструкция разделения полостей охлаждения рабочей лопатки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретения являются повышение КПД двигателя, а также увеличение ресурса и упрощение конструкции лопатки.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение тягово-мощностных и экономических характеристик двигателя. Увеличение ресурса двигателя за счет более оптимального подвода и распределения охлаждающего воздуха в системе охлаждения и снижения величины осевых сил, действующих на подшипник ротора высокого давления (РВД).
Предложенные изменения позволяют добиться снижения температуры, охлаждающего лопатки турбины, и препятствуют втеканию горячего газа в отверстия на входной кромке и корыте лопатки турбины высокого давления на режимах минимального охлаждения, а, соответственно, и последующему прогару лопатки в этих областях. Изменение системы подвода охлаждающего воздуха позщволяет:
снизить температуры на входе в полости охлаждения лопаток, что приведет к увеличению коэффициента интенсивности охлаждения лопаток, уменьшить расход охлаждающего воздуха, что обеспечит увеличение КПД турбины;
снизить расход охлаждающего воздуха при частичном отключении охлаждения, что обеспечит увеличение полного КПД двигателя, его удельной тяги и экономичности;
препятствовать втеканию горячего газа в полости воздушной системы и в полости охлаждения лопаток из проточной части на режимах минимального охлаждения двигателя и снизить величину осевых сил, действующих на подшипник РВД на максимальных режимах, что обеспечит увеличение ресурса двигателя.
Технический результат достигается тем, что система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя включает турбину высокого давления, снабженную сопловым аппаратом, транзитным каналом, полостями охлаждения, аппаратом закрутки в системе подвода охлаждающего воздуха высокого давления, сообщенного с транзитным каналом и с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, при этом, рабочая лопатка разделена перегородкой на две части переднюю и заднюю, передняя часть разделена дефлектором на часть, примыкающую к входной кромке, и часть, примыкающую к корыту, задняя - на часть, примыкающую к спинке, и часть, примыкающую к выходной кромке;
турбину низкого давления, снабженную сопловым аппаратом, полостью охлаждения соплового аппарата, двумя транзитными каналами, вход которых сообщен с системой подвода охлаждающего воздуха низкого давления, при этом выход первого транзитного канала сообщен с аппаратом закрутки, соединенным с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, и с аппаратом закрутки, соединенным с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, а выход второго транзитного канала сообщен с междисковой полостью, при этом полость с аппаратами закрутки отделена от остальной междисковой полости стенкой;
систему управления охлаждением, состоящую из двух клапанных аппаратов отключения, при этом, в системе подвода охлаждающего воздуха высокого давления над задней полостью охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления установлен клапанный аппарат отключения, а в системе подвода охлаждающего воздуха низкого давления клапанный аппарат отключения установлен над каналом, сообщенным с полостью охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления и с транзитным каналом, соединенным с задней полостью охлаждения лопатки турбины высокого давления и с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, кроме того, система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления и с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления через аппараты закрутки прямо под замком лопатки у входа в полости охлаждения; над всеми аппаратами закрутки у осевых зазоров установлены лабиринтные уплотнения, а под всеми аппаратами закрутки установлены щеточные уплотнения.
В частном случае задняя полость охлаждения сопловой лопатки и передняя полость охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления сообщаются с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, соединенной входом с вторичной зоной камеры сгорания; при этом у осевого зазора за последней ступенью компрессора установлено динамическое уплотнение, которое представляет собой отверстие в корпусе камеры сгорания напротив осевого зазора, под динамическим уплотнением установлено ступенчатое щеточное уплотнение.
В другом частном случае задняя полость охлаждения сопловой лопатки и передняя полость охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления сообщаются с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, соединенной входом с промежуточной ступенью компрессора; при этом за последней ступенью компрессора находится думисная полость, а у осевого зазора за последней ступенью компрессора установлен думисный лабиринт.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 приведена конструктивная схема турбины двухконтурного турбореактивного двигателя, в которой система подвода охлаждающего воздуха высокого давления сообщается своим входом с вторичной зоной камеры сгорания, а система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора.
На фиг. 2 приведена конструктивная схема турбины двухконтурного турбореактивного двигателя, в которой система подвода охлаждающего воздуха высокого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора, а система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора с порядковым номером меньшим, чем порядковый номер ступени, сообщенной с системой высокого давления.
На фиг. 3 приведена конструктивная схема источников отбора охлаждающего воздуха для системы охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя, в которой система подвода охлаждающего воздуха высокого давления сообщается своим входом с вторичной зоной камеры сгорания, а система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора, у осевого зазора за последней ступенью компрессора установлено динамическое уплотнение, которое представляет собой отверстие в корпусе камеры сгорания напротив осевого зазора и ступенчатое щеточное уплотнение под ним.
На фиг. 4 приведена конструктивная схема думисной полости двухконтурного турбореактивного двигателя, в которой система подвода охлаждающего воздуха высокого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора, а система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается своим входом с промежуточной ступенью компрессора с порядковым номером меньшим, чем порядковый номер ступени, сообщенной с системой высокого давления.
На фиг. 5 приведен продольный разрез профиля рабочей лопатки турбины высокого давления.
Описание технического решения.
Двухконтурный турбореактивный двигатель включает компрессор, камеру сгорания, турбину высокого давления, сопловой аппарата турбины высокого давления с транзитным каналом и передней и задней полостями охлаждения соплового аппарата. Клапанный аппарат отключения (1) установлен над входом в заднюю полость охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления. В системе подвода охлаждающего воздуха высокого давления установлен аппарат закрутки (2), сообщенный с транзитным каналом (3) в сопловом аппарате турбины высокого давления и с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления. Передняя полость разделена дефлектором (22) на две части: часть, примыкающую к отверстиям во входной кромке, соединенную через эти отверстия и отверстия в верхнем торце лопатки (4) с проточной частью турбины, а также часть, примыкающую к отверстиям в корыте, соединенную через эти отверстия с проточной частью. Над аппаратом закрутки установлен ступенчатый лабиринт (5). Под аппаратом закрутки (2) установлено, щеточное уплотнение (6).
Турбина низкого давления содержит сопловой аппарат с полостью охлаждения, сообщенной с проточной частью турбины через выходную кромку. В сопловом аппарате турбины низкого давления выполнены два транзитных канала, вход которых сообщен с системой подвода охлаждающего воздуха низкого давления, а выход одного из транзитных каналов сообщен с аппаратом закрутки (7), соединенным с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления и с аппаратом закрутки (8), соединенным с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления. Выход из второго транзитного канала (9) сообщен с остальной междисковой полостью. Полость с аппаратами закрутки отделена от остальной междисковой полости стенкой (10).
Клапанный аппарат отключения (11) установлен над каналом (12), соединенным с полостью охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления и транзитным каналом соплового аппарата турбины низкого давления, сообщенным с аппаратом закрутки (7). Ступенчатые лабиринты (13,14) установлены над аппаратами закрутки. Щеточные уплотнения (15,16) установлены под ними. Перегородки (21) разделяет переднюю и заднюю полости охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления. Задняя полость разделяется дефлектором (23) на две части. Первая часть, прилегает к отверстиям в спинке и верхнем торце лопатки и соединена входом с системой подвода воздуха низкого давления, а выходом из отверстий в спинке и верхнем торце (4) с проточной частью турбины. Вторая часть, прилегает к выходной кромке и соединена через отверстия в выходной кромке с проточной частью турбины. Полость охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления сообщена с проточной частью через отверстия в верхнем торце.
В первом случае, система подвода воздуха высокого давления, включающая в себя последовательно расположенные транзитный канал (3) соплового аппарата турбины высокого давления и аппарат закрутки (2), сообщена входом с одной из промежуточных ступеней компрессора (25), а выходом с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления.
Во втором случае, система подвода воздуха высокого давления, включающая в себя последовательно расположенные транзитный канал (3) соплового аппарата турбины высокого давления и аппарат закрутки (2), сообщена входом с вторичной зоной камеры сгорания (17), а выходом с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления.
Система подвода воздуха низкого давления, включающая в себя последовательно расположенные клапанный аппарат отключения (11), транзитный канал соплового аппарата турбины низкого давления и аппараты закрутки (7,8), входом сообщена с одной из промежуточных ступеней компрессора (24), порядковым номером ступени меньшим, чем ступень (25) с которой сообщена система подвода воздуха высокого давления, а выходом с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, так же выход системы подвода низкого давления соединен с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления.
Система подвода воздуха низкого давления, включающая в себя последовательно расположенные клапанный аппарат отключения (11), транзитный канал соплового аппарата турбины низкого давления и аппараты закрутки (7,8), входом сообщена с промежуточной ступенью компрессора (18), а выходом с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления и полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления;
При соединении входов в системы подвода воздуха низкого (24) и высокого (25) давления с промежуточными ступенями компрессора, думисная полость может быть также соединена с одной из промежуточных ступеней компрессора (26), с порядковым номером больше чем номер ступени из которой отбирается воздух в систему подвода воздуха низкого давления.
При соединении входа в систему подвода воздуха высокого давления с вторичной зоной камеры сгорания и входа в систему подвода воздуха низкого давления с промежуточной ступенью компрессора, вместо думисного лабиринта, у осевого зазора за последней ступенью компрессора может быть установлено динамическое уплотнение, которое представляет собой отверстие (19) в корпусе камеры сгорания, расположенное напротив осевого зазора, соединенное входом с вторичной зоной камеры сгорания, а выходом с осевым зазором за последней ступенью компрессора. Под этим уплотнением может быть установлено ступенчатое щеточное уплотнение (20).
Вход в транзитный канал (3) соплового аппарата турбины высокого давления выполнен перед клапанным аппаратом отключения (1).
Клапанный аппарат отключения (1) в системе подвода высокого давления отключает подачу воздуха в заднюю полость охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления.
Аппарат закрутки (2) системы подвода охлаждающего воздуха высокого давления установлен под замком рабочей лопатки турбины высокого давления у входа в переднюю полость охлаждения;
Потоки в системе подвода охлаждающего воздуха низкого давления разделены. Один транзитный канал (9) наддувает междисковую полость, другой транзитный канал сообщен с полостью перед аппаратами закрутки (7,8), которая отделена от остальной междисковой полости стенкой (10). Через аппараты закрутки (7,8) транзитный канал сообщен с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления и с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, так же этот поток подается в полость охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления.
Клапанный аппарат отключения (11) установлен над входом в полость охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления и над транзитным каналом системы подвода низкого давления, сообщенным с аппаратом закрутки (7), который соединен с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, и с аппаратом закрутки (8), который соединен с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления.
Один из аппаратов закрутки (7) системы подвода низкого давления установлен непосредственно под замком рабочей лопатки турбины высокого давления у входа в заднюю полость охлаждения, второй аппарат закрутки (8) под замком рабочей лопатки турбины низкого давления у входа в полость охлаждения.
Система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя на режимах высоких температур и высокой частоты вращения роторов работает следующим образом.
Охлаждающий воздух поступает в систему подвода охлаждающего воздуха высокого давления из вторичной зоны камеры сгорания или из промежуточной ступени компрессора и, далее, поступает в коллектор, за коллектором разделяется на заднюю полость охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления и транзитный канал (3) соплового аппарата турбины высокого давления, сообщенный последовательно с аппаратом закрутки (2) и с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, разделенной дефлектором (22) на две части. Из второй части, прилегающей к отверстиям в корыте, охлаждающий воздух через отверстия во входной кромке, корыте и верхнем торце лопатки (4) выдувается в проточную часть турбины, образуя защитную пленку на поверхности профиля лопатки. Передняя полость соплового аппарата турбины высокого давления через кольцевые каналы во фронтальном торце полки соплового аппарата охлаждается воздухом из вторичной зоны камеры сгорания. Верхняя часть транзитного канала (3) заделана в верхней стенке соплового аппарата турбины высокого давления, перед клапанным аппаратом отключения (1), установленным над задней полостью охлаждения соплового аппарата. Нижняя часть транзитного канала (3) закреплена в стенке нижнего торца соплового аппарата. Над аппаратом закрутки (2), для минимизации утечек из полостей воздушной системы в осевой зазор, установлен ступенчатый лабиринт (5). Под аппаратом закрутки для уменьшения расхода охлаждающего воздуха и снижения осевых сил, действующих на турбину высокого давления установлено щеточное уплотнение (6).
В схеме с динамическим уплотнением у осевого зазора за последней ступенью компрессора (фиг. 1, 3) воздух из отверстия (19) в камере сгорания попадает в осевой зазор и через ступенчатые щеточные уплотнения (20) в полость между корпусом камеры сгорания и валом РВД, затем через щеточное уплотнение (6) к выходу из аппарата закрутки (2).
В схеме с думисной полостью фиг. 2, 4, через щеточное уплотнение и лабиринт (27) установленный на валу ротора высокого давления воздух поступает в думисную полость, откуда, совместно с воздухом из-за последней ступени компрессора, поступающим через думисный лабиринт, подается в промежуточную ступень компрессора. В междисковую полость охлаждающий воздух отбирается от промежуточной ступени компрессора.
В системе подвода охлаждающего воздуха низкого давления воздух поступает в коллектор над сопловым аппаратом, где распределяется на два канала. Через один канал (12) воздух поступает в полость охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления, которая через отверстия в выходной кромке соединена с проточной частью, и в транзитный канал. Через второй канал воздух поступает в транзитный канал (9), который сообщается через аппарат закрутки (7) с задней полостью лопатки турбины высокого давления. Через отверстия в спинке, выходной кромке и верхнем торце (4) задняя полость охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления соединена с проточной частью. Через аппарат закрутки (8) транзитный канал сообщается с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, которая через отверстия в верхнем торце соединена с проточной частью. Над аппаратом закрутки (7) для минимизации утечек в проточную часть турбины и снижения расхода охлаждающего воздуха установлен ступенчатый лабиринт (13). Для снижения расхода охлаждающего воздуха и снижения осевых сил, действующих на подшипник РВД, под аппаратом закрутки (7) установлено щеточное уплотнение (15). Над аппаратом закрутки (8) для минимизации утечек в проточную часть турбины и снижения расхода охлаждающего воздуха установлен ступенчатый лабиринт (14). Для снижения расхода охлаждающего воздуха и снижения осевых сил, действующих на турбину низкого давления, под аппаратом закрутки (8) установлено щеточное уплотнение (16). Через транзитный канал (9) воздух поступает на наддув междисковой полости.
Передняя полость в рабочей лопатке турбины высокого давления, с одной стороны, сообщается с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, а с другой стороны через отверстия во входной кромке, корыте и верхнем торце (4) лопатки соединена с проточной частью турбины. Задняя полость, с одной стороны сообщается с системой подвода охлаждающего воздуха низкого давления, а с другой стороны через отверстия в спинке, выходной кромке и верхнем торце (4) лопатки соединена с проточной частью турбины.
На режимах низких температур газа в проточной части турбины и низкой частоты вращения роторов система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя работает следующим образом.
Над каналом, из которого воздух поступает в заднюю полость охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления установлены клапанные аппараты отключения (1), задняя полость соплового аппарата турбины высокого давления изолирована стенкой снизу. Вход в транзитный канал (3) находится перед клапанным аппаратом отключения (1), а выход заделан в стенке нижнего торца соплового аппарата и сообщен с аппаратом закрутки (2). Таким образом, потоки охлаждения передней полости рабочей лопатки и задней полости соплового аппарата разделены, что позволяет производить частичное отключение охлаждения исключительно в задней полости соплового аппарата, где для препятствования втеканию горячего газа из проточной части достаточного малого расхода и давления охлаждающего воздуха, передняя же полость рабочей лопатки турбины высокого давления и осевой зазор будут непрерывно обеспечиваться воздухом с достаточным для препятствования втеканию горячего газа давлением.
Над каналом, сообщенным с полостью охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления, задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, так же установлен клапанный аппарат отключения (11). Это позволяет частично отключать охлаждение полости соплового аппарата турбины низкого давления, задней полости рабочей лопатки турбины высокого давления, и полости рабочей лопатки турбины низкого давления, так как в них достаточно малого расхода и давления воздуха для препятствования втеканию горячего газа из проточной части. Осевые зазоры междисковой полости будут непрерывно наддуваться воздухом из транзитного канала (9) для препятствования втеканию горячего газа из проточной части. Разделение потоков осуществляется за счет того, что полость с аппаратами закрутки (7,8) отделена от междисковой полости стенкой (10), транзитный канал (9) сообщенный с междисковой полостью заделан своим выходом в стенку (10). Над входом в этот транзитный канал не установлен клапанный аппарат отключения, поэтому междисковая полость будет непрерывно наддуваться воздухом на всех режимах работы.
Реализация данного изобретения позволяет увеличить ресурс лопатки, упростить ее конструкцию, повысить КПД двигателя, его удельную тягу и экономичность. Увеличение ресурса лопатки достигается за счет подвода более холодного воздуха, что осуществляется отказом от покрывного диска и отверстия подвода охлаждающего воздуха, который поступает из аппарата закрутки под замок лопатки непосредственно на вход в полость охлаждения. Так же увеличению ресурса способствует оптимальное распределение воздуха в лопатке, которое обеспечивается разделением внутренней полости перегородкой на переднюю полость с входной кромкой и корытом и заднюю полость со спинкой и выходной кромкой, а так же соединением передней полости с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, а задней с системой подвода охлаждающего воздуха низкого давления, что позволяет создать достаточное давление в отверстиях на профиле лопатки и сформировать равномерную защитную пленку по всей поверхности профиля. За счет избирательного отключения охлаждения, передняя полость в которой существует риск втекания горячего газа из проточной части наддувается постоянно, что исключает возможность втекания горячего газа и положительно сказывается на ресурсе лопатки. Кроме того, увеличению ресурса лопатки способствует применение отверстий в верхнем торце рабочей лопатки, за счет которых осуществляется эффективное охлаждение лопатки по всей высоте пера. Конструкция упрощена за счет замены нескольких перегородок в полости лопатки одной. Расход охлаждающего воздуха на всех режимах работы двигателя снижается за счет эффективного использования уплотнений в области аппаратов закрутки и осевых зазоров, на режимах низких температур в проточной части и низких частот вращения ротора существенное снижение отбора охлаждающего воздуха достигается избирательным частичным отключением охлаждения во всех полостях лопаток, в которых достаточно минимального расхода и давления охлаждающего воздуха для препятствования втеканию горячего газа из проточной части. Уменьшение отбора охлаждающего воздуха и снижение утечек в проточную часть турбины увеличивает КПД компрессора и турбины соответственно, что приведет к повышению КПД двигателя, его экономичности и удельной тяги.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2013 |
|
RU2529269C1 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2450143C1 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2450141C1 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2450142C1 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2450144C1 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2009 |
|
RU2414615C1 |
Двухконтурный турбореактивный двигатель | 2015 |
|
RU2618993C1 |
ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2490490C1 |
Двухконтурный газотурбинный двигатель | 2020 |
|
RU2755449C1 |
ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2459967C1 |
Изобретение относится к системам охлаждения тепловых двигателей, а именно двухконтурных газотурбинных двигателей и стационарных газотурбинных установок. В системе предложено использовать более оптимальный подвод и распределение охлаждающего воздуха в системе охлаждения и снижения величины осевых сил, действующих на подшипник ротора высокого давления (РВД). Изобретение позволит снизить температуру на входе в полости охлаждения лопаток, уменьшить расход охлаждающего воздуха, снизить расход охлаждающего воздуха при частичном отключении охлаждения, препятствовать втеканию горячего газа в полости воздушной системы и в полости охлаждения лопаток из проточной части на режимах минимального охлаждения двигателя и снизить величину осевых сил, действующих на подшипник РВД. Техническим результатом является повышение КПД, удельной тяги и экономичности двигателя на крейсерских режимах работы при сохранении значений этих параметров на максимальных режимах, а также увеличение ресурса двигателя. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя, включающая
турбину высокого давления, снабженную сопловым аппаратом, транзитным каналом, полостями охлаждения, аппаратом закрутки в системе подвода охлаждающего воздуха высокого давления, сообщенного с транзитным каналом и с передней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, при этом рабочая лопатка разделена перегородкой на две части переднюю и заднюю, передняя часть разделена дефлектором на часть, примыкающую к входной кромке, и часть, примыкающую к корыту, задняя – на часть, примыкающую к спинке, и часть, примыкающую к выходной кромке;
турбину низкого давления, снабженную сопловым аппаратом, полостью охлаждения соплового аппарата, двумя транзитными каналами, вход которых сообщен с системой подвода охлаждающего воздуха низкого давления, при этом выход первого транзитного канала сообщен с аппаратом закрутки, соединенным с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления, и с аппаратом закрутки, соединенным с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, а выход второго транзитного канала сообщен с междисковой полостью, при этом полость с аппаратами закрутки отделена от остальной междисковой полости стенкой;
систему управления охлаждением, состоящую из двух клапанных аппаратов отключения, при этом в системе подвода охлаждающего воздуха высокого давления над задней полостью охлаждения соплового аппарата турбины высокого давления установлен клапанный аппарат отключения, а в системе подвода охлаждающего воздуха низкого давления клапанный аппарат отключения установлен над каналом, сообщенным с полостью охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления и с транзитным каналом, соединенным с задней полостью охлаждения лопатки турбины высокого давления и с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, кроме того, система подвода охлаждающего воздуха низкого давления сообщается с задней полостью охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления и с полостью охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления через аппараты закрутки прямо под замком лопатки у входа в полости охлаждения; над всеми аппаратами закрутки у осевых зазоров установлены лабиринтные уплотнения, а под всеми аппаратами закрутки установлены щеточные уплотнения.
2. Система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что задняя полость охлаждения сопловой лопатки и передняя полость охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления сообщаются с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, соединенной входом с вторичной зоной камеры сгорания;
при этом у осевого зазора за последней ступенью компрессора установлено динамическое уплотнение, которое представляет собой отверстие в корпусе камеры сгорания напротив осевого зазора, под динамическим уплотнением установлено ступенчатое щеточное уплотнение.
3. Система охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что задняя полость охлаждения сопловой лопатки и передняя полость охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления сообщаются с системой подвода охлаждающего воздуха высокого давления, соединенной входом с промежуточной ступенью компрессора;
при этом за последней ступенью компрессора находится думисная полость, а у осевого зазора за последней ступенью компрессора установлен думисный лабиринт.
Двухконтурный турбореактивный двигатель | 2015 |
|
RU2618993C1 |
ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2459967C1 |
US 11692448 B1, 04.08.2023 | |||
US 2017167273 A1, 15.06.2017 | |||
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ИКРЫ ЛАГЕНАРИЕВОЙ ВИТАМИНИЗИРОВАННОЙ | 2012 |
|
RU2508733C1 |
СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2008 |
|
RU2387846C1 |
Авторы
Даты
2024-02-16—Публикация
2023-09-28—Подача