Газотурбинная установка Советский патент 1991 года по МПК F02C3/14 

Ј

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть использовано в различных двигательных установках. Целью изобретения является повышение эффективности работы установки. Она содержит корпус, одноколесный ротор в виде открытого диска с общими рабочими лопатками, парциальный диффузор компрессора, камеру сгорания и парциальный сопловой аппарат, расположенные по окружности вокруг ротора, входной осевой патрубок с секторным ограничителем, выхлопной патрубок. Диск ротора выполнен профилированным с увеличивающимся по ходу движения газов диаметром, на его входном участке расположены изогнутые лопатки направляющего аппарата аксиального типа. Рабочие лопатки выполнены выступающими за край диска, профилированными с изгибом в осевых плоскостях и плавно сопряжены с лопатками направляющего аппарата. Сопловой аппарат турбины выполнен осевым. 2 ил.

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть использовано в двига- тельных установках, автономных механических приводах.

Известна газотурбинная установка, содержащая корпус, одноколесный ротор в виде открытого диска с общими рабочими лопатками, парциальный диффузор компрессора, камеру сгорания и парциальный сопловой аппарат, расположенные по окружности вокруг ротора, входной осевой патрубок с секторным ограничителем, выхлопной патрубок.

Недостатком зтой установки является низкая эффективность из-за аэродинамических потерь в проточном тракте и ограничения достижимой степени повышения давления в компрессорной части вследствие использования радиально-коротких рабочих лопаток.

Цель изобретения - повышение эффективности.

Указанная цель достигается за счет того, что в газотурбинной установке, содержащей корпус, одноколесный ротор в виде открытого диска с общими рабочими лопатками, парциальный диффузор компрессора, камеру сгорания и парциальный сопловой аппарат, расположенные по окружности вокруг ротора, входной осевой патрубок с секторным ограничителем, выхлопной патрубок, диск ротора выполнен профилированным с увеличивающимся по ходу движения газов диаметром, на его входном участке расположены изогнутые лопатки направляющего аппарата аксиального типа,

VJ

О О ND VJ

GJ

рабочие лопатки выполнены выступающими за край диска, профилированными с изгибом в осевых плоскостях и плавно сопряжены с лопатками направляющего аппарата, а сопловой аппараттурбины выпол- нен осевым.

На фиг. 1 изображена предлагаемая газотурбинная установка, осевой разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Газотурбинная установка содержит од- ноколесный ротор в виде открытого профилированного с увеличивающимся по ходу движения газов диаметром, диска 1 с рабочими лопатками 2 и изогнутыми лопатками 3 направляющего аппарата аксиального ти- па, парциальный диффузор 4 компрессора, который через улиткообразный патрубок 5 переходит в камеру 6 сгорания, парциальный осевой сопловой аппарат 7 турбины, выхлопной патрубок 8, входной осевой пат- рубок с секторным ограничителем 9 и корпус 10.

Рабочие лопатки 2 выполнены профилированными с изгибом в осевых плоскостях и плавно сопряжены с лопатками 3 направ- ляющего аппарата. Самая периферийная (и наиболее радиальная по ориентации) часть каждой лопатки 2 выступает за край диска 1. Дополнительная вогнутость рабочих лопаток в цилиндрическом сечении через за- дисковую зону позволяет открытой периферии компрессорного венца срабо- тать осетурбинный газовый поток (на соответствующей горячей парциальной дуге рассматриваемой системы), оставаясь в то же время парциальным комрессорным венцом при работе на холодной дуге. Выход камерыбсгоранияпримыкаетпогазукугловойзоне (В-С на фиг. 2) венца, соответствующей выбранному положению горячей (турбин- ной) парциальной дуги, на всей длине которой установлен сопловой аппарат 7. Противоположная (выходная) сторона за- дисковой периферии венца на турбинной дуге примыкает к дугообразному входу вы- хлопного патрубка 8.

Холодная, т.е. компрессорная парциальная половина корпусного окружения венца, определяется угловой протяженностью входного раскрыва у секторного огра- ничителя9,располагаемого,

соответственно, против питаемой им дуги. На выходе сжатого воздуха аналогичные границы компрессорной дуги выражаются угловой протяженностью диффузора 4 ком- прессора. Диффузор представляет собой аксиально-узкую (ширина соответствует осевому размеру лопатки 2) цилиндрическую щель, которая на выбранную величину дуги (т.е. 155-160°, за вычетом переходной

зоны из компрессорной полуокружности) охватывает периферию венца против выходов впущенного секторным ограничителем 9 воздуха.

Через корпус 10 выведен наружу выходной вал 11 ротора, установленный на соответствующих опорах. Высота h свободных концов лопаток, выступающих за край диска, выбирается в (1,5-4,0) К раз больше осевого размера внешнего конца лопаток, где К - отношение длины рабочей (парциальной) дуги компрессора к рабочей дуге турбины.

Установка работает следующим образом.

После раскрутки диска 1 воздух захватывается входными кромками лопаток 3 (в допускающем это угловом раскрыве секторного ограничителя 9) и далее, двигаясь в проточном сечении центробежного компрессора по профилированной выпуклости диска, согласно ей, плавно меняет ориентацию составляющей своей скорости для осе- вого сечения от осевой вход-ной к практически радиальной (о 10-15°) за краем профилированного диска, т.е. по выходе в смешанную зону венца. Пройдя через данную периферийную часть лопаток 2, разогнанный и сжатый компрессором поток усиливает свое сжатие, частично замедляясь в диффузоре 4 компрессора, и оттуда через улиткообразный патрубок 5 поступает в камеру 6 сгорания, где смешивается с топливом.

Полученная смесь воспламеняется от свечи или иного известного воспламенителя (не показан). Раскаленный до 1500-1800°С газ из камеры сгорания непосредственно поступает к распределенному по дуге В-С сопловому аппарату 7 осетурбинного профиля.

Преобразовав в нем свое давление (теп- лоперепад) в кинетическую энергию, т.е. понизивший, в итоге, свою температуру примерно до 1000°С, газ со скоростью 900- 1000 м/с устремляется к сопряженной с аппаратом задисковой дуге лопаточных профилей под острым углом к плоскости вращения к олеса.

Таким образом, он теперь вторично проходит через межлопаточные промежутки (через которые до этого проходил радиаль- но, в виде сжимаемого воздуха на компрессорной-дуге). Но на этот раз, проходя данные промежутки уже в поперечном к лопаткам направлении, т.е. обтекая последние как осетурбинные профили, многократно увеличившийся по расходу и скорости поток теперь с избытком возвращает системе механическую энергию, затраченную на его сжатие в компрессоре. В результате подобного обтекания активных профилей разогнанным газом вырабатывается вращающий момент, достаточный как для поддержания ротации (т.е. сжатия но- вых порций воздуха для камеры сгорания), так и для выдачи внешним потребителям соответствующей избыточной части энергии: в виде возможного сьема механического вращения с выходного вала 11 или в виде отбора части сжатого воздуха с соответственно увеличиваемой при этом компрессорной дуги.

Отдавший энергию (т.е. существенно потерявший скорость на величину удвоен- ной окружной у колеса) сработанный горячий газ подбирается примыкающим к турбине дугообразным входом выхлопного патрубка 8 и через последний (или иные выхлопные устройства: глушители, тепло- утилизирующие средства, технологические насадки и т.д.) покидает установку. Секторный ограничитель 9 на протяжении соответ- ствующеговходногосектора

предотвращает попадание воздуха в венец,

т.е. отключает компрессорную работу его каналов на турбинной дуге В-С.

Формула изобретения

Газотурбинная установка, содержащая корпус, одноколесный ротор в виде открытого диска с общими рабочими лопатками, парциальный диффузор компрессора, камеру сгорания и парциальный сопловой аппарат, расположенные по окружности вокруг ротора, входной осевой патрубок с секторным ограничителем, выхлопной патрубок, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, диск ротора выполнен профилированным с увеличивающимся по ходу движения газов диаметром, на его входном участке расположены изогнутые лопатки направляющего аппарата аксиального типа, рабочие лопатки выполнены выступающими за край диска, профи- лированными с изгибом в осевых плоскостях и плавно сопряжены с лопатками направляющего аппарата, а сопловой аппарат турбины выполнен осевым.

;;

Фиг.1

Фиг. 2