ОСЕВОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР Советский патент 1995 года по МПК F04D25/06 F04D19/02 

Изобретение относится к энергетике, а именно к турбомашинам, предназначенным для питания электрофизической аппаратуры, технологического оборудования, электрического стартера транспортных устройств (взамен используемых для этой цели аккумуляторных батарей, например, на тракторе, тепловозе и т. д. ), и к стартер-генератору авиационного или судового газотурбинного двигателя, который при запуске работает как стартер, а при работе двигателя используется как генератор постоянного тока.

Цель изобретения уменьшение габаритов и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 и 2 изображен общий вид компрессора в составе газотурбинного двигателя (ГТД), разрез; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1.

Штатный ГТД включает в себя входную часть 1, осевой компрессор 2, камеры 3 сгорания, турбину 4 и реактивное сопло 5. Трехопорный ГТД с опорами 6, изолированными от корпуса стаканами 36, имеет узел 7 соединения вала турбины с валом компрессора. В частности, как показано на фиг.1, ротор компрессора состоит из шести ступеней, причем только крайние пары дисков используются в качестве активных дисков униполярной машины. Ротор униполярной машины состоит из ведомого вала с диском 9 (первая ступень компрессора), на который через изолирующую втулку 8 посажен многодисковый ротор 10 с двумя активными дисками (вторая и пятая ступени компрессора) и двумя неактивными дисками (3-я и 4-я ступени компрессора). На правый конец ведомого вала 9 посажен с гарантированным электрическим контактом активный диск 11 (6-я ступень компрессора), в результате чего ротор униполярной машины образует топологически тип "катушка в катушке", схема последовательного электрического соединения которых, места токосъема 12 и направление тока показаны в верхней части фиг. 1.

Крутящий момент от внутреннего катушечного ротора к внешнему катушечному ротору униполярной машины передается посредством электроизолированных стяжных болтов с распорными втулками 13.

Система возбуждения образована двумя парами катушек 14 возбуждения, создающими основной магнитный поток. Левая и правая пары катушек включены встречно, направление создаваемого магнитного потока В показано окружностями со стрелками. В состав электрической схемы униполярной машины входят электромонтажные провода 15 и кольцевые токосборники 16.

Позиция 1 фиг.1 изображена на фиг.2. Между лопатками рабочего диска 10 второй ступени компрессора и мягким покрытием 17 корпуса 19 компрессора предусмотрен гарантированный зазор. Спрямляющий аппарат компрессора изолирован от корпуса 19 кольцами 18. За основу конструкции спрямляющего аппарата взято известное техническое решение. Корпус компрессора и спрямляющие аппараты отдельных ступеней компрессора имеют диаметральный разъем. Спрямляющие лопатки 26 привариваются к внутреннему кольцу 27 и вставлены в прорези, выполненные в наружном кольце 26, к которому приварены бобышки 20. Крепление полуколец спрямляющего аппарата к корпусу 19 обеспечивается винтом 22, изолированным от корпуса 19 втулкой 21. Для уменьшения утечки воздуха между внутренней поверхностью разъемного кольца уплотнения 28, к которому посредством резьбы 29 присоединено покрытие 30 слой порошка алюминия с графитом, и наружной поверхностью ротора 10 используется лабиринтное уплотнение 34. Во внутреннее кольцо спрямляющего аппарата, имеющее коробчатое сечение и содержащее пазы прямоугольного сечения, равномерно расположенные по окружности (см. фиг. 3, позиция 33), установлены щеткодержатели 24 прямоугольного сечения, соответствующего сечению электрощеток 33. Электрощетка 33 прижимается к торцовой плоскости диска 10 призматической пружиной 32. Вильчатый наконечник 31 выводов электрощетки 33 с помощью винта соединен с внутренним электропроводным кольцом спрямляющего аппарата, ток от которого через спрямляющую лопатку 26, бобышку 20 и винт 22 через вильчатый наконечник 23 поступает на электромонтажный провод 15 (см. также нижнюю часть фиг.1).

Использование в качестве активных дисков, именно крайних ступеней компрессора вызвано соображениями улучшения "добротности" магнитопровода, характеризующее соотношение между необходимыми намагничивающими силами и объемом магнитопровода и заданными магнитным потоком и длиной его пути. Наиболее экономичными по использованию материала магнитопровода и материала обмотки возбуждения являются системы с равномерным распределением магнитной индукции в поперечных сечениях магнитопровода вдоль всего пути магнитного потока, т.е. следует стремиться к сохранению неизменной величины площади поперечного сечения магнитопровода униполярной машины. Согласно изобретению это достигается тем, что средние ступени компрессора являются не активными и служат лишь для прохождения основного магнитного потока.

Компрессор отличается от известного технического решения тем, что не имеет обмоток возбуждения на роторе. Это отличие также является его преимуществом, так как позволяет использовать в качестве рабочего тела турбины агрессивные среды, что в известном техническом решении ввиду неидеальной герметизации катушек возбуждения на роторе может привести к разрушению их изоляции и неработоспособности устройства.

Компрессор в составе ГТД работает следующим образом.

Для запуска машины необходим источник электроэнергии: автономный (бортовая аккумуляторная батарея) или стационарный (например, аэродромный). Магнитный поток создается обмотками 14 возбуждения, причем возможно либо самовозбуждение, либо независимое возбуждение в генераторном режиме работы. При включении источника электроэнергии униполярная машина работает в двигательном режиме и раскручивает ротор 9 ГТД до оборотов малого газа. После этого включается камера сгорания 3 и ГТД самостоятельно выходит на рабочие обороты, а униполярная машина переводится в генераторный режим работы. Таким образом, компрессор в составе ГТД может выполнять функции как генератора, так и стартер-генератора.

Предложенная конструкция компрессора представляет собой новый класс компрессоров с точки зрения компоновки и выходных электрических параметров. Это одно из главных наряду с простотой и компактностью конструкции достоинств предложенного компрессора по сравнению с прототипом.

Использование: область компрессоростроения, в частности осевые многоступенчатые компрессоры преимущественно газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: в корпусе осевого многоступенчатого компрессора, преимущественно газотурбинного двигателя размещены на установленном в подшипниках валу диски первого и второго роторов, рабочие лопатки последнего из которых расположены между первой и последней ступенями первого ротора. На валу компрессора установлена электрическая машина со статорной обмоткой возбуждения и токосъемными устройствами, выполненными в виде контактирующих с крайними дисками второго ротора электрощеток с щеткодержателями. Вал снабжен изолирующей втулкой, второй ротор установлен на втулке, между рабочими лопатками расположены токопроводящие направляющие лопатки с внутренним кольцом, имеющим равномерно расположенные по окружности прямоугольные пазы для размещения щеткодержателей. Токосъемными устройствами может быть снабжен первый ротор, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ОСЕВОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР, преимущественно газотурбинного двигателя, содержащий корпус и размещенные в нем на установленном в подшипниках валу диски первого и второго роторов, рабочие лопатки последнего из которых расположены между первой и последней ступенями первого ротора, и электрическую машину с ротором, установленным на валу компрессора, статорной обмоткой возбуждения и токосъемными устройствами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения габаритов, вал снабжен изолирующей втулкой, второй ротор установлен на последней, при этом компрессор дополнительно содержит расположенный в корпусе между рабочими лопатками токопроводящие направляющие лопатки с внутренним кольцом, имеющим равномерно расположенные по окружности прямоугольные пазы, а токосъемные устройства выполнены в виде контактирующих с крайними дисками второго ротора электрощеток с щеткодержателями, размещенными в прямоугольных пазах внутреннего кольца токопроводящих направляющих лопаток.