Газотурбинный двигатель Советский патент 1993 года по МПК F01D1/24 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, преимущественно может быть использовано в транспортных машинах: самолетах, автомобилях, тепловозах, судах, тракторах и подвижных электростанциях.

Целью изобретения является значительное улучшение весовой, габаритной, экономической характеристик и надежности двигателя.

Указанная цель достигается тем, что двигатель, содержащий кожух, вал с установленными на нем двумя роторными дисками с размещенными на них компрессорными и турбинными лопатками, камеру сгорания топливную емкость с выходным патрубком и форсунками, при этом турбинные лопатки на каждом диске расположены над компрессорными, а между кожухом и дисками выполнена кольцевая полость для подвода охлаждающего воздуха, снабжен системой автоматического замкнутого одноконтурного охлаждения с возвратом тепла охлаждения рабочему газу, причем диски в местах расположения турбинных лопаток выполнены конусообразной формы, а турбинные и компрессорные рабоченап- равляющие лопатки размещены с соответствующими лабиринтными уплотнениями на внутренних противоположных боковых поверхностях дисков с возможностью вращения дисков в противоположные стороны. Кроме того, турбинные лопатки выполнены коробчатыми U-образной формы, камера сгорания выполнена вращающейся кольцевой, для чего она жестко закреплена входным и выходным фланцами на одном из дисков, а в вале и диске, прилежащем к камере сгорания, выполнены соответственно кольцевые сообщающиеся осевой и радиальные каналы, первый из которых соединен с выходным патрубком топливной емкости с помощью сальникового уплотнения, а последние жестко соединены с форсунками камеры сгорания. Двигатель снабжен радиальными центробежными вену

И

00

00

ел

VI

VI

W

тиляционными лопатками, закрепленными на внешних поверхностях обоих роторных дисков. Камера сгорания может быть выполнена и невращающейся, а турбина иметь кольцевой диффузор, при этом как камера сгорания, так и диффузор в зонах соединений с дисками снабжаются лабиринтными уплотнениями.

К существенным отличительным признакам относятся следующие. Выполненные в вале осевой, а в диске радиальные каналы совмещение служат топливопровода ми, топливоподогревателем и топливным центробежным насосом. Жестко закрепленная на диске камера сгорания становится вращающейся, в результате чего исключается необходимость иметь лабиринтные уплотнения в зонах ее соединения с диском, при этом она совмещение служит как механическим смесителем воздуха с продуктами сгорания, так и воздушным самоохладителем. Закрепленные на внешних боковых поверхностях обоих роторных дисках радиальные центробежные вентиляционные лопатки, совместно с роторными дисками служат вентиляторами для воздушного охлаждения стенок роторных дисков и камеры сгорания.

К другим преимуществам изобретения относится следующее.

Осуществление противоположного вращения роторных дисков, при котором все лопатки турбины и компрессора по выполняемой ими функции становятся рабоченап- равляющими, в результате чего расчетное количество лопаток и соответственно размеры и вес роторных дисков уменьшаются примерно в двое, кроме Torot противоположное вращение роторов улучшает тяговую характеристику такого двигателя, позволяющую исключить необходимость иметь в транспортном двигателе самостоятельную коробку перемены передач при за- мене ее простой механической связью дисков, что также улучшает в тяговом двигателе его весовую, габаритную и экономическую характеристики. Кроме того, выполнение дисков конусообразными, а турбинных лопаток коробчатыми У-образ- ными обеспечивает без каких-либо добавочных устройств и деталей, а также и без затрат энергии осуществление автоматической замкнутой одноконтурной системы охлаждения и нагрева лопаток высококипящим хладагентом с полным возвратом тепла охлаждения рабочему газу, что обеспечивает не только еще большую надежность и улучшение весовой, габаритной характеристик двигателя, но и значительное повышение температуры газа перед турбиной и соответствующее повышение экономичности двигателя. Устройство же диффузора за турбиной не только увеличивает мощностной КПД турбины, но он совмещено может служить и глушитилем шума выпускного газа.

. На чертеже изображен общий вид газотурбинного двигателя в разрезе.

Двигатель содержит противоположного

вращения роторные диски 1 и 2 конусообразной формы, снабженные как коробчатымиU-образными рабоченаправляющими турбинными лопатками 3, охлаждаемыми и подогреваемыми высококипящим хладаген5 том, находящимся во время работы в жидкостном состоянии 4 и парообразном состоянии 5, так и компрессорными центробежными рабоченаправляющими лопатками б, а также вентиляционными лопатками

0 7 и входными компрессорными лопатками 9. При этом диск 2 и его вал снабжены кольцевыми сообщающимися осевым и радиальными каналами, которые совмещение функционально служат топливопроводами ,

5 топливоподогревателем и своебразным центробежным насосом. Камера сгорания 10 своими входным 11 и выходным 12 патрубками (при выполнении ее вращающейся) жестко соединена с соответствующими

0 кольцевыми патрубками компрессора и турбины, а при выполнении камеры невращающейся она в указанных соединительных местах снабжена лабиринтными уплотнениями. Для организации наружно направлен5 ного потока охлаждающего воздуха двигатель снабжен кожухом 13, прикрепленным к корпусам подшипников валов двигателя 14. В соединительном месте патрубка топливной емкости и осевого кана0 ла в вале установлено сальниковое уплотнение 15. За турбиной на выходе газа установлен на кожухе двигателя кольцевой диффузор 16, имеющий в соединении с турбиной лабиринтное уплотнение.

5 Фор мула изобретения

1. Газотурбинный двигатель, содержащий кожух, вал, установленные на нем с возможностью вращения в противоположных направлениях два диска с турбинными

0 и размещенными под ними компрессорными лопатками, камеру сгорания, топливную емкость с выходным патрубком и форсунками, выполненную между кожухом и дисками кольцевую полость для подвода охлаждаю5 щего воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, улучшения весовой габаритной и экономической характеристик двигателя при использовании высококипящего хладагента, он снабжен сальниковым уплотнением, системой охлаждения и подогрева лопаток, диски выполнены конусообразной формы, лопатки размещены на их обращенных друг к другу боковых поверхностях, причем турбинные лопатки выполнены коробчатой U-образной формы, камера сгорания выполнена кольцевой и жестко закреплена на одном из дисков, а в вале и диске, прилежащем к камере сгорания, выполнены соответственно кольцевые сообщающиеся осевые и радиальные

каналы, первые из которых соединены с выходным патрубком топливной емкости, а последние - с форсунками камеры сгорания, и в зоне соединения выходного патрубка и осевого канала установлено сальниковое уплотнение.

2. Двигатель по п, 1, 6 т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен вентиляционными лопатками, закрепленными на внешних боковых поверхностях обоих дисков.

Использование: в транспортных машинах: самолетах, автомобилях, тепловозах, судах, тракторах и подвижных электростанциях. Сущность изобретения: газотурбинный двигатель содержит два диска, установленные с возможностью вращения в противоположных направлениях и имеющих компрессорные и турбинные выполненные коробчатой U-образной формы лопатки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1$