Результат интеллектуальной деятельности: КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности наземного применения.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, содержащий ротор и статор, состоящий из неразъемного наружного корпуса, а также рабочих колец и колец направляющих аппаратов, закрепленных в центрирующих оболочках [1].

Недостатком данной конструкции является отсутствие системы управления радиальными зазорами между статором и ротором, что снижает КПД компрессора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является компрессор газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами между ротором и статором, включающем наружный корпус и соединенный с ним неразъемный внутренний корпус, а также перфорированный дефлектор с системой подвода и отвода воздуха для управления зазорами [2].

Известная конструкция обладает повышенным коэффициентом полезного действия, но имеет низкую надежность из-за возможных поломок внутреннего корпуса статора по фланцам его крепления к соединительным элементам с наружным корпусом статора.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности конструкции компрессора путем исключения поломок внутреннего корпуса статора по фланцам крепления с его наружным корпусом.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами между ротором и статором, включающем наружный корпус и внутренний корпус с фланцами крепления, согласно изобретению стенки внутреннего корпуса статора выполнены с переменной толщиной, при этом H/h = 1,5 - 3, а L/h = 10 - 20, где H - толщина стенки внутреннего корпуса статора в центральной части; h - толщина стенки внутреннего корпуса статора на участках со стороны фланцев крепления; L - длина участка стенки внутреннего корпуса толщиной h.

Выполнение стенки внутреннего корпуса статора переменной толщины позволяет сохранять геометрию корпуса при работе двигателя, особенно на переходных режимах, и сократить до минимума напряжения в месте перехода от фланца к цилиндрическому участку, что повышает надежность конструкции. При этом необходимо, чтобы выполнялось соотношение H/h = 1,5 - 3. При H/h < 1,5 повышаются напряжения в участках внутреннего корпуса, примыкающих к фланцам его крепления.

При H/h > 3 плохо охлаждается внутренний корпус из-за его большой толщины, что снижает эффективность системы охлаждения радиальными зазорами между ротором и статором.

Соотношение L/h должно выдерживаться в интервале 10 - 20. При L/h < 10 повышается напряжение на участках L и возрастает вероятность поломки корпуса.

Если L/h > 20, то наблюдается "овализация" корпуса, снижается КПД и повышается вероятность врезания лопаток ротора в корпус статора.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез статора компрессора заявляемой конструкции. На фиг. 2 схематично представлена тепловая деформация внутреннего корпуса статора при включении системы управления радиальными зазорами.

Компрессор содержит статор 1, включающий наружный корпус 2 и неразъемный внутренний корпус 3, на котором изнутри установлены рабочие кольца 4 и кольца направляющих аппаратов 5 с направляющими лопатками 6. Внутренний корпус 3 закреплен на наружном корпусе с помощью соединительных элементов 7 и 8, к которым корпус 3 крепится с помощью фланцев 9 и 10.

С внутренней стороны к наружному корпусу 2 крепится перфорированный дефлектор 11, с помощью которого через множество отверстий 12 обдувается наружная поверхность 13 внутреннего корпуса 3. Охлаждающий воздух для обдува поверхности 13 подается из промежуточной ступени (не показана) или из-за подпорных ступеней компрессора (не показаны) по трубам 14 в дефлекторную полость 15, а после истечения из нее через отверстия 12 сбрасывается из полости 16 через отверстия 17 в наружный контур двигателя (не показан) или в атмосферу.

Тепловая деформация внутреннего корпуса 3 происходит по траектории 18, т. к. центральная часть корпуса 3 с толщиной H деформируется больше, чем участки 19 и 20, имеющие толщину h и длину L и L₁ соответственно.

Работает устройство следующим образом.

В процессе работы двигателя при выходе на номинальный режим с целью снижения расхода топлива срабатывает система регулирования радиальных зазоров Δ между статором и ротором. Регулирование заключается в обдуве наружной поверхности 13 корпуса 3 холодным воздухом. При этом радиальные зазоры Δ уменьшаются до минимума, улучшая экономичность двигателя. Фланцы 9 и 10 деформируются в меньшей степени, чем цилиндрическая честь корпуса 3. Участки 19 и 20 имеют толщину h и работают как компенсаторы тепловых деформаций фланцев 9 и 10 и цилиндрической части корпуса 3 без превышения изгибных напряжений выше нормируемых. Часть корпуса 3 толщиной H лучше сохраняет свою геометрию, т. к. является более жесткой, и оно меньше "овализируется", способствуя минимизации радиальных зазоров Δ.

Источники информации
1. Вьюнов С.А. и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1989, стр. 106, рис. 3.43.

2. Патент РФ N 2121082, МКИ F 04 D 29/56, F 02 C 7/20.