Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области авиадвигателестроения.

Известен двухконтурный газотурбинный двигатель, в котором для уменьшения осевых усилий на ротор за компрессором выполнена разгрузочная (думисная) полость, соединенная с атмосферой [1]. Осевые усилия на ротор минимальны, однако утечки из-за закомпрессорного лабиринта полностью стравливаются в окружающую атмосферу, что снижает экономичность двигателя.

Наиболее близким к заявляемой по конструкции является двухконтурный газотурбинный двигатель, в котором разгрузочная закомпрессорная полость пониженного давления отсутствует [2].

Недостатком такой конструкции является низкая надежность из-за неуравновешенной осевой силы, которая воспринимается радиально-упорным шарикоподшипником компрессора высокого давления, что снижает его ресурс.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности за счет минимизации перепада давления на кожухе вала и осевых нагрузок на радиально-упорный подшипник компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухконтурном газотурбинном двигателе с каналами наружного и внутреннего контуров, содержащем компрессор высокого давления с охлаждаемым радиально-упорным подшипником, камеру сгорания и турбину низкого давления с охлаждаемым радиальным подшипником, согласно изобретению за компрессором высокого давления выполнена разгрузочная полость, при этом полость подвода охлаждающего воздуха на ротор турбины высокого давления, воздушные полости охлаждения масляных полостей подшипников компрессора и турбины, а также разгрузочная полость соединены с промежуточной воздушной полостью, расположенной под внутренним корпусом камеры сгорания и соединенной на выходе с каналом наружного контура через трубы на входе в камеру сгорания.

Такое конструктивное техническое решение позволяет минимизировать осевую нагрузку на радиально-упорный подшипник компрессора, при этом утечки воздуха из-за компрессорного лабиринта, а также из лабиринтных уплотнении полостей подвода охлаждающего воздуха на ротор турбины высокого давления и воздушных полостей охлаждения масляных опор радиально-упорного подшипника компрессора высокого давления и радиального подшипника турбины смешиваются с воздухом из вентилятора в наружном контуре двигателя, что увеличивает его тягу и снижает удельный расход топлива или при той же тяге снижает температуру газа перед турбиной, что повышает надежность двигателя.

Это происходит за счет увеличения расхода воздуха через наружный контур, а также за счет увеличения температуры воздуха в наружном контуре, т.к. температура воздуха утечки выше, чем воздуха в наружном контуре.

Полученная воздушная смесь расширяется в сопле наружного контура, что приводит к повышению тяги и экономичности двигателя или к снижению температуры газа перед турбиной.

Выполнение разгрузочной полости за компрессором высокого давления снижает осевые нагрузки на радиально-упорный подшипник, что повышает надежность его работы.

Воздушные полости охлаждения опор подшипников компрессора и турбины, а также разгрузочная полость соединены через лабиринтные уплотнения с промежуточной воздушной полостью под камерой сгорания, соединенной на выходе с каналом наружного контура через трубы на входе в камеру сгорания. Это позволяет утечкам закомпрессорного воздуха, а также утечкам воздуха из лабиринтов через промежуточную полость и трубы на входе в камеру сгорания поступать в канал наружного контура, где происходит подогрев воздуха, поступающего из вентилятора. Полученная смесь, расширяясь в сопле наружного контура, повышает тягу двигателя или при той же тяге снижает температуру газа перед турбиной, что повышает надежность двигателя.

Поскольку давление воздуха в канале наружного контура и в промежуточной полости несколько превышает давление в масляной полости под кожухом вала, то в случае нарушения герметичности уплотнительных прокладок и самого кожуха вала паразитные утечки масла из масляной полости в газо-воздушный тракт двигателя исключены. А т.к. перепад давления между промежуточной и масляной полостями невелик, то усилия сжатия на кожухе вала также малы, а это способствует уменьшению его веса и повышению надежности.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Фиг.3 представляет элемент II на фиг.2, на фиг.4 - элемент III на фиг.2 в увеличенном виде.

Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 состоит из канала наружного контура 2, на входе в который установлен вентилятор 3, а на выходе выполнено сопло 4 канала наружного контура и канала внутреннего контура 5, в котором размещены подпорные ступени 6 вентилятора 3, компрессор высокого давления 7, камера сгорания 8, турбина высокого давления 9, турбина низкого давления 10 и смеситель 11.

На выходе из компрессора высокого давления 7 установлен радиально-упорный шарикоподшипник 12, а на входе в турбину высокого давления 9 установлен радиальный подшипник 13, общая масляная полость 14 которых ограничена изнутри валами 15 и 16 компрессора 7 и турбины 9, с боковых сторон - фланцами 17 и 18, а с внешней стороны - кожухом вала 19, расположенным под камерой сгорания 8.

На выходе из компрессора высокого давления 7 установлено закомпрессорное лабиринтное уплотнение 20, разгрузочная закомпрессорная полость 21, на выходе из которой через отверстия 22 последние сообщаются с промежуточной полостью 23 между кожухом вала 19 и внутренним корпусом 24 камеры сгорания 8. В свою очередь промежуточная воздушная полость 23 трубами 25 на входе в камеру сгорания 8 соединена с каналом 2 наружного контура двухконтурного двигателя 1.

На входе в турбину высокого давления 9 выполнена полость 26 подвода охлаждающего воздуха повышенного давления на охлаждение ротора турбины. Полость 28 через лабиринтное уплотнение 27 и межфланцевую полость 28 соединена с промежуточной полостью 23, а через нее - с каналом наружного контура 2.

Воздушная полость 29 охлаждения фланца 17 компрессора 7 через лабиринтное уплотнение 30 соединена с разгрузочной полостью 21 и далее через отверстия 22, промежуточную полость 23 и трубы 25 - с каналом наружного контура 2.

Воздушная полость 31 охлаждения фланца 18 через лабиринтное уплотнение 32 и полость 28 также соединена с промежуточной полостью 23 и через нее - с каналом наружного контура 2.

Кожух вала 19 состыкован с опорами 33 и 34 компрессора 7 и турбины 9 через уплотнительные прокладки 35 и 36.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При работе двигателя 1 закомпрессорный воздух повышенного давления через лабиринтное уплотнение 20 поступает в разгрузочную закомпрессорную полость 21 и далее через отверстие 22 - в промежуточную полость 23, откуда через трубы 25 на входе в камеру сгорания 8 воздух поступает в канал наружного контура 2, где смешивается с воздухом наружного контура, подогревая его.

Воздух высокого давления из полости 26 подвода охлаждающего воздуха на ротор турбины 9 высокого давления через межфланцевую полость 28 поступает в промежуточную полость 23 и далее - через трубы 25 в канал наружного контура 2, где также смешивается с воздухом наружного контура, подогревая его.

Подогретый воздух расширяется в сопле 4 и увеличивает тягу двигателя и снижает температуру газа перед турбиной.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М: Машиностроение, 1981, с. 43, рис. 2.9.

2. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981, с. 7, рис. 1.2.