Результат интеллектуальной деятельности: Приводной центробежный суфлер газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области машиностроения и касается элементов систем газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано в качестве суфлера-сепаратора, воздухоотделителя в маслосистемах авиационных ГТД.

Известен приводной центробежный суфлер ГТД, содержащий корпус с маслосбрасывающей резьбой и маслоулавливающей канавкой и установленный в нем на опорных подшипниках приводной вал с осевой крыльчаткой (RU 2551454).

Недостаток известного суфлера - повышенный расход смазки, вследствие низкой эффективности процесса сепарации. Часть смазки увлекается сопутствующими газами и через газоотводящие окна попадает в окружающую среду, что снижает экологические характеристики ГТД.

В значительной степени объясняется это тем, что поток газожидкостной смеси попадает на периферию осевой крыльчатки, где напряженность поля центробежных сил максимальна, в самом конце своего пути (перед газоотводящими окнами), что резко снижает эффективность процесса сепарации смеси.

Другим недостатком известного суфлера является отсутствие в нем элементов конструкции, способствующих осаждению и коагуляции масляных включений на стенках лопаток осевой крыльчатки, что приводит к увеличению пути осаждения капель масла и также снижает эффективность сепарации смеси. Следует отметить отсутствие на входе в суфлер элементов конструкции, которые увеличивали бы окружную скорость смеси на входе в крыльчатку, приближая ее к окружной скорости крыльчатки (установка завихрителей, профилирование входных кромок лопаток).

Задача изобретения - повысить эффективность процесса сепарации в суфлере путем оптимизации траектории движения газожидкостной смеси в проточной части крыльчатки.

Указанная задача решается тем, что в известном приводном центробежном суфлере ГТД, содержащем корпус с маслосбрасывающей резьбой и маслоулавливающей канавкой и установленный в нем на опорных подшипниках приводной вал с осевой крыльчаткой, согласно настоящему изобретению, перед осевой крыльчаткой установлено выполненное за одно целое с ней радиальное лопаточное колесо, дисковая часть которого расположена под маслосбрасывающей резьбой корпуса и снабжена на периферии каналами, сообщающими между собой проточную часть радиального лопаточного колеса и осевой крыльчатки, а лопаточная часть расположена под маслоулавливающей канавкой и снабжена входными кромками, отогнутыми против направления вращения суфлера, причем на лопатках осевой крыльчатки на стороне, расположенной против направления вращения суфлера, выполнены поперек оси вращения маслонакопительные канавки, сообщающиеся с маслосбрасывающей резьбой.

Благодаря установке перед осевой крыльчаткой радиального лопаточного колеса, снабженного на периферии диска каналами, сообщающими между собой проточную часть обеих крыльчаток, появилась возможность оптимизировать траекторию движения потока газожидкостной смеси, переместив ее в зону действия максимальных центробежных сил, что повысит эффективность процесса сепарации.

Спрофилировав входные кромки лопастей радиального лопаточного колеса (они отогнуты против направления вращения суфлера), мы получили возможность увеличить окружную скорость газожидкостной смеси на входе в крыльчатку, приблизив ее к окружной скорости крыльчатки, что также повысило эффективность процесса сепарации.

Наличие на лопатках осевой крыльчатки на стороне, расположенной против направления вращения суфлера, маслонакопительных канавок позволит улучшить осаждение и коагуляцию частиц масла, что также повысит эффективность процесса сепарации.

Технический результат от использования изобретения - снижение расхода масла и улучшение экологических характеристик авиационных ГТД.

На фигуре 1 изображен общий вид приводного центробежного суфлера ГТД.

На фигуре 2 изображена крыльчатка (стрелкой показано направление вращения приводного центробежного суфлера ГТД).

Суфлер включает в себя корпус 1 и расположенный в нем на опорных подшипниках 2 приводной вал 3, на котором установлена на шлицах и закреплена гайкой 4 крыльчатка, состоящая из выполненных за одно целое радиального лопаточного колеса 5 и осевой крыльчатки 6.

Входные кромки лопаток 7 радиального лопаточного колеса 5 отогнуты против направления вращения суфлера, а на периферийной его части в диске между лопатками 7 по окружности выполнены каналы 8, сообщающие между собой проточные полости радиального лопаточного колеса 5 и осевой крыльчатки 6. На лопатках 9 осевой крыльчатки 6 имеются маслонакопительные канавки (пазы) 10, направленные перпендикулярно (поперек) маслосбрасывающей резьбе 11, выполненной на внутренней боковой поверхности корпуса 1 со стороны периферийной части лопаток 7 и 9.

На примыкающим к корпусу 1 торце осевой крыльчатки 6 выполнены дополнительные радиальные лопатки 12, образующие импеллерное бесконтактное уплотнение, а в корневой части лопаток 9 вырезаны окна 13 для прохода очищенного газа в канал 14 отвода чистого газа от суфлера. В корпусе 1 имеются также каналы 15 подвода газожидкостой смеси и маслоулавливающая канавка 16 для отвода уловленного масла.

Маслосбрасывающая резьба 11 сообщена с одной стороны с маслоулавливающей канавкой 16, а с другой стороны - с полостью 17 импеллерного уплотнения.

Устройство работает следующим образом.

Газожидкостная смесь по каналам 15 корпуса 1 поступает на вход радиального лопаточного колеса 5 крыльчатки, приводимой во вращение через приводной вал 3. Благодаря отогнутым против направления вращения лопаткам 7 радиального лопаточного колеса 5 увеличивается окружная скорость газожидкостной смеси, приближаясь к окружной скорости крыльчатки, что способствует повышению эффективности сепарации. Попадая на лопатки 7 наиболее крупные капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются на периферийную часть радиального лопаточного колеса 5 крыльчатки, заполняя маслоулавливающую канавку 16 и маслосбрасывающую резьбу 11, которая перемещает уловленную жидкость также в маслоулавливающую канавку 16, возвращая ее в систему смазки двигателя. Часть газожидкостной смеси с более мелкими каплями жидкости через каналы 8 переносится в периферийную часть лопаток 9 осевой крыльчатки 6, где приобретает максимальную окружную скорость, следовательно, наибольшие центробежные силы, действующие на тяжелую фракцию смеси, под действием которых она осаждается в маслосбрасывающей резьбе 11 и переносится ею в маслоулавливающую канавку 16.

Т.к. на процесс сепарации существенное влияние оказывает режим течения тонкого слоя отсепарированной жидкости по подвижным поверхностям лопаток 9, в них выполнены специальные углубления-маслонакопительные канавки (пазы) 10, в которые осаждается тяжелая фракция смеси, что увеличивает скорость течения пленки в направлении маслосбрасывающей резьбы 11 и повышает эффективность сепарации.

Торец осевой крыльчатки 6, примыкающий к торцу корпуса 1 и снабженный дополнительными радиальными лопатками 12, представляет собой импеллерное уплотнение, работающее в диапазоне рабочих режимов работы суфлера (приблизительно 12000 об./мин) и исключающее утечку тяжелой фракции газожидкостой смеси в канал 14 отвода чистого газа, при этом протечки ее через полость 17 переносятся с помощью маслосбрасывающей резьбы 11 в маслосбрасывающую канавку 16 и отводятся в систему смазки ГТД для повторного использования.