Способ регулирования радиального зазора между корпусом и лопатками ротора турбомашины

 

Использоввние: авиационное двигателестроение. Сущность изобретения: производят измерение одного из параметров турбомашины, характеризующего осевое смещение ротора, и давление воздуха в разгрузочной полости и регулируют давление, обеспечивая совпадение фактической величины и требуемой, определенной по заранее установленной зависимости от параметра турбомашины. 3 ил.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к турбинам авиационных двигателей.

Известен способ регулирования радиальных зазоров в турбомашине, основанный на принципе охлаждения статора турбины воздухом, отбираемым из газовоздушного тракта двигателя [1] . Однако он не учитывает осевых перемещений ротора относительно статора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ регулирования радиального зазора между внутренним бандажом корпуса и концами лопаток ротора, который также основан на принципе охлаждения элементов крепления уплотняющих устройств корпуса воздухом, отбираемым из вентилятора или промежуточных ступеней компрессора. Момент включения-выключения системы определяют по параметру, характеризующему рабочее состояние двигателя (число оборотов ротора компрессора или любой внутридвигательный параметр) [2] .

Недостатком данного способа является то, что в случае конической формы проточной части турбины или торцовой поверхности рабочей лопатки по хорде от входной к выходной кромкам при осевом перемещении ротора относительно статора не учитывается самопроизвольное (пассивное) изменение величины радиального зазора. Причинами возникновения осевых перемещений ротора относительно статора являются разность давлений воздуха на передней и задней сторонах дисков, которая через подшипники передается на вал турбины, а также разность термических удлинений деталей, входящих в силовую схему двигателя, и конструктивные особенности силовой схемы двигателя (наличие диафрагм, стоек и т. д. ). Для компенсации осевых усилий на ротор обычно используют "разгрузочные" полости, с помощью которых изменяются осевые нагрузки на ротор турбомашины.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности турбомашин с разгрузочной полостью для ступеней с конической проточной частью и торцовой поверхностью рабочей лопатки.

На фиг. 1 представлена эксплуатационная зависимость изменения осевого смещения ротора относительно корпуса ступени турбины по режимам работы двигателя 94-04, полученная с помощью погружаемого электромеханического датчика (изображен со следом врезания в него гребешков лопатки); на фиг. 2 - схема ступени турбины, имеющей конусную проточную часть, где корпус 1 может смещаться относительно ротора 2 в осевом направлении при смене режима работы двигателя за счет изменения давления в разгрузочной полости 3, которое регулируется через магистраль подвода воздуха 4; на фиг. 3 - схема одного из возможных устройств для осуществления способа.

Устройство содержит компрессор 5, воздух из которого поступает на корпус турбины 6. Датчик 7 фиксирует один из внутридвигательных параметров, например частоту вращения ротора турбомашины или давление за компрессором. Датчик 8 замеряет давление в полости 3 турбины. Устройство также включает блок 9 задания режима, который задает программный параметр, выше которого происходит включение системы обдува.

Первый блок 10 сравнения предназначен для выработки сигнала на включение-выключение системы обдува. Второй блок 11 сравнения служит для выработки постоянного сигнала на управление подводом воздуха в разгрузочную полость. Блок 12 коррекции предназначен для выработки сигнала, пропорционального требуемой величине давления в разгрузочной полости 3. Регулировочный клапан 13 корректирует давление воздуха в полости 3 и управляет осевым смещением ротора 2 путем изменения расхода воздуха клапаном 14.

Регулирование осуществляется следующим образом.

Датчик 7, фиксируя внутридвигательный параметр П, вырабатывает электрический сигнал и передает его на первый вход первого блока 10. На второй вход первого блока сравнения из блока 9 постоянно поступает опорный электрический сигнал, пропорциональный значению параметра частоты вращения ротора турбомашины или давления за компрессором (П). При наличии положительного рассогласования Δ П > 0 сигнал через электронный преобразователь подается на исполнительный механизм (клапан 14), включая таким образом систему обдува корпусов турбины. Одновременно сигнал с блока 10 поступает на блок 12 коррекции, где определяется требуемое с учетом осевого смещения давление Р в разгрузочной полости 3 в функции параметра П двигателя и подается на первый вход блока 11. На второй вход второго блока сравнения поступает сигнал с датчика 8, пропорциональный величине фактического давления воздуха в полости 3. При наличии рассогласования Δ Р≠ 0 регулировочный клапан 13 изменяет давление в разгрузочной полости 3 турбины до тех пор, пока фактическое давление не будет равно требуемой величине на данном режиме работы двигателя.

При наличии отрицательного рассогласования Δ П < 0 цепь размыкается, перекрывая обдув корпуса 1 турбины через клапан 14 и отключается блок 12 коррекции.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА МЕЖДУ КОРПУСОМ И ЛОПАТКАМИ РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ путем измерения одного из внутридвигательных параметров турбомашины, характеризующего осевое смещение ротора, определения зависимости зазора от параметра и охлаждения элементов крепления корпуса турбомашины воздухом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности турбомашины с разгрузочной полостью, определяют зависимость давления воздуха в разгрузочной полости от параметра турбомашины, измеряют давление воздуха в разгрузочной камере и регулируют его, обеспечивая совпадение фактической величины и требуемой для достижения минимального радиального зазора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3