Устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя
Устройство для отбора воздуха из компрессора предназначено для двигателестрсения и может быть использовано в системах подачи охлаждающего воздуха к термически нагруженным конструктивным элементам двигателя. Радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора связывают проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, образованных цилиндрическими пустотелыми спицами, установленными между дисками ротора. Верхний конец каждой спицы связан с радиальным сквозным отверстием в наружной стенке барабана с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном на опорном цилиндрическом кожухе. Последний установлен в полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связан с барабаном. Выполнение каналов в цилиндрических спицах и размещение их между дисками позволяет упростить конструкцию системы отбора и транспортировки охлаждающего воздуха при устранении дополнительного подогрева его в коммуникациях подвода. 3 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения и, в частности, к системе подачи охлаждающего воздуха к термически нагруженным элементам газотурбинного двигателя ГТД.
Известны устройства отбора сжатого воздуха от компрессора и подвода его на охлаждение лопаток и дисков турбины (см., например, патент США N 3597106, кл. 415-144, F 01 B 25/00, F 04 B 25/24, заявку Франции N 2491549, кл. F 02 C 7/16 от 8.10.80, опубликованную 9.04.82, патент США N 3632221, кл. 415-115, F 01 D 5/18, патент США N 5267832, кл. F 02 C 7/16. С точки зрения наиболее рационального использования отбираемого воздуха в качестве хладоагента для внутренних полостей турбины ГТД, наиболее перспективными являются устройства с отбором воздуха из проточной части компрессора через барабан его ротора таким образом, чтобы проточная часть напрямую соединялась с полостью распределения охлаждающего воздуха, находящегося внутри барабана в зоне, прилежащей к оси его вращения, т.е. в зоне с малыми радиусами вращения. В заявке Франции N 2491549, кл. F 02 C 7/16 от 8.10.80 такое устройство представлено. В нем радиальные сквозные каналы, связывающие проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха, выполнены непосредственно в толще диска, что делает последний нетехнологичным и тяжелым. Наиболее близким аналогом по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя на охлаждение конструктивных элементов, содержащее радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора, связывающие проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, выполненных на спицах, расположенных между дисками барабана. Это устройство описано в патенте США N 5267832, кл. F 02 C 7/16. Недостатком этого устройства является то, что в нем вышеуказанные спицы прикрепляются к наружной стенке барабана изнутри посредством фланцев, находящихся на верхних концах спиц, тогда как нижние концы спиц имеют с барабаном ротора лишь одностороннюю связь в тангенциальном направлении. Так как центр тяжести спиц находится на меньшем радиусе вращения чем заделка верхних концов спиц, малейший перекос последних от перпендикулярного направления по отношению к оси вращения барабана приводит к переменному изгибающему моменту в заделке верхних концов спиц, что в целом снижает надежность конструкции. Кроме того, такая конструкция крепления спиц не позволяет их устанавливать и снимать (для оценки технического состояния при наработке) без разбора барабана ротора, а если последний выполнен сварным, то спицы вообще не подлежат контролю технического состояния и ремонту. Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении надежности конструкции крепления спиц и в возможности осуществлять контроль их технического состояния и ремонт в процессе эксплуатации. Технический результат достигается тем, что устройство снабжено опорным цилиндрическим кожухом, установленным во внутренней полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связанным с барабаном, при этом наружный диаметр кожуха выполнен меньше внутреннего диаметра ступиц дисков, спицы выполнены цилиндрическими, верхний конец каждой спицы связан с отверстием наружной стенки барабана ротора с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном в упомянутом кожухе, например, с помощью резьбового соединения, причем часть резьбового конца спицы выполнена в виде хвостовика, который выступает внутрь кожуха и имеет плоские параллельные грани, контактирующие с продольными пазами, выполненными на цилиндрической контровочной втулке, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха с фиксацией от перемещения в осевом направлении, например, с помощью упорного пружинного кольца. Такое выполнение устройства делает его практически нечувствительным к естественным перекосам резьбовых отверстий в кожухе в пределах задаваемой точности, так как второй (верхний) конец спиц фиксируется во всех направлениях по строгой посадке в круглых отверстиях наружной стенки барабана ротора. Заделка нижних концов спиц, таким образом, работает всегда под статической однонаправленной нагрузкой, подлежащей точному расчету. Кроме того, такое выполнение устройства позволяет при частичной разборке барабана ротора (снятии контровочной втулки, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха) извлечь любую из спиц для осуществления контроля за ее техническим состоянием. Сущность технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен продольный разрез осевого компрессора ГТД с системой отбора воздуха. На фиг. 2 в увеличенном масштабе показано крепление нижнего конца пустотелых спиц на опорном цилиндрическом кожухе. На фиг. 3 в увеличенном масштабе изображена фиксация от проворачивания пустотелой спицы. Устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя содержит осевой компрессор 1, статор которого состоит из корпуса 2 и лопаток спрямляющих аппаратов 3 каждой ступени. Ротор 4 компрессора содержит рабочие лопатки 5 и диски 6 со ступицами 7 каждой ступени, барабан 8 с наружной стенкой 9, в которой выполнены радиальные сквозные отверстия 10. Внутри барабана между дисками ротора радиально расположены цилиндрические пустотелые спицы 11 с верхним концом 12 и нижним 13, опорный цилиндрический кожух 14 со сквозными радиальными отверстиями 15, при этом наружный диаметр кожуха 14 меньше внутреннего диаметра ступиц дисков 7, цилиндрическая контровочная втулка 16 с продольными параллельными пазами 17, упорное пружинное кольцо 18 и полость 19 распределения охлаждающего воздуха. Нижний конец спицы имеет хвостовик 20 с плоскими параллельными гранями 21. При работе газотурбинного двигателя, сжатый воздух, проходя по тракту осевого компрессора 1, поступает через отверстие 10 во внутреннюю полость спиц 11 и далее, опускаясь по ним, попадает во внутреннюю полость 19 распределения охлаждающего воздуха, откуда по специальным каналам подводится к конструктивным элементам двигателя (лопаткам, дискам турбины и др.), которым необходимо дополнительное охлаждение. Количество равномерно расположенных по окружности спиц 11 и их внутренний диаметр определяется расчетным или экспериментальным путем из условия получения потребного количества охлаждающего воздуха, необходимого для обеспечения эксплуатационных условий работы термически нагруженных конструктивных элементов ГТД. Устройство позволяет осуществить охлаждение лопаток и дисков турбины и других элементов газотурбинного двигателя, которым необходимо дополнительное охлаждение с минимальными расходами сжатого воздуха, отбираемого от компрессора, не ухудшая основных характеристик двигателя, являясь при этом простой в изготовлении и надежной в эксплуатации системой отбора и транспортировки сжатого воздуха к различным узлам и деталям ГТД.Формула изобретения
Устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя на охлаждение конструктивных элементов, содержащее радиальные сквозные отверстия в наружной стенке барабана ротора, связывающее проточную часть компрессора с полостью распределения охлаждающего воздуха с помощью размещенных во внутренней полости барабана радиальных каналов, выполненных в спицах, расположенных между дисками барабана, отличающееся тем, что устройство снабжено опорным цилиндрическим кожухом, установленным во внутренней полости барабана ротора параллельно продольной оси компрессора и консольно связанным с барабаном, при этом наружный диаметр кожуха выполнен меньше внутреннего диаметра ступиц дисков, спицы выполнены цилиндрическими, верхний конец спицы связан с отверстием наружной стенки барабана ротора с возможностью перемещения, а нижний закреплен в сквозном отверстии, выполненном в упомянутом кожухе, например, с помощью резьбового соединения, причем часть резьбового конца спицы выполнена в виде хвостовика, который выступает внутрь кожуха и имеет плоские параллельные грани, контактирующие с продольными пазами, выполненными на цилиндрической контровочной втулке, размещенной со стороны свободного торца опорного кожуха с фиксацией от перемещения в осевом направлении, например, с помощью упорного пружинного кольца.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Осевой компрессор газотурбинного двигателя // 2111385
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам высокого давления двухконтурных турбореактивных двигателей, преимущественно с большой степенью двухконтурности
Трехступенчатый многоконтурный компрессор // 2097604
Изобретение относится к компрессоростроению, а именно к осевым многоступенчатым компрессорам
Вертикальный насос // 2005919
Осевой многоступенчатый компрессор // 1814345
Изобретение относится к компрессоре строению
Многоступенчатый насос // 1498955
Осевой компрессор // 1453087
Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к турбинам авиационных двигателей
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в силовых установках, включая газотурбинные установки (ГТУ), и компрессорных установках (КУ), имеющих в своем составе двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включая двигатель внутреннего сгорания газотурбинного типа (ГТД), компрессор, включая компрессор, входящий в состав двигателя, и теплообменник для охлаждения нагревающегося в процессе сжатия в компрессоре воздуха или газа
Изобретение относится к области производства механической энергии в первичных тепловых двигателях роторного типа с газообразным рабочим телом, в которых повышение КПД осуществляется за счет регенерации тепла отработавших газов с использованием эндотермических процессов водно-парового преобразования углеводородного топлива
Охлаждаемая турбина // 2514818
Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с сопловыми аппаратами закрутки и транзитными воздуховодами на их входе, сопловые лопатки, теплообменник, транзитные воздуховоды. Каждая сопловая лопатка выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера сопловой лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке сопловой лопатки - с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с воздушным коллектором и раздаточной полостью. Охлаждаемая турбина снабжена раздаточным коллектором для охлаждающего воздуха, охлаждающим дефлектором и двумя транзитными дефлекторами, установленными в раздаточной полости вдоль ее оси с зазором относительно друг друга и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера сопловой лопатки с образованием вдоль стенок охлаждающих каналов. Охлаждающий дефлектор выполнен с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках, установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки и направлен стенками с перфорационными отверстиями в направлении вогнутой и выпуклой стенок пера сопловой лопатки. В верхней и нижней полках сопловой лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор для охлаждающего воздуха соединен с источником воздуха, с входом воздуховода верхней полки и с входом охлаждающего дефлектора. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Воздушный коллектор соединен с входом транзитных дефлекторов, а транзитные воздуховоды - с выходом транзитных дефлекторов и сопловыми аппаратами закрутки, соединенными с кольцевыми диффузорными каналами. Раздаточная полость соединена с проточной частью турбины. Изобретение позволяет увеличить ресурс и надежность двигателя, улучшить экономичность турбины за счет охлаждения сопловой лопатки турбины воздухом другого термодинамического уровня (по температуре и давлению), что приводит к понижению температуры газа перед турбиной и обеспечивает оптимальный расход и температуру охлаждающего воздуха, подаваемого для охлаждения пера сопловой лопатки турбины. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Охлаждаемая турбина // 2518729
Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости с транзитным дефлектором, образующим вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы, сообщенные с проточной частью турбины, теплообменник. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке лопатки с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с транзитным дефлектором раздаточной полости, с транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. Охлаждаемая турбина снабжена раздаточным коллектором для охлаждающего воздуха и охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями. В верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор для охлаждающего воздуха соединен с источником воздуха, с входом воздуховода верхней полки и с входом охлаждающего дефлектора. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Изобретение позволяет повысить эффективность и экономичность турбины. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Охлаждаемая турбина // 2518768
Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, теплообменник. Каждая из сопловых лопаток выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости с транзитным дефлектором. Транзитный дефлектор образует вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы, сообщенные с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке лопатки с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с воздушным коллектором, транзитным дефлектором раздаточной полости, транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. Охлаждаемая турбина снабжена охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями. В верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Вход воздуховода верхней полки и вход охлаждающего дефлектора соединены с воздушным коллектором. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Изобретение направлено на повышение эффективности и экономичности турбины. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Водородный газотурбинный двигатель // 2561764
Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный газотурбинный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, компрессор с ротором компрессора, имеющим вал, камеру сгорания, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, газовую турбину и реактивное сопло. Между компрессором и камерой сгорания внутри воздушного тракта, соединяющего компрессор и камеру сгорания, установлена водородная турбина, которая имеет входной и выходной коллекторы и второй вал. За камерой сгорания установлен теплообменник, вход которого соединен с топливопроводом, а выход - с входным коллектором водородной турбины. Выходной коллектор водородной турбины соединен трубопроводом с основной камерой сгорания. На выходе из газовой турбины установлен второй компрессор. Водородная турбина и второй компрессор соединены вторым валом. Изобретение направлено на повышение степени сжатия компрессора, увеличение силы тяги двигателя и улучшение его удельных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Турбоэжекторный двигатель, состоящий из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, смесительного теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства. В каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя заключается в использовании закона регулирования nпр = const (постоянная приведенная частота вращения компрессора) во всем эксплуатационном диапазоне применения летательного аппарата, а также - гиперфорсированного режима - повышение тяги двигателя за счет подачи жидкости (воды, жидкого воздуха, жидкого кислорода, керосина в количестве не более 3% от расхода воздуха) на вход в компрессор на скоростях полета более четырех чисел Маха. Применение турбоэжекторных двигателей позволит увеличить скорость и высоту полета самолета-разгонщика до М ~ 7 и Н ~ 40 км, при которых первая ступень РКС становится ненужной. Это позволит повысить мощность второй ступени РКС в разы и, соответственно, увеличить полезную нагрузку в десятки раз. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Осевой трехступенчатый компрессор // 2136974
Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к осевым многоступенчатым компрессорам и позволяет повысить создаваемое давление и КПД компрессора
