Газотурбинный двигатель

 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к системам наддува опор газотурбинных двигателей. Газотурбинный двигатель содержит единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость. Одноименные полости опор сообщены воздуховодами друг с другом. Полости наддува через основной клапан переключения наддува сообщены питающим воздуховодом с одной из последних ступеней компрессора. Питающий воздуховод снабжен дополнительным клапаном переключения с двумя входами, один из которых сообщен с одной из последних ступеней компрессора, второй - с автономным источником питания, а выход - с одним из входов основного клапана переключения наддува. Такое выполнение устройства позволяет осуществить подачу воздуха к опорам для их охлаждения на остановленном двигателе, что повышает надежность двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к системам наддува опор газотурбинных двигателей.

Известен газотурбинный двигатель [1].

Из известных газотурбинных двигателей наиболее близким к предложенному является газотурбинный двигатель, содержащий единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость, причем одноименные полости опор сообщены воздуховодами друг с другом, полости наддува через основной клапан переключения наддува сообщены питающим воздуховодом с одной из последних ступеней компрессора [2].

В указанной конструкции наддув опор на режимах, близких к малому газу, осуществляется воздухом, поступающим от одной из последних ступеней компрессора. Однако в эксплуатационных условиях часто необходимо производить подачу воздуха к опорам на остановленном двигателе. Особенно это актуально для стационарных газотурбинных двигателей, когда после останова двигателя, с целью предотвращения тепловой деформации роторов и их сцепления, а также сцепления с элементами статора, производится их охлаждение.

В указанной конструкции такие действия произвести нельзя. Это понижает надежность двигателя и ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Задачей изобретения является повышение надежности двигателя в эксплуатационных условиях путем охлаждения его после останова.

Указанная задача достигается тем, что в известном газотурбинном двигателе, содержащем единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость, причем одноименные полости опор сообщены воздуховодами друг с другом, полости наддува через основной клапан переключения наддува сообщены питающим воздуховодом с одной из последних ступеней компрессора, питающий воздуховод снабжен дополнительным клапаном переключения с двумя входами, один из которых сообщен с одной из последних ступеней компрессора, второй - с автономным источником питания, а выход - с одним из входов основного клапана переключения наддува.

Наличие дополнительного переключающего клапана в питающем воздуховоде не нарушает подачу воздуха к опорам двигателя на рабочих режимах, а в условиях послеостановочной эксплуатации позволяет подвести воздух от автономного источника питания.

Сообщение одного из входов дополнительного клапана с одной из последних ступеней компрессора позволяет осуществлять наддув опор на рабочих режимах.

Наличие второго входа в дополнительном переключающем клапане позволяет подвести к клапану воздух от автономного источника.

Наличие одного выхода в дополнительном клапане переключения позволяет подводить воздух через основной клапан переключения наддува в систему наддува опор двигателя от двух источников питания: на рабочих режимах - от одной из последних ступеней компрессора, а на послеостановочных режимах - от автономного источника питания за счет перекладки дополнительного клапана переключения в положение, когда вход со стороны одной из последних ступеней компрессора перекрывается, а вход со стороны автономного источника питания открывается.

На послеостановочных режимах эксплуатации воздух, подаваемый от автономного источника питания, попадает в единую централизованную систему и поступает ко всем опорам двигателя через систему одноименных воздуховодов, по пути транспортировки охлаждая основные узлы и элементы двигателя, и далее выходит через систему предмасляных полостей и маслосистему в окружающую среду.

В результате этого происходит симметричное в окружном направлении охлаждение основных узлов двигателя, что, с одной стороны, исключает возможность их прихватывания, а с другой, за счет снижения температуры конструктивных элементов уменьшается коксование остатков масла в опорах.

Все это повышает надежность двигателя и расширяет его эксплуатационные возможности, так как до минимума снижается вероятность механических поломок и уменьшается время повторного запуска двигателя.

На фиг.1 показана схема единой централизованной системы наддува опор; на фиг. 2 - дополнительный клапан переключения наддува в положении "рабочие режимы"; на фиг. 3 - дополнительный клапан переключения наддува в положении "послеостановочные режимы"; на фиг. 4 - основной клапан переключения наддува в положениях "рабочие режимы" и "послеостановочные режимы".

Газотурбинный двухроторный двигатель содержит компрессор низкого давления 1 с передней 2 и задней 3 опорами, компрессор высокого давления 4 с передней опорой 5 и турбины 6 с опорами 7. Система наддува опор содержит полости наддува 8 и 9 опор 2 и 3 компрессора низкого давления 1, полость наддува 10 передней опоры 5 компрессора высокого давления 4 и полости наддува 11 опор 7 турбин 6. Полости наддува 8, 9, 10, 11 сообщены друг с другом воздуховодами 12, 13, 14, 15 и через основной клапан переключения 16 сообщены питающим воздуховодом 17 с одной из последних ступеней 18 компрессора 4. Питающий воздуховод 17 снабжен дополнительным клапаном переключения 19 с двумя входами 20 и 21. Вход 20 сообщен воздуховодом 17 с одной из последних ступеней 18 компрессора 4, а вход 21 - с автономным источником питания 22 через запорный клапан 23. Выход 24 сообщен с одним из входов 25 основного клапана переключения 16. Система наддува опор содержит также предмасляные полости 26, 27 опор 2, 3 компрессора низкого давления 1, предмасляную полость 28 передней опоры 5 компрессора высокого давления 4 и предмасляную полость 29 опор 7 турбин 6. Опоры 2, 3, 5, 6 оснащены предмасляными полостями 26, 27, 28, 29 и клапанами суфлирования 31, 32 с воздуховодами 33, 34, 35. Предмасляные полости 26, 27, 28, 29 сообщены через подвижные уплотнения 36, 37, 38, 39 с маслосистемой 40, а полости наддува 8, 9, 10, 11 сообщены с газовоздушным трактом 41 двигателя. Выход 30 основного клапана переключения 16 через питающий воздуховод 13 сообщен со всеми полостями наддува опор, образуя единую централизованную систему опор.

Дополнительный клапан переключения 16 содержит корпус 42, шток 43 и пружину 44. Основной клапан переключения наддува 16 содержит пружину 45, шток 46, корпус 47 и полость 48.

Газотурбинный двигатель работает следующим образом.

При останове двигателя основной клапан переключения наддува 16 находится в положении, когда единая централизованная система наддува опор сообщена питающим воздуховодом 17 через дополнительный клапан переключения 19 с одной из последних ступеней 18 компрессора 4. Для охлаждения двигателя на "послеостановочном" режиме по внешней команде открывается запорный клапан 23, и воздух из автономного источника питания 22 поступает на вход 21 дополнительного клапана переключения 19, под избыточным давлением воздух перемещает шток 43, сжимая пружину 44, размещенную в корпусе 42 (фиг.3). При этом шток 43 разделяет вход 17 и выход 24, одновременно сообщая вход 21 и выход 24 дополнительного клапана переключения 19, в результате чего воздух через питающий воздуховод 17 начинает поступать на вход 25 основного клапана переключения 16, при этом шток 46 за счет усилия пружины 45 находится в положении, когда питающий воздуховод 17 через вход 25, полость 48 и выход 30 сообщен с единой централизованной системой наддува.

Воздух через воздуховод 13 поступает в полость наддува 9 задней опоры 3 компрессора низкого давления 1 и из нее в предмасляную полость 27, газовоздушный тракт 41, в воздуховоды 12 и 14.

Из воздуховода 12 воздух поступает в полость наддува 8. Из полости наддува 8 воздух поступает в предмасляную полость 26 передней опоры 2 компрессора низкого давления 1, а также в газовоздушный тракт 41.

По воздуховоду 14 воздух одновременно подается в воздуховод 15 и в полость наддува 10 передней опоры 5 компрессора высокого давления 4. Из полости наддува 10 воздух проходит в предмасляную полость 28 и газовоздушный тракт 41. Через воздуховод 15 воздух поступает в полость наддува 11 опоры 7 турбин 6, из нее - в предмасляную полость 29 и в газовоздушный тракт 41 турбин 6.

Воздух из предмасляных полостей 26, 27, 28 через воздуховоды 33 и 34 поступает в клапан суфлирования 31 и далее в окружающую среду. Воздух из предмасляной полости 29 по воздуховоду 35 поступает к клапану 35 и далее в окружающую среду.

Воздух, омывая поверхности узлов и элементов двигателя, охлаждает их и тем самым препятствует их тепловой деформации. За счет хладоресурса воздуха происходит охлаждение элементов опоры двигателя, нагретых в процессе работы его на рабочих режимах, что препятствует коксообразованию масла на поверхностях этих элементов после останова.

После закрытия запорного клапана 23 (фиг.1) прекращается подача воздуха от автономного источника 22, шток 43 дополнительного клапана 19 пружиной 44 возвращается в исходное положение (фиг.2).

Двигатель готов к повторной работе на рабочих режимах.

В результате охлаждения двигателя на "послеостановочных" режимах предотвращается коробление роторов двигателя, образование кокса в опорах, что повышает его надежность.

Принудительное охлаждение узлов и элементов двигателя уменьшает время его "остывания", что значительно уменьшает общее время подготовки двигателя к повторному запуску.

Источники информации 1. Патент Франции 2028999, МКИ F 02 C 7/00, опубл. 1970 г.

2. Патент РФ 2153590, МКИ F 02 C 7/06, опубл. 2000 г.

Формула изобретения

Газотурбинный двигатель, содержащий единую централизованную систему наддува опор, каждая из которых включает полость наддува и предмасляную полость, причем одноименные полости опор сообщены воздуховодами друг с другом, полости наддува через основной клапан переключения наддува сообщены питающим воздуховодом с одной из последних ступеней компрессора, отличающийся тем, что питающий воздуховод снабжен дополнительным клапаном переключения с двумя входами, один из которых сообщен с одной из последних ступеней компрессора, второй - с автономным источником питания, а выход - с одним из входов основного клапана переключения наддува.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4