Винтовентилятор
Изобретение относится к винтовентиляторам заднего расположения авиационных газотурбинных двигателей и позволяет повысить надежность и эффективность работы путем организации охлаждения полых стоек и лопастей винтовентилятора и снижения гидравлических потерь в газовом канале и утечек в стыках между сегментами полых стоек. Указанный технический результат достигается в винтовентиляторе с кольцевым газовым каналом, в котором расположены полые стойки со сквозной продольной щелью на выходной кромке и с внутренней полостью, в которой размещены хвостовики лопастей винтовентилятора, внутренняя полость полых стоек, выполненная в виде профиля рабочих лопаток турбины со входными и выходными кромками, соединена с компрессором, причем со стороны входной кромки полой стойки дополнительно выполнена зигзагообразная щель, стойки составлены из отдельных сегментов, число которых равно числу лопастей винтовентилятора, а стык между сегментами образует продольные сквозные щели со стороны входной и выходной кромок полых стоек, причем с внешней стороны от кольцевого газового канала между стойками и хвостовиками лопастей винтовентилятора выполнены уплотнения. 7 ил.
Изобретение относится к винтовентиляторам заднего расположения авиационных газотурбинных двигателей.
Известен винтовентилятор с охлаждаемой втулкой, лопасти которого установлены на вращающихся корпусах биротативной турбины [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.543, рис.13.1].
Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за повышенных температур лопастей винтовентилятора, подогреваемых от горячих корпусов биротативной турбины.
Наиболее близким к заявляемому является винтовентилятор с охлаждаемой втулкой, расположенный за силовой газовой турбиной газотурбинного двигателя, с кольцевым газовым каналом во втулке, соединенным на входе с проточной частью силовой турбины и с полыми стойками в газовом канале, внутренняя полость которых подключена к компрессору двигателя и в которых расположены хвостовики лопастей винтовентилятора, а сами стойки выполнены с продольной сквозной выходной щелью [Авторское свидетельство №1407153, F02C 3/067, 1986].
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность вследствие недостаточной эффективности охлаждения хвостовиков лопастей винтовентилятора.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и эффективности работы путем организации охлаждения полых стоек и лопастей винтовентилятора и снижения гидравлических потерь в газовом канале и утечек в стыках между сегментами полых стоек.
Сущность изобретения заключается в том, что в винтовентиляторе с кольцевым газовым каналом, в котором расположены полые стойки со сквозной продольной щелью на выходной кромке и с внутренней полостью, в которой размещены хвостовики лопастей винтовентилятора, внутренняя полость полых стоек, выполненная в виде профиля рабочих лопаток турбины со входными и выходными кромками, соединена с компрессором, согласно изобретению со стороны входной кромки полой стойки дополнительно выполнена зигзагообразная щель, стойки составлены из отдельных сегментов, число которых равно числу лопастей винтовентилятора, а стык между сегментами образует продольные сквозные щели со стороны входной и выходной кромок полых стоек, причем с внешней стороны от кольцевого газового канала между стойками и хвостовиками лопастей винтовентилятора выполнены уплотнения.
Выполнение полых стоек с дополнительной зигзагообразной сквозной щелью со стороны входной кромки позволяет организовать эффективное конвективно-пленочное охлаждение входной кромки, спинки и корыта стойки, что способствует снижению теплового потока от протекающего по кольцевому каналу газа к хвостовикам лопастей винтовентилятора и к снижению их температуры.
Выполнение стоек в виде отдельных сегментов, число которых равно числу лопастей винтовентилятора, а стык между сегментами образует продольные сквозные щели со стороны входной и выходной кромок полых стоек, позволяет облегчить сборку винтовентилятора, уменьшить загромождение стойками кольцевого газового канала с одновременным снижением гидравлических потерь в этом канале и минимизацией паразитных утечек охлаждающего воздуха по стыкам между сегментами.
Выполнение уплотнений между стойками и хвостовиками лопастей винтовентилятора с внешней стороны от кольцевого газового канала позволяет минимизировать паразитные утечки охлаждающего воздуха к лопастям винтовентилятора, что способствует повышению эффективности системы охлаждения, снижению температуры лопастей винтовентилятора и повышению надежности винтовентилятора.
Так как окружные скорости вращения хвостовиков лопастей винтовентилятора относительно стоек невелики, то уплотнения могут быть как бесконтактные (например, лабиринтные), так и контактные с металлическими или неметаллическими уплотнительными кольцами.
На фиг.1 показан продольный разрез винтовентилятора с охлаждаемой втулкой. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - вид А на фиг.2.
На фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.5 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде. Фиг.6 и фиг.7 представляют собой варианты исполнения элемента II на фиг.1.
Винтовентилятор 1 состоит из передних лопастей 2 и задних лопастей 3, хвостовики 4 и 5 которых соответственно закреплены во втулке 6, в которой также размещены механизм поворота передними лопастями 7 и механизм поворота задними лопастями 8.
С внешней стороны втулку 6 охватывает кольцевой газовый канал 9, ограниченный внутренними 10, 11 и внешними 12, 13 кольцевыми обечайками, соединенными между собой передней и задней полыми стойками 14 и 15, во внутренних полостях 16 и 17 которых размещены хвостовики 4 и 5 передних 2 и задних 3 лопастей винтовентилятора 1.
Для удобства сборки и уменьшения загромождения канала 9 передняя и задняя стойки 14 и 15 выполнены в виде отдельных сегментов 18 и 19, число которых равно числу передних и задних лопастей 2 и 3 соответственно.
Для снижения температуры хвостовиков 4 и 5 лопастей 2 и 3 винтовентилятора 1 внутренние полости 16 и 17 стоек 14 и 15 на входе соединены с компрессором (не показано), а на выходе - через продольную щель 20 на выходной кромке 21 стоек 14 и 15 и через продольную щель 22 на входной кромке 23 стоек 14 и 15 - с газовым каналом 9.
Для реализации эффективного конвективно-пленочного охлаждения стоек 14 и 15 продольная щель 22 на входной кромке 23 каждой из стоек 14 и 15 выполнена зигзагообразной с увеличенной шириной в зигах 24 и 25, что позволяет организовать эффективное пленочное заградительное охлаждение как входной кромки 23, так и спинки 26 и корыта 27 стоек 14 и 15, которые выполнены в виде профиля турбинных лопаток.
Для снижения паразитных утечек охлаждающего воздуха 28 стыки 29 и 30 между отдельными сегментами 18 и 19, образующими стойки 14 и 15, совпадают с продольными щелями 20 и 22.
Также для снижения паразитных утечек охлаждающего воздуха 28 в атмосферу с внешней стороны от кольцевого канала 9 между сегментами стоек 18, 19 и хвостовиками 4, 5 лопастей 2 и 3 винтовентилятора 1 выполнены уплотнения 31 и 32 соответственно. Уплотнения 31, 32 могут быть выполнены бесконтактными, т.е. в виде лабиринта 33 и ответного ему сотового фланца 34, или контактным 35, с металлическими уплотнительными кольцами 36, либо контактным 37 с неметаллическим (графитовым) уплотнительным кольцом 38.
Для исключения попадания газа 39 на лопасти 2 и 3 винтовентилятора 1 между газовым каналом 9 и уплотнениями 31 и 32 сегменты стоек 18 и 19 образуют между собой переднюю 40 и заднюю 41 воздушные полости, которые служат для подачи охлаждающего воздуха 28 во внутренние полости 16 и 17 стоек 14 и 15.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе винтовентилятора газ 39 обтекает стойки 14 и 15, выполненные в виде профиля турбинных лопаток, с различной скоростью со стороны спинки 26 и со стороны корыта 27, что может привести к появлению повышенных напряжений из-за различных термических деформаций спинки 26 и корыта 27. Однако этого не происходит, так как спинка 26 и корыто 27 одной стойки принадлежат разным сегментам 18 и 19 и разделены между собой продольными щелями 20 и 22.
Винтовентилятор с кольцевым газовым каналом, в котором расположены полые стойки со сквозной продольной щелью на выходной кромке и с внутренней полостью, в которой размещены хвостовики лопастей винтовентилятора, внутренняя полость полых стоек, выполненная в виде профиля рабочих лопаток турбины со входными и выходными кромками, соединена с компрессором, отличающийся тем, что со стороны входной кромки полой стойки дополнительно выполнена зигзагообразная щель, стойки составлены из отдельных сегментов, число которых равно числу лопастей винтовентилятора, а стык между сегментами образует продольные сквозные щели со стороны входной и выходной кромок полых стоек, причем с внешней стороны от кольцевого газового канала между стойками и хвостовиками лопастей винтовентилятора выполнены уплотнения.
