Система регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F01D5/08 - средства для подогрева, теплоизоляции или охлаждения

Владельцы патента RU 2484259:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)

Система регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя включает устройство регулирования подачи воздуха, поступающего от компрессора на охлаждение турбины. Устройство регулирования подачи воздуха расположено над валом турбокомпрессора и выполнено в виде цилиндрического корпуса с окнами, закрепленного на задней опоре ротора компрессора. Снаружи корпуса соосно с ним выполнено кольцо привода со сквозными прорезями, в котором размещены тела вращения, опирающиеся на внешнюю поверхность цилиндрического корпуса для возможности поворота кольца привода вокруг своей продольной оси. Между цилиндрическим корпусом и кольцом привода выполнены заслонки, соединенные с кольцом привода плоскими пружинами. Рабочие поверхности заслонок прижаты к наружной поверхности цилиндрического корпуса и выполнены с возможностью частичного перекрывания окон цилиндрического корпуса при повороте кольца привода. Изобретение позволяет повысить надежность устройства регулирования потока воздуха, а также упростить его конструкцию и снизить матсриалоемкость. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины одноконтурных и двухконтурных двигателей.

Известна система управления расходом воздуха, охлаждающего турбину турбореактивного двигателя, содержащая множество устройств регулирования потока воздуха (клапанов), расположенных в корпусе турбины (RU 2194179 С1, опубл. 10.12.2002).

Недостатки прототипа:

- Расположение устройств регулирования потока воздуха (клапанов) в весьма горячей зоне в корпусе турбины.

- Необходимость выполнения множества устройств регулирования потока воздуха (клапанов), что приводит к усложнению конструкции.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении надежности работы устройства регулирования потока воздуха, а также в упрощении конструкции, снижении материалоемкости.

Это достигается тем, что в системе регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя, включающей устройство регулирования подачи воздуха, поступающего от компрессора на охлаждение турбины, согласно изобретению устройство регулирования подачи воздуха расположено над валом турбокомпрессора и выполнено в виде цилиндрического корпуса с окнами, закрепленного на задней опоре ротора компрессора, снаружи корпуса соосно с ним выполнено кольцо привода со сквозными прорезями, в котором размещены тела вращения, опирающиеся на внешнюю поверхность цилиндрического корпуса для возможности поворота кольца привода вокруг своей продольной оси, при этом между цилиндрическим корпусом и кольцом привода выполнены заслонки, соединенные с кольцом привода плоскими пружинами, а рабочие поверхности заслонок прижаты к наружной поверхности цилиндрического корпуса, причем рабочие поверхности заслонок выполнены с возможностью частичного перекрывания окон цилиндрического корпуса при повороте кольца привода.

В частных случаях реализации:

- тела вращения могут быть выполнены в виде роликов;

- заслонки могут быть выполнены П-образной формы.

Расположение устройства регулирования подачи воздуха над валом турбокомпрессора, а именно на задней опоре ротора компрессора, повышает надежность работы упомянутого устройства по сравнению с прототипом, т.к. данное устройство расположено в более холодной зоне, чем в прототипе. Кроме того, близкое расположение к валу турбокомпрессора позволяет минимизировать размеры цилиндрического корпуса и кольца привода, что в целом снижает материалоемкость упомянутого устройства.

Такое конструктивное выполнение заявленной системы позволяет обойтись одним устройством регулирования подачи воздуха, что упрощает ее конструкцию по отношению к прототипу.

На фиг.1 представлено схематическое изображение системы регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя.

На фиг.2 представлено устройство регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя.

Система регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя содержит устройство регулирования подачи воздуха 1, расположенное над валом 2 турбокомпрессора и выполненное в виде цилиндрического корпуса 3 с двумя рядами окон 4, закрепленного (например, с помощью фланцев) на задней опоре 5 ротора 6 компрессора, снаружи корпуса 3 соосно с ним выполнено кольцо привода 7 со сквозными прорезями 8, в котором размещены тела вращения 9 в виде роликов, опирающиеся на внешнюю поверхность цилиндрического корпуса для возможности поворота кольца привода 7 вокруг своей продольной оси с помощью гидроцилиндра, расположенного снаружи двигателя, посредством передаточного рычажкового механизма (на чертежах не показаны), соединенного с кольцом привода 7 поводком 10, при этом между цилиндрическим корпусом 3 и кольцом привода 7 выполнены заслонки 11 П-образной формы, соединенные с кольцом привода 7 плоскими пружинами 12, а рабочие поверхности заслонок 11 прижаты к наружной поверхности цилиндрического корпуса 3, причем рабочие поверхности заслонок 11 выполнены с возможностью частичного перекрывания окон 4 цилиндрического корпуса 3 при повороте кольца привода 7.

Один ряд окон 4 сообщен с предмасляной полостью 13, которая, в свою очередь, сообщена с внутренней полостью 14 вала турбокомпрессора, из которой воздух поступает на охлаждение рабочего колеса (ротора) 15 турбины, при этом предмасляная полость 13 отделена от остальных соседних полостей (масляной полости, а также полости, в которой расположен воздухопроводящий канал 18) контактным уплотнением 16 и лабиринтным уплотнением 17 соответственно.

Другой ряд окон 4 сообщен с воздухопроводящим каналом 18, из которого воздух поступает на охлаждение соплового венца (статора) 19 турбины.

Работа заявленной системы регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.

При работе турбореактивного двигателя на режимах, близких к максимальным, когда на охлаждение турбины требуется максимальное количество воздуха, от гидроцилиндра через передаточный рычажковый механизм передается усилие на поводок 10, который приводит в движение кольцо привода 7 вокруг своей продольной оси до тех пор, пока рабочие поверхности заслонок 11 полностью не откроют окна 4 цилиндрического корпуса 3 устройства регулирования подачи воздуха, при этом воздух из закомпрессорной полости через сквозные прорези 8 и полностью открытые окна 4 поступает в предмасляную полость 13 и через внутреннюю полость вала 14 турбокомпрессора поступает на охлаждение ротора 15 турбины, при этом часть воздуха поступает по воздухопроводящему каналу 18 на охлаждение соплового венца 19 турбины.

При запуске и работе турбореактивного двигателя на дроссельных режимах, когда для охлаждения турбины не требуется максимальное количество воздуха, с помощью гидроцилиндра кольцо привода 7 поворачивается вокруг своей продольной оси до частичного перекрывания заслонками 11 П-образной формы окон 4 цилиндрического корпуса 3, при этом расчетное количество воздуха из закомпрессорной полости через сквозные прорези 8 и частично открытые окна 4 поступает по воздухопроводящему каналу 18 на охлаждение соплового венца 19 турбины, а часть воздуха через внутреннюю полость 14 вала турбокомпрессора поступает на охлаждение рабочего колеса 15 турбины.

Таким образом, заявленная конструкция позволяет надежно работать во всем диапазоне режимов работы двигателя, при этом рационально расходовать воздух, отбираемый от компрессора на охлаждение турбины, при различных режимах работы газотурбинного двигателя.

1. Система регулирования расхода воздуха на охлаждение турбины газотурбинного двигателя, включающая устройство регулирования подачи воздуха, поступающего от компрессора на охлаждение турбины, отличающаяся тем, что устройство регулирования подачи воздуха расположено над валом турбокомпрессора и выполнено в виде цилиндрического корпуса с окнами, закрепленного на задней опоре ротора компрессора, снаружи корпуса соосно с ним выполнено кольцо привода со сквозными прорезями, в котором размещены тела вращения, опирающиеся на внешнюю поверхность цилиндрического корпуса для возможности поворота кольца привода вокруг своей продольной оси, при этом между цилиндрическим корпусом и кольцом привода выполнены заслонки, соединенные с кольцом привода плоскими пружинами, а рабочие поверхности заслонок прижаты к наружной поверхности цилиндрического корпуса, причем рабочие поверхности заслонок выполнены с возможностью частичного перекрывания окон цилиндрического корпуса при повороте кольца привода.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что тела вращения выполнены в виде роликов.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что заслонки выполнены П-образной формы.

Канал охлаждения, выполненный в стенке // 2483217

Устройство подачи воздуха для вентиляции лопаток турбины низкого давления газотурбинного двигателя, ротор турбины газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель // 2481481

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей. .

Сектор направляющего соплового аппарата турбины, способ изготовления сектора направляющего соплового аппарата турбины, газотурбинный двигатель // 2476680

Устройство для охлаждения выемок роторного диска газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель // 2476679

Устройство для охлаждения пазов диска ротора в турбомашине, имеющее два потока подаваемого воздуха // 2467176

Изобретение относится к устройству для охлаждения пазов в диске ротора турбомашины. .

Газотурбинный двигатель // 2460887

Ротор турбины // 2460886

Изобретение относится к элементам турбины с охлаждаемыми рабочими лопатками и с противовибрационными средствами на роторе. .

Ротор компрессора газотурбинного двигателя // 2451840

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. .

Газотурбинный двигатель с вентиляцией задней полости крыльчатки центробежного компрессора // 2447292

Способ алюминирования из паровой фазы металлической детали газотурбинного двигателя, донорская рубашка и лопатка газотурбинного двигателя, содержащая такую рубашку // 2485206

Изобретение относится к нанесению алюминиевого покрытия на металлическую деталь, а именно на полую деталь, содержащую внутреннюю рубашку, а также к рубашке для циркуляции охлаждающего воздуха, алюминированной полой лопатке газотурбинного двигателя и направляющему сопловому аппарату газотурбинного двигателя

Устройство и способ охлаждения трубчатой зоны двухпоточной турбины // 2486345

Система охлаждения рабочего колеса турбины газотурбинного двигателя // 2490473

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам ГТД

Ротор компрессора газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель // 2500892

Ротор компрессора газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, два коаксиальных диска, на которых расположены лопатки и которые соединены между собой, по существу, цилиндрической коаксиальной стенкой вращения, и средства центробежного забора воздуха. Средства забора воздуха содержат воздушные проходы, пересекающие стенку и открывающиеся в камеру, образованную внутри стенки вращения между двумя дисками. Направляющая стенка для воздуха установлена в камере и содержит, по существу, цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть проходит вдоль стенки вращения на малом радиальном расстоянии от нее для образования вместе с этой стенкой кольцевого прохода для осевого течения потока воздуха, выходящего из проходов, до одного из дисков ротора. Другим объектом настоящего изобретения является газотурбинный двигатель, например турбореактивный или турбовинтовой самолетный двигатель, содержащий описанный выше ротор компрессора. Изобретение позволяет снизить расход воздуха и уменьшить потребление турбомашины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Лопатка турбины, снабженная средством регулирования расхода охлаждающей текучей среды // 2503819

Лопатка турбины охлаждается внутренним потоком охлаждающей текучей среды, поступающей через отверстия, расположенные внизу хвостовой части лопатки. Лопатка включает в себя регулирующую пластину, снабженную отверстиями, расположенными в соответствии с отверстиями внизу хвостовой части лопатки. Регулирующая пластина выполнена из материала, имеющего коэффициент расширения, отличающийся от коэффициента расширения материала, из которого выполнена хвостовая часть лопатки. Регулирующая пластина установлена внизу хвостовой части лопатки с продольным направлением и закреплена с сохранением возможности относительного перемещения между отверстиями в регулирующей пластине и отверстиями в хвостовой части лопатки так, что сечение потока текучей среды увеличивается вместе с температурой. Изобретение направлено на уменьшение расхода охлаждающего воздуха во время полета на крейсерском режиме посредством пассивного регулирования расхода. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Узел из диска турбины газотурбинного двигателя и опорной цапфы опорного подшипника, контур охлаждения диска турбины такого узла // 2504661

Объектом настоящего изобретения является узел из диска турбины газотурбинного двигателя и опорной цапфы опорного подшипника. Диск турбины содержит радиальный кольцевой крепежный фланец, неподвижно соединенный с радиальной кольцевой частью цапфы при помощи болтов. Болты последовательно проходят через крепежные отверстия, выполненные в радиальном кольцевом крепежном фланце диска турбины и в радиальной кольцевой части цапфы. Радиальная кольцевая часть цапфы содержит сквозные отверстия для циркуляции воздуха между входом и выходом цапфы. Отверстия выполнены между крепежными отверстиями цапфы. Другим объектом настоящего изобретения является контур охлаждения диска турбины в газотурбинном двигателе, содержащий канал удаления на выходе диска турбины, проходящий через упомянутые отверстия, описанные выше. Изобретение позволяет пропускание вентиляционного воздуха между входом и выходом цапфы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе // 2504662

Турбина высокого давления газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, один лопаточный роторный диск, две кольцевых радиально внешних полости. Одна из полостей расположена на входе диска и получает поток вентиляционного воздуха для лопаток диска от днища камеры сгорания. Вторая из полостей расположена на выходе диска. Лопаточный роторный диск включает в себя входной и выходной кольцевые фланцы, отделяющие радиально внутреннюю кольцевую полость, в которой размещена ступица диска. Входной фланец диска содержит средства обеспечения сообщения радиально внешней входной полости и радиально внутренней полости для вентиляции ступицы диска. Средства обеспечения сообщения радиально внешней входной полости и радиально внутренней полости содержат радиальные пазы, выполненные на входной поверхности входного фланца диска. Пазы образуют каналы для циркуляции воздуха между входным фланцем и вращающейся деталью газотурбинного двигателя, с которой связан упомянутый фланец. Изобретение позволяет уменьшить тепловые градиенты в диске ротора турбины высокого давления и уменьшить время теплового отклика этого диска. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ступень турбины гтд с отверстиями отвода концентрата пыли от системы охлаждения // 2520785

Ступень турбины газотурбинного двигателя, выполненного с отверстиями отвода концентрата пыли от системы охлаждения, содержит рабочие и сопловые охлаждаемые лопатки, образующие проточную часть турбины, аппарат закрутки с отверстиями для подвода охлаждающего воздуха в систему охлаждения элементов турбины. В аппарате закрутки дополнительно имеется, по меньшей мере, одно отверстие отвода пылевого концентрата, которое выполнено под углом 0°<α<90° в направлении вращения рабочего колеса и под углом 0°<β<60° от оси двигателя. Отверстие отвода пылевого концентрата находится выше по радиусу отверстий подвода охлаждающего воздуха в меридиальной плоскости на расстоянии более одного диаметра отверстий подвода охлаждающего воздуха. Изобретение направлено на предотвращение загрязнения системы охлаждения турбины и как следствие повышение надежности работы турбины. 3 ил.

Двухпоточный цилиндр паротурбинной установки // 2523086

Двухпоточный цилиндр паротурбинной установки включает наружный и внутренний цилиндры, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потоков, трубопровод подвода охлаждающего пара к турбине. Во внутреннем цилиндре установлены корпусы с уплотнениями вала ротора. В пространстве между дисками первых ступеней прямого и обратного потоков устанавливаются перегородки, соединенные по торцу с поверхностью внутреннего цилиндра и корпусов уплотнений, образующие две кольцевые камеры, ограниченные поверхностями внутреннего цилиндра, корпусов уплотнений и перегородок, а также боковыми поверхностями дисков первых ступеней. Каждая из кольцевых камер соединена через осевой зазор между диском первой ступени примыкающего к этой камере потока и торцевой поверхностью внутреннего цилиндра с камерой подвода пара на рабочую лопатку первой ступени. Через радиальный зазор между валом ротора и гребнями уплотнений кольцевые камеры соединены между собой. Достигается эффективное охлаждение центральной части ротора при минимальном расходе охлаждающего пара, исключаются непроизводительные перетоки пара, что повышает надежность и КПД цилиндра, увеличивает ресурс ротора. 1 ил.

Лопатка турбины // 2528781

Лопатка турбины, продолжающаяся вдоль продольной оси (А), содержит крепежный участок, снабженный базовой поверхностью, платформу, соединенную как одно целое с крепежным участком, основной продолговатый корпус, охлаждающий контур и регулировочную пластину. Основной продолговатый корпус продолжается от платформы на противоположной стороне по отношению к крепежному участку и содержит заднюю кромку. Охлаждающий контур содержит первую охлаждающую линию для охлаждения задней кромки и снабжен первым входным отверстием, расположенным на базовой поверхности крепежного участка лопатки. Регулировочная пластина соединена с базовой поверхностью у первого входного отверстия и содержит первый и второй участки, выполненные с возможностью соединения друг с другом и имеющие такую форму, чтобы образовывать вместе отверстие, имеющее переменное сечение. Изобретение направлено на снижение себестоимости лопатки и на корректирование скорости потока охлаждающего воздуха. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.