Газотурбинный двигатель

Авторы патента:

Латышев Вячеслав Георгиевич (RU)

Кузнецов Валерий Алексеевич (RU)

Расторгуев Олег Михайлович (RU)

F02C7/14 - охлаждение жидкостей или газов в установке

F02C7/06 - размещение опор (подшипники как таковые F16C); смазка (двигателей вообще F01M)

Владельцы патента RU 2550224:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

В газотурбинном двигателе воздушные полости валов и подшипниковых опор соединены с кольцевыми коллекторами повышенного и пониженного давления воздуха, выполненными с возможностью переключения отбора воздуха с коллектора повышенного на коллектор пониженного давления воздуха. Коллектор пониженного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора низкого давления. Коллектор повышенного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора высокого давления. Между коллектором повышенного давления воздуха и воздушными полостями подшипниковых опор и валов установлен воздухо-воздушный теплообменник, размещенный в канале наружного контура газотурбинного двигателя. Изобретение повышает надежность газотурбинного двигателя путем снижения температуры воздуха, поступающего из коллектора повышенного давления на охлаждение валов газотурбинного двигателя и на наддув воздушных полостей подшипниковых опор. 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть использовано в авиационной промышленности.

Известен газотурбинный двигатель, в котором воздушные полости вала и подшипниковых опор соединены с компрессором с помощью радиальных воздушных полостей (патент RU №2124644, F02C 7/06, опубл. 10.01.1999 г.).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за возможной утечки масла из масляных полостей подшипниковых опор на пониженных режимах работы газотурбинного двигателя.

Наиболее близким к заявленному является газотурбинный двигатель, в котором воздушные полости валов и подшипниковых опор соединены с кольцевыми коллекторами повышенного и пониженного давления воздуха с возможностью переключения отбора воздуха с коллектора повышенного давления воздуха на коллектор пониженного давления воздуха (патент RU №2324063, МПК F02C 7/06, 7/047, опубл. 10.05.2008 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность вследствие повышенной температуры воздуха, отбираемого из коллектора повышенного давления, что может привести к коксованию масла и перегреву подшипников в опорах, что может привести к поломке газотурбинного двигателя.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя за счет снижения температуры воздуха, поступающего из коллектора повышенного давления на охлаждение валов газотурбинного двигателя и на наддув воздушных полостей подшипниковых опор.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, воздушные полости валов и подшипниковых опор в котором соединены с кольцевыми коллекторами повышенного и пониженного давления воздуха, выполненными с возможностью переключения отбора воздуха с коллектора повышенного на коллектор пониженного давления воздуха, коллектор пониженного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора низкого давления, а коллектор повышенного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора высокого давления, причем между коллектором повышенного давления воздуха и воздушными полостями подшипниковых опор и валов установлен воздухо-воздушный теплообменник, размещенный в канале наружного контура газотурбинного двигателя.

Соединение коллектора пониженного давления воздуха на входе с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора низкого давления позволяет на основных режимах работы газотурбинного двигателя надежно охладить валы вентилятора и турбины низкого давления, а также подшипниковые опоры вентилятора, компрессора высокого давления, турбины высокого давления и турбины низкого давления; исключить подтекание масла из масляных полостей опор подшипников за счет наддува избыточным давлением воздуха лабиринтных уплотнений опор. Такое выполнение конструктивных частей газотурбинного двигателя позволяет получить воздушный поток, который является оптимальным по сочетанию температуры и давления для охлаждения и наддува валов и подшипниковых опор.

Соединение коллектора повышенного давления воздуха на входе с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора высокого давления позволяет обеспечить наддув избыточным давлением воздуха лабиринтных уплотнений опор на пониженных режимах работы двигателя, когда ротор компрессора низкого давления, установленный на рабочем колесе вентилятора, имеет низкие обороты и, соответственно, низкое давление на выходе из третьей ступени компрессора низкого давления.

Наличие воздухо-воздушного теплообменника между коллектором повышенного давления воздуха и воздушными полостями валов и подшипниковых опор позволяет снизить температуру воздуха на пониженных режимах работы двигателя на входе в воздушные полости опор и валов, что повышает надежность газотурбинного двигателя.

Размещение воздухо-воздушного теплообменника в канале наружного контура газотурбинного двигателя обеспечивает охлаждение теплообменника воздухом канала наружного контура, что позволяет за счет повышения температуры воздуха в канале наружного контура, получаемого при охлаждении теплообменника, увеличить тягу и улучшить экономичность газотурбинного двигателя, а также снизить отрицательное влияние отбора «дорогого» воздуха из-за третьей ступени компрессора высокого давления.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя.

На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.3 показан элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.4 - элемент III на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 включает вентилятор 2, компрессор 3 низкого давления, компрессор 4 высокого давления, камеру сгорания 5, турбину 6 высокого давления и турбину 7 низкого давления. Ротор 8 компрессора 3 низкого давления установлен на рабочем колесе 9 вентилятора 2, которое в свою очередь с помощью вала 10 установлено в шарикоподшипнике 11 передней опоры 12 вентилятора 2. Ротор 13 компрессора 4 высокого давления с помощью вала 14 установлен в шарикоподшипнике 15 опоры 16 компрессора 4 высокого давления, а ротор 17 турбины 6 высокого давления установлен в роликоподшипнике 18 опоры 19 турбины 6 высокого давления. Ротор 20 турбины 7 низкого давления задним хвостовиком 21 вала 22 турбины 7 низкого давления установлен в роликоподшипнике 23 опоры 24 турбины 7 низкого давления. Поток 25 воздуха из вентилятора 2 поступает в канал 26 наружного контура, из которого через сопло 27 наружного контура выбрасывается в атмосферу.

Воздушные полости 28 подшипниковых опор 12, 16, 19, 24 и валов 10, 22 соединены с кольцевыми коллекторами 29 и 30 соответственно пониженного и повышенного давления воздуха с возможностью переключения отбора воздуха с коллектора 30 повышенного давления воздуха на коллектор 29 пониженного давления воздуха. Коллектор 29 пониженного давления воздуха на его входе соединен с проточной частью 31 газотурбинного двигателя 1 за третьей ступенью 32 компрессора 3 низкого давления. Коллектор 30 повышенного давления на его входе соединен с проточной частью 33 газотурбинного двигателя 1 за третьей ступенью 34 компрессора 4 высокого давления. Между коллектором 30 повышенного давления воздуха и воздушными полостями 28 подшипниковых опор 12, 16, 19, 24 и валов 10, 22 установлен воздухо-воздушный теплообменник 35, размещенный в канале 26 наружного контура газотурбинного двигателя 1.

На основных режимах работы газотурбинного двигателя 1 охлаждающий воздух, поступающий в коллектор 29 пониженного давления из проточной части 31 за третьей ступенью 32 компрессора 3 низкого давления, через механизм 36 переключения отборов воздуха поступает по каналам 37 на наддув воздушных полостей 28 опор 12, 16, 19, 24 и на охлаждение валов 10 и 22, обеспечивая надежную работу двигателя 1. На пониженных и переходных режимах работы газотурбинного двигателя 1 механизм 36 переключения отборов воздуха соединяет каналы 37 с коллектором 30 повышенного давления воздуха, соединенного на входе с проточной частью 33 газотурбинного двигателя 1 за третьей ступенью 34 компрессора 4 высокого давления, тем самым предотвращая поступление масла из масляных полостей 38, в воздушные полости 28 опор 12, 16, 19, 24 и далее - в газовоздушный тракт 39. Отбираемый из коллектора 30 поток 40 воздуха повышенного давления имеет избыточную температуру, и для ее снижения между коллектором 30 и механизмом 36 переключения отборов воздуха в канале 26 наружного контура установлен воздухо-воздушный теплообменник 35, в котором поток 40 воздуха повышенного давления охлаждается до необходимой температуры потоком 25 воздуха канала 26 наружного контура. Это приводит к подогреву потока 25 воздуха наружного контура и к повышению тяги газотурбинного двигателя 1 за счет повышения скорости истечения воздуха из сопла 27 наружного контура. Далее охлажденный поток 40 воздуха повышенного давления по каналам 37 поступает на охлаждение валов 10 и 12, а также на наддув воздушных полостей 28 опор 12, 16, 19 и 24.

Использование воздуха из-за третьей ступени компрессора 3 низкого давления для охлаждения валов 10 и 22, а также для наддува и охлаждения опор 12, 16, 19 и 24 позволяет улучшить экономичность газотурбинного двигателя 1 на основных режимах его работы, так как используется наименее «дорогой» охлаждающий воздух.

Газотурбинный двигатель, воздушные полости валов и подшипниковых опор в котором соединены с кольцевыми коллекторами повышенного и пониженного давления воздуха, выполненными с возможностью переключения отбора воздуха с коллектора повышенного на коллектор пониженного давления воздуха, отличающийся тем, что коллектор пониженного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора низкого давления, а коллектор повышенного давления воздуха на входе соединен с проточной частью газотурбинного двигателя за третьей ступенью компрессора высокого давления, причем между коллектором повышенного давления воздуха и воздушными полостями подшипниковых опор и валов установлен воздухо-воздушный теплообменник, размещенный в канале наружного контура газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации газотурбинной установки, в которой сжатый воздух выходит из компрессора и подается для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры сгорания или турбины.

Способ повышения эффективности работы газотурбинной установки // 2544397

Изобретение относится к области энергетики. При работе газотурбинной установки охлаждение сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды антифриза в виде капель размером 20-500 мкм и полного вывода антифриза из смесительных камер с помощью сепарационно-вихревых устройств после безыспарительного нагрева антифриза.

Способ повышения эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора // 2529289

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах в стационарных газотурбинных установках, имеющих в своем составе осевой многоступенчатый компрессор.

Авиационный двигатель с охлаждением электрического пускового устройства // 2515912

Изобретение относится к авиационному двигателю, включающему в себя топливно-насосное устройство. Топливно-насосное устройство содержит топливный насос (26) высокого давления, имеющий вход, соединенный с топливной трубой (28) низкого давления, и выход, соединенный с основным контуром подачи топлива высокого давления.

Способ рекуперации энергии // 2511816

Способ рекуперации энергии при сжатии газа компрессорной установкой (1), имеющей две или более ступеней сжатия. Каждая из ступеней образована компрессором (2, 3).

Система охлаждения и регулирования температуры агрегатов силовой установки летательного аппарата // 2477807

Турбореактивная установка для летательного аппарата // 2436988

Двигательная установка и летательный аппарат, содержащий такую двигательную установку // 2413086

Система и способ для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя // 2406841

Способ форсирования авиационного двигателя // 2386832

Изобретение относится к авиадвигателестроению. .

Опора быстровращающегося ротора // 2550212

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к турбиностроению, и предназначено для использования в качестве опоры быстровращающегося ротора газовой турбины, выполненной в виде двух отдельных ребер, установленных в имеющийся корпус с крышкой и приваренных к нему монтажным швом перпендикулярно оси предварительно выполненной в ребрах расточки заподлицо с горизонтальным разъемом корпуса и соединенных по нему с верхним ребром; при этом верхнее ребро соединено с имеющейся крышкой посредством крепежа и подогнанной по месту дистанционной шайбы.

Центробежный суфлер // 2548228

Центробежный суфлер относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции центробежного суфлера системы суфлирования авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).

Масляная система газотурбинного двигателя // 2547540

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и касается устройства маслосистемы газотурбинного двигателя. В масляной системе, содержащей подключенную к масляным полостям опор ротора магистраль откачки масловоздушной эмульсии, сообщенную с маслобаком, и центробежный суфлер с магистралью сброса в маслобак уловленного суфлером масла, в магистраль откачки встроен эжектор так, что выход из магистрали откачки выполнен соплом для эжектирующего потока масловоздушной эмульсии, а выход магистрали сброса уловленного суфлером масла выполнен соплом для эжектируемого потока в магистрали сброса масла, которое через смесительную камеру и диффузор сообщено с маслобаком.

Приводной центробежный суфлер для высокотемпературного газотурбинного двигателя // 2547539

Изобретение относится к элементам систем газотурбинных двигателей и может быть использовано в качестве суфлера-сепаратора в маслосистемах авиационных высокотемпературных ГТД.

Упругая опора ротора турбомашины // 2541623

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругих опор роторов турбомашин. Упругая опора содержит установленный на валу подшипник, статорный элемент, обечайку, по меньшей мере, две спицы и кольцевой элемент с фланцем.

Упругодемпферная опора турбины // 2540208

Изобретение относится к упругодемпферным опорам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. В упругодемпферной опоре (1) турбины корпус (2) содержит радиальное ребро (7) с пристыкованными к нему ограничивающими масляную полость (10) фланцами (8) и (9) и стенку (11) с пристыкованными к ней трубами (18) подвода воздуха.

Маслосистема газотурбинного двигателя // 2539928

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к масляной системе авиационного газотурбинного двигателя. В известной маслосистеме, содержащей маслобак, масляный фильтр с сифонным затвором и жиклер стравливания воздуха в петле сифонного затвора, установленные в магистрали подачи масла в двигатель, причем петля сифонного затвора с жиклером стравливания воздуха расположена внутри полости маслобака, а жиклер сообщен со свободным его объемом, согласно изобретению, восходящая часть петли сифонного затвора образована магистралью подвода масла к фильтру, а ниспадающая часть петли образована внутренней полостью корпуса масляного фильтра.

Упругодемпферная опора ротора турбомашины // 2539909

Упругодемпферная опора ротора турбомашины содержит подшипник, установленный на валу, статорный элемент. Статорный элемент содержит обечайку и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку.

Газотурбинный двигатель // 2539403

Газотурбинный двигатель содержит корпус, ротор, включающий вал. Один конец вала жестко скреплен с рабочим колесом турбины, на который насажена цилиндрическая втулка ротора, выполненный с возможностью его газодинамического поддержания, а на свободном конце зафиксировано колесо центробежного компрессора, снабженный упорным подшипником.

Вентилятор газотурбинного двигателя // 2539249

Вентилятор (1) газотурбинного двигателя включает в себя радиально-упорный подшипник (9), внутреннее кольцо (14) которого закреплено гайкой (10) с радиальными выступами (22) под ключ на резьбовом хвостовике (13) и жиклер (26) подачи масла на смазку.

Приводной центробежный суфлер газотурбинного двигателя // 2551454

Приводной центробежный суфлер относится к области авиадвигателестроения, в частности к элементам маслосистемы авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Приводной центробежный суфлер ГТД содержит корпус с маслосбрасывающей резьбой и маслоулавливающей канавкой и установленную в нем осевую крыльчатку, вход в которую сообщен с каналом подвода газомасляной смеси, а выход - через газоотводящие окна с выходным патрубком суфлера. Проточная часть крыльчатки выполнена в виде направляющей диафрагмы, увеличивающейся в диаметре в сторону выхода, причем участок диафрагмы с максимальным диаметром, меньшим наружного диаметра лопаток крыльчатки, образует с корпусом дополнительные окна, сообщенные через газоотводящие окна с выходным патрубком суфлера. Лопатки крыльчатки, расположенные в зоне размещения маслоулавливающей канавки, выполнены с выступом, заведенным в последнюю. Маслоулавливающая канавка сообщена со входом регулируемого подпружиненного клапана постоянного перепада, выход из которого сообщен с маслосистемой двигателя. Изобретение позволит повысить эффективность отделения масла от газа и сократить расход масла в двигателе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.