RU10425U1 - Приводной газотурбинный двигатель - Google Patents

Abstract

.

Конструктивное исполнение рассматриваемого приводного турбовального газотурбинного двигателя позволило повысить мощность и увеличить ресурсные показатели при более высоком КПД.

Повышение мощности при более высоком КПД на рассматриваемой полезной модели достигается путем оптимизации параметров термогазодинамического цикла. Для реализации заданных параметров цикла, с целью получения заданной (увеличенной) мощности, выбрана следующая конструктивная схема рассматриваемого двигателя.

Компрессор газогенератора - осевой 15-ти ступенчатый, с 4 -мя клапанами перепуска воздуха (количество клапанов перепуска уменьшено по сравнению с прототипом с целью сохранения пропорции перепускаемого воздуха). Турбина газогенератора - осевая реактивная 2-х ступенчатая. Силовая турбина - осевая реактивная 2-х ступенчатая.

Увеличение температуры газа на входе в турбину, по сравнению с прототипом, при одновременном значительном увеличении мощности и ресурса работы потребовало охлаждаемой турбины.

Сопловые лопатки I и 2 ступени турбины газогенератора выполнены охлаждаемые. Охлаждение осуществляется вторичным воздухом камеры сгорания. С целью повышения эффективности охлаждения на внутренней поверхности лопаток по входной кромке и по профилю корыта и спинки отлиты ребра. В выходной части профиля расположена вихревая матрица, образованная полуребрами корыта и спинки. Внутри каждой лопатки установлен дефлектор имеющий отверстия по входной кромке и профилю корыта и спинки.

Сопловые лопатки газогенератора и свободной тдрбины отлиты секциями соответственно по три и две лопатки в секции, имеют одну наружную и одну внутреннюю полки, образующие газовоздушный тракт двигателя. В стыках полок выполнены канавки, в которые монтируются уплотнители. Данная конструкция значительно снижает утечки по стыкам полок, повышает КПД турбины и увеличивает надежность работы двигателя.

Рабочие лопатки первой ступени турбины газогенератора охлаждаются вторичным воздухом камеры сгорания, охлаждение лопаток конвективное с применением вихревой матрицы. Лопатки отливаются методом направленной кристаллизации, что позволяет получить ориентировку кристаллов в отлитой лопатке таким образом, что максимальная сопротивляемость кристаллов металла направлена по вертикальной оси лопатки.

Рабочие лопатки всех ступеней в турбине имеют наружную (бандажную) полки. На бандажных полках имеются гребешки лабиринтных уплотнений. Такая конструкция лопаток снижает потери по перетеканию газа у переферии пера лопаток, а также повышает надежность работы лопаток.

В конструкции турбины применены в наружных и внутренних кольцах сопловых аппаратов сотовые уплотнения, что позволяет работать с минимальными радиальными зазорами между рабочими лопатками и рабочими кольцами и между уплотнительными кольцами сопловых аппаратов и лабиринтными гребешками на роторе турбины за счет врезания гребешков лабиринтов в сотовые уплотнения.

Ободы дисков 1 и 2 ступени турбины газогегнератора соеденены лабиринтной проставкой, гребешковое уплотнение которой способствует уменьшению перетекания воздуха.

- 2 Для

повышения эффективности охлаждения рабочих лопаток первой ступени во внутреннем корпусе 1-го соплового аппарата смонтирован аппарат закрутки представляющий собой набор лопаток завихряющий поток охлаждающего воздуха.

Для обеспечения улучменных экологических характеристик (уменьшения вредных выбросов, особенно Мох, в атмосферу) установлена камера сгорания двухзонной конструкции. Процесс сгорания топлива в такой камере просходит в двух зонах, в которые топливо подается на соответствующие коллектора по заданной программе. Маровая труба камеры сгорания имеет специальную форму для обеспечения оптимизации процессов горения.

В силовой турбине рассматриваемого двигателя для повышения ее КПД и ресурса применены конструктивные решения аналогичные турбине газогенератора, а именно:

-лопатки обеих ступеней бандажированные с гребешками лабиринтных уплотнений;

-для уменьшения утечек возуха применяются сотовые уплотнения. Кроме того введен дефлектор диска первой ступени и организовано охлаждение передней стенки диска и замков лопаток первой ступени силовой турбины.

- 3 Приходной

Description

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ. ПРИВОДНОЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Полезная модель относится к газотурбостроению, в частности к устройствам газотурбинных приводов для привода нагнетателя в составе газоперекачивающих агрегатов.

Известен туробовальный газотурбинный двигатель 1 используемый для привода нагнетателя в составе газоперекачивающего агрегата, содержащий блок газогенератора включающий в себя 14 ступенчатый осевой компрессор с пятью клапанами перепуска воздуха, кольцевую камеру сгорания , 3 ступенчатую осевую реактивную турбину газогенератора и 1 ступенчатую свободную турбину.

Рассматриваемый прототип имеет невысокий КПД и неудовлетворительные экологические характеристики (высокое содержание вредных выбросов в атмосферу, количество которых в основном определяется конструкцией камеры сгорания). Так же существенным недостатком расматриваемого прототипа являются его ресурсные показатели.

Конструктивное исполнение турбины газогенератора и свободной турбины, объем и качество охлаждения элементов горячих частей турбин рассматриваемого прототипа является основным фактором снижающим ресурсные показатели двигателя и его КПД.

В рассматриваемом прототипе из основных деталей охлаждаются

лишь лопатки первого соплового аппарата турбины и передние стенки дисков трех ступеней турбины газогенератора.

Сопловые лопатки газогенератора и свободной турбины изготавливаются и устанавливаются в наружние и внутренние кольца статоров турбин поштучно. Такая конструкция не позволяет миниминизировать утечки по тракту и понижает КПД турбины.

Рабочие лопатки турбины небандажируются, что сказывается на работоспособности лопаток и уменьшении КПД турбины (за счет увеличенного перетекания воздуха через радиальные зазоры в рабочих колесах).

Также значительное влияние на КПД турбины оказывает то, что в наружных и внутренних кольцах сопловых аппаратов турбин используются металлокерамические вставки (двухслойная металлокерамика) которые не позволяют обеспечить минимальный зазор между рабочими лопатками и рабочими кольцами и между уплотнительными кольцами сопловых аппаратов и лабиринтными гребешками на роторе турбины.

Техническая задача решаемая заявляемой полезной модели позволяет расширить арсенал газотурбинных двигателей служащих для привода нагнетателя в составе газоперекачивающих агрегатов, за счет конструктивного исполнения полезной модели, которое определяет повышенную мощность и КПД, улучшенные экологические характеристики двигателя при одновременном увеличении его ресуса.

Повышение мощности при более высоком КПД на рассматриваемой полезной модели достигается путем оптимизации параметров тер- 2 могазодинамического цикла, для реализации которых, при заданных габаритах двигателя, выбрана следующая конструктивная схема.

Компрессор газогенератора - осевой 15-ти ступенчатый, с 4-мя клапанами перепуска воздуха (количество клапанов перепуска уменьшено по сравнению с прототипом с целью сохранения пропорции перепускаемого воздуха). Турбина газогенератора осевая реактивная 2-х ступенчатая. Силовая турбина - осевая реактивная 2-х ступенчатая.

Увеличение температуры газа на входе в турбину, по сравнению с прототипом, при одновременном значительном увеличении мощности и ресурса работы потребовало охлаждаемой турбины.

Сопловые лопатки 1 и 2 (1,2) ступени турбины газогенератора выполнены охлаждаемые. Охлаждение осуществляется вторичным воздухом камеры сгорания. С целью повышения эффективности охлаждения на внутренней поверхности лопаток по входной кромке и по профилю корыта и спинки отлиты ребра (3). В выходной части профиля расположена вихревая матрица, образованная полуребрами (4) корыта и спинки. Внутри каждой лопатки установлен дефлектор (5) имеющий отверстия (6) по входной кромке и профилю корыта и спинки.

Сопловые лопатки газогенератора и свободной турбины отлиты секциями соответственно по три и две лопатки в секции, имеют одну наружную (7) и одну внутреннюю (8) полки, образующие газовоздушный тракт двигателя. В стыках полок выполнены канавки, в которые монтируются уплотнители (9). Данная конструкция значительно снижает утечки по стыкам полок, повышает КПД турбины и увеличивает надежность работы двигателя.

- 3 Рабочие лопатки (10) первой ступени турбины газогенератора охлаждаются вторичным воздухом камеры сгорания, охлаждение лопаток конвективное с применением вихревой матрицы (13). Лопатки отливаются методом направленной кристаллизации, что позволяет получить ориентировку кристаллов в отлитой лопатке таким образом, что максимальная сопротивляемость кристаллов металла направлена по вертикальной оси лопатки.

Рабочие лопатки всех ступеней в турбине имеют наружные (бандажные) (11) полки. На бандажных полках имеются гребешки (12) лабиринтных уплотнений. Такая конструкция лопаток снижает потери по перетеканию газа у переферии пера лопаток, а также повышает надежность работы лопаток.

В конструкции турбины применены в наружных (14)и внутренних (15) кольцах сопловых аппаратов сотовые уплотнения (16), что позволяет работать с минимальными радиальными зазорами между рабочими лопатками и рабочими кольцами и между уплотнительными кольцами сопловых аппаратов и лабиринтными гребешками на роторе турбины за счет врезания гребешков лабиринтов в сотовые уплотнения.

Ободы дисков 1 и 2 (17,18) ступени турбины газогегнератора соеденены лабиринтной проставкой (19), гребешковое уплотнение которой способствует уменьшению перетекания воздуха.

Для повышения эффективности охлаждения рабочих лопаток первой ступени во внутреннем корпусе (20) 1-го соплового аппарата смонтирован аппарат закрутки (21) представляющий собой набор лопаток завихряющий поток охлаждающего воздуха.

Для обеспечения улучшенных экологических характеристик (уменьшения вредных выбросов, особенно Nox, в атмосферу) уста- 4 новлена камера сгорания двухзонной конструкции (фигЛ). Процесс сгорания топлива в такой камере просходит в двух зонах (зона горения 1 (23) и зона горения 2 (24), в которые топливо подается на соответствующие коллектора по заданной программе. 1аровая труба (22) камеры сгорания имеет специальную форму для обеспечения оптимизации процессов горения.

В силовой турбине рассматриваемого двигателя для повышения ее КПД и ресурса применены конструктивные решения аналогичные турбине газогенератора, а именно:

-рабочие лопатки (26,27) обеих ступеней бандажированные с гребешками лабиринтных уплотнений;

-для уменьшения утечек возуха применяются сотовые уплотнения.

Кроме того введен дефлектор (25) диска первой ступени и организовано охлаждение передней стенки диска (28) и замков (29) лопаток первой ступени силовой турбины.

1. Двигатель НК-12СТ серии 02. Куйбышев 1985 г.

- 5 ФОРМУЛА

Claims (4)

1. Газотурбинный двигатель привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата, содержащий блок газогенератора, включающий многоступенчатый компрессор с клапанами перепуска воздуха, камеру сгорания, турбину газогенератора и силовую турбину, отличающийся тем, что компрессор выполнен пятнадцатиступенчатым с 4-мя клапанами перепуска воздуха, турбина газогенератора и силовая турбина выполнены двухступенчатыми, лопатки обоих сопловых аппаратов и рабочие лопатки первой ступени турбины газогенератора снабжены вихревыми матрицами, диск первой ступени силовой турбины снабжен передним дефлектором, сопловые лопатки обеих турбин снабжены дефлекторами с отверстиями, распыляющими охлаждающий воздух в полость лопаток, а внутренний корпус первого соплового аппарата турбины газогенератора снабжен аппаратом закрутки воздуха.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочие лопатки турбины газогенератора и силовой турбины выполнены с бандажными полками и гребешками лабиринтных уплотнений и изготовлены секциями по три и две лопатки в секции соответственно, ободы дисков первой и второй ступени турбины газогенератора соединены введенной лабиринтной проставкой, а внутренние и наружные кольца сопловых аппаратов обеих турбин снабжены сотовыми уплотнениями.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена двухзонной.

4. Двигатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что рабочие лопатки турбины газогенератора отлиты методом направленной кристаллизации.