RU1768766C - Трехвальный газотурбинный двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: транспортные, судовые и энергетические установки, от которых требуетс  высока  экономичность на частичных нагрузках, а также при конверсии газотурбинных двигателей дл  гражданских целей. Сущность изобретени : турбина среднего давлени  снабжена устройством дл  перепуска части газа помимо нее в силовую турбину низкого давлени . Устройство дл  перепуска выполнено в виде подвижных в радиальном направлении кольцевых сегментов с перепускными отверсти ми , которые имеют грани с наклоном , равным выходному углу сопловых лопаток. Кольцевые сегменты установлены на выходе из соплового аппарата с перекрышей его периферийных проходных сечений и подпружинены относительно опорных поверхностей прижимами. Двигатель снабжен вращающимс  регенератором, имеющим во входном и выходном воздушных патрубках запорные клапаны, а во входном газовом патрубке-поворотную заслонку. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к области транспортного газотурбостроени  и может быть использовано в транспортных, судовых и энергетических установках, от которых требуетс  высока  экономичность на частичных нагрузках, составл ющих 20- 30% от полной, а также при конверсии трех- вальных ГТД ВГМ дл  гражданских целей.

Известен транспортный трехвальный нерегенеративный ГТД, широко примен емый на транспортных машинах и ВГМ, содержащий корпус, двухкаскадный компрессор, один каскад которого соединен с турбиной высокого давлени , а другой с турбиной среднего давлени , камеру сгорани , силовую турбину низкого давлени  с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) Попов Н.С. и др. Транспортные машины с газотурбинными двигател ми, Л., Машиностроение , 1987, с.54, рис.1.41.

Недостатком этого ГТД  вл етс  неудовлетворительна  экономичность на малых частичных нагрузках, составл ющих 20-30% от полной нагрузки, что обусловлено отсутствием теплообменника и снижением начальной температуры газа. Это затрудн ет его конверсию, например, на аварийно-спасательные, инженерные, карьерные , дорожно-строительные, лесонава- лочные и другие гусеничные и колесные машины, которые в основном работают при указанных нагрузках, а полную мощность используют в течение 1-3% времени эксплуатации .

Известен авиационный трехвальный нерегенеративный ГТД Патент ФРГ № 2242048, F02C 7/02, 1974 г., который содержит корпус, двухкаскадный компрессор, один каскад которого соединен с турбиной высокого давлени , а другой - с турбиной

О

о

о

среднего давлени , имеющей РСА и поворотные заслонки перед входом в него, котора  св зана с вентил тором, создающим горизонтальную т гу, камеры сгорани , силовую турбину низкого давлени  с РСА, соединенную с винтом вертикальной т ги, а также двухконтурное реактивное сопло и газораспределительные тракты. В этом ГТД заслонки и РСА служат дл  переключени  газового потока либо , либо в ТНД, сохран   низменным давление за ТВД, чтобы исключить возможность выбега ротора ТВД за допустимые по услови м прочности обороты.

Недостатком этого ГТД  вл етс  сравнительно низка  экономичность на крейсерских режимах из-за снижени  начальной температуры и отсутствие теплообменника, а также усложнение конструкции ТСД заслонками и РСА. которые снижают надежность и увеличивают стоимость ГТД.

Известен прототип - транспортный трехвальный регенеративный ГТД AGT- 1500, широко примен емый на американских ВГМ Mi, MIAI и морских катерах, он содержит корпус, двухкаскадный компрессор , один каскад которого соединен с турбиной высокого давлени , г другой - с турбиной среднего давлени , камеру сгорани , силовую турбину низкого давлени  с РСА и теплообменник, подключенный но воздуху к компрессору высокого давлени  и к камере сгорани , а по газу -- к выхлопу силовой турбины Манушин Э.А. Газовые турбины: Проблемы и перспективы, М,, Энергоатомиздат, 1986, с. 118.

Недостатками этого прототипа  вл ютс , во-первых, плоха  экономичность на нагрузках 20-30% от полной вследствие снижени  температуры газа в ТВД; во-вторых , ограниченность степени регенерации, тепла рекуперативным типом теплообменника , обусловленное стремительным ростом габаритов при увеличении степени регенерации свыше 75% от величины которой зависит экономичность регенеративного ГТД.

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности на частичных нагрузках и снижение габаритов ГТД.

Дл  достижени  поставленной цели трехвальный газотурбинный двигатель, содержащий корпус, двухкаскадный компрессор , один каскад которого соединен с турбиной высокого давлени , а другой - с турбиной среднего давлени , имеющей сопловые лопатки, камеру сгсрэни , силовую гурбину низкого давлени , регулирующие расход рабочего тела органы, теплообменник , подключенный по воздуху к компрессору высокого давлени  и к камере сгорани , а по газу - к выхлопу силовой турбины, согласно изобретению, двигатель снабжен газоперепускным каналом, выполненным в

корпусе над турбиной среднего давлени , подключенным к выходу турбины высокого давлени  и входу силовой турбины, а регулирующие органы выполнены в виде плоских кольцевых сегментов с перепускными

отверсти ми, подпружиненных со стороны опорных поверхностей и установлены с возможностью радиального перемещени  на выходе из сопловых лопаток с перекрышей их периферийного сечени , причем торцевые поверхности сегментов наклонены под углом к оси двигател  равным выходному углу сопловых лопаток; двигатель снабжен также запорными клапанами и поворотной заслонкой, установленными соответственно на входах по воздуху и газу теплообменника , а теплообменник выполнен в виде вращающегос  регенератора.

Пере ;уск газа устройством в силовую турбину гюзвол етснизить мощностьтурбины среднего давлени  и, следовательно, обороты и расход воздуха компрессора низкого давлени , при котором в результате повышени  температуры газа и оборотом каскада высокого давлени  до начального

значени  и увеличени  степени регенерации получаетс  необходима  мощность, со- ставл юща  20-30% от полной при максимальной экономичности ГТД на уровне равноценного транспортного дизел .

Перекрыша периферийного проходного

сечени  соплового аппарата исключает выбег ротора каскада высокого давлени  за допустимые по услови м прочности обороты .

Наклон боковых граней сегментов под

выходным углом сопловых лопаток обеспечивает безударное обтекание рабочих лопаток стру ми газа, вытекающими из щелей при неплотном прилегании боковых граней

сосздних сегментов. Пружинные прижимы обеспечивают плотное прилегание сегментов к опорным поверхност м и этим исключают утечки газа при работе ГТД с выключенным перепуском газа.

Выполнение теплообменника в виде вращающегос  регенератора существенно снижает габариты и обеспечивает получение наивысшей степени регенерации, а наличие в нем запорных клапанов и

поворотной заслонки исключают утечки воздуха и газа при работе ГТД с отключенным рэгйнератором. Заслонки на выходе из компрессора высокого давлени , воздушные коллекторы позвол ют присоединить регенератор к ГТД с наименьшими переделками ГТД ВГМ при его конверсии.

Автору неизвестны другие решени , которые обладают аналогичными признаками, поэтому, помнению автора, за вленное техническое решение обладает существенными отличи ми, придающими новые свойства, а именно - глубокое количественное регулирование мощности с оптимизацией термодинамического цикла при восстановлении начальной температуры газа .

На фиг.1 представлен продольный разрез трехвального ГТД при работе на частичной нагрузке.

На фиг,2 изображен продольный разрез устройства дл  перепуска газа помимо турбины среднего давлени  во врем  его действи .

На фиг.З приведен разрез по А-А фиг.2.

Изобретение иллюстрируетс  следующими примерами.

Как показывает фиг.1. трехвальный ГТД содержит: компрессор низкого давлени  - 1, компрессор высокого давлени  - 2, камеру сгорани  - 3, турбину высокого давлени 

-4, св занную валом с компрессором высокого давлени , которые образуют каскад высокого давлени ; воздушные коллекторы - 5, турбину среднего давлени  с устройством дл  перепуска газа помимо нее - 6, соединенную валом с компрессором низкого давлени , которые образуют каскад низкого давлени ; регулируемый сопловой аппарат

-7, силовую турбину низкого давлени  - 8, соединенную с зубчатым редуктором - 9, служащим дл  обеспечени  движени  машины и зубчатым редуктором - 10, дл  отбора мощности на приводы подъемного, бульдозерного и другого оборудовани .

На ГТД установлены: вращающийс  регенератор -11, заслонки - 12 на выходе из компрессора высокого давлени , запорные клапаны - 13 и 14, соответственно во входном и выходном воздушных патрубках регенератора 11, поворотна  заслонка - 15 {на выходе турбины низкого давлени ) во входном патрубке регенератора 11.

Вращающийс  регенератор может быть дискового или барабанного типа.

В регенератор вход т: упом нута  заслонка - 15, корпус - 16 с упом нутыми воздушными патрубками, диск - 19 с зубчатым венцом, сцепленным с приводом, вращающим его вокруг вертикальной оси (не показан), сеточные теплообменные конусы

-20, установленные в цилиндрических каналах диска, графитовые уплотнени  - 21, а также опорные подшипники, которые не показаны .

Устройство в турбине среднего давлени  дл  перепуска газа помимо нее, фиг.2, состоит из плоских кольцевых сегментов - 22, имеющих возможность радиального перемещени , с отверсти ми - 23 дл  перепуска газа, которые длинным штоком - 24 присоединены к роликам -25 механического привода. Ролики опираютс  на поверхности профильных прорезей в поворотном

0 кольце - 26, установленном на шариковом подшипнике - 27.

Кольцо может поворачиватьс  механическим , электрическим, гидравлическим и пневматическим приводом, который не по5 ;;гган. Непосредственный пневматический привод показан на фиг.З. Здесь сегменты 22 прилегают друг к другу гран ми, которые имеют наклон, равный выходному углу сопловых лопаток - разрез по В-В, При не0 плотном прилегании или регулировании перепуска газа они образуют каналы, которые направл ют газовые струи на рабочие лопатки под тем же углом, что и сопловые лопатки. Дл  обеспечени  полной герметич5 ности после выключени  перепуска, когда сегменты 22 перемещены в крайнее периферийное положение, показанное на фиг.2 пунктиром, предусмотрены пружинные прижимы 28 сегментов 22 к сопр женным опор0 ным поверхност м.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Трехвальный газотурбинный двигатель , содержащий корпус, двухкаскадный компрессор, один каскад которого соединен

   5 с турбиной высокого давлени , а другой - с турбиной среднего давлени , имеющей сопловые лопатки, камеру сгорани , силовую турбину низкого давлени , регулирующие расход рабочего тела органы, теплообмен0 ник, подключенный по воздуху к компрессору высокого давлени  и к камере сгорани , а по газу - к выхлопу силовой турбины, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности на малых про5 должительных частичных нагрузках и снижени  габаритов, двигатель снабжен газоперепускным каналом, выполненным в корпусе над турбиной среднего давлени , подключенным к выходу турбины высокого

   0 давлени  и входу силовой турбины, а регулирующие органы выполнены в виде плоских кольцевых сегментов с перепускными отверсти ми, подпружиненных со стороны опорных поверхностей, и установлены с

   5 возможностью радиального перемещени  на выходе из сопловых лопаток с перекрытием их периферийного сечени , причем торцевые поверхности сегментов наклонены под углом к оси двигател , равным выходному углу сопловых лопаток.
2. 2. Двигатель по п.1,отличающийс  тем, что он снабжен запорными клапанами и поворотной заслонкой, установленными соответственно на входах по воздуху и газу теплообменника , а теплообменник выполнен в виде вращающегос  регенератора.

   7 / / 345587

   а 21

   (риг 1

   фиг. 2

   А-А

   fit/г.З