RU2032081C1 - Axial force regulator gas-turbine engine - Google Patents
Axial force regulator gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2032081C1 RU2032081C1 SU4710669A RU2032081C1 RU 2032081 C1 RU2032081 C1 RU 2032081C1 SU 4710669 A SU4710669 A SU 4710669A RU 2032081 C1 RU2032081 C1 RU 2032081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- diaphragm
- end surface
- turbine engine
- diaphragms
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям. The invention relates to mechanical engineering, in particular to gas turbine engines.
Известно устройство для уменьшения осевой силы, действующей в газотурбинном двигателе, состоящее из разгрузочной полости, ограниченной корпусом и ротором, в которую подается сжатый воздух от одной из ступеней компрессора, воздействующий на торцовую поверхность ротора. A device for reducing the axial force acting in a gas turbine engine is known, consisting of a discharge cavity bounded by a housing and a rotor, into which compressed air is supplied from one of the compressor stages, acting on the end surface of the rotor.
Недостатками указанного устройства являются снижение экономичности газотурбинного двигателя вследствие потерь примерно 1-3% мощности двигателя из-за отбора воздуха из проточной части компрессора, невозможность полного устранения вредного воздействия осевой силы и ее регулирования в зависимости от режимов нагружения двигателя. The disadvantages of this device are the decrease in the efficiency of a gas turbine engine due to losses of about 1-3% of engine power due to air intake from the compressor flow path, the inability to completely eliminate the harmful effects of axial force and its regulation depending on the engine loading conditions.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является устройство, содержащее разгрузочную полость, соединенную с аккумулятором давления, заполненную жидкостью кольцевую камеру, образованную жесткими диафрагмами, причем одна из диафрагм жестко закреплена в корпусе двигателя, а другая выполнена на валу двигателя (авт. св. СССР N 628738, кл. D 01 D 3/00, 1986). Closest to the invention, the technical solution adopted for the prototype is a device containing a discharge cavity connected to a pressure accumulator, an annular chamber filled with liquid, formed by rigid diaphragms, one of the diaphragms being rigidly mounted in the motor housing and the other made on the motor shaft (automatic St. USSR N 628738, class D 01
Недостатками этого устройства являются невысокая экономичность вследствие потерь мощности на трение при взаимо- действии внутренней стенки диафрагмы с жидкостью, громоздкость и сложность ее изготовления и эксплуатации. The disadvantages of this device are the low cost effectiveness due to friction power losses due to the interaction of the inner wall of the diaphragm with the liquid, the bulkiness and complexity of its manufacture and operation.
Целью изобретения является повышение экономичности газотурбинного двигателя. The aim of the invention is to increase the efficiency of a gas turbine engine.
Для этого устройство снабжено двумя упругими элементами, закрепленными на диафрагмах, причем на торце подвижной в осевом направлении диафрагмы и на контактирующей с ней торцовой поверхности ротора выполнены равномерно расположенные в окружном направлении одинаковые кольцевые профилированные выступы в виде выпуклых поверхностей с постоянным радиусом кривизны, а диафрагма установлена относительно выступа ротора с зазором с образованием гидродинамического клина. To this end, the device is equipped with two elastic elements mounted on the diaphragms, and at the end of the axially movable diaphragm and on the end surface of the rotor in contact with it, identical annular shaped projections are made in the form of convex surfaces with a constant radius of curvature, and the diaphragm is installed relative to the protrusion of the rotor with a gap with the formation of a hydrodynamic wedge.
Сравнение предлагаемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not reveal signs that distinguish the proposed technical solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".
На фиг.1 изображено в разрезе устройство для регулирования осевых сил; на фиг.2 - тарировочный график, характеризующий функциональную зависимость между удельным давлением в кольцевой камере и осевой силой; на фиг.3 - развертка по диаметру средней окружности торцового контакта элементов диафрагмы и ротора двигателя. Figure 1 shows a sectional view of a device for regulating axial forces; figure 2 is a calibration graph characterizing the functional relationship between the specific pressure in the annular chamber and axial force; figure 3 is a scan along the diameter of the average circumference of the end contact of the elements of the diaphragm and the rotor of the engine.
Устройство состоит из недеформируемых диафрагм 1 и 2, к которым при помощи сварки жестко прикреплены упругие элементы 3 и 4, обладающие в осевом направлении одинаковой податливостью. Диафрагмы 1 и 2 имеют радиальные зазоры относительно ротора 5 газотурбинного двигателя. Диафрагма 1 при помощи болтового соединения закреплена фланцами разъемных частей 6 и 7 корпуса. Диафрагма 2 свободна относительно корпуса, но она может перемещаться в осевом направлении относительно диафрагмы 1. С полостями 8 и 9 кольцевой камеры, образованной поверхностями диафрагмы и упругих элементов, при помощи канала 10 соединен аккумулятор 11 давлений, снабженный манометром 12. Наружная торцовая поверхность 13 диафрагмы 2 выступом 14 соприкасается выступом 15 торцовой поверхности ротора 5, причем в зону контакта указанных поверхностей подается смазка, которая на фиг.1 не показана. The device consists of
Между торцовой поверхностью 13 диаграммы 2 и торцовой поверхностью ротора 5 предусмотрен осевой зазор, необходимый для отсоединения двигателя от устройства при прокрутке ротора. Between the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
В момент времени, предшествующий запуску газотурбинного двигателя, в полость герметичной кольцевой камеры (фиг.1) при помощи аккумулятора 11 давления, которым может быть плунжерный насос, через канал 10 подается под давлением жидкость, например масло, которая, воздействуя на диафрагму 2, перемещает ее в осевом направлении до полного выбора осевого зазора между торцовой поверхностью 13 диафрагмы 2 и торцовой поверхностью ротора 5. At the point in time preceding the start of the gas turbine engine, a
После выбора указанного осевого зазора производится запуск газотурбинного двигателя в течение определенного промежутка времени, в результате чего возникает осевая сила, воздействующая на торцовую поверхность 13 диафрагмы 2, причем величина осевой силы постепенно возрастает и принимает максимальное значение при выходе двигателя на номинальные обороты. After selecting the specified axial clearance, the gas turbine engine is started for a certain period of time, resulting in an axial force acting on the
В период запуска двигателя в кольцевую камеру продолжает по-прежнему поступать жидкость таким образом, что в каждый момент времени возникающая результирующая осевая сила давления, действующая на диафрагму 2, уравновешивается осевой силой со стороны ротора газотурбинного двигателя, приложенной на наружной торцовой поверхности 13 диафрагмы. Величина результирующей осевой силы прямо пропорциональна удельному давлению р, возникающему в камере, и определяется при помощи построенного тарировочного графика (фиг. 2). During the engine start-up period, the liquid continues to flow into the annular chamber in such a way that at each moment of time the resulting axial pressure force acting on the
Таким образом, в результате поддержания в камере определенного давления возможно регулирование величины осевой силы, приложенной к ротору 5, в любых пределах ее изменения, вплоть до полного устранения. Однако с целью повышения работоспособности подшипников качения двигателя целесообразно оставлять примерно до 10-15% действующей осевой силы по сравнению с ее максимальной величиной, направленной на прижатие тел качения и устранение проскальзывания в подшипниках качения. Thus, as a result of maintaining a certain pressure in the chamber, it is possible to control the magnitude of the axial force applied to the
Для обеспечения нормальной работоспособности торцовых поверхностей 13 диафрагмы 2 и ротора 5 газотурбинного двигателя необходимо, чтобы указанные поверхности вступали в контакт строго параллельно по отношению друг к другу. Это условие соблюдается при выполнении двух требований. Первое требование - упругие элементы 3 и 4 должны иметь одинаковую осевую податливость, которая достигается путем подбора соответствующей толщины торцовых стенок элементов. Второе требование - результирующая осевая сила давления жидкости в полости герметичной кольцевой камеры должна быть приложена в пределах высоты l торцовой поверхности (фиг.3). Если точка приложения результирующей силы окажется вне высоты торцовой поверхности, т.е. сместится выше, то в этом случае диафрагма 2 будет перекошена относительно торцовой поверхности ротора 5, что приведет к перекосу соприкасающихся торцовых поверхностей и невозможности выполнения ими возложенных на них функций. To ensure the normal operation of the
Во избежание указанного перекоса торцовых поверхностей разработана специальная конструкция камеры, состоящая из двух гофр, расположенных таким образом, что их наружная и внутренняя поверхности соприкасаются с жидкостью, находящейся в герметичной кольцевой камере, причем внутренний диаметр dвн одной гофры должен быть равен наружному диаметру dн другой гофры.To avoid the said skew end surfaces, a special chamber construction consisting of two corrugations arranged so that their outer and inner surfaces are in contact with the fluid in the sealed annular chamber, the inner diameter d ext audio corrugations should be equal to the outer diameter d n another corrugation.
Указанная конструкция камеры позволяет распределить удельные давления в полостях 8 и 9 (фиг.1) по внутренним стенкам диафрагм 1 и 2 и наружным стенкам гофра (упругий элемент 4) таким образом, что две результирующие силы давления, действующие на внутренние стенки диафрагм в пределах высоты гофра (упругий элемент 4), взаимно уравновешиваются двумя результирующими силами давления, действующими на наружные торцовые стенки гофра 4. Очевидно, что параллельное перемещение диафрагмы 2, а вместе с ней и торцовой поверхности 13, осуществляется лишь за счет сил давления жидкости, находящейся в полости 8 герметичной кольцевой камеры, результирующая которых характеризуется точкой приложения в пределах высоты торцовой поверхности. The specified design of the chamber allows you to distribute the specific pressure in the
Если принять dвн > dн, то в этом случае появится дополнительная равнодействующая сил давления жидкости F = π (dвн 2 - dн 2)/4, которая будет приложена к площади кольца, что приведет к перекосу диафрагмы относительно торцовой поверхности ротора. Если dвн < dн, то в этом случае равнодействующая сила давления жидкости, действующая на внутренние поверхности гофра (упругий элемент 3) уменьшится с учетом уменьшения площади внутренней поверхности гофра (упругий элемент 3) на величину F = π (dн 2 - dвн 2)/4, что потребует создания дополнительного давления жидкости в камере, а это нежелательно. Следовательно, в данной конструкции обязательно должно соблюдаться условие dвн = dн. Вследствие наличия упругих элементов и объема жидкости в герметичной кольцевой камере последняя характеризуется высокими демпфирующими свойствами, что позволяет воспринимать и гасить любые динамические и ударные нагрузки преимущественно осевого направления, в результате чего существенно улучшаются виброакустические характеристики устройства.If we take d vn > d n , then in this case an additional resultant of the fluid pressure forces F = π (d vn 2 - d n 2 ) / 4 will appear, which will be applied to the area of the ring, which will lead to a skew of the diaphragm relative to the end surface of the rotor. If d int <d n , then in this case the resultant force of fluid pressure acting on the inner surface of the corrugation (elastic element 3) will decrease taking into account the decrease in the area of the inner surface of the corrugation (elastic element 3) by the value F = π (d n 2 - d vn 2 ) / 4, which will require the creation of additional liquid pressure in the chamber, and this is undesirable. Therefore, in this design, the condition d int = d n must be observed. Due to the presence of elastic elements and the volume of liquid in a sealed annular chamber, the latter is characterized by high damping properties, which allows you to perceive and absorb any dynamic and shock loads mainly in the axial direction, as a result of which the vibro-acoustic characteristics of the device are significantly improved.
Таким образом, предложенное устройство позволяет полностью или частично, в зависимости от предъявляемых требований и условий эксплуатации, устранить осевые усилия в газотурбинном двигателе и тем самым, сэкономив расход воздуха, отбираемого из проточной части компрессора, повысить его экономичность. Thus, the proposed device allows you to completely or partially, depending on the requirements and operating conditions, eliminate axial forces in the gas turbine engine and thereby, saving air consumption, taken from the flow part of the compressor, to increase its efficiency.
Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства следует ожидать за счет повышения экономичности двигателя. The economic effect of the introduction of the proposed device should be expected by increasing the efficiency of the engine.
Расчет узла трения, подверженного воздействию осевого нагружения, рассматривают исходя из параметров
Осевая нагрузка Рос = 2 ˙ 104 Н;
Средний диаметр (фиг.1) dср = 200 мм;
Высота подушки (фиг.3) l = 25 мм;
Количество подушек Z = 8 шт;
Радиус подушки R1 = 3 м;
Радиус торцовой поверхности ротора (фиг.3) R2 = ∞ ;
Вязкость масла μo = 0,17 ˙ 10-2 Па ˙ с;
Пьезокоэффициент вязкости αo = 0,068x x10-7 1/Па;
Частота вращения ротора n = 5860 об/мин.Calculation of the friction unit subjected to axial loading is considered based on the parameters
Axial load P OS = 2 ˙ 10 4 N;
The average diameter (figure 1) d cf = 200 mm;
The height of the pillow (figure 3) l = 25 mm;
The number of pillows Z = 8 pcs;
The radius of the pillow R 1 = 3 m;
The radius of the end surface of the rotor (figure 3) R 2 = ∞;
Oil viscosity μ o = 0.17 ˙ 10 -2 Pa ˙ s;
Piezoelectric coefficient of viscosity α o = 0,068x x10 -7 1 / Pa;
The rotor speed n = 5860 rpm
1. Удельная нагрузка
ω = Poc/Zl = 2 ˙ 104/8 ˙ 25 ˙ 10-3 = 105 Н/м.1. Specific load
ω = P oc / Zl = 2 ˙ 10 4/8 ˙ ˙ 25 = 10 -3 10 5 N / m.
2. Контактные напряжения
σн = 0,418 ˙ (ω E/ρ)0,5 = 0,418 ˙ (105 ˙ 2,12x x1011/3)0,5 = 0,351 ˙ 108 Па, где 1/ρ = 1/R1 + 1/R2 или ρ = R1.2. Contact stresses
σ n = 0,418 ˙ (ω E / ρ ) 0,5 = 0,418 ˙ ( May 10 ˙ 2,12x x10 11/3) 0,5 = 0,351 ˙ August 10 Pa, where 1 / ρ = 1 / R 1 + 1 / R 2 or ρ = R 1 .
3. При ω = 0,351 ˙ 108 Па определяют коэффициент контактной деформации, β = =1,15.3. At ω = 0.351 ˙ 10 8 Pa, the coefficient of contact deformation is determined, β = 1.15.
4. Находят полуширину площадки контакта из выражения bo = 1,27 ω/σн= 1,27x x105/0,351 ˙ 108 = 3,62 ˙ 10-3 м.4. Find the half-width of the contact area from the expression b o = 1.27 ω / σ n = 1.27x x10 5 / 0.351 ˙ 10 8 = 3.62 ˙ 10 -3 m
5. Определяют толщину смазочного слоя:
ho = 1,882 ˙ 106 ˙ω-0,58αo 0,35(βρ)0,79x
x (μoV)0,86 = 7,91 мк, где V = π dcpn/60 = 3,14 ˙ 200 ˙ 10-3 x x5860/60 = 61,33 м/с.5. Determine the thickness of the lubricant layer:
h o = 1,882 ˙ 10 6 ˙ω -0,58 α o 0,35 (βρ) 0,79 x
x (μ o V) 0.86 = 7.91 μ, where V = π d cp n / 60 = 3.14 ˙ 200 ˙ 10 -3 x x5860 / 60 = 61.33 m / s.
6. Определяют функцию φ (ho)
φ(ho) = = 0,969, где n1 = 0,47517 - коэффициент, характеризующий граничные условия Рейнольдса.6. Determine the function φ (h o )
φ (h o ) = = 0.969, where n 1 = 0.47517 is a coefficient characterizing the Reynolds boundary conditions.
7. Рассчитывают коэффициент трения из выражения
f = - = 4,91·10-3.7. Calculate the coefficient of friction from the expression
f = - = 4.91 · 10 -3 .
8. Находят мгновенное повышение температуры в зоне контакта
θ=0,0593·10-3fω = 3,8°C.8. Find an instant temperature increase in the contact zone
θ = 0.0593 · 10 -3 fω = 3.8 ° C.
9. Потери мощности на трение
Nтр = = = 5,9 кВт.9. Friction power losses
N Tr = = = 5.9 kW.
Таким образом, торцовые поверхности, воспринимающие осевое усилие, работают в режимах жидкостного трения, характеризуются малыми величинами коэффициентов трения, не превышающими таковых величин в подшипниках качения, повышения температуры и потерь мощности на трение, что позволяет сделать вывод о практически неограниченном сроке службы данного узла. Thus, end surfaces that receive axial force operate in liquid friction modes, are characterized by small values of friction coefficients, not exceeding those in rolling bearings, temperature increase, and friction power losses, which allows us to conclude that the assembly is practically unlimited.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4710669 RU2032081C1 (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Axial force regulator gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4710669 RU2032081C1 (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Axial force regulator gas-turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2032081C1 true RU2032081C1 (en) | 1995-03-27 |
Family
ID=21456804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4710669 RU2032081C1 (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Axial force regulator gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2032081C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2182974C2 (en) * | 1996-12-23 | 2002-05-27 | Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. | Gas turbine engine |
-
1989
- 1989-06-26 RU SU4710669 patent/RU2032081C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1974, с.520. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2182974C2 (en) * | 1996-12-23 | 2002-05-27 | Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. | Gas turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107816370B (en) | Hydrodynamic plain bearings and turbochargers | |
RU2386048C2 (en) | Turbo machine | |
US4551082A (en) | Bearing device of sealed type scroll compressor | |
WO1998017895A1 (en) | Scroll fluid displacement apparatus with improved sealing means | |
RU2083881C1 (en) | Turbopump unit | |
EP3287653A1 (en) | Gear pump bearing | |
RU2265728C1 (en) | Turbomachine rotor thrust-damper support | |
EP0410074A2 (en) | Radial load reducing device, and sliding bearing and screw compressor using the device | |
US5310265A (en) | Axially fed hydrostatic bearing/seal | |
CN110094236A (en) | A kind of helium turbine shaft architecture | |
RU2032081C1 (en) | Axial force regulator gas-turbine engine | |
CN113811695A (en) | Turbochargers or hydrodynamic plain bearings with hydrodynamic plain bearings | |
US5232334A (en) | Rotary machine having an axial abutment that retracts automatically by means of a flexible membrane subjected to the pressure of a fluid | |
JP2013032797A (en) | Foil bearing | |
CN114033687B (en) | Roller assembly, pump body assembly and compressor | |
CN113606140B (en) | Roller assembly, pump body assembly and compressor | |
RU2167355C1 (en) | Rotor slotted seal | |
RU2099607C1 (en) | Turbopump unit rotor | |
RU2099618C1 (en) | Contactless end seal | |
JPS628417Y2 (en) | ||
RU234062U1 (en) | SCREW COMPRESSOR | |
RU94026970A (en) | Gas-turbine engine | |
RU2308618C2 (en) | Centrifugal pump relief device | |
RU2166672C2 (en) | Support for turbo-compressor rotor | |
JPS6116209A (en) | Labyrinth seal device |