RU2420668C1 - Двухконтурный газотурбинный двигатель - Google Patents
Двухконтурный газотурбинный двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420668C1 RU2420668C1 RU2009143181/06A RU2009143181A RU2420668C1 RU 2420668 C1 RU2420668 C1 RU 2420668C1 RU 2009143181/06 A RU2009143181/06 A RU 2009143181/06A RU 2009143181 A RU2009143181 A RU 2009143181A RU 2420668 C1 RU2420668 C1 RU 2420668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- turbine
- pressure turbine
- low pressure
- discharge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Двухконтурный газотурбинный двигатель содержит компрессор высокого давления, кольцевой питающий коллектор, межлабиринтную полость, примыкающую к боковой поверхности периферийной части диска турбины высокого давления, отделенную от проточной части турбины лабиринтным уплотнением, с междисковой полостью, отделенной от межлабиринтной полости лабиринтным уплотнением и сообщенную с проточной частью турбины через полость щелевого протока в районе периферийной части диска турбины низкого давления. Думисная полость компрессора соединена через канал, проходящий через внутренние полости лопаток соплового аппарата турбины низкого давления. Междисковая полость разделена на разгрузочную полость турбины высокого давления, разгрузочную полость турбины низкого давления, отделенные друг от друга стенкой, закрепленной по наружному диаметру на сопловом аппарате турбины низкого давления и лабиринтным уплотнением со стороны внутреннего диаметра стенки и полость щелевого протока, отделенную от разгрузочной полости турбины низкого давления лабиринтным уплотнением. Разгрузочная полость турбины высокого давления соединена с полостью щелевого протока транзитными трубками. Разгрузочная полость турбины низкого давления сообщена с кольцевым питающим коллектором каналами. Изобретение обеспечивает изменение и регулировку осевых сил, действующих на роторы турбин. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к системе охлаждения газотурбинного двигателя (ГТД), а именно к охлаждению междисковой полости турбины воздухом, отбираемым из компрессора.
Известен двухконтурный ГТД, содержащий компрессор высокого давления, думисная полость которого соединена через канал, проходящий через внутренние полости лопаток соплового аппарата турбины низкого давления, кольцевой питающий коллектор, межлабиринтную полость, примыкающую к боковой поверхности периферийной части диска турбины высокого давления, отделенную от проточной части турбины лабиринтным уплотнением, с междисковой полостью, отделенной от межлабиринтной полости лабиринтным уплотнением и сообщенную с проточной частью турбины через полость щелевого протока в районе периферийной части диска турбины низкого давления (см. патент РФ №2200859, МПК F02C 7/12, опубл. 2003 г.).
К большим достоинствам такого двигателя следует отнести утилизацию думисного воздуха и использование его для охлаждения междисковой полости турбины, в результате чего охлаждающий воздух охлаждает боковые поверхности дисков турбины высокого и низкого давлений и не выбрасывается в атмосферу, а вытекает в проточную часть турбины, повышая КПД двигателя.
Однако выпуск охлаждающего воздуха из думисной полости в междисковую полость нарушает баланс осевых сил, действующих на роторы турбины высокого и низкого давлений, что ведет к изменению сил, действующих на радиально-упорные подшипники и, следовательно, к уменьшению ресурса их работы и более частой их замене, которая невозможна без разборки двигателя. Чтобы привести осевые силы, действующие на роторы турбины высокого и низкого давлений, в норму, приходится изменять диаметры лабиринтных уплотнений на роторах турбины, что является серьезной переделкой конструкции, так как часть лабиринтов сделана заодно с дисками. Такие переделки возможны как при начале серийного производства и доводке технологии производства двигателя, так и при разработке различных модификаций этого двигателя.
Задача изобретения не просто скомпенсировать влияние подачи думисного воздуха, подаваемого в междисковую полость турбины, на величины осевых сил, действующих на роторы турбин, а значит и на радиально-упорные подшипники опор двигателя, но и обеспечить возможность изменения и регулировки этих сил, что особенно актуально при доводке двигателя и при работе над модификациями двигателя, отличающимися друг от друга своими параметрами, например тягой.
Указанная задача достигается тем, что в двухконтурном ГТД, содержащем компрессор высокого давления, думисная полость которого соединена через канал, проходящий через внутренние полости лопаток соплового аппарата турбины низкого давления, кольцевой питающий коллектор, межлабиринтную полость, примыкающую к боковой поверхности периферийной части диска турбины высокого давления, отделенную от проточной части турбины лабиринтным уплотнением, с междисковой полостью, отделенной от межлабиринтной полости лабиринтным уплотнением и сообщенную с проточной частью турбины через полость щелевого протока в районе периферийной части диска турбины низкого давления, в нем междисковая полость разделена на разгрузочную полость турбины высокого давления, разгрузочную полость турбины низкого давления, отделенные друг от друга стенкой, закрепленной по наружному диаметру на сопловом аппарате турбины низкого давления и лабиринтным уплотнением со стороны внутреннего диаметра стенки и полость щелевого протока, отделенную от разгрузочной полости турбины низкого давления лабиринтным уплотнением. При этом разгрузочная полость турбины высокого давления соединена с полостью щелевого протока транзитными трубками, а разгрузочная полость турбины низкого давления сообщена с кольцевым питающим коллектором каналами.
Кроме того, возможно, что:
- концы транзитных трубок жестко закреплены на стенке, отделяющей разгрузочные полости турбины высокого и низкого давлений, и на внутреннем корпусе соплового аппарата с помощью сварки или пайки;
- транзитные трубки выполнены изогнутыми;
- транзитные трубки снабжены калиброванными участками;
- калиброванные участки транзитных трубок размещены со стороны полости щелевого протока и выполнены в виде съемных жиклеров;
- часть транзитных трубок со стороны полости щелевого протока снабжена съемными заглушками;
- каналы, соединяющие разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, снабжены калиброванными участками;
- калиброванные участки каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, выполнены в виде съемных жиклеров;
- часть каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, снабжена заглушками.
Разделение междисковой полости на разгрузочную полость турбины высокого давления, разгрузочную полость турбины низкого давления и полость щелевого протока, отделенную от разгрузочной полости турбины низкого давления лабиринтным уплотнением, позволяет получить три изолированные друг от друга полости, давления воздуха в которых воздействуют на боковые поверхности дисков турбины как высокого, так и низкого давлений, что дает возможность иметь в этих полостях разные давления воздуха, а значит и по разному воздействовать на диски турбин высокого и низкого давлений. В результате появляется возможность воздействовать на оба ротора турбины разными осевыми нагрузками.
Соединение разгрузочной полости турбины высокого давления с полостью щелевого протока транзитными трубками позволяет изменять давление в ней практически от относительно высокого давления межлабиринтной полости (с поправкой на перепад давлений на лабиринтном уплотнении) до относительно низкого давления полости щелевого протока, варируя площадью проходного сечения транзитных трубок.
Жесткое закрепление концов трубок на стенке, отделяющей разгрузочные полости турбины высокого и низкого давлений, и на внутреннем корпусе соплового аппарата с помощью сварки или пайки, позволяет транзитным трубкам помимо своей прямой функции выполнять еще и силовую функцию, подкрепляя в силовом отношении стенку, разделяющую разгрузочные полости турбин высокого и низкого давлений.
Соединение разгрузочной полости турбины низкого давления с кольцевым питающим коллектором каналами позволяет изменять давление в разгрузочной полости турбины низкого давления, практически, от относительно высокого давления в полости кольцевого питающего коллектора до относительно низкого давления полости щелевого протока (с поправкой на перепад давления на лабиринтном уплотнении), варируя площадью каналов.
Выполнение транзитных трубок изогнутыми позволяет менять их жесткость и податливость вдоль продольной оси двигателя.
Выполнение на транзитных трубках калиброванных участков позволяет четко менять площадь проходного сечения трубок, что, в свою очередь, позволяет регулировать давление в разгрузочной полости турбины высокого давления.
Выполнение калиброванных участков транзитных трубок со стороны полости щелевого протока в виде съемных жиклеров позволяет выполнять нужную регулировку давления в разгрузочной полости турбины высокого давления без разборки соплового аппарата турбины низкого давления.
Выполнение части транзитных трубок со стороны полости щелевого протока со съемными заглушками позволяет выполнять еще более глубокую регулировку давления в разгрузочной полости турбины высокого давления без разборки соплового аппарата турбины низкого давления.
Снабжение каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, калиброванными участками позволяет достаточно точно регулировать давление в разгрузочной полости турбины низкого давления.
Выполнение калиброванных участков каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, в виде съемных жиклеров позволяет выполнять нужную регулировку давления в разгрузочной полости турбины низкого давления без разборки соплового аппарата турбины низкого давления.
Снабжение части каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, заглушками позволяет выполнять еще более глубокую регулировку давления в разгрузочной полости турбины низкого давления без разборки соплового аппарата турбины низкого давления.
На фиг.1 показан продольный разрез двухконтурного ГТД.
На фиг.2 показан продольный разрез турбины ГТД.
На фиг 3 показан продольный разрез турбины ГТД с заглушками на транзитных трубках.
На фиг.4 показан продольный разрез турбины ГТД с калиброванными участками на транзитных трубках.
Двухконтурный газотурбинный двигатель содержит компрессор высокого давления 1, думисная полость 2 которого соединена через канал 3, проходящий через теплообменник 4 внутренние полости 5 лопаток 6 соплового аппарата 7 турбины низкого давления 8, кольцевой питающий коллектор 9, межлабиринтную полость 10, примыкающую к боковой поверхности 11 периферийной части диска 12 турбины высокого давления 13, отделенную от проточной части турбины 14 лабиринтным уплотнением 15, с междисковой полостью 16, отделенной от межлабиринтной полости 10 лабиринтным уплотнением 17 и сообщенную с проточной частью турбины 14 через полость щелевого протока 18 в районе периферийной части диска 19 турбины низкого давления 8. Междисковая полость 16 разделена на разгрузочную полость 20 турбины высокого давления 13, разгрузочную полость 21 турбины низкого давления 8, отделенные друг от друга стенкой 22, закрепленной по наружному диаметру на сопловом аппарате 7 турбины низкого давления 8 и лабиринтным уплотнением 23 со стороны внутреннего диаметра стенки 22 и полость щелевого протока 18, отделенную от разгрузочной полости 21 турбины низкого давления 8 лабиринтным уплотнением 24, при этом разгрузочная полость 20 турбины высокого давления 13 соединена с полостью щелевого протока 18 транзитными трубками 25, а разгрузочная полость 21 турбины низкого давления 8 сообщена с кольцевым питающим коллектором 9 каналами 26.
Транзитные трубки 25 выполнены изогнутыми, их концы жестко закреплены на стенке 22, отделяющей разгрузочные полости 20 и 21, и на внутреннем корпусе 27 соплового аппарата 7 с помощью сварки или пайки и снабжены калиброванными участками 28 со стороны полости щелевого протока 18 и которые могут быть съемными. Часть транзитных трубок 25 со стороны полости щелевого протока 18 может быть снабжена съемными заглушками 29. Каналы 26, соединяющие разгрузочную полость 21 турбины низкого давления 8 с питающим коллектором 9, снабжены калиброванными участками 30. Часть каналов 26 может быть снабжена заглушками 31.
Теплообменник 4 установлен во втором контуре 32 газотурбинного двигателя. Междисковая полость 16 ограничена со стороны внутреннего диаметра лабиринтным уплотнением 33, установленным между роторами турбин высокого 13 и низкого 8 давлений. Думисная полость 2 отделена от проточной части компрессора высокого давления 34 лабиринтным уплотнением 35. В двигателе между компрессором высокого давления 1 и турбиной высокого давления 13 размещена камера сгорания 36. Лабиринтное уплотнением 33 отделяет внутренние полости 37 турбины от междисковой полости 16. Калиброванные участки 30 и 28 могут быть выполнены в виде съемных жиклеров 38 и 39.
Устройство работает следующим образом.
Воздух из думисной полости 2 компрессора высокого давления 1 через канал 3, проходящий через воздухо-воздушный теплообменник 4, внутренние полости 5 лопаток 6 соплового аппарата 7, поступает в кольцевой питающий коллектор 9, из которого, с одной стороны, поступает в межлабиринтную полость 10, откуда направляется через лабиринтное уплотнение 15 в проточную часть турбины 14, и одновременно через лабиринтное уплотнение 17 поступает в разгрузочную полость 20 турбины высокого давления 13, из которой через транзитные трубки 25 с калиброванными участками 28 выходит в полость щелевого протока 18 и потом в проточную часть турбины 14.
С другой стороны, воздух из питающего кольцевого коллектора 9 через каналы 26 поступает в разгрузочную полость 21 турбины низкого давления 8, и из нее выходит через лабиринтное уплотнение 24 в полость щелевого протока 18, а остальная часть через лабиринтное уплотнение 23 направляется в разгрузочную полость 20 турбины высокого давления 13, и вместе с воздухом, поступившим через лабиринтное уплотнение 17, эвакуируется через транзитные трубки 25 в полость щелевого протока 18 и далее в проточную часть турбины 14.
Калиброванные участки 28 и 30 позволяют регулировать проходные площади воздушных каналов и, таким образом, изменять уровень давлений в разгрузочных полостях 20 и 21.
При уменьшении площади калиброванных участков 28 вплоть до полного перекрытия повышается давление в разгрузочной полости 20 турбины высокого давления 13, и тем самым уменьшается осевая нагрузка турбины высокого давления 13 и увеличивается осевая нагрузка на радиально-упорный подшипник ротора высокого давления двигателя.
При уменьшении площади калиброванных участков 30 до малого расхода через лабиринтное уплотнение 24, сконструированное из условия недопущения обратного подтекания газовоздушной смеси из полости щелевого протока 18 в разгрузочную полость 21 турбины низкого давления 8, осевая нагрузка турбины низкого давления 8 уменьшается, а нагрузка на радиально-упорный подшипник ротора низкого давления двигателя возрастает.
Наличие двух автономных разгрузочных полостей турбин, разделенных стенкой 22 и двух автономных калиброванных участков 28 и 30, позволяет изменять уровень осевых нагрузок роторов двигателя одновременно или порознь и в широком диапазоне по величине.
Это обстоятельство позволяет при разработке и доводке двигателя, не изменяя конструктивного и схемного облика двигателя, на этапе доводки двигателя по осевым нагрузкам, скорректировать эти нагрузки под необходимую долговечность и ресурс машины. Это значительно сокращает стоимость и сроки доводки двигателя.
С помощью съемных жиклеров 38 и 39, а также съемных заглушек 31 и 29 регулирование осевой нагрузки на ротора турбин 8 и 13 может осуществляться плавно.
При реализации изобретения возможен смешанный вариант, когда одновременно на части воздуховодов размещаются съемные заглушки, а на другой части - съемные жиклеры.
Установка только съемных заглушек значительно сокращает процесс доводки по осевой нагрузке, но чреват скачкообразным изменением осевой нагрузки - что не всегда приемлемо.
Claims (9)
1. Двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий компрессор высокого давления, думисная полость которого соединена через канал, проходящий через внутренние полости лопаток соплового аппарата турбины низкого давления, кольцевой питающий коллектор, межлабиринтную полость, примыкающую к боковой поверхности периферийной части диска турбины высокого давления, отделенную от проточной части турбины лабиринтным уплотнением, с междисковой полостью, отделенной от межлабиринтной полости лабиринтным уплотнением и сообщенную с проточной частью турбины через полость щелевого протока в районе периферийной части диска турбины низкого давления, отличающийся тем, что междисковая полость разделена на разгрузочную полость турбины высокого давления, разгрузочную полость турбины низкого давления, отделенные друг от друга стенкой, закрепленной по наружному диаметру на сопловом аппарате турбины низкого давления и лабиринтным уплотнением со стороны внутреннего диаметра стенки и полость щелевого протока, отделенную от разгрузочной полости турбины низкого давления лабиринтным уплотнением, при этом разгрузочная полость турбины высокого давления соединена с полостью щелевого протока транзитными трубками, а разгрузочная полость турбины низкого давления сообщена с кольцевым питающим коллектором каналами.
2. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что концы транзитных трубок жестко закреплены на стенке, отделяющей разгрузочные полости турбины высокого и низкого давлений, и на внутреннем корпусе соплового аппарата с помощью сварки или пайки,
3. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что транзитные трубки выполнены изогнутыми.
4. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что транзитные трубки снабжены калиброванными участками.
5. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.4, отличающийся тем, что калиброванные участки транзитных трубок размещены со стороны полости щелевого протока и выполнены в виде съемных жиклеров.
6. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что часть транзитных трубок со стороны полости щелевого протока снабжена съемными заглушками.
7. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что каналы, соединяющие разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, снабжены калиброванными участками.
8. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.7, отличающийся тем, что калиброванные участки каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, выполнены в виде съемных жиклеров.
9. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что часть каналов, соединяющих разгрузочную полость турбины низкого давления с питающим коллектором, снабжены заглушками.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143181/06A RU2420668C1 (ru) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143181/06A RU2420668C1 (ru) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2420668C1 true RU2420668C1 (ru) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143181/06A RU2420668C1 (ru) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420668C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474710C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Система регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины |
| CN103016153A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-04-03 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机转子轴向力调节装置 |
| CN113153437A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-23 | 中国航发湖南动力机械研究所 | 一种大功率量级的动力涡轮转子轴向力调节结构 |
-
2009
- 2009-11-24 RU RU2009143181/06A patent/RU2420668C1/ru active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474710C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Система регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины |
| CN103016153A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-04-03 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机转子轴向力调节装置 |
| CN113153437A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-23 | 中国航发湖南动力机械研究所 | 一种大功率量级的动力涡轮转子轴向力调节结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2619955C2 (ru) | Устройство секционного охлаждения и способ охлаждения сопловой лопатки турбины | |
| EP2187019B1 (en) | Gas turbine with exhaust section structure | |
| JP4981970B2 (ja) | ガスタービン | |
| US9279341B2 (en) | Air system architecture for a mid-turbine frame module | |
| US7063503B2 (en) | Turbine shroud cooling system | |
| US7766607B2 (en) | Device for ventilating turbine disks in a gas turbine engine | |
| US8511969B2 (en) | Interturbine vane with multiple air chambers | |
| CN102607065B (zh) | 具有集成限流器和歧管密封件的燃气轮机燃烧器端盖组件 | |
| US6910852B2 (en) | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine rotor assemblies | |
| US8387401B2 (en) | Cooling passage cover, manufacturing method of the cover, and gas turbine | |
| US10590806B2 (en) | Exhaust system and gas turbine | |
| RU2013118552A (ru) | Газотурбинный двигатель с промежуточным охлаждением | |
| US20090232642A1 (en) | Adjustable compressor bleed system and method | |
| RU2002109453A (ru) | Система отведения избыточного количества воздуха с упрощенным управлением для турбореактивного или турбовинтового двигателя | |
| CN110268152B (zh) | 包括用于通过径向臂向涡轮风扇发动机的排气容置部供应空气的中间流的涡轮风扇发动机 | |
| US8011879B2 (en) | Transition channel between two turbine stages | |
| US20130129498A1 (en) | Diffuser, in particular for an axial flow machine | |
| RU2420668C1 (ru) | Двухконтурный газотурбинный двигатель | |
| KR20170114966A (ko) | 로터 샤프트 냉각을 위한 공기 바이패스 시스템 | |
| JP2017129107A (ja) | 排気フレーム | |
| RU2012138960A (ru) | Газотурбинный двигатель | |
| JP2007321763A (ja) | ガスタービンにおける冷却を最適化するための装置及び該装置を有するガスタービン | |
| JP5210891B2 (ja) | ２つのエンクロージャ間の連通を確立するためのバルブを備えたガスタービンエンジン | |
| EP2410138B1 (en) | Gas turbine engine flange arrangement and method for retrofitting same | |
| RU2217597C1 (ru) | Газотурбинный двигатель |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130926 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |