RU2597322C1

RU2597322C1 - Small-size gas turbine engine

Info

Publication number: RU2597322C1
Application number: RU2015116235/06A
Authority: RU
Inventors: Валентин Григорьевич Костогрыз; Дмитрий Яковлевич Дудьев; Владимир Яковлевич Сигайло; Абдул-Агля Шайхович Гельмедов; Николай Иванович Климов; Юрий Григорьевич Кошолап; Сергей Иванович Бугаёв; Виталий Николаевич Климов; Пётр Викторович Лиходид; Александр Степанович Лаврик; Михаил Викторович Новиков; Земфира Ровильевна Валитова; Александр Васильевич Романов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Омское моторостроительное конструкторское бюро" (ОАО "ОМКБ")
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-09-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to small-size gas turbine engines with lubrication and cooling systems of bearings. Small-sized gas turbine engine comprises fuel feed system and system of lubrication of bearings of rotor with mixer, creating working medium by mixing of fuel-grease mix with air, derived from annular manifold of compressor via inclined slots, direction of which coincides with direction of air flow at its extraction. Mixer is composed of t-joint with compressed air feed inlet channel, fuel-grease feed inlet channel, mixing chamber and outlet channel of working medium supply to bearings. Bearings are installed with preload in axial direction, secured by spring.

EFFECT: such design of lubrication system will allow to reduce gas dynamic losses at withdrawal of air from compressor, reducing heat generation on bearings due to elimination of slippage of balls, reducing wear and heating of bearings, increase efficiency of lubrication and cooling systems.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и, в частности, к малоразмерным газотурбинным двигателям с системой смазки и охлаждения подшипников, в частности, с разомкнутой системой смазки.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and, in particular, to small-sized gas turbine engines with a lubrication and cooling system for bearings, in particular, with an open lubrication system.

Известен газотурбинный двигатель, преимущественно авиационный, содержащий центробежный компрессор, камеру сгорания, осевую турбину, ротор турбокомпрессора, подшипники компрессора и турбины, топливный бак, топливный насос, разомкнутую систему смазки с маслобаком, магистралью наддува воздухом из-за компрессора, магистралью подачи масла на роторные подшипники (см. книга Курт Шреклинг (Kurt Schreckling). Турбины в авиамоделировании (Model turbines), стр. 20, фиг. 6, 2005 Treplet Publications Ltd [1]).A gas turbine engine is known, mainly an aviation one, containing a centrifugal compressor, a combustion chamber, an axial turbine, a turbocompressor rotor, compressor and turbine bearings, a fuel tank, a fuel pump, an open lubrication system with an oil tank, an air charge line due to the compressor, and a rotor oil supply line bearings (see Kurt Schreckling book. Model turbines, page 20, FIG. 6, 2005 Treplet Publications Ltd [1]).

Недостатком такой конструкции является наличие маслобака с магистралями, что ведет к увеличению веса двигателя, что особенно нежелательно для малоразмерных двигателей.The disadvantage of this design is the presence of an oil tank with highways, which leads to an increase in engine weight, which is especially undesirable for small engines.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий центробежный компрессор, камеру сгорания, осевую турбину, ротор турбокомпрессора, подшипники компрессора и турбины, разомкнутую систему смазки, магистраль подачи топливомасляной смеси в камеру сгорания, магистраль подачи воздуха из-за компрессора на роторные подшипники, магистраль подачи топливомасляной смеси на роторные подшипники, роторный туннель, магистраль выброса смеси и воздуха в проточную часть двигателя перед турбиной (см. книга Курт Шреклинг (Kurt Schreckling). Турбины в авиамоделировании (Model turbines), стр. 12, фиг. 1, 2005 Treplet Publications Ltd [2]).A known gas turbine engine containing a centrifugal compressor, a combustion chamber, an axial turbine, a turbocompressor rotor, compressor bearings and a turbine, an open lubrication system, a fuel-oil mixture supply line to a combustion chamber, an air supply line due to a compressor to rotor bearings, a fuel-oil mixture supply line to rotor bearings, a rotor tunnel, a discharge line of mixture and air into the engine duct in front of the turbine (see the book Kurt Schreckling). Turbines in aircraft modeling and (Model turbines), p. 12, Fig. 1, 2005 Treplet Publications Ltd [2]).

Недостатком такой конструкции является неэффективность охлаждения смазываемых подшипников, так как топливомасляная смесь подается в поток воздуха, отбираемого за компрессором и имеющего высокую температуру. Кроме того, смесь и воздух, проходя через роторный туннель (находящийся в зоне высоких температур двигателя) на смазку и охлаждение турбинного подшипника, дополнительно нагреваются. Из-за высокой температуры воздуха охлаждение подшипника ухудшается, а из-за высокой температуры топливомасляной смеси повышается трение в подшипнике, уменьшается его долговечность.The disadvantage of this design is the ineffectiveness of cooling the lubricated bearings, since the fuel-oil mixture is fed into the air stream, taken after the compressor and having a high temperature. In addition, the mixture and air passing through the rotor tunnel (located in the high temperature zone of the engine) to lubricate and cool the turbine bearing are additionally heated. Due to the high temperature of the air, the cooling of the bearing worsens, and due to the high temperature of the fuel-oil mixture, friction in the bearing increases and its durability decreases.

Известен выбранный за прототип малоразмерный газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, турбину, камеру сгорания, ротор турбокомпрессора, опирающийся на высокооборотные подшипники компрессора и турбины, систему управления температурным состоянием двигателя, систему смазки подшипников топливо-масляной смесью, при этом подшипники и другие детали двигателя охлаждаются набегающим потоком воздуха, проходящего через фильтр в переднем кожухе входного устройства (публикация США US 7475549 В2 «Thermal management system for a gas turbine engine», заявка № US 11/197248, опубл. 13.01.2009 [2]).A small gas turbine engine selected for the prototype is known, comprising a compressor, a turbine, a combustion chamber, a turbocompressor rotor based on high-speed bearings of a compressor and a turbine, a temperature control system for the engine, a lubrication system for bearings with a fuel-oil mixture, while bearings and other engine parts are cooled the flow of air passing through the filter in the front casing of the inlet device (US publication US 7475549 B2 "Thermal management system for a gas turbine engine", application No. US 11/197248, publ. 13.01.2009 [2]).

Недостатком прототипа является консольное расположение ротора на подшипниках, расположенных перед компрессором, что увеличивает нагрузку на задний турбинный подшипник, уменьшает его долговечность, увеличивает тепловыделение на нем, снижает эффективность системы охлаждения.The disadvantage of the prototype is the cantilever arrangement of the rotor on the bearings located in front of the compressor, which increases the load on the rear turbine bearing, reduces its durability, increases heat dissipation on it, reduces the efficiency of the cooling system.

Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности системы смазки и охлаждения роторных подшипников малоразмерных авиационных двигателей.The aim of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the lubrication and cooling system of rotary bearings of small aircraft engines.

Предлагается конструкция малоразмерного авиационного газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, турбину, камеру сгорания. Ротор турбокомпрессора опирается на передний компрессорный подшипник и задний турбинный подшипник. Топливная система включает в себя емкость с топливомасляной смесью и магистраль подачи топливомасляной смеси в камеру сгорания. Система смазки и охлаждения подшипников состоит из магистрали отбора воздуха из компрессора, магистрали подачи топливомасляной смеси, смесителя, магистрали подачй рабочего тела на подшипники, магистрали отвода отработанного рабочего тела из подшипников. Магистраль отбора воздуха из компрессора выполнена в виде кольцевого коллектора, охватывающего среднюю часть корпуса компрессора над рабочим колесом. Кольцевой коллектор соединен со смесителем, обеспечивающим смешение топливомасляной смеси с воздухом (создание рабочего тела). Проточная часть компрессора соединена с кольцевым коллектором отверстиями в корпусе компрессора, которые выполнены в виде множества равномерно расположенных по окружности пазов, причем пазы выполнены наклонными к оси двигателя в направлении вращения рабочего колеса под углом, совпадающим с направлением потока воздуха в месте отбора воздуха из компрессора. Выполнение коллектора кольцевым, охватывающим компрессор в средней его части с равномерно расположенными наклонными пазами подачи воздуха из компрессора в коллектор позволяет снизить температуру отбираемого воздуха и уменьшить потери энергии на сжатие при отборе воздуха из компрессора.A design of a small-sized aviation gas turbine engine containing a compressor, a turbine, a combustion chamber is proposed. The turbocharger rotor rests on the front compressor bearing and the rear turbine bearing. The fuel system includes a tank with a fuel-oil mixture and a line for supplying a fuel-oil mixture to the combustion chamber. The lubrication and cooling system of bearings consists of a line for taking air from a compressor, a line for supplying fuel and oil mixture, a mixer, a line for supplying a working fluid to bearings, and a line for removing the spent working fluid from bearings. The air intake line from the compressor is made in the form of an annular manifold covering the middle part of the compressor casing above the impeller. The annular collector is connected to a mixer, providing mixing of the fuel-oil mixture with air (creation of a working fluid). The flow part of the compressor is connected to the annular collector by openings in the compressor housing, which are made in the form of a plurality of grooves evenly spaced around the circumference, the grooves being made inclined to the axis of the engine in the direction of rotation of the impeller at an angle coinciding with the direction of air flow at the point of air intake from the compressor. The execution of the collector ring, covering the compressor in its middle part with evenly spaced inclined grooves of the air supply from the compressor to the manifold allows to reduce the temperature of the taken air and reduce the energy loss in compression when taking air from the compressor.

Смеситель имеет входной канал подачи топливомасляной смеси, входной канал подачи воздуха и выходной канал подачи рабочего тела на роторные подшипники. Смеситель выполнен в виде тройника, имеет два входных канала и один выходной канал: входной канал подачи воздуха снабжен фильтром, входной канал подачи топливомасляной смеси снабжен распылителем с тангенциальным подводом смеси, обеспечивающим распыление и закручивание смеси, при этом ось распылителя расположена перпендикулярно оси входного канала подачи воздуха, выходной канал подачи рабочего тела на подшипники расположен соосно оси форсунки распылителя. Такое выполнение смесителя позволяет обеспечить равномерность и качество смешивания топливомасляной смеси с воздухом с образованием мелкодисперсного состава рабочего тела (с высокой степенью распыла), что улучшает качество смазки и охлаждения подшипников.The mixer has an input channel for supplying fuel and oil mixture, an input channel for supplying air and an output channel for supplying a working fluid to rotor bearings. The mixer is made in the form of a tee, has two inlet channels and one output channel: the air inlet channel is equipped with a filter, the oil-oil mixture inlet channel is equipped with a spray with a tangential mixture supply, which ensures spraying and twisting of the mixture, while the axis of the spray gun is perpendicular to the axis of the inlet feed channel air, the output channel of the supply of the working fluid to the bearings is located coaxially with the axis of the nozzle of the nozzle. This embodiment of the mixer allows to ensure uniformity and quality of mixing the fuel-oil mixture with air with the formation of a finely dispersed composition of the working fluid (with a high degree of atomization), which improves the quality of lubrication and cooling of the bearings.

Ротор двигателя имеет две подшипниковые опоры - передняя опора с шарикоподшипником расположена в районе компрессора и задняя опора с шарикоподшипником расположена в районе турбины. Подшипники в опорах компрессора и турбины установлены с предварительным натягом в осевом направлении, обеспеченным пружиной, расположенной в опоре турбины. Такое выполнение опор предотвращает проскальзывание шариков по беговым дорожкам колец на режимах запуска, уменьшает износ и нагрев подшипников и увеличивает эффективность системы смазки и охлаждения подшипников.The rotor of the engine has two bearing bearings - the front bearing with ball bearing is located in the area of the compressor and the rear bearing with ball bearing is located in the area of the turbine. The bearings in the compressor and turbine bearings are preloaded in the axial direction provided by a spring located in the turbine support. This embodiment of the bearings prevents the balls from slipping on the racetracks of the rings in the starting modes, reduces wear and heating of the bearings, and increases the efficiency of the lubrication and cooling system of the bearings.

Магистраль отвода рабочего тела из подшипниковых опор выполнена в виде двух магистралей: магистрали отвода из переднего компрессорного подшипника отработанного в передней опоре рабочего тела в проточную часть компрессора в полость перед ротором компрессора, имеющую минимальное статическое давление воздуха, и магистрали отвода из турбинного подшипника отработанного в задней опоре рабочего тела через центральный канал реактивного сопла в зону минимального статического давления газов.The main pipe for removing the working fluid from the bearings is made in the form of two lines: the main pipe for exhausting from the front compressor bearing the working fluid in the front support of the compressor into the cavity in front of the compressor rotor, which has the minimum static air pressure, and the main pipe for exhausting from the turbine bearing used in the rear the support of the working fluid through the Central channel of the jet nozzle in the zone of minimum static gas pressure.

Такое выполнение магистралей утилизации (отвода) рабочего тела позволяет организовать движение рабочего тела за счет разницы давления без применения откачивающих насосов, используя низкое давление на выходе из магистралей для увеличения разницы давлений на входе и выходе в магистралях, а значит, обеспечить при требуемом расходе воздуха в компрессоре отбор воздуха из компрессора с более низким давлением и температурой. Это позволяет подавать на подшипники рабочее тело более низкой температуры. А это, в свою очередь, при параметре масляной пленки (отношение толщины пленки к приведенной шероховатости контактирующих тел) меньше 1, характерном при смазке топливомасляной смесью, ведет к уменьшению трения и тепловыделения на подшипниках.This embodiment of the lines of utilization (removal) of the working fluid allows you to organize the movement of the working fluid due to the pressure difference without the use of pumping pumps, using low pressure at the outlet of the pipelines to increase the pressure difference at the inlet and outlet of the pipelines, which means that at the required air flow rate compressor air intake from a compressor with lower pressure and temperature. This makes it possible to supply a lower temperature working fluid to the bearings. And this, in turn, when the parameter of the oil film (the ratio of the film thickness to the reduced roughness of the contacting bodies) is less than 1, which is typical for lubrication with a fuel-oil mixture, it leads to a decrease in friction and heat generation on the bearings.

На фиг. 1 изображен малоразмерный газотурбинный двигатель с системой смазки подшипников. На фиг. 2 изображен элемент А места отбора сжатого воздуха из компрессора в смеситель. На фиг. 3 показан вид И на наклонные пазы в корпусе компрессора. На фиг. 4 - смеситель в разрезе. На фиг. 5 - элемент К смесителя. На фиг. 6 - передняя опора ротора двигателя (элемент Б). На фиг. 7 - задняя опора ротора двигателя (элемент В). На фиг. 8 - разрез Л-Л демпфера задней опоры.In FIG. 1 shows a small gas turbine engine with a bearing lubrication system. In FIG. 2 shows the element A of the compressed air from the compressor to the mixer. In FIG. Figure 3 shows the view of AND on inclined grooves in the compressor housing. In FIG. 4 - sectional mixer. In FIG. 5 - element K of the mixer. In FIG. 6 - front support of the rotor of the engine (element B). In FIG. 7 - rear engine rotor support (element B). In FIG. 8 - section L-L damper rear support.

Малоразмерный газотурбинный двигатель (фиг. 1) содержит компрессор 1, камеру сгорания 2, турбину 3, выхлопное устройство (сопло) 4. Компрессор и турбина имеют общий ротор 5, опирающийся на две подшипниковые опоры - переднюю опору 6 с шарикоподшипником 7 и заднюю опору 8 с шарикоподшипником 9. Компрессор 1 состоит из переднего корпуса 10, силового корпуса 11, рабочего колеса осевой ступени 12, направляющего аппарата 13, рабочего колеса диагональной ступени 14. Камера сгорания 2 состоит из корпуса 15, жаровой трубы 16, вращающейся топливной форсунки 17. Турбина 3 состоит из соплового аппарата 18, рабочего колеса 19, корпуса 20 и задней подшипниковой опоры 8. Реактивное сопло 4 содержит наружный корпус 21 и внутренний конус 22. Корпусы компрессора, камеры сгорания, турбины, реактивного сопла соединены фланцевыми соединениями с резьбовыми элементами. Корпус 20 опоры турбины имеет полые стойки 23, через одну из которых к задней подшипниковой опоре 8 подводится рабочее тело (топливомасляная смесь с воздухом). Корпус 20 турбины соединен с внутренним конусом 22 реактивного сопла 4.A small-sized gas turbine engine (Fig. 1) contains a compressor 1, a combustion chamber 2, a turbine 3, an exhaust device (nozzle) 4. The compressor and turbine have a common rotor 5, supported by two bearing bearings — a front bearing 6 with a ball bearing 7 and a rear bearing 8 with ball bearing 9. Compressor 1 consists of a front housing 10, a power housing 11, an impeller of an axial stage 12, a guiding apparatus 13, an impeller of a diagonal stage 14. The combustion chamber 2 consists of a housing 15, a flame tube 16, a rotating fuel nozzle 17. Turbines and 3 consists of a nozzle apparatus 18, an impeller 19, a housing 20, and a rear bearing support 8. A jet nozzle 4 comprises an outer housing 21 and an inner cone 22. The compressor housings, combustion chambers, turbines, and jet nozzles are connected by flange connections to threaded elements. The turbine support housing 20 has hollow struts 23, through one of which a working fluid (fuel-oil mixture with air) is supplied to the rear bearing support 8. The turbine housing 20 is connected to the inner cone 22 of the jet nozzle 4.

Система топливопитания и смазки двигателя содержит емкость 24 с топливомасляной смесью, электронасос 25 подачи топливомасляной смеси, магистраль 26 подачи топливомасляной смеси во вращающуюся форсунку 17 камеры сгорания, магистраль 27 подачи топливо-масляной смеси в смеситель 28, магистраль 29 отбора воздуха из компрессора в смеситель 28, магистраль 30 подачи рабочего тела (топливомасляной смеси с воздухом) из смесителя 28 через дроссель 31 на компрессорный (передний) подшипник 7, магистраль 32 подачи рабочего тела из смесителя 28 через дроссель 33 на турбинный подшипник 9, магистраль 34 выброса (утилизации) отработанного в передней опоре 6 рабочего тела в зону «Г» перед ротором компрессора (имеющую минимальное статическое давление воздуха); магистраль 35 выброса отработанного в задней опоре 8 рабочего тела через центральный канал 36 во внутреннем конусе 22 сопла в зону «Ж» (минимального статического давления газов) реактивного сопла.The fuel supply and lubrication system of the engine contains a tank 24 with the fuel-oil mixture, an electric pump 25 for supplying the fuel-oil mixture, a line 26 for supplying the fuel-oil mixture to the rotating nozzle 17 of the combustion chamber, a line 27 for supplying the fuel-oil mixture to the mixer 28, and a line 29 for taking air from the compressor to the mixer 28 , line 30 for supplying a working fluid (fuel-oil mixture with air) from a mixer 28 through a throttle 31 to a compressor (front) bearing 7, line 32 for supplying a working fluid from a mixer 28 through a throttle 33 on turbine bearing 9, line 34 of ejection (disposal) of the working fluid spent in the front support 6 into zone “G” in front of the compressor rotor (having minimal static air pressure); a line 35 of ejection of the working fluid spent in the rear support 8 through the central channel 36 in the inner cone of the nozzle 22 into the zone "G" (minimum static gas pressure) of the jet nozzle.

Магистраль 29 отбора воздуха из компрессора выполнена в виде кольцевого коллектора 37 (фиг. 2), расположенного в средней части компрессора (зона «Д») и охватывающего силовой корпус 11. Отбор воздуха из компрессора в кольцевой коллектор 37 осуществляется через множество равномерно расположенных по окружности наклонных пазов 38 в стенке (фиг. 2, 3) корпуса 11 компрессора. Направление пазов 38 совпадает с направлением потока воздуха в компрессоре в месте его отбора. Кольцевой коллектор 37 соединен со смесителем 28 входным каналом 29.The line 29 for taking air from the compressor is made in the form of an annular collector 37 (Fig. 2) located in the middle part of the compressor (zone “D”) and covering the power housing 11. The air is taken from the compressor into the ring collector 37 through a plurality of uniformly arranged circumferentially inclined grooves 38 in the wall (Fig. 2, 3) of the compressor housing 11. The direction of the grooves 38 coincides with the direction of the air flow in the compressor in the place of its selection. The annular collector 37 is connected to the mixer 28 by the input channel 29.

Смеситель 28 (фиг. 4) выполнен в виде тройника, имеющего входной канал 39 подачи сжатого воздуха из компрессора, входной канал 40 подачи топливо-масляной смеси из магистрали 27, полость смешивания 41 и выходной канал 42 подачи рабочего тела на подшипник 7 по магистрали 30 и на подшипник 9 по магистрали 32. Входной канал 39 снабжен сетчатым фильтром 43, который обеспечивает очистку воздуха из компрессора от посторонних частиц. Входной канал 40 (фиг. 4, 5) снабжен распылителем 44, который обеспечивает закручивание потока и тонкое распыливание топливо-масляной смели (рабочего тела) в полости смешивания 41. Распылитель 44 (фиг. 5) имеет фильтр 45 для очистки смеси от посторонних частиц. Распылитель 44 имеет калиброванное центральное выходное отверстие 46 и тангенциальные отверстия 47, обеспечивающие закручивание и распыление потока смеси в полости 41 смесителя 28.The mixer 28 (Fig. 4) is made in the form of a tee having an input channel 39 for supplying compressed air from the compressor, an input channel 40 for supplying a fuel-oil mixture from line 27, a mixing cavity 41, and an output channel 42 for supplying a working fluid to the bearing 7 along line 30 and to the bearing 9 along the line 32. The inlet channel 39 is equipped with a strainer 43, which ensures the cleaning of air from the compressor from foreign particles. The inlet channel 40 (Fig. 4, 5) is equipped with a sprayer 44, which provides a swirling flow and fine atomization of the fuel-oil bold (working fluid) in the mixing cavity 41. The sprayer 44 (Fig. 5) has a filter 45 for cleaning the mixture of foreign particles . The atomizer 44 has a calibrated central outlet 46 and tangential openings 47, providing for swirling and spraying the mixture flow in the cavity 41 of the mixer 28.

Выходной канал 42 смесителя 28 (фиг. 4) разделен на две магистрали - магистраль 30 и магистраль 32. Магистраль 30 обеспечивает подачу рабочего тела через внутренний канал 48 (фиг. 1) в стойке корпуса 10 компрессора на подшипник 7 передней опоры 6. Магистраль 32 обеспечивает подачу рабочего тела через внутреннюю полость 49 стойки корпуса 20 опоры турбины к подшипнику 9 задней опоры 8.The output channel 42 of the mixer 28 (Fig. 4) is divided into two lines - highway 30 and line 32. Line 30 provides the supply of the working fluid through the internal channel 48 (Fig. 1) in the rack of the compressor housing 10 to the bearing 7 of the front support 6. Line 32 provides the supply of the working fluid through the inner cavity 49 of the rack of the housing 20 of the turbine support to the bearing 9 of the rear support 8.

В корпусе 10 компрессора установлен корпус 50 шарикового подшипника 7 (фиг. 6). Внутренняя полость 51 корпуса 50 подшипника 7 соединена наклонными отверстиями 52 с внутренним каналом 48 корпуса 10 компрессора. Отверстия 52 расположены под углом к оси двигателя и направлены в сторону подшипника 7, образуя каналы подачи рабочего тела на охлаждение и смазку подшипника. Отверстия 52 соединены магистралью 30 с выходным каналом 42 смесителя 28.In the housing 10 of the compressor mounted housing 50 of a ball bearing 7 (Fig. 6). The inner cavity 51 of the housing 50 of the bearing 7 is connected by inclined holes 52 to the internal channel 48 of the compressor housing 10. The holes 52 are located at an angle to the axis of the engine and are directed towards the bearing 7, forming channels for supplying the working fluid to the cooling and lubrication of the bearing. The holes 52 are connected by a line 30 to the output channel 42 of the mixer 28.

Подшипник 9 задней опоры 8 установлен в корпусе 53 подшипника (фиг. 7). Корпус 53 имеет отверстия 54 для поступления рабочего тела из магистрали 32 во внутреннюю полость 55 перед подшипником 9. На наружном кольце 56 подшипника 9 установлен с натягом демпфер 57, который выполнен в виде тонкостенного гофрированного цилиндра (фиг. 8). Гофры демпфера 57 образуют каналы 58 между демпфером и наружным кольцом 56 подшипника 9 и каналы 59 между корпусом 53 подшипника и демпфером 57. Каналы 58 и 59 обеспечивают протекание относительно холодного рабочего тела вдоль наружного кольца подшипника 9, что улучшает охлаждение подшипника 9.The bearing 9 of the rear support 8 is installed in the bearing housing 53 (Fig. 7). The housing 53 has openings 54 for the input of the working fluid from the line 32 into the internal cavity 55 in front of the bearing 9. On the outer ring 56 of the bearing 9, a damper 57 is fitted with an interference fit, which is made in the form of a thin-walled corrugated cylinder (Fig. 8). The corrugations of the damper 57 form the channels 58 between the damper and the outer ring 56 of the bearing 9 and the channels 59 between the bearing housing 53 and the damper 57. The channels 58 and 59 allow a relatively cold working fluid to flow along the outer ring of the bearing 9, which improves cooling of the bearing 9.

Внутренняя полость 55 перед подшипником 9 имеет лабиринтные уплотнения 60 и 61 для уменьшения перетекания рабочего тела в проточную часть турбины (зона «Е») двигателя. Наружное кольцо 56 подшипника 9 поджато пружиной 62 в осевом направлении для создания усилия нагрузки на подшипники 9 и 7 и устранения проскальзывания шариков относительно дорожек качения при запуске двигателя (в момент страгивания ротора). Пружина 62 упирается с одной стороны в бурт корпуса 53 через стопорное кольцо 63, с другой стороны - в наружное кольцо 56 подшипника 9. Пружина 62 размещена соосно оси двигателя за подшипником 9 в полости гильзы 64. Гильза 64 обеспечивает центрирование подшипника 9 и исключение его перекоса. Внутренняя полость за подшипником 9 соединена с атмосферой посредством центрального канала 36 во внутреннем конусе 22 сопла (зона «Ж»).The inner cavity 55 in front of the bearing 9 has labyrinth seals 60 and 61 to reduce the flow of the working fluid into the flow part of the turbine (zone "E") of the engine. The outer ring 56 of the bearing 9 is axially spring loaded 62 to create a load on the bearings 9 and 7 and to prevent the balls from slipping relative to the raceways when starting the engine (when the rotor is strained). The spring 62 abuts on one side of the collar of the housing 53 through the retaining ring 63, on the other hand, in the outer ring 56 of the bearing 9. The spring 62 is placed coaxially with the axis of the engine behind the bearing 9 in the cavity of the sleeve 64. The sleeve 64 provides centering of the bearing 9 and eliminates its misalignment . The inner cavity behind the bearing 9 is connected to the atmosphere through a central channel 36 in the inner cone 22 of the nozzle (zone "G").

В процессе работы двигателя сжатый воздух из средней части (зона «Д») газовоздушного тракта компрессора поступает в кольцевой коллектор 37 через наклонные пазы 38 (фиг. 2, 3) в стенке корпуса 11. Из кольцевого коллектора 37 воздух по входному каналу 39 через фильтр 43 поступает в смеситель 28, где в полости смешения 41 смешивается с распыленной через распылитель 44 топливомасляной смесью, поступающей в смеситель 28 через фильтр 45 (фиг. 4, 5) из магистрали 27 (входной канал 40 смесителя). Из выходного канала 42 смесителя 28 рабочее тело (тонко распыленная мелкодисперсная топливомасляно-воздушная смесь) подается по двум магистралям - по магистрали 30 через дроссель 31 рабочее тело поступает на подшипник 7 передней опоры, по второй магистрали 32 рабочее тело из смесителя 28 подается через дроссель 33 на подшипник 9 задней опоры, обеспечивая охлаждение и смазку подшипников 7 и 9. Отработанное в передней опоре 6 рабочее тело поступает (утилизируется) по магистрали 34 в зону «Г» газовоздушного тракта компрессора. В задней опоре 8 рабочее тело проходит через подшипник 9, часть рабочего тела проходит через каналы 58, 59 демпфера 57, обеспечивая улучшение охлаждения наружного кольца 56 подшипника 9. Отработанное в задней опоре рабочее тело из подшипника 9 поступает в полость гильзы 64. Далее отработанное рабочее тело поступает (утилизируется) в атмосферу (зона «Ж») через центральный канал 36 реактивного сопла. Для уменьшения тепловыделения на подшипниках 7 и 9 и увеличения эффективности системы смазки и охлаждения за счет исключения проскальзывания шариков по беговым дорожкам подшипников подшипники 7, 9 работают с предварительным натягом, обеспечиваемым пружиной 62. Пружина 62 создает осевую нагрузку на передний подшипник 7, передаваемую через детали ротора турбокомпрессора на задний подшипник 9.In the process of engine operation, compressed air from the middle part (zone “D”) of the compressor gas-air path enters the annular manifold 37 through the inclined grooves 38 (Fig. 2, 3) in the wall of the housing 11. From the annular manifold 37, air flows through the inlet channel 39 through the filter 43 enters the mixer 28, where in the mixing cavity 41 is mixed with the oil-fuel mixture sprayed through the atomizer 44 and entering the mixer 28 through the filter 45 (Fig. 4, 5) from the line 27 (mixer inlet 40). From the outlet channel 42 of the mixer 28, the working fluid (finely dispersed finely dispersed fuel oil-air mixture) is supplied through two lines — through line 30 through the throttle 31, the working fluid enters the bearing 7 of the front support, along the second highway 32, the working fluid from mixer 28 is fed through the throttle 33 on the bearing 9 of the rear support, providing cooling and lubrication of the bearings 7 and 9. The working fluid worked out in the front support 6 enters (is disposed of) through line 34 into the zone “G” of the compressor air duct. In the rear support 8, the working fluid passes through the bearing 9, part of the working fluid passes through the channels 58, 59 of the damper 57, providing improved cooling of the outer ring 56 of the bearing 9. The working fluid worked in the rear support from the bearing 9 enters the cavity of the sleeve 64. Next, the spent working the body enters (is utilized) into the atmosphere (zone "G") through the central channel 36 of the jet nozzle. To reduce heat dissipation on bearings 7 and 9 and increase the efficiency of the lubrication and cooling system by eliminating ball slippage along the racetracks of bearings, bearings 7, 9 operate with a preload provided by spring 62. Spring 62 creates an axial load on front bearing 7 transmitted through parts turbocharger rotor on rear bearing 9.

Движение рабочего тела по магистралям 30, 32 осуществляется за счет разности давлений. Давление рабочего тела на выходе из смесителя 28 (1,6…1,8 кгс/см²) соизмеримо с давлением в средней части газовоздушного тракта компрессора (зона «Д») и имеет большее значение, чем в полости подшипника 7 (~1,3…1,4 кгс/см²), давление в полости подшипника 7 больше, чем на входе в газовоздушный тракт компрессора (~1,0…1,1 кгс/см²) - зона «Г». Движение рабочего тела по магистрали 32 осуществляется за счет того, что смесь на выходе из смесителя 28 имеет давление (1,6…1,8 кгс/см²) большее, чем в полости подшипника 9 (1,3…1,4 кгс/см²), а давление в полости подшипника 9 больше, чем давление на срезе сопла (1,0…1,1 кгс/см²) - в зоне «Ж».The movement of the working fluid along the lines 30, 32 is due to the pressure difference. The pressure of the working fluid at the outlet of the mixer 28 (1.6 ... 1.8 kgf / cm ² ) is commensurate with the pressure in the middle part of the gas-air path of the compressor (zone "D") and has a greater value than in the bearing cavity 7 (~ 1, 3 ... 1.4 kgf / cm ² ), the pressure in the bearing cavity 7 is greater than that at the inlet to the compressor gas duct (~ 1.0 ... 1.1 kgf / cm ² ) - zone "G". The movement of the working fluid along the line 32 is due to the fact that the mixture at the outlet of the mixer 28 has a pressure (1.6 ... 1.8 kgf / cm ² ) greater than in the bearing cavity 9 (1.3 ... 1.4 kgf / cm ² ), and the pressure in the bearing cavity 9 is greater than the pressure at the nozzle exit (1.0 ... 1.1 kgf / cm ² ) - in the zone "G".

Выполнение магистрали отбора воздуха из компрессора в виде кольцевого коллектора 37 с отбором воздуха в средней части компрессора позволяет снизить температуру рабочего тела, смазывающего и охлаждающего подшипники 7 и 9. Снижение температуры рабочего тела позволяет повысить вязкость рабочего тела, увеличить толщину смазывающего слоя, что уменьшает тепловыделения на подшипниках и повышает их работоспособность. Выполнение отверстий 38 отбора воздуха из компрессора в виде множества равномерно расположенных по окружности наклонных пазов в стенке корпуса 11 компрессора, под углом к оси двигателя с направлением пазов, совпадающим с направлением потока воздуха в месте отбора, позволяет снизить газодинамические потери в компрессоре, связанные с отбором воздуха.The execution of the air intake line from the compressor in the form of an annular manifold 37 with air extraction in the middle part of the compressor allows to reduce the temperature of the working fluid, lubricating and cooling bearings 7 and 9. Lowering the temperature of the working fluid allows to increase the viscosity of the working fluid, increase the thickness of the lubricating layer, which reduces heat generation on bearings and improves their performance. The holes 38 of the air intake from the compressor in the form of a plurality of inclined grooves evenly spaced around the circumference in the wall of the compressor housing 11, at an angle to the axis of the engine with a groove direction that coincides with the direction of the air flow at the sampling point, allows to reduce the gas-dynamic losses in the compressor associated with the selection air.

Выполнение смесителя 28 в виде тройника с входным каналом 39 подачи воздуха, перпендикулярным оси выходного отверстия 46 распылителя 44, установленного во входном канале 40, позволяет улучшить смешение топливомасляной смеси с воздухом. Выполнение распылителя 44 с тангенциальными отверстиями 47 и калиброванным центральным выходным отверстием 46 позволяет улучшить степень распыления смеси и создать рабочее тело мелкодисперсного состава, что улучшает охлаждение и смазку подшипников.The implementation of the mixer 28 in the form of a tee with an inlet channel 39 of the air supply perpendicular to the axis of the outlet 46 of the atomizer 44 installed in the inlet channel 40, allows to improve the mixing of fuel-oil mixture with air. The implementation of the sprayer 44 with tangential holes 47 and a calibrated central outlet 46 allows to improve the degree of atomization of the mixture and create a working fluid with a finely divided composition, which improves cooling and lubrication of the bearings.

Установка роторных подшипников 7 и 9 с предварительным натягом в осевом направлении (обеспечиваемым пружиной 62) уменьшает тепловыделение на подшипниках 7, 9 за счет исключения проскальзывания шариков по беговым дорожкам, уменьшает износ и нагрев подшипников и увеличивает эффективность системы смазки и охлаждения. Проскальзывание шариков подшипников относительно беговых дорожек колец обычно возникает на режимах запуска, в момент страгивания ротора.Installing rotary bearings 7 and 9 with an axial preload (provided by spring 62) reduces heat generation on bearings 7, 9 by eliminating ball slipping on treadmills, reduces bearing wear and heating, and increases the efficiency of the lubrication and cooling system. Slipping of the balls of bearings relative to the racetracks of the rings usually occurs in the starting modes, at the time of rotation of the rotor.

Выполнение магистрали отвода отработанного рабочего тела из подшипников в виде двух магистралей: магистрали отвода из компрессорного подшипника 7 в зону «Г» низкого давления газовоздушного тракта компрессора и магистрали отвода из турбинного подшипника 9 в атмосферу через центральный канал 36 сопла в зону «Ж», позволяет организовать утилизацию рабочего тела без применения откачивающих насосов, используя низкое давление на выходе из магистралей, а значит, обеспечить (при необходимом расходе воздуха компрессора) отбор воздуха из компрессора на нужды системы смазки и охлаждения с более низким давлением и температурой.The execution of the exhaust pipe of the exhausted working fluid from the bearings in the form of two lines: the exhaust pipe from the compressor bearing 7 to the low-pressure zone “G” of the compressor air duct and the exhaust pipe from the turbine bearing 9 to the atmosphere through the central channel 36 of the nozzle to the zone “Zh”, organize the disposal of the working fluid without the use of pumping pumps, using low pressure at the outlet of the pipelines, and, therefore, provide (with the necessary air flow of the compressor) air sampling from the compressor ora the needs of lubrication and cooling system with a lower pressure and temperature.

Пример конкретного выполнения. Малоразмерный газотурбинный двигатель, соответствующий приведенному выше описанию, имеет следующие параметры: частота вращения ротора 5 турбокомпрессора на номинальном режиме составляет 42000…43000 об/мин; давление сжатого воздуха за компрессором составляет 5,0…5,5 кгс/см²; температура воздуха за компрессором составляет 230…250°С; давление воздуха, отбираемого в систему смазки и охлаждения подшипниковых опор из средней части компрессора (зона «Д»), составляет 1,8…2,0 кгс/см²; температура воздуха, отбираемого из средней части диагональной ступени (зона «Д»), составляет 135…145°С; осевая нагрузка, создаваемая аэродинамическими силами и пружиной 62 на передний подшипник 7, составляет 155…160 кгс.An example of a specific implementation. The small-sized gas turbine engine, corresponding to the above description, has the following parameters: the rotational speed of the rotor 5 of the turbocompressor in the nominal mode is 42000 ... 43000 rpm; the pressure of compressed air behind the compressor is 5.0 ... 5.5 kgf / cm ² ; the air temperature behind the compressor is 230 ... 250 ° C; the pressure of air taken into the lubrication and cooling system of bearing bearings from the middle part of the compressor (zone "D") is 1.8 ... 2.0 kgf / cm ² ; the temperature of the air taken from the middle part of the diagonal stage (zone "D") is 135 ... 145 ° C; the axial load created by aerodynamic forces and spring 62 on the front bearing 7 is 155 ... 160 kgf.

Claims

1. A small gas turbine engine containing a compressor, a turbine, a combustion chamber, a turbocompressor rotor supported by compressor and turbine rotary bearings, a lubrication and cooling system for bearings, comprising a mixer for creating a working fluid, a fuel-oil mixture supply line to the combustion chamber, and an air exhaust pipe compressor, the supply line of the working fluid to the rotor bearings, the exhaust pipe of the working fluid from the bearings, characterized in that the exhaust air line from the compressor flax in the form of an annular collector covering the middle part of the compressor housing, the annular collector is connected to the mixer for creating a working fluid, the flow part of the compressor is connected to the annular collector with holes in the compressor housing, which are made in the form of a plurality of grooves evenly spaced around the circumference, the grooves being made oblique to the axis of the engine in the direction coinciding with the direction of the air flow at the place of air intake from the compressor, while the mixer is made in the form of a tee, has one channel for supplying a fuel-oil mixture, an inlet air supply channel, a mixing cavity and an output channel for supplying a working fluid to rotor bearings, while the bearings in the rotor bearings are preloaded by a spring located in the turbine support, and the main pipe for removing the working fluid from the bearings is made in the form of two lines: lines for diverting the working fluid from the front bearing into the cavity in front of the compressor rotor and lines for diverting the working fluid from the rear bearing into the central channel jet nozzle.

2. The small-sized gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the input channel of the fuel-oil mixture of the mixer is equipped with a spray, the axis of the sprayer being perpendicular to the axis of the input air supply channel, and the output channel of the mixer for supplying the working fluid to the bearings is aligned with the axis of the sprayer nozzle.