RU2613101C1

RU2613101C1 - Gas turbine engine

Info

Publication number: RU2613101C1
Application number: RU2015145851A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Тункин; Леонид Шмерович Нихамкин; Леонид Григорьевич Красинский; Михаил Сергеевич Хрящиков
Original assignee: Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-03-15
Also published as: WO2017074221A1

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas turbine engine comprises a high pressure compressor, its straightener is located on two resilient shells of a combustion chamber diffuser. The straightener is made together with the resilient shells or is connected with the resilient shells using soldering or welding. Length of the resilient shells is 0.3-3.5 L_ca, where L_ca is axial width of blades of the compressor straightener. Bottom shell is secured with flange of a labyrinth seal creating closed cavity between its and bottom resilient shell. The flange of the labyrinth seal can be made elastic and secured to the bottom shell by bolts and self-locking nuts.

EFFECT: invention improves reliability and service life of the gas turbine engine and its economical efficiency.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.The invention relates to engine building, namely to gas turbine engines for aircraft and ground applications.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий статор, в котором внутренний корпус компрессора соединен с наружным силовым корпусом компрессора и с корпусом стоек камеры сгорания двумя упругими обечайками (патент РФ №2330167, F02C 7/20, опубл. 27.07.2008).A gas turbine engine comprising a stator is known in which the compressor’s inner casing is connected to the compressor’s outer power casing and to the housing of the struts of the combustion chamber by two elastic shells (RF patent No. 2330167, F02C 7/20, published on July 27, 2008).

Недостатком известной конструкции является наличие соединения между внутренним корпусом КВД и корпусом стоек камеры сгорания, что приводит к снижению параметров компрессора из-за увеличения рабочих радиальных зазоров, в том числе при обдуве корпусов, а также громоздкость и увеличенная масса соединения.A disadvantage of the known design is the presence of a connection between the internal housing of the HPC and the housing of the struts of the combustion chamber, which leads to a decrease in compressor parameters due to an increase in working radial clearances, including when blowing the casings, as well as the bulkiness and increased mass of the connection.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является газотурбинный двигатель, включающий компрессор высокого давления, спрямляющий аппарат которого размещен на двух упругих обечайках диффузора камеры сгорания (патент РФ №2463465, F02C 7/20, опубл. 10.10.2012). При этом спрямляющий аппарат компрессора расположен перед силовыми стойками диффузора.Closest to the claimed design is a gas turbine engine comprising a high pressure compressor, a straightening device which is placed on two elastic shells of the diffuser of the combustion chamber (RF patent No. 2463465, F02C 7/20, publ. 10.10.2012). In this case, the compressor rectifier is located in front of the diffuser power racks.

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является снижение экономичности газотурбинного двигателя из-за наличия стоек диффузора за спрямляющим аппаратом компрессора.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is the decrease in the efficiency of the gas turbine engine due to the presence of diffuser racks behind the compressor straightener.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности и ресурса работы газотурбинного двигателя, а также в его экономичности.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and service life of a gas turbine engine, as well as its efficiency.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, включающем компрессор высокого давления, спрямляющий аппарат которого размещен на двух упругих обечайках диффузора камеры сгорания, согласно изобретению, спрямляющий аппарат выполнен заодно с упругими обечайками или соединен с упругими обечайками при помощи пайки или сварки, при этом длина упругих обечаек составляет 0,3-3,5 L_ca, где L_ca - осевая ширина лопаток (каждой лопатки) спрямляющего, а нижняя из обечаек закреплена с фланцем лабиринтного уплотнения с образованием замкнутой полости между ним и нижней упругой обечайкой.The specified technical result is achieved by the fact that in a gas turbine engine including a high pressure compressor, the straightening apparatus of which is placed on two elastic shells of the diffuser of the combustion chamber, according to the invention, the straightening apparatus is integral with the elastic shells or connected to the elastic shells by soldering or welding, when The length of the elastic shells is 0,3-3,5 L _ca, where L _ca - axial width of blades (each blade) flow straightener, and the bottom of the mantle is attached to the flange labyrinth seal wi Hovhan closed cavity between it and the bottom of the elastic shell.

При этом фланец лабиринтного уплотнения выполнен упругим и закреплен с нижней обечайкой при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками.In this case, the labyrinth seal flange is made elastic and secured with the lower shell by means of bolted joints with self-locking nuts.

Выбор длины упругих обечаек обусловлен тем, что длина менее 0,3 L_ca недостаточна для компенсации термических споров, а более 3,5 L_ca - увеличивается податливость в радиальном направлении, что увеличивает колебания и массу обечайки.The choice of the length of the elastic shells is due to the fact that a length of less than 0.3 L _{ca is} insufficient to compensate for thermal disputes, and more than 3.5 L _ca - the compliance in the radial direction increases, which increases the vibrations and mass of the shell.

Установка и закрепление фланца лабиринтного уплотнения с нижней из обечаек с образованием замкнутой полости между ним и нижней упругой обечайкой спрямляющего аппарата обеспечивает получение эффекта теплоизоляции спрямляющего аппарата и фланца, которая позволяет увеличить их тепловую инерцию и приблизить тепловую инерцию статорной части уплотнения к тепловой инерции массивной роторной части (уменьшаются износ и рабочие радиальные зазоры в лабиринтном уплотнении), а также позволяет уменьшить уступ по газовоздушному тракту перед спрямляющим аппаратом, что повышает надежность газотурбинного двигателя и его параметры. При этом исключение из конструкции стоек диффузора улучшает параметры двигателя за счет исключения потерь на стойках диффузора.Installation and fixing of the labyrinth seal flange from the bottom of the shells with the formation of a closed cavity between it and the lower elastic shell of the rectifier apparatus provides the thermal insulation effect of the rectifier apparatus and the flange, which allows to increase their thermal inertia and bring the thermal inertia of the stator part of the seal to the thermal inertia of the massive rotor part (wear and radial clearances in the labyrinth seal are reduced), and also allows to reduce the step along the gas-air path before mlyayuschim apparatus that improves reliability of a gas turbine engine and its parameters. In this case, the exclusion of diffuser struts from the design improves engine parameters by eliminating losses on diffuser struts.

Закрепление фланца лабиринтного уплотнения при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками устраняет выпадение последних в надроторную полость при поломке болтового соединения и обеспечивает удобство сборки, а также позволяет конструктивно увеличить замкнутую полость и убрать резьбовые отверстия во фланце лабиринтного уплотнения.Fixing the labyrinth seal flange with bolted joints with self-locking nuts eliminates the latter falling into the rotor cavity when the bolt joint breaks and provides ease of assembly, as well as allows constructively increasing the closed cavity and removing threaded holes in the labyrinth seal flange.

Спрямляющий аппарат компрессора может быть цельнолитым, т.е. выполнен заодно (зацело) с упругими обечайками диффузора камеры сгорания, или может быть соединен с упругими обечайками при помощи пайки (лопатки спрямляющего аппарата припаяны к упругим обечайкам диффузора камеры сгорания) или сварки.The compressor straightener can be solid cast, i.e. made integrally with the elastic shells of the combustion chamber diffuser, or can be connected to the elastic shells by soldering (the blades of the rectifier are soldered to the elastic shells of the combustion chamber diffuser) or welding.

На фиг. 1 показано соединение компрессора с камерой сгорания газотурбинного двигателя.In FIG. 1 shows the connection of a compressor to a combustion chamber of a gas turbine engine.

На фиг. 2 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - вариант соединения спрямляющего аппарата с упругими обечайками при помощи пайки.In FIG. 2 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view - an option for connecting a straightening apparatus with elastic shells using soldering.

На фиг. 3 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - вариант соединения спрямляющего аппарата заодно с упругими обечайками.In FIG. 3 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view - a variant of connecting the straightening apparatus at the same time with elastic shells.

На фиг. 4 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - вариант соединения спрямляющего аппарата с упругими обечайками при помощи сварки.In FIG. 4 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view is an embodiment of connecting a straightening apparatus with elastic shells by welding.

На фиг. 5 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - закрепление фланца лабиринтного уплотнения при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками (вариант соединения спрямляющего аппарата с упругими обечайками при помощи пайки).In FIG. 5 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view - fixing the labyrinth seal flange using bolted connections with self-locking nuts (option of connecting the straightening apparatus with elastic shells by soldering).

На фиг. 6 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - закрепление фланца лабиринтного уплотнения при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками (вариант соединения спрямляющего аппарата заодно с упругими обечайками).In FIG. 6 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view - fixing the labyrinth seal flange using bolted connections with self-locking nuts (option for connecting the straightening device at the same time with elastic shells).

На фиг. 7 представлен элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде - закрепление фланца лабиринтного уплотнения при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками (вариант соединения спрямляющего аппарата с упругими обечайками при помощи сварки).In FIG. 7 shows element I in FIG. 1 in an enlarged view - fixing the labyrinth seal flange using bolted connections with self-locking nuts (option of connecting the straightening apparatus with elastic shells by welding).

Газотурбинный двигатель 1 включает компрессор 2 высокого давления и камеру сгорания 3. Корпус компрессора 2 состоит из наружного силового корпуса 4 и внутреннего корпуса 5, который установлен раздельно с диффузором 6 камеры сгорания 3. В диффузоре 6 установлен спрямляющий аппарат 7 с лопатками 8, который выполнен заодно (или соединен при помощи пайки или сварки) верхней 9 и нижней 10 упругими обечайками (с их передними частями) диффузора 6. Под спрямляющим аппаратом 7 на нижней 10 упругой обечайке, являющейся внутренней, установлен фланец 11 лабиринтного уплотнения 12, образующий с нижней 10 упругой обечайкой замкнутую теплоизоляционную полость 13. Фланец 11 лабиринтного уплотнения 12 закреплен на нижней 10 упругой обечайке при помощи болтовых соединений (болтов 14). Фланец 11 может быть выполнен упругим и закреплен на нижней 10 упругой обечайке при помощи болтовых соединений с самоконтрящимися гайками (болтов 14 и самоконтрящихся гаек 15, расположенных внутри замкнутой полости 13). Выполнение фланца 11 упругим уменьшает напряжения во фланце 11, диффузоре 6, спрямляющем аппарате 7, лопатках 8, в местах пайки и сварки, и увеличивает термоинертность статора, уменьшает рабочие зазоры в лабиринтном уплотнении 12. Крепление фланца 11 лабиринтного уплотнения 12 с нижней 10 упругой обечайкой при помощи болтов 14 и самоконтрящихся гаек 15 позволяет избежать попадания гаек 15 в надроторную полость в случае поломки болтового соединения, что дополнительно повышает надежность двигателя.The gas turbine engine 1 includes a high pressure compressor 2 and a combustion chamber 3. The compressor housing 2 consists of an external power housing 4 and an internal housing 5, which is installed separately with the diffuser 6 of the combustion chamber 3. In the diffuser 6 there is a straightening apparatus 7 with blades 8, which is made at the same time (or connected by soldering or welding) of the upper 9 and lower 10 elastic shells (with their front parts) of the diffuser 6. Under the rectifier 7 on the bottom 10 of the elastic shell, which is internal, there is a flange 11 labyrinth seal 12, forming a closed heat-insulating cavity 13 with the bottom 10 of the elastic shell 13. The flange 11 of the labyrinth seal 12 is mounted on the bottom 10 of the elastic shell using bolt connections (bolts 14). The flange 11 can be made elastic and mounted on the lower 10 elastic shell by means of bolted connections with self-locking nuts (bolts 14 and self-locking nuts 15 located inside the closed cavity 13). The execution of the flange 11 elastic reduces the stresses in the flange 11, the diffuser 6, the straightening device 7, the blades 8, in the places of soldering and welding, and increases the stator thermal inertia, reduces the working clearances in the labyrinth seal 12. The flange 11 of the labyrinth seal 12 is fastened with the lower 10 elastic shell by means of bolts 14 and self-locking nuts 15, it is possible to prevent nuts 15 from falling into the rotor cavity in the event of a bolt joint failure, which further increases engine reliability.

Работа газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.The operation of the gas turbine engine is as follows.

При работе газотурбинного двигателя 1 внутренний корпус 5 компрессора 2, не имея связи с диффузором 6 камеры сгорания 3, обеспечивает минимальные рабочие радиальные зазоры над лопатками компрессора 2, в том числе при регулируемом обдуве корпуса компрессора 2. Спрямляющий аппарат 7 не влияет на радиальные зазоры по рабочим лопаткам компрессора 2, он разгружен от воздействия диффузора 6 камеры сгорания 3 при помощи верхней 9 и нижней 10 упругих обечаек. Замкнутая полость 13 между спрямляющим аппаратом 7 и фланцем 11 лабиринтного уплотнения 12 позволяет теплоизолировать фланец 11 и спрямляющий аппарат 7 и приблизить тепловую инерцию статора к тепловой инерции массивной роторной части лабиринтного уплотнения 12.When the gas turbine engine 1 is operating, the inner casing 5 of the compressor 2, without communication with the diffuser 6 of the combustion chamber 3, provides the minimum working radial clearances above the blades of the compressor 2, including when the blower of the compressor casing 2 is regulated. working blades of the compressor 2, it is unloaded from the effects of the diffuser 6 of the combustion chamber 3 using the upper 9 and lower 10 elastic shells. The closed cavity 13 between the rectifier 7 and the flange 11 of the labyrinth seal 12 allows you to insulate the flange 11 and the rectifier 7 and bring the thermal inertia of the stator closer to the thermal inertia of the massive rotor part of the labyrinth seal 12.

Claims

1. A gas turbine engine comprising a high-pressure compressor, the rectifying apparatus of which is placed on two elastic shells of the combustion chamber diffuser, characterized in that the straightening apparatus is integral with the elastic shells or connected to the elastic shells by soldering or welding, the length of the elastic shells being 0.3-3.5 L _ca , where L _ca is the axial width of the blades of the compressor rectifier apparatus, and the lower of the shells is fixed with a labyrinth seal flange with the formation of a closed cavity between it and the bottom an empty shell.

2. The gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal flange is made elastic and secured to the lower shell by means of bolted joints with self-locking nuts.