RU2647944C1 - Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором - Google Patents
Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647944C1 RU2647944C1 RU2017107598A RU2017107598A RU2647944C1 RU 2647944 C1 RU2647944 C1 RU 2647944C1 RU 2017107598 A RU2017107598 A RU 2017107598A RU 2017107598 A RU2017107598 A RU 2017107598A RU 2647944 C1 RU2647944 C1 RU 2647944C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fan
- birotate
- gas turbine
- turbine engine
- impellers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
- F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
- F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/06—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
- F02C3/073—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages the compressor and turbine stages being concentric
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
- F02K3/02—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
- F02K3/04—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type
- F02K3/072—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with counter-rotating, e.g. fan rotors
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к газотурбинным двигателям с биротативным вентилятором авиационного применения. Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором содержит подпорные ступени, размещенные между рабочими колесами биротативного вентилятора, а также биротативную турбину, соединенную валами с рабочими колесами биротативного вентилятора. Лопатки переднего и заднего рабочих колес биротативного вентилятора выполнены поворотными вокруг радиальной оси, подпорные биротативные ступени на выходе выполнены с диффузорным каналом, первая лопатка внешнего ротора биротативной турбины выполнена с выпуклыми на продольном разрезе газотурбинного двигателя в осевом направлении входной и выходной кромками, а лабиринтное уплотнение между внешним ротором и статором биротативной турбины выполнено с внутренним и с внешним ярусами, с промежуточной воздушной полостью между ярусами, соединенной на входе с промежуточной ступенью компрессора, и оснащено системой активного управления радиальным зазором внешнего яруса уплотнения. Позволяет повысить надежность, экономичность и снизить вес газотурбинного двигателя. 4 ил.
Description
Изобретение относится к газотурбинным двигателям с биротативным вентилятором авиационного применения.
Известен газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором, который приводится во вращение от турбины низкого давления через редуктор (Патент RU 2347929, МПК F02K 3/072, опубл. 27.02.2009).
Недостатком такой конструкции является низкая надежность и увеличенный вес из-за низкого ресурса и повышенного веса редуктора. Для создания обратной тяги на режимах реверсирования на двигателе установлено реверсивное устройство, что также увеличивает вес двигателя.
Наиболее близким к заявляемому изобретению и принятому за прототип является газотурбинный двигатель, биротативный вентилятор в котором приводится во вращение биротативной турбиной, причем подпорные ступени двигателя расположены между рабочими колесами биротативного вентилятора и также выполнены биротативными (Патент RU 2302545, МПК F02K 3/072, 10.07.2007).
Выполнение подпорных ступеней биротативными, с размещением их между рабочими колесами биротативного вентилятора, позволяет повысить степень сжатия подпорных ступеней как на режимах прямой тяги, так и на режимах обратной тяги. Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является повышенный вес двигателя и ухудшенная экономичность из-за отсутствия поворота лопаток биротативного вентилятора вокруг их радиальной оси для создания обратной тяги, что требует установки на газотурбинный двигатель тяжелого реверсивного устройства и регулируемого сопла наружного контура. Также недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за отсутствия в газотурбинном двигателе системы защиты роторов биротативной турбины от раскрутки в случае обрыва валов турбины и пониженная экономичность двигателя из-за повышенных утечек газа в уплотнении между внешним ротором и статором биротативной турбины, а также из-за повышенных гидравлических потерь при обтекании воздухом из-за подпорных ступеней хвостовиков лопаток заднего рабочего колеса вентилятора.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности, экономичности и в снижении веса газотурбинного двигателя.
Технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе с биротативным вентилятором, содержащим подпорные ступени, размещенные между рабочими колесами биротативного вентилятора, а также с биротативной турбиной, соединенной валами с рабочими колесами биротативного вентилятора, согласно изобретению лопатки переднего и заднего рабочих колес биротативного вентилятора выполнены поворотными вокруг радиальной оси, подпорные биротативные ступени на выходе выполнены с диффузорным каналом, первая лопатка внешнего ротора биротативной турбины выполнена с выпуклыми на продольном разрезе газотурбинного двигателя в осевом направлении входной и выходной кромками, а лабиринтное уплотнение между внешним ротором и статором биротативной турбины выполнено с внутренним и с внешним ярусами, с промежуточной воздушной полостью между ярусами, соединенной на входе с промежуточной ступенью компрессора, и оснащено системой активного управления радиальным зазором внешнего яруса уплотнения.
Выполнение лопаток переднего и заднего рабочих колес биротативного вентилятора поворотными вокруг радиальной оси позволяет снизить вес и габариты гондолы газотурбинного двигателя, так как путем поворота лопаток вокруг радиальной оси обеспечивается реверсирование потока воздуха в канале наружного контура для получения обратной тяги.
Выполнение биротативных подпорных ступеней с диффузорным каналом на их выходе позволяет снизить гидравлические потери при обтекании воздухом хвостовиков лопаток заднего рабочего колеса биротативного вентилятора, что повышает экономичность газотурбинного двигателя.
Выполнение первой по потоку газа лопатки внешнего ротора биротативной турбины с выпуклыми в осевом направлении входной и выходной кромками обеспечивает касание между собой лопаток внешнего и внутреннего роторов биротативной турбины при обрыве любого из валов биротативной турбины, что приведет к разрушению лопаток турбины и к ее остановке.
Выполнение лабиринтного уплотнения между внешним ротором и статором биротативной турбины с внутренним и внешним ярусами, с промежуточной воздушной полостью между ярусами, соединенной на входе с промежуточной ступенью компрессора, позволяет за счет избыточного давления воздуха из промежуточной ступени компрессора исключить паразитные утечки газа через лабиринтное уплотнение, что повышает надежность и экономичность газотурбинного двигателя с биротативным вентилятором.
Выполнение внешнего яруса лабиринтного уплотнения с системой активного управления радиальными зазорами между статором и внешним ротором биротативной турбины позволяет минимизировать паразитные утечки воздуха повышенного давления из промежуточной воздушной полости, что повышает экономичность газотурбинного двигателя с биротативным вентилятором.
На фиг. 1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя с биротативным вентилятором;
на фиг. 2 показан элемент I ГТД в увеличенном виде;
на фиг. 3 показан элемент II ГТД в увеличенном виде;
на фиг. 4 показан элемент III ГТД в увеличенном виде.
Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором 1 состоит из переднего 2 и заднего 3 рабочих колес биротативного вентилятора, соединенных валами 4 и 5 с внешним 6 и внутренним 7 роторами биротативной турбины 8. Между передним 2 и задним 3 рабочими колесами биротативного вентилятора размещены биротативные подпорные ступени 9, причем внутренний ротор 10 биротативных подпорных ступеней 9 соединен с передним рабочим колесом 2 биротативного вентилятора, а внешний ротор 11 биротативных подпорных ступеней 9 соединен с задним рабочим колесом 3. На выходе из биротативных подпорных ступеней 9 для уменьшения гидравлических потерь при обтекании воздухом хвостовиков 12 лопаток 13 заднего рабочего колеса 3, воздушный канал 14 биротативных подпорных ступеней 9 выполнен диффузорным.
На выходе из заднего рабочего колеса 3 в канале 15 наружного контура установлены силовые стойки 16, необходимые для крепления мотогондолы 17 двигателя с биротативным вентилятором 1.
Для обеспечения реверсирования воздушного потока в канале наружного контура 15 лопатки 18 переднего рабочего колеса 2 биротативного вентилятора выполнены поворотными вокруг радиальной оси 19, а лопатки 13 заднего рабочего колеса 3 биротативного вентилятора выполнены поворотными вокруг радиальной оси 20.
Рабочие колеса передние 2 и задние 3 биротативного вентилятора консольно установлены в разделительном корпусе 21, на выходе из которого последовательно размещены компрессор 22, камера сгорания 23 и турбина 24, на выходе из которой установлена биротативная турбина 8.
Для исключения раскрутки внешнего 6 и внутреннего 7 роторов биротативной турбины 8 в случае аварийной поломки валов 4 и 5 первая по потоку газа 25 лопатка 26 внешнего ротора 6 биротативной турбины 8 выполнена с выпуклыми в осевом направлении входной 27 и выходной 28 кромками, что обеспечивает ее взаимное касание либо с передней по потоку газа 25 лопаткой 29, либо с задней по потоку газа 25 лопаткой 30 и лавинообразной поломкой лопаток внешнего 6 и внутреннего 7 роторов при осевой сдвижке любого ротора при поломке любого из валов 4 или 5.
С внешней стороны от первой лопатки 26 внешнего ротора 6 размещено лабиринтное уплотнение 31 между внешним ротором 6 и неподвижным статором 32, состоящее из внутреннего яруса 33 и внешнего яруса 34 с промежуточной воздушной полостью 35 между ними, которая на входе соединена с промежуточной ступенью (не показано) компрессора 22. Для уменьшения паразитных утечек охлаждающего воздуха 36 из промежуточной воздушной полости 35 внешний ярус 34 лабиринтного уплотнения 31 выполнен с системой активного управления радиальными зазорами, включающей в себя трубы 37 подвода охлаждающего воздуха низкого давления для струйного охлаждения неподвижного статора 32 и систему управления расходом этого воздуха (не показано).
Работает данное устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 с биротативным вентилятором вследствие пониженных окружных скоростей и увеличенного осевого расстояния между передним 2 и задним 3 рабочими колесами биротативного вентилятора уровень шума, создаваемый газотурбинным двигателем 1, чрезвычайно низок при повышенной экономичности двигателя. Снижению удельного расхода топлива также способствует система активного управления радиальным зазором внешнего яруса 34 лабиринтного уплотнения 31 биротативной турбины 8.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками, путем обеспечения обратной тяги газотурбинного двигателя, поворотом рабочих лопаток биротативного вентилятора вокруг радиальной оси, снижением утечек газа в лабиринтном уплотнении биротативной турбины, самоторможением роторов биротативной турбины в случае аварийного обрыва ее валов, позволяет повысить надежность, экономичность и снизить вес газотурбинного двигателя.
Claims (1)
- Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором, содержащий подпорные ступени, размещенные между рабочими колесами биротативного вентилятора, а также биротативную турбину, соединенную валами с рабочими колесами биротативного вентилятора, отличающийся тем, что лопатки переднего и заднего рабочих колес биротативного вентилятора выполнены поворотными вокруг радиальной оси, подпорные биротативные ступени на выходе выполнены с диффузорным каналом, первая лопатка внешнего ротора биротативной турбины выполнена с выпуклыми на продольном разрезе газотурбинного двигателя в осевом направлении входной и выходной кромками, а лабиринтное уплотнение между внешним ротором и статором биротативной турбины выполнено с внутренним и с внешним ярусами, с промежуточной воздушной полостью между ярусами, соединенной на входе с промежуточной ступенью компрессора, и оснащено системой активного управления радиальным зазором внешнего яруса уплотнения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017107598A RU2647944C1 (ru) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017107598A RU2647944C1 (ru) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647944C1 true RU2647944C1 (ru) | 2018-03-21 |
Family
ID=61707857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017107598A RU2647944C1 (ru) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647944C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1104007A (en) * | 1965-11-18 | 1968-02-21 | Snecma | Improvements in or relating to contra-rotating compressors |
| RU2302545C2 (ru) * | 2002-03-01 | 2007-07-10 | Дженерал Электрик Компани | Авиационный газотурбинный двигатель встречного вращения с компрессором с высокой общей степенью повышения давления |
| RU2469194C2 (ru) * | 2007-05-25 | 2012-12-10 | Снекма | Устройство торможения турбины в газотурбинном двигателе в случае разрушения вала турбины и двухтактный газотурбинный двигатель |
| RU2499894C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-11-27 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
-
2017
- 2017-03-07 RU RU2017107598A patent/RU2647944C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1104007A (en) * | 1965-11-18 | 1968-02-21 | Snecma | Improvements in or relating to contra-rotating compressors |
| RU2302545C2 (ru) * | 2002-03-01 | 2007-07-10 | Дженерал Электрик Компани | Авиационный газотурбинный двигатель встречного вращения с компрессором с высокой общей степенью повышения давления |
| RU2469194C2 (ru) * | 2007-05-25 | 2012-12-10 | Снекма | Устройство торможения турбины в газотурбинном двигателе в случае разрушения вала турбины и двухтактный газотурбинный двигатель |
| RU2499894C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-11-27 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7717672B2 (en) | Radial vaned diffusion system with integral service routings | |
| US7765789B2 (en) | Apparatus and method for assembling gas turbine engines | |
| US10612462B2 (en) | Turbomachinery with high relative velocity | |
| JP6468414B2 (ja) | 圧縮機静翼、軸流圧縮機、及びガスタービン | |
| US9103281B2 (en) | Gas turbine engine havinga rotatable off-take passage in a compressor section | |
| US8104257B2 (en) | Tip turbine engine with multiple fan and turbine stages | |
| RU2647287C2 (ru) | Конструкция компрессора газотурбинного двигателя | |
| US3620009A (en) | Gas turbine power plant | |
| JP2012062814A (ja) | 軸流圧縮機，軸流圧縮機を備えたガスタービンシステム及び軸流圧縮機の改造方法 | |
| US20120023899A1 (en) | Turbofan engine | |
| EP2955387A1 (en) | Centrifugal compressor | |
| US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
| RU2647944C1 (ru) | Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором | |
| RU2263809C2 (ru) | Многоступенчатая газовая турбина | |
| JP2015031237A (ja) | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 | |
| US9915199B2 (en) | Bi-directional compression fan rotor for a gas turbine engine | |
| RU2635163C1 (ru) | Устройство для запуска газотурбинного двигателя | |
| RU2305789C2 (ru) | Газотурбинная установка | |
| EP3686439B1 (en) | Multi-stage centrifugal compressor | |
| RU2302558C1 (ru) | Компрессор газотурбинного двигателя | |
| JPH11294185A (ja) | 多段圧縮機構造 | |
| RU2256801C2 (ru) | Газотурбинный двигатель | |
| RU2311565C1 (ru) | Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя | |
| RU2734668C1 (ru) | Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя | |
| RU2715459C1 (ru) | Турбокомпрессор с надроторным устройством |