RU26819U1 - Охлаждаемая турбина двухроторного газотурбинного двигателя - Google Patents

Description

Охлаяадаемая турбина двухроторного газотурбинного двигателя.

Полезная модель относится к области авиадвигателестроення, а именно к охлаждаемым турбинам для газотурбинных установок.

Известна охлаждаемая турбина двухроторного газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая наружный корпус с раздаточным коллектором, рабочие колеса турбин высокого и низкого давления с рабочими лонатками и дисками с фланцами и охлаждающими каналами рабочих лопаток, цапфы дисков турбин высокого и низкого давления, задние опоры турбин высокого и низкого давления с подшипниками, лопатки соплового аппарата, заднюю полость турбины низкого давления, междисковую полость, газовоздупшый тракт, магистрали подачи и откачки масла, форс5Т1ки системы подачи масла и масляные полости турбин высокого и низкого давления (1).

Недостатком известного технического решения является то, что подшипник задней опоры турбины высокого давления, внешняя обойма которого размещена на цапфе турбины высокого давления, а внутренняя обойма на цапфе турбины низкого давления, при работе двигателя испытывает значительные нагрузки, обусловленные динамическими и тепловыми перемещениями цапф турбин высокого и низкого давления, что приводит к дефектам подшипника, уменьшению его ресурса и даже к его разрушению.

Вместе с тем, конструкция турбины с межроторным подшипником задней опоры турбины высокого давления в сравнении с другими конструкциями обладает рядом преимуществ, среди которых уменьшенные габариты всей турбины по длине, ее меньшая масса и высокий КПД турбины, за счет оптимальньж профилей сопловых и рабочих лопаток ступеней турбин.

Задачей заявленной полезной модели является улучшение работоспособности подопшника задней опоры турбины высокого давления, увеличение его ресурса и, особенно, снижение возможности его разрушения при сохранении габаритов и экономичности

W |BIL«l|ll,l-BIIIIV 1{Цни11

двигателя, за счет сохранения внешних обводов сопловых и рабочих лонаток турбин высокого и низкого давления.

Технический результат достигается тем, что в охлаждаемой турбине двухроторного газотурбинного двигателя (ГТД), содержащей наружный корпус с раздаточным коллектором, рабочие колеса турбин высокого и низкого давления с рабочими лопатками и дисками с фланцами и охлаждающими каналами рабочих лопаток, цапфы дисков турбин высокого и низкого давления, задние опоры турбин высокого и низкого давления с подшипниками, лопатки соплового аппарата, заднюю полость турбины низкого давления, междисковую полость, газовоздупшый тракт, магистрали подачи и откачки масла, форсунки системы подачи масла и масляные полости турбин высокого и низкого давления, внешняя обойма подшипника задней опоры турбины высокого давления размещена в корпусе подшипника, связанным посредством силовых спиц, проходящих через лопатки соплового аппарата, с наружным корпусом, магистрали подачи и откачки масла размещены в стойках задней опоры турбины низкого давления, масляная полость турбины высокого давления сообщена с масляной полостью турбины низкого давления через систему периферийных отверстий, выполненных в цапфе турбины низкого давления, причем обе масляные полости по периферии образованы коническими обечайками с основанием большего диаметра, размещенным со стороны диска турбины низкого давления, а форсунки системы подачи масла размешены на корпусе задней опоры турбины низкого давления и цапфах дисков турбин высокого и низкого давления, при этом между форсунками корпуса задней опоры турбины низкого давления и форсунками цапфы диска турбины низкого давления, а также между форсунками цапфы диска турбины высокого давления и форсунками цапфы диска турбины низкого давления размещены масляные ванны.

Кроме того, по крайней мере одна из конических обечаек может бьггь размещена на цапфе диска турбины низкого давления.

ijuoi H

Турбина может быть снабжена входным направляющим аппаратом, жестко закрепленным со стороны задней полости турбины низкого давления на диске турбины низкого давления и сообщенным, с одной стороны, с охлалздаюпщми каналами рабочих лопаток, а, с другой стороны, с задней полостью турбины низкого давления, при этом на диске рабочего колеса турбины низкого давления размещен дефлектор, образующий с поверхностью ступицы этого диска воздуховод, сообщающий междисковую полость с задней полостью турбины низкого давления, причем междисковая полость может бьпъ сообщена с задней полостью турбины низкого давления через каналы, выполненные во фланце и цапфе диска турбины низкого давления.

В турбине также между цапфой диска турбины высокого давления и элементами задней опоры турбины высокого давления могут бьггь размещены полость наддува и предмасляная полость турбины высокого давления, а между элементами дефлектора и элементами задней опоры турбины высокого давления могут быть размещены полость наддува и предмасляная полость турбины низкого давления, при этом одноименные полости соединены друг с другом, причем предмасляная полость турбины низкого давления посредством воздуховодов, размещенных в задней опоре турбины низкого давления, сообщена с атмосферой, а полость наддува сообщена с воздуховодом, образованным поверхностью ступицы диска рабочего колеса турбины низкого давления и дефлектором.

Размещение внешней обоймы подшипника задней опоры турбины высокого давления в корпусе подпшшшка, связанного силовыми спицами с наружным корпусом турбины позволяет организовать опору турбины, причем подшипник данной опоры будет являться элементом задней опоры только для ротора турбины высокого давления.

Размещение магистралей подачи и откачки масла в задней опоре турбины низкого давления позволяет оставить сопловые лопатки в тех же размерах, что и в турбине с межроторным подшипником.

Наличие конических обечаек, образующих по периферии масляные полости, с большим основанием со стороны турбины низкого давления способствует активной эвакуации масла из масляных полостей.

Размещение масляных ванн между форсунками подачи масла позволяет обеспечить при постоянной производительности маслоподающего агрегата необходимую подачу масла к подшипнику задней опоры турбины высокого давления на всех режимах работы двигателя.

Размещение по крайней мере одной из обечаек на цапфе диска турбины низкого давления, за счет вращения этой обечайки, позволяет обеспечить более интенсивную откачку масла.

Наличие входного направляющего аппарата, жестко закрепленного на диске турбины низкого давления, позволяет дополнительно подкачивать воздух, идущий в охлаждаюпще каналы рабочих лопаток, и, за счет увеличения скоростей в них, обеспечить лучшее охлаждение лопаток.

Наличие дефлектора, размещенного на диске рабочего колеса турбины низкого давления и образующего с внутренней поверхностью ступицы воздуховод, сообщенный с междисковой и задней полостями, позволяет, с одной стороны, компактно подвести воздух на охлаждение, а, с другой стороны, охладить ступицу диска, улучшив тем самым охлаждения диска в целом. При этом каналы, вьшолненные во фланце и цапфе диска турбины низкого давления, позволяют уменьшить напряжения во фланце, диске и цапфе турбины низкого давления, тем самым, поднимая запас прочности.

Наличие полостей наддува и предмасляных полостей, размещенных между цапфой турбины высокого давления, элементами дефлектора и элементами задней опоры турбины высокого давления, позволяет обеспечить оптимальный режим наддува уплотнений маслосистемы, а соединение одноименных полостей уменьщает число дополнительных воздуховодов.

Сообщение полости иаддува турбины низкого давления с воздуховодом, образованным дефлектором и поверхностью ступицы диска рабочего колеса турбины низкого давления, позволяет утилизировать воздух из полости наддува и направить его, в том числе и на охлаждение рабочих лопаток, в заднюю полость турбины низкого давления.

Соединение предмасляной полости турбины низкого давления посредством воздуховода, размещенного в задней опоре турбины низкого давления, с атмосферой позволяет производить эвакуацию воздуха из опор турбин высокого и низкого давления в атмосферу только через заднюю опору турбины низкого давления.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез охлаждаемой турбины; на фиг.2 - место 1 фиг. 1.

Охлаждаемая турбина двухроторного газотурбинного двигателя содержит наружный корпус 1 с раздаточным коллектором 2, рабочее колесо 3 турбины высокого давления с диском 4 и рабочими лопатками 5, рабочее колесо 6 турбины низкого давления с диском 7 и рабочими лопатками 8. Диски 4 и 7 выполнены с фланцами 9 и охлаждающими каналами 10,11, рабочих лопаток. Турбина содержит также цапфы 12 и 13 дисков 4 и 7 соответственно, задние опоры 14 и 15 турбин высокого и низкого давления с подщипниками 16 и 17, лопатки 18 соплового аппарата, заднюю полость 19 турбины низкого давления, междисковую полость 20, газовоздуншый тракт 21, магистрали 22 подачи и откачки масла, масляные полости 23 и 24 турбин высокого и низкого давления соответственно, связанных между собой через отверстие 25, выполненное в цапфе 13 турбины низкого давления.

Задняя опора 14 турбины высокого давления образована корпусом 26 подпшпника 16, в котором установлена внещняя обойма 27 подпшпника 16, связанным посредством силовых спиц 28, проходящих через лопатки соплового аппарата, с наружным корпусом 1.

ию1 //4 /Я

Масляные полости 23 и 24 турбин высокого и низкого давления но периферии образованы коническими обечайками 30 и 31, в каждой из которых основание большего диаметра размещено со стороны диска 7. Форсунки 32, 33 и 34 системы подачи масла размещены соответственно на корпусе задней опоры 15 и цапфах 12 и 13. Между форсунками 32 и 33 и между форсунками 33 и 34 размещены масляные ванны 35 и 36, выполненные на цапфах 12,13 дисков 4, 7 турбин высокого и низкого давления.

На диске 7 турбины низкого давления закреплен входной направляющий аппарат 37, сообщающий задиюю полость 19 турбины низкого давления с охлаждающими каналами 11 рабочих лопаток 8. На диске 7 также размещен дефлектор 38, образующий с поверхностью ступицы 39 диска 7 воздуховод 40, сообщающий через каналы 41, вьшолненные во фланце 9 и цапфе 13 междисковую полость 20 с задней полостью 19.

Между цапфой 12 и размещенными на корпусе 26 подшипника 16 элементами задней опоры 14 турбины высокого давления размещены полость наддува 42 и нредмаслянная полость 43 турбины высокого давления, а между дефлектором 38 и также размещенными на корпусе 26 подншпника 16 элементами задней опоры 14 размещены полость 44 наддува и предмасляная полость 45 турбины низкого давления. Полость 42 сообщена с полостью 44, а полость 43 сообщена с полостью 45. Предмасляная полость 45 посредством воздуховодов, размещенных в задней опоре 15 турбины низкого давления сообщена с атмосферой. Полость 44 сообщена с воздуховодом 40 посредством отверстий 46, выполненных в элементах дефлектора 38.

Турбина работает следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя от маслоагрегата через форсунки 32 подается масло, поступающее в масляную ванну 36. Из нее масло поступает к форсункам 33, из которых передается в масляную ванну 35 и далее к форсункам 34 подщипника 16. Масло производит охлаждение подшипника 16 и его смазку. Далее масло сливается в масляную

bOG

ПОЛОСТЬ 23 и по копическим поверхностям обечаек 30 и 31 направленно, через отверстия 25 в цапфе 13 н масляную полость 24, эвакуируется по магистралям 22 задней опоры 15,

Во всем диапазоне работы двигателя, когда изменяется соотношение оборотов роторов двигателя, масло имеет возможность сливаться в масляные полости 23 и 24 турбин высокого и низкого давления, обеспечивая работоспособность подшипника 16 и в целом турбины.

Для охлаждения турбины низкого давления воздух из междисковой полости 20 поступает в воздуховод 40 и из него через каналы 41, выполненные во фланце 9 и цапфе 13 диска 7, поступает в заднюю полость 19 турбины низкого давления, а из нее во входной направляюпщй аппарат 37 и охлаждающие каналы 11 рабочих лопаток 8, и далее в газодинамический тракт турбины.

Одновременно из междисковой полости 20 воздух поступает в полости надцува 42, 44, а из них в предмасляные полости 43, 45. Воздух из сообщенных полостей наддува 42 и 44 через отверстия 46 поступает в воздуховод 40, где смешивается с воздухом, поступившим из междисковой полости 20, и далее поступает в заднюю полость 19 турбины низкого давления.

Воздух из предмасляной полости 43, с одной стороны, через масляное подвижное уплотнение поступает в масляную полость 23, а , с другой стороны, через воздушные каналы поступает в предмасляную полость 45 и, смешавшись с воздухом из полости 44, эвакуируется через заднюю опору 15 турбины низкого давления в атмосферу.

Предложенная полезная модель позволяет при сохранении габаритов турбины (неизменной проточной части турбин и внешних обводов лопаток) за счет автономности задней опоры турбины высокого давления улучшить работоспособность подшипника задней опоры ротора турбины высокого давления, а также повысить его ресурс и надежность.

Y/y/f/

Claims (6)

1. Охлаждаемая турбина двухроторного газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая наружный корпус с раздаточным коллектором, рабочие колеса турбин высокого и низкого давления с рабочими лопатками и дисками с фланцами и охлаждающими каналами рабочих лопаток, цапфы дисков турбин высокого и низкого давления, задние опоры турбин высокого и низкого давления с подшипниками, лопатки соплового аппарата, заднюю полость турбины низкого давления, междисковую полость, газовоздушный тракт, магистрали подачи и откачки масла, форсунки системы подачи масла и масляные полости турбин высокого и низкого давления, отличающаяся тем, что внешняя обойма подшипника задней опоры турбины высокого давления размещена в корпусе подшипника, связанным посредством силовых спиц, проходящих через лопатки соплового аппарата, с наружным корпусом, магистрали подачи и откачки масла размещены в стойках задней опоры турбины низкого давления, масляная полость турбины высокого давления сообщена с масляной полостью турбины низкого давления через систему периферийных отверстий, выполненных в цапфе турбины низкого давления, причем обе масляные полости по периферии образованы коническими обечайками с основанием большего диаметра, размещенным со стороны диска турбины низкого давления, а форсунки системы подачи масла размещены на корпусе задней опоры турбины низкого давления и цапфах дисков турбин высокого и низкого давления, при этом между форсунками корпуса задней опоры турбины низкого давления и форсунками цапфы диска турбины низкого давления, а также между форсунками цапфы диска турбины высокого давления и форсунками цапфы диска турбины низкого давления размещены масляные ванны.

2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере одна из конических обечаек размещена на цапфе диска турбины низкого давления.

3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена входным направляющим аппаратом, жестко закрепленным со стороны задней полости турбины низкого давления на диске турбины низкого давления и сообщенным, с одной стороны, с охлаждающими каналами рабочих лопаток, а с другой стороны, с задней полостью турбины низкого давления.

4. Турбина по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что на диске рабочего колеса турбины низкого давления размещен дефлектор, образующий с поверхностью ступицы этого диска воздуховод, сообщающий междисковую полость с задней полостью турбины низкого давления.

5. Турбина по пп.1, 3 и 4 отличающаяся тем, что воздуховод сообщен с задней полостью турбины низкого давления через каналы, выполненные во фланце и цапфе диска турбины низкого давления.

6. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что между цапфой диска турбины высокого давления и элементами задней опоры турбины высокого давления размещены полость наддува и предмасляная полость турбины высокого давления, а между элементами дефлектора и элементами задней опоры турбины высокого давления размещены полость наддува и предмасляная полость турбины низкого давления, при этом одноименные полости соединены друг с другом, причем предмасляная полость турбины низкого давления посредством воздуховодов, размещенных в задней опоре турбины низкого давления, сообщена с атмосферой, а полость наддува турбины низкого давления сообщена с воздуховодом, образованным поверхностью ступицы диска рабочего колеса турбины низкого давления и дефлектором.