UA76807C2 - Газотурбінний двигун - Google Patents

Abstract

Газотурбінний двигун з двокаскадним компресором, трубчасто-кільцевою, протитечійною камерою згоряння і вільною силовою турбіною, силова схема корпусу якого містить з’єднані між собою фланцями силові корпуси компресорів низького тиску і високого тиску, перехідника між ними, камери згоряння, турбін високого і низького тиску і силової турбіни, при цьому зовнішній і внутрішній силові корпуси камери згоряння з’єднані між собою за компресором високого тиску. Застосовано зовнішній силовий корпус, що складається з з’єднаних між собою силових корпусів переднього конуса, циліндричної проставки і заднього конуса, корпус герметично охоплює, принаймні, компресор високого тиску, камеру згоряння і турбіни високого і низького тиску; попереду, по ходу газу, силовий корпус з’єднаний з фланцем силового корпусу компресора низького тиску, а позаду - з фланцем силового корпусу вільної силової турбіни.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області газотурбобудування, і може бути використай при розробці газотурбінних 2 двигунів для транспортних енергетичних установок, приводів нагнітачів газоподібних і рідких речовин, а так само газотурбінних і парогазових електростанцій.

Відомі газотурбінні двигуні з двокаскадним компресором і вільною силовою турбіною, використовуються в головних енергетичних установках кораблів, суден, приводах нагнітачів газоподібних і рідких речовин, в приводах електрогенераторів газотурбінних і парогазових електростанцій |см. Артемов Г.А., Горбов В.М., 70 Романовский Г.Ф. Судовне знергетические установки с газотурбинньіми двигателями. - Николаев: УГМТУ, 1997. - с.101-1111.

Недоліком цих газотурбінних двигунів є мала твердість корпуса, що в процесі експлуатації приводить до прискореного збільшення зазорів лопатних апаратів турбомашин і, відповідно, до погіршення паливної економічності газотурбінного двигуна, до порушення коливань роторів, що сприяє руйнуванню опор газотурбінного двигуна і зменшенню, таким чином, його надійності.

Як прототип прийнятий газотурбінний двигун -Т200 фірми "Стал - Лаваль" |см. Ольховский Г.Г.

Знергетические газотурбиннье установки. М.: Знергоатомиздат, 1985, с.29, рис.2.1.в.|.

Цей газотурбінний двигун реалізує цикл Брайтона і містить компресор низького тиску, компресор високого тиску, камеру згоряння, турбіну високого тиску, що приводить компресор високого тиску, турбіну низького тиску, що приводить компресор низького тиску, силову турбіну, що приводить споживач потужності. Ротор турбокомпресора низького тиску трьохопорний, ротор турбокомпресора високого тиску - двоопорний, ротор силової турбіни - двоопорний. Камера згоряння трубчасто-кільцева, протитечійна, розташована під кутом до напрямку потоку робочого тіла. Кожна жарова труба являє собою тверду циліндричну конструкцію, закріплену, попереду в корпусі камери згоряння, позаду у вхідному пристрої першого соплового апарата турбіни високого с тиску. Ге)

Наведений пристрій газотурбінного двигуна має наступні недоліки: - внутрішній силовий корпус камери згоряння не має силового зв'язку з корпусом турбіни високого тиску і сопловий апарат турбіни високого тиску консольно кріпиться до корпусу турбіни високого тиску. З цієї причини осьові й окружні складові газодинамічних сил, що виникають на лопатках соплового апарата першої ступіні в турбіни, сприймаються тільки зовнішнім корпусом турбіни високого тиску, що знижує надійність цього вузла; ав - зменшення коефіцієнта корисної дії (ККД) турбіни високого тиску, за рахунок негазощільного з'єднання жарових труб із вхідним пристроєм першого соплового апарата, та за рахунок газодинамічних втрат, со обумовлених поворотом високошвидкісного потоку газу на ділянці виходу з камери згоряння - входу в сопловий Ге) апарат турбіни високого тиску і, відповідно погіршення паливної економічності газотурбінного двигуна. 3о У винаході зважується задача створення газотурбінного двигуна підвищеної експлуатаційної надійності, в паливної економічності і зменшеної металоємності.

Рішення задачі досягається тим, що у відомому газотурбінному двигуні з двокаскадним компресором, трубчасто-кільцевою, протитечійною камерою згоряння і вільною силовою турбіною, силова схема корпусу якого /-«Ф містить з'єднані між собою фланцями силові корпуси компресора низького тиску, перехідника між компресорами, З 50 компресора високого тиску, камери згоряння, турбін високого і низького тисків і силової турбіни, при цьому с зовнішній і внутрішній силові корпуси камери згоряння з'єднані між собою за компресором високого тиску, з» згідно винаходу, застосовано зовнішній силовий корпус, що складається з з'єднаних між собою силових корпусів переднього конуса, циліндричної проставки і заднього конуса, корпус герметично охоплює принаймні компресор високого тиску, камеру згоряння і турбіни високого і низького тисків, попереду, по ходу газу, силовий корпус з'єднаний із фланцем силового корпусу компресора низького тиску, а позаду - із фланцем силового корпусу і вільної силової турбіни. Перехідник між компресорами виконаний зі зміною діаметра, таким чином, щоб вісь

Ге»! камери згоряння була паралельна осьовій лінії двигуна, а висоти лопаткового апарата турбомашин забезпечувалися не менш 20мм. Внутрішній силовий корпус камери згоряння з'єднаний з корпусом турбіни со високого тиску через двоопорний сопловий апарат, жарові труби камери згоряння в середньому перетині містять ав! 20 рухливі телескопічні сполучення, а у вихідній частині герметично підключені до турбіни високого тиску.

Новизна пропонованого пристрою газотурбінного двигуна полягає в наявності наступних сукупностей "м відмітних ознак. Зовнішній силовий корпус, що складається з з'єднаних між собою переднього конуса, циліндричної проставки, заднього конуса, що охоплює собою компресор високого тиску, камеру згоряння і турбіни високого і низького тисків, забезпечує велику згинальну і крутильну твердість статора. У результаті 25 Цього істотно зменшується можливість порушення коливань роторів, завдяки чому поліпшуються умови роботи

ГФ) опор і ущільнень, що сприяє збереженню високих експлуатаційних характеристик двигуна і підвищенню експлуатаційної надійності. Завдяки твердій конструкції силові корпуси можливо виконати з малою товщиною о стінок утворюючих деталей, що дозволяє створити двигун малої металоємності і маси. Зовнішній силовий корпус, що герметично охоплює собою компресор і турбіну утворює порожнину високого тиску, завдяки якій 60 виключаються витоки робочого тіла з компресора високого тиску і турбін високого і низького тисків, а також виключаються втрати тепла в навколишнє середовище з температурами поверхні корпуса компресора високого тиску і турбіни високого і низького тисків, що також обумовлює поліпшення паливної економічності двигуна.

Зовнішній силовий корпус, являє собою секційну конструкцію, що складається з з'єднаних між собою тонкостінних переднього конуса, знімної циліндричної проставки, заднього конуса. Така конструкція поліпшує бо ремонт газотурбінного двигуна в частині забезпечення можливості заміни в умовах експлуатації жарових труб камери згоряння, соплових і робочих лопаток турбіни високого тиску. Секційна конструкція забезпечує, технологічність, спрощує механічну обробку, що сприяє зменшенню витрат на виробництво газотурбінного двигуна.

Внутрішній силовий корпус камери згоряння зв'язується з корпусом турбіни високого тиску через двоопорний сопловий апарат. Завдяки цьому, осьові й окружні складові газодинамічних сил, що виникають на лопатках соплового апарата першої ступіні турбіни, розподіляються між зовнішнім і внутрішнім корпусами приблизно нарівно, а силова система виходить твердої і легкої конструкції, що дозволяє зменшити металоємність і істотно знизити коливання лопаткового апарата і ротора турбокомпресора високого тиску, що у свою чергу сприяє 7/0 Зниженню імовірності руйнування його опор, зменшенню вироблення радіальних зазорів турбомашин і збільшенню, таким чином, надійності і паливній економічності газотурбінного двигуна в експлуатації.

Кожна жарова труба в середньому перетині містить телескопічне рухливе сполучення, що дозволяє підвищити ККД двигуна, за рахунок газощільного підключення змішувальної частини жарової труби до вхідного пристрою турбіни високого тиску і підвищенню надійності, за рахунок забезпечення необхідних взаємних /5 температурних переміщень частин жарової труби.

Перехідник між компресорами виконаний зі зміною діаметра, таким чином, щоб вісь, розташованої навколо корпуса компресора високого тиску трубчасто-кільцевої протитечійної камери згоряння, була паралельна осьовій лінії двигуна і збігалася із середнім діаметром першого соплового апарата турбіни високого тиску і забезпечувалися оптимальні співвідношення окружних швидкостей турбомашин. Таке конструктивне рішення дозволяє підібрати найбільш доцільні значення осьових зусиль і виключити газодинамічні втрати, обумовлені поворотом високошвидкісного потоку газу на ділянці виходу з жарової труби камери згоряння - входу в сопловий апарат турбін високого тиску, поліпшити ККД турбіни і відповідно поліпшити паливну економічність газотурбінного двигуна. Крім того, конструктивне рішення дозволяє забезпечити оптимальні по паливній економічності висоти лопатного апарата компресора високого тиску і окружні швидкості робочих лопаток с Компресора і турбіни високого тиску.

Завдяки легкому і твердому силовому корпусу можливо виконати газотурбінний двигун малої металоємності і і) маси. Відзначені обставини сприяють поліпшенню пускових і маневрених характеристик двигуна.

На Фіг.1, 2 зображений газотурбінний двигун, що реалізує винахід.

Газотурбінний двигун складається з компресора низького тиску 1, перехідника 2 між компресорами, М зо Компресора високого тиску З, камери згоряння 4, зовнішнього силового корпусу 5, турбіни високого тиску 6, турбіни низького тиску 7 і силової турбіни 8. Ротор турбокомпресора низького тиску - трьеохопорний, ротори о турбокомпресора високого тиску і силової турбіни - двоопорні. Камера згоряння 4 трубчасто - кільцева, со протитечійна, розташована навколо корпуса компресора високого тиску 3. Вісь камери згоряння 4 паралельна осьової лінії двигуна. Зовнішній силовий корпус 5, складається з з'єднаних між собою переднього 9 і заднього ре) 10 конусів і циліндричної проставки 11. Жарові труби камери згоряння 4 у середньому перетині містять ї- телескопічні сполучення 12 і у вихідній частині герметичне підключення 13 з турбіною високого тиску 6.

Атмосферне повітря надходить у компресор низького тиску 1, потім у компресор високого тиску 3, стискується і подається в камеру згоряння 4, де здійснюється процес спалювання палива в кисні повітря й утворення потоку газу високого енергетичного потенціалу. Далі потік газу розширюється на турбіні високого « тиску 6, що приводить компресор високого тиску З, турбіні низького тиску 7, що приводить компресор низького С) с тиску 1 і силовій турбіні 8, що приводить споживач потужності. Із силової турбіни 8 газ направляється в навколишнє середовище чи в утилізаційний теплообмінний апарат. ;» Практична реалізація й апробування винаходу зроблене при створенні суднових газотурбінних двигунів потужністю 3, 6, 10, 16, 25МВт. Дослідно-промислова експлуатація газотурбінних двигунів підтвердила високу ефективність запропонованого пристрою. Використання описаного винаходу дозволяє створювати газотурбінні -І двигуни невеликої металоємності, підвищеної експлуатаційної надійності і високої економічності.

Claims (1)

1. Формула винаходу (ее) , й й й , що о 1. Газотурбінний двигун, який виконаний з двокаскадним компресором, трубчасто-кільцевою, протитечійною «М камерою згоряння і вільною силовою турбіною, силова схема корпусу якого містить з'єднані між собою фланцями силові корпуси компресорів низького тиску і високого тиску, перехідника між ними, камери згоряння, турбін високого і низького тиску і силової турбіни, при цьому зовнішній і внутрішній силові корпуси камери згоряння з'єднані між собою за компресором високого тиску, який відрізняється тим, що застосовано зовнішній силовий корпус, що складається з з'єднаних між собою силових корпусів переднього конуса, циліндричної проставки і (Ф) заднього конуса, корпус герметично охоплює принаймні компресор високого тиску, камеру згоряння і турбіни ГІ високого і низького тиску, попереду, по ходу газу, силовий корпус з'єднаний з фланцем силового корпусу компресора низького тиску, а позаду - з фланцем силового корпусу вільної силової турбіни. во 2. Газотурбінний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що перехідник між компресорами виконаний зі зміною діаметра таким чином, щоб вісь камери згоряння була паралельна осьовій лінії двигуна, а висоти лопаткового апарата турбомашин забезпечувались не менше 20 мм.

   3. Газотурбінний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішній силовий корпус камери згоряння з'єднаний з корпусом турбіни високого тиску через двоопорний сопловий апарат. 65 4. Газотурбінний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що камера згоряння містить жарові труби, які в середньому перерізі містять рухливі телескопічні сполучення, а у вихідній частині герметично підключені до