Газотурбинный двигатель

 

Использование: в газотурбинной технике. Сущность изобретения: полость 11 лопатки 10 охлаждается постоянным расходом воздуха высокого давления, отбираемого из-за компрессора высокого давления, а задняя полость 9 лопатки 10 охлаждается утечками воздуха из-за компрессора высокого давления из полости 4, имеющего пониженное давление и переменный по режимам работы двигателя расход. 4 ил.

Изобретение относится к области газотурбинной техники.

Известен газотурбинный двигатель, состоящий из вентилятора, компрессора высокого давления (КВД), камеры сгорания, турбины высокого давления (ТВД), турбины низкого давления (ТНД) и канала наружного контура (Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. М. Машиностроение, 1975, с.36). Недостатком такого двигателя является его низкая экономичность.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) Д-30 (Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30, Машиностроение, 1971, с.19, рис.6).

Однако конструкция этого двигателя не предусматривает использования утечек воздуха из-за заднего лабиринта КВД, что приводит к увеличению расхода топлива и снижению экономичности двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в устранении этого недостатка путем использования утечек закомпрессорного воздуха для охлаждения задней полости и выходной кромки сопловой лопатки ТВД.

Данная техническая задача решается в результате того, что в газотурбинном двигателе, включающем компрессор, закомпрессорную разгрузочную полость, турбину с сопловыми лопатками, согласно изобретению, сопловые лопатки выполнены двухполостными, задняя полость которых на входе соединена с закомпрессорной разгрузочной полостью, а на выходе с газовым трактом двигателя.

Выполнение сопловых лопаток двухполостными обеспечивает стабильное охлаждение входной кромки, а также позволяет использовать относительно стабильные утечки закомпрессорного воздуха для охлаждения задней полости и выходной кромки сопловых лопаток, при этом обеспечивая удовлетворительное охлаждение лопаток при снижении требований к стабильности расхода охлаждающего воздуха, проходящего через выходную кромку лопатки.

Повышение экономичности двигателя является результатом того, что утечки воздуха из-за КВД, ранее сбрасываемые в канал наружного контура двигателя, в заявляемой конструкции совершают полезную работу на рабочей лопатке ТВД и на ТНД. Кроме того, этот воздух охлаждает выходные кромки сопловой лопатки, что позволяет экономить до 1% охлаждающего воздуха из-за КВД (для двигателя ПС-90А12). Сверхсуммарный эффект от этих факторов заключается в снижении удельного расхода топлива ≈ на 1% (для двигателя ПС-90А12).

Давление в закомпрессорной полости, соединенной с выходной щелью лопатки, также как и давление за сопловой лопаткой, составляет не более 30% от давления воздуха за КВД, что создает осевое усилие на подшипнике опоры в допустимых пределах во всем рабочем диапазоне работы двигателя, обеспечивая необходимый ресурс двигателя.

На фиг. 1 представлена схема двигателя; на фиг.2 задняя опора КВД с последующим диском и лабиринтом КВД и сопловой аппарат; на фиг.3 среднее сечение сопловой лопатки; на фиг.4 график изменения расхода воздуха, проходящего через заднюю полость сопловой лопатки, и температуры выходной кромки этой лопатки в зависимости от режима работы двигателя.

Из графика на фиг. 4 видно, что воздух, вытекающий из закомпрессорной полости, в достаточной степени обеспечивает охлаждение задней полости и выходной кромки сопловой лопатки, т.к. на взлетном режиме двигателя температура выходной кромки сопловой лопатки не превышает 960^oC (для двигателя ПС-90А12).

Устройство состоит из КВД 1 с закрепленным на последнем диске 2 закомпрессорным лабиринтом 3. Закомпрессорная разгрузочная полость 4, расположенная между лабиринтом 3 и задней опорой КВД 5, соединена с помощью патрубков 6, труб 7 и полости 8 с задней полостью 9 сопловой лопатки 10.

Сопловая лопатка 10 имеет переднюю полость 11 и заднюю полость 9, которые разделены между собой перегородкой 12. Воздух из полости 9 поступает в щель 13 задней кромки 14 лопатки 10 и далее в газовый тракт 15 ТНД ГТД. В задней опоре КВД 5 расположен подшипник 16, например радиально-упорный шарикоподшипник. Сопловая лопатка 10 имеет входную кромку 17 и заднюю полость 9 с расположенным в ней перфорированным дефлектором 18.

В процессе работы двигателя воздух из-за КВД 1, прорываясь через закомпрессорный лабиринт 3, попадает в закомпрессорную разгрузочную полость 4 с пониженным давлением. Из этой полости воздух по патрубкам 6, трубам 7 через полость 8 поступает в заднюю полость 9 лопатки 10, из которой через щель 13 задней кромки 14 истекает в газовый тракт 15 ТВД и ТНД. При этом полость 11 лопатки 10 охлаждается постоянным расходом воздуха высокого давления, отбираемого из-за КВД, а задняя полость 9 лопатки 10 охлаждается утечками воздуха из-за КВД из полости 4, имеющего пониженное давление и переменный по режимам работы двигателя расход.

Формула изобретения

Газотурбинный двигатель, компрессор, закомпрессорную разгрузочную полость, турбину с сопловыми лопатками, отличающийся тем, что сопловые лопатки выполнены двухполостными, задняя полость которых на входе соединена с закомпрессорной разгрузочной полостью, а на выходе с газовым трактом двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4