Уплотнительное устройство газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению. Уплотнительное устройство содержит лабиринт с уплотнительными гребешками, а также ответный ему фланец и дефлектор. Последние образуют между собой щелевой канал, соединенный на входе с полостью подвода охлаждающего воздуха. Щелевой канал на выходе соединен с проточной частью двигателя. Фланец выполнен с С-образным кольцевым осевым выступом, охватывающим ответный ему выходной элемент дефлектора с возможностью ориентирования выходящего из щелевого канала воздуха в направлении движения потока рабочего тела в проточной части двигателя. Изобретение обеспечивает повышение экономичности газотурбинного двигателя за счет обеспечения минимальной величины радиального зазора путем организации эжектирования охлаждающего воздуха при работе двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к уплотнительным устройствам за компрессором газотурбинного двигателя.

Известное уплотнительное устройство снабжено дефлектором, который вместе с неподвижными уплотнительными элементами, закрепленными на статоре, образуют промежуточную полость, в которую на установившихся режимах работы двигателя по трубкам подается охлаждающий воздух [1].

Данное уплотнительное устройство отличается сложностью и низкой надежностью из-за необходимости выполнения заслонок для регулирования расхода воздуха, идущего на охлаждение уплотнения, и привода для заслонок.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция уплотнительного устройства за компрессором газотурбинного двигателя, включающая лабиринт с уплотнительными гребешками, закрепленный на последнем колесе компрессора, и ответное лабиринту неподвижное кольцо с дефлектором, в щелеобразную полость между которыми подается охлаждающий воздух из-за промежуточной ступени компрессора на рабочих режимах двигателя [2].

Однако известное устройство не обеспечивает высокую экономичность двигателя, возможность регулирования расхода охлаждающего воздуха, а следовательно, величины радиального зазора и утечек воздуха через лабиринт при работе газотурбинного двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении экономичности газотурбинного двигателя за счет обеспечения минимальной величины радиального зазора путем организации эжектирования охлаждающего воздуха при работе двигателя.

Данная задача решается за счет того, что в уплотнительном устройстве газотурбинного двигателя, содержащем лабиринт с уплотнительными гребешками, а также ответный ему фланец и дефлектор, образующие между собой щелевой канал, соединенный на входе с полостью подвода охлаждающего воздуха, согласно изобретению щелевой канал на выходе соединен с проточной частью двигателя, фланец выполнен с C-образным кольцевым осевым выступом, охватывающим ответный ему выходной элемент дефлектора с возможностью ориентирования выходящего из щелевого канала воздуха в направлении движения потока рабочего тела в проточной части двигателя.

При совпадении направления движения рабочего тела и воздуха, выходящего из щелевого канала, на выходе фланца в проточной части формируется зона пониженного давления, где имеет место эжектирование охлаждающего воздуха, поступающего через щелевой канал, который сообщается с полостью подвода охлаждающего воздуха.Такое ориентирование потоков возможно лишь в том случае, когда щелевой канал, образованный фланцем и дефлектором, соединен с проточной частью двигателя, а фланец выполнен с C-образным кольцевым осевым выступом, охватывающим ответный ему выходной элемент дефлектора. В этом случае зона пониженного давления расположена за C-образным выступом фланца.

Воздух, поступающий в щелевой канал, охлаждает фланец, при этом на рабочих режимах двигателя уменьшается радиальный зазор δ, а на промежуточных и переходных режимах скорость потока рабочего тела снижается, и, соответственно, уменьшается скорость эжекции охлаждающего воздуха, а величина радиального зазора δ увеличивается.

Заявляемое уплотнительное устройство на переходных режимах работы двигателя, в том числе на режимах сброса газа, имеет увеличенный, а на установившихся режимах - минимальный радиальный зазор δ, тем самым обеспечивается высокая экономичность газотурбинного двигателя на всех режимах его работы.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг.1 изображена схема стационарного газотурбинного двигателя с уплотнительным устройством заявляемой конструкции. На фиг.2 - уплотнительное устройство по фиг.1.

Газотурбинный двигатель 1 содержит свободную силовую турбину 2, состоящую из ротора 3 и статора 4 со стойками 5 задней опоры 6. Между ротором 3 турбины 2 и задней опорой 6 находится разгрузочная полость А, которая наддувается воздухом из-за промежуточной ступени компрессора (не показан) и служит для разгрузки от осевых сил радиально-упорного подшипника 7. Двухъярусный лабиринт 8 закреплен на диске 9 ротора 3 турбины 2 и ответном ему сотовом фланце лабиринта 10 с дефлектором 11, который образует с фланцем 10 щелевой канал 12.

Между лабиринтом 8 и фланцем 10 имеется радиальный зазор δ, соединяющий полости А и Б.

Вход щелевого канала 12 через отверстия 13 и 14 соединен с полостью подвода охлаждающего воздуха 15 стойки 5 задней опоры 6, а выход щелевого канала 12 соединен через канал 16 с проточной частью 17 (полость Б) газотурбинного двигателя 1. Фланец 10 на выходе из канала 16 выполнен с С-образным выступом 18, который охватывает выходной элемент дефлектора 11.

Уплотнительное устройство работает следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя рабочее тело (например, газ) на выходе из свободной силовой турбины 2 проходит мимо С-образного кольцевого осевого выступа 18 и создает зону пониженного давления, инициируя через канал 16 из полости 15 стоек 5 задней опоры 6 охлаждающего воздуха (атмосферного, т.к. проточная часть 17 соединена с атмосферой).

Воздух из полости 15, протекая через щелевой канал 12, охлаждает фланец 10, тем самым на рабочих режимах двигателя уменьшая величину радиального зазора δ между лабиринтом 8 и фланцем лабиринта 10.

При работе двигателя на промежуточных и переходных режимах радиальный зазор δ увеличивается, т.к. за счет снижения скорости потока рабочего тела 17 на этих режимах эффект эжекции охлаждающего воздуха через щелевой канал 12 уменьшается.

Источники информации 1. В.К. Щукин, Н.К. Калмыков. "Газоструйные компрессоры". Москва, 1963, стр. 92-93.

2. Патент РФ N 2036312, МКИ F 01 D 11/02, 1995 г.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство газотурбинного двигателя, содержащее лабиринт с уплотнительными гребешками, а также ответный ему фланец и дефлектор, образующие между собой щелевой канал, соединенный на входе с полостью подвода охлаждающего воздуха, отличающееся тем, что щелевой канал на выходе соединен с проточной частью двигателя, фланец выполнен с С-образным кольцевым осевым выступом, охватывающим ответный ему выходной элемент дефлектора с возможностью ориентирования выходящего из щелевого канала воздуха в направлении движения потока рабочего тела в проточной части двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2