Компрессор двухвального биротативного газотурбинного двигателя
Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей (ГТД) двухвальной схемы, преимущественно к компрессорам ГТД средств транспорта. Компрессор двухвального газотурбинного двигателя содержит венцы рабочих лопаток, укрепленные на дисках, из которых не менее чем один - кольцевой. Лопатки связаны с приводными валами. Венцы рабочих лопаток размещены в кольцевом междисковом пространстве двух дисков, имеющих свободу вращения в противоположных направлениях, образуя проточную часть с центростремительным направлением потока воздуха. Венцы укреплены на торцевых поверхностях дисков таким образом, что образуют концентричные продольные оси компрессора вращающиеся решетки, каждая из которых по отношению к предыдущему по потоку венцу имеет свободу вращения в противоположном направлении. Компрессор также содержит камеру поворота потока, расположенную вокруг ступицы кольцевого диска. Такое выполнение компрессора обеспечивает повышение надежности компрессоров ГТД, снижение их стоимости и массогабаритных характеристик. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей (ГТД) двухвальной схемы, преимущественно к компрессорам ГТД средств транспорта.
Известны осевые компрессоры авиационных ГТД двухвальной схемы, в частности биротативные, позволяющие упростить регулирование высоконапорных компрессоров в системе ГТД (см. “Теория реактивных двигателей” коллектива авторов, Военное издательство, МО СССР, - М., 1955 год, стр. 112, 113).
Известны также радиальные центробежные компрессоры с венцом рабочих лопаток типа Сирокко, применяемые в системах вентиляции (см. “Вентиляторы, воздуходувки, компрессоры”, В.И. Поликовский, ОНТИ МКТП СССР, - М.-Л., 1935 год, стр. 177, 178).
Наибольшее распространение имеют осевые компрессоры ГТД, обладающие рядом недостатков, ограничивающих возможности их применения. Рабочие лопатки осевых компрессоров, в особенности для ГТД с высокими расходами воздуха, имеют значительную длину и работают при существенно различающихся окружных скоростях на высоте пера, что заставляет применять профиль двойной кривизны для каждой из ступеней давления, что удорожает производство и доводку компрессоров, увеличивает их мидель и вес. Необходимость применения спрямляющих аппаратов, создающих ~ 25% суммарной степени повышения давления осевого компрессора, фактически удваивают его длину, повышают массу конструкции. Консольная схема крепления рабочих лопаток на ободах дисков также приводит к увеличению массы устройства.
Задачей изобретения является повышение надежности компрессоров ГТД, снижение их стоимости и массогабаритных характеристик.
Указанный технико-экономический эффект достигается тем, что двухвальный компрессор выполняется по радиальной схеме, содержащей не менее двух дисков, приводимых во вращение двумя коаксиально расположенными приводными валами, вращающимися в противоположные стороны, а повышение давления рабочего тела осуществляется в проточной части, образованной венцами рабочих лопаток, закрепленных на торцевых поверхностях дисков концентрично продольной оси компрессора. Радиально расположенные ступени повышения давления, образованные венцами рабочих лопаток в междисковом кольцевом пространстве, являются чисто реактивными с полным использованием выходной скорости потока в венце рабочих лопаток последующей ступени, лопатки которого вращаются в противоположном направлении. Поэтому отпадает необходимость применения венцов спрямляющих лопаток. В конце проточной части компрессора, в области приводных валов, осуществляется плавный поворот потока рабочего тела, например, в направлении входа в камеру сгорания ГТД.
В отличие от лопаток компрессоров осевых схем рабочие лопатки данного компрессора, вследствие их расположения на постоянном радиусе в каждом из венцов, имеют постоянный по длине аэродинамический профиль, что повышает их технологичность. Закрепление обоих торцев рабочих лопаток в несущих центробежную нагрузку кольцевых обоймах создает жесткую конструкцию, гасящую вибрации лопаток и позволяющую тем самым снизить их вес. Длина компрессора предлагаемой конструкции определяется, фактически, длиной рабочей лопатки первой (наружной) ступени, что существенно снижает габариты и массу устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором в подшипниках 2 и 3 вращаются в противоположных направлениях вокруг продольной оси Х концентрично расположенные два приводных вала 4, с закрепленным на нем диском 5 и 6, с закрепленным на нем кольцевым диском 7. В междисковом пространстве концентрично оси Х размещен ряд лопаточных венцов 8, каждый из которых состоит из двух кольцеобразных обойм 9, жестко скрепленных между собой аэродинамически профилированными рабочими лопатками 10. Каждый из последующих по ходу центростремительного потока воздуха венцов прикреплен к кольцевым выступам 11 поочередно - либо диска 5, либо диска 7 таким образом, что гребешки 12, расположенные на наружных свободных торцевых поверхностях обойм 9, входят в соответствующие кольцевые канавки 13 дисков 5 и 7, образуя лабиринтные уплотнения и разделяя проточную часть компрессора, образованную венцами 8 в междисковом пространстве на ряд ступеней давления. Далее поток воздуха плавно изменяет направление, огибая ступицу кольцевого диска 7 в поворотной камере 15, являющейся продолжением проточной части компрессора.
Устройство работает следующим образом.
На рабочем режиме ГТД его двухвальная газовая турбина раскручивает приводные валы 4 и 6 и соединенные с ними диски 5 и 7 компрессора вместе с прикрепленными к ним соответствующими венцами 8 в противоположных направлениях и захватываемый входным кольцевым устройством 14 воздух поступает в проточную часть компрессора, где, проходя в центростремительном движении через лопаточные решетки аэродинамических профилей венцов, сжимается до необходимой степени и далее через поворотную камеру 15 и отверстия 16 наружного приводного вала 7 попадает в полость 17 камеры сгорания ГТД. Утечки рабочего тела из полости 17 ограничиваются лабиринтными уплотнениями 18. При необходимости дополнительного повышения давления воздуха в компрессоре предлагаемой конструкции после поворота потока на 180 градусов в поворотной камере 15 можно приложить к нему дополнительную работу, пропустив поток через дополнительную центробежную проточную часть компрессора (на чертеже не показана), содержащую, например, аналогичные венцы 8, размещенные на противоположной торцевой поверхности диска 7 и радиальные венцы спрямляющих лопаток, соединенные с корпусом 1 компрессора.
Такое выполнение компрессора двухвального ГТД позволяет решить поставленную задачу путем применения лопаточной машины малогабаритной радиальной схемы при возможности широкого изменения потребного расхода воздуха без существенного изменения миделя устройства, без ухудшения КПД, свойственного компрессору с центробежными колесами и без потерь на трение в спрямляющих лопаточных аппаратах компрессора осевой схемы, поскольку биротативность последующих ступеней давления позволяет полностью использовать выходную скорость предыдущего рабочего колеса. В принципе, возможно применение во всех ступенях давления пера рабочих лопаток одного аэродинамического профиля, что существенно повышает технологичность изготовления устройства.
Формула изобретения
Компрессор двухвального биротативного газотурбинного двигателя, содержащий венцы рабочих лопаток, укрепленные на дисках, из которых не менее чем один - кольцевой, связанных с приводными валами, камеру поворота потока, расположенную вокруг ступицы кольцевого диска, при этом венцы рабочих лопаток размещены в кольцевом междисковом пространстве двух дисков, имеющих свободу вращения в противоположных направлениях, образуя проточную часть с центростремительным направлением потока воздуха, и укреплены на торцевых поверхностях дисков таким образом, что образуют концентричные продольной оси компрессора вращающиеся решетки, каждая из которых по отношению к предыдущему по потоку венцу имеет свободу вращения в противоположном направлении.
РИСУНКИРисунок 1
