Конструкция турбореактивного двигателя со сдвоенным вентилятором в передней части
Трехкорпусной двухконтурный турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности содержит в передней части промежуточного картера, снабженного наружной профильной решеткой в контуре вторичного потока и внутренней профильной решеткой в контуре первичного потока, передний вентилятор и задний вентилятор. Лопатки вентиляторов направлены радиально наружу и доходят до картера вентилятора, который ограничивает снаружи контур вторичного потока. Двигатель также содержит компрессор низкого давления, предназначенный для сжатия воздуха, поступающего в канал первичного потока. Передний и задний вентиляторы приводятся во вращение непосредственно и раздельно при помощи двух коаксиальных валов. Лопатки заднего вентилятора расположены в контуре вторичного потока, начиная от диска, соединенного со своим приводным валом через заднее колесо подвижных лопаток компрессора низкого давления. Компрессор низкого давления дополнительно содержит, по меньшей мере, одно переднее колесо подвижных лопаток, вращаемое приводным валом переднего вентилятора, и наружный статор, в отверстии которого установлены решетки неподвижных лопаток, вставленные между колесами подвижных лопаток. Наружный статор установлен на картере вентилятора через второй промежуточный картер, содержащий вторую наружную профильную решетку в контуре вторичного потока между лопатками переднего вентилятора и лопатками заднего вентилятора и вторую внутреннюю профильную решетку в контуре первичного потока. В первом промежуточном картере установлен вал вращения заднего вентилятора на осевом упорном подшипнике и приводной вал переднего вентилятора на межвальном подшипнике. Между промежуточным картером и валами установлены дополнительные подшипники. Изобретение уменьшает длину турбины и ее массу. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к трехкорпусному двухконтурному турбореактивному двигателю с высокой степенью двухконтурности, содержащему в передней части промежуточного картера, содержащего наружную профильную решетку в контуре вторичного потока и внутреннюю профильную решетку в контуре первичного потока, передний вентилятор и задний вентилятор, лопатки которых направлены радиально наружу и доходят до картера вентилятора, который ограничивает снаружи контур вторичного потока, а также компрессор низкого давления, предназначенный для сжатия воздуха, поступающего в канал первичного потока, при этом упомянутые передний и задний вентиляторы приводятся во вращение непосредственно и раздельно при помощи двух коаксиальных валов.
В современных сверхмощных турбореактивных двигателях с высокой степенью двухконтурности вентилятор имеет большой диаметр, и окружная скорость на конце лопатки пропорциональна этому диаметру и скорости вращения вентилятора. Однако, чтобы добиться хорошего коэффициента полезного действия, эта окружная скорость должна быть ниже скорости звука. Этого можно достичь в классическом турбореактивном двигателе с одним вентилятором, установив между приводным валом и вентилятором редуктор. Однако наличие редуктора приводит к существенному увеличению массы двигателя и к снижению мощности. Другое решение состоит в оснащении турбореактивного двигателя двумя вентиляторами, передним вентилятором и задним вентилятором, которые устанавливают в передней части промежуточного картера и каждый из которых приводится во вращение малоскоростным приводным валом без установки редуктора. Каждый вентилятор сообщает воздуху, циркулирующему в канале вторичного потока, по существу половину тяговой мощности вторичного потока.
В турбореактивных двигателях, содержащих два вентилятора, находящихся в передней части промежуточного картера и установленных на этом промежуточном картере, большое значение имеет консольная конструкция переднего вентилятора, тем более что расстояние между лопатками двух вентиляторов должно быть достаточно большим во избежание избыточного шума.
Известные технические решения описаны, в частности, в патентах US 3861139 и US 4860537, в разделах «уровень техники» которых раскрываются турбореактивные двигатели упомянутого типа, содержащие сдвоенные вентиляторы с противоположным направлением вращения, взаимодействующие с двухроторным компрессором низкого давления и тоже с противоположным направлением вращения, при этом внутренний ротор вращается приводным валом переднего вентилятора, а наружный ротор - приводным валом заднего вентилятора.
Задачей настоящего изобретения является создание двухвентиляторного турбореактивного двигателя, в котором устраняются недостатки консольной конструкции.
В соответствии с настоящим изобретением эта задача решается благодаря тому, что лопатки заднего вентилятора расположены в контуре вторичного потока, начиная от диска, соединенного со своим приводным валом через заднее колесо подвижных лопаток компрессора низкого давления, при этом последний дополнительно содержит, по меньшей мере, одно переднее колесо подвижных лопаток, вращаемое приводным валом переднего вентилятора, и наружный статор, в отверстии которого находятся решетки неподвижных лопаток, установленные между колесами подвижных лопаток, при этом упомянутый наружный статор установлен на картере вентилятора через второй промежуточный картер, содержащий вторую наружную профильную решетку в контуре вторичного потока между лопатками переднего вентилятора и лопатками заднего вентилятора и вторую внутреннюю профильную решетку в контуре первичного потока, и благодаря тому, что на первом промежуточном картере установлен вал вращения заднего вентилятора на осевом упорном подшипнике и приводной вал переднего вентилятора на межвальном подшипнике, при этом между упомянутым промежуточным картером и упомянутыми валами установлены также дополнительные подшипники.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения упорный подшипник приводного вала переднего вентилятора установлен на втором промежуточном картере, а межвальный подшипник является роликовым подшипником.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения межвальный подшипник является упорным подшипником, а подшипник, установленный между вторым промежуточным картером и приводным валом переднего вентилятора, является роликовым подшипником.
Подшипник, установленный между вторым промежуточным картером и приводным валом заднего вентилятора, является роликовым подшипником.
На первом промежуточном картере при помощи упорного подшипника установлен также приводной вал компрессора высокого давления.
Предпочтительно, чтобы передний вентилятор и задний вентилятор вращались в противоположных направлениях.
Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приведенного в качестве примера, со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:
Фиг.1 изображает схематический вид в полуразрезе передней части турбореактивного двигателя согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.2 изображает схематический вид в полуразрезе передней части турбореактивного двигателя согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.
На фиг.1 и 2 схематически показана передняя часть 1 турбореактивного двигателя с осью X, содержащего в передней части промежуточного картера 2 передний вентилятор 3, вращаемый внутренним приводным валом 4, задний вентилятор 5, вращаемый промежуточным приводным валом 6, коаксиальным с внутренним валом 4 и охватывающим последний, и компрессор 7 низкого давления, предназначенный для сжатия воздуха, поступающего в канал 8 первичного потока (F1), и расположенный в осевом направлении между передним вентилятором 3 и задним вентилятором 5.
Передний вентилятор 3 содержит лопатки 10, выполненные от окружности диска 11 до картера 12 вентилятора, ограничивающего снаружи канал 13 вторичного потока F2.
Задний вентилятор 5 также содержит лопатки 14, выполненные от окружности диска 15 до картера 12 вентилятора в канале 13 вторичного потока F2. Диск 15 расположен радиально снаружи компрессора 7 низкого давления.
Диск 11 переднего вентилятора 13 соединен при помощи конуса 16 с внутренним валом 4, а диск 15 заднего вентилятора 5 соединен с промежуточным валом 6 при помощи конуса 17 через заднее колесо 18 подвижных лопаток 19 компрессора 7 низкого давления.
Промежуточный картер 2 содержит наружную профильную решетку 30 в контуре вторичного потока F2 и внутреннюю профильную решетку 31 в контуре первичного потока (F1). Наружная профильная решетка 30 с наружной стороны соединена с картером 12 вентилятора. Между наружной профильной решеткой 30 и внутренней профильной решеткой 31 установлен кольцевой кожух 32. Позицией 33 обозначены тяговые штанги, соединяющие промежуточный картер 2 с опорной стойкой турбореактивного двигателя, не показанной на чертежах.
Кроме заднего колеса 18 подвижных лопаток 19 компрессор 7 низкого давления содержит переднее колесо 40 подвижных лопаток 41, установленных по окружности диска 42, соединенного с конусом 16 или с диском 11 при помощи кольца 43, и промежуточное колесо подвижных лопаток 44, вращаемое промежуточным валом 6. Между колесами подвижных лопаток компрессора установлены решетки неподвижных лопаток 47 и 48, расположенных в радиальном направлении внутри отверстия наружного статора 49, содержащего в передней части кромку 50, разделяющую первичный поток F1 и вторичный поток F2.
Наружный статор 49 компрессора 7 низкого давления установлен на картере 12 вентилятора через второй вспомогательный картер 60, который содержит вторую наружную профильную решетку 61 в контуре вторичного потока F2 между лопатками 10 переднего вентилятора 3 и лопатками 14 заднего вентилятора 5 и вторую внутреннюю профильную решетку 62, находящуюся в контуре первичного потока F1, который охватывает кольцевой кожух 63. Вторая внутренняя профильная решетка 62 расположена в осевом направлении между передней решеткой неподвижных лопаток 47 и промежуточным колесом подвижных лопаток 44.
Задний промежуточный картер 2 и второй промежуточный картер 60 подвергаются воздействию осевых и радиальных нагрузок от двух валов 4 и 6. Промежуточный вал 6 установлен в заднем промежуточном картере 2 при помощи упорного подшипника 70 и во втором промежуточном картере 50 при помощи подшипника качения 71. Позицией 72 обозначен упорный подшипник в промежуточном картере 2, в котором установлен приводной вал 73 компрессора 74 высокого давления, расположенного за задним промежуточным картером 2. Между внутренним валом 4 и промежуточным валом 6, по существу напротив упорного подшипника 70 промежуточного вала 6, установлен межвальный подшипник 80, а между внутренним валом 4 и кожухом 63 второго промежуточного картера 60 за подшипником качения 71 установлен упорный подшипник 81.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.1, межвальный подшипник 80 является подшипником качения, а подшипник 81 - упорным подшипником. В этом варианте осевые нагрузки от переднего вентилятора 3, действующие на второй промежуточный картер 60, передаются через картер 12 вентилятора на тяговые штанги 33 на уровне промежуточного картера 2. Это решение является простым с точки зрения механики, но сложным с точки зрения передачи нагрузок.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.2, межвальный подшипник 80 является упорным подшипником, а подшипник 81 - подшипником качения. В этом варианте осевые нагрузки от переднего вентилятора 3 действуют на промежуточный вал 6, что обеспечивает передачу нагрузок непосредственно на задний промежуточный картер 2 до того, как они начнут действовать на тяговые штанги 33 на уровне этого промежуточного картера 2. Это решение является простым с точки зрения передачи нагрузок, но сложным с точки зрения соединения между упорным подшипником 80 переднего вентилятора 3 и приводным валом 6 заднего вентилятора 5.
Оба вентилятора 3 и 5 могут вращаться в одном направлении. Однако предпочтительно, чтобы оба вентилятора 3 и 5 вращались в противоположных направлениях и приводились во вращение рабочей турбиной, содержащей два ротора, внутренний и наружный, колеса подвижных лопаток которых чередовались бы в осевом направлении. Такая конструкция позволяет уменьшить длину рабочей турбины и ее массу за счет отсутствия статора.
1. Трехкорпусной двухконтурный турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности, содержащий в передней части промежуточного картера (2), снабженного наружной профильной решеткой (30) в контуре вторичного потока (F2) и внутренней профильной решеткой (31) в контуре первичного потока (F1), передний вентилятор (3) и задний вентилятор (5), лопатки (10, 14) которых направлены радиально наружу и доходят до картера (12) вентилятора, который ограничивает снаружи контур вторичного потока (F2), а также компрессор (7) низкого давления, предназначенный для сжатия воздуха, поступающего в канал (8) первичного потока (F1), при этом упомянутые передний (3) и задний (4) вентиляторы приводятся во вращение непосредственно и раздельно при помощи двух коаксиальных валов (4, 6), отличающийся тем, что лопатки (4) заднего вентилятора (5) расположены в контуре вторичного потока (F2), начиная от диска (15), соединенного со своим приводным валом (6) через заднее колесо (18) подвижных лопаток (19) компрессора (7) низкого давления, при этом последний дополнительно содержит, по меньшей мере, одно переднее колесо подвижных лопаток (41), вращаемое приводным валом (4) переднего вентилятора (3), и наружный статор (49), в отверстии которого установлены решетки неподвижных лопаток (47, 48), вставленные между колесами подвижных лопаток (41, 44, 19), при этом упомянутый наружный статор установлен на картере (12) вентилятора через второй промежуточный картер (60), содержащий вторую наружную профильную решетку (61) в контуре вторичного потока (F2) между лопатками (10) переднего вентилятора (3) и лопатками (14) заднего вентилятора (5) и вторую внутреннюю профильную решетку (62) в контуре первичного потока (F1), причем в первом промежуточном картере (2) установлен вал (6) вращения заднего вентилятора (5) на осевом упорном подшипнике (70) и приводной вал (4) переднего вентилятора на межвальном подшипнике (80), а между упомянутым промежуточным картером (60) и упомянутыми валами (4, 6) установлены дополнительные подшипники (71, 81).
2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что упорный подшипник (81) приводного вала (4) переднего вентилятора (3) установлен на втором промежуточном картере (60), и межвальный подшипник (80) является роликовым подшипником.
3. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что межвальный подшипник (80) является упорным подшипником, а подшипник (81), установленный между вторым промежуточным картером (60) и приводным валом (4) переднего вентилятора (3), является роликовым подшипником.
4. Турбореактивный двигатель по п.2, отличающийся тем, что подшипник (71), установленный между вторым промежуточным картером (60) и приводным валом (6) заднего вентилятора (5), является роликовым подшипником.
5. Турбореактивный двигатель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что на первом промежуточном картере (2) через упорный подшипник (72) дополнительно устанавливают приводной вал (73) компрессора (74) высокого давления.
6. Турбореактивный двигатель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что передний вентилятор (3) и задний вентилятор (5) вращаются в противоположных направлениях.
7. Турбореактивный двигатель по п.5, отличающийся тем, что передний вентилятор (3) и задний вентилятор (5) вращаются в противоположных направлениях.
