Газотурбинный двигатель

Изобретение относится к области двигателестроения, преимущественно к системам подачи охлаждающего воздуха к подшипниковым опорам газотурбинного двигателя. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения подшипника опоры турбины и, как следствие, в увеличении надежности работы двигателя без увеличения его габаритов и массы. Технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем диск турбины, снабженный цапфой, на которой установлена втулка с пазами, подшипник с наружным и внутренним кольцами, установленный на втулке и расположенный в корпусе, полый вал, сообщенный с атмосферой, воздухозаборник, соосный с ним и сообщенный с полостью вала, выходное устройство, содержащее полые стойки и центральное тело, которое через полые стойки сообщено с атмосферой, между корпусом подшипника и диском установлено подвижное уплотнение, образующее полость между диском и подшипником, в диске выполнены, по крайней мере, два отверстия, соединяющие полость между диском и подшипником с полостью вала, пазы выполнены на наружной поверхности втулки и образуют полости между втулкой и внутренним кольцом подшипника, соединенные каналами с полостью между диском и подшипником и полостью центрального тела. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, преимущественно к системам подачи охлаждающего воздуха к подшипниковым опорам газотурбинного двигателя.

Известна конструкция газотурбинного двигателя (Иностранные авиационные двигатели. 2005 г. Справочник ЦИАМ, стр.294), содержащая входное устройство с закрепленным с ним электрическим генератором, опоры двигателя, система наддува которых включает питающие воздуховоды, сообщенные с бачками, в которых готовится масловоздушная смесь, идущая на смазку и охлаждение подшипников опор.

Недостатком такого устройства является использование нагретого за компрессором воздуха для охлаждения подшипников двигателя, что снижает надежность работы подшипников и, как следствие, самого двигателя.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция газотурбинного двигателя (патент РФ №73958, опубликован 10.06.2008 г.), содержащая диск турбины, снабженный цапфой, на которой установлена втулка с пазами, подшипник с наружным и внутренним кольцами, установленный на втулке и расположенный в корпусе, полый вал, сообщенный с атмосферой, воздухозаборник, соосный с ним и сообщенный с полостью вала, выходное устройство, содержащее полые стойки и центральное тело, которое через полые стойки сообщено с атмосферой.

В двигателе для охлаждения подшипников идет воздух набегающего потока, который по единому воздуховоду (полому валу) подходит к опорам двигателя. Однако после нагнетателя, установленного в полости вала перед опорами, температура воздуха повышается. Кроме того, воздух в корпусе подшипника турбины, меняя свое направление движения на 180 градусов, теряет давление из-за увеличенного гидравлического сопротивления. Выброс воздуха, прошедшего через подшипник и по пазам, выполненным во втулке со стороны цапфы, происходит в полость, расположенную между неподвижным дефлектором диска турбины и корпусом подшипника, затем нагретый воздух по каналам центрального тела и стоек выходного устройства вытекает в атмосферу. Такая система выброса имеет увеличенное гидравлическое сопротивление. Выполнение пазов во втулке со стороны цапфы снижает теплоотвод от подшипника. Все это приводит к ухудшению охлаждения подшипника и, как следствие, уменьшению надежности работы двигателя. Кроме того, наличие нагнетателя внутри вала увеличивает массу двигателя.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности охлаждения подшипника опоры турбины и, как следствие, в увеличении надежности работы двигателя без увеличения его габаритов и массы.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем диск турбины, снабженный цапфой, на которой установлена втулка с пазами, подшипник с наружным и внутренним кольцами, установленный на втулке и расположенный в корпусе, полый вал, сообщенный с атмосферой, воздухозаборник, соосный с ним и сообщенный с полостью вала, выходное устройство, содержащее полые стойки и центральное тело, которое через полые стойки сообщено с атмосферой, в отличие от известного между корпусом подшипника и диском установлено подвижное уплотнение, образующее полость между диском и подшипником, в диске выполнены, по крайней мере, два отверстия, соединяющие полость между диском и подшипником с полостью вала, пазы выполнены на наружной поверхности втулки и образуют полости между втулкой и внутренним кольцом подшипника, соединенные каналами с полостью между диском и подшипником и полостью центрального тела.

Для снижения гидравлических потерь при подводе набегающего потока воздуха к подшипнику отверстия в диске могут быть расположены на уровне пазов втулки.

Для повышения эффективности охлаждения между корпусом подшипника и его наружным кольцом могут быть выполнены дополнительные каналы, соединяющие полость между диском и подшипником с полостью центрального тела.

Для подвода воздуха к наружному кольцу с минимальными потерями в диске турбины могут быть выполнены, по крайней мере, два отверстия на уровне расположения дополнительных каналов.

Для разграничения расходов воздуха, идущих на охлаждение внутреннего и наружного колец подшипника, втулка может быть установлена с упором в диск над его отверстиями, расположенными на уровне пазов втулки.

Для снижения подвода тепла от диска к проходящему через отверстия диска воздуху в отверстиях диска могут быть установлены втулки из материала, коэффициент теплопроводности которого меньше коэффициента теплопроводности материала диска.

Для увеличения надежности работы опоры турбины и соответственно двигателя в корпусе подшипника перед и за подшипником могут быть неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

Для уменьшения уноса смазочного материала из полостей смазки, по крайней мере, между одной из перегородок и втулкой может быть установлено подвижное уплотнение.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

фиг.1 - общий вид газотурбинного двигателя;

фиг.2, 3, 4 - варианты подвода воздуха к опоре диска турбины для охлаждения подшипника.

Газотурбинный двигатель (фиг.1) содержит диск 1 турбины, снабженный цапфой 2, на которой установлена втулка 3 с пазами 4. На втулке установлен подшипник 5 с наружным 6 и внутренним 7 кольцами, расположенный в корпусе 8. Полый вал 9 сообщен с атмосферой, воздухозаборник 10, соосный с ним, сообщен с полостью 11 вала. Выходное устройство 12, содержит полые стойками 13 и центральное тело 14.

Между корпусом 8 подшипника и диском 1 установлено подвижное уплотнение 15, лабиринтное или щеточное, образующее полость 16 между диском 1 и подшипником 5. В диске турбины выполнены, по крайней мере, два отверстия 17, соединяющие полость 16 между диском и подшипником с полостью 11 вала. Пазы 4 втулки 3 выполнены на ее наружной поверхности (со стороны внутреннего кольца подшипника) и образуют полости между втулкой и внутренним кольцом подшипника, которые соединены каналами 18 с полостью 16 между диском и подшипником и каналами 19 с полостью 20 центрального тела 14. Полость 20 центрального тела сообщена с подшипником 5 и через полые стойки 13 выходного устройства 12 сообщена с атмосферой.

Отверстия 17 диска 1 могут быть выполнены на уровне расположения пазов 4 втулки 3, что позволяет подвести охлаждающий воздух с минимальными гидравлическими потерями к внутреннему кольцу 7 подшипника.

Для эффективного охлаждения наружного кольца 6 подшипника 5 между корпусом 8 подшипника и его наружным кольцом 6 могут быть выполнены дополнительные каналы охлаждения 21, соединяющие полость 16 между диском и подшипником с полостью 20 центрального тела. При этом в диске 1 турбины могут быть выполнены, по крайней мере, два отверстия 22 (фиг.2) на уровне расположения дополнительных каналов охлаждения 21.

В корпусе 8 подшипника перед и за подшипником 5 могут быть неподвижно установлены перегородки 23 при этом, по крайней мере, между одной из перегородок и втулкой 3 установлено подвижное уплотнение 24, например сальниковое или щелевое (фиг.2).

Втулка 3 (фиг.3) может быть установлена на цапфе 2 с упором в диск 1 над его отверстиями 17.

В отверстиях 17 и 22 (фиг.4) диска 1 могут быть установлены втулки 25 из материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала диска.

Устройство работает следующим образом.

Набегающий поток воздуха через воздухозаборник 10 (фиг.1) поступает в полость 11 вала 9, затем через отверстия 17 в диске 1 попадает в полость 16 между диском и подшипником. Далее воздух по каналам охлаждения 18 поступает в полости между втулкой и внутренним кольцом подшипника. Охладив внутреннее кольцо подшипника, воздух через каналы 19 поступает в полость 20 центрального тела и затем через полые стойки 13 уходит в атмосферу.

Выполнение пазов 4 на поверхности втулки 3 со стороны подшипника 5 позволяет направить поток воздуха непосредственно к внутреннему кольцу 7 подшипника и улучшить его охлаждение, а установка подвижного уплотнения 15 между корпусом 8 подшипника и диском 1 снижает утечки воздуха вне подшипника.

Наличие (фиг.2) дополнительных каналов охлаждения 21 между корпусом 8 подшипника и его наружным кольцом 6 позволяет подвести часть воздуха из полости 16 между диском 1 и подшипником 5 к наружному кольцу подшипника и охладить его. Далее воздух поступает в полость 20 центрального тела и затем через полые стойки 13 уходит в атмосферу.

Разграничение расхода воздуха, идущего на охлаждение внутренней и наружной обойм подшипника, достигается при установке втулки 3 на цапфе 2 с упором в диск 1 над отверстиями 17 подвода воздуха к внутреннему кольцу 7 подшипника (фиг.3).

Уменьшение подвода тепла от диска турбины к воздуху, проходящему через отверстия 17 и 22, осуществляется установкой (фиг.4) в эти отверстия втулок 25 из материала с коэффициентом теплопроводности, меньшим, чем у материала диска.

Установка (фиг.2) в корпусе 8 перед и за подшипником перегородок 23 позволяет образовать полости смазки, а выполнение, по крайней мере, между одной из перегородок 23 и втулкой 3 подвижного уплотнения 24 позволяет уменьшить унос смазки из этих полостей при охлаждении опоры.

Изобретение позволяет повысить надежность работы двигателя за счет повышения эффективности охлаждения подшипника опоры турбины.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий диск турбины, снабженный цапфой, на которой установлена втулка с пазами, подшипник с наружным и внутренним кольцами, установленный на втулке и расположенный в корпусе, полый вал, сообщенный с атмосферой, воздухозаборник, соосный с ним и сообщенный с полостью вала, выходное устройство, содержащее полые стойки и центральное тело, которое через полые стойки сообщено с атмосферой, отличающийся тем, что между корпусом подшипника и диском установлено подвижное уплотнение, образующее полость между диском и подшипником, в диске выполнены, по крайней мере, два отверстия, соединяющие полость между диском и подшипником с полостью вала, пазы выполнены на наружной поверхности втулки и образуют полости между втулкой и внутренним кольцом подшипника, соединенные каналами с полостью между диском и подшипником и полостью центрального тела.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что отверстия в диске расположены на уровне пазов втулки.

3. Газотурбинный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что между корпусом подшипника и его наружным кольцом выполнены дополнительные каналы, соединяющие полость между диском и подшипником с полостью центрального тела.

4. Газотурбинный двигатель по п.3, отличающийся тем, что в диске турбины выполнены, по крайней мере, два отверстия на уровне расположения дополнительных каналов.

5. Газотурбинный двигатель по п.4, отличающийся тем, что втулка установлена с упором в диск над его отверстиями, расположенными на уровне пазов втулки.

6. Газотурбинный двигатель по п.1, или 2, или 4, отличающийся тем, что в отверстиях диска установлены втулки из материала, коэффициент теплопроводности которого меньше коэффициента теплопроводности материала диска.

7. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в корпусе подшипника перед и за подшипником неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

8. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что в корпусе подшипника перед и за подшипником неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

9. Газотурбинный двигатель по п.4, отличающийся тем, что в корпусе подшипника перед и за подшипником неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

10. Газотурбинный двигатель по п.5, отличающийся тем, что в корпусе подшипника перед и за подшипником неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

11. Газотурбинный двигатель по п.6, отличающийся тем, что в корпусе подшипника перед и за подшипником неподвижно установлены перегородки, образующие полости смазки между подшипником и перегородками.

12. Газотурбинный двигатель по п.7, или 8, или 9, или 10, или 11, отличающийся тем, что, по крайней мере, между одной из перегородок и втулкой установлено подвижное уплотнение.