Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора
Газотурбинный двигатель выполнен с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора. С внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора. Лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно. Дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности двигателя путем исключения паразитных утечек газа из газового кольцевого канала винтовентилятора. 5 ил.
Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного применения с задним расположением открытого (некапотированного) винтовентилятора.
Известен газотурбинный винтовентиляторный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора, в котором выходное сопло газогенератора расположено на входе в винтовентилятор, а для снижения температуры истекающего из сопла газа используются форсунки для подачи распыленной воды (Авторское свидетельство №1760964, F02C 7/00, 1989 г.).
Недостатком такой конструкции является необходимость применения воды, имеющей значительную массу.
Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора и с кольцевым газовым каналом, в котором хвостовики лопастей винтовентилятора размещены в полых стойках, внутренние полости которых подключены к компрессору (Авторское свидетельство №1407153, F02C 3/067, 1986 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность и экономичность из-за паразитных утечек протекающего по газовому каналу газа - через уплотнения между статором и передним ротором винтовентилятора, а также между передним и задним роторами винтовентилятора, что приводит к потере тяги двигателя и к нагреву лопастей винтовентилятора.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности двигателя путем исключения паразитных утечек газа из газового кольцевого канала винтовентилятора.
Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора согласно изобретению с внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора, причем лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно, а дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади.
Выполнение с внешней стороны от газового канала винтовентилятора воздушной полости, соединенной на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора позволяет исключить паразитные утечки газа из газового канала в атмосферу, что позволяет повысить экономичность газотурбинного двигателя и исключить подогрев лопастей винтовентилятора паразитными утечками газа, повышая таким образом надежность двигателя.
Соединение кольцевой воздушной полости на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора позволяет минимизировать ухудшение экономичности и потери тяги газотурбинного двигателя из-за отборов воздуха, так как работа на сжатие воздуха в первой ступени компрессора является минимальной по сравнению с любой другой ступенью компрессора. При этом давление воздуха за первой ступенью компрессора выше, чем давление газа в газовом канале винтовентилятора, что исключает паразитные утечки из газового канала.
Соединение кольцевой воздушной полости на выходе с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, каждое из которых в свою очередь на выходе соединено с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора, позволяет на режимах полета, например на крейсерском режиме, за счет скоростного напора набегающего потока воздуха и его торможения в кольцевых воздухозаборниках минимизировать перепад давления на лабиринтах и таким образом уменьшить паразитные утечки через лабиринт в атмосферу из-за первой ступени компрессора, повышая таким образом экономичность газотурбинного двигателя.
Соединение кольцевой воздушной полости на выходе с атмосферой через расположенное в заднем конусе втулки винтовентилятора дополнительное сопло с возможностью периодического регулирования проходной площади этого сопла позволяет поддерживать необходимый уровень давления воздуха в кольцевой воздушной полости независимо от увеличения радиального зазора в лабиринтных уплотнениях.
На фиг.1 показан продольный разрез заявляемого газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1. На фиг.3 представлен элемент II на фиг.1, на фиг.4 - элемент III на фиг.1. На фиг.5 показан элемент IV на фиг.1.
Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора 1 состоит из газогенератора 2 с воздухозаборником газогенератора 3, двухкаскадным компрессором 4, камерой сгорания 5 и турбиной 6, а также из винтовентилятора 7 с редуктором 8, передним ротором 9 винтовентилятора 1 и с задним ротором 10 винтовентилятора 1.
Поток газа 11 из газогенератора 2 поступает в кольцевой газовый канал 12 винтовентилятора 7, ограниченный с внутренней стороны воздушной полостью 13 втулки 14 винтовентилятора 1, а с внешней стороны - воздушной кольцевой воздушной полостью 15, соединенной трубопроводами 16 на входе 17 с выходом 18 из первой 19 ступени двухкаскадного компрессора 4.
На выходе кольцевая воздушная полость 15 соединяется с атмосферой 20 через размещенное перед передним ротором винтовентилятора 9 переднее лабиринтное уплотнение 21, которое в свою очередь на выходе 22 соединено с направленным против потока набегающего воздуха дополнительным передним кольцевым воздухозаборником 23, размещенным перед передним ротором 9, а также через размещенное перед задним ротором винтовентилятора 10 заднее лабиринтное уплотнение 24, соединенное в свою очередь на выходе 25 с дополнительным направленным против потока набегающего воздуха задним кольцевым воздухозаборником 26.
Также кольцевая воздушная полость 15 на выходе через внутренние полости 27 и 28 полых стоек 29 и 30 с хвостовиками 31 и 32 передних 33 и задних 34 лопастей 7 винтовентилятора 1 соединена с воздушной полостью 13 втулки 14 винтовентилятора 1 и далее через дополнительное сопло 35 - с атмосферой 20.
Для периодического регулирования проходной площади дополнительного сопла Fдоп дополнительное сопло 35 снабжено жиклерной шайбой 36, зафиксированной упругим кольцом 37.
Газовый канал 12 уплотнен от внутренней воздушной полости 13 втулки 14 передним и задним внутренними лабиринтными уплотнениями 38 и 39, а от кольцевой воздушной полости 15 - передним и задним внешними лабиринтными уплотнениями 40 и 41. На выходе газовый канал 12 заканчивается основным соплом 42. Позицией 43 показано направление полета, а позицией 44 - поток набегающего атмосферного воздуха.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 на крейсерском режиме поток набегающего атмосферного воздуха 44 создает в воздухозаборнике 3 газогенератора 2 повышенное давление, что приводит к повышению давления потока газа 11 в кольцевом газовом канале 12 и во внешней кольцевой воздушной полости 15, что могло бы привести к повышению паразитных утечек воздуха через переднее 21 и заднее 24 лабиринтные уплотнения и к ухудшению экономичности двигателя 1. Однако этого не происходит, так как в дополнительных кольцевых водозаборниках 23 и 26 набегающий поток атмосферного воздуха 44 также создает повышенное давление воздуха на выходе 22 из лабиринтного уплотнения 21 и на выходе 25 из лабиринтного уплотнения 24, что приводит к снижению паразитных утечек.
В процессе эксплуатации двигателя 1 происходит износ лабиринтных уплотнений 21 и 24, что могло бы привести к снижению давления охлаждающего воздуха в воздушной полости 13 втулки винтовентилятора 14 и в кольцевой полости 15 и к поступлению в них газа из газового канала 12, что ведет к перегреву втулки 14 и лопастей 33 и 34 винтовентилятора 1. Однако этого не происходит, так как периодическая, во время регламентных работ, регулировка проходной площади Fдоп. дополнительного сопла 35 путем замены жиклерной шайбы 36 позволяет поддерживать давление охлаждающего воздуха в воздушных полостях 13 и 15.
Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора с газогенератором и газовым каналом во втулке винтовентилятора на выходе из газогенератора, а также с размещенными в полых стойках хвостовиками лопастей винтовентилятора, отличающийся тем, что с внешней стороны от газового канала выполнена кольцевая воздушная полость, соединенная на входе с выходом из первой ступени компрессора газогенератора, а на выходе - с атмосферой через размещенные перед роторами винтовентилятора переднее и заднее лабиринтные уплотнения, а также через стойки и дополнительное сопло в заднем конусе втулки винтовентилятора, причем лабиринтные уплотнения соединены на выходе с направленными против потока набегающего воздуха дополнительными кольцевыми передним и задним воздухозаборниками, расположенными на втулке перед передним и перед задним роторами винтовентилятора соответственно, а дополнительное сопло выполнено с возможностью регулирования его проходной площади.
