Газотурбінний двигун

Корисна модель належить до газотурбінних установок з турбіною, що приводить в рух компресор, призначеним для приводу генератора в енергетичних установках, і може знайти застосування в стаціонарних і пересувних електростанціях на промислових підприємствах, об’єктах комунального господарства, підприємствах газової, целюлозно-паперової і цукрової промисловості і судах. З рівня техніки відомий газотурбінний двигун, що містить вхідний пристрій для забирання повітря, компресор, що включає складений корпус і ротор, виконаний з відцентровою частиною, камеру згорання, турбіну, що включає складений корпус з сопловими апаратами і дисковий ротор кінематично пов’язаний з ротором компресора, редуктор із знижуючим передавальним відношенням для передачі крутного моменту до зовнішнього генератора і навісних агрегатів, газовідвід, силовий корпус і опори роторів компресора і турбіни [«Газотурбогенератор ГТГ100К» Техническое описание, К31108000 ТО-ЛУ, ОАО ИПП «Энергия», Кривой Рог, 1987, 74с, с.7-11, рис.1, 2, найбільш близький аналог – прототип]. Недоліком відомого газотурбінного двигуна є невисокий коефіцієнт корисної дії (ККД). Викликано це тим, що ротор компресора виконаний тільки з відцентровою частиною, що знижує ефективність перетворення механічної енергії турбіни двигуна в кінетичну енергію потоку повітря на виході компресора. Крім того, через те, що редуктор установлений з боку газовідводу і його привід здійснюється від кінцевої частини ротора турбіни в гарячій зоні, то частина теплової енергії йде на невиправданий нагрів редуктора, що також знижує ККД газотурбінного двигуна і скорочує ресурс редуктора. У основу корисної моделі поставлена технічна задача удосконалити газотурбінний двигун шляхом виконання ротора компресора з додатковою робочою частиною для ефективного перетворення механічної енергії турбіни двигуна в кінетичну енергію потоку повітря на виході компресора і шляхом виведення редуктора з гарячої зони двигуна в холодну для зниження теплових втрат. Технічний результат, який досягається при рішенні поставленої технічної задачі і використанні вдосконаленого газотурбінного двигуна полягає в підвищенні його ККД. Технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в газотурбінному двигуні, що містить вхідний пристрій для забирання повітря, компресор, що включає складений корпус і ротор, виконаний з відцентровою частиною, камеру згорання, турбіну, що включає складений корпус з сопловими апаратами і дисковий ротор кінематично пов’язаний з ротором компресора, редуктор із знижуючим передавальним відношенням для передачі крутного моменту до зовнішнього генератора і навісних агрегатів, газовідвід, силовий корпус і опори роторів компресора і турбіни, згідно корисної моделі, компресор виконаний вісевідцентровим, при цьому його складений корпус виконаний з внутрішніми регульованими направляючими лопатками, а його ротор виконаний з осьовою частиною, що складається з набору дисків із зовнішніми робочими лопатками, розташованими між направляючими лопатками корпусу, причому редуктор встановлений з боку вхідного пристрою і сполучений з передньою частиною ротора компресора за допомогою ресори, а ротор турбіни з’єднаний з ротором компресора за допомогою лабіринтового диска і болтових з’єднань. Приведені ознаки, які характеризують корисну модель, є суттєвими, оскільки в сукупності достатні для забезпечення працездатності і рішення поставленої технічної задачі, а кожен окремо необхідний для ідентифікації і відмінності заявленого газотурбінного двигуна від відомих в техніці аналогічних технічних рішень. Причинно-наслідковий зв’язок відмітних ознак при їх взаємодії з відомими ознаками в досягненні очікуваного технічного результату, обумовленого поставленою технічною задачею, полягає в наступному. Виконання компресора вісевідцентровим, в якому складений корпус виконаний з внутрішніми регульованими направляючими лопатками, а його ротор виконаний з осьовою частиною, що складається з набору дисків із зовнішніми робочими лопатками, розташованими між направляючими лопатками корпусу, забезпечує ефективне перетворення механічної енергії турбіни двигуна в кінетичну енергію потоку повітря на виході компресора, що суттєво підвищує ККД газотурбінного двигуна. Установка редуктора з боку вхідного пристрою і його з’єднання з передньою частиною ротора компресора за допомогою ресори, тобто його розташування в практично холодній зоні, забезпечує зниження втрат теплової енергії і виключає невиправданий нагрів редуктора, що також підвищує ККД і додатково знижує теплове навантаження на редуктор і суттєво підвищує його ресурс і надійність. При цьому з’єднання редуктора з передньою частиною ротора компресора забезпечує їх надійний кінематичний зв’язок в згаданій холодній зоні. У зв’язку з тим, що ротор турбіни з’єднаний з ротором компресора за допомогою лабіринтового диска І болтових з’єднань, забезпечується надійне їх з’єднання в єдиний блок строго по осі газотурбінного двигуна, внаслідок чого обертання ротора турбіни передається ротору компресора і досягається ефективне перетворення механічної енергії турбіни двигуна в кінетичну енергію потоку повітря на виході компресора. Газотурбінний двигун має і інші відмітні ознаки, які доповнюють і характеризують корисну модель в окремих випадках її виконання і використовуються для підвищення технічного результату. У газотурбінному двигуні, згідно корисної моделі, ресора виконана у вигляді двох внутрішніх півмуфт, виконаних із зовнішніми зубами і з’єднаних між собою порожнистим циліндроконічним торсіонним валом з кінцевими зовнішніми півмуфтами, виконаними з внутрішніми зубами, що знаходяться в зачепленні із зовнішніми зубами двох внутрішніх півмуфт, при цьому одна внутрішня півмуфта сполучена з передньою частиною ротора компресора, а інша внутрішня півмуфта сполучена з ведучим валом редуктора. Таке виконання ресори забезпечує надійну передачу крутного моменту від ротора компресора до ведучого валу редуктора, у тому числі і при їх допустимій неспіввісності. З рівня техніки заявник не виявив рішення, співпадаючі з сукупністю загальних І відмітних суттєвих ознак вдосконаленого газотурбінного двигуна, внаслідок чого можна зробити висновок, що технічне рішення, що заявляється, не є частиною рівня техніки і відповідає критерію корисної моделі «новизна». Надалі корисна модель пояснюється докладним описом прикладу її виконання з посиланнями на креслення, що додається, на якому зображений газотурбінний двигун, загальний вигляд, подовжній розріз. Газотурбінний двигун містить (дивись креслення) вхідний пристрій 10 для забирання повітря, компресор 20, що включає складений корпус 21 і ротор 22, виконаний з відцентровою частиною 23, камеру згорання 30, турбіну 40, що включає складений корпус 41 з сопловими апаратами 42 і дисковий ротор 43 кінематично пов’язаний з ротором 22 компресора 20, редуктор 50 із знижуючим передавальним відношенням для передачі крутного моменту до зовнішнього генератора і навісних агрегатів, газовідвід 60, силовий корпус 70 і опори 80, 90 роторів 22, 43 компресора 20 і турбіни 40. На дисковому роторі 43 встановлені зовнішні робочі лопатки 44, розташовані між внутрішніми регульованими направляючими лопатками 45 соплового апарату 42 турбіни 40. Особливістю конструкції газотурбінного двигуна є те, що компресор 20 виконаний вісевідцентровим, при цьому його складений корпус 21 виконаний з внутрішніми регульованими направляючими лопатками 24, а його ротор 22 виконаний з осьовою частиною 25, що складається з набору дисків 26 із зовнішніми робочими лопатками 27, розташованими між направляючими лопатками 24 корпусу 21. Редуктор 50 встановлений з боку вхідного пристрою 10 і з’єднаний з передньою частиною ротора 22 компресора 20 за допомогою ресори 100, а ротор 43 турбіни 40 пов’язаний з ротором 22 компресора 20 за допомогою лабіринтового диска 110 і болтових з’єднань 120. Ресора 100 виконана у вигляді двох внутрішніх півмуфт 101, 102, виконаних із зовнішніми зубами і сполучених між собою порожнистим циліндроконічним торсіонним валом 103 з кінцевими зовнішніми півмуфтами 104, 105, виконаними з внутрішніми зубами, що знаходяться в зачепленні із зовнішніми зубами двох внутрішніх півмуфт 101, 102, при цьому одна внутрішня півмуфта 101 з’єднана з передньою частиною ротора 22 компресора 20, а інша внутрішня півмуфта 102 з’єднана з ведучим валом 51 редуктора 50. Редуктор 50 через ведене колесо 52 передає підвищений крутний момент при зниженні оборотів з передавальним відношенням і=4,66 через еластичну муфту 130 і приєднувальну півмуфту 140 до зовнішнього генератора і навісних агрегатів (на кресленні не показані). Працює газотурбінний двигун таким чином. Повітря через вхідний пристрій 10 засмоктується дев’яти ступінчастою осьовою частиною 25 ротора 22 компресора 20, стискається в ній і поступає у відцентрову частину 23 ротора 22 компресора 20, де відбувається подальше стиснення і збільшення швидкості потоку повітря і його кінетичної енергії. Наявність осьової частини 25 забезпечує ефективне стиснення і збільшення швидкості потоку повітря і його кінетичної енергії на виході компресора 20, що суттєво підвищує ККД газотурбінного двигуна. З компресора 20 стисле повітря поступає в кільцевий дифузор (на кресленні не показаний), де відбувається його розширення, зниження швидкості і підвищення статичного тиску повітря, що подається в камеру згорання 30. У камері згорання 30 спалюється природний газ, що подається через колектор і форсунки. Частина повітря бере участь в згоранні палива, а решта охолоджує жарові труби камери згорання 30 і, змішуючись з продуктами згорання, утворює газ необхідної температури, енергія якого використовується в турбіні 40 двигуна. З камери згорання 30 газ поступає В триступінчату турбіну 40, і через сопловий апарат 42 корпусу 41 впливаючи на робочі лопатки 44, розкручує дисковий ротор 43 до необхідного числа оборотів, перетворюючи теплову енергію гарячих газів, що розширюються, і тиску в механічну роботу. На виході з турбіни 40 відпрацьовані гази через газовідвід 60 виводяться в атмосферу. Крутний момент від ротора 43 турбіни через лабіринтовий диск 110 і болтові з’єднання 120 передається ротору 22 компресора, і через ресору 100, редуктор 50, еластичну муфту 130 і приєднувальну півмуфту 140 валу зовнішнього генератора і навісним агрегатам (на кресленні не показані). При запуску газотурбінного двигуна в початковий момент розкручування роторів 22, 43 компресора 20 і турбіни 40 здійснюють валоповоротним пристроєм (на кресленні не показано), який при виході на нормальний режим роботи відключають. Приведені відомості підтверджують можливість промислового здійснення газотурбінного двигуна, що свідчить про Те, що пропоноване технічне рішення відповідає критерію корисної моделі «промислова придатність». Перелік позначень 10. вхідний пристрій 20. компресор 21. складений корпус компресора 22. ротор компресора 23. відцентрова частина ротора компресора 24. внутрішні регульовані направляючі лопатки складеного корпусу компресора 25. осьова частина ротора компресора 26. диски осьової частини ротора компресора 27. зовнішні робочі лопатки 30. камера згорання 40. турбіна 41. складений корпус турбіни 42. сопловий апарат корпусу турбіни 43. дисковий ротор турбіни 44. зовнішні робочі лопатки дискового ротора турбіни 45. внутрішні регульовані направляючі лопатки соплового апарату корпусу турбіни 50. редуктор 51. ведучий вал редуктора 52. ведене колесо редуктора 60. газовідвід 70. силовий корпус 80. опора ротора компресора 90. опора ротора турбіни 100. ресора 101. внутрішня півмуфта із зовнішніми зубами з боку ротора компресора 102. внутрішня півмуфта із зовнішніми зубами з боку ведучого валу редуктора 103. порожнистий циліндроконічний торсіонний вал 104. кінцева зовнішня півмуфта з внутрішніми зубами полого циліндроконічного торсіонного валу з боку ротора компресора 105. кінцева зовнішня півмуфта з внутрішніми зубами полого циліндроконічного торсіонного валу з боку ведучого валу редуктора 110. лабіринтовий диск 120. болтове з’єднання 130. еластична муфта 140. приєднувальна півмуфта