Газотурбінний двигун, наприклад авіаційний турбореактивний двигун

1. Газотурбінний двигун, що містить лопаткове колесо (14) з лопатками, виконаними порожнистими й охолоджуваними зсередини за допомогою примусової циркуляції охолоджуючого повітря, при цьому кожна лопатка (22) встановлена на периферії диска ротора, причому в даному типі двигуна з диском ротора з'єднано диск-лабіринт (52), з утворенням контуру подачі охолоджуючого повітря, що сполучається з порожнинами (48) циркуляції повітря, які виконані в лопатках, і відкриває біля основи ніжок (44) лопаток, які з'єднані із диском ротора, диск-лабіринт, пристосований для спрямування повітря по каналах до цих ніжок лопаток, який відрізняється тим, що між зовнішнім краєм дискалабіринту й диском ротора додатково вставлений кільцевий стопорний фланець (70, 70а), який є окремою частиною щодо диска-лабіринту (52), причому зазначений кільцевий стопорний фланець (70, 70а) простягається між зовнішнім кільцевим C2 2 (19) 1 3 89156 4 Класичний турбореактивний двигун містить контура подачі охолоджуючого повітря, що сполудекілька турбін і, зокрема, турбіну високого тиску, чається з порожнинами циркуляції повітря, які вив якій лопаткове колесо виконано за кільцевим конано в лопатках, і який відкриває в основі ніжок виходом камери згоряння, куди безперервно вприлопаток, сполучених з диском ротора, дискскується паливо і нагнітається повітря під тиском лабіринт, який направляє повітря до цих ніжок лодля підтримки горіння. Лопаткове колесо дозволяє паток, який відрізняється тим, що між зовнішнім приводити до обертання повітряному компресору, краєм диска-лабіринту і диском ротора вставляють що забезпечує подачу повітря безпосередньо в кільцевий стопорний фланець, що містить стопоркамеру згоряння. ний заплечик, який утворює зовнішній кільцевий Лопатки колеса повинні охолоджуватися. Для захват, в який заходить зовнішній край зазначеноцього, як відомо, використовують порожнисті лого диска-лабіринту, і опорний заплечик, який утвопатки. Кожна лопатка містить порожнину, всерерює внутрішній кільцевий захват, що заходить в дині якої підтримують примусову циркуляцію охоосьову окружну виїмку зазначеного диска ротора, лоджуючого повітря. Частина повітря, що подаєтьпричому зазначений стопорний фланець містить ся компресором, огинає камеру згоряння, канали для підведення потоку повітря до ніжок потрапляє в лопатки і викидається з них за лопатлопаток. кове колесо в потік робочих газів. Стопорний фланець містить отвори, що знаЛопаткове колесо складається з диска, що ходяться навпроти гнізд, виконаних по периферії обертається, що також називається диском ротодиска ротора і призначених для встановлення ніра, який з'єднано з привідним валом компресора. жок лопаток. Лопатки встановлюють в гнізда, які виконано на Переважно диск-лабіринт встановлюють з попериферії диска, що обертається. Звичайно пропереднім осьовим напруженням в положенні пефіль такого гнізда називають «ялинкою», і кожна риферичної опори на стопорний фланець. лопатка містить потовщення, яке називається «ніДаний винахід і його інші переваги будуть жкою лопатки», форма якої відповідає формі гнізбільш очевидні з нижченаведеного, представленода і яку вставляють в це гніздо. Між дном гнізда і го виключно як приклад, опису газотурбінного двиніжкою лопатки залишають канал. Порожнина, яка гуна, виконаного згідно з винаходом, з посиланнявиконана в лопатці, сполучається з цим каналом. ми на додані фігури креслень, в числі яких: Для того, щоб повітря надходило в канали, як Фіг.1 зображує частковий схематичний вид тувідомо, з диском, що обертається, з'єднують диск, рбореактивного двигуна згідно з даним винаходом, який називається «лабіринтом». Останній встанозокрема, що містить турбіну високого тиску і сисвлюють навпроти однієї сторони диска, що обертему її охолоджування. тається, і він виконаний з можливістю направлення Фіг.2 - вид в збільшеному масштабі фрагмента частини повітря, що подається компресором, до Фіг.1. каналів під ніжками лопаток. Фіг.3 представляє часткове зображення в роВідомий спосіб жорсткого з'єднання дисказібраному вигляді в перспективі з боку стрілки ІІІ лабіринту з диском ротора поблизу ніжок лопаток Фіг.2. за допомогою кулачкових з'єднань, що ускладнює Фіг.4 представляє схему взаємодій між частивиготовлення обох дисків. Дійсно, механічна обронами, з'єднаними згідно з даним винаходом. бка кулачків з видаленням задирок є тривалою і Фіг.5 - вигляд варіанту виконання, аналогічний дорогою операцією. Крім того, бажано, наскільки Фіг.2. можливо, уникати будь-яких геометричних форм Всі показані на кресленнях деталі є асиметрималого радіусу або таких, що містять розриви, що чними відносно вісі Y'-Y, причому для рухомих є причиною концентрації напружень, що знижують деталей ця вісь є віссю обертання. Зокрема, на термін служби деталі. Зокрема, ця вимога особлиФіг.1-3 показана частина турбореактивного двигуво актуально для кулачків. на 11 і, зокрема, турбіна 12 високого тиску, яка В патенті США 6 540 477 описано монтаж дисз'єднана з кільцевою камерою згоряння 16. В оска-лабіринту з периферичною опорою на диск, що новному турбіна містить лопаткове колесо 14, що обертається, але таке рішення, що не використоприводиться в обертання за рахунок дії газів, що вує кулачкового з'єднання, не дозволяє уникнути виходять з камери згоряння 16. Кільцевий вихід 18 деформації диска-лабіринту під одночасною дією цієї камери оснащений нерухомими лопатками 20, відцентрової сили і тепла, яка може призвести до які направляють гази до лопаток 22 зазначеного витоку повітря і втрати ефективності системи охолопаткового колеса. В дні камери згоряння 16 кілоджування. льцеподібно встановлені форсунки 26. Камера Даний винахід пропонує вирішення всіх цих встановлена всередині кільцевого картера 28, що проблем за допомогою монтажу без кулачкового містить кільце повітрозабірних отворів 30, в які під з'єднання і дозволяє протистояти деформації дистиском надходить повітря від компресора (не пока-лабіринту. казаний на кресленнях), що обертається порожниЗокрема, даний винахід відноситься до газостим валом 34 з віссю Y'-Y, на якому встановлено турбінного двигуна, що містить лопаткове колесо з лопаткове колесо 14. Основна частина повітря під лопатками, які виконано порожнистими і охолотиском, що надходить в картер 28, потрапляє в джуваними зсередини за допомогою примусової камеру згоряння, де вона забезпечує процес гоциркуляції охолоджуючого повітря, при цьому кожріння. ну лопатку встановлюють на периферії диска роЛопаткове колесо 14 містить диск 36 ротора, тора, при цьому в даному типі двигуна з диском закріплений на валу 34 за допомогою болтів 38. ротора з'єднують диск-лабіринт, з формуванням По своїй зовнішній периферії цей диск містить по 5 89156 6 довжені гнізда 40 з постійним поперечним перерікільцевий захват 75, що заходить в осьову окружзом, відомий з попереднього рівня профіль яких ну виїмку 76 диска 36 ротора. Крім того, стопорний називають «ялинкою». Ці гнізда рівномірно розпофланець містить канали для проходження потоку ділені в окружному напрямку по периферії диска повітря до ніжок лопаток. Зокрема, стопорний 36 ротора. В гнізда встановлюють лопатки 22. Для фланець містить отвори 78, що знаходяться нацього кожна лопатка містить потовщення або ніжку впроти кінців гнізд 40, виконаних по периферії дис44 лопатки, профіль якої відповідає профілю радіка ротора і призначених для установки зазначених ально зовнішньої частини гнізда, в якому встановніжок лопаток відповідно. Установку стопорного люють цю ніжку лопатки. Проте, між дном кожного фланця 70 щодо диска 36 ротора здійснюють так, гнізда і встановленої в ньому ніжкою 44 лопатки щоб отвори 78 знаходилися в продовженні гнізд. залишається канал. Як буде показано нижче, каКрім того, краще, щоб кожний отвір 78, виконаний нали 46 призначені для проходження повітря, що в стопорному фланці 70, мав контур, аналогічний охолоджує лопатки, які знаходяться навпроти кіконтуру поперечного перерізу каналу 46, утворельцевого виходу 18 камери згоряння 16. ного в гнізді, що знаходиться навпроти, під відпоЯк відомо, кожна лопатка містить порожнину відною ніжкою лопатки. Ця відмітна ознака проі48, всередині якої підтримують примусову циркулюстрована на Фіг.3. Завдяки такій конструкції ляцію охолоджуючого повітря, що надходить з уникають втрати напору в цій частині контуру повікартера 28. Таким чином, частина повітря, що натряного потоку. гнітається компресором, огинає камеру згоряння Як видно зі схеми на Фіг.4, відцентрова сила В, 16 і циркулює всередині лопаток 22, після чого яка діє через диск-лабіринт на стопорний фланець викидається з них в основному через отвори, вив опорній точці, що знаходиться на заплечику 72, конані вздовж задніх кромок лопаток. Повітря, що створює протидію А в опорній точці, що знаховикидається, змішується з потоком робочих газів, диться на заплечику 74. Якщо g є осьовим зсувом який проходить через лопаткове колесо 14, приміж А і В, то момент gА породжує зусилля f радіачому цей потік прямує до іншої турбіни, не показально зовнішній частині стопорного диска, направної на кресленнях. Кожна порожнина 48, призналене у бік диска 36 ротора, при цьому f=Ag/L, де L чена для циркуляції повітря, сполучається біля є радіальною відстанню між заплечиком 74 і опороснови ніжки 44 лопатки з вищезазначеним кананою точкою зусилля f. Таким чином, зусилля f долом 46. На виході лопаткового колеса кінці гнізд (і, зволяє перешкодити витоку повітря між диском отже, канали 46) перекриті кільцевим фланцем 50. ротора і стопорним фланцем, збільшуючи опорне Попереду на диску 36 ротора закріплюють дискзусилля стопорного фланця на диск ротора. лабіринт 52, який обмежує разом з ним контур Крім того, диск-лабіринт 52 встановлюють з подачі охолоджуючого повітря, що сполучається з попереднім напруженням в положенні периферичсукупністю каналів 46, що знаходяться під ніжками ної опори на стопорний фланець 70. У разі потрелопаток. би, може бути встановлена прокладка 80 між дисДиск-лабіринт 52 з'єднують з диском 36 ротора ком-лабіринтом і стопорним фланцем в зоні і з валом 34 за допомогою цього ж набору болтів периферичної опори між краєм диска-лабіринту і 38. Він містить ребра 54 жорсткості, направлені у стопорним фланцем. Диск-лабіринт 58 містить бік диска ротора. Кільцеві зуби 56, 58, взаємодіючи периферичне потовщення для його установки в з відповідними кільцевими поверхнями 60, 62, вистопорному заплечику 72 стопорного фланця. конаними разом з картером 28, утворюють стики. У варіанті, показаному на Фіг.5, елементи Для забору частини повітря, що нагнітається в конструкції, аналогічні елементам варіанту викокартер 28, між рядком випускних отворів 6, виконання, показаного на Фіг.1-3, позначені тими ж наних в стінці картера, і рядком отворів впускань цифровими позиціями, і їх опис опускається. Цей 66, виконаних в стінці диска-лабіринту, встановваріант відрізняється тим, що стопорний фланець люють сопло 64 кільцевої конструкції. Таким чи70а продовжений радіально у внутрішню сторону ном, повітря під тиском безперервно нагнітається за межі опорного заплечика 74 навпроти дискав кільцевий простір, обмежений між дискомлабіринту 52. Він виконаний таким чином, що по лабіринтом і диском ротора. Цей кільцевий простір суті виявляється притиснутим до нервюрам 54 сполучається з каналами 46, як буде показано цього диска-лабіринту. Таким чином, більш чітко нижче. визначають контур потоку охолоджуючого повітря Згідно з відмітною ознакою даного винаходу вздовж диска-лабіринту 52 між нервюрами 54 між зовнішнім краєм 71 диска-лабіринту 52 і зазнаостаннього. ченим диском ротора 14 встановлюють кільцевий Під час роботи частина стисненого повітря, що стопорний фланець 70 для стабілізації положення нагнітається в картер 28, виходить через його зазначеного зовнішнього краю 71 диска-лабіринту, отвори 66 і прямує до порожнистих лопаток 22 коли останній має тенденцію до деформації під лопаткового колеса для їх охолоджування замість дією відцентрової сили і тепла. Для цього стопортого, щоб забезпечувати горіння в камері згоряння ний фланець 70 містить стопорний заплечик 72, 16. Стопорний фланець 70 або 70а утримує зовніякий утворює зовнішній кільцевий захват 71, в шній край диска-лабіринту і перешкоджає будьякий заходить зовнішній край диска-лабіринту, і якому витоку повітря по периферії дискаопорний заплечик 74, який утворює внутрішній лабіринту. 7 89156 8 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89156 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601