Газотурбінна установка з турбінами високого і низького тиску протилежного обертання

Номер патенту: 95608

Опубліковано: 25.08.2011

Автори: Гімбар Жан-Мішель, Марте Рено, Шварц Ерік

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Газотурбінна установка, яка містить турбіну (40) високого тиску (HP), турбіну (50) низького тиску (ВР), що містить велику кількість робочих коліс (56), які поперемінно розміщені з напрямними апаратами (52), при цьому робочі колеса турбіни низького тиску обертаються в напрямі, протилежному напряму обертання робочого колеса турбіни високого тиску, розміщуваний між турбінами картер (60) з внутрішньою (62) і зовнішньою стінками (64) картера, які обмежують канал проходження потоку між турбінами високого тиску і низького тиску, і поперечкою (68), яка проходить в каналі між внутрішньою і зовнішньою стінками картера, яка відрізняється тим, що поперечкам (68) розміщуваного між турбінами картера (60) надана обтічна форма, а розміщуваний між турбінами картер (60) виконаний із здатністю сполучатися з виходом турбіни (40) високого тиску (HP) безпосередньо за допомогою першого рухомого колеса (56) турбіни (50) низького тиску (ВР) так, що струмінь не відхиляється між виходом турбіни (40) високого тиску (HP) та першим рухомим колесом (56) турбіни (50) низького тиску (ВР).

2. Газотурбінна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що турбіна (40) високого тиску (HP) призначена для подачі вихрового потоку газів в розміщуваний між турбінами картер (60).

3. Газотурбінна установка за п. 2, яка відрізняється тим, що загальний напрям газового потоку на виході з турбіни (40) високого тиску (HP) відносно осьового напряму турбіни утворює кут, який дорівнює щонайменше 20°.

4. Газотурбінний двигун з турбіною за будь-яким з пп. 1-3.

Текст

1. Газотурбінна установка, яка містить турбіну (40) високого тиску (HP), турбіну (50) низького тиску (ВР), що містить велику кількість робочих коліс (56), які поперемінно розміщені з напрямними апаратами (52), при цьому робочі колеса турбіни низького тиску обертаються в напрямі, протилежному напряму обертання робочого колеса турбіни високого тиску, розміщуваний між турбінами картер (60) з внутрішньою (62) і зовнішньою стінками C2 2 95608 1 3 ся відповідно в своїх корпусах, може розміщуватися проміжний картер (або розміщуваний між турбінами картер). Проміжний картер містить внутрішню і зовнішню стінки, які обмежують газоповітряний тракт, в якому між турбінами високого тиску і низького тиску переміщується потік, а також поперечка, витягнута між внутрішньою і зовнішньою стінками. Така конструкція схемно представлена на фіг. 1. Турбіна 10 високого тиску містить напрямний апарат 12, в який з камери згоряння подається потік первинного повітря і який випрямляє його для використовування на робочому колесі 16, що обертається в напрямі, позначеному стрілкою F1. Турбіна 20 низького тиску містить декілька ступенів, кожна з яких містить напрямний апарат 22 1, 222…22n і робоче колесо 261, 262…26n, при цьому робочі колеса обертаються у напрямі (позначено стрілкою F2), протилежному напряму обертання робочого колеса 16. Розміщуваний між турбінами картер 30 встановлюється між турбінами 10 і 20 і містить поперечку 32, які розташовуються в каналі проходження потоку, при цьому поперечка 32 має обтічну форму для мінімізації аеродинамічних втрат. Проте наявність розміщуваного між турбінами картера є причиною виникнення втрати тиску, що призводить до зниження робочих характеристик турбіни в цілому. Як це схемно показано на фіг. 2, запропоновано виключити вихідну напрямну лопатку ступені, встановлюваної на вході в турбіну низького тиску, і передати функцію вихідної напрямної лопатки розміщуваному між турбінами картеру 36. Таким чином, поперечка 38 розміщуваного між турбінами картера набуває профіль вихідних напрямних лопаток. Разом з тим продовжує спостерігатися зниження робочих характеристик у порівнянні з конструкцією, що не має розміщуваного між турбінами картера. Дійсно, кожна поперечка випробовує більшу напругу (довжина хорди і сумарний момент обертання), що, таким чином, приводить до великих втрат тиску, ніж у звичайному напрямному апараті першої ступеня турбіни низького тиску. Задачею даного винаходу є створення конструкції турбін високого тиску і низького тиску протилежного обертання з розміщуваним між турбінами картером, що дозволяє оптимізувати співвідношення аеродинамічних характеристик турбіни, а також маси і вартості. Поставлена задача вирішується шляхом створення газотурбінної установки, що містить турбіну високого тиску (HP); турбіну низького тиску (ВР), що містить декілька робочих коліс, що чергуються з напрямними апаратами, при цьому робочі колеса турбіни низького тиску обертаються у напрямі, протилежному напряму обертання робочого колеса турбіни високого тиску; розміщуваний між турбінами картер, який містить внутрішню і зовнішню стінки картера, які обмежують канал для проходження потоку між турбінами високого тиску і низького тиску, і поперечка, витягнута в каналі для проходження потоку між внутрішньою і зовнішньою стінками картера, при цьому в турбіні відсутній напрямний апарат або пристрій, що забезпечує функцію випрямляння потоку між виходом з турбі 95608 4 ни високого тиску і першим робочим колесом турбіни низького тиску. Таким чином, шляхом виключення напрямного апарата першого ступеня турбіни низького тиску, розміщуваний між турбінами картер одержує тільки конструктивну роль, при цьому виключається роль випрямляння потоку. Відсутність випрямляння потоку на першому ступені турбіни низького тиску приводить, безумовно, до погіршення розподілу навантаження на турбіні низького тиску у порівнянні з відомими конструкціями, але дане погіршення компенсується зменшенням кількості лопаток. Дійсно, поперечка на рівні розміщуваного між турбінами картера, що не виконує функцію випрямляння потоку, представлена в обмеженій кількості, достатній для забезпечення конструктивного призначення картера. Крім того, даний тип поперечки, що не проводить випрямляння, приводить до менших втрат тиску, ніж поперечка, що має випрямний профіль, при цьому вторинні явища, а також втрати, обумовлені профілем, істотно понижені. Крім того, робоче колесо першого ступеня турбіни низького тиску, на яке подається невипрямлений потік, щонайменше змінить напрям потоку і зможе мати обмежену кількість лопаток. До цього додається повне виключення напрямного апарата на вході в турбіну низького тиску. Зменшення кількості лопаток виражається також в істотному зниженні маси і вартості. Переважно для досягнення хорошого балансу робочих характеристик турбіна високого тиску забезпечує подачу вихрового потоку у розміщуваний між турбінами картер, при цьому загальний напрямок потоку на виході з турбіни високого тиску утворює кут не менше 20° відносно осьового напрямку турбіни щонайменше для функціональних точок, в яких вимагається добитися якнайкращих робочих характеристик. Винахід також стосується газотурбінного двигуна з турбіною, яка визначена вище. Винахід стане більш зрозумілим з приведеного нижче опису, який носить ілюстративний, але не обмежувальний характер, з посиланнями на прикладені креслення, на яких: фіг. 1 і 2 - схемно зображають відомі конструкції турбін високого тиску і низького тиску протилежного обертання; фіг. 3 - схемно зображає газотурбінний двигун, згідно з винаходом; фіг. 4 - схемно зображає конструкцію турбін високого тиску і низького тиску протилежного обертання, згідно з винаходом; фіг. 5 - осьовий розріз конструкції, яка включає турбіну високого тиску, розміщуваний між турбінами картер і турбіну низького тиску, згідно з винаходом. Даний винахід, зокрема, застосовується у встановлюваних на літаках газотурбінних двигунах. Такий двигун (фіг. 3), містить (якщо слідувати від передньої частини до задньої у напрямі руху потоку газів) розташований на вході двигуна вентилятор 1, компресор 2, камеру 3 згоряння, турбіну 4 високого тиску (HP) і турбіну 5 низького тиску (ВР). Турбіни високого тиску (HP) і низького тиску 5 (ВР) сполучені з компресором і вентилятором за допомогою співвісних валів. Конструкція згідно з винаходом, яка включає сукупність турбіни високого тиску, розміщеного між турбінами картера і турбінами низького тиску, схемно зображена на фіг. 4 і на фіг. 5. В цих прикладах турбіна 40 високого тиску містить ступінь турбіни з напрямним апаратом 42 турбіни, в який з камери згоряння (не показана) подається потік первинного повітря, і робоче колесо 46, відразу після якого газовий потік подається на вихід з турбіни високого тиску. Напрямний апарат 42 містить нерухомі лопатки 43, розміщувані в порожнині, обмеженій внутрішньою 44 і зовнішньою 45 платформами, при цьому порожнина утворює газоповітряний тракт для подачі потоку газів у турбіну. Робоче колесо 46 містить лопатки 47, які обертаються в порожнині, утворюваній зовнішнім кільцем 48 турбіни. Робоче колесо 46 обертається навколо осі 49 турбіни і сполучене з валом турбіни (не показаний). Турбіна низького тиску містить декілька ступенів турбіни. Перший ступінь (або самий передній ступінь) містить робоче колесо 56і, перед яким не розташовується встановлюваний на вході у турбіну низького тиску напрямний апарат, тоді як кожен наступний ступінь містить напрямний апарат 422…52n, і робоче колесо 562…56n, де n -загальне число більше двох, яке, переважно щонайменше, дорівнює трьом. У прикладі на фіг. 5 кількість ступенів турбіни низького тиску з робочими колесами 561, 562, 563 і напрямними апаратами 562, 563 дорівнює трьом. Робочі колеса турбіни низького тиску обертаються навколо осі 49 у напрямі, протилежному напряму обертання робочого колеса 46, і сполучені з валом турбіни (не показаний). Кожний напрямний апарат турбіни низького тиску, наприклад, 522, містить лопатки 532, які розташовуються у просторі, обмеженому внутрішнім 542 і зовнішнім 552 кільцями напрямного апарата. Кожне робоче колесо турбіни низького тиску, наприклад, 562, містить лопатки 572, які обертаються в просторі, утвореному зовнішнім кільцем 582 турбіни. Розміщуваний між турбінами картер 60, що має тільки конструктивну функцію, поміщається 95608 6 між турбінами високого тиску і низького тиску. Картер 60 містить конструктивні елементи внутрішнього 61 і зовнішнього 63 картера, що утримують внутрішню 62 і зовнішню 64 стінки, які обмежують канал 66 проходження потоку газів між турбінами високого тиску і низького тиску. Конструктивно поперечки 68 розташовуються впоперек потоку, витягнуті на всю ширину каналу 66 від стінки 62 до стінки 64, і сполучені з ними. Поперечки 68 мають обтічну форму для мінімізації аеродинамічних втрат в каналі, але не спрофільовані для виконання функції випрямляння потоку, як це показано на фіг. 2. Таким чином, кількість поперечок може бути обмежена кількістю, достатньою для забезпечення необхідного конструктивного призначення. Слід зазначити, що конструктивний елемент зовнішнього картера 63 сполучений із зовнішніми конструктивними елементами 41, 51 картера турбін високого тиску і низького тиску. Завдяки конструкції, згідно з винаходом, переднє робоче колесо 561 турбіни низького тиску піддається меншій напрузі. Воно може бути виготовлене з обмеженою кількістю лопаток. Для компенсації слабкої напруги робочого колеса 561 передбачена більш висока напруга коліс 562, 563 у порівнянні із звичайною конструкцією з напрямним апаратом, встановлюваним перед першим робочим колесом турбіни низького тиску. Для отримання хорошої рівноваги робочих характеристик на рівні робочого колеса 561 бажано додати газовому потоку, що витікає з турбіни високого тиску, достатньо сильне обертання навколо осі 49. Переважно, щоб кут між загальним напрямом потоку газів, що витікає з турбіни високого тиску, і віссю 49, залежно від робочого колеса 46, складав щонайменше 20°, наприклад від 20° до 45°. Не дивлячись на відсутність напрямного апарата на вході у турбіну низького тиску і зважаючи на цей нерівномірний розподіл напруженості між робочими колесами турбіни низького тиску, економія, що виражається у співвідношенні маси і вартості з кількістю лопаток, дозволяє добитися в цілому позитивного у порівнянні з досягнутим рівнем техніки балансу робочих характеристик. 7 95608 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95608 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Gas turbine with contrarotating hp and lp turbines

Автори англійською

Guimbard, Jean-Michel, Marte Renaud, Schwartz Eric

Назва патенту російською

Газотурбинная установка с турбинами высокого и низкого давления противоположного вращения

Автори російською

Гимбар Жан-Мишель, Марте Рено, Шварц Эрик

МПК / Мітки

МПК: F02C 1/00, F02C 3/073, F02C 3/00, F01D 1/24

Мітки: низького, газотурбінна, установка, обертання, протилежного, турбінами, тиску, високого

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/5-95608-gazoturbinna-ustanovka-z-turbinami-visokogo-i-nizkogo-tisku-protilezhnogo-obertannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Газотурбінна установка з турбінами високого і низького тиску протилежного обертання</a>

Подібні патенти