МАСЛЯНЫЙ КАРТЕР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована в конструкции масленого картера газотурбинного двигателя.
Известна конструкция масляного картера газотурбинного двигателя, который содержит концентрично расположенные наружную, внутреннюю и промежуточную кольцевые оболочки и лабиринтные уплотнения, одно из которых установлено между наружной и внутренней оболочками, а второе между промежуточной и внутренней. Между наружной и внутренней оболочками и уплотнениями образована полость, снабженная выходным каналом, расположенным между наружной и промежуточной оболочками (описание изобретения к патенту РФ №2486358, F02C 9/00, опубл. 27.06.2013. Бюл. №18).
В такой конструкции воздух попадает в кольцевую полость через лабиринтные уплотнения, тем самым, образуя встречное направление потоков, в результате чего в полости между наружной и внутренней оболочками образуются турбулентные вихри с поперечными и радиальными пульсациями скорости потока. В результате пульсаций возникает возбуждающая сила, которая приводит к колебаниям внешней оболочки, и возникновению повышенных напряжений, приводящих к снижению ее ресурса.
Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция масляного картера газотурбинного двигателя, содержащий концентрично расположенные наружную и внутреннюю кольцевые оболочки и лабиринт с верхним и нижним рядами гребешков, образующих с наружной кольцевой оболочкой верхнее лабиринтное уплотнение, а с внутренней - нижнее лабиринтное уплотнение, при этом между наружной, внутренней оболочками и лабиринтом образована полость, снабженная выходным каналом, расположенным между наружной и внутренней оболочками, а в лабиринте выполнен ряд отверстий, расположенных за верхним лабиринтным уплотнением (описание полезной модели №105680, F02C 7/06, опубл. 20.06.2011. Бюл. №7).
За верхним лабиринтным уплотнением в лабиринте выполнены три радиальных отверстия для выдува масла из полости между лабиринтом и валом двигателя. Наружная кольцевая оболочка состоит из цилиндрического участка переходящего вблизи корпуса заднего стоечного узла в наклонную диафрагму по периферии прикрепленную к нему.
Данная конструкция имеет следующие недостатки. В процессе работы двигателя из верхнего ряда отверстий в цапфе ротора вытекают струи воздуха, наддувающего верхнее лабиринтное уплотнение, которые обтекают торец и внешние поверхности корпуса масленого картера. Из-за срывного обтекания кольцевых ребер жесткости наружной оболочки, расположенных над верхним лабиринтным уплотнением, возникают пульсации потока, воздействующие на внешнюю поверхность наружной оболочки масляного картера, а в кольцевой полости между наружной, внутренней оболочками и лабиринтом образуются встречные потоки воздуха, поступающего через кольцевые зазоры лабиринтных уплотнений, на которые воздействуют три вращающиеся струи масловоздушной смеси, выдуваемой по нормали из полости под верхним лабиринтным уплотнением и ударяющие во внутреннюю поверхность наружной оболочки масленого картера. В результате взаимодействия воздушных потоков в указанной кольцевой полости образуются турбулентные вихри с поперечными и радиальными пульсациями скорости потоков, возбуждающие силу, проводящую к колебаниям наружную оболочку, которые взаимодействуют с колебаниями наружной оболочки от струй, вытекающих из отверстий в опорном кольце ротора. В результате возникают повышенные напряжения в наружной кольцевой оболочке, снижающие ее ресурс.
Задачей полезной модели является создание конструкции масляного картера газотурбинного двигателя, в которой обеспечивается организация попутных потоков, исключающих образование турбулентных вихрей в полости между наружной, внутренней оболочками и лабиринтом, способствующих образованию возбуждающей силы, и организуется безотрывное обтекание торца и внешней поверхности наружной оболочки.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижение уровня напряжений, возникающих в наружной оболочке масляного картера в процессе работы двигателя.
Указанный технический результат в предлагаемой полезной модели достигается путем:
- снижения уровня пульсаций потока с внутренней и внешней сторон наружной оболочки масленого картера за счет изменения направления движения потока воздуха из нижнего лабиринтного уплотнения в направлении, спутному потоку из верхнего лабиринтного уплотнения;
- исключения образования турбулентных вихрей способствующих образованию возбуждающей силы за счет того, что потоки не соударяются между собой, а преобразуются в попутные;
- уменьшения интенсивности отдельных струй масловоздушной смеси, поступающей во внутреннюю полость масленого картера;
- организации безотрывного обтекания торца и внешней поверхности наружной оболочки масленого картера;
- введения дополнительного жесткого осевого подкрепления масленого картера к корпусу заднего стоечного узла в зоне перехода его оболочки в диафрагму.
Технический результат достигается тем, что в масляном картере газотурбинного двигателя, содержащем концентрично расположенные наружную и внутреннюю кольцевые оболочки и лабиринт с верхним и нижним рядами гребешков, образующих с наружной кольцевой оболочкой верхнее лабиринтное уплотнение, а с внутренней - нижнее лабиринтное уплотнение, при этом между наружной, внутренней оболочками и лабиринтом образована полость, снабженная выходным каналом, расположенным между наружной и внутренней оболочками, а в лабиринте выполнен ряд отверстий, расположенных за верхним лабиринтным уплотнением, в отличие от известного, наружная оболочка снабжена обтекателем, установленным над верхним лабиринтным уплотнением, а лабиринт снабжен кольцевым выступом, расположенным за отверстиями для сброса масловоздушной смеси, при этом выступ и отверстия для сброса масловоздушной смеси наклонены к оси двигателя в направлении выходного канала.
Для дополнительного снижения колебаний наружной оболочки она может быть жестко соединена с корпусом заднего стоечного узла двигателя в зоне перехода ее цилиндрического участка в наклонную диафрагму.
Полезная модель поясняется чертежом (фиг.), на котором изображен продольный разрез предлагаемой конструкции масляного картера газотурбинного двигателя.
Масляный картер газотурбинного двигателя содержит две концентрично расположенные наружную 1 и внутреннюю 2 кольцевые оболочки, которые крепятся к корпусу 3 заднего стоечного узла двигателя, и лабиринт 4 с верхним 5 и нижним 6 рядами гребешков, закрепленный на валу 7 двигателя. Верхний 5 ряд гребешков образует с наружной 1 кольцевой оболочкой верхнее лабиринтное уплотнение 8, нижний ряд гребешков образует с внутренней 2 кольцевой оболочкой нижнее лабиринтное уплотнение 9. Между наружной 1 и внутренней 2 оболочками и лабиринтом 4 образована кольцевая полость 10, снабженная выходным каналом 11, расположенным между наружной 1 и внутренней 2 кольцевыми оболочками.
В лабиринте 4 за верхним лабиринтным уплотнением 8 выполнен ряд отверстий 12 для сброса масловоздушной смеси из полости 13, образованной между лабиринтом 4 и валом 7 двигателя. Отверстия 12 для сброса масловоздушной смеси могут иметь диаметр до 1 мм, а их количество составляет не менее трех, при условии обеспечения выдува из полости 13 масловоздушной смеси.
Лабиринт 4 за отверстиями 12 снабжен кольцевым выступом 14. При этом отверстия 12 и кольцевой выступ 14 выполнены наклонными к оси двигателя в направлении выходного канала 11. Угол наклона составляет не более 45°. Угол наклона определяется расчетно-экспериментальным путем, и зависит от скорости истечения потоков из лабиринтных уплотнений 8 и 9, при условии обеспечения спутного течения струй в полости 10.
Над верхним рядом гребешков лабиринта 4 на наружной 1 оболочке выполнен обтекатель 15.
Наружная кольцевая оболочка 1 прикреплена, например, жестко соединена, к корпусу 3 заднего стоечного узла двигателя в зоне 16 перехода ее цилиндрического участка в наклонную диафрагму.
Масляный картер газотурбинного двигателя работает следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя воздух через зазоры в лабиринтных уплотнениях 8 и 9 поступает в кольцевую полость 10, при этом поток воздуха, выходящий из лабиринтного уплотнения 9 выступом 14, разворачивается в направлении потока, выходящего из лабиринтного уплотнения 8, и масловоздушная смесь из полости 13 выдувается в полость 10 в этом же направлении. При таком выдуве потоки не соударяются между собой, а преобразуются в попутные, тем самым, исключается образование турбулентных вихрей способствующих образованию возбуждающей силы и возникновению колебаний наружной оболочки.
При количестве отверстий 12 для сброса масловоздушной смеси более трех дополнительно происходит уменьшение интенсивности отдельных струй масловоздушной смеси и как следствие снижение пульсаций потока с внутренней стороны наружной оболочки.
В процессе работы двигателя из верхнего ряда отверстий 17 в цапфе ротора вытекают струи воздуха, наддувающие верхнее лабиринтное уплотнение 8, которые при наличии обтекателя 15 плавно обтекают торец и внешние поверхности масленого картера, обеспечивая безотрывное обтекание наружной 1 оболочки над верхним 5 рядом гребешков и тем самым уменьшение ее колебаний.
При этом если наружная оболочка жестко соединена, например, приварена, к корпусу 3 заднего стоечного узла двигателя в зоне 16 перехода ее цилиндрического участка в наклонную диафрагму это дополнительно снижает уровень напряжений наружной оболочки.
Предложенная конструкция масленого картера газотурбинного двигателя позволяет снизить уровень напряжений, возникающих в наружной оболочке масляного картера в процессе работы двигателя, и повысить ее ресурс.