Устройство для защиты газотурбинного двигателя при обрыве лопатки компрессора низкого давления

Полезная модель относится к области двигателестроения, преимущественно газотурбинным двигателям авиационного назначения, и может быть использована в конструкциях опор подшипников компрессора низкого давления газотурбинных двигателей.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты газотурбинного двигателя при обрыве лопатки компрессора низкого давления, содержащее вал компрессора низкого давления с установленным на нем подшипником, наружное кольцо которого установлено в корпусе подшипника, который соединен со статорной частью компрессора низкого давления, срезные винты и удерживающий элемент (описание изобретения к патенту РФ № 2361100, МПК F02C 7/06, опубл. 10.07.2009 Бюл.№19).
На валу компрессора низкого давления (КНД) установлены два подшипника, наружные кольца которых связаны со статорной частью КНД с помощью подшипниковых корпусов. При этом наружное кольцо первого со стороны входа в двигатель подшипника установлено в корпусе подшипника, который соединяется со статорной частью компрессора низкого давления (КНД) срезными винтами, имеющими ослабленную часть, в которой винты разрушаются, если к ним прилагается чрезмерная нагрузка.
В известном устройстве удерживающий элемент выполнен в виде выступа на статорной части КНД и расположен на валу КНД в районе второго подшипника.
В процессе работы газотурбинного двигателя (ГТД) могут произойти обрыв и потеря лопатки КНД. Это создает большую несбалансированную массу, воздействующую на вал КНД, которая создает нагрузки и вибрации, воздействующие на подшипники, передающиеся через их корпуса неподвижным элементам конструкции ГТД, которые могут быть вследствие этого повреждены. При обрыве лопатки КНД возникает повышенный дисбаланс, сила которого за оборот ротора КНД рвет срезные винты, происходит отсоединение корпуса первого подшипника КНД от статорной части КНД. При этом ротор КНД смещается в сторону входа и удерживается в осевом направлении удерживающим элементом.
Недостатком известной конструкции является то, что требуемый эффект достигается только в случае движения ротора КНД в сторону входа (в сторону компрессора), тогда как суммарная осевая сила, как правило, перекладывается в последствии или направлена изначально в сторону турбины. Турбина, продолжая работать, будет передавать крутящий момент на компрессор низкого давления, увеличивая тяжесть последствий дальнейшего разрушения, в том числе из-за нарушения соосности роторов КНД и ТНД. Дополнительным недостатком является вероятность появления ударной нагрузки на систему удержания при обрыве лопатки КНД и движении ротора в сторону входа, что может стать причиной мгновенных фатальных последствий для ГТД.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для защиты газотурбинного двигателя при обрыве лопатки компрессора низкого давления, которое при обрыве лопатки с последующим разрушением срезных винтов не позволит ротору компрессора низкого давления смещаться в сторону входа и за счет сохранения соосности элементов ГТД обеспечит эффективное торможение ротора КНД при его движении в сторону турбины.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является повышение безопасности и надежности эксплуатации ГТД за счет снижения тяжести последствий разрушения элементов ГТД.
,
Технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты газотурбинного двигателя при обрыве лопатки компрессора низкого давления, содержащем вал компрессора низкого давления с установленным на нем подшипником, наружное кольцо которого установлено в корпусе подшипника, который соединен со статорной частью компрессора низкого давления, срезные винты и удерживающий элемент, в отличие от известногокорпус подшипника соединен со статорной частью компрессора низкого давления через удерживающий элемент, который установлен на статорной части компрессора низкого давления со стороны подшипника, заходит за торец корпуса подшипника, охватывает его и соединен с ним посредством срезных винтов.
Полезная модель поясняется фигурами, на которых изображены: фиг.1 - продольный разрез предлагаемого устройства в рабочем состоянии; фиг.2 - продольный разрез предлагаемого устройства в аварийном состоянии.
Устройство для защиты газотурбинного двигателя при обрыве лопатки компрессора низкого давления (фиг.1) содержит вал 1 компрессора низкого давления, механически связанный с валом 2 турбины низкого давления. На валу 1 КНД установлены два подшипника, один из которых, первый со стороны входа в двигатель, например, шариковый 3, а второй - например, роликовый 4. Наружные кольца подшипников 3 и 4 связаны со статорной частью 5 КНД посредством корпусов 6 и 7 подшипников, соответственно, которые соединены между собой.
На статорной части 5 КНД установлен удерживающий элемент 8, который заходит за торец корпуса 6 подшипника 3 и охватывает его. Удерживающий элемент 8 может быть выполнен, например, в виде фланца. При этом удерживающий элемент 8 соединен с корпусом 6 подшипника 3 при помощи срезных винтов 9, которые выполнены с возможностью разрыва, когда на них действуют усилия, превышающие определенный порог при обрыве лопатки компрессора низкого давления.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении нештатной ситуации в работе газотурбинного двигателя (фиг.2) при обрыве лопатки компрессора низкого давления ротор компрессора низкого давления приобретает многократно увеличенный дисбаланс, создающий радиальную нагрузку на корпус 6 подшипника 3 компрессора низкого давления, которая рвет срезные винты 9. Если суммарная осевая сила ротора турбины низкого давления направлена в сторону входа в двигатель, то от резкого смещения компрессора низкого давления в сторону входа служит удерживающий элемент 8. КНД теряет свою газодинамическую эффективность, осевая сила направляется в сторону турбины и весь ротор смещается в сторону выхода из двигателя с последующим его торможением за счет элементов проточной части турбины. В случае, когда суммарная осевая сила, действующая на элементы конструкции КНД, поменяла направление на противоположное или изначально направлена в сторону турбины, торможение ротора проточными частями компрессора и турбины начинается с момента обрыва лопатки КНД. При этом форма и расположение удерживающего элемента обеспечивают сохранение соосности ротора компрессора низкого давления относительно ротора турбины низкого давления, за счет чего эффективность торможения ротора проточными частями компрессора и турбины увеличивается.
Предложенная полезная модель обеспечивает сохранение соосности ротора компрессора низкого давления относительно ротора турбины при контролируемом разрушении двигателя в нештатной ситуации, что в свою очередь обеспечивает сохранение трансмиссии и корпусных элементов, снижает риск и тяжесть последствий разрушения вследствие обрыва лопатки КНД и повышает надежность и безопасность эксплуатации ГТД.