Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки
FREE TURBINE SHAFT COOLING DEVICE OF GAS-TURBINE PLANT

Изобретение относится к малогабаритным микрогазотурбинным двигателям наземного применения, выполненным на основе турбокомпрессора от ДВС, и позволяет упростить конструкцию охлаждения вала свободной турбины.
Известен турбокомпрессор газотурбинного двигателя, в котором турбокомпрессор газотурбинного двигателя выполнен с расположенной под камерой сгорания задней опорой с подшипником (патент РФ № 2300003, МПК F02C7/06, F01D 25/16, опубл. 27.05.2007). В валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях - лабиринтах и фланцах выполнены перед подшипником отверстия забора, а за подшипником - отверстия выпуска охлаждающего воздуха. Отверстия забора связаны с отверстиями выпуска через перепускные отверстия. Перед отверстиями выпуска охлаждающего воздуха за подшипником на валу турбокомпрессора выполнен бурт с уменьшенным кольцевым зазором между валами. Отверстия забора воздуха наклонены навстречу потоку, направленному в сторону турбины, а отверстия выпуска - по потоку.
Недостатком известного турбокомпрессора является низкая надежность и экономичность двигателя из-за наличия отверстий выпуска воздуха через вал (концентраторы напряжений).
Известен турбокомпрессор газотурбинного двигателя, где турбокомпрессор газотурбинного двигателя, состоящий из компрессора, турбины с расположенной между ними задней опорой с подшипником, установленной под камерой сгорания (патент РФ № 2369759, МПК F02C 7/06, опубл. 10.10.2009). Вокруг масляной полости расположена первая полость охлаждения. Над полостью между внутренним и наружным фланцами расположена вторая полость охлаждения. Между первой и второй полостями находится полость сброса. Между второй и полостью сброса обечайками образована третья полость охлаждения, соединенная с полостью каналами охлаждения во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом. Снаружи второй полости образована обечайками четвертая полость охлаждения. В наружном фланце над наружным лабиринтом выполнены каналы охлаждения. Вокруг масляных труб организованы полости охлаждения. Путем охлаждения фланцев уменьшаются зазоры в лабиринтных уплотнениях, что повышает надежность и экономичность двигателя.
Недостатком известного турбокомпрессора является наличие большого количество деталей, что приводит к усложнению конструкции и снижению ее надежности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство охлаждения свободной турбины газотурбинной установки, содержащее турбину с валом и направляющий аппарат (патент РФ № 2572515, МПК F01D5/08, опубл. 20.01.2016 г.). В корпусе между направляющим аппаратом и первым подшипником выполнены два диаметрально расположенных отверстия с воздуховодами. По одному из воздуховодов подается холодный воздух к валу турбины, а по другому воздуховоду отводится нагретый валом воздух. В районе отверстий с воздуховодами вал имеет не проходящие через центр вращения вала поперечные отверстия, расположенные на разных поперечных сечениях вала и имеющие равное угловое смещение. Поперечные отверстия выполнены с возможностью захватывания при вращении вала холодного воздуха и пропускания его через тело вала, тем самым охлаждая последний. В районе подвода воздуха вал имеет увеличенный диаметр, площадь поперечного сечения которого больше на величину площади продольного сечения поперечного отверстия в этом сечении.
Недостатком известного устройства является сложная конструкция вала свободной турбины, предполагающая механизм подачи охлаждающего воздуха.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности охлаждения вала свободной турбины малогабаритных микрогазотурбинных двигателей наземного применения.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность упростить конструкцию и повысить эффективность охлаждения путём установки на вал, между турбиной и подшипниковыми опорами генератора, вращающегося охладителя.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки, содержащее корпус с направляющим аппаратом и турбину с валом, согласно изобретению, снабжено охладителем, выполненным из материалов с высокой теплоотдачей, который плотно закреплен на валу генератора с подшипниковыми опорами, при этом турбина, вращающаяся от газового потока газотурбинного двигателя, и приводящая во вращение вал генератора на конце которого она закреплена, нагревает вал, передавая теплоту охладителю, который рассеивает её в атмосферу и этим предохраняет подшипниковые опоры генератора от перегрева.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2 и 3, где на фиг.1 представлена общая схема свободной турбины, на фиг.2 представлен продольный разрез вращающегося охладителя, на фиг.3 представлен поперечный вид вращающегося охладителя.
Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки содержит корпус свободной турбины 1 с направляющим аппаратом 8, турбину 2, вал генератора 3, охладитель 4, подшипниковые опоры 5, генератор  6, газовый поток 7.
В корпусе свободной турбины 2 с направляющим аппаратом 8 расположена турбина 2, на которую воздействует теплотой газовый поток 7, турбина 2 закреплена на валу 3, на котором плотно закреплён охладитель 4, и который, в свою очередь, размещён на подшипниковых опорах 5, установленных в генераторе 6.
Работает устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки следующим образом.
Газовый поток 7 с высокой температурой подается на турбину 2 расположенную в корпусе свободной турбины 1 с направляющим аппаратом 8, которая приводится во вращение и нагреваясь, передаёт вращение и теплоту валу генератора 3, на конце которого она закреплена. Разогретый вал генератора 3, в свою очередь, передает теплоту охладителю 4, который вращаясь, рассеивает теплоту в атмосферу. В результате, вал генератора 3, в районе подшипниковых опорах 5 генератора 6 имеет низкую температуру, что предохраняет подшипниковые опоры 5 от перегрева.