ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
TWO-CIRCUIT GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано преимущественно в малоразмерных двухконтурных газотурбинных двигателях.
Известен двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий наружный корпус и корпус компрессора с образованием между ними наружного контура. В наружном контуре двигателя установлен теплообменник, выполненный в виде осевых ребер, закрепленных на наружном корпусе компрессора. (Патент США №2588532, кл. 60-35.6, 12.05.43 г.).
Теплообменник занимает часть поперечной площади наружного контура, и между теплообменником и наружным корпусом имеется канал для прохода воздуха.
Такая конструкция двигателя обладает следующими недостатками:
- при обтекании воздухом ребер теплообменника, расположенных в наружном контуре, имеются гидравлические потери в контуре;
- расположение теплообменника на корпусе компрессора снижает эффективность работы теплообменника при использовании его в качестве устройства для охлаждения теплоносителя, используемого для нужд двигателя, т.к. корпус компрессора имеет высокую температуру и из-за этого происходит нагрев теплообменника в целом.
Также известен двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий наружный контур, образованный наружным корпусом двигателя и корпусом компрессора. В наружном контуре установлен кожух, перекрывающий часть его проходного сечения и образующий с корпусом компрессора полость, в которой расположен теплообменник с ребрами, сообщенный каналами подвода и отвода теплоносителя с источниками высокого и низкого давления (ЕР 1555406, MПK F02C 7/141, 2005 г.).
Наличие кожуха и расположение теплообменника в полости между корпусом компрессора и кожухом снижает гидравлические потери в контуре, однако расположение ребер на корпусе компрессора снижает эффективность работы теплообменника, т.к. корпус компрессора имеет высокую температуру и из-за этого происходит нагрев теплообменника в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является исключение влияния на работу теплообменника повышенных температур от корпуса компрессора за счет размещения его на более холодных элементах двигателя, что повышает эффективность работы теплообменника.
Технический результат достигается тем, что двухконтурный газотурбинный двигатель содержит наружный контур, образованный наружным корпусом двигателя и корпусом компрессора. В наружном контуре установлен кожух, перекрывающий часть его проходного сечения и образующий с одним из корпусов полость, в которой помещен теплообменник с ребрами, сообщенный каналами подвода и отвода теплоносителя с источниками высокого и низкого давления.
Новым в изобретении является то, что полость образована между наружным корпусом двигателя и кожухом, и ребра теплообменника выполнены на одном из них.
Каналом отвода теплоносителя с источником низкого давления сообщена полость перед ребрами теплообменника, а каналом подвода теплоносителя с источником высокого давления сообщена полость за ребрами теплообменника, что позволяет осуществить противоточную схему теплообмена, более эффективную, чем прямоточную, которая применена в наиболее близком аналоге.
Ребра теплообменника выполнены кольцевыми, и в каждом его ребре выполнен, по крайней мере, один осевой паз, при этом пазы соседних ребер смещены относительно друг друга. Выполнение ребер кольцевыми на цилиндрическом или коническом участках кожуха или наружного корпуса двигателя позволяет снизить трудоемкость изготовления теплообменника и соответственно двигателя. Выполнение в каждом ребре, по крайней мере, одного осевого паза со смещением их в соседних ребрах относительно друг друга в окружном направлении, позволяет максимально использовать теплопередающую поверхность каналов теплообменника.
На прилагаемых чертежах изображен двухконтурный газотурбинный двигатель:
фиг.1 - вариант выполнения двухконтурного ГТД с теплообменником, ребра которого закреплены на кожухе в полости между кожухом и наружным корпусом;
фиг.2 - вариант выполнения двухконтурного ГТД с теплообменником, ребра которого закреплены на наружном корпусе двигателя в полости между кожухом и наружным корпусом;
фиг.3 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2;
фиг.5 - вариант выполнения теплообменника с кольцевыми ребрами;
фиг.6 - разрез В-В фиг.5.
Двухконтурный газотурбинный двигатель содержит наружный корпус 1 (фиг.1) и корпус 2 компрессора, между которыми образован наружный контур 3.
В наружном контуре 3 установлен кожух 4, имеющий гладкие обтекаемые формы и перекрывающий часть проходного сечения наружного контура 3, и образующий с наружным корпусом 1 (фиг.1, 2) полость 5. Теплообменник 6 установлен в полости 5, ребра 7 которого могут быть расположены как на кожухе 4 (фиг.3), так и на наружном корпусе 1 (фиг.4).
Полость 5 перед ребрами 7 теплообменника 6 (фиг.1, 5) сообщена каналом 8 отвода теплоносителя с источником низкого давления, например с устройством для образования масловоздушной смеси, идущей на смазку и охлаждение подшипников двигателя, а полость 5 за ребрами 7 теплообменника 6 каналом 9 подвода теплоносителя сообщена с источником высокого давления, например с полостью за компрессором.
Ребра 7 теплообменника 6 могут быть выполнены как осевыми (фиг.1, 2, 3, 4), так и кольцевыми (фиг.5). В каждом кольцевом ребре 7 может быть выполнен, по крайней мере, один осевой паз 10 (фиг.6) и эти пазы в соседних ребрах могут быть смещены относительно друг друга в окружном направлении.
При работе двигателя теплоноситель по каналу 9 (фиг.1, 5) от источника высокого давления (например, из-за компрессора двигателя) поступает в полость 5, затем движется по каналам между ребер 7, отдавая тепло ребрам 7, кожуху 4 и наружному контуру 1. Затем охлажденный теплоноситель по каналу 8 направляется к источнику низкого давления (например, к устройству для образования масловоздушной смеси, идущей на смазку и охлаждение подшипников двигателя).
Т.о., образование полости между наружным корпусом двигателя и кожухом повышает эффективность работы теплообменника, т.к. наружный корпус является более холодным по сравнению с корпусом компрессора и воздух, проходящий через нее, будет лучше охлаждаться. Расположение ребер на наружном корпусе двигателя также способствует их лучшему охлаждению, как и при расположении ребер на кожухе, как более холодном элементе по сравнению с корпусом компрессора.