Способ конвентирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения

Способ конвентирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к турбостроению, а конкретно к созданию промышленных газотурбинных двигателей полученных путем конвертирования двухконтурного турбореактивного двигателя.

Известен газотурбинный двигатель наземного применения, полученный путем конвертирования двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего компрессор низкого давления с турбиной низкого давления, компрессор высокого давления с турбиной высокого давления, кольцевую камеру сгорания со специальными подвесками жаровой части к наружному корпусу камеры сгорания, переднюю, среднюю и заднюю опоры, реактивное сопло. Конвертирование заключается в том, что в компрессоре низкого давления подрезают верхнюю часть лопаток расположенную во втором контуре, устанавливают кольцевые детали, образующие тракт внутреннего контура и кольцевые радиальные перегородки, закрывающие второй контур. Компрессор высокого давления с турбиной высокого давления оставляют без изменений. В камере сгорания изменяют фронтовое устройство. Демонтируют реактивное сопло и устанавливают силовую турбину, двигатель и силовую турбину устанавливают на раму (см. Двигатель НК-16СТ, «Руководство по технической эксплуатации» книга 1, 1996 г., раздел 1, рис.1.2, стр.7/8). При этом получение параметров ГТД наземного применения, в том числе мощности и к.п.д. ограничено исходными параметрами двухконтурного турбореактивного двигателя, такими как расход воздуха через внутренний контур и к.п.д. узлов турбокомпрессора.

Недостатком является невозможность получения повышенных параметров ГТД, без моделирования новой проточной части влекущей за собой выполнение деталей с новой геометрией.

Решаемой технической задачей является увеличение КПД и мощности конвертируемого ГТД при сохранении силовых схем роторов, корпусов и расположения опор прототипа, а также снижение концентрации выбросов вредных веществ и повышение надежности работы камеры сгорания.

Поставленная задача для способа конвертирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения, содержащего компрессор низкого давления с турбиной низкого давления, компрессор высокого давления с турбиной высокого давления, камеру сгорания и опоры, путем подрезания верхней части лопаток компрессора низкого давления, расположенных во втором контуре, достигается тем, что компрессор высокого давления и турбину высокого давления оборудуют дополнительными ступенями, устанавливают камеру сгорания, отношение длины которой L₁ к ее исходной длине камеры сгорания L выбирают в пределах 0,7÷0,79, при этом кольцевую жаровую трубу крепят к наружному корпусу камеры сгорания посредством кронштейна, выполненного в виде кольцевой детали.

При этом уменьшение длины L до L₁, выполняя задачу размещения дополнительных ступеней компрессора, способствует уменьшению эмиссии вредных веществ, в первую очередь NO_x, в связи с уменьшением объема зоны горения и малым временем пребывания продуктов сгорания в зоне с высокой температурой газа.

Технический результат при использовании изобретения заключается в получении повышенных параметров ГТД, сокращение сроков и стоимости создания ГТД наземного применения из двухконтурного турбореактивного двигателя, облегчение доводки ГТД за счет сохранения силовой схемы роторов и корпусов, повышение надежности и облегчение сборки камеры сгорания без создания специальных подвесок жаровой трубы, снижении концентрации выбросов.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя наземного применения. На фиг.2 представлен элемент А фиг.1 в увеличенном виде. На фиг.3 представлен элемент Б фиг.1 в увеличенном виде. На фиг.4 представлен элемент В фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель наземного применения 1 состоит из компрессора низкого давления 2 с турбиной низкого давления 3, компрессора высокого давления 4 с турбиной высокого давления 5, камерой сгорания 6 с креплением 13 жаровой трубы на наружном корпусе.

Для создания ГТД наземного применения с повышенными параметрами, при конвертировании двухконтурного турбореактивного двигателя в компрессоре низкого давления 2, для обеспечения повышенного расхода воздуха полученного по результатам термодинамического расчета двигателя, устанавливают дополнительную ступень и проводят подрезку верхней части лопаток 7 компрессора низкого давления расположенную во втором контуре, что позволяет получить повышенную мощность. Формируют тракт внутреннего контура, устанавливая кольцевые коаксиально расположенные детали 8. Закрывают второй контур, устанавливая кольцевые радиальные перегородки 9. Для обеспечения суммарной степени сжатия в компрессоре, повышают степень сжатия в компрессоре высокого давления 4, за счет постановки дополнительных двух ступеней 11 на выходе. Для повышения к.п.д. турбины высокого давления 5, при полученной большей мощности компрессора высокого давления, устанавливают дополнительно одну ступень 12, при этом получив высокий к.п.д. всего двигателя. Для сохранения силовой схемы корпусов и роторов, положение передней, средней и задней опор с расстояниями L₂, L₃ между ними, между компрессором высокого давления 4 и турбиной высокого давления 5, устанавливают камеру сгорания 6, в которой отношение длины L₁ к исходной длине L равно 0,7÷0,79. Это позволяет при увеличении длины компрессора высокого давления, за счет постановки двух ступеней, сохранить силовую схему роторов, корпусов и расположения опор ГТД. Увеличение этого отношения за пределы указанного диапазона не позволит разместить в пределах длины L₂ расположения опор дополнительные две ступени компрессора высокого давления. Уменьшение этого отношения приведет к высокой окружной неравномерности температурного поля в камере сгорания. Уменьшение длины L до L₁, дает также положительный эффект уменьшения эмиссии вредных веществ, в частности NO_x, в связи с уменьшением объема зоны горения и малым временем пребывания продуктов сгорания в зонах с высокой температурой газов. Крепление 13 жаровой трубы камеры сгорания к наружному корпусу камеры сгорания выполняют посредством кронштейна, выполненного в виде кольцевой детали за одно целое с наружным кольцом жаровой трубы 14, что позволило не создавать специальных подвесок жаровой трубы, которые приводили к усложнению сборки камеры сгорания и дефектам при ее работе.

Способ конвертирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения, содержащего компрессор низкого давления с турбиной низкого давления, компрессор высокого давления с турбиной высокого давления, камеру сгорания и опоры, путем подрезания верхней части лопаток компрессора низкого давления, расположенных во втором контуре, отличающийся тем, что компрессор высокого давления и турбину высокого давления оборудуют дополнительными ступенями, устанавливают камеру сгорания, отношение длины которой L₁ к ее исходной длине камеры сгорания L выбирают в пределах 0,7÷0,79, при этом кольцевую жаровую трубу крепят к наружному корпусу камеры сгорания посредством кронштейна, выполненного в виде кольцевой детали.